TWM477724U - 具有複合型態電池輸出的交通載具儲能裝置 - Google Patents

Description

具有複合型態電池輸出的交通載具儲能裝置

本創作有關於一種電池儲能裝置，尤指一種用於乘用電動車輛與公共運輸之電動巴士車輛之交通載具儲能裝置。

由於能源的缺乏，最近幾年電動車輛之使用與應用逐漸蓬勃發展。尤其在使用純電動發動之大型巴士上可大幅減少碳排放量，因此將傳統柴油巴士改為純電動巴士是未來產業發展的重點。

然而電動巴士種類繁多，在其電池儲能裝置設計上，需依據所需之續航力與充電型態而選用不同的電池類型。一般而言，鋰電池可分為功率型電池與能量型電池。功率型電池如磷酸鐵鋰電池，其特徵為可允許較大功率輸出，但其成本、單位體積能量密度與單位重量皆高於能量型電池(如鋰三元電池)。在以往的設計中，電動車的電池模組皆是使用單一類型的電池芯串接整配成一電池儲能裝置。而此一電池儲能裝置再直接與馬達驅動器等串接來供給電能需求。這種使用單一類型的鋰電池電芯是一種較為單純的做法。然而這樣的做法無法改善不同類型電池芯本身存在的缺點。例如，能量型電池芯雖有較佳的能量密度與成本優勢，但無法應付大功率輸出之要求。若是為了符合大功率輸出而改用功率型電池芯，則其低能量密度與成本問題將產生體積過大與成本過高的問題。為了改善電池芯功率輸出不足的問題，先前技術中有在鋰電池輸出端增設一超級電容，作為輸出功率輔助。雖然超級電 容具有可瞬間大功率輸出與使用壽命長等優點，但超級電容的輸出時間過短，同時也無法儲存夠大的能量。因此這種加上超級電容的設計僅可用來應付在非常短暫時間之大功率輸出的需求。

為了解決上述的問題，本創作針對上述缺點加以改良，在電動車電池儲能裝置上突破以往觀念，使用不同類型的電池芯共同串接為一複合式電池芯電池系統。

本創作具有複合型態電池輸出的交通載具儲能裝置的其中一實施例中，交通載具儲能裝置包含有一驅動器、一動力輸出電池模組、一儲能電池模組以及一輸出馬達。該動力輸出電池模組連接於該驅動器，該動力輸出電池模組用來於一第一時間區間內輸出一第一功率的電能至該驅動器。該儲能電池模組連接於該驅動器，該儲能電池模組用來於一第二時間區間內持續輸出一第二功率的電能至該驅動器。該輸出馬達連接於該驅動器，該驅動器用來接收該儲能電池模組或該動力輸出電池模組所輸出的電能以驅動該輸出馬達運轉。

本創作實施例的交通載具儲能裝置中，其中該儲能電池模組包含有一能量型電池芯，且該能量型電池芯為鋰三元電池。

本創作實施例的交通載具儲能裝置中，其中該動力輸出電池模組包含有一功率型電池芯，且該功率型電池芯為磷酸鐵鋰電池。

本創作實施例的交通載具儲能裝置中，其中該第一功率大於該第二功率。

本創作實施例的交通載具儲能裝置中，其中該儲能電池模組的容量為該動力輸出電池模組的容量的1.5倍以上。

本創作實施例的交通載具儲能裝置中，其中該動力輸出電池模組另可以一高功率充電裝置進行充電。

本創作的實施例中所提供的交通載具儲能裝置兼具功率型與能量型電池芯的優點，同時改善功率型與能量型的缺點，並可應付快慢兼容之充電方式。

1‧‧‧交通載具儲能裝置

10‧‧‧儲能電池模組

11‧‧‧能量型電池芯

15‧‧‧直流對直流轉換器

20‧‧‧動力輸出電池模組

21‧‧‧功率型電池芯

30‧‧‧驅動器

40‧‧‧輸出馬達

50‧‧‧高功率充電裝置

60‧‧‧充電站

第1圖為本創作的具有複合型態電池輸出的交通載具儲能裝置的一實施例的示意圖。

第2圖顯示了交通載具儲能裝置在另一種運作場合的動力輸出狀態。

第3圖為交通載具儲能裝置進行快速充電的示意圖。

第4圖為交通載具儲能裝置進行一般充電的示意圖。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」或「連接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣或結構連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接/連接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣/結構連接於該第二裝置，或透過 其他裝置或連接手段間接地電氣/結構連接至該第二裝置。

請參考第1圖，第1圖為本創作的具有複合型態電池輸出的交通載具儲能裝置的一實施例的示意圖。交通載具儲能裝置1包含了由一儲能電池模組10以及一動力輸出電池模組20所組成的複合型態的電能輸出系統、一驅動器30以及一輸出馬達40。儲能電池模組10透過一直流對直流轉換器15(DC-DC converter)連接於驅動器30，動力輸出電池模組20亦連接於驅動器30，驅動器30再連接於輸出馬達40以作動力輸出。交通載具儲能裝置1主要由兩個不同類型的電池芯之電池模組所串接，例如儲能電池模組10可包含一具有高能量密度的能量型電池芯11，在本創作的實施例中，能量型電池芯11較佳地可為一種鋰三元電池，但不以此為限。動力輸出電池模組20可包含一可高功率輸出的功率型電池芯21，在本創作的實施例中，功率型電池芯21較佳地可為一種磷酸鐵鋰電池，但不以此為限。這樣的系統可同時兼具功率型與能量型電池芯的優點，並可同時改善功率型與能量型電池芯的缺點。儲能電池模組10或動力輸出電池模組20所輸出的電能則傳送至驅動器30，並用以驅動輸出馬達40運轉。

請繼續參考第1圖，第1圖也顯示了交通載具儲能裝置1應用於電動驅動的交通載具(如電動車)上，且在其中一種運作場合的動力輸出狀態。當電動車在短程行駛、在市區內或陡坡行駛而需要大動力輸出的要求下，此時電動車主要使用動力輸出電池模組20作為電力輸出來源。若動力輸出電池模組20的電量不足時，其不足之電能可由儲能電池模組10的電能來補足。換言之，在需要較大動力輸出的行駛運作下，可由動力輸出電池模組20提供較大的一第一功率的電能輸出。

請參考第2圖，第2圖顯示了交通載具儲能裝置在另一種運作場 合的動力輸出狀態。當電動車需要長程行駛時，由於此時不需較高之功率輸出即可應付行駛狀況，因此電動車主要使用儲能電池模組10作為主要電力輸出來源。若有突發狀況發生以致於電動車需大功率輸出以提昇動力表現時，交通載具儲能裝置1也可轉換為使用動力輸出電池模組20作為主要的電力輸出來源。換言之，在需要長時間持續的動力輸出的行駛運作下，可由儲能電池模組10提供較小的一第二功率的電能輸出，同時能維持長時間的續航力。更言之，動力輸出電池模組20所使用的功率型電池芯21所輸出的該第一功率大於儲能電池模組10所使用的能量型電池芯11所輸出的該第二功率，且由於儲能電池模組10具有較佳的能量密度及成本優勢，儲能電池模組10的能量型電池芯11的容量較佳地為動力輸出電池模組20的功率型電池芯21的容量的1.5倍以上，然而本創作並不以此為限，若可以區別兩種類型的電池模組，使兩電池模組分別具有較大輸出功率以及較大電池容量的特性，而可作為本創作的交通載具儲能裝置1的電力來源者，皆應屬於本創作的範圍。

請參考第3圖以及第4圖，其中第3圖為交通載具儲能裝置進行快速充電的示意圖，第4圖為交通載具儲能裝置進行一般充電的示意圖。當考慮到充電時，本創作的交通載具儲能裝置1可同時符合快慢兼容之充電方式。在一般的使用時，交通載具儲能裝置1的儲能電池模組10足可應付電動車行駛所需的續航里程。當儲能電池模組10所儲能的電能不足應付電動車所需的續航里程時，可將一高功率充電裝置50(快速充電器)連接於動力輸出電池模組20以進行快速充電來加以提升其續航力，如第3圖所示。因動力輸出電池模組20具有可高功率輸出之功率型電池芯21，因此也可承受較高之功率輸入。當使用高功率充電裝置50進行高功率充電時，其高功率電流將只對動力輸出電池模組20進行充電而不會對儲能電池模組10充電，這樣的設計可以保護儲能電池模組10內之能量型電池芯11，使能量型電池芯11具有高壽命高安全性之效果。而在夜間或是電動車長時間停駛時，可使用具有較小 功率充電的充電站60，以對儲能電池模組10以及動力輸出電池模組20同時進行充電，如第4圖所示。

本創作的實施例中所提供的交通載具儲能裝置，同時設置了具有功率型電池芯以及能量型電池芯的電池模組，且電池模組皆為鋰電池模組。當電動車需要短時間的大動力輸出時，由具有功率型電池芯的動力輸出電池模組提供大功率電力輸出，當電動車需要長時間長距離的巡航時，則由具有較大能量密度的能量型電池芯的儲能電池模組提供較小功率，且供電時間長的電力輸出。本創作的交通載具儲能裝置兼具功率型與能量型電池芯的優點，同時改善功率型與能量型的缺點，並可應付快慢兼容之充電方式。

1‧‧‧交通載具儲能裝置

10‧‧‧儲能電池模組

11‧‧‧能量型電池芯

15‧‧‧直流對直流轉換器

20‧‧‧動力輸出電池模組

21‧‧‧功率型電池芯

30‧‧‧驅動器

40‧‧‧輸出馬達

Claims (8)

1. 一種具有複合型態電池輸出的交通載具儲能裝置，包含有：一驅動器；一動力輸出電池模組，連接於該驅動器，該動力輸出電池模組用來於一第一時間區間內輸出一第一功率的電能至該驅動器；一儲能電池模組，連接於該驅動器，該儲能電池模組用來於一第二時間區間內持續輸出一第二功率的電能至該驅動器；以及一輸出馬達，連接於該驅動器，該驅動器用來接收該儲能電池模組或該動力輸出電池模組所輸出的電能以驅動該輸出馬達運轉。
2. 如請求項1所述的交通載具儲能裝置，其中該儲能電池模組包含有一能量型電池芯。
3. 如請求項2所述的交通載具儲能裝置，其中該能量型電池芯為鋰三元電池。
4. 如請求項1所述的交通載具儲能裝置，其中該動力輸出電池模組包含有一功率型電池芯。
5. 如請求項4所述的交通載具儲能裝置，其中該功率型電池芯為磷酸鐵鋰電池。
6. 如請求項1所述的交通載具儲能裝置，其中該第一功率大於該第二功率。
7. 如請求項1所述的交通載具儲能裝置，其中該儲能電池模組的容量為該動力輸出電池模組的容量的1.5倍以上。
8. 如請求項1所述的交通載具儲能裝置，其中該動力輸出電池模組另可以一高功率充電裝置進行充電。