專利名稱：車載充電裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車載充電裝置及方法，且特別涉及一種具高應(yīng)用彈性的車載充電裝置及方法。
背景技術(shù)：
因應(yīng)日漸匱乏的石油儲(chǔ)量與日益高漲的環(huán)保議題，電動(dòng)車的研發(fā)與應(yīng)用已成為現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)。然而，由于目前電動(dòng)車的電池成本高昂，使得電動(dòng)車的售價(jià)居高不下，且現(xiàn)有電池容量不足而使得電動(dòng)車的續(xù)航力有限，易導(dǎo)致駕駛產(chǎn)生續(xù)航力的焦慮 (rangeanxiety)，故實(shí)用性不及汽油車。此外，相較于加油站，目前電動(dòng)車所需的基礎(chǔ)充電設(shè)施并未普及，且現(xiàn)有的電動(dòng)車通常需要較長(zhǎng)的電池充電時(shí)間。上述各種問題導(dǎo)致目前電動(dòng)車的發(fā)展與普及化面臨阻礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種車載充電裝置及方法，通過具擴(kuò)充性及高應(yīng)用彈性的子電能模塊，故可達(dá)成增加電動(dòng)車?yán)m(xù)航力的目的。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出一種車載充電裝置，包括一子電能模塊、一電能轉(zhuǎn)換單元、一電能管理系統(tǒng)以及一控制單元。子電能模塊用以提供一交流電源或一直流電源。電能轉(zhuǎn)換單元電性連接至用以驅(qū)動(dòng)一馬達(dá)的一主電池模塊，并用以轉(zhuǎn)換交流電源或直流電源以對(duì)主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。電能管理系統(tǒng)用以估測(cè)主電池模塊的殘電量?？刂茊卧靡耘袛嘀麟姵啬K的殘電量是否低于一第一閾值，如果是，則控制電能轉(zhuǎn)換單元利用交流電源或直流電源對(duì)該主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出一種車載充電方法，應(yīng)用于一車載充電裝置，車載充電裝置包括一子電能模塊、一電能轉(zhuǎn)換單元、一電能管理系統(tǒng)以及一控制單元，電能轉(zhuǎn)換單元電性連接至用以驅(qū)動(dòng)一馬達(dá)的一主電池模塊。車載充電方法包括下列步驟。子電能模塊提供一交流電源或一直流電源。電能轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換交流電源或直流電源以對(duì)主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。電能管理系統(tǒng)估測(cè)主電池模塊的殘電量?？刂茊卧袛嘀麟姵啬K的殘電量是否低于一第一閾值，如果是，則控制電能轉(zhuǎn)換單元利用交流電源或直流電源對(duì)主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。為了對(duì)本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下


圖1繪示依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的車載充電裝置的示意圖。圖2繪示依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的車載充電裝置的詳細(xì)方塊圖。圖3A 圖3B繪示依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的車載充電方法的流程圖。主要元件符號(hào)說明
10、30:主電池模塊20、40:馬達(dá)50:外部電源100、200 車載充電裝置110、210 子電能模塊120、220 電能轉(zhuǎn)換單元130、230 電能管理系統(tǒng)140、240:控制單元212:交流電源214 直流電源222:車載充電器224 升壓直流/交流逆變器226:低壓充電器228 切換控制器
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出一種車載充電裝置及方法，通過具擴(kuò)充性及高應(yīng)用彈性的子電能模塊，故可達(dá)成增加電動(dòng)車?yán)m(xù)航力的目的。請(qǐng)參照?qǐng)D1，其繪示依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的車載充電裝置的示意圖。車載充電裝置100包括一子電能模塊110、一電能轉(zhuǎn)換單元120、一電能管理系統(tǒng)130以及一控制單元 140。子電能模塊110提供一交流電源或一直流電源，此交流電源例如包括一交流發(fā)電機(jī)或一交流發(fā)電系統(tǒng)，此直流電源例如包括一直流發(fā)電機(jī)、一直流發(fā)電系統(tǒng)或一直流電能存儲(chǔ)裝置。電能轉(zhuǎn)換單元120電性連接至用以驅(qū)動(dòng)一馬達(dá)20的一主電池模塊10，并用以轉(zhuǎn)換交流電源或直流電源以對(duì)主電池模塊10進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。電能管理系統(tǒng)130用以估測(cè)主電池模塊10的殘電量(state of charge, SOC)。其中，電能管理系統(tǒng)130與主電池模塊10在實(shí)際裝配上可屬同一架構(gòu)范圍。控制單元140用以判斷主電池模塊10的殘電量是否低于一第一閾值，如果是，則控制單元140控制電能轉(zhuǎn)換單元120利用交流電源或直流電源對(duì)主電池模塊120進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D2及圖3A 圖3B，圖2繪示依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的車載充電裝置的詳細(xì)方塊圖，圖3A 圖3B繪示依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的車載充電方法的流程圖。在圖 2中，車載充電裝置200包括一子電能模塊210、一電能轉(zhuǎn)換單元220、一電能管理系統(tǒng)230 以及一控制單元240。電能轉(zhuǎn)換單元220電性連接至一主電池模塊30，主電池模塊30用以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的一馬達(dá)40。其中，電能管理系統(tǒng)230與主電池模塊30在實(shí)際裝配上可屬同一架構(gòu)范圍。本實(shí)施例的車載充電方法無論電動(dòng)車處于靜止?fàn)顟B(tài)或行駛狀態(tài)均可進(jìn)行，并無限制。在步驟S300中，子電能模塊210可提供一交流電源212或一直流電源214。在本實(shí)施例中，交流電源212及直流電源214對(duì)于車載充電裝置200為可卸載的。交流電源212 例如包括一汽油發(fā)電機(jī)、一水力交流發(fā)電機(jī)、一風(fēng)力交流發(fā)電機(jī)或一太陽能交流發(fā)電系統(tǒng)等，其可同時(shí)包括多組交流發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電系統(tǒng)，端視欲行駛的里程數(shù)需求而定。直流電源214例如包括一鋰電池(Lithium battery)、一燃料電池(Fuel Cell)、一太陽能電池(PV Cell)或一太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)等，其可同時(shí)包括多組直流發(fā)電機(jī)、直流發(fā)電系統(tǒng)或直流電能存儲(chǔ)裝置，依據(jù)欲行駛的里程數(shù)需求而定。子電能模塊210也可只單獨(dú)包括交流電源212 或直流電源214，并不限定。此外，在本申請(qǐng)中也可通過控制單元140檢測(cè)子電能模塊210 的擴(kuò)充接合狀況，以得知交流電源212或直流電源214是否存在與插接妥當(dāng)。在步驟S305中，電能管理系統(tǒng)130用以估測(cè)主電池模塊30的殘電量。在步驟S310 中，控制單元140用以判斷主電池模塊30的殘電量是否低于一第一閾值，此第一閾值例如為70 %電量，主要用以確保子電能模塊210提供的儲(chǔ)能補(bǔ)充速率可超過主電池模塊30的電能消耗速率。如果主電池模塊30的殘電量未低于第一閾值，則表示主電池模塊30的殘電量仍在安全范圍而不需進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。如果主電池模塊30的殘電量低于第一閾值，則在步驟S320中，控制單元240判斷子電能模塊210 (若為電能存儲(chǔ)裝置)的殘電量是否高于一第二閾值或供給至子電能模塊210(若為發(fā)電機(jī))的燃油是否充足，此第二閾值例如為10% 電量。如果是，則接續(xù)步驟S330。在步驟S330中，控制單元240控制電能轉(zhuǎn)換單元220的切換控制器228以使得車載充電器222得以利用交流電源212或直流電源214以對(duì)主電池模塊30進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。如圖2所示，切換控制器228耦接至控制單元240以及交流電源212，并受控于控制單元240 以進(jìn)行切換的動(dòng)作，其可由多組開關(guān)實(shí)現(xiàn)，并不限制。車載充電器222可通過切換控制器 228直接利用交流電源212對(duì)主電池模塊30進(jìn)行供電。電能轉(zhuǎn)換單元220可還包括一升壓直流/交流逆變器(BoostDC/AC inverter) 224及一低壓充電器226。升壓直流/交流逆變器224用以轉(zhuǎn)換直流電源214為適用車載充電器222的規(guī)格的一交流升壓電源至切換控制器228，以供車載充電器222對(duì)主電池模塊30進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。此外，如果電動(dòng)車位于基礎(chǔ)充電電力站，車載充電器222還可通過切換控制器228利用一外部電源(external power supply) 50對(duì)主電池模塊30進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充，或通過低壓充電器226及切換控制器228也可利用外部電源50對(duì)子電能模塊210的直流電源214(若為儲(chǔ)能裝置)進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。
接著，在步驟S340中，控制單元240判斷主電池模塊30的殘電量是否高于一第三閾值，例如為75%電量，高于第一閾值。如果是，則代表主電池30的殘電量已回升至安全范圍，故在步驟S350中，控制單元240控制電能轉(zhuǎn)換單元220的車載充電器222停止對(duì)主電池模塊30進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。之后，接續(xù)步驟S310。另外，在步驟S320中，當(dāng)子電能模塊210的殘電量低于第二閾值或供給至子電能模塊210的燃油不足，則接續(xù)步驟S360，控制單元240會(huì)判斷判斷主電池模塊30的殘電量是否低于一第四閾值，例如為20%電量，低于第一閾值。如果是，則表示主電池模塊30及子電能模塊210的殘電量均未處于安全范圍內(nèi)，故在步驟S370中，控制單元240送出對(duì)應(yīng)主電池模塊30及子電能模塊210的一第一警示信號(hào)，用以提醒駕駛主電池模塊30及子電能模塊210的殘電量不足，應(yīng)該尋找基礎(chǔ)充電電力站進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。如果否，則表示子電能模塊210的殘電量未處于安全范圍內(nèi)但主電池模塊30的殘電量仍足以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)40 —段時(shí)間，故在步驟S380中，控制單元240送出對(duì)應(yīng)該子電能模塊210的一第二警示信號(hào)，用以提醒駕駛子電能模塊210的殘電量不足。本發(fā)明上述實(shí)施例所公開的車載充電裝置及方法，具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，以下僅列舉部分優(yōu)點(diǎn)說明如下
本發(fā)明的車載充電裝置及方法，可視駕駛里程數(shù)需求，通過具擴(kuò)充性及高應(yīng)用彈性的子電能模塊來來進(jìn)行各種車載電力來源的組合搭載，以做為主電池模塊的儲(chǔ)能補(bǔ)充， 故可達(dá)到增加續(xù)航力的目的，改善傳統(tǒng)電動(dòng)車?yán)m(xù)航力有限或駕駛的心理焦慮等問題。此外，對(duì)應(yīng)于日常上下班的基本里程，本發(fā)明的車載充電裝置及方法可僅需搭配具較少數(shù)量的額外交流電源或直流電源的子電能模塊，甚或只需主電池模塊即可應(yīng)付電動(dòng)車的電力需求。另外，對(duì)應(yīng)于偶爾長(zhǎng)途旅行或中短程出差，則可視里程數(shù)搭配具較多數(shù)量的額外交流電源或直流電源的子電能模塊。因此，具擴(kuò)充性及高應(yīng)用彈性的子電能模塊可降低電動(dòng)車輛對(duì)于基礎(chǔ)充電電力站的依賴度，使得電動(dòng)車更易于普及。更進(jìn)一步地，電動(dòng)車基本配備的主電池模塊的容量可最小化，進(jìn)而達(dá)到降低成本的目的，有利于電動(dòng)車的推廣。綜上所述，雖然本發(fā)明已以一優(yōu)選實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種車載充電裝置，包括一子電能模塊，用以提供一交流電源或一直流電源；一電能轉(zhuǎn)換單元，電性連接至用以驅(qū)動(dòng)一馬達(dá)的一主電池模塊，并用以轉(zhuǎn)換該交流電源或該直流電源以對(duì)該主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充；一電能管理系統(tǒng)，用以估測(cè)該主電池模塊的殘電量；以及一控制單元，用以判斷該主電池模塊的殘電量是否低于一第一閾值，如果是，則控制該電能轉(zhuǎn)換單元利用該交流電源或該直流電源對(duì)該主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。
2.如權(quán)利要求1所述的車載充電裝置，其中該交流電源包括一交流發(fā)電機(jī)或一交流發(fā)電系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的車載充電裝置，其中該直流電源包括一直流發(fā)電機(jī)、一直流發(fā)電系統(tǒng)或一直流電能存儲(chǔ)裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的車載充電裝置，其中該電能轉(zhuǎn)換單元包括一切換控制器，耦接至該控制單元以及該交流電源，并用以受控于該控制單元以切換該交流電源或一外部電源至該車載充電器；以及一車載充電器，用以利用該交流電源或該外部電源對(duì)該主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。
5.如權(quán)利要求4所述的車載充電裝置，其中該電能轉(zhuǎn)換單元還包括一升壓直流/交流逆變器，用以轉(zhuǎn)換該直流電源為一交流升壓電源至該切換控制器以供該車載充電器對(duì)該主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。
6.如權(quán)利要求4所述的車載充電裝置，其中該電能轉(zhuǎn)換單元還包括一低壓充電器，耦接至該切換控制器，并用以通過該切換控制器接收該外部電源以對(duì)該子電能模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。
7.如權(quán)利要求1所述的車載充電裝置，其中當(dāng)該主電池模塊的殘電量低于該第一閾值，該控制單元還判斷該子電能模塊的殘電量是否高于一第二閾值或供給至該子電能模塊的燃油是否充足，如果是，則控制該電能轉(zhuǎn)換單元利用該交流電源或該直流電源對(duì)該主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。
8.如權(quán)利要求7所述的車載充電裝置，其中當(dāng)該主電池模塊的殘電量高于一第三閾值，該控制單元控制該電能轉(zhuǎn)換單元停止對(duì)該主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充，該第三閾值高于該第一閾值。
9.如權(quán)利要求7所述的車載充電裝置，其中當(dāng)該子電能模塊的殘電量低于該第二閾值或供給至該子電能模塊的燃油不足，該控制單元還判斷該主電池模塊的殘電量是否低于一第四閾值，如果是，則送出對(duì)應(yīng)該主電池模塊及該子電能模塊的一第一警示信號(hào)，如果否， 則送出對(duì)應(yīng)該子電能模塊的一第二警示信號(hào)，該第四閾值低于該第一閾值。
10.一種車載充電方法，應(yīng)用于一車載充電裝置，該車載充電裝置包括一子電能模塊、 一電能轉(zhuǎn)換單元、一電能管理系統(tǒng)以及一控制單元，該電能轉(zhuǎn)換單元電性連接至用以驅(qū)動(dòng)一馬達(dá)的一主電池模塊，該車載充電方法包括該子電能模塊提供一交流電源或一直流電源；該電能轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換該交流電源或該直流電源以對(duì)該主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充；該電能管理系統(tǒng)估測(cè)該主電池模塊的殘電量；以及該控制單元判斷該主電池模塊的殘電量是否低于一第一閾值，如果是，則控制該電能轉(zhuǎn)換單元利用該交流電源或該直流電源對(duì)該主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。
11.如權(quán)利要求10所述的車載充電方法，其中該交流電源包括一交流發(fā)電機(jī)或一交流發(fā)電系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求10所述的車載充電方法，其中該直流電源包括一直流發(fā)電機(jī)、一直流發(fā)電系統(tǒng)或一直流電能存儲(chǔ)裝置。
13.如權(quán)利要求10所述的車載充電方法，其中該電能轉(zhuǎn)換單元包括一切換控制器以及一車載充電器，該切換控制器耦接至該控制單元以及該交流電源，該車載充電方法還包括該切換控制器受控于該控制單元以切換該交流電源或一外部電源至該車載充電器；以及該車載充電器利用該交流電源或該外部電源對(duì)該主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。
14.如權(quán)利要求13所述的車載充電方法，其中該電能轉(zhuǎn)換單元還包括一升壓直流/交流逆變器，該車載充電方法還包括該升壓直流/交流逆變器轉(zhuǎn)換該直流電源為一交流升壓電源至該切換控制器以供該車載充電器對(duì)該主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。
15.如權(quán)利要求13所述的車載充電方法，其中該電能轉(zhuǎn)換單元還包括耦接至該切換控制器的一低壓充電器，該車載充電方法還包括該低壓充電器通過該切換控制器接收該外部電源以對(duì)該子電能模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。
16.如權(quán)利要求10所述的車載充電方法，還包括當(dāng)該主電池模塊的殘電量低于該第一閾值，該控制單元還判斷該子電能模塊的殘電量是否高于一第二閾值或供給至該子電能模塊的燃油是否充足；以及若是，則該控制單元控制該電能轉(zhuǎn)換單元利用該交流電源或該直流電源對(duì)該主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。
17.如權(quán)利要求16所述的車載充電方法，還包括當(dāng)該主電池模塊的殘電量高于一第三閾值，該控制單元控制該電能轉(zhuǎn)換單元停止對(duì)該主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充，該第三閾值高于該第一閾值。
18.如權(quán)利要求16所述的車載充電方法，還包括當(dāng)該子電能模塊的殘電量低于該第二閾值或供給至該子電能模塊的燃油不足，該控制單元還判斷該主電池模塊的殘電量是否低于一第四閾值，該第四閾值低于該第一閾值；以及若是，則該控制單元送出對(duì)應(yīng)該主電池模塊及該子電能模塊的一第一警示信號(hào)，如果否，則該控制單元送出對(duì)應(yīng)該子電能模塊的一第二警示信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車載充電裝置及方法。該車載充電裝置，包括一子電能模塊、一電能轉(zhuǎn)換單元、一電能管理系統(tǒng)以及一控制單元。子電能模塊用以提供一交流電源或一直流電源。電能轉(zhuǎn)換單元電性連接至用以驅(qū)動(dòng)一馬達(dá)的一主電池模塊，并用以轉(zhuǎn)換交流電源或直流電源以對(duì)主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。電能管理系統(tǒng)用以估測(cè)主電池模塊的殘電量?？刂茊卧靡耘袛嘀麟姵啬K的殘電量是否低于一第一閾值，如果是，則控制電能轉(zhuǎn)換單元利用交流電源或直流電源對(duì)該主電池模塊進(jìn)行儲(chǔ)能補(bǔ)充。
文檔編號(hào)H01M10/44GK102468669SQ201010602340
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者吳敏全, 朱高弘, 李承和 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院