TWI683500B - 電動車電池交換回收系統與方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種人工智慧電池交換回收系統，包含：複數個可充電電池組；一電池狀態診斷模組，以診斷該複數個可充電電池組是否異常；以及一電池鎖住單元，以將該異常的可充電電池組鎖住。

Description

電動車電池交換回收系統與方法

本發明有關於一種電池交換技術，更詳而言之，其為一種具有電池診斷功能之電池交換回收系統與方法。

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。

此外，電動車面臨最棘手的問題是電力維持。每輛電動車至少都配置一個主電池組以驅動電動車的運作，當主電池組電力耗盡時則需對其充電以恢復電力需求。然而，要將電力耗盡的主電池組充電至足夠的電力，所需要 的時間大約為30分鐘，其費時的充電模式實不符合一般民眾的用車習慣。

近來有交換電池的概念被提出，其是在所謂的電池交換站將已充電的主電池組與電動車輛上電力耗盡的主電池組做替換。此外，先前技術所採用的電池交換模式，電池的部分是由廠商統一管理，因而大幅下降消費者因電池損耗所導致的花費，消費者無須承擔高額的電池耗損成本。

電池的壽命與其使用方式息息相關，例如充電電流、放電速度、充放電次數等因素皆會大大的影響電池的壽命。當交換的電池屬於不良狀態時，傳統的電動車電池交換站費，並未針對此不良電池做一些處置，可能造成電池流通或使用上的問題；因此，有必要提供一種新的電池交換站費系統以改進現有的技術，而進一步提出一具有產業利用之發明；其將詳述於後。

本發明之電動車電池交換回收系統與方法可以診斷電池組，並且將異常之電池組鎖住，以防止其繼續流通。

本發明之目的在於提供一種電動車電池交換回收系統，包含：處理單元；複數個可充電電池組，耦接該處理單元；一電池狀態診斷模組，以診斷該複數個可充電電池組是否異常；以及一電池鎖住單元，將該異常的可充電電池組鎖住。

上述電動車電池交換回收系統更包含充電控制模組，耦接該複數個可充電電池組。電池管理模組，耦接該充電控制模組。無線通訊模組電性耦接該電池鎖住單元。其中每一該複數個可充電電池組具有二維條碼，以利於紀錄或交換資料。

上述電動車電池交換回收系統更包含充電裝置，該充電裝置包括視覺輔助系統；有線或無線通訊模組電性耦接該處理單元，以傳輸該異常電池之位置或座標；其中每一該複數個可充電電池組具有辨識碼，以利於紀錄、資料擷取、身份辨識。

在另一觀點中，一種電動車電池交換回收方法，包含：提供複數個可充電電池組；提供一電池狀態診斷模組，以診斷該複數個可充電電池組是否異常；以及當該電池狀態診斷模組診斷出異常之可充電電池組，利用一電池鎖住單元以將該異常的可充電電池組鎖住。

上述電動車電池交換回收方法，更包含透過一有線或無線通訊模組電性耦接一控制單元，以將該異常的可充電電池組之位置或座標訊息傳輸至一遠端伺服器。

一種電動車，包含：控制單元；馬達，耦接該控制單元；可充電電池組，耦接該控制單元；一電池狀態診斷模組，以診斷該可充電電池組是否異常；以及一顯示器，顯示該異常的可充電電池信號。

一種機動式電池交換系統，包含電池交換系統配置於一移動式載具之上，該移動式載具包含陸地上車輛、水上交通工具或空中交通工具；其中該電池交換系統包含複數個可充電電池組，耦接一處理單元。

機動式電池交換系統更包含一電池狀態診斷模組，以診斷該複數個可充電電池組是否異常。

一種機動式電池充電系統，包含電池充電系統配置於一移動式載具之上，該移動式載具包含陸地上車輛、水上交通工具或空中交通工具；其中該電池充電系統包含複數個充電槍。

機動式電池充電系統更包含一電池狀態診斷模組，以診斷可充電電池組是否異常。

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‧‧‧電池交換站

101‧‧‧充電控制模組

103、403‧‧‧電池狀態診斷模組

105‧‧‧電池管理模組

107‧‧‧電池鎖住單元

109‧‧‧可充電電池組

113‧‧‧中央處理單元

115‧‧‧無線通訊模組

119‧‧‧電池插槽

120‧‧‧無線基地台

130‧‧‧通信網路(3G/4G/5G)

150‧‧‧網際網路

200‧‧‧遠端伺服器

300‧‧‧充電裝置或系統

310‧‧‧充電模組

311‧‧‧視覺輔助系統

312‧‧‧充電纜線

314‧‧‧充電連接器

316‧‧‧充電監控裝置

400‧‧‧電動車

401‧‧‧可充電電池組

405‧‧‧控制單元

409‧‧‧馬達

411‧‧‧變壓器

413‧‧‧儀表顯示器

500‧‧‧移動式載具

501‧‧‧電池交換系統

503‧‧‧充電系統

505‧‧‧充電槍

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人工智慧電池交換回收系統之功能方塊示意圖。

第二圖係顯示本發明之另一實施例之人工智慧電池交換回收系統之功能方塊示意圖。

第三圖係顯示本發明之又一實施例之人工智慧電池交換回收系統之功能方塊示意圖。

第四圖係顯示本發明之電池交換站充電之示意圖。

第五圖係顯示本發明之可充電電池組配置之示意圖。

第六圖係依據本發明之一實施例之具有電池狀態診斷模組之電動車之功能方塊圖。

第七圖係顯示本發明之機動式電力供給載具。

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適當的充電以及使用，並防止 不良的電池組繼續流通使用，本發明係提供一種人工智慧電池交換及回收系統與方法。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。

如第一圖所示，其用以顯示本發明之一實施例之人工智慧電池交換及回收系統之方塊示意圖。本實施例之人工智慧電池交換及回收系統基本架構包含電池交換站100、無線基地台120、通信網路(3G/4G/5G)130、網際網路150與遠端伺服器200。在一例子中，電池交換站100包括可充電電池組、電池狀態診斷模組、收發模組(無線通訊模組)、電池鎖住單元與觸控螢幕，使得本發明之電池交換站100具有鎖住特定電池之功能。在一實施例之中，電池交換站100之收發模組可以與遠端伺服器200通訊，以將欲鎖住之特定電池的訊息傳到遠端伺服器200。在一實施例之中，電池交換站100之收發模組可以與可攜式裝置通訊，例如手機、智慧型手機、平板電腦、個人數位助理，或者是頭戴式裝置，諸如虛擬實境(Virtual Reality：VR)裝置。本發明之電池交換站100可以透過網際網路150傳送訊號至遠端伺服器200，或者透過無線基地台120、通信網路130與網際網路150傳送訊號至遠端伺服器200。

請參考第二圖，其係依據本發明之一實施例之電動車電池交換及回收系統之示意圖。在電動車電池交換系統之中，包括電動車電池交換站100與遠端伺服器200，其中電動車電池交換站100之中包含一充電控制模組101、一電池狀態診斷模組103、一電池管理模組105、一電池鎖住單元107以及複數個可充電電池組109、無線通訊模組115。其中每一可充電電池組係配置電池插槽之中以利於交換。在一實施例之中，電動車電池交換站100之中更包括一電源111，以利於對可充電電池組109之中的可充電電池組進行充電。

在一實施例之中，充電控制模組101、電池狀態診斷模組103、電池管理模組105及/或電池鎖住單元具有收發模組、有線或無線傳輸模組，以利於傳輸訊息。

電池管理模組105電性連接充電控制模組101。如果可充電電池組109之預設電池狀態滿足可以交換條件，則電池管理模組105允許該可充電 電池組釋放以供交換使用。在一條件之中，使用電量完全充滿當作預設電池狀態。當可充電電池組完全充滿電，則電池管理模組105即發出可交換資訊，由電動車電池交換站100釋放以供交換使用。

在一實施例之中，可充電電池組109具有辨識碼，例如二維條碼或快速響應碼(Quick Response Code：QR code)，以利於紀錄、資料擷取、使用者身份辨識、或可充電電池組109。在一實施例之中，可充電電池組109具有近場通訊(Near-field communication：NFC)元件，以作為近場資訊交換傳輸，例如紀錄、資料擷取、使用者身份辨識、或可充電電池組109之相關資料。

充電控制模組101電性連接至可充電電池組109、電池狀態診斷模組103、電池管理模組105與電池鎖住單元107。充電控制模組101係用以產生一判斷命令，以對可充電電池組109進行充電。在一實施例之中，判斷命令係指對可充電電池組109指出其為可用於充電的、或太老舊而無法使用。在一實施例之中，充電控制模組101係透過電性連接器以對可充電電池組109進行充電。充電控制模組101進行充電直到一預設電池狀態滿足，並記錄其充電量。依照客戶需求或電池情況，預設可充電電池組之電池狀態是設定為完全充滿、或充電量百分比，例如90%充電量充滿。

在一實施例之中，充電控制模組101可進一步包含一充電表訂單元，以用於決定對複數個可充電電池組109進行充電的時刻表，例如離峰時段、尖峰時段，充電表訂單元被設定於一定的時間對可充電電池組109進行充電。一般而言，在離峰時段充電成本比在尖峰時段更便宜。藉由充電表訂單元，可以節省電動車電池交換系統100的操作成本；電廠也能減少尖峰時段的負載，進而保護發電機免於跳機。

在一實施例之中，可充電電池組109皆具有同樣的規格。當可充電電池組109處於低電量狀態時，需要於電動車電池交換站100之中充電。在一實施例之中，每一可充電電池組109具有數個以串聯或並聯方式連接的可充電電池芯。電池狀態診斷模組103電性耦接至對應的可充電電池組109之電池芯，以偵測診斷電池芯的狀態。在一實施例之中，可充電電池組109具有一電 池芯偵測單元，其功能在於偵測連接的每一可充電電池組109之電池芯的狀態，並向外部的電池狀態診斷模組103傳遞其電池的狀態。換言之，電池狀態診斷模組103可以接收由可充電電池組109之電池芯偵測單元所傳遞的電池的狀態。舉例而言，可充電電池組109的電池狀態之傳遞方法可以利用有線或無線的傳輸方式。在一實施例之中訊號係使用無線傳輸方式，例如5G、Wi-Fi頻寬傳輸，或有線之網際網路傳輸。

在另一實施例之中，電池狀態診斷模組103直接診斷可充電電池組109之電池芯，以診斷其是否異常。

上述電池的狀態例如包含：可充電電池芯之輸出電壓或輸出電流，或者電池健康狀態、充電狀態、蓄電能力、充電週期與壽命。藉由獲得這些電池狀態，以了解目前可充電電池芯的狀態，以及判定可充電電池芯是否過於老化而需要被一可用的可充電電池芯取代，取下來的可充電電池芯可進行回其內收有用材料。這可防止可充電電池組發生不平衡狀態。

電池狀態診斷模組103會基於每一可充電電池組109之電池的狀態，向每一可充電電池組109發送一判斷命令的訊號，以決定可充電電池組109是否被允許充電。若一可充電電池組109內之可充電電池芯過於老化、或可充電電池組109因為不良使用、狀態不佳，發出不予充電的判斷命令訊號。上述電池狀態之每一項目都具有一可調整設定(例如：充電週期)的門檻值。只要任一項目所偵測的值尚未達到對應的門檻值，允許充電的判斷命令不會發出，因而可充電電池組109不進行充電。

此外，電動車電池交換系統100之特點還包括：電池狀態診斷模組103能進一步決定那一個可充電電池組109要進行維修、或者異常而無法再使用，可充電電池組109的電池狀態沒達到門檻值者需進行維修。換言之，電動車電池交換系統100能揀選不適合目前工作、或者已異常而不能使用的可充電電池組109。在電池狀態診斷模組103診斷結果為異常的情況之下，電池鎖住單元107將異常的可充電電池組109鎖住，電池狀態診斷模組103紀錄該異常之電池位置或座標，並透過有線或無線通訊模組(收發模組)115將此異常電池所 在之地理位置，以及電池位置或座標訊息傳回控制中心或雲端伺服器200，電池鎖住單元107使該異常的可充電電池組109被鎖住，而不能被充電或使用，使用者亦無法取出，以避免異常之電池在市面流通，而不利消費者之使用。異常之條件設定包括：上述可充電電池芯之輸出電壓或輸出電流、電池健康狀態、充電狀態、蓄電能力、充電週期..等，分別設定其異常的數值。在一例子之中，雲端伺服器200具有報修模組，以通知專業人員到場重新更換可充電電池組。

請參考第三圖，其係依據本發明之另一實施例之電動車電池交換及回收系統之示意圖。在電動車電池交換系統之中，包括電動車電池交換站100與遠端伺服器200，其中電動車電池交換站100之中包含一充電控制模組101、一電池狀態診斷模組103、一電池管理模組105、一電池鎖住單元107、複數個可充電電池組109、中央處理單元113以及無線通訊模組115。在本實施例之中，充電控制模組101、電池狀態診斷模組103、電池管理模組105、電池鎖住單元107以及無線通訊模組115耦接中央處理單元113，由中央處理單元113來控制、處理整個電動車電池交換站100。

請參考第四圖，充電裝置或系統300包含電源供應單元具有複數個充電模組310、充電纜線312、充電連接器314以及充電監控裝置316。充電連接器314係透過充電纜線312連接至充電模組310，並透過充電纜線312傳輸電力。當充電裝置100之充電連接器314連接至電池插槽119之中的可充電電池組109時，便可對電池組109進行充電。舉例而言，電池插槽119可以M x N矩陣的方式配置，意即，電池交換站可以容納M x N個可充電電池組109，如第五圖所示。

充電裝置或系統300包含有線或無線充電模組，以對可充電電池組109進行充電。

舉例而言，電池交換程序為：握住置於電池插槽119內之任一電池之握把，將欲交換之電池上提後從電池插槽119中取出；將電池置入電池交換站之空插槽，適度施力將電池推到底，直至電池被鎖定並發出確認音效為止；電池全數插入電池交換站之空插槽後，可供更換之電池將於數秒後彈出。

充電監控裝置316電性耦接充電模組310以及充電連接器314，用以監控充電模組310之充電狀況、以及充電連接器314之使用狀況。

充電裝置或系統300更包括視覺輔助系統311，耦接充電模組310，以視覺偵測電池組109之相對應的充電埠，利於充電連接器314自動耦接相對應的充電埠。視覺輔助系統311包含影像感測元件，例如CCD、CMOS。

電池管理模組105可用以管理可充電電池組109之電池子模組之充電或放電。在一實施例之中，電池管理模組105包含n個電池監控模組，分別電性耦接電池子模組。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。

在一實施例之中，充電裝置300之充電模組310包含控制電路，透過充電纜線312電性耦接至充電連接器314之控制導引端子，並用以根據控制導引訊號以控制充電連接器314透過充電端子而對可充電電池組109。

於一實施例中，充電連接器314除了多個端子之外，還包含溫度感測器，以偵測到充電連接器314的溫度。

可充電電池組109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。

充電系統300之充電模組(電源模組)的數量端視實際的應用而可以調整。

請參考第六圖，其係依據本發明之一實施例之具有電池狀態診斷模組之電動車之功能方塊圖。電動車400包括有一可充電電池組401、一電池狀態診斷模組403、一控制單元405、馬達409、一變壓器411以及一儀表顯示器 413。在電動兩輪機車或四輪電動車400的例子中，可充電電池組401電性連接變壓器411，將電壓由高電壓(例如48伏特)降為低電壓(例如12伏特)之後，再電性連接儀表顯示器413，以提供儀表顯示器413所能承載之工作電壓。儀表顯示器413在工作模式下，可用以顯示可充電電池組401係處於啟動模式或是電池之健康狀態，提供使用者目前之狀態資訊。控制單元405係電性連接馬達409、可充電電池組401、電池狀態診斷模組403、及儀表顯示器413。控制單元405電性連接馬達409藉以控制在不同馬達輸出及計時秒數的情況下，以進行不同模式的切換。

在一實施例之中，控制單元405與可充電電池組401及儀表顯示器413的資訊傳遞方式可以利用通訊網路或外部訊號的功能來實施，例如：可利用控制器區域網路(Controller Area Network：CAN)或多點通訊傳輸RS 485、RS 232等方式。

在本實施例之中，電動車400本身包括：電池狀態診斷模組403可以診斷可充電電池組401之狀態，以確定電池是否需要進行維修、或者異常而無法再使用，可充電電池組109的電池狀態沒達到門檻值者需進行維修。換言之，利用電動車400本身之電池狀態診斷模組403的功能即能揀選不適合目前工作、或者已異常而不能使用的可充電電池組401。在電池狀態診斷模組403診斷結果為異常的情況之下，可在儀表顯示器413上顯示該異常的可充電電池信號、序號，並提示、警示上述之異常的情況，提示使用者更換電池。異常之條件設定包括：上述可充電電池芯之輸出電壓或輸出電流、電池健康狀態、充電狀態、蓄電能力、充電週期..等，分別設定其異常的數值。

請參考第七圖，本發明提出機動式電力供給載具，其上配置電池交換系統501及/或充電系統503與充電槍505，第七圖依據本發明之一實施例之配備、承載於一移動式載具上之機動式電力供給載具之示意圖。在本實施例之中，電池交換系統501、充電系統503與充電槍505配置於一移動式載具500之上。電池交換系統501可以參考前述之實施例。移動式載具500例如為陸地上車輛、水上交通工具、空中交通工具。換言之，本發明之電池交換系統可以適用於陸地上車輛、水上交通工具、空中交通工具，諸如無人機或空拍機。舉 例而言，機動式電池交換系統501可機動提供電池救援。如前所述，電池交換系統501包含一電池狀態診斷模組，以診斷可充電電池組是否異常。

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。

100‧‧‧電池交換站

101‧‧‧充電控制模組

103‧‧‧電池狀態診斷模組

105‧‧‧電池管理模組

107‧‧‧電池鎖住單元

109‧‧‧可充電電池組

111‧‧‧電源

115‧‧‧無線通訊模組

200‧‧‧伺服器

Claims (13)

1. 一種電動車電池交換系統，包含：處理單元；複數個可充電電池組，耦接該處理單元；一電池狀態診斷模組，以診斷該複數個可充電電池組是否異常；一電池鎖住單元，將該異常的可充電電池組鎖住；以及一通訊模組，耦接該電池鎖住單元；其中該通訊模組將該異常的可充電電池組的資訊回傳。
2. 如請求項第1項所述之電動車電池交換系統，其中更包含充電控制模組，耦接該複數個可充電電池組。
3. 如請求項第2項所述之電動車電池交換系統，其中更包含充電裝置，該充電裝置包括視覺輔助系統。
4. 如請求項第1項所述之電動車電池交換系統，其中更包含有線或無線充電模組，以對該複數個可充電電池組進行充電。
5. 如請求項第1項所述之電動車電池交換系統，其中該通訊模組為有線或無線通訊模組電性耦接該處理單元，以傳輸該異常的可充電電池組之地理位置至一遠端伺服器。
6. 如請求項第1項所述之電動車電池交換系統，其中每一該複數個可充電電池組具有辨識碼，以利於紀錄、資料擷取、身份辨識。
7. 一種機動式電池交換系統，包含電池交換系統配置於一移動式載具之上，該移動式載具包含陸地上車輛、水上交通工具或空中交通工具；其中該電池交換系統包含複數個可充電電池組，耦接一處理單元；一電池狀態診斷模組，以診斷該複數個可充電電池組是否異常；一電池鎖住單元，將該異常的可充電電池組鎖住；以及一通訊模組，耦接該電池鎖住單元；其中該通訊模組將該異常的可充電電池組的資訊回傳。
8. 如請求項第7項所述之機動式電池交換系統，其中更包含一電池狀態診斷模組，以診斷該複數個可充電電池組是否異常。
9. 一種電動車電池交換回收方法，包含：提供一電池狀態診斷模組，以診斷複數個可充電電池組是否異常；當該電池狀態診斷模組診斷出異常之可充電電池組，利用一電池鎖住單元以將該異常的可充電電池組鎖住；以及利用一通訊模組將該異常的可充電電池組的資訊回傳。
10. 如請求項第9項所述之電動車電池交換回收方法，其中更包含充電裝置，該充電裝置包括視覺輔助系統。
11. 如請求項第9項所述之電動車電池交換回收方法，更包含利用有線或無線充電模組，以對該複數個可充電電池組進行充電。
12. 如請求項第9項所述之電動車電池交換回收方法，其中該通訊模組為有線或 無線通訊模組電性耦接一控制單元，以將該異常的可充電電池組之地理位置傳輸至一遠端伺服器。
13. 如請求項第9項所述之電動車電池交換回收方法，其中每一該複數個可充電電池組具有辨識碼或近場通訊，以利於紀錄、資料擷取、身份辨識。

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