TW202227287A

TW202227287A - 電動車電池之充電系統

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Publication number: TW202227287A
Application number: TW110144093A
Authority: TW
Inventors: 馬可托德斯奇尼; 法蘭西斯柯藍柏堤; 喬治庫洛格諾拉; 丹尼耶里羅沙堤
Original assignee: 義大利商自由移動解決方案股份有限公司
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2022-07-16
Also published as: EP4005857A1; US20220169135A1

Abstract

本發明係為一種用於電動車(10)電池(EVB)之充電系統(1)，包括有充電裝置(2)，係配置用以連接至外部電力網(11)，俾能從該外部電力網(11)中提取電力，及用以連接至電動車之至少一第一電池(EVB₁)以分別輸送電力至第一電池(EVB₁)或從第一電池(EVB₁)接收電力，及包括有至少一儲存設備(20)，可與外部電力網(11)及/或第一電池(EVB₁)連接，至少用以從外部電力網(11)或從第一電池(EVB₁)接收電力及供電至第一電池(EVB₁)，其中儲存設備(20)至少包括電動車之第二電池(EVB₂)，及其中系統(1)尚包括一平坦平台(3)，係配置為設置在地面上及允許電動車(10)停放在平台(3)上，及其中至少第二電池(EVB₂)係整合至平台(3)中，俾不在平台(3)外面之區域中佔用更多空間。

Description

電動車電池之充電系統

本發明相關用於電動車電池的充電系統，如在申請專利範圍第1項的前言部分具體說明的類型。

本發明尤其相關直流快速充電系統，亦稱為DC快速充電，適用於允許電動車電池(稱為EVB)快速充電，或更確切地希望用於汽車領域。

在美國專利公開號2019/168630中揭露類似的系統。

目前已知EVB電池的充電柱。

這些充電站基本上分為快速型(功率輸入在50千瓦到100千瓦之間)及超快速型(功率輸入可高達500千瓦)。

雖然現在已廣泛使用前面提及的充電柱，但仍包括一些重大缺點。

首先，這項技術的成本尚不具競爭力足以推動市場轉向電動汽車。

此外，考慮到所涉及的供電，一個極重大缺點在於，明顯地總是需要提供該(或該等)充電柱連接的配電網的升級。

顯然，後一個問題至關重要，尤其在可用性通常限於50千瓦的環境如住宅區或小型企業中。

然而，為要避免上述缺點，已設計能量儲存裝置用以促進充電階段的能量輸送。

尤其，已知的系統包括能輸送快速充電所需電力的備用電池，而不必進行昂貴的(有時是不可能的)網路互連升級。

基本上，該系統包括配備有AC/DC轉換器的電網連接裝置、至少數十千瓦時的固定式蓄電池，及用以連接到EVB電池的裝置，配備有DC/DC類型的雙向靜態轉換裝置，其具有不同功率限制，允許能量在車輛及/或電網之間往返交換。

因此，該系統一方面允許透過DC/DC轉換器將裝在系統中的固定電池所儲存的能量適當地釋放以快速為任何類型的電動汽車充電，並且能夠在車輛不在時透過AC/DC轉換器緩慢且充裕地為固定電池充電。

此外，由於AC/DC轉換器及DC/DC轉換器皆為雙向的，因此在電力網停電的情況下可能將固定電池或車輛電池(若存在的話)兩者中儲存的能量重新注入電網，並且可能利用市場中提供的輔助服務以支援該電網，其中匯集商可依靠分配的能源資源以優化用戶的電力成本。

然而，這種已知技術的系統亦包括一些重大缺點。

尤其，上述系統通常佈置在體積極巨大的充電柱中。事實上，蓄電池通常需要大的收納空間，其導致採用大體上相互堆疊的電池架。

因此，這表示具有蓄電池的系統可能難以在家庭環境中使用，尤其是在室內，例如在車庫內。

此外，即使在戶外，希望用於公共用途的空間浪費亦可能成為這類充電柱普及的重大障礙。

在美國專利公開號2019168630中揭露蓄電池系統的進一步研發。

基本上，在該專利文獻US-A-2019168630中描述提議的系統最相關特徵是由以下事實提供：該系統大體上提供蓄電池的地下外殼，並且在地下外殼內將蓄電池並排組織在複數個大體上可用的板型電池座中。換言之，剛描述的系統提供電池座的水平架收納在地下的構造。

剛描述的系統亦包括一些重大缺點。

尤其顯然地，即若該系統解決阻礙的問題，必須建造地下外殼的事實表示必須掌控其上布置有該系統的地面或人行道。

此外，亦無法快速或輕易地接近電池，卻只能藉由接近地下外殼才能處理，或更確切地說，必須執行複數個維護動作。

在這種情況下，本發明的技術任務是為設計一種用於電動車電池的充電系統，能夠大體上避免至少部分上述缺點。

在該技術任務的範圍內，本發明的重要目的是為得到一種用於電動車電池的充電系統，其允許大幅地減小總體尺寸，尤其避免為一或多個多重系統組件的簡單外殼而浪費消費者可用的空間。

本發明的另一重要目的是為提供一種用於電動車電池的充電系統，其不僅允許增加充電速度，亦允許增加一或多個組件的更換速度，並且更一般性地，促進系統本身的維護。

該技術任務及具體說明的目標是藉由所附申請專利範圍第1項中主張的電動車電池的充電系統來達成。

在申請專利範圍附屬項中強調較佳的技術解決方法

1:電動汽車的充電系統

2:充電裝置

3:平台

3a:預定方向

4:外部連接裝置

5:選擇構件

10:電動汽車

11:外部電力網

20:儲存設備

21:第一轉換器

22:分配裝置

23:第二轉換器

30:外殼

30a:隔室

31:冷卻單元

32:坡道

33:檢查孔

34:介面構件

35:導引構件

40:連接器

41:控制構件

EVB:電動車電池

EVB₁:第一電池

EVB₂:第二電池

以下將配合附圖並藉由本發明較佳實施例的詳細說明以闡明本發明的特徵及優點，圖中：

圖1係以圖1係根據本發明以側視圖顯示用於電動車電池的充電系統，在該系統上停放正在充電的電動車；

圖2係根據本發明以功能圖描繪用於電動汽車電池的充電系統的充電裝置；

圖3係根據本發明以立體圖顯示用於電動車電池的充電系統實施例，其中連接裝置係由充電柱構成；

圖4係圖3用於電動汽車電池的充電系統沿著其平台的縱向平面看去的剖視圖；及

圖5係以示意上視圖顯示根據本發明用於電動車電池的充電系統，其中可看到隔室的介面構件、進路及導引構件存在於外殼中。

在本文件中，測量值、數值、形狀及幾何參考(例如垂直度及平行度)，當與像“大約”等用字或其他類似用詞如“近似”或“大體上”相關聯時，是視為將由於生產及/或製造錯誤導致的測量錯誤或不準確除外，尤其將與其相關聯的數值、測量值、形狀或幾何參考的細微差異除外。例如，這些用詞若與一數值相關聯，則較佳地表示差異不超過該值的10%。

此外，在使用時，如“第一”、“第二”、“上位”、“下位”、“主要”及“次要”等用詞不一定視同順序、關係的優先順序或相對位置，但能簡單地用以清楚區分其不同組件。

除非另有說明，否則作為以下討論的結果，如“處理”、“運算”、“確定”、“計算”或類似用詞是指電腦或類似電子計算裝置的動作及/或過程，其將一電腦系統的暫存器及/或記憶體表示為物理(如電子)量的資料，在數個電腦系統、暫存器或其他儲存體、傳輸或資訊顯示裝置內的其他同樣表示為物理量的資料中進行控制及/或轉換。

除非另有說明，否則本文中報告的測量及資料係視為在國際標準大氣ICAO(ISO 2533：1975)中執行的。

參閱附圖，根據本發明用於電動車電池的充電系統全部以參考數字符號1表示。

系統1適於允許電能充電以用於電動車10的操作。

電動車10可屬任何類型。當然，電動車10亦為混合動力汽車，包括有各種可能的電源，包括燃料。

基本上，電動車10包括至少一電動車電池EVB。

EVB電池實質上是一種特殊電池，亦稱為牽引電池，因其是設計用以長時間提供能量，因此不同於啟動器、照明及點火電池。當然，在目前發展水準下已非常熟知EVB電池。

EVB電池這個用詞，廣義上既指電動汽車傳統電池的整體，亦指此一電池的一部分，例如單個模組，其可自主地作為一電池，或甚至作為電池組中包括的整體電池。

尤其較佳地，電動車10包括電動車的第一電池EVB₁。

第一電池EVB₁基本上是EVB電池，因此是一種牽引電池。較佳地，當提及牽引電池時，是指該電池是完整的或整個的。

因此，系統1包括一充電裝置2。

充電裝置2是配置為當連接到第一電池EVB₁時將第一電池EVB₁進行充電，較佳是在連接到電動車10之後。

當然，後者可包括套管節，設置在車體或車殼上並且適用於允許充電裝置2間接與第一電池EVB₁連接。

因此，充電裝置2是配置成連接到第一電池EVB₁。尤其，充電裝置2是配置用以分別向第一電池EVB₁輸送電能或從第一電池EVB₁接收電能。

此外，充電裝置2是配置成連接到一外部電力網11。

外部電力網11可為家庭電力網或工業電力網。在任何情況下，外部電力網11較佳地適於根據要求供應交流AC形式的電能。

因此，充電設備2是配置用以從外部電力網11提取電能。因此，藉此提取的電能可用於第一電池EVB₁以對其充電。

充電裝置2亦包括至少一儲存設備20。

儲存設備20實質上是一種能量累積元件，其能夠允許依一方式儲存電能，以便能將電能儲存並在必要或需要時使用電能。

因此，儲存設備20較佳地可配合外部電力網11使用。在充電裝置2內部，儲存設備20可界定至少一個連接到外部電力網11的配置及至少一種未連接到該外部電力網的配置。此外，儲存設備20較佳亦可(或者)與第一電池EVB₁連接。因此，在充電裝置2內部，儲存設備20亦可界定至少一個連接到第一電池EVB₁的配置及至少一個不連接到該第一電池的配置。

通常，儲存設備20適於從外部電力網11接收電能，或甚至從第一電池EVB₁本身接收電能，並將電能輸送到第一電池EVB₁。

有利地，儲存設備20可不包括簡單的傳統電池。

事實上，儲存設備20較佳包括電動車或車輛衍生的至少一第二電池EVB₂。

第二電池EVB₂基本上亦是EVB電池，因此，換言之，是牽引電池。

因此，第二電池EVB₂允許對第一電池EVB₁進行充電，例如以快速或甚至超快速的充電模式。

當然，儲存裝置及第二電池EVB₂因此係配置用以隨時間累積能量，尤其是由外部電力網11來的能量。

此外，第二電池EVB₂(較佳但非必要)是與第一電池EVB₁屬相同類型。尤其，第二電池EVB₂可屬SLB類型，或再利用電池(second-life battery)。

更詳細地，第二電池EVB₂可具有與第一電池EVB₁相同的容量。

或者，第二電池EVB₂可相對於EVB₁在充電速度方面能夠輸送相當大性能的方式適當地定出尺寸。

包括第二電池EVB₂的優勢在於具有本質上是橫向發展具堅固、安全且耐用包裝的配置。

此外，充電裝置2可能備有第二電池EVB₂，其實質上可由一或多個使用過的EVB電池製成，可為二手或非二手的。

更詳細地，充電裝置2可包括第一轉換器21。

第一轉換器21較佳可操作地連接到外部電力網11。尤其，第一轉換器21較佳實質上係配置用以將交流信號轉換成直流電，反之亦然。因此，第一轉換器21基本上是雙向靜態AC/DC轉換器。

此外，充電裝置2包括分配裝置22。

分配裝置22較佳可操作地連接到第一轉換器21。此外，分配裝置22係配置用以將輸入中的電能定路線從第一轉換器21到儲存設備20及/或到第一個電池EVB₁。

因此，分配裝置22例如可為DC-匯流排，係配置用以將第一轉換器21來的直流信號定路線到儲存設備20中的至少一者及/或到第一電池EVB₁。

較佳地，充電裝置2亦包括第二轉換器23。第二轉換器23較佳可操作地連接在分配裝置22與第一電池EVB₁之間。因此，第二轉換器23較佳適於將分配裝置22分配的信號調變給用戶(即第一電池EVB₁)。

因此，第二轉換器23例如可由DC-DC轉換器組成，其透過分配裝置22將來自第一轉換器21的直流信號進行電壓調變。

當然，系統1亦可包括另外的元件。

例如，系統1可包括一選擇構件5。

若存在的話，選擇構件5係配置用以選擇性地將轉換器23與外部電力網11或儲存設備20連接或斷開。尤其，即使在為第一電池EVB₁充電時，選擇構件5亦可允許控制系統1的操作模式。

因此，例如透過選擇構件5，可能強制系統1只讓第二電池EVB₂釋電到第一電池EVB₁中，或亦可能斷開第二電池EVB₂而只允許外部電力網11為第一電池EVB₁充電。當然，亦可從外部電力網11及第二電池EVB₂同時進行充電。

因此選擇構件5例如可包括沿著外部電力網11與第一轉換器21之間(及/或分配裝置22與儲存設備之間)的連接設置的開關。

選擇構件5亦可由用戶從外部控制或亦可由自動控制系統管理。

此外，系統1較佳包括一平台3。

平台3係有利地適用於車輛。此外，該平台是平的並且配置為放置在地面上。當然，地面例如可為車庫的車道，或者亦可為道路舖道，例如停車場內的路面。

因此平台3較佳係配置為允許電動車10停放在平台3本身上。

因此，平台3可包括至少一坡道32。

坡道32較佳係配置為允許電動車10從地面上升到平台3的高度。

當然，平台3可包括單個坡道32，或者兩個坡道32，係設置在平台3本身的相對端，以允許電動車10僅循著一個行駛方向上下平台3。

有利地，平台3包括系統1的體積較大元件。

尤其，至少第二電池EVB₂較佳係整合到平台3內，依此方式不在平台3本身外面的環境中佔用更多空間。

此外，平台3界定一外殼30。

外殼30大體上是由平台3的平面與地面之間的空間確定。此外，外殼30是至少設置有第二電池EVB₂的部分。

當然，在外殼30內部可設置數個第二電池EVB₂。

甚至更佳地，外殼30適於完全容納充電裝置2。

外殼30可包括一或多個隔室30a。

隔室30a基本上是存在於外殼30內部的容器或限定空間。因此，隔間30a較佳是藉由壁面與外殼30的其餘部分隔開。

尤其，每個隔室30a係配置用以容納第二電池EVB₂。

較佳地，平台3包括至少一檢查孔33。若存在的話，檢查孔33允許從平台3的外部接近外殼30(較佳各別隔室30a內部)，並因此接近一或多個第二電池EVB₂。

因此，檢查孔33可製成簡單的開口，或更佳設置有門的開口，例如可藉由滑動或旋轉或其他方式打開門的開口。

此外，隔室30a較佳亦包括介面構件34。介面構件34大體上係配置為以可分解方式可操作地連接到第二電池EVB₂。

此外，該等介面構件係容納在隔室30a內，例如與底壁或隔室內部行程終點相對。因此，介面構件34較佳至少可操作地連接到第一轉換器21。更詳細地，若存在選擇構件5，則介面構件係可操作地連接到選擇構件5，並藉由該選擇構件連接到第一轉換器21。

因此，介面構件34較佳可操作地直接或間接連接到第一轉換器21。

通常，介面構件包括連接元件，例如電氣、液壓及機械部件，當第二電池EVB₂位於隔室30a內時，適於允許第二電池EVB₂完全連接到介面構件34。較佳地，介面構件34具有可分解的互鎖連接元件。

因此，此外，隔室30a較佳亦包括導引構件35。

導引構件35大體上係配置用以導引第二電池EVB₂沿一預定方向3a引入隔室30a中，使第二電池EVB₂到達隔室30a內的預定位置(例如行程終點)時與介面構件34接合。

因此，導引構件35可包括一滑架，可沿預定方向3a移動並適於伴隨第二電池EVB₂從檢查口33輸入及/或輸出到檢查口33。或者，導引構件35可包括一軌道，第二電池EVB₂可沿預定方向3a在該軌道上平移。。

當然，導引構件35可與隔室30a的側壁重合，或繞著隔室30a的預定方向3a延展，隔室若尺寸正確，本身即可導引第二電池EVB₂ 從檢查口33插入直達到介面構件34。

此外，平台3亦可包括至少一冷卻單元31。

冷卻單元31較佳係配置用以循環平台3內的空氣，至少用以冷卻第二電池EVB₂。

因此，平台3當然可包括一或多個壁格柵，適於允許排出熱空氣及從外部抽取冷空氣。

最後，系統1可包括一連接裝置4。

連接裝置4較佳是在平台3外面，此外，係配置用以允許充電裝置2與電動車10之間依照指令連接。

尤其，連接裝置4係配置用以允許第一電池EVB₁可操作地連接到充電裝置2。

連接裝置4較佳包括一連接器40。

連接器40較佳係配置用以將第二轉換器23連接到第一電池EVB₁。

因此，連接器40可呈現為簡單的電纜，可能配備有要用以插入電動車10的充電插座的插頭，。或者，連接器40可包括可操作地連接到第二轉換器23的充電柱，從柱中露出一插頭。

因此，連接裝置4亦可包括控制構件41。

控制構件41(若存在的話)係配置用以允許控制從第二轉換器23到第一電池EVB₁的電能輸送。

控制構件41因此可包括一開關，其可由用戶手動控制或由自動控制系統控制，類似於對選擇構件5所描述的。

因此，該控制構件41可設置在連接器40上，可能設置在插頭上或設置在充電柱上，依此一方式允許控制第一電池EVB₁的充電或電動車10的充電。

先前以結構用詞描述用於電動車電池的充電系統1的操作，大體上類似於任何充電系統的操作，充電系統包括內部儲存構件，或輔助電池，其中按指令對電能進行充電或放電。

根據本發明用於電動車電池的充電系統1達成重要的優點。

事實上，用於電動車電池的充電系統1不僅允許增加充電速度，而且允許增加一或多個組件的更換速度，更一般性地，促進系統本身的維護。

詳細地，在儲存設備20內部使用EVB電池的事實使有效率地使用用過的或二手的EVB電池(例如SLB)成為可能。

這種類型的系統1尤其適用於實現直流快速充電及直流超快速充電系統。

此外，用於電動車電池的充電系統1使顯著減小總尺寸成為可能，尤其因較佳地整合到凹處3中，因此避免浪費消費者可用的空間。

增加檢查口、介面構件及驅動構件使儲存系統的EVB電池的更換速度增加，保證維護及修復時間縮短許多。

本發明可作出涵蓋在後附申請專利範圍定義的創新概念範圍內的變化。

在這種情況下，所有細節皆可由等效元素代替，可為任何材料、形狀及尺寸。

1:電動汽車之充電系統