TWI707494B

TWI707494B - 對載具電池預先控溫再快速充電的充電設備及系統

Info

Publication number: TWI707494B
Application number: TW107114832A
Authority: TW
Inventors: 胡龍江
Original assignee: 胡龍江
Priority date: 2018-05-02
Filing date: 2018-05-02
Publication date: 2020-10-11
Also published as: TW201947807A

Abstract

一種對載具電池預先控溫再快速充電的充電系統包含一充電設備及一電動載具。該充電設備包括一設備殼體單元、一充電管理單元、一冷媒控制單元、一冷媒管路單元、一複合管線單元及一設備控制單元。該設備控制單元控制該冷媒控制單元送出冷媒後，經一預定調溫時間後再控制該充電管理單元送出電力。該電動載具包括一載具殼體單元、一載具電池模組、一儲電管理模組、一載具管路單元及一載具控制單元。該載具管路單元具有一載具進流管、一載具出流管及一載具控溫管。該載具控制單元控制該儲電管理模組送入該載具電池模組儲存的電力大小。

Description

對載具電池預先控溫再快速充電的充電設備及系統

本發明是有關於一種充電設備及系統(charging system)，特別是指一種對載具電池預先控溫再快速充電的充電設備及系統。

一般而言，鋰離子(Lithium ion)電池具有高能量密度、輸出功率大、低自放電等優點，故現有的電動載具的電池種類仍以鋰離子電池為主。

然而，由於鋰離子電池的電化作用容易隨溫度變化而改變，因此，溫度過高或過低都會導致鋰離子電池的特性變動，造成電池在急充時損壞，進而降低電池壽命。也就是說，當電動載具執行充電動作時，為了要縮短等待時間，常會以較大的電流對鋰離子電池進行快速充電，如此一來，會使得電池溫度快速升高，因而造成鋰離子電池發生熱衰而縮短使用壽命，或是在氣候影響而使得電池溫度太低時，同樣會使電池運作失常。

因此，本發明的第一目的，即在提供一種對載具電池預先控溫再快速充電的充電系統。

於是，本發明對載具電池預先控溫再快速充電的充電系統包含一充電設備及一電動載具。

該充電設備包括一設備殼體單元、一用以提供電力的充電管理單元、一電連接該充電管理單元的冷媒控制單元、一連通該冷媒控制單元的冷媒管路單元、一設置於該設備殼體單元的複合管線單元，及一電連接該充電管理單元與該冷媒控制單元的設備控制單元，該冷媒管路單元具有一第一管路組，該第一管路組具有一連通該冷媒控制單元的第一出流管，該複合管線單元具有一電連接該充電管理單元的中繼電續線，及一連通該第一出流管的中繼出流管，該設備控制單元控制該冷媒控制單元經由該第一出流管送出冷媒後，經一預定調溫時間後再控制該充電管理單元經由該中繼電纜線送出電力。

該電動載具包括一載具殼體單元、一用來儲存電力的載具電池模組、一電連接該載具電池模組且能與該中繼電纜線電連接的儲電管理模組、一設置於該載具電池模組的載具管路單元，及一電連接該儲電管理模組且信號連接該設備控制單元的載具控制單元，該載具管路單元具有一能與該中繼出流管連通的載具進流管、一連通至該載具殼體單元外的載具出流管，及一連通於該載具進流管與該載具出流管之間且用來調節該載具電池模組的溫度的載具控溫管，該載具控制單元控制該儲電管理模組送入該載具電池模組儲存的電力大小。

因此，本發明的第二目的，即在提供一種對載具電池預先控溫再快速充電的充電設備。

於是，本發明對載具電池預先控溫再快速充電的充電設備包含一設備殼體單元、一充電管理單元、一冷媒控制單元、一冷媒管路單元、一複合管線單元，及一設備控制單元。

該充電管理單元用以提供電力。

該冷媒控制單元電連接該充電管理單元。

該冷媒管路單元連通該冷媒控制單元，並包括一第一管路組，該第一管路組具有一連通該冷媒控制單元的第一出流管。

該複合管線單元設置於該設備殼體單元，並包括一電連接該充電管理單元的中繼電纜線，及一連通該第一出流管的中繼出流管。

該設備控制單元電連接該充電管理單元與該冷媒控制單元，於控制該冷媒控制單元經由該第一出流管送出冷媒後，經一預定調溫時間後再控制該充電管理單元經由該中繼電纜線送出電力。

本發明之功效在於：藉由該冷媒控制單元及該冷媒管路單元提供冷媒，並控制該充電管理單元於冷媒送出該預定調溫時間後才送出電力，可以在充電前對該載具電池模組進行預先控溫，並於充電時，使該載具電池模組的溫度維持在所需的該電池溫度區間，如此，使得本發明得以控制該載具電池模組(即車用電池)溫度在有效安全區域內來進行急充，還能維持該載具電池模組的溫度不致過低以達到保護並延長該載具電池模組使用壽命的效果。

1:充電設備

11:設備殼體單元

12:充電管理單元

13:冷媒控制單元

14:冷媒管路單元

15:複合管線單元

151:中繼電纜線

152:中繼出流管

153:中繼進流管

16:設備控制單元

17:設備儲電單元

18:第一管路組

181:第一出流管

182:第一進流管

19:第二管路組

191:第二出流管

192:第二進流管

193:設備控溫管

2:電動載具

21:載具電池模組

22:儲電管理模組

23:載具管路單元

231:載具進流管

232:載具出流管

233:載具控溫管

24:載具控制單元

25:管路偵測單元

26:載具殼體單元

3:冷媒恆溫儲存裝置

8:冷媒回收裝置

9:電力系統

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明對載具電池預先控溫再快速充電的充電系統的一第一實施例的一方塊示意圖；及圖2是本發明對載具電池預先控溫再快速充電的充電系統的一第二實施例的一方塊示意圖。

參閱圖1，為本發明對載具電池預先控溫再快速充電的充電系統的一第一實施例，包含一充電設備1、一電動載具2及一冷媒恆溫儲存裝置3。在本第一實施例中，該充電設備1是一種充電站(charging station)，該電動載具2則可以是一種能與充電站搭配的電動汽車或電動機車，但並不限於此。

該充電設備1包括一設備殼體單元11、一適用於電連接一電力系統9(例如：市電線路、中繼輸電線路、發電站等)的充電管理單元12、一電連接該充電管理單元12且連通該冷媒恆溫儲存裝置3(例如：儲存槽、儲存塔等)的冷媒控制單元13、一連通該冷媒控制單元13的冷媒管路單元14、一設置於該設備殼體單元11的複合管線單元15、一電連接該充電管理單元12與該冷媒控制單元13的設備控制單元16，及一電連接該充電管理單元12且用來儲存電力的設備儲電單元17。

可以理解的是，該充電管理單元12至少具有偵測電流大小、降流、斷路保護等功能，且於充電過程中，該充電管理單元12可提供機車約300~500安培(A)之電流，可提供汽車約1000~10000安培之電流。在本第一實施例中，該冷媒控制單元13可具有一用來對冷媒加壓推送的泵浦(圖未示)、一用來使冷媒降溫的冷卻器(圖未示)，及一加熱冷媒的加熱器(圖未示)。此外，該設備儲電單元17是一種電池庫(battery bank)，但不限於此。

該冷媒管路單元14具有一連通該冷媒控制單元13且具有一第一出流管181與一第一進流管182的第一管路組18，及一設置於該設備儲電單元17的第二管路組19。在本第一實施例中，該第二管路組19具有一連通該冷媒控制單元13的第二出流管191、一連通該冷媒控制單元13的第二進流管192，及一連通於該第二出流管191與該第二進流管192之間且用來調節該設備儲電單元17的溫度的設備控溫管193。

該複合管線單元15具有一電連接該充電管理單元12的中繼電纜線151、一連通該第一出流管181的中繼出流管152，及一連通該第一進流管182的中繼進流管153。要說明的是，在實際應用上，該中繼電纜線151、該中繼出流管152及該中繼進流管153可以整合於同一個管線外罩中，呈現出僅有一條管線的外觀，也可以各自分開而呈現有三條管線的狀態。

該設備控制單元16控制從該充電管理單元12經由該中繼電纜線151送出的電力大小，且控制該冷媒控制單元13經由該第一出流管181及該第二出流管191送出的冷媒量，並控制該冷媒控制單元13經由該第一進流管182及該第二進流管192收回的冷媒量。該設備控制單元16控制該冷媒控制單元13送出冷媒，並經一預定調溫時間(例如：3~5秒)後再控制該充電管理單元12送出電力。

在本第一實施例中，該冷媒控制單元13所送出的冷媒為具絕緣性的液體，例如純水、油等，以達到能傳導熱能但不致造成漏電或短路之功效。

該電動載具2包括一用來儲存電力的載具電池模組21、一電連接該載具電池模組21且能與該中繼電纜線151電連接的儲電管理模組22、一設置於該載具電池模組21的載具管路單元23、一電連接該儲電管理模組22且信號連接該設備控制單元16的載具控制單元24、一設置於該載具管路單元23且電連接該載具控制單元24的管路偵測單元25，及一載具殼體單元26。

在本第一實施例中，該載具電池模組21是一種鋰離子(Lithium ion)電池組，但不以此為限。此外，該儲電管理模組22實際上是一種電池管理系統(battery management system,BMS)。

該載具管路單元23具有一能與該中繼出流管152連通的載具進流管231、一連通至該載具殼體單元26外且能與該中繼進流管153連通的載具出流管232，及一連通於該載具進流管231與該載具出流管232之間且用來調節該載具電池模組21的溫度的載具控溫管233。在本第一實施例中，該載具管路單元23透過冷媒與該載具電池模組21進行熱交換而使該載具電池模組21的溫度保持在一設定的電池溫度區間內(例如：10℃至45℃)。

該載具控制單元24控制該儲電管理模組22送入該載具電池模組21儲存的電力大小。可以理解的是，該載具控制單元24能以無線或有線信號方式通知該設備控制單元16控制該充電管理單元12開始送電或停止送電，亦能以信號通知該設備控制單元16 控制該冷媒控制單元13開始推送冷媒或停止推送冷媒。

該管路偵測單元25用來偵測冷媒在該載具進流管231、該載具出流管232及該載具控溫管233的流動狀況。若該管路偵測單元25偵測到冷媒在該載具進流管231、該載具出流管232及該載具控溫管233的流動狀況異常，例如：壓力不足(有管路破漏)或壓力過高(有管路阻塞)，則該管路偵測單元25會立即通知該載具控制單元24控制該儲電管理模組22停止將電力送入該載具電池模組21，避免影響該載具電池模組21壽命。

該冷媒恆溫儲存裝置3連通該冷媒控制單元13且用以儲存及維持冷媒於一冷媒溫度區間(例如：28℃至30℃)，當所儲存的冷媒溫度低於28℃時，即對冷媒進行加溫，而當溫度高於30℃時，則對冷媒進行冷卻。

本發明對載具電池預先控溫再快速充電的充電系統於充電時的運作說明如下：

首先，使用者需將該複合管線單元15與該電動載具2連結妥當，也就是確認該中繼出流管152及該中繼進流管153分別與該載具進流管231及該載具出流管232連通無誤，且該中繼電纜線151將該充電管理單元12與該儲電管理模組22電連接在一起。

接著，該載具控制單元24以信號通知該設備控制單元16，令該冷媒控制單元13開始將恆溫冷媒由該第一出流管181經該中繼出流管152、該載具進流管231輸送至該載具控溫管233，並計時該預定調溫時間後，再控制該充電管理單元12經由該中繼電纜線151送出電力至該儲電管理模組22，該儲電管理模組22再將電力送入該載具電池模組21儲存。

當該載具儲電模組21的溫度高於該電池溫度區間時，該冷媒控制單元13將恆溫冷媒(例如：30℃的液態純水)經該第一出流管181、該中繼出流管152、該載具進流管231送至該載具控溫管233，於該載具控溫管233進行熱交換帶走該載具電池模組21產生的熱能，再依序經該載具出流管232、該中繼進流管153、該第一進流管182，將溫度升高的冷媒送回該冷媒控制單元13重新冷卻、降溫，以進行下一個循環。

而當氣候嚴寒，造成該載具電池模組21之溫度極低(例如：-15℃)時，經由該冷媒控制單元13將恆溫冷媒(例如：30℃的液態純水)經該第一出流管181、該中繼出流管152、該載具進流管231送入該載具控溫管233，則可使該載具電池模組21之溫度達到所需的電池溫度區間(例如：10℃~45℃)，如此，無論是在熱帶地區或寒帶地區都能將該載具電池模組21的溫度維持在該電池溫度區間內。

可以理解的是，該冷媒控制單元13亦能對該設備儲電單元17進行相似的溫控作業，於此不再贅述。

最後，當該載具電池模組21充電完成時，該載具控制單元24再次以信號通知該設備控制單元16，該充電管理單元12停止送電至該儲電管理模組22，此時，該冷媒控制單元13停止將冷媒從該第一出流管181推送出去，並從該第一進流管182將剩餘的冷媒充分回收，至此完成該電動載具2的充電作業。

值得一提的是，該冷媒管路單元14中的冷媒可以如上述是循環式的，但也可以是非循環式的，例如，當該電動載具2與該充電設備1連接後，該冷媒控制單元13將恆溫冷媒經該第一出流管181送出，並通過該管路偵測單元25偵測該載具控溫管233中的冷媒情況，當該載具控溫管233中的冷媒已充滿時，則經該載具控制單元24通知該設備控制單元16控制該冷媒控制單元13停止再輸出冷媒，直到該載具電池模組21之溫度到達該電池溫度區間後，再經由該第一進流管182回收冷媒。

經由以上的說明，將本發明的優點歸納如下：

一、本發明藉由該冷媒控制單元13及該冷媒管路單元14提供冷媒，並控制該充電管理單元12於冷媒送出該預定調溫時間後才送出電力，可以在充電前對該載具電池模組21進行預先控溫，並於充電時，使該載具電池模組21的溫度維持在所需的該電池溫度區間，如此，使得本發明得以維持該載具電池模組21的溫度在有效安全區域內來進行急充，還能維持該載具電池模組21的溫度不致過低，以達到保護並延長該載具電池模組21使用壽命的效果。

再者，藉由令該設備控制單元16控制於送出冷媒後經該預定調溫時間再控制該充電管理單元12送出電力，還可以在該載具電池模組21的溫度均勻化後才進行充電，如此，可以避免該載具電池模組21在剛開始進行熱交換時內外溫度差異過大而導致充電不均容易損壞的問題，因此還可以達到均勻充電及延長該載具電池模組21之壽命的功效。

二、本發明藉由該管路偵測單元25偵測冷媒在該載具管路單元23的流動狀況，且在偵測到流動狀況異常時通知該載具控制單元24，使該儲電管理模組22停止送電進入該載具電池模組21，以達到能防止因冷媒循環異常造成該載具電池模組21失溫或過溫而導致充電異常或損毀的情況。

參閱圖2，為本發明的一第二實施例，該第二實施例是類似於該第一實施例。該第二實施例與該第一實施例的差異在於：

該第一管路組18具有一第一出流管181。

該複合管線單元15具有一電連接該充電管理單元12的中繼電纜線151，及一連通該第一出流管181的中繼出流管152。

該載具出流管232適用於連通至一冷媒回收裝置8。

該設備控制單元16控制該冷媒控制單元13經由該第一出流管181及該第二出流管191送出的冷媒量，並控制該冷媒控制單元13經由該第二進流管192收回的冷媒量。

該管路偵測單元25用來偵測冷媒在該載具進流管231及該載具控溫管233的流動狀況。

當該載具電池模組21開始充電前，該冷媒控制單元13將恆溫冷媒由該第一出流管181經該中繼出流管152推送入該載具進流管231，並藉由該載具控溫管233帶走或提供該載具電池模組21熱能後，進行過熱交換的冷媒會直接從該載具出流管232排出至該載具殼體單元26外，並由連通該冷媒恆溫儲存裝置3的該冷媒回收裝置8所收集，以將冷媒再進行回收利用。

值得一提的是，實際使用時，若使用的冷媒為液態純水，亦可以直接將用過的液態純水由該載具出流管232排出洩掉，而不再回收使用。

如此，該第二實施例能達到與上述該第一實施例相同的目的與功效。

綜上所述，本發明對載具電池預先控溫再快速充電的充電系統不僅能在充電時控制該載具電池模組21的溫度，還能監控以防止冷媒循環異常造成該載具電池模組21減損壽命，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。