TWI637872B - Charging system - Google Patents

Abstract

本發明提供一種充電系統，充電系統包括可充電的充電座，定位模組位於充電座正面下方且可固定電動載具的輪胎，移動模組設置於充電座內並電性連接充電座，最後充電連接器具有一正極充電接頭及負極充電接頭並設置於移動模組上，充電連接器電性連接至充電座，當電動載具固定於定位模組後，充電座可感測出電動載具的電池種類並控制移動模組移動至充電座外，以使分開設置的正極充電接頭及負極充電接頭接合至電動載具中的可充電位置，以形成充電迴路，充電系統則可對電動載具進行充電。本發明可自動固定電動載具，及避免各種充電時誤接而觸電的情況發生。

Description

充電系統

本發明是關於一種可固定電動載具並對電動載具充電的系統，特別是一種分開設置充電正極接頭及充電負極接頭的充電系統。

二十世紀中因溫室效應及能源危機的產生，造成原本以石油為能源供應的汽車或機車，不得不將汽車或機車的原料供應自石油等石化能源轉往以朝向電能為主要供應源的方向發展，並使能源供應以電能供應為主的汽車或機車普及化，因此能源危機的產生造就了各式產生電能的電動汽車或電動機車的發展，以及需供應電動汽車或電動機車的電能供應技術也隨之改良與進步。

電能供應的方式有許多種，例如設計成類似一般的加油站之設計的電能供應站，裡面設有可對電動汽車或電動機車等電動載具充電的充電裝置，提供電能的方式亦如同加油般的方式，手動將充電裝置上的供電元件連接至電動載具之電池的充電連接處，進行充電；或是，可以直接手動交換電動載具中的電池，以使電動載具充滿電能。無論是上述哪一種充電方式，皆須透過人力的方式進行充電，無論是使用者自行手動充電，或是需藉由提供電池的供應者作電池的更換或充電，皆提高人力資源成本以造成負擔，倘若是使用者自行手動充電，更加具有危險性存在，例如供電元件漏電或是不慎接錯正、負極等，皆會對電動載具及使用者之安全造成危害，小則觸電，重則發生爆炸車毀人亡。

因此，有鑑於習知充電的困擾，本發明提供一種充電系統，藉由對電動載具自動固定及充電，再將充電連接器的正極充電接頭與負極充電接頭 分開設置，以避免如上所述的各種危險性發生。

本發明的主要目的係提供一種充電系統，充電系統可固定電動載具的輪胎，並自動感測電動載具上的可充電位置，以使充電連接器對電動載具的可充電位置進行自動接合及固定，因固定住電動載具的位置後，則可準確的進行連接充電，提供電動載具充電的廠商或業者因此可以節省人力資源的消耗，更可去除如一般加油站般，需人力進行加油，即便是相較於一般電池交換站或是充電站，本發明更可以保護使用者以避免自行充電電動載具造成漏電而觸電，或是自行接合時，正、負極連接錯誤而造成電池短路或漏電的情事產生。

本發明的另一目的係提供一種充電系統，除了上述可以避免正、負極的連接錯誤外，本發明因為正極充電接頭與負極充電接頭係分開設置，以增加中間的絕緣空間，並藉此改善傳統同軸電纜線的缺失，如在小體積的線體上要做絕緣的難度會提升而使操作上會更加困難，本發明則可徹底改善此一缺點，及在一般的情況下更不會使兩極相接觸，進而導致觸電或是漏電的情況，好讓使用者在操作上可以更加輕鬆簡易及兼具安全性，同時，因為對電動載具進行充電的電流係具有非常高安培的電流量，分開設置正極充電接頭與負極充電接頭更可以避免電磁干擾(ElectroMagnetic Interference，EMI)的情況發生。

本發明的再一目的係提供一種充電系統，除了解省人力資源的消耗外，對使用者而言更是操作簡單、使用方便及具有極高的安全性，使用者僅須將電動載具移動至充電座前，即可藉由本發明的定位模組以固定自身的電動載具，固定及接合後即可自動進行充電，除了保護使用者及電動載具，本發明更讓整個充電過程更加簡易化，當充完電使用者選擇付費的方式後，即可移開電動載具離去，一切具有相當安全及簡易的操作過程及充電過程。

為了達到上述的目的，本發明提供一種充電系統，其係可提供電 能至電動載具中，並包括一充電座、定位模組、移動模組及充電連接器；充電座係可提供充電電能；定位模組係位於充電座的正面下方，且定位模組係可固定電動載具之至少一輪胎；移動模組係設置於充電座內，並電性連接充電座，移動模組可藉由充電座之控制以進行上、下、左、右、前及後之移動路徑；充電連接器係設置於移動模組上，並具有一正極充電接頭及一負極充電接頭，其係各自電性連接至充電座，以接收充電座所傳輸的充電電能，當電動載具的輪胎固定在定位模組後，充電座可以感測出電動載具的電池種類，充電座則控制移動模組移動至充電座外，以將正極充電接頭及負極充電接頭對應接合至電動載具的二可充電位置進行充電。

如上所述之充電座更包括一電能轉換器、一感測器及一處理器；電能轉換器電性連充電連接器及一交流電，以將交流電轉換成充電電能，並將充電電能傳輸至充電連接器中；感測器可經無線傳輸以感測電動載具的電池種類；處理器電性連接電能轉換器、感測器及移動模組，處理器經由感測器感測電動載具的電池種類後，處理器可控制移動模組的移動，以將移動模組上的充電連接器接合至電動載具的二可充電位置，藉由正極充電接頭、負極充電接頭、二可充電位置及電池形成一充電迴路，以對電動載具進行充電。

如上所述之充電座更設有一觸控螢幕，其係可顯示電動載具的充電資訊，例如電池的電壓及電流大小或所需充電時間，並可供使用者進行操作確認。

如上所述之電動載具的二可充電位置中分別更設有一充電正極及一充電負極，充電正極係接合正極充電接頭及充電負極係接合負極充電接頭。

如上所述之移動模組更包括一滑軌組及一移動桿，滑軌組設置於充電座內，移動桿設置於滑軌組上並電性連接充電座，移動桿可藉由充電座之控制於滑軌組上進行上、下、左、右、前及後之移動路徑。

如上所述之定位模組更包括一底座及一固定體，底座固定於充電座之正面下方，且底座具有一阻擋部，其係自底座的底部向上延伸，阻擋部可容置電動載具之輪胎，固定體設置於底座上及位於底座遠離充電座之一端，電動載具之輪胎移動經固定體後，固定體係可固定輪胎，以使輪胎固定於阻擋部及固定體之間。

如上所述之充電座的正面更設有一開關，開關開啟或關閉，以供移動模組經開關中移動。

為了達到上述的目的，本發明亦提供一種充電連接器，其係設置於充電系統上，充電連接器包含一座體、一正極充電接頭及一負極充電接頭，座體設置於充電系統上，正極充電接頭及負極充電接頭分開設置於座體的二側，以各自對應接合至電動載具的二可充電位置，以使充電系統、正極充電接頭、負極充電接頭、二可充電位置及電動載具的電池形成一充電迴路，以對電動載具充電。

如上所述之充電座更可傳輸一偵測電流經充電迴路，以偵測電池的殘餘電量。

如上所述之座體更包含至少一偵測器，其係位於座體上以偵測電動載具的二可充電位置，偵測器係可為紅外線感測器、雷射或超音波等技術偵測，且電動載具的二可充電位置上分別更設有一偵測區域，以供偵測器偵測。

如上所述之電動載具的二可充電位置上分別更設有一偵測區域，以供偵測器偵測。

如上所述之可充電位置係為漏斗狀凹槽。

底下藉由具體實施例配合所付的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

10‧‧‧充電系統

12‧‧‧充電座

122‧‧‧正面

124‧‧‧開口

126‧‧‧開關

128‧‧‧感應器

14‧‧‧定位模組

16‧‧‧移動模組

162‧‧‧滑軌組

164‧‧‧移動桿

18‧‧‧充電連接器

182‧‧‧座體

184‧‧‧正電極插頭

186‧‧‧負電極插頭

187‧‧‧絕緣體

188a、188b、188c‧‧‧偵測器

20‧‧‧電動載具

202‧‧‧輪胎

204‧‧‧可充電位置

206‧‧‧可充電位置

207‧‧‧偵測區域

208‧‧‧偵測區域

22‧‧‧儲電器

24‧‧‧感測器

26‧‧‧處理器

28‧‧‧觸控螢幕

30‧‧‧底座

302‧‧‧阻擋部

32‧‧‧橫桿

34‧‧‧旋轉架

36‧‧‧電動汽車

362‧‧‧後輪

364‧‧‧可充電位置

第一圖為本發明的立體示意圖。

第二圖為本發明之移動模組及充電連接器的示意圖。

第三圖為本發明欲充電的電動機車的正面示意圖。

第四圖為本發明之充電連接器已接合至電動機車的示意圖。

第五圖為本發明之充電座及其內之電能轉換器、感測器及處理器的示意圖。

第六圖為本發明使用定位模組固定車輪之另一實施例的示意圖。

第七圖為本發明之充電連接器已接合至電動汽車的示意圖。

伴隨著以消耗電能為主的電動載具出現，各種不同類型的電動載具開始快速成長，如二輪的電動機車或四輪的電動汽車出現，電動載具的主要技術除了提升能源供應的電池之續航力，或是研究電池的快速充電或是電池的交換技術，皆為電動載具的成長帶來快速的進步，然而本發明則增加電池在快速充電時的穩定性及自動化技術，以及改善習知充電時的充電連接器的構造，無論是自動或手動充電，都可以避免觸電或是正、負極相接觸時所產生的線路短路。

首先，請先參照本發明第一圖及第二圖所示，一種充電連接器18包含一座體182、正極充電插頭184及負極充電插頭186，座體182位於充電系統10的移動模組16上，正極充電插頭184及負極充電插頭186係分開設置於座體182的二側並電性連接充電系統10中的充電座12，於本實施例中正極充電插頭184及負極充電插頭186分開設置的距離可大於五公分，但不應以此距離為限制，且正極充電插頭184及負極充電插頭186係為圓柱形充電接頭，正極充電插頭184及負極充電插頭186間具有可設置絕緣體的空間，例如在正極充電插頭184及負極充電插頭186外分別可以設有一絕緣體187以產生絕緣體的空間。座體182上更包含 一偵測器188a，其係位於正極充電插頭184及負極充電插頭186之間，另外於正極充電插頭184及負極充電插頭186上分別設有偵測器188b及偵測器188c，本發明不以三個偵測器188a、188b、188c為限制，只要一個以上的偵測器即可實施，於本實施例中偵測器188a、188b、188c係為紅外線感測器，但不以此為限制，另外亦可使用雷射或超音波等技術手段達成相同的目的。正極充電插頭184及負極充電插頭186可各自對應接合至電動載具20，此時請同時參照本發明第三圖所示，此時正極充電插頭184及負極充電插頭186係接合至電動載具20中的二可充電位置204、206中，於本實施例中可充電位置204、206係為漏斗狀座的凹槽，且可充電位置204、206中各自設有一充電正極(圖中未示)及一充電負極(圖中未示)，充電正極與充電負極則可電性連接至電動載具20的電池(圖中未示)中。

承上，說明完充電連接器18的結構及連接關係後，接續說明充電連接器18的使用方式，充電連接器18的座體182係可被移動模組16所承載，以移動至可充電位置204、206，充電連接器18上的偵測器188a、188b、188c可分別偵測可充電位置204、206上的偵測區域207、208，例如偵測器188a可以偵測前後的距離，偵測器188b、188c可以偵測左右的距離，以感測出更精確的距離，於本實施例中的偵測區域207、208係為金屬材質。最後，正極充電插頭184及負極充電插頭186則可各自接合至二可充電位置204、206之中，正極充電接頭184接合至設有充電正極的可充電位置204及負極充電接頭186接合至設有充電負極的可充電位置206之中，以使充電系統10的充電座12、正極充電插頭184、負極充電插頭186、二可充電位置204、206及電動載具20的電池(圖中未示)形成一充電迴路，充電座12則可傳輸一偵測電流經充電迴路以偵測電池的殘餘電量，偵測後則可以對電動載具20充電。

接著，說明完本發明的充電連接器18之後，接著詳細說明充電連接器18與充電系統10的關係。請參照本發明第四圖及第五圖所示並同時參照第 一圖所示，一種充電系統10係包括一充電座12、一定位模組14、一移動模組16及一充電連接器18，充電系統10係可提供電能至電動載具20，其係可為二輪以上的電動車，於本實施例中電動載具20係以二輪電動車中的電動機車為例。充電座12中更包括一電能轉換器22、感測器24及一處理器26，電能轉換器22電性連接充電連接器18及一交流電(圖中未示)，於本實施例中的交流電係可為一般市電所供應的交流電，處理器26電性連接電能轉換器22、感測器24及移動模組16，且充電座12之正面122設有一開口124，於開口124外更可設有一開關126，開關126係可開啟或關閉以打開或遮蔽開口124，充電座12更設有一觸控螢幕28，於本實施例中觸控螢幕28係設置於開口124的正上方位置；定位模組14位於充電座12之正面122下方，以用來固定電動載具20之至少一輪胎，於本實施例以前輪輪胎202為例，移動模組16則設置於充電座12內並電性連接充電座12，以藉由充電座12控制移動模組16進行上、下、左、右、前及後之移動路徑，充電連接器18設置於移動模組16上，並電性連接充電座12，以接收充電座12的充電電能。

承接上段，請同時參照本發明第二圖所示，以詳加說明移動模組16及充電連接器18。移動模組16包括一滑軌組162及一移動桿164，滑軌組162係設置於充電座12內，移動桿164則設置於滑軌組162上並電性連接充電座12。充電連接器18具有一座體182、一正極充電接頭184及一負極充電接頭186，座體182設置於充電系統10的移動模組16之移動桿164上，座體182更包含一偵測器188a，正極充電接頭184及一負極充電接頭186分開設置於座體182的二側，偵測器188a則位於正極充電接頭184及一負極充電接頭186之間，另外於正極充電插頭184及負極充電插頭186上分別設有偵測器188b及偵測器188c，於本實施例正極充電接頭184及負極充電接頭186的距離係大於五公分，及偵測器188a、188b、188c係為紅外線感測器，但不應以此為限制。

其中更進一步針對本發明於第一圖中使用的定位模組14作說 明，並請同時參照本發明第一圖及第二圖所示，定位模組14更包括一底座30及一固定體，於本實施例中固定體以橫桿32為例，底座30係固定於充電座12之正面122下方，且底座上30更具有一阻擋部302，其係自底座30的底部向上延伸，橫桿32係設置於底座30上及位於底座30遠離充電座12的開口端下，本發明不限制固定體的樣式及形狀，例如可參照本發明第六圖所示，固定體另外係可為一旋轉架34。

說明完本發明的整體及細部結構與連接關係後，接著說明本發明的自動充電方法，請同時參照本發明第一圖、第二圖、第三圖、第四圖及第五圖所示。首先，使用者可以將電動載具20移動至充電系統10附近，並將電動載具20往定位模組14底座30的開口端推入，輪胎202會順著較寬的開口端往內側的阻擋部302前進，再將輪胎202前側容置於阻擋部302，並藉由定位模組14中的橫桿32卡固住輪胎202後側，以使輪胎202固定於定位模組14中的阻擋部302及橫桿32之間，而電動載具20則會固定在一個特定位置上；固定完電動載具20之後，充電座12中的感測器24可以經由無線傳輸感測出電動載具20的電池種類，於本實施例中無線傳輸係為無線射頻(Radio Frequency，RF)傳輸，但不應以此為限制。當感測出電池種類之後，請同時再參照本發明第三圖所示，處理器26可控制移動模組16進行上、下、左、右、前及後之移動，以自開關126中移動，再藉由充電連接器18中的偵測器188a、188b、188c對電動載具20的二可充電位置204、206上的偵測區域207、208進行更詳細位置的偵測，偵測器188a可偵測前後距離，偵測器188b、188c可偵測左右的距離，本實施例中的偵測區域207、208係為金屬材質。當偵測出詳細的可充電位置204、206後，移動模組16則會承載充電連接器18移動並接合至電動載具20的二可充電位置204、206中，於本實施例中可充電位置204、206係為漏斗狀的凹槽設計，且可充電位置204中更設有一充電正極(圖中未示)及可充電位置206中更設有一充電負極(圖中未示)，充電正極與 充電負極再電性連接電動載具20的電池(圖中未示)，接著設有充電正極的可充電位置204與正極充電接頭184接合，設有充電負極的可充電位置206與負極充電接頭186接合；接合之後，正極充電接頭184、負極充電接頭186、二可充電位置204、206及電動載具20的電池可以形成一充電迴路，充電座12則可以傳輸一偵測電流流經充電迴路，以偵測電池的殘餘電量，並可將殘餘電量及電池種類顯示於觸控螢幕28中，另外更可得到如電池電壓及電流大小或所需充電時間等充電資訊於觸控螢幕28，以供使用者確認，確認之後充電系統10的充電座12則可以透過電能轉換器22將交流電轉換成充電電能，經由充電迴路對電動載具20充電。充電完之後使用者可以依照自身需求，進行付費方式，本實施例中以悠遊卡付費為例說明，但不應以此為限制，付費方式可依照使用者需求作設計，充電座12的正面122可設有一感應器128，其係可藉由感應的方式感應使用者的悠遊卡，以執行收費的方式，以便利使用者的充電過程，感應付費完即可直接將電動載具20移出。

承接上段，因可充電位置204、206係為漏斗狀的凹槽設計，即便正極充電接頭184及負極充電接頭186位置稍微有偏差，仍可以順利經由凹槽的弧度以滑進最深處的可充電位置204、206中。另外，在充電時，發生下列五種情形，自動充電則會停止：(1)充電時間到之後，自動充電則會自動斷電；(2)當充電的電壓達到預設值之後，自動充電則會自動斷電；(3)當流經偵測電流發現電動載具20電池的電芯有問題時，或是充電時電芯發生問題，則不會進行自動充電；(4)當充電迴路一短路時，則會自動斷電；(5)當使用者不當使用充電系統10，例如充電中撞擊到充電連接器18或是其他地方，或是充電中自行將電動載具20移出，亦會自動斷電。藉由上述的可能發生的情況，以保護充電系統10、使用者及電動載具20。

綜上所述，本發明雖以二輪電動車為例，但電動載具亦可為四輪 電動車此時請參照本發明第七圖及第一圖所示，使用者可以駕駛電動汽車36至充電座12前，可依據使用者的電動汽車36的可充電位置，進行倒車接近充電座12或是直接車頭朝充電座12的位置前進，本發明先以倒車方式為例，但不以此為限制，仍可依照不同車型做變化。當電動汽車36的後輪362碰觸到地上的定位模組14後，此時的定位模組14則與上述的實施例不同，因針對電動汽車36的停車方便性，可以將定位模組14設計為車擋，圖中係為三角狀的車擋，但不以此形狀為限制，可以依照使用者需求做改變，電動汽車36的後輪362被定位模組14固定後則無法再往後移動並以固定在充電座12的前方，此時充電座12可以感測得知電動汽車36的電池種類，以控制移動模組16移動至充電座12外，連帶將移動模組16上的充電連接器18移動至外部，再藉由充電連接器18的偵測器188a、188b、188c偵測電動汽車36的可充電位置364，以使正極充電接頭184及負極充電接頭186分別接合至電動汽車36的可充電位置364中的充電正極(圖中未示)及充電負極(圖中未示)中。電動汽車36接合及感測的方式亦可相同於電動機車，本發明主要的技術特徵仍是充電連接器18上分開設置的正極充電接頭184及負極充電接頭186，當正極充電接頭184及負極充電接頭186接合至電動汽車36之後，則可產生充電迴路以進行充電作業。對電動汽車36充電的充電座12可以設置在各種停車場或是各個停車格，當使用者停好車後，可以於離去前對電動汽車36進行充電，大大節省使用者再繞到其它充電站的時間。即便本發明係設置在充電站之中，也可如前述之優點，達到自動充電的效果，節省人力成本、提高充電時的安全性以及操作更加便利性。

常見的二輪電動車除了電動機車外，更有電動自行車，而四輪電動車則可為電動汽車或電動高爾夫球車，若將來更有不同形式的電動車出現，仍然可適用於本發明之中，因此不以電動車的類型為限制條件，固定電動載具的輪胎也不以一個為限制，可依照不同的電動載具作不同的設計。本發明的主 要精神係在自動固定電動載具及自動連接至電動載具中可以充電的位置，並開始自行充電，以避免使用者的操作不當，而造成自身或是電動載具的毀損，或是雨天時，使用者不用下車充電，不用擔心漏電而觸電，且充電座方面也不用擔心雨水會進入充電接頭中，而造成裝置毀損。再者，更藉由充電連接器上的正極充電接頭及負極充電接頭的分開設置，即便使用者因為使用不慎，誤觸其中一接頭，仍不會造成觸電或是漏電的情況，將充電接頭分開設置則可以保障使用者的安全，並且容易接合至電動載具之中，最後因為正極充電接頭及負極充電接頭的分開設置，更可以避免電磁干擾的情事發生，並且製造其中的絕緣體的空間也相對提高，更讓使用者於操作上更佳的便利、安全及節省製造成本，上述的實施例僅係為發明的使用說明，不應以此為限制。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍。

Claims (6)

1. 一種充電系統，其係可固定電動載具並對該電動載具充電，該充電系統包括：一充電座，其係可提供充電電能；一定位模組，其係位於該充電座的正面下方，且該定位模組係可固定該電動載具之至少一輪胎；一移動模組，其係設置於該充電座內，並電性連接該充電座，該移動模組可藉由該充電座控制以進行上、下、左、右、前及後之移動路徑；及一充電連接器，其係具有一正極充電接頭及一負極充電接頭，並設置於該移動模組上，該正極充電接頭及該負極充電接頭各自電性連接該充電座，以接收該充電座所傳輸的該充電電能，當該電動載具之該至少一輪胎固定於該定位模組後，該充電座係可感測出該電動載具的電池種類，該充電座則控制該移動模組移動至該充電座外，以將該正極充電接頭及該負極充電接頭對應接合至該電動載具的二可充電位置進行充電。
2. 如請求項1所述之充電系統，其中該充電座更包括：一電能轉換器，其係電性連該充電連接器及一交流電，該電能轉換器係將該交流電轉換成該充電電能，以將該充電電能傳輸至該充電連接器；一感測器，其係可經無線傳輸以感測該電動載具的該電池種類；及一處理器，其係電性連接該電能轉換器、該感測器及該移動模組，該處理器經由該感測器感測該電動載具之該電池種類後，該處理器可控制該移動模組之移動，以將該移動模組上的該充電連接器 接合至該電動載具之該二可充電位置，藉由該正極充電接頭、負極充電接頭、該二可充電位置及該電池形成一充電迴路，以對該電動載具進行充電。
3. 如請求項1所述之充電系統，其中該電動載具係為二輪以上的電動車。
4. 如請求項1所述之充電系統，其中該二可充電位置係為漏斗狀凹槽。
5. 如請求項4所述之充電系統，其中該電動載具之該二可充電位置中分別更設有一充電正極及一充電負極，該充電正極係接合該正極充電接頭及該充電負極係接合該負極充電接頭。
6. 如請求項1所述之充電系統，其中該定位模組更包括：一底座，其係固定於該充電座之該正面下方，且該底座具有一阻擋部，其係自該底座的底部向上延伸，該阻擋部係可容置該電動載具之該輪胎；及一固定體，其係設置於該底座上及位於該底座遠離該充電座之一端，該電動載具之該輪胎移動經該固定體後，該固定體係可固定該輪胎，以使該輪胎固定於該阻擋部及該固定體之間。