TWI911552B - 群體式電池、電子裝置以及電子裝置的充電方法 - Google Patents

Abstract

一種群體式電池、電子裝置以及電子裝置的充電方法，其中群體式電池包含：複數個充電電池。距離較遠的充電電池會以無線充電的方式充比它更接近電子裝置的固定式儲電裝置的充電電池，而靠近固定式儲電裝置的充電電池會直接充固定式儲電裝置，而使得電子裝置充電。

Description

群體式電池、電子裝置以及電子裝置的充電方法

本發明相關於一種充電電池，特別是相關於一種群體式電池、電子裝置以及電子裝置的充電方法。

目前的電動車以及許多其他電子裝置所採用的充電電池是固定式電池。以電動車為例，其所採用的所採用的充電電池往往為數百公斤，難以透過替換充電電池的方式迅速完成充電。因此，這種固定式電池需要較長的時間於定點進行充電，而無法讓使用者帶離或使用電子裝置，而造成使用者的不便。

因此，本發明的目的即在提供一種群體式電池、電子裝置以及電子裝置的充電方法，能夠使電子裝置在補充完群體式電池後離開充電的站點，而無須在充電的站點等待完成充電。

本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係提供一種群體式電池，包含：複數個充電電池，各具有：一儲電構件；一無線充電構件，連接於該儲電構件；一近接感測構件，偵測一有效充電範圍內是否有其他物體；一無線通訊構件；一處理單元，連接於該無線充電構件、該近接感測構件以及 該無線通訊構件，處理單元判斷物體是否是其他充電電池以及是否是一最終充電標的，並得出充電電池與最終充電標的之間的距離資訊，距離資訊對應於該充電電池與該最終充電標的之間的距離，對於任一個該充電電池，在該有效充電範圍內具有該最終充電標的時，該充電電池的該處理單元控制該無線充電構件對該最終充電標的進行充電，對於任一個該充電電池，在該有效充電範圍內具有其他該充電電池時，該充電電池透過該無線通訊構件連接於其他該充電電池的該無線通訊構件，以交換該距離資訊，該處理單元比較自身所屬的該充電電池的該距離資訊以及該其他充電電池的該距離資訊，而控制該距離較遠的該充電電池的該無線充電構件對該距離較近的該充電電池進行充電。

在本發明的一實施例中係提供一種群體式電池，複數個該充電電池各具有一電量感測構件，連接於該儲電構件以感測該儲電構件的電量而得出一電量資訊，該處理單元連接於該電量感測構件，該充電電池連接於其他該充電電池時交換該電量資訊。

在本發明的一實施例中係提供一種群體式電池，對於任一個該充電電池，在該有效充電範圍內具有該最終充電標的以及其他該充電電池時，對該最終充電標的進行充電的優先度大於該距離較遠的該充電電池的對該距離較近的該充電電池進行充電的優先度。

在本發明的一實施例中係提供一種電子裝置，包含：一固定式儲電裝置，為該最終充電標的，該固定式儲電裝置為對該電子裝置供電；一電池容器，具有一開口，該電池容器與該固定式儲電裝置之間的距離小於一有效充電距離；以及該群體式電池，設置於該電池容器中而對該固定式儲電裝置進行充電，且該群體式電池透過該開口為可進出該電池容器。

在本發明的一實施例中係提供一種電子裝置，更包括液體，填充於該電池容器中。

在本發明的一實施例中係提供一種電子裝置，該液體的比重與該群體式電池的充電電池的比重相等。

在本發明的一實施例中係提供一種電子裝置的充電方法，包含：一提供步驟，係提供該電子裝置；一補充步驟，係自一充電站將該群體式電池補充至該電子裝置的該電池容器；一取出步驟，該充電站自該電池容器取出原有的該群體式電池；以及一充電步驟，該群體式電池對該電子裝置進行充電。

在本發明的一實施例中係提供一種電子裝置的充電方法，該補充步驟與該取出步驟為同時。

在本發明的一實施例中係提供一種電子裝置的充電方法，在該補充步驟中，係將液體連同該群體式電池一起補充至電池容器。

經由本發明的群體式電池、電子裝置以及電子裝置的充電方法所採用之技術手段，使用無線充電和集體協作(mass collaboration)的技術來進行充電和交換。集體協作是指大量的個體以去中心化的方式合作以達成共同的目的。在群體式電池中，距離較遠的充電電池會充比它更接近固定式儲電裝置的充電電池，而靠近固定式儲電裝置的充電電池會直接充固定式儲電裝置。藉此不論是替換全部或是僅替換部分的充電電池，皆能將所有的充電電池的電能用於對固定式儲電裝置充電。而對於設有固定式儲電裝置的電子裝置而言，能夠在補充完群體式電池後離開充電的站點，而無須在充電的站點等待完成充電。

100:群體式電池

1:充電電池

11:儲電構件

12:無線充電構件

13:近接感測構件

14:無線通訊構件

15:處理單元

16:電量感測構件

200:電子裝置

2:固定式儲電裝置

3:電池容器

31:電池槽蓋

4:液體

B:車體

F:最終充電標的

R:有效充電範圍

S1:提供步驟

S2:補充步驟

S3:取出步驟

S4:充電步驟

〔第1圖〕為顯示根據本發明的一實施例的群體式電池的示意圖；〔第2圖〕為顯示根據本發明的實施例的群體式電池方塊圖；〔第3圖〕為顯示根據本發明的實施例的群體式電池於建立連線時的示意圖； 〔第4圖〕為顯示根據本發明的第一實施例的電子裝置的示意圖；〔第5圖〕為顯示根據本發明的第二實施例的電子裝置的示意圖；〔第6圖〕為顯示根據本發明的一實施例的電子裝置的充電方法的流程圖。

以下根據第1圖至第6圖，而說明本發明的實施方式。該說明並非為限制本發明的實施方式，而為本發明之實施例的一種。

如第1圖至第3圖所示，依據本發明的一實施例的一群體式電池100，包含複數個充電電池1。

充電電池1沒有傳統電池的接點，而是使用無線充電技術進行充電和放電。每個充電電池1具有相同的結構。在本實施例中，充電電池1的形狀為球形。當然，在其他實施例中，充電電池1的形狀可以是柱狀、錐狀、碟狀……等，不限於此。

如第2圖所示，每個充電電池1各具有：一儲電構件11、一無線充電構件12、一近接感測構件13、一無線通訊構件14、一處理單元15、一電量感測構件16、一磁鐵17以及一溫度感測構件18。

儲電構件11可以是鋰電池或其他種類的化學電池。

無線充電構件12連接於儲電構件11。無線充電構件12具有充電線圈。儲電構件11的電能為透過充電線圈傳輸到另一無線充電之元件，以及儲電構件11透過充電線圈接收另一無線充電之元件的電能。在本實施例中，無線充電構件12為對一個無線充電之元件充電。而在其他實施例中，無線充電構件12可以同時對多個無線充電之元件充電

無線充電構件12具有一有效充電範圍R，有效充電範圍R為依據充電線圈形式、傳輸效率以及功率而決定形狀及大小。在本實施例中，充電線圈為各方向設置而有多個充電線圈，有效充電範圍R於第3圖示意為球形。

近接感測構件13可為利用訊號收發的時間差而感測距離的飛行時間感測器(time-of-flight sensor)。近接感測構件13為偵測有效充電範圍R內是否有其他物體。處理單元15判斷物體是否是其他充電電池1以及是否是一最終充電標的F，並得出充電電池1與最終充電標的F之間的距離資訊，距離資訊對應於該充電電池與該最終充電標的之間的距離。此距離可以是指充電電池與該最終充電標的於空間中的距離，也可以是指充電電池1與最終充電標的F作為節點的情況下充電電池1到最終充電標的F的最短距離。

無線通訊構件14為用以與其他充電電池1的無線通訊構件14通訊的裝置。無線通訊構件14可以是利用藍牙、紅外線收發器、無線區域網路或其他無線通訊手段進行通訊的元件。

處理單元15為一微控制器。處理單元15連接於無線充電構件12、近接感測構件13以及無線通訊構件14，以控制無線充電構件12、近接感測構件13以及無線通訊構件14。

電量感測構件16連接於儲電構件11以感測儲電構件11的電量，而得出一電量資訊，處理單元15連接於電量感測構件16。而在其他較簡略的實施例中，也可不設置電量感測構件16。

磁鐵17於充電電池1的位置為對應於充電線圈的方向，以使得充電電池1較容易轉向成無線充電構件12的充電線圈為對準的方式而排列。

溫度感測構件18用以感測充電電池1的溫度，而得出一溫度資訊，溫度感測構件18連接於處理單元15。而在其他較簡略的實施例中，也可不設置溫度感測構件18。

對於任一個充電電池1，在近接感測構件13感測到在有效充電範圍R內具有最終充電標的F時，充電電池1透過無線通訊構件14連接於最終充電標的F，以交換電量資訊。藉此，充電電池1能判斷最終充電標的F是否可充，且最終充電標的F能統整充電電池1及連接的其他充電電池1的電量資訊而得出總電量。在最終充電標的F的電量為可被充電的情況下，充電電池1的處理單元15控制無線充電構件12對最終充電標的F進行充電。

對於任一個充電電池1，在近接感測構件13感測到在有效充電範圍R內具有其他充電電池1時，充電電池1透過無線通訊構件14連接於其他充電電池1的無線通訊構件14，以交換電量資訊、溫度資訊以及交換距離資訊。處理單元15比較自身所屬的充電電池1的距離資訊以及其他充電電池1的距離資訊，在距離較近的充電電池的電量為可被充電的情況下(有可充容量且溫度在工作範圍內)，而控制距離較遠的充電電池1的處理單元15控制無線充電構件12對距離較近的充電電池1進行充電。

在本實施例中，充電線圈進行充電的時間與無線通訊構件14進行通訊的時間為分開。進行通訊及/或充電時間較佳地在所有充電電池1為同步，這可以是透過所有有電的充電電池1交換同步資訊後才開始充電，或透過其他方式同步。而在其他實施例中，也可以是充電線圈進行充電的頻率與無線通訊構件14進行通訊的頻率為分開。

群體式電池100使用無線充電和集體協作的技術來進行充電和交換。在群體式電池100中，距離最終充電標的F較遠的充電電池1會充比它更接近的充電電池1，而靠近最終充電標的F的充電電池1會直接充最終充電標的F。藉此，不論是替換所有或是僅替換部分的充電電池1，皆能將所有的充電電池1的電能用於對最終充電標的F充電。

對於任一個該充電電池1，在有效充電範圍R內具有最終充電標的F以及其他充電電池1時，對最終充電標的F進行充電的優先度大於該距離較遠的充電電池1的對該距離較近的充電電池1進行充電的優先度。

各個充電電池1與最終充電標的F的距離可以是每個充電電池1的近接感測構件13對最終充電標的F測距而得出。或者是如第3圖所示，由有效充電範圍R有最終充電標的F的充電電池1將自身與最終充電標的F距離設定為1，並在交換距離資訊時告知有效充電範圍R的其他充電電池1，供這些其他充電電池1對應設定自身與最終充電標的F距離，並以此類推。使得每個充電電池1依據有效充電範圍R內所能連接的距離最短的充電電池1設定自身的距離資訊，並依據節點距離建立無線充電的關係。

如第4圖所示，依據本發明的第一實施例的一電子裝置200，包含：一固定式儲電裝置2、一電池容器3、群體式電池100以及液體4。箭頭為示意充電的對象。在本實施例中，電子裝置200為電動車。而在其他實施例中，電子裝置200也可以是手機、平板電腦或其他設有固定式儲電裝置2的裝置。

固定式儲電裝置2為固定於電子裝置200中而設置於車體B內。固定式儲電裝置2即為前述的最終充電標的F。固定式儲電裝置2為對電子裝置200供電。固定式儲電裝置2可為化學電池或超級電容器。

電池容器3具有一開口，且於開口設有電池槽蓋31以開啟或關閉開口。電池容器3與固定式儲電裝置2之間的距離小於一有效充電距離。有效充電距離為充電電池1外殼到有效充電範圍R邊界的距離。

群體式電池100設置於該電池容器3中。群體式電池100於電池容器3的密度為足以使任一個充電電池1在至少多數時間中有其他的充電電池1於有效充電範圍R中。由於電池容器3與固定式儲電裝置2之間的距離小於有效充電距離，群體式電池100中至少部分的充電電池1能直接對固定式儲電裝置2充電。

液體4為絕緣，填充於電池容器3中。液體4的設置有利於群體式電池100的補充及取出。液體4可充當冷卻液以降低充電電池1充電時的溫度變化。較佳地，液體4的比重與群體式電池100的充電電池1的比重相等，以使得充電電池1能均勻懸浮於電池容器3中。

電動車會將固定式儲電裝置2自身的電量資訊以及固定式儲電裝置2所接收的所有充電電池1的電量資訊進行統整，並顯示於儀表板上。

群體式電池100是以前述的機制而對固定式儲電裝置進行充電，且群體式電池100透過開口為可進出電池容器3，而允許替換電子裝置200中的群體式電池100。

如第5圖所示，依據本發明的第二實施例的一電子裝置200a，其與第一實施例的電子裝置200的主要差別在於：電池容器3為以軌道的形式而排列群體式電池100的充電電池，而不設置液體4。箭頭為示意充電的對象。本實施例亦可達到不論是替換全部或是僅替換部分的充電電池1，所有的充電電池1的電能用於對固定式儲電裝置2充電的效果。電池容器3具有二個開口以及二個電池槽蓋31，而能夠同時取出及補充充電電池1。對於設有固定式儲電裝置2的電子裝置200a而言，能夠在補充完群體式電池100後離開充電的站點，而無須在充電的站點等待完成充電。

如第6圖所示，依據本發明的一實施例的一電子裝置200的充電方法，包含：一提供步驟S1、一補充步驟S2、一取出步驟S3以及一充電步驟S4。

在提供步驟S1中，為提供前述的電子裝置200。

在補充步驟S2中，充電站將經充電的群體式電池100補充至電子裝置200的電池容器3。在本實施例中，充電站將液體連同該群體式電池一起補充至電池容器。較佳地，液體4的比重與群體式電池100的充電電池1的比重相等。在補充步驟S2結束後，即能斷開充電站將與電子裝置200的連結。

在取出步驟S3中，充電站自電池容器3取出原有的部分或全部群體式電池100。

在本實施例中，補充步驟S2與取出步驟S3為同時。較佳地，取出原有的群體式電池100所使用的開口與補充群體式電池100所使用的開口為不同，且取出群體式電池100與補充群體式電池100的總量相等。而在其他實施例中，取出步驟S3可早於補充步驟S2。

在充電步驟S4中，在電池容器3中的群體式電池100對電子裝置200進行充電。

在其他實施例中，電子裝置的充電方法可另包含一支付步驟，在在補充步驟S2前。在支付步驟中，充電站收取一費用。而在補充步驟S2中，補充的群體式電池100的電量為對應收取的費用，而在充電電池1的電量實質相同的情況下，也可是補充的充電電池1數量對應收取的費用。

以上之敘述以及說明僅為本發明之較佳實施例之說明，對於此項技術具有通常知識者當可依據以下所界定申請專利範圍以及上述之說明而作其他之修改，惟此些修改仍應是為本發明之發明精神而在本發明之權利範圍中。

100:群體式電池 1:充電電池 F:最終充電標的

Claims (8)

1. 一種群體式電池，包含： 複數個充電電池，各具有： 一儲電構件； 一無線充電構件，連接於該儲電構件； 一近接感測構件，偵測一有效充電範圍內是否有物體； 一無線通訊構件； 一處理單元，連接於該無線充電構件、該近接感測構件以及該無線通訊構件，該處理單元判斷該物體是否是其他該充電電池以及是否是一最終充電標的，並得出該充電電池與該最終充電標的之間的距離資訊，該距離資訊對應於該充電電池與該最終充電標的之間的距離， 對於任一個該充電電池，在該有效充電範圍內具有該最終充電標的時，該充電電池的該處理單元控制該無線充電構件對該最終充電標的進行充電， 對於任一個該充電電池，在該有效充電範圍內具有其他該充電電池時，該充電電池透過該無線通訊構件連接於其他該充電電池的該無線通訊構件，以交換該距離資訊，該處理單元比較自身所屬的該充電電池的該距離資訊以及該其他充電電池的該距離資訊，而控制該距離較遠的該充電電池的該無線充電構件對該距離較近的該充電電池進行充電， 對於任一個該充電電池，在該有效充電範圍內具有該最終充電標的以及其他該充電電池時，對該最終充電標的進行充電的優先度大於該距離較遠的該充電電池的對該距離較近的該充電電池進行充電的優先度。
2. 如請求項1之群體式電池，其中複數個該充電電池各具有一電量感測構件，連接於該儲電構件以感測該儲電構件的電量而得出一電量資訊，該處理單元連接於該電量感測構件，該充電電池連接於其他該充電電池時交換該電量資訊。
3. 一種電子裝置，包含： 一固定式儲電裝置，該固定式儲電裝置為對該電子裝置供電； 一電池容器，具有一開口，該電池容器與該固定式儲電裝置之間的距離小於一有效充電距離；以及 如請求項1至3中任一項之群體式電池，設置於該電池容器中而對該固定式儲電裝置進行充電，且該群體式電池透過該開口為可進出該電池容器，該固定式儲電裝置為該最終充電標的。
4. 如請求項3之電子裝置，更包括液體，填充於該電池容器中。
5. 如請求項4之電子裝置，其中該液體的比重與該群體式電池的充電電池的比重相等。
6. 一種如請求項3至5中任一項之電子裝置的充電方法，包含： 一提供步驟，係提供該電子裝置； 一補充步驟，係自一充電站將該群體式電池補充至該電子裝置的該電池容器； 一取出步驟，該充電站自該電池容器取出原有的該群體式電池；以及 一充電步驟，在該電池容器中的該群體式電池對該電子裝置進行充電。
7. 如請求項6之電子裝置的充電方法，其中該補充步驟與該取出步驟為同時。
8. 如請求項6之電子裝置的充電方法，其中在該補充步驟中，係將液體連同該群體式電池一起補充至電池容器。