TWI568137B - 智慧充電裝置及其充電排程管控方法 - Google Patents

Description

智慧充電裝置及其充電排程管控方法

本發明係關於一種充電裝置，尤指一種智慧充電裝置及其充電排程管控方法。

近年來科技日新月異且環保意識抬頭，許多教學單位基於環保無紙化與增進學習興趣，已陸續將數位裝置引入教學環境中，所述的數位裝置包括平板電腦（如Ipad）、Chrome Book、筆記型電腦（Notebook）…等等，此類數位裝置被使用於教學環境時，皆必須倚靠其所配備之電池供電才能運作，因此教學單位係提供現有技術中的一種充電裝置（如充電同步車），其可收納數台至數十台數位裝置（例如30~50台）並同時對其進行充電，但是數十台數位裝置同時充電時所需之充電電流（負載電流）可能會造成該環境配電系統過載而影響其它用電裝置進而造成使用者的困擾。

上述充電裝置所提供的充電排程係設計為：1.畫分區域設定固定時間並輪流充電；或者以2.人工方式設定數個指定區域的排程、固定時間輪流充電。通常需要透過上述設計畫分不同的充電區域，才能避免充電電流過大，防止配電系統過載，舉例而言，若一充電裝置可同時收納40台數位裝置並畫分為4個充電區域，即每區域對應10台數位裝置，同一時間該充電裝置只能對某區域內之數位裝置進行充電，並間隔一固定時間後按固定順序再對其它區域之數位裝置進行充電，以避免配電系統過載。

由上述可知，現有技術中的充電排程設計必須先假設每一區域的用電狀況相當平均而且正常，以固定時間並輪流進行充電才不會造成配電系統過載，然而每個區域輪流充電且每個充電循環週期的時間皆相同的方式，實際上是非常沒有效率的充電方式，因為實際應用時各區域的用電狀況經常不相同，甚至不同區域的電量大小差異懸殊，因此現有技術並無法完全防止系統發生過載的問題，至於透過人工方式設定充電排程、時間，需由使用者另外考慮各區域的用電狀況並設定各區域所需之充電時間而更增加了使用者的不便，亦非具有效率的充電方式；因此，如何能更貼近使用者的需求並解決現有技術之不足的問題，確實有待提出更佳解決方案的必要性。

有鑑於上述現有技術的不足，本發明主要目的係提供一種智慧充電裝置及其充電排程管控方法，其藉由智慧化的充電機制預防配電系統過載、不需人工設定，並令多數區域可同時充電、共享彼此充電時間，於充電循環週期內各區域可分配到一次以上的充電時間，而且以充電需求最大的區域為優先，進而將充電時間最小化以達到提升充電效率的目的。

為達成上述目的所採取的主要技術手段係令前述智慧充電裝置的充電排程管控方法，主要係由多數具有繼電器的電源排插分別連接一控制單元，且該控制單元控制繼電器的啟閉，並由該控制單元執行以下步驟： 取得多數電源排插的負載訊號； 依該等電源排插的負載訊號狀況進行一排程設定，以產生一充電需求排序； 根據該充電需求排序、負載訊號執行一充電循環週期的時間計算，以分配充電時間，並依該充電需求排序及充電時間進行充電。

在前述方法中，藉由該控制單元控制繼電器的啟閉以決定電源排插的斷通，該控制單元接收多數電源排插的負載訊號，並依該等電源排插的負載訊號狀況進行該排程設定以產生該充電需求排序，該控制單元根據該充電需求排序、該等電源排插的負載訊號執行該充電循環週期的時間計算，由該充電循環週期的時間計算結果分配該充電需求排序中所有電源排插的充電時間，令多數電源排插依該充電需求排序及分配的充電時間進行充電，藉此讓用電需求最大的電源排插優先充電以達到提升充電效率的目的。

為達成上述目的所採取的又一主要技術手段係令前述智慧充電裝置包括： 多數電源排插，其分別具有一繼電器； 一顯示單元，用以顯示異常資訊； 一記憶單元，用以儲存、紀錄相關資訊； 一電源模組，係分別連接多數電源排插、該顯示單元及該記憶單元，用以供電； 一控制單元，分別與多數電源排插、該顯示單元、該記憶單元及該電源模組連接，該控制單元經由控制該繼電器的啟閉以決定電源排插的斷通，並接收電源排插的負載訊號； 其中，當該控制單元接收到多數電源排插的負載訊號，並依該等電源排插的負載訊號大小進行一排程設定，以產生一含有負載訊號大小順序的充電需求排序，該控制單元係根據該充電需求排序、該等電源排插的負載訊號執行一充電循環週期的時間計算以分配充電時間，並透過開啟電源排插之繼電器，使多數電源排插依該充電需求排序及分配的充電時間進行充電。

由上述構造可知，本發明智慧充電裝置中該控制單元係分別與多數電源排插、該顯示單元、該記憶單元及該電源模組連接，並且可控制多數電源排插之繼電器的啟閉，當該控制單元接收多數電源排插的負載訊號，判斷有否異常，並將異常資訊透過該顯示單元進行警示；該控制單元依該等電源排插的負載訊號大小進行排程設定以負載訊號大小順序產生該充電需求排序，再係根據該充電需求排序、該等電源排插的負載訊號執行充電循環週期的時間計算以分配充電時間，並透過開啟電源排插之繼電器，使多數電源排插依該充電需求排序及分配的充電時間進行充電，由用電需求最大的電源排插優先充電以達到提升充電效率的目的。

關於本發明一較佳實施例的系統架構，請參考圖1所示，其主要係由一智慧充電裝置10供多組數位裝置連結，並且可同時進行充電，每一組數位裝置是由多數的數位裝置20所組成，該數位裝置20可為一行動裝置、一平板電腦（如Ipad）、一Chrome Book或一筆記型電腦（Notebook）等，因此該智慧充電裝置10具有可擴充、可同時供電之特點；其中，

該智慧充電裝置10包括多數電源排插11、一控制單元12、一電源模組13、一顯示單元14以及一記憶單元15，該控制單元12係分別與多數電源排插11、該電源模組13、該顯示單元14及該記憶單元15連接，該電源模組13亦分別與多數電源排插11、該顯示單元14及該記憶單元15電連接並進行供電；

多數電源排插11係分別具有一繼電器111，當各電源排插11與多數的數位裝置20電連接時，該控制單元12經由控制繼電器111的啟閉以決定電源排插11的斷通，並接收電源排插11所提供代表充電電流的一負載訊號，因此，當該控制單元12接收到多數電源排插11的負載訊號時，該控制單元12係依照該等電源排插11的負載訊號之大小進行一排程設定，以產生一充電需求排序；

該充電需求排序包含有一負載訊號大小順序及一排插組合，該控制單元12係根據該充電需求排序、該排插組合、該等電源排插11的負載訊號執行一充電循環週期的時間計算以分配充電時間，其中一個充電需求排序係具有一個充電循環週期，一個充電循環週期具有多個時間單位，一個時間單位可為秒或分鐘，分配充電時間後該控制單元12可透過開啟電源排插11之繼電器111，使多數電源排插11依該充電需求排序及分配的充電時間進行充電。

故本發明充智慧電裝置10中的控制單元12控制多數電源排插11之繼電器111的啟閉並接收多數電源排插11的負載訊號，同時可透過預設一限定值判斷負載訊號有否異常，以防止系統因過載而發生危險，若負載訊號超過該限定值時則立即執行一應變措施，將一異常資訊透過該顯示單元14進行警示並停止充電，同時又利用該記憶單元15儲存、紀錄所有的相關資訊；藉由該控制單元12依該等電源排插11的負載訊號大小進行排程設定，並根據負載訊號大小順序產生該充電需求排序及其排插組合，再係根據充電需求排序、排插組合以及該等電源排插11的負載訊號執行充電循環週期的時間計算以分配充電時間，並透過開啟電源排插11之繼電器111，使多數電源排插依該充電需求排序及分配的充電時間進行充電，讓用電需求最大的電源排插11優先充電，以達到提升充電效率的目的。

為說明本發明上述較佳實施例的一具體應用方式，係列舉一智慧充電裝置10以說明對電源排插的充電過程，其具有四個電源排插R1~R4，當智慧充電裝置10上電後係透過其控制單元12依序切換電源排插的繼電器（Relay）以接收每一個電源排插的負載訊號，若控制單元12判斷電源排插的負載訊號超過預設的限定值時，則透過顯示單元14時顯示異常且停止進行充電，待異常排除後再令智慧充電裝置10重新上電；本實施例中，所述限定值可為一電流限定值，負載訊號可為一電流值；

當四個電源排插的負載訊號都由控制單元12接收並讀取完成後即可進入該排程設定，四個電源排插會依照負載訊號大小進行排序以產生一充電需求排序、排插組合，該充電需求排序包括一最大電流排插R1st、一次大電流排插R2nd、一次小電流排插R3rd以及一最小電流排插R4th，於排程設定完成後，該控制單元12控制各繼電器的動作係依照排程設定中的充電需求排序進行切換，並根據該充電需求排序、該排插組合、該等電源排插11的負載訊號執行一充電循環週期的時間計算以分配充電時間，當進入充電循環週期會每隔一緩衝時間檢查各負載訊號是否有超出電流限定值，如果有超出則立即斷開所有繼電器並執行一檢測所有負載訊號流程，又再檢查此次排程設定之充電時間是否已結束，若結束就進入下一個充電循環週期的排程設定。

為要進一步的說明本發明的排程設定及時間計算、分配方式，上述四個電源排插R1~R4的數量既是排程的數量，四個電源排插便有四個排程S1~S4，四個排程具有一充電循環週期並進行排序以產生充電需求排序、排插組合，因此第一排程S1中至少有最大電流排插R1st，第二排程S2中至少有次大電流排插R2nd，第三排程S3中至少有次小電流排插R3rd，第四排程S4中至少有最小電流排插R4th，每個排程S1~S4中的各個電源排插再逐次的與其他電源排插進行比對、或逐次的加入其他電源排插計算，並分別計算出一總負載訊號，在不超出電流限定值的情形下找出最佳最接近電流限定值的排插組合，排程S1~S4中充電循環週期的時間計算係依照負載訊號大小比例以分配充電時間；本實施例中，所述總負載訊號可為一總電流值。

舉例而言，預設的電流限定值不得超出8A，一個充電循環週期為四個排程S1~S4，一個充電循環週期可以分成多個時間單位，每一時間單位可以調整時間（秒／分鐘），運算後不足一時間單位的排程須補足為一時間單位。 假設一個充電循環週期為12個時間單位，每一時間單位為5分鐘。 上表中S1time~S4time分別代表各排程S1~S4計算後所分配到的充電時間，而本實施例中分配充電時間的方式係根據充電需求排序R1st~R4th、排插組合以及該等電源排插R1~R4的電流值大小比例計算，其計算公式如下： Cmax＝7＋8＋1＋5＝21A； S1unit＝（R1st×12）／Cmax＝4.57≒5，S1time＝S1unit×5min＝25min； S2unit＝（R2nd×12）／Cmax＝4          ，S2time＝S2unit×5min＝20min； S3unit＝（R3rd×12）／Cmax＝2.85≒3，S3time＝S3unit×5min＝15min； S4unit＝（R4th×12）／Cmax＝0.57≒1，S4time＝S4unit×5min＝5min； 其中，Cmax為所有電源排插R1~R4的電流值加總，S1unit~ S4unit分別為各個排程S1~S4的電流值大小比例，當上述排程組合及充電時間分配皆完成後即開始自動充電。

透過本發明上述較佳實施例的說明及其應用方式可進一步歸納出一智慧充電裝置的充電排程管控方法，主要係由多數具有繼電器111的電源排插11分別連接上述控制單元12，且該控制單元12控制繼電器111的啟閉，如圖2所示，並由該控制單元12執行以下步驟： 取得多數電源排插11的負載訊號及預設的一限定值（S21）； 依該等電源排插11的負載訊號狀況進行一排程設定，以產生一充電需求排序（S22）； 根據該充電需求排序、該等電源排插11的負載訊號執行一充電循環週期的時間計算，以分配充電時間，並令多數電源排插11依該充電需求排序及分配的充電時間進行充電（S23）； 依序檢測所有電源排插11的負載訊號（S24）； 判斷該充電需求排序中的所有排程是否都充電結束（S25）； 若是，則回到前述「依該等電源排插11的負載訊號狀況進行一排程設定，以產生一充電需求排序（S22）」步驟；若否，則回到前述「依序檢測所有電源排插的負載訊號（S24）」步驟。

前述步驟係藉由該控制單元12控制繼電器111的啟閉以決定電源排插11的斷通，該控制單元12接收多數電源排插的負載訊號及用於防止系統過載所預設的限定值；於本實施例中，當上述充電排程管控方法執行至「取得多數電源排插的負載訊號及預設的一限定值（S21）」步驟時，其進一步提供一取得並檢查電源排插訊號流程，如圖3所示，該方法更包括以下步驟： 依次序切換該繼電器111的狀態為開啟（S211）； 接收與該繼電器111相對應之電源排插11的負載訊號（S212）； 判斷目前接收之電源排插11的負載訊號是否超過一限定值（S213）； 若未超過該限定值，則利用該記憶單元15儲存、紀錄所有的相關資訊（S214）； 判斷是否已取得所有電源排插11的負載訊號（S215），若是，則繼續執行前述「依該等電源排插11的負載訊號狀況進行一排程設定，以產生一充電需求排序（S22）」步驟； 若否，則回到前述「依次序切換該繼電器111的狀態為開啟（S211）」步驟；以及 當執行前述「判斷目前接收之電源排插11的負載訊號是否超過一限定值（S213）」步驟，若有超過該限定值，則執行一應變措施（S216），本實施例中該應變措施係指該控制單元12將一異常資訊透過該顯示單元14進行警示並停止充電，結束所有執行步驟。

透過該取得並檢查電源排插訊號流程以預防系統因過載而發生危險，之後依該等電源排插11的負載訊號狀況進行該排程設定以產生該充電需求排序，其中當上述充電排程管控方法執行至「依該等電源排插11的負載訊號狀況進行一排程設定，以產生一充電需求排序（S22）」步驟時，其進一步提供一排程設定流程，如圖4所示，該方法更包括以下步驟： 依照各個電源排插11的負載訊號，由大至小進行排序（S221），以產生該充電需求排序、排程及排插組合； 判斷該排程設定、排插組合是否皆完成（S222）； 若是，則結束排程設定以準備充電（S223）； 判斷所有排程是否都已設定完成（S224）； 若否，則繼續執行前述「根據該充電需求排序、該等電源排插11的負載訊號執行一充電循環週期的時間計算，以分配充電時間，並令多數電源排插11依該充電需求排序及分配的充電時間進行充電（S23）」步驟；以及 當執行前述「判斷該排程設定、排插組合是否皆完成（S222）」步驟，若否，則將各個電源排插11逐次進行比對、或逐次的加入其他電源排插11計算，以產生最接近且不超過預設值的排插組合（S225）； 當執行前述「判斷所有排程是否都已設定完成（S224）」步驟，若是，則繼續執行前述「依次序切換該繼電器111的狀態為開啟（S211）」步驟。

由於該控制單元12可根據該充電需求排序、該等電源排插的負載訊號，以執行該充電循環週期的時間計算，又由該充電循環週期的時間計算結果，以分配該充電需求排序中所有電源排插的充電時間，最後透過開啟電源排插11之繼電器111以依序進行充電，於本實施例中當上述步驟執行至「依序檢測所有電源排插的負載訊號（S24）」步驟時，進一步提供一充電時間確認及檢測所有負載訊號流程，如圖5所示，該方法更包括以下步驟： 依序取得多數電源排插11的負載訊號（S241）； 判斷目前電源排插11的負載訊號是否有異常（S242），本實施例中，當負載訊號變大則代表異常，反之則代表安全； 若負載訊號有異常，則判斷該負載訊號是否超出該預設值（S243）； 當負載訊號沒有異常或負載訊號沒有超出預設值，都接續執行前述「判斷該充電需求排序中的所有排程是否都充電結束（S25）」步驟，若是，則繼續執行前述「依該等電源排插11的負載訊號狀況進行一排程設定，以產生一充電需求排序（S22）」步驟；若否，則延遲一緩衝時間（如1秒）（S251），當緩衝時間結束則繼續執行「依序取得多數電源排插11的負載訊號（S241）」步驟； 當執行前述「判斷該負載訊號是否超出該預設值（S243）」步驟，若負載訊號超出該預設值，則關閉所有電源排插11的繼電器111（S243），並繼續執行前述「依次序切換該繼電器111的狀態為開啟（S211）」步驟。

本發明透過上述步驟令多數電源排插11依該充電需求排序及分配的充電時間進行充電，並讓用電需求最大的電源排插優先充電以提升充電效率，更藉由本發明的智慧充電裝置之排程設定將充電時間分配達到最佳化，以有效降低數個至數十個配備有充電電池之數位裝置（如notebook、ipad、chrome book等）所需之充電時間，同時減少使用者所需之等待時間、增進便利性，特別是當每一時間單位最少都有一個以上電源排插11在進行充電時，更能突顯出本發明智慧充電裝置之利用率最大也最有效率的優勢。

10‧‧‧智慧充電裝置
11‧‧‧電源排插
111‧‧‧繼電器
12‧‧‧控制單元
13‧‧‧電源模組
14‧‧‧顯示單元
15‧‧‧記憶單元
20‧‧‧數位裝置

圖1 係本發明一較佳實施例的系統架構方塊圖。 圖2 係本發明一較佳實施例的充電排程管控方法流程圖。 圖3 係本發明一較佳實施例的取得並檢查電源排插訊號流程圖。 圖4 係本發明一較佳實施例的排程設定流程圖。 圖5 係本發明一較佳實施例的充電時間確認及檢測所有訊號流程圖

10‧‧‧智慧充電裝置

11‧‧‧電源排插

111‧‧‧繼電器

12‧‧‧控制單元

13‧‧‧電源模組

14‧‧‧顯示單元

15‧‧‧記憶單元

20‧‧‧數位裝置

Claims (16)

1. 一種智慧充電裝置的充電排程管控方法，主要係由多數具有繼電器的電源排插分別連接一控制單元，且該控制單元控制繼電器的啟閉，並由該控制單元執行以下步驟：取得多數電源排插的負載訊號；其中，當執行前述「取得多數電源排插的負載訊號」步驟，更包括以下步驟：依序切換繼電器的狀態；接收與繼電器相對應之電源排插的負載訊號；判斷目前負載訊號是否超過一限定值；若未超過該限定值，則儲存、紀錄所有資訊；判斷是否已取得所有電源排插的負載訊號；若是，則依該等電源排插的負載訊號狀況進行一排程設定，以產生一充電需求排序；若否，則回到前述「依次序切換繼電器的狀態」步驟；根據該充電需求排序、負載訊號執行一充電循環週期的時間計算，以分配充電時間，並依該充電需求排序及充電時間進行充電。
2. 如請求項1所述之智慧充電裝置的充電排程管控方法，其更包括以下步驟：依序檢測所有電源排插的負載訊號；判斷該充電需求排序中的所有排程是否結束；若是，則回到前述依該等電源排插的負載訊號狀況進行一排程設定，以產生一充電需求排序步驟；若否，則回到前述依序檢測所有電源排插的負載訊號步驟。
3. 如請求項1所述之智慧充電裝置的充電排程管控方法，當執行前述判斷目前負載訊號是否超過一限定值步驟，若有超過該限定值，則執行一應變措施。
4. 如請求項3所述之智慧充電裝置的充電排程管控方法，所述應變措施係指將一異常資訊進行警示並停止充電，結束所有執行步驟。
5. 如請求項1所述之智慧充電裝置的充電排程管控方法，當執行至依該等電源排插的負載訊號狀況進行一排程設定，以產生一充電需求排序步驟，其更包括以下步驟：依照各個電源排插的負載訊號，由大至小進行排序；判斷該排程設定、排插組合是否皆完成；若是，則結束排程設定以準備充電；判斷所有排程是否都已設定完成；若否，則繼續執行前述根據該充電需求排序、負載訊號執行一充電循環週期的時間計算，以分配充電時間，並依該充電需求排序及充電時間進行充電步驟。
6. 如請求項5所述之智慧充電裝置的充電排程管控方法，當執行前述判斷該排程設定、排插組合是否皆完成步驟，若否，則將各個電源排插逐次比對加入，以產生最接近且不超過預設值的排插組合；當執行前述判斷該排程設定、排插組合是否皆完成步驟，若是，則繼續執行前述取得多數電源排插的負載訊號步驟。
7. 如請求項2所述之智慧充電裝置的充電排程管控方法，當執行前述依序檢測所有電源排插的負載訊號步驟，其更包括以下步驟：依序取得多數電源排插的負載訊號；判斷目前電源排插的負載訊號是否有異常；若負載訊號有異常，則判斷該負載訊號是否超出該預設值； 當負載訊號沒有異常或負載訊號沒有超出預設值，接續執行前述判斷該充電需求排序中的所有排程是否結束步驟，若是，則繼續執行前述依該等電源排插的負載訊號狀況進行一排程設定，以產生一充電需求排序步驟；若否，則延遲一緩衝時間，當緩衝時間結束則繼續執行依序取得多數電源排插的負載訊號步驟。
8. 如請求項7所述之智慧充電裝置的充電排程管控方法，當執行前述判斷該負載訊號是否超出該預設值步驟，若負載訊號超出該預設值，則關閉所有繼電器，並繼續執行前述取得多數電源排插的負載訊號步驟。
9. 一種智慧充電裝置，其包括：多數電源排插，其分別具有一繼電器；一顯示單元，用以顯示異常資訊；一記憶單元，用以儲存、紀錄相關資訊；一電源模組，係分別連接多數電源排插、該顯示單元及該記憶單元，用以供電；一控制單元，分別與多數電源排插、該顯示單元、該記憶單元及該電源模組連接，該控制單元經由控制該繼電器的啟閉以決定電源排插的斷通，並接收電源排插的負載訊號，並且：當該控制單元取得多數電源排插的負載訊號，該控制單元依次序切換繼電器的狀態；該控制單元接收與繼電器相對應之電源排插的負載訊號；該控制單元判斷目前負載訊號是否超過一限定值；若未超過該限定值，則該控制單元儲存、紀錄所有資訊；該控制單元判斷是否已取得所有電源排插的負載訊號； 若是，則該控制單元依該等電源排插的負載訊號狀況進行一排程設定，以產生一充電需求排序；若否，則依次序切換繼電器的狀態；根據該充電需求排序、負載訊號執行一充電循環週期的時間計算，以分配充電時間，並依該充電需求排序及充電時間進行充電。
10. 如請求項9所述之智慧充電裝置，該控制單元係進一步的依序檢測所有電源排插的負載訊號；判斷該充電需求排序中的所有排程是否結束；若是，則回到前述依該等電源排插的負載訊號狀況進行一排程設定，以產生一充電需求排序步驟；若否，則回到前述依序檢測所有電源排插的負載訊號步驟。
11. 如請求項9所述之智慧充電裝置，其中當該控制單元判斷目前負載訊號是否超過一限定值，若有超過該限定值，則執行一應變措施。
12. 如請求項11所述之智慧充電裝置，其中該應變措施係指將一異常資訊進行警示並停止充電。
13. 如請求項9所述之智慧充電裝置，當該控制單元依該等電源排插的負載訊號狀況進行一排程設定，以產生一充電需求排序，該控制單元依照各個電源排插的負載訊號，由大至小進行排序；判斷該排程設定、排插組合是否皆完成；若是，則結束排程設定以準備充電；判斷所有排程是否都已設定完成；若否，則根據該充電需求排序、負載訊號執行一充電循環週期的時間計算，以分配充電時間，並依該充電需求排序及充電時間進行充電。
14. 如請求項13所述之智慧充電裝置，其中當該控制單元判斷該排程設定、排插組合是否皆完成，若否，則將各個電源排插逐次比對加入，以產生最接近且不超過預設值的排插組合；當該控制單元判斷該排程設定、排插組合是否皆完成，若是，則取得多數電源排插的負載訊號。
15. 如請求項10所述之智慧充電裝置，當該控制單元依序檢測所有電源排插的負載訊號，該控制單元依序取得多數電源排插的負載訊號；判斷目前電源排插的負載訊號是否有異常；若負載訊號有異常，則判斷該負載訊號是否超出該預設值；當負載訊號沒有異常或負載訊號沒有超出預設值，該控制單元判斷該充電需求排序中的所有排程是否結束，若是，則依該等電源排插的負載訊號狀況進行一排程設定，以產生一充電需求排序；若否，則延遲一緩衝時間，當緩衝時間結束則依序取得多數電源排插的負載訊號。
16. 如請求項15所述之智慧充電裝置，其中當該控制單元判斷該負載訊號是否超出該預設值，若負載訊號超出該預設值，則關閉所有繼電器，並取得多數電源排插的負載訊號。