TWI797773B - 適於置放電池套組的承物底板與儲物架及對應之電池套組 - Google Patents

Abstract

一種適於置放電池套組的承物底板，包含底板本體、發射線圈組以及無線供電模組。發射線圈組設置於底板本體，以在底板本體的板面上形成充電區域並朝板面外發射磁力訊號。無線供電模組與底板本體接鄰設置。無線供電模組包括經組態以自外部供電端引入電源的電源輸入端、經組態以調節該電源以輸出第一輸出電源訊號的第一控制單元，以及耦接至發射線圈組的第一輸出埠。其中，第一輸出電源訊號自第一輸出埠輸出至發射線圈組以形成磁力訊號。

Description

適於置放電池套組的承物底板與儲物架及對應之電池套組

本發明係關於適於置放電池套組的承物底板與儲物架及對應之電池套組；特別是關於具有無線充電系統的承物底板與儲物架及對應之電池套組。

在科技的進步下，人們對於具有機動性的電池(例如，鋰電池、鋁鐵電池等)的需求也日益越增。在需求量增加的同時，供應商對於電池的倉儲管理成本也會隨之增加。

舉例來說，電池因為其特性，需要電量維持在一定比例以上，才可以維持電池的品質。當電池中的電量過低時(例如，因電池內部阻抗而導致的自放電情形)，有可能導致電池壽命減少、蓄電量降低甚至是電池損壞等問題。因此，管理者或供應商需要時常監控電池的狀況/電量，以及為其充電等動作。然而，當需要管理的電池數量增加，管理者或供應商所需要付出的人力成本以及時間將會大幅上升。

有鑑於此，如何有效率地提升管理儲藏電池的效率以及如何使用成本較低以及安全的作法維持電池的電量將會是本領域發展的一大挑戰。

本發明的目的之一在於提升管理大量電池的效率及安全性。

本發明提供一種適於置放電池套組的承物底板，包含底板本體、發射線圈組以及無線供電模組。發射線圈組設置於底板本體，以在底板本體的板面上形成充電區域並朝板面外發射磁力訊號。無線供電模組與底板本體接鄰設置。無線供電模組包括經組態以自外部供電端引入電源的電源輸入端、經組態以調節該電源以輸出第一輸出電源訊號的第一控制單元，以及耦接至發射線圈組的第一輸出埠。其中，第一輸出電源訊號自第一輸出埠輸出至發射線圈組以形成磁力訊號。

本發明提供一種適於置放電池套組的儲物架，包含本發明之承物底板以及架體。所述承物底板設置於架體中，以形成複數儲物空間。

本發明提供一種電池套組，包含電池以及無線充電模組。所述無線充電模組包括經組態以接收磁力訊號的接收線圈組、經組態以調節處理所述磁力訊號並轉換為第二輸出電源訊號的第二控制單元以及與電池可分離地耦接的第二輸出埠。第二輸出埠輸出所述第二輸出電源訊號至電池，以維持電池之電量於閾值之上。

如上所述，透過無線供電模組以及對應之無線充電模組使電池可以透過非接觸的方式維持電池的電量。藉此達到減少耗費的人力資源以及管理成本的目的。

100:承物底板

110:底板本體

1101,1102:板面

120:發射線圈組

130:無線供電模組

1301:電源輸入端

1302:第一控制單元

1303:第一輸出埠

1304:第一通訊單元

200:電池套組

210:電池

2101:第一電池芯

2102:第二電池芯

220:無線充電模組

2201:接收線圈組

2202:第二控制單元

2203:第二輸出埠

2204:第二通訊單元

240:殼體

40:行動設備

510:第一接收線圈

520:第二接收線圈

530:第一發射線圈

540:第二發射線圈

70:儲物架

71:架體

CA:充電區域

MS:磁力訊號

PI:外部供電端

E1:電源

ES1:電源訊號

ES2:第二輸出電源訊號

圖1為本發明第一實施例中，電池套組與承物底板的示意圖。

圖2為本發明第一實施例中，無線供電模組的示意圖。

圖3為本發明第二實施例中，電池套組的示意圖。

圖4為本發明第三實施例中，具有殼體的電池套組的示意圖。

圖5為本發明第四實施例中，無線供電模組與無線充電模組進行通訊的示意圖。

圖6A-B為本發明第五實施例中，線圈組與電池芯搭配的示意圖。

圖7為本發明第六實施例中，機櫃的示意圖。

呈現附圖以幫助描述本發明的各個方面，為簡化附圖及突顯附圖所要呈現之內容，附圖中習知的結構或元件將可能以簡單示意的方式繪出或是以省略的方式呈現。例如，元件的數量可以為單數亦可為複數。提供這些附圖僅僅是為了解說這些方面而非對其進行限制。

對本文中使用諸如「第一」、「第二」等名稱的元件的任何引用通常不限制這些元件的數目或順序。相反，這些名稱在本文中用作區分兩個或更多個元件或元件實例的便利方式。因此，應當理解的是，請求項中的名稱「第一」、「第二」等不一定對應於書面描述中的相同名稱。此外，應當理解的是，對第一和第二元件的引用並不表示只能採用兩個元件或者第一元件必須在第二 元件之前。關於本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限於。

術語「耦接」在本文中用於指代兩個結構之間的直接或間接電耦接。例如，在間接電耦接的一個示例中，一個結構可以經由電阻器、電容器或電感器等被動元件被耦接到另一結構。

在本發明中，詞語「示例性」、「例如」用於表示「用作示例、實例或說明」。本文中描述為「示例性」、「例如」的任何實現或方面不一定被解釋為比本發明的其他方面優選或有利。如本文中關於規定值或特性而使用的術語「大約」、「大致」旨在表示在規定值或特性的一定數值(例如，10%)以內。

如本文中所使用的，術語「電池套組」及/或「電池」指的是可再次充電，反覆使用的儲電元件。例如，鋰離子電池、鉛酸電池或鋰鐵電池。然而，並非限定於化學能電池，任何能反覆使用的儲電元件皆可適用於本文「電池」之範疇。並且，本文所指的「電池套組」及/或「電池」可以透過數個電池芯進行串聯及/或並聯達到增加總電壓(例如，2V、6V、12V、48V、480V或1000V以下)或是總電量(例如，1000mAh至1000Ah或以上)。此外，亦可指為具有「電池套組」及/或「電池」的產品(例如UPS不斷電系統、行動裝置、醫療儀器等等)。

於本發明的第一實施例中，請參照圖1-2，圖1說明本發明的。本發明提供一種適於置放電池套組200的承物底板100，包含底板本體110、發射線圈組120以及無線供電模組130。發射線圈組120設置於底板本體110，以在的板面1101上形成充電區域CA並朝板面1101外發射磁力訊號MS。無線供電模組130與底板本體110接鄰設置。

具體來說，底板本體110可以例如為塑膠板、木製板或其他合適材料所製成的板材。發射線圈組120可以可拆式或不可拆式的方式設置於底板本體 110中或者底板本體110的板面1101上。舉例來說，發射線圈組120可以黏貼或放置的方式可分離地設置於底板本體110的板面1101上。亦可以透過在板面1101上形成放置槽(未示於圖1中)或其他習知設置線圈的方法，將發射線圈組120設置於底板本體110。須說明的是，雖然圖1中，發射線圈組120係繪製設置於板面1101上，但本領域具通常知識者可依據所選用的發射線圈組的構型以及功率將發射線圈組120設置於適當之位置(例如，板面1101的另一面1102，或底板本體110內部)。發射線圈組120設置於底板本體110後，形成的充電區域CA的示例性定義為適合進行無線充電的區域，即磁力訊號MS所能覆蓋的有效區域範圍內。應當理解，雖然圖1僅示出兩個充電區域CA，然而本領域具通常知識者可例如藉由增加線圈數量、形狀、範圍來調整充電區域CA的大小、形狀或數量。本發明不應受限於圖1所示的實施例。

底板本體110的大小可以例如參考歐盟棧板協會所制定的幾種棧板規格來訂定。舉例來說，底板本體110的板面1101的面積可以為80 x 120cm²、120 x 100cm²、100 x 120cm²或800 x 600cm²等等。然而，上述僅是舉例而非為了限制本發明。本領域具通常知識者可根據實際狀況(例如，需求乘載量、倉儲面積等等)來調整底板本體110的大小。

請參照圖2，無線供電模組130包括經組態以自外部供電端PI引入電源E1的電源輸入端1301、經組態以調節該電源以輸出第一輸出電源訊號ES1的第一控制單元1302，以及耦接至發射線圈組120的第一輸出埠1303。其中，第一輸出電源訊號ES1自第一輸出埠1303輸出至發射線圈組120以形成磁力訊號MS。

具體來說，無線供電模組130可以在印刷電路板(PCB)上設置各種必要或選用的元件(例如，主動元件、被動元件)來實現。外部供電端PI可以接收例如來自交流電源(例如，市電、不斷電系統(UPS))或是直流電源(例如，行動電源)進行整流或調壓後形成電源E1。第一控制單元1302可以為微處理 機、可程式邏輯閘陣列(FPGA)、或特殊應用積體電路(ASIC)，或任意商用晶片。第一控制單元1302可依照現行的無線充電標準(例如，Qi或其他)將電源E1透過開關切換、升降壓或直流/交流轉換等方式調節，以輸出第一輸出電源訊號ES1。發射線圈組120透過電磁轉換將第一輸出電源訊號ES1的至少一部份轉換為磁力訊號MS。

於本發明的第二實施例中，請參照圖3，圖3說明一種電池套組200，包含電池210以及無線充電模組220。所述無線充電模組220包括經組態以接收磁力訊號MS的接收線圈組2201、經組態以調節處理磁力訊號MS並轉換為第二輸出電源訊號ES2的第二控制單元2202以及與電池210可分離地耦接的第二輸出埠2203。第二輸出埠2203輸出所述第二輸出電源訊號ES2至電池210，以維持電池之電量於閾值之上。

具體來說，電池套組200中的電池210可以為任意種類的電池芯(例如，具有保護電路或外殼已經封裝好的電池芯，或尚未封裝的電池芯)。當例如電池210處於存放階段時，電池210與第二輸出埠2203耦接以接收第二輸出電源訊號ES2以維持電量在閾值之上及/或監控電池210狀態。而當電池210脫離存放階段時(例如，即將出貨或販售)，電池210與第二輸出埠2203斷開耦接以利後續供應商所進行的處置。

無線充電模組220可以在印刷電路板(PCB)上設置各種必要或選用的元件(例如，主動元件、被動元件)來實現。接收線圈組2201接收磁力訊號MS後，將磁力訊號MS轉換回電訊號，電訊號將會提供至第二控制單元2202以作為第二控制單元2202的工作電力及/或依照任意無線充電標準(例如，Qi)轉換為第二輸出電源訊號ES2。其中，第二控制單元2202可以為微處理機、可程式邏輯閘陣列(FPGA)、或特殊應用積體電路(ASIC)，或任意商用晶片。

當電池套組200放置於如第一實施例所述的承物底板100時，係放置於充電區域CA，且較佳為發射線圈組120與接收線圈組2201對立設置，以達到較好的能源傳遞效率。當進行供電時，無線供電模組130可以依據至少兩種供電模式進行供電。例如，無線供電模組130可以較低功率持續地提供磁力訊號MS以使電池套組200中的電池210以不產生電力損耗的方式(充電速率等於電池210的自放電速率)或緩慢的方式(充電速率略大於電池210的自放電速率)進行充能。在此模式中，無線供電模組130可以依據每種電池210所對應的自放電速率進行預設，或是監控電池210的充放電狀態/速率來動態地調整充電速率。在例如無須出貨僅需儲藏電池210的狀況中，藉此達到例如但不限於以低耗能的方式來維持電池210電量/品質的功效。在另一種示例供電模式中，無線供電模組130偵測電池210當前電量是否過低而採用較高功率的充電速率使電池210的電量可以較快地達到預設閾值。所述預設閾值可以例如根據電池的規格設定合適的電壓/電量範圍、或依據客戶/供應商的供貨條件需求進行調整。

於本發明的第三實施例中，請參照圖4，電池套組200還可以包括殼體240，無線充電模組220設置於殼體240上，電池210置於殼體240內。具體來說，當儲藏時，電池210可以存放於殼體240的容置空間中，透過引線等方式連接至無線充電模組220的第二輸出埠2203以進行充電及/或監控，而當離開儲藏狀態時(例如，售出或使用)，電池210可自殼體240的容置空間被取出並與第二輸出埠2203解耦。無線充電模組220的接收線圈組2201較佳設置於殼體240放置在承物底板100時與承物底板100相對的面上。殼體的材料例如為塑膠、紙、木質、金屬等物。應當理解，圖中所示之殼體240僅為簡單說明，任意改動(例如，調整形狀、大小或接收線圈組2201的設置位置)皆應屬於本發明之範疇。

於本發明的第四實施例中，請參照圖5，無線供電模組130與無線充電模組220可以進行通訊來達到資訊的交流。具體來說，無線供電模組130還可 包括耦接至第一控制單元1302的第一通訊單元1304，無線充電模組220還可包括耦接至第二控制單元2202的第二通訊單元2204。第一通訊單元1304可以接收由第二通訊單元2204發送的資訊IF，及/或第二通訊單元2204可以接收由第一通訊單元1304發送的資訊IF。第一通訊單元1304與第二通訊單元2204可以例如透過藍芽、無線網路、紅外線、射頻訊號等無線通訊技術進行通訊。第一通訊單元1304及/或第二通訊單元2204發送/接收的資訊IF可以例如為電池210或電池套組200的儲藏環境的溫度資訊、電池210的電量資訊、電池210的識別資訊(ID)、出廠年份及/或序號、電池210內各電池芯(適用於以串接電池芯方式形成電池210的情況)的電壓及/或電流等電池相關資訊。第一控制單元1302及/或第二控制單元2202可以依據所接收的資訊IF，來進行調控或發出指示訊號IS至耦接於第一控制單元1302的任意指示器(諸如，發聲元件(例如，蜂鳴器)、發光元件(例如，發光二極體)或顯示螢幕等)。舉例來說，可以依據電池210或儲藏環境的當前溫度決定是否繼續充電或是透過耦接於第一控制單元1302及/或第二控制單元2202的任意指示器來發出警示避免產生危害。或是根據電池210的電量資訊來選用不同的充電模式及/或提供至任意指示器來呈現當前電量(例如，透過發聲、燈號或顯示)。而識別資訊可以例如是電池210的批號、型號、種類或持有者所賦予的任意編號。

無線供電模組130及/或無線充電模組220能透過第一通訊單元1304或第二通訊單元2204提供資訊IF的方式，可以例如透過設置至少一感測器於承物底板100、電池套組200及/或儲藏環境中。舉例來說，可以設置溫度感測器(例如，熱敏電阻器、熱電耦、紅外線偵測等)以接觸或非接觸的方式量測電池210或儲藏環境的當前溫度。或是可以設置電量感測器(可以透過第二輸出埠2203與電池210的正負極接觸量測)，電量感測器可以是以電路方式整合入無線充電模組220中或是以獨立元件的形式設置。亦可以設置射頻訊號感測器來接收 無線射頻辨識(RFID)訊號。所設置的(諸)感測器，可以透過第一通訊單元1304及/或第二通訊單元2204經由無線傳輸的方式將量測訊號提供至第一通訊單元1304或第二控制單元2202或是直接耦接於第一通訊單元1304或第二控制單元2202上(例如，經由任意引腳或輸入埠)。須說明的是，第二通訊單元2204可以透過無線充電模組220所接收到的能量進行供電，避免第二通訊單元2204主動地消耗電池210內的電量。如此，可以不損耗電池210內的電量而達到例如但不限於監控電池210的狀態的功效。

於此實施例中，第一通訊單元1304及/或第二通訊單元2204亦可與行動設備40(例如，智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦及/或類似設備)透過藍芽或無線網路等等傳輸技術進行通訊。藉此可以將資訊IF輸出至行動設備端。行動設備端可以設有應用程式及/或使用者介面來顯示或監控資訊IF。

於本發明的第五實施例中，請參照圖6A，本發明的電池210可以包括第一電池芯2101以及第二電池芯2102，並且無線充電模組220的接收線圈組2201可以包括分別對應第一電池芯2101以及第二電池芯2102的第一接收線圈510以及第二接收線圈520。第一接收線圈510以及第二接收線圈520可以分別與承物底板100的發射線圈組120進行訊號傳遞及/或能量傳遞。舉例來說，第一接收線圈510以及第二接收線圈520可以透過例如頻率偏移調變(Frequency Shift Keying,FSK)、振幅偏移調變(Amplitude Shift Keying,ASK)及/或相似的通訊方式經由無線充電模組220的發射/接收模組TX/RX，將第一電池芯2101以及第二電池芯2102的資訊(例如，電量、電壓或溫度等等)發送出去，以使承物底板100的發射線圈組120可以接收第一電池芯2101以及第二電池芯2102的資訊。須說明的是，第一接收線圈510以及第二接收線圈520所分別耦接的發射/接收模組TX/RX可以是屬於單個控制單元的兩個埠，或是分別對應第一接收線圈510以及第二接收線圈520的控制單元。如此，承物底板100可以例如針對第一電池芯2101 以及第二電池芯2102的當前電壓或狀態，進行各別充電或管理(例如，達到電壓平衡避免單個電池芯過充或過放電)。

須說明的是，雖然此時實施例僅使用承物底板100的發射線圈組120進行說明。然而，如圖6B所示，承物底板100的發射線圈組120亦可以設置分別對應第一接收線圈510以及第二接收線圈520的第一發射線圈530與第二發射線圈540。如此，透過第一接收線圈510與第一發射線圈530的配對及第二接收線圈520與第二發射線圈540的配對分別對第一電池芯2101以及第二電池芯2102進行管理。具體來說，第一接收線圈510與第一發射線圈530的配對及第二接收線圈520與第二發射線圈540的配對可以採用不同頻率調變、時間差或者空間對位差的方式進行區隔，藉此避免第一電池芯2101以及第二電池芯2102管理上面的干擾。此外，第一電池芯2101以及第二電池芯2102也可以設置充放電平衡電路，來增加第一電池芯2101以及第二電池芯2102在充/放電時電壓/電量的平衡。

須說明的是，為了簡化/清楚說明，圖6A-B的實施例僅用第一電池芯2101以及第二電池芯2102說明。然而，電池210內可以具有多個電池芯或者多組電池芯組(兩個以上電池芯以串/並聯方式組成)以並聯或串聯的方式所組成。本領域具通常知識者，可以根據本發明將電池芯或者電池芯組施加對應的接收線圈及/或發射線圈皆應屬於本發明之範疇。

於本發明的第六實施例中，請參照圖7，本發明提供一種適於置放電池套組200的儲物架70，包含本發明之承物底板100以及架體71。所述承物底板100設置於架體71上，以形成複數儲物空間。複數的電池套組200可以分別儲放於複數儲物空間中(承物底板100上)。於一較佳的實施例中，承物底板100與承物底板100間也可以設置屏蔽(例如，接地的金屬層)來避免各自無線充電的影響。須說明的是，儲物架70亦可整合至需放置電池的產品中(例如，作為UPS不斷系 統的電池櫃)。應當理解，圖7中所示之儲物架70僅為簡單說明，任意改動(例如，調整形狀、大小或層數)皆應屬於本發明之範疇。

提供對本發明的先前描述以使得本領域具通常知識者能夠製作或實施本發明。對於本領域具通常知識者來說，對本發明的各種修改將是很清楚的，並且在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，本文中定義的一般原理可以應用於其他變化。因此，本發明不旨在限於本文中描述的示例，而是符合與本文中發明的原理和新穎特徵一致的最寬範圍。

100:承物底板

110:底板本體

1101,1102:板面

120:發射線圈組

130:無線供電模組

200:電池套組

Claims (11)

1. 一種適於置放一電池套組的承物底板，包含：一底板本體；一發射線圈組，設置於該底板本體，以在該底板本體的板面上形成一充電區域並朝該板面外發射一磁力訊號；以及一無線供電模組，與該底板本體接鄰設置，該無線供電模組包括：一電源輸入端，經組態以自外部供電端引入一電源；一第一控制單元，經組態以調節該電源以輸出一第一輸出電源訊號；以及一第一輸出埠，耦接至該發射線圈組，該第一輸出電源訊號自該第一輸出埠輸出至該發射線圈組以形成該磁力訊號；其中，該無線供電模組依據該電池套組的自放電速率調整一充電速率，以使對該電池套組的該充電速率大致地等於該電池套組的自放電速率。
2. 如請求項1所述的承物底板，其中該無線供電模組還包括：一第一通訊單元，耦接至該第一控制單元，該第一通訊單元經組態以接收至少一資訊。
3. 如請求項2所述的承物底板，其中該至少一資訊選自溫度資訊、電量資訊、識別資訊或其組合。
4. 如請求項2所述的承物底板，該無線供電模組還包括： 一指示器，耦接至該第一控制單元，該第一控制單元處理接收的該至少一資訊後輸出一指示訊號至該指示器。
5. 一種適於置放電池套組的儲物架，包含：請求項1至4項任一項之承物底板；以及一架體，該承物底板設置於該架體中，以形成複數儲物空間。
6. 一種電池套組，包含：一電池；以及一無線充電模組，包括：一接收線圈組，經組態以接收一磁力訊號；一第二控制單元，經組態以調節處理該磁力訊號並轉換為一第二輸出電源訊號；以及一第二輸出埠，與該電池可分離地耦接，該第二輸出埠輸出該第二輸出電源訊號至該電池，以維持該電池之電量於一閾值之上；其中，該無線供電模組依據該電池的自放電速率調整一充電速率，以使對該電池的該充電速率大致地等於該電池的自放電速率。
7. 如請求項6所述的電池套組，還包含：一殼體，該無線充電模組設置於該殼體，該電池置於該殼體內。
8. 如請求項6所述的電池套組，其中該無線充電模組還包括： 一第二通訊單元，耦接至該第二控制單元；其中該第二控制單元自至少一感測器接收感測訊號，並轉換成至少一資訊，該第二通訊單元發送該至少一資訊。
9. 如請求項8所述的電池套組，其中該至少一感測器選自溫度感測器、電量感測器、射頻訊號感測器或其組合。
10. 如請求項6所述的電池套組，其中該電池具有一第一電池芯及一第二電池芯，該接收線圈組包括分別對應該第一電池芯及該第二電池芯的一第一接收線圈及一第二接收線圈。
11. 如請求項6所述的電池套組，其中該第一接收線圈及該第二接收線圈接收該電磁訊號後，分別向外發送對應該第一電池芯及該第二電池芯的一第一電池芯資訊及一第二電池芯資訊。

Images