TWI719690B - 電動車充電系統 - Google Patents

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Abstract

一種電動車充電系統，其可包含充電電路模組、備用電池及控制器。充電電路模組可與市電電源連接。備用電池可與充電電路模組連接。控制器可透過充電電路模組控制市電電源及備用電池。

Description

電動車充電系統
本發明係有關於一種充電系統，特別是一種電動車充電系統。
現有電動車可透過轉接頭連接至使用者家中的市電電源(市電插座)進行充電或透過電動車製造商設置的商用充電站充電。
電力公司會輸送電力至商用充電站的交流電設備，再經過充電樁之充電器對電動車進行充電。例如，若提供快充功能的商用充電站可在一小時內將電動車電力已耗盡的可充電電池(100D)充飽，充電器所需提供的功率需為100khr，則充電電流會高達545.5A，故若商用充電站需要設置10個充電樁，總充電電流會高達5455A。因此，商用充電站不但需要申請特殊的用電執照，也很難獲得足夠的電力供應，且需極高的供電容量，使商用充電站的成本提升。
市電電源能提供的電流約為50A~80A，故若使用者透過家中的市電電源為電動車進行充電，則需要花費很長的時間(數小時或10小時以上)才能將電動車充飽，使用上極度缺乏效率。
另外，若使用者將電動車行駛至沒有電力供應的偏遠地區，使用者將無法對電動車進行充電，使用上極為不便。
根據本發明之其中一目的，提出一種電動車充電系統，其可包含充電電路模組、備用電池及控制器。充電電路模組可與市電電源連接。備用電池可與充電電路模組連接。控制器可透過充電電路模組控制市電電源及備用電池。
根據本發明之其中一目的，再提出一種電動車充電系統，其可包含充電電路模組、燃料電池、燃料儲存槽及燃料轉換器。燃料電池可透過充電電路模組與目標物之可充電電池連接，以對目標物之可充電電池充電。燃料儲存槽可與燃料電池連接，並供應燃料至燃料電池。燃料轉換器可將原始燃料轉換為燃料，並供應燃料至燃料電池。
以下將參照相關圖式，說明依本發明之電動車充電系統之實施例，為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現。
請參閱第1圖及第2圖，其係為本發明之第一實施例之電動車充電系統之方塊圖及示意圖。如第1圖所示，本實施例之電動車充電系統1包含充電電路模組11、備用電池12及控制器13。充電電路模組11與市電電源UP連接。備用電池12與充電電路模組11連接；在一實施例中，充電電路模組11可為充電樁、充電器、AC/DC電源轉換器、DC/DC電源轉換器、DC/AC電源轉換器或AC/AC電源轉換器等等。透過上述的電路，控制器13可透過充電電路模組11控制市電電源UP及備用電池12，並以市電電源UP對備用電池12充電。
而當充電電路模組11連接至目標物(如電動車)V之可充電電池時，控制器13可透過充電電路模組11控制市電電源UP及備用電池12同時對目標物(如電動車)V之可充電電池充電，或透過充電電路模組11控制備用電池12單獨對目標物V之可充電電池充電。當備用電池12電力耗盡時，控制器13可透過充電電路模組11控制市電電源UP同時對目標物V之可充電電池及備用電池12充電。
更詳細的說，備用電池12之充電能力及放電能力可大於或等於目標物V之可充電電池之充電能力及放電能力，故與市電電源UP相較，備用電池12能快速地對目標物V之可充電電池充電；例如，備用電池12可與目標物V之可充電電池相同，故當備用電池12充飽時，可在預定時間(如一小時)內充飽目標物V之可充電電池。
電動車充電系統1不但可做為家用充電系統，更可透過商用充電站的方式實現，並可以達到極高的充電效率，故應用上極為廣泛。
如第2圖所示，電動車充電系統1之充電電路模組11可為充電樁11’；充電樁11’與備用電池12及控制器13連接。充電樁11’可設置於使用者家中之車庫內，且連接至車庫之市電電源(市電插座)UP。
另外，電動車充電系統1還可以提供特殊的電力管理機制；換句話說，當電動車充電系統1尚未連接至目標物V之可充電電池時，控制器13可以在適當的時間為備用電池12充電，以減少電費的支出。其中，當目前時間為用電離峰時間，控制器13可透過充電電路模組11控制市電電源UP對備用電池12充電。當目前時間為用電尖峰時間，控制器13可透過充電電路模組11斷開市電電源UP與備用電池12之連接。透過上述的機制，控制器13可控制市電電源UP僅在用電離峰時間為備用電池12充電，以減少電費的支出。
同樣的，當電動車充電系統1連接至目標物V之可充電電池且當目前時間為用電離峰時間時，控制器13可透過充電電路模組11控制市電電源UP及備用電池12同時對目標物V之可充電電池充電，以更快地充飽目標物V之可充電電池。當電動車充電系統1連接至目標物V之可充電電池且當目前時間為用電尖峰時間時，控制器13可透過充電電路模組11控制備用電池12單獨對目標物V之可充電電池充電。透過上述的機制，控制器13可控制市電電源UP僅在用電離峰時間為目標物V之可充電電池充電，以減少電費的支出。
請參閱第3圖及第4圖，其係為本發明之第二實施例之電動車充電系統之方塊圖及示意圖。如第3圖所示，本實施例之電動車充電系統2包含充電電路模組21、備用電池22及控制器23。
與前述實施例不同的是，電動車充電系統1更包含再生能源發電機24，其與充電電路模組11連接；當電動車充電系統2未連接至目標物V之可充電電池時，再生能源發電機23可對備用電池22充電。在一實施例中，再生能源發電機24可為太陽能發電機、風力發電機、水力發電機、潮汐發電機、生質能發電機或其它類似的發電裝置。
當電動車充電系統2連接至目標物V之可充電電池時，再生能源發電機23可為目標物V之可充電電池充電，以更快地充飽目標物V之可充電電池，並同時可減少電費的支出。
如第4圖所示，電動車充電系統2之充電電路模組21可為充電樁21’；充電樁21’與備用電池22及控制器23連接，並可連接至再生能源發電機24。充電樁21’可設置於使用者家中之車庫內，且連接至車庫之市電電源(市電插座)UP。
電動車充電系統2不但可做為家用充電系統，更可透過商用充電站的方式實現，並可以達到極高的充電效率，故應用上極為廣泛。
請參閱第5圖及第6~8圖，其係為本發明之第三實施例之電動車充電系統之方塊圖及第一~第三示意圖。如第5圖所示，本實施例之電動車充電系統3包含充電電路模組31、備用電池32、控制器33及再生能源發電機34。
與前述實施例不同的是，電動車充電系統3更包含無線通訊模組35；在一實施例中，無線通訊模組35可為天線或其它類似的元件。
如第6圖所示，電動車充電系統3之充電電路模組31可為充電樁31’實現；充電樁31’可與備用電池32、控制器33及無線通訊模組35連接，並可連接至再生能源發電機34。充電樁31’可設置於使用者家中之車庫內，且連接至車庫之市電電源(市電插座)UP。
無線通訊模組35與控制器33連接；如第7圖所示，當使用者駕駛目標物V離開車庫時，控制器33藉由無線通訊模組34透過無線網路(如Wi-Fi網路或行動通訊網路等)由目標物V接收目標物V之可充電電池之電池狀態資訊SS；在本實施例中，電池狀態資訊SS可包含目標物V之可充電電池之即時消耗功率及目標物V之可充電電池之已消耗電力等等資訊。
當備用電池32之目前剩餘電力大於或等於目標物V之可充電電池之已消耗電力時，控制器33可透過充電電路模組11控制再生能源發電機33單獨對備用電池32充電。當備用電池32之目前剩餘電力小於目標物V之可充電電池之已消耗電力時，控制器33則可執行動態充電管理機制。更詳細的說，控制器33可根據電池狀態資訊SS及備用電池32之目前剩餘電力計算理想總充電功率，並根據理想總充電功率及再生能源發電機34之充電功率計算市電電源UP之理想充電功率，再根據市電電源UP之理想充電功率調整市電電源UP之實際充電功率。
控制器33可根據目標物V之可充電電池之即時消耗功率、目標物V之可充電電池之已消耗電力及備用電池32之目前剩餘電力計算理想總充電功率，如下式(1)所示：
Pc=Pd+(Ed-Ec)/t…………………………………………………..(1)
其中，Pc表示理想總充電功率；Pd表示目標物V之可充電電池之即時消耗功率；Ed表示目標物V之可充電電池之已消耗電力；Ec表示備用電池32之目前剩餘電力；t表示期待充電時間，使用者可根據實際需求設定此期待充電時間(如15分鐘、30分鐘或1小時)。
接下來，控制器33可根據理想總充電功率及再生能源發電機34之充電功率計算市電電源UP之理想充電功率，如下式(2)所示：
Pp=Pc-Pr……….…………………………………………………..(2)
其中，Pp表示市電電源UP之理想充電功率；Pr表示再生能源發電機34之充電功率。
最後，控制器33可根據市電電源UP之理想充電功率動態地調整市電電源UP之實際充電功率，並透過市電電源UP及再生能源發電機34同時對備用電池32充電。透過上述的動態充電管理機制，電動車充電系統3能充分利用再生能源發電機34所提供的電力，並根據目標物V之可充電電池之已消耗電力動態地調整市電電源UP之實際充電功率，以盡可能減少使用市電電源UP，且確保備用電池32能有足夠的電力。
如第8圖所示，本實施例之電動車充電系統3還可包含顯示螢幕36，其可顯示各種資訊，故使用者可透過顯示螢幕36直接得知許多有用的資訊。
商用充電站則可包含多個充電樁’31、備用電池32及控制器33，以同時為多個目標物(如電動車)V之可充電電池進行充電。電動車充電系統3不但可做為家用充電系統，更可透過商用充電站的方式實現，並可以達到極高的充電效率，故應用上極為廣泛。
請參閱第9圖及第10圖，其係為本發明之第四實施例之電動車充電系統之方塊圖及示意圖。如第9圖所示，本實施例之電動車充電系統4包含充電電路模組41、燃料電池42、燃料儲存槽43、燃料轉換器44以及原始燃料儲存槽45。
燃料電池42透過充電電路模組41與目標物V之可充電電池連接，藉此可以對目標物V之可充電電池充電。在一實施例中，燃料電池42可以為質子交換隔膜燃料電池、直接甲醇燃料電池、磷酸燃料電池、鹼性燃料電池或其它類似的元件。同樣的，燃料電池42之充電能力及放電能力可以大於或等於目標物V之可充電電池之充電能力及放電能力，故能快速地對目標物V之可充電電池充電。
燃料儲存槽43與燃料電池42連接，並供應燃料至燃料電池。在一實施例中，燃料可為氫氣、液態氫、甲醇、天然氣、丙烷或沼氣等等。
原始燃料儲存槽45與燃料轉換器44連接；原始燃料儲存槽45儲存原始燃料，並將原始燃料供應至燃料轉換器44。在一實施例中，原始燃料可為甲烷、天然氣或動物排泄物等等。
燃料轉換器44與燃料電池42連接，並將原始燃料轉換為燃料，並供應燃料至燃料電池42。
如前述，由於燃料電池42之充電能力及放電能力可以大於或等於目標物V之可充電電池之充電能力及放電能力，故能快速地對目標物V之可充電電池充電。另外，由於電動車充電系統4整合了燃料電池42、燃料儲存槽43、燃料轉換器44及原始燃料儲存槽45，故可以應用於沒有電力供應的偏遠地區。
如第10圖所示，電動車充電系統4之充電電路模組41可為充電樁41’實現；充電樁41’與燃料電池42連接，並可連接至燃料儲存槽43、燃料轉換器44以及原始燃料儲存槽45。充電樁41’可設置於任何地點，且不需電力供應。
透過上述的機制，燃料儲存槽43及燃料轉換器44可自動補充燃料電池42所需要的燃料，而使用者也可透過人工方式補充燃料電池42所需要的燃料，以確保電動車充電系統4能夠正常運作。
當然，上述僅為舉例，電動車充電系統1、2、3、4之各元件之功能及其協同關係均可依實際需求變化，本發明並不以此為限。
綜上所述，實施例之電動車充電系統可設置在住家中，並包含備用電池，且同時連接至市電電源，故可透過備用電池對電動車充電，或同時透過備用電源及市電電源同時對電動車充電，因此可以大幅提升充電效率。
實施例之電動車充電系統提供特殊的電力管理機制，其可避免在電用尖峰時間透過市電電源對備用電池或目標物之充電電池充電，故可減少電費的支出，使電動車的充電成本能有效地降低。
又，實施例之電動車充電系統具有再生能源發電機，其可利用自然資源進行發電，故可進一步減少電費的支出，使電動車的充電成本能進一步降低。
此外，實施例之電動車充電系統提供特殊的動態充電管理機制，其可以根據目標物之可充電電池之電池狀態資訊動態地調整市電電源的實際充電功率，因此不但可以保證電動車充電系統能在預定時間內充飽目標物之可充電電池，且能夠更進一步地減少電費的支出，並達到節能減碳的目標。
另外，實施例之電動車充電系統可應用於商用充電站，故不但可以保證商用充電站不需要申請特殊的用電執照即能獲得足夠的電力供應，也能有效地降低商用充電站的成本。
再者，實施例之電動車充電系統整合了燃料電池、燃料儲存槽及燃料轉換器，故可以應用於沒有電力供應的偏遠地區，使用上更為方便。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。
1、2、3、4:電動車充電系統 11’、21’、31’、41’:充電樁 42:燃料電池 43:燃料儲存槽 11、21、31、41:充電電路模組 12、22、32:備用電池 13、23、33:控制器 24、34:再生能源發電機 35:無線通訊模組 36:顯示螢幕 44:燃料轉換器 45:原始燃料儲存槽 UP:市電電源 V:目標物 SS:電池狀態資訊
第1圖 係為本發明之第一實施例之電動車充電系統之方塊圖。
第2圖 係為本發明之第一實施例之電動車充電系統之示意圖。
第3圖 係為本發明之第二實施例之電動車充電系統之方塊圖。
第4圖 係為本發明之第二實施例之電動車充電系統之示意圖。
第5圖 係為本發明之第三實施例之電動車充電系統之方塊圖。
第6~8圖 係為本發明之第三實施例之電動車充電系統之第一示意圖、第二示意圖及第三示意圖。
第9圖 係為本發明之第四實施例之電動車充電系統之方塊圖。
第10圖 係為本發明之第四實施例之電動車充電系統之示意圖。
1:電動車充電系統
11:充電電路模組
12:備用電池
13:控制器
UP:市電電源
V:目標物

Claims (7)

  1. 一種電動車充電系統，係包含：一充電電路模組，係與一市電電源連接；一備用電池，係與該充電電路模組連接；以及一控制器，係透過該充電電路模組控制該市電電源及該備用電池；其中當目前時間為用電離峰時間且該充電電路模組與一目標物之可充電電池連接時，該控制器控制該充電電路模組，使該市電電源及該備用電池同時對該目標物之可充電電池充電。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電動車充電系統，其中當目前時間為用電離峰時間，該控制器控制該充電電路模組，使該市電電源對該備用電池充電。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電動車充電系統，其中當目前時間為用電尖峰時間，該控制器控制該充電電路模組，以斷開該市電電源與該備用電池之連接。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電動車充電系統，其中當目前時間為用電尖峰時間且該控制該充電電路模組與一目標物之可充電電池連接時，該控制器控制該充電電路模組，使該備用電池對該目標物之可充電電池充電。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電動車充電系統，更包含一再生能源發電機，係與該充電電路模組連接，並對該備用電池充電。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電動車充電系統，更包含一無線通訊模組，係與該控制器連接，該控制器透過該無線通訊模組由一目標物接收該目標物之可充電電池之一電池狀態資訊。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電動車充電系統，其中該控制器根據該電池狀態資訊及該備用電池之目前剩餘電力計算一理想總充電功率，並根據該理想總充電功率及該再生能源發電機之充電功率計算該市電電源之理想充電功率，再根據該市電電源之理想充電功率調整該市電電源之實際充電功率。
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