TW201919303A - 電動車之充電系統與方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電動車之充電系統，包含：電源供應單元；以及充電槍，耦接該電源供應單元，該充電槍包含n個充電端子，以利於電性耦接電動車之電池組之n個相對應的充電埠；當該電動車充電時，其中該n個充電端子對應插入該n個相對應的充電埠，使得該電源供應單元對該電動車之該電池組之n個電池子模組同步充電。

Description

電動車之充電系統與方法

本發明有關於一種電動車充電技術，更詳而言之，其為一種具有多埠充電槍之電動車充電系統與方法。

傳統上，燃油汽車的能源主要依靠於石油，而石油短缺及燃油汽車排放的尾氣對環境造成嚴重污染已使得人類越來越迫切研究出新的綠色交通工具。作為綠色交通工具，電動車不僅節能效果顯著，能源綜合利用率大幅度提高，而且環境效益明顯，與傳統汽車相比，溫室氣體零排放。

現在市場上應用的新能源客車逐漸增多，特別是純電動客車慢慢取代著傳統動力車輛。但是由於充電場站的限制，充電場站對車輛充電位置的需求越來越多樣化，從而不能保證充電位置需求的一致性。如果車輛採用單一充電介面模式，會導致部分地區充電資源的浪費。

另外，現在的充電設備只能一對一對電動車充電，充電時間長，這樣就導致電動車要負載很大容量的電池來確保能跑足夠的里程。在晚上的時候才有足夠的時間來給電動車充滿電，在對電動車進行充電時，所花費的時間和傳統車加油的時間比起來要長非常多，如此造成時間浪費，使得電動車使用不方便。

電動車進行充電時，充電信號的通訊方式一般包括兩種，一種通訊方式是通過利用CP信號(亦即充電功率控制確認信號)閒置時間發送同頻率占空比不同的波形，依靠占空比識別資料類型。另一種通訊方式是，在電動車通 過單充電槍進行充電時，採用載波通信方式進行資料傳輸。

然而，對於利用CP信號閒置時間發送資料的方式，需要等待閒置時間，時間利用率不高，資料即時性差，容易受充電時功率線的干擾，進而導致不能識別資料，傳輸成功率不高，可靠性有待提高。對於單槍充電載波傳輸資料的方式，對於大功率的電動汽車充電而言，充電時間過長，不利於實際運營。

傳統的電動車之費時的充電模式實不符合一般民眾的用車習慣，並且充電沒有效率；因此，有必要提供一種新的充電系統與方法以改進現有的技術，而進一步提出一具有產業利用之發明；其將詳述於後。

本發明之電動車之充電系統與方法可以達到充電時效最大化之效果。

在本發明之充電系統之充電槍具有n個充電端子，因此可以比傳統的電動車之充電時間快n倍，並且能夠依照車輛需求以提供效率最大之充電效率。

本發明之目的在於提供一種電動車之充電系統，包含：電源供應單元；以及充電槍，耦接該電源供應單元，該充電槍包含n個充電端子，以利於電性耦接電動車之電池組之n個相對應的充電埠；當該電動車充電時，其中該n個充電端子對應插入該n個相對應的充電埠，使得該電源供應單元對該電動車之該電池組之n個電池子模組同步充電。

上述電動車之充電系統配置於電動車移動機構之內，該電動車移動機構包含堆疊結構，至少包含兩層、兩充電位結構。

上述電源供應單元具有複數個充電模組。充電系統更包括充電監控裝置電性耦接該複數個充電模組以及該充電槍。電動車之充電系統更包括視 覺輔助系統，以偵測該電池組之該n個相對應的充電埠，利於該充電槍自動耦接該n個相對應的充電埠。

在另一觀點中，一種電動車，包含：一充電插座，以耦接充電槍，該充電槍包含n個充電端子；電池組，包含n個相對應充電埠，該充電槍之該n個充電端子電性耦接該電池組之該n個相對應的該充電埠，以利於外部電源供應單元對該電動車之該電池組之該n個電池子模組同步充電。

在又一觀點中，上述電動車更包括利用一電池管理單元，用以管理該電池組之n個電池子模組之充電或放電。其中電池管理單元包含n個電池監控模組，分別電性耦接該n個電池子模組。電動車更包括電能轉換單元，電性耦接電池組與充電槍插座。

一種電動車之充電系統，包含：電源供應單元；充電槍，耦接該電源供應單元，該充電槍包含充電端子，以利於電性耦接電動車之電池組的充電埠，使得該電源供應單元對該電動車之該電池組充電；以及視覺輔助系統，以偵測該電池組之充電埠，利於該充電槍自動耦接該充電埠。其中電動車之充電系統配置於電動車移動機構之內，該電動車移動機構包含堆疊結構，至少包含兩層、兩充電位結構。

其中該充電槍包含n個充電端子，以利於電性耦接該電池組，其中該電池組包含n個相對應的該充電埠，當該電動車充電時，其中該n個充電端子對應插入該n個相對應的充電埠，使得該電源供應單元對該電動車之該電池組之n個電池子模組同步充電。

此些優點及其他優點從以下較佳實施例之敘述及申請專利範圍將使讀者得以清楚了解本發明。

100‧‧‧充電裝置或系統

110‧‧‧充電模組

111‧‧‧視覺輔助系統

112‧‧‧充電纜線

114‧‧‧充電槍

114a、114b、114c...114n‧‧‧充電端子

116‧‧‧充電監控裝置

200‧‧‧電動車

210‧‧‧電池組

210a、210b、210c...210n‧‧‧電池子模組(電池單元)

212‧‧‧電池控制單元或管理單元

212a、212b、212c...212n‧‧‧電池監控模組

214‧‧‧充電槍插座

214a、214b、214c...214n‧‧‧充電埠

216‧‧‧電能轉換單元

218‧‧‧處理單元

300‧‧‧電動車移動機構

301‧‧‧左或右移動

302‧‧‧上或下移動

如下所述之對本發明的詳細描述與實施例之示意圖，應使本發明更被充分地理解；然而，應可理解此僅限於作為理解本發明應用之參考，而非限制本發明於一特定實施例之中。

第一圖係顯示本發明之一實施例之充電系統對電動車充電之功能方塊示意圖。

第二圖係顯示本發明之充電系統對電動車充電之一實施例之示意圖。

第三圖係顯示本發明之充電系統對電動車充電之另一實施例之示意圖。

第四圖係顯示本發明之充電系統架構之示意圖。

第五圖係顯示本發明之電動車移動機構之示意圖。

此處本發明將針對發明具體實施例及其觀點加以詳細描述，此類描述為解釋本發明之結構或步驟流程，其係供以說明之用而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之具體實施例與較佳實施例外，本發明亦可廣泛施行於其他不同的實施例中。以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可藉由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之功效性與其優點。且本發明亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施，本說明書所闡述之各項細節亦可基於不同需求而應用，且在不悖離本發明之精神下進行各種不同的修飾或變更。

為了使電動車所使用的電池組能夠控制其使用方式，且具有更大的充電效益，本發明係提供一種電動車之充電系統與其電池組之充電與控制方法。其中，電動車包括電動汽車、電動機車、插電式電動車(plug-in battery vehicle：PBEV)..等等。

請參考第一圖，其係依據本發明之一實施例之充電裝置用以對電動車進行充電之示意圖。在一實施例之中，充電裝置或系統100為電動車充電設備(Electric Vehicle Supply Equipment：EVSE)，其包含電源供應單元具有複數個 充電模組110、充電纜線112、充電槍114以及充電監控裝置116；電動車200之上配置有電池組210、視覺輔助系統111、電池控制單元或管理單元212、充電槍插座214、電能轉換單元216以及處理單元218。處理單元218例如為一單晶片處理器。充電槍114係透過充電纜線112連接至充電模組110，並透過充電纜線112傳輸電力。當充電裝置100之充電槍114連接至電動車200之充電槍插座214時，便可對電動車200之電池組210進行充電。充電監控裝置116電性耦接充電模組110以及充電槍114，用以監控充電模組110之充電狀況、以及充電槍114之使用狀況。

如第二圖所示，在一實施例之中，充電裝置100之充電槍114包含n個充電端子114a、114b、114c...114n，而電動車200之充電槍插座214包含n個相對應的充電埠214a、214b、214c...214n，且電池組210包含n個電池子模組(電池單元)210a、210b、210c...210n。在一實施例之中，n個電池子模組210a、210b、210c...210n係依序串聯。在另一實施例之中，n個電池子模組210a、210b、210c...210n則依序並聯。充電槍114之充電端子114a、114b、114c...114n分別對應於充電槍插座214之充電埠214a、214b、214c...214n，而充電槍插座214之充電埠214a、214b、214c...214n則分別對應至電池組210之電池子模組210a、210b、210c...210n，使得當充電槍114之充電端子114a、114b、114c...114n插入充電埠214a、214b、214c...214n時，充電裝置100之充電槍114與電動車200之電池組210可以彼此電性耦接，如第二圖所示。當充電槍114之充電端子114a、114b、114c...114n電性連接至充電槍插座214之充電埠214a、214b、214c...214n時，充電槍140中的充電端子114a、114b、114c...114n即透過充電槍插座214上之相對應的充電埠214a、214b、214c...214n而電性耦接至電池組210之n個電池子模組210a、210b、210c...210n，使得充電模組110可以透過n個充電端子114a、114b、114c...114n以對電池組210之n個電池子模組210a、210b、210c...210n同時(同步)充電。相較於傳統的單槍充電方式，本發明同時有n個充電端子(相當於傳統的n倍)對n個電池單元進行充電，因此可以達到加速充電之目的，增進電池充電之時間效益。如上所述，電動車之充電系統更包括視覺輔助系統111，耦接充電模組110，以視覺偵測該電池組之n個相對應的充電埠，利於充電槍自動耦接n個相對應的充電埠。視覺輔助系統111 包含影像感測元件，例如CCD、CMOS。

如第二圖所示，電池管理單元212可用以管理電池組210之n個電池子模組210a、210b、210c...210n之充電或放電。在一實施例之中，電池管理單元212包含n個電池監控模組212a、212b、212c...212n，分別電性耦接電池子模組210a、210b、210c...210n，如第三圖所示。上述監控模組包含一偵測單元以量測與其耦接之電池單元之儲能狀態以產生一儲能狀態資料。處理單元218可以設定用以控制每一監控模組之監控模式(例如：監控時間及該些電池子模組正常充電資料的具體數值等)之應用程式。

在部分實施例中，充電裝置100可為交流式充電裝置，或者直流式充電裝置，透過相應的充電端子對電動車200提供直流電力。在一實施例之中，充電槍114中之接地端子經由充電纜線112電性耦接至充電裝置100中之設備接地端，並對應於電動車200之充電槍插座214中與電動車接地端電性耦接之端子。如此，當充電槍114連接至電動車200時，充電裝置100與電動車200兩側便可具有相同的參考電位。充電槍140具有連接確認端子，用以電性耦接至電動車200，用以提供電動車200內的控制電路偵測使用者是否正在將充電槍114連接至電動車200之充電槍插座214或是自電動車200充電槍插座214中將充電槍114拔出，以即時切斷電氣回路避免意外發生。另外，充電槍114具有控制導引端子，用以於充電槍114與電動車200之間傳輸控制導引訊號，使得充電裝置100與電動車200內的控制電路可根據控制導引訊號之電壓準位以及責任週期(Duty Cycle)大小偵測充電槍114是否與電動車200連接或分離、充電準備是否就緒、電動車200所需的充電電流大小以及是否充電完成等等充電資訊。

在一實施例之中，充電裝置100之充電模組110包含控制電路，透過充電纜線112電性耦接至充電槍114之控制導引端子，並用以根據控制導引訊號以控制充電槍114透過充電端子而對電動車200充電。具體而言，在部分實施例中，當充電槍114未與電動車200連接時，充電模組110之開關單元用以切換，使得電動車200之電池控制單元或管理單元212接收的控制導引訊號具有第一準位；當充電槍114與電動車200連接之後，由於充電裝置100與 電動車200透過接地端子共地，充電模組110與電動車200形成電氣回路，使得控制導引訊號之電壓準位被分壓至低於第一準位之一第二準位。電動車200之電池控制單元或管理單元212可藉由偵測控制導引訊號以確認充電裝置100的狀態，並進行充電準備。

電動車200之電池控制單元或管理單元212偵測到控制導引訊號之變化後，便可相應控制充電裝置100之充電纜線112開始供電，並透過充電槍114之充電端子114a、114b、114c...114n對電動車200之電池組210之n個電池子模組210a、210b、210c...210n充電。當電動車200充電完成或欲停止充電時，亦可透過電池控制單元或管理單元212控制相關的開關單元(例如：繼電器、電晶體開關、或其他具備開關功能之元件)，之切換使控制導引訊號具有特定的電壓準位，以通知充電裝置100停止供電。

於一實施例中，充電槍114除了多個端子之外，還包含溫度感測器，以偵測到充電槍114的溫度。

電動車200更包括電能轉換單元216，例如直流電源轉換器(DC to DC converter)，其與電池組210充電槍插座214以及電池控制單元或管理單元212電性連接。電能轉換單元主要是接收輸入電能，並將其轉換之電能而傳輸至電池組210之電池單元210a、210b、210c...210n予以儲存。另外一方面，電能轉換單元亦可接收由電池單元210a、210b、210c...210n輸出之電能，並將其轉換之電能輸出至電能傳輸端子。換言之，電能轉換單元可為單向式或雙向式的電能轉換單元。電池控制單元212可以輸出一切換控制訊號，例如脈寬調變控制(pulse width modulation：PWM)訊號，以控制電能轉換單元。

電池單元210a、210b、210c...210n例如為鎳氫電池(Ni-MH battery)或鋰離子電池(Li-ion battery)等，而鋰離子電池又可包括磷酸鋰鐵電池或鈦酸鋰電池。其中，磷酸鋰鐵電池相對於一般的鋰離子電池，具有輸出功率較大、充電速度較快、較佳的穩定性以及較為安全等優點。而鈦酸鋰電池相對於一般的鋰離子電池，則具有輸出功率較大、較為安全、充電速度極快以及壽命長等優點。電池控制單元212係輸出一切換控制訊號，例如脈寬調變控制(pulse width modulation：PWM)訊號，以控制電能轉換單元。

如上所述，本發明之充電槍114包含：n個充電端子，用以電性耦接至電動車200並對其供電；一接地端子，電性耦接至一設備接地端；一控制導引端子，用以於充電槍114與電動車200之間傳輸一控制導引訊號。

充電系統100之充電模組(電源模組)110的數量端視實際的應用而可以調整。

請參考第四圖，其係依據本發明之另一實施例之用以對電動車進行充電之充電系統架構示意圖。在本實施例之中，充電系統架構包括充電系統100以及電動車移動機構300；充電系統100可以包含充電模組110、充電纜線112、充電槍114以及充電監控裝置116。在不影響電動車移動機構300操作的情況之下，充電系統100之上述元件可以配置於充電系統架構之適當的位置以利於對電動車200進行充電。充電系統100可以對複數個電動車200進行充電。電動車移動機構300可以將電動車200移動至相關的車位，以進行後續的充電。電動車移動機構300之移動的方式包括：驅動電動車200，使其左或右移動301、上或下移動302，如第五圖所示；在另一例子之中，也包括電動車200之前或後移動。電動車移動機構300包含堆疊結構，至少兩層、兩充電位結構，其數字可依據需求調整。電動車移動機構300其中至少一層在地面、或至少一層在地下。

上述敘述係為本發明之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。

Claims (11)

1. 一種電動車之充電系統，包含：電源供應單元；以及充電槍，耦接該電源供應單元，該充電槍包含n個充電端子，以利於電性耦接電動車之電池組之n個相對應的充電埠；當該電動車充電時，其中該n個充電端子對應插入該n個相對應的充電埠，使得該電源供應單元對該電動車之該電池組之n個電池子模組同步充電。
2. 如請求項第1項所述之電動車之充電系統，其中該電動車之充電系統配置於電動車移動機構之內，該電動車移動機構包含堆疊結構，至少包含兩層、兩充電位結構。
3. 如請求項第1項所述之電動車之充電系統，其中該電源供應單元具有複數個充電模組。
4. 如請求項第1項所述之電動車之充電系統，更包括充電監控裝置電性耦接該複數個充電模組以及該充電槍。
5. 如請求項第1項所述之電動車之充電系統，更包括視覺輔助系統，以偵測該電池組之該n個相對應的充電埠，利於該充電槍自動耦接該n個相對應的充電埠。
6. 一種電動車，包含：一充電插座，以耦接充電槍，該充電槍包含n個充電端子；以及電池組，包含n個相對應充電埠，該充電槍之該n個充電端子電性耦接該電池組之該n個相對應的該充電埠，以利於外部電源供應單元對該電動車之該電池組之該n個電池子模組同步充電。
7. 如請求項第6項所述之電動車，更包括利用一電池管理單元，用以管理該電池組之該n個電池子模組之充電或放電。
8. 如請求項第7項所述之電動車，其中該電池管理單元包含n個電池監控模組，分別電性耦接該n個電池子模組。
9. 一種電動車之充電系統，包含：電源供應單元；充電槍，耦接該電源供應單元，該充電槍包含充電端子，以利於電性耦接電動車之電池組的充電埠，使得該電源供應單元對該電動車之該電池組充電；以及視覺輔助系統，以偵測該電池組之充電埠，利於該充電槍自動耦接該充電埠。
10. 如請求項第9項所述之電動車之充電系統，其中該充電槍包含n個充電端子，以利於電性耦接該電池組，其中該電池組包含n個相對應的該充電埠，當該電動車充電時，其中該n個充電端子對應插入該n個相對應的充電埠，使得該電源供應單元對該電動車之該電池組之n個電池子模組同步充電。
11. 如請求項第9項所述之電動車之充電系統，其中該電動車之該充電系統配置於電動車移動機構之內，該電動車移動機構包含堆疊結構，至少包含兩層、兩充電位結構。