TWI621555B - 無線充電板與無線充電系統 - Google Patents

Abstract

一種便利電動機車進行充電之無線充電裝置，其包含至少一車輪座及無線功率發射器。車輪座用來卡合於電動機車之至少一導向輪。無線功率發射器用來在導向輪卡合於車輪座時，發射無線電能至電動機車之無線功率接收器，以使無線功率接收器接收無線電能後為電動機車充電。當導向輪卡合於車輪座時，無線功率接收器位於無線功率發射器發射無線電能之發射路徑上。

Description

無線充電板與無線充電系統

本發明揭露一種無線充電板與無線充電系統，尤指一種用來對電動機車進行充電的無線充電板與無線充電系統。

電動車的廣泛被使用，使得支援電動車的各種充電站應運而生。然而，即使已經有大量的實驗數據與報告證明電動車的續航能力足以因應消費者的需求，電動車在充電站之間因電力不足而停擺的可能性仍然揮之不去。

同樣的情形也發生在正在起步發展的電動機車上，由於電動機車在續航力上較電動車更為弱勢，因此電動車相較於電動車會更為依賴充電站的即時補給。除了需要足夠密度的充電站設置以外，電動機車可用的充電站在設計上也需要朝輕量化的目標前進。

目前的充電站佈置傾向，包含使用電動機車使用者家中、公用充電站、或是電動車使用者可存取的家用電源來進行充電。然而，要建立足夠密度的大量充電站來推動電動機車的使用是相當緩慢與昂貴的。 每一充電站除了需要高額的設置成本與維修成本以外，也需要被包含在客製化之基礎設施中。這些困難會阻礙電動機車的推廣、銷售、甚至是新型電動機車的研發。反之，這類基礎設施的投資只會在電動機車市場擴大時 變得可行。如果能夠打破這樣的負面循環，電動機車的推廣將可變得十分快速。

為了增加可使用之充電站，有許多提案係用來讓電動機車使用者可以藉由各種可用之電力插座，獲取電動機車所需之電力。然而，由於電動機車也需要額外配置電力插頭來配合充電站進行充電，若遇到充電站的電力插座規格與電動機車不合的狀況，仍然會形成電動機車用充電站在推廣上的阻力。

本發明揭露一種用於電動機車之無線充電系統，其包含一無線功率接收器及一無線充電裝置。該無線功率接收器設置於一電動機車。該電動機車包含至少一導向輪。該無線充電裝置包含至少一車輪座及一無線功率發射器。該至少一車輪座用來卡合該至少一導向輪。該無線功率發射器，用來在該至少一導向輪卡合於該至少一車輪座時，發射無線電能至該無線功率接收器，以使該無線功率接收器接收該電能後為該電動機車充電。當該至少一導向輪卡合於該至少一車輪座時，該無線功率接收器係位於該無線功率發射器發射無線電能之一發射路徑上。

本發明亦揭露一種用於電動機車之無線充電裝置，其包含至少一車輪座及一無線功率發射器。該至少一車輪座用來卡合於一電動機車之至少一導向輪。該無線功率發射器，用來在該至少一導向輪卡合於該至少一車輪座時，發射無線電能至該電動機車之一無線功率接收器，以使該無線功率接收器接收該電能後為該電動機車充電。當該至少一導向輪卡合於該至少一車輪座時，該無線功率接收器係位於該無線功率發射器發射 無線電能之一發射路徑上。

100‧‧‧無線充電板

110‧‧‧車輪座

120‧‧‧無線功率發射器

130‧‧‧斜坡

140‧‧‧殼體

150‧‧‧排水孔

200‧‧‧無線充電系統

210‧‧‧三輪電動機車

220‧‧‧導引輪

230‧‧‧無線功率接收器

240‧‧‧殼體

400‧‧‧充電站系統

410‧‧‧充電管理伺服器

420‧‧‧控制模組

422‧‧‧通訊/控制模組

424‧‧‧電力開關

450‧‧‧顯示裝置

440‧‧‧電源

460‧‧‧充電站

502、504、506、508、510、512、514、516、602、604、606、608、

610、612‧‧‧步驟

710‧‧‧繼電器

720‧‧‧斷電器

730‧‧‧主開關

762‧‧‧辨識標誌

764、766‧‧‧輔助標誌

768‧‧‧快速反應碼

第1圖為根據本發明之一實施例所揭露之一無線充電板的概略示意圖。

第2圖為根據本發明之一實施例所揭露之一無線充電系統的概略示意圖。

第3圖圖示了第2圖之無線充電系統為電動機車充電的方式。

第4圖為根據本發明之一實施例所揭露用於第1-3圖之無線充電板及無線充電系統之充電站系統的示意圖。

第5圖為第4圖所示充電站系統在進行充電時的流程圖。

第6圖為第4圖所示充電站系統提供電動機車持有者一通知機制與一預訂機制的流程圖。

第7圖為根據本發明之一實施例所揭露第4圖所示充電站系統的詳細示意圖。

本發明揭露一種用於電動機車的無線充電板，以及包含該無線充電板之無線充電系統。本發明接下來的說明主要是以三輪電動機車為主，然本發明之實施例亦得以直接沿用至其他具有至少一個導向輪或具有至少三個車輪(含至少一個導向輪)之電動機車。該無線充電板是藉由無線方式直接對電動機車進行充電，因此不需要讓電動機車設置額外的電力插頭，節省電動機車在設計上的成本。另外，由於該無線充電板的設置是 以便利電動機車直接行駛於其上以進行充電，因此也可以免去電動機車使用者進行充電的繁複操作，有助於推廣電動機車及其充電站之設置。

請參閱第1圖，其為根據本發明之一實施例所揭露之一無線充電板100的概略示意圖。如第1圖所示，無線充電板100包含一車輪座110以及一無線功率發射器120，其中無線功率發射器120可位於無線充電板100的內部。。車輪座110具有卡合車輪(特別是導向輪)的功能。在需充電之電動機車具有二個以上導向輪的情況，無線充電板100可對應設置二個以上的車輪座110。但為了圖示的簡潔與清楚表達，以下說明與圖示原則上是以只設置一個車輪座110的方式進行。無線功率發射器120具有發射無線電能的功能，以為一外部裝置充電。在本發明之各實施例中，無線充電板100可透過各種電力傳輸線連接於各種電源，以將其電力轉換為無線功率，並進行進一步的無線功率傳輸。上述無線充電板100所外接之電源可包含家用電源、工業用電源等不同規格的電源。

請參閱第2圖，其為根據本發明之一實施例所揭露之一無線充電系統200的概略示意圖。如第2圖所示，無線充電系統200包含無線充電板100以及一三輪電動機車210。其中三輪電動機車210包含至少一導向輪220以及一無線功率接收器230，且其後側另外包含一組彼此平行而得以穩定支撐三輪電動機車210的後輪(該組後輪其中之一，因視角緣故而未圖示出來)。

第3圖圖示了第2圖之無線充電系統200為三輪電動機車210充電的方式。如第3圖所示，當三輪電動機車210的使用者需要透過無線充電板100進行充電時，其可先行將導向輪220行駛至斜坡130上，以將其車 體行駛於無線充電板100上，並將導向輪220導引卡合於車輪座110內。透過本發明之無線充電板100以及三輪電動機車210在尺寸規格上的事先設計與統整，當導向輪220卡合於車輪座內110時，無線功率接收器230會位於無線功率發射器120之有效無線功率發射路徑上，使得無線充電板100可以有效的對三輪電動機車210進行充電(此時三輪電動機車210等同位於無線充電板100上之一充電位置)，而不需要額外調整三輪電動機車210來達成其接收無線功率的最佳效果。

另，在本發明之其他實施例中，被充電的電動機車可包含二個以上的導向輪及/或二個以上可使車身保持穩定的後輪；如上所述，在這種情況下，無線充電板100可包含二個以上的對應車輪座110，以輔助卡合並固定三輪電動機車210。

在本發明之一實施例中，無線功率接收器230與無線功率發射器120至少其中之一可為導體線圈。如此一來，可透過電磁感應的方式來有效傳遞無線功率以進行充電。在本發明之一實施例中，上述導體線圈可為永磁性導體線圈或電磁性導體線圈。

在本發明之一實施例中，無線功率接收器230與無線功率發射器120至少其中之一，是被永磁性材料或電磁性材料所包覆，而可達成上述透過電磁感應來傳遞無線功率以進行充電的效果。

在本發明之一實施例中，無線充電板100另包含一斜坡130。斜坡130可導引導向輪220行駛至無線充電板100上而卡合於車輪座110。

在本發明之一實施例中，無線充電板100包含一殼體140。 殼體140是以不明顯妨礙無線功率發射器120之發射功率的方式來設置，但仍可有效包覆無線功率發射器120，使其不因外部灰塵、雨水等干擾因素而受損。上述殼體140的設置方式可透過更改殼體140的材質或厚度等方式，來達成不明顯妨礙無線功率發射器120之發射功率的效果，例如使用具備防水(waterproof)或抗水(water-resistant)性質的材料或結構來實作殼體140。

在本發明之一實施例中，無線充電板100上可設置至少一個排水孔150，以有效排除在無線充電板100上累積的液體(例如雨水)，減少液體對無線充電板100或三輪電動機車在充電時造成損傷(例如電路短路)的機率。在本發明之一實施例中，排水孔150設置於車輪座110的底部或是無線充電板100的底部，以避免液體累積於車輪座110上至妨礙導向輪220卡合於車輪座、或是避免造成無預期之電路短路的程度。

在本發明之一實施例中，無線充電板100另外使用外圍物件偵測技術(Foreign Objection Detection Technology)來被動偵測或確認無線功率接收器230的位置是否位於無線功率發射器120的有效發射路徑上。然其他可有效供偵測無線功率發射器120偵測無線功率接收器230位置的方法亦可用於本發明之實施例。

在本發明之一實施例中，三輪電動機車210另包含一殼體240，以在不明顯妨礙無線功率接收器230所接收之無線功率的情況下，覆蓋無線功率接收器230，以防止無線功率接收器230受到外部灰塵、雨水等干擾因素而受損。上述殼體240的設置方式可透過更改殼體240的材質或厚度等方式，來達成不明顯妨礙無線功率揪收器230在接收無線功率上的效 果，例如使用具備防水或抗水性質的材料或結構來實作殼體240。

在本發明之其他實施例中，無線充電系統200可以作為電動機車充電站的一環來設計。請參閱第4圖，其為根據本發明之一實施例所揭露充電站系統400的示意圖。其中為了詳細說明三輪電動機車210、無線充電板100在充電站系統400中的角色與運作，之後的圖示與說明不再另外強調無線充電系統200。

充電站系統400包含一充電管理伺服器410以及一控制模組420，以管控至少一個無線充電板100，其中該些無線充電板100係以資料線及/或電纜連接於控制模組420，以使充電站系統400可以與該些無線充電板100交換資訊或提供電力。每一無線充電板100亦各自包含一獨特的充電站識別符，以供充電管理伺服器410辨識。控制模組420包含一通訊/控制電路422與一電力開關424。控制模組420透過電力開關424電性連接於一電源440，例如使用一電纜進行連接。在本發明之一實施例中，在家用電源或加油站出租設備可作為充電站電力來源的情況下，控制模組420係設置於室內，而無線充電板100係設置於室外，以利三輪電動機車210的使用者透過無線充電板100與控制模組420來為其持有的三輪電動機車210充電。

充電管理伺服器410透過通訊/控制電路422來與控制模組420以遠端方式進行連接，連接的手段可包含透過一無線網路、一實體區域網路、或以上兩者之有效組合網路。透過該遠端連接方式，充電管理伺服器410可管理每一充電站460中控制模組420與無線充電板100的組合，以控制充電站460透過無線充電板100對三輪電動機車210充電或禁止為其充電。控制模組420亦與配對之無線充電板100電性連接，例如可透過一電纜 及/或一資料線進行連接。第4圖雖僅圖示一個控制模組420與一個無線充電板100，然而充電站系統400可管控的充電站460之數量並未受到第4圖所示數量之限定。

充電站460本身具有一充電許可狀態，以作為充電管理伺服器410判定充電站460當下是否適合給在無線充電板100上已就充電位置定位之三輪電動機車210充電的參考。在本發明之一實施例中，該充電許可狀態包含一可使用狀態(Available)、一已預訂狀態(Reserved)、及一使用中狀態(Occupied)。在可使用狀態下，充電站460已做好可為已就充電位置定位之三輪電動機車210充電的必要準備。在已預訂狀態下，充電管理伺服器410會為已預訂充電站460之一三輪電動機車210預留一預定時段來進行充電，且在該預定時段之內，已做好充電準備而可使用的充電站460也被禁止在該預定時段為預訂之三輪電動機車210以外的其他對象進行充電。 在使用中狀態下，除了目前使用充電站460的三輪電動機車210外，充電站460被禁止同時為其他對象進行充電。

控制模組420用來根據充電管理伺服器410的指示，將電力送至無線充電板100，以準備對已就充電位置之三輪電動機車210充電，或是停止電力傳輸至無線充電板100以禁止充電。無線充電板100本身亦可選擇性地包含一硬體開關，以選擇性地開啟或關閉對已就其充電位置定位之電動車的充電功能。

另，每一三輪電動機車210皆具有可供充電管理伺服器410識別之一獨特之電動機車識別符(Identifier)，以確認持有該電動機車識別符的三輪電動機車210是否已被授權，並據此判斷是否為充電站460進行充電 的適格對象。該適格對象可為在充電管理伺服器410上所註冊認可的會員。在本發明之部分實施例中，該電動機車識別符可儲存於三輪電動機車210之車體上一處或多處，例如三輪電動機車210上的充電電池或無線充電接收器230上。該電動機車識別符亦可被儲存於三輪電動機車210之擁有者所持有的一個或多個電子裝置，例如其持有的手機、平板電腦、無線射頻辨識(Radio Frequency Identification，RFID)載體等。該電動機車識別符也可儲存於三輪電動機車210之持有者所配戴之任何具有傳輸訊息能力的一個或多個穿戴式電子裝置或植入式電子裝置上，例如該持有者配戴的電子腕錶、電子手鍊、或植入式晶片。

通訊/控制電路422另可用來偵測並擷取上述三輪電動機車210所持有的電動機車識別符，以將該電動機車識別符傳送給充電管理伺服器410來進行識別。通訊/控制電路422並可傳送充電站460的充電站識別符至充電管理伺服器410，以使充電管理伺服器410得知請求充電的三輪電動機車210欲使用充電的充電站460為哪一座。電力開關424電性連接於一電源440，並連接於通訊/控制電路422，以接受通訊/控制電路422的控制來使用電源440的電力進行充電或不進行充電。

電動機車識別符與充電站識別符對於充電站系統400的另外一個作用是，作為充電管理伺服器410對三輪電動機車210之持有者的充電服務進行計費與收費的基礎。例如充電管理伺服器410可計算電動機車識別符所對應之三輪電動機車210的總充電時間、總充電電量、及/或充電站識別符所對應之充電站的收費費率等資訊，來據以計費。

在本發明之一實施例中，充電管理伺服器410係為一政府電 力機關所管理的伺服器，且該政府電力機關可透過充電管理伺服器410所儲存與三輪電動機車210相關之電動機車識別符，擷取三輪電動機車210的充電收費資訊，而進行根據該充電收費資訊向三輪電動機車210之持有者收費、收集與三輪電動機車210相關之電力、移動範圍、及/或移動頻率等數據中一或多者。

在本發明之一實施例中，充電管理伺服器410係為一私人電力公司所管理的伺服器。充電管理伺服器410係與一政府電力機關所管理之一伺服器交換資訊，以使代表該私人電力公司之充電管理伺服器410得以透過其儲存與三輪電動機車210相關之電動機車識別符，擷取三輪電動機車210的充電收費資訊、或甚至是將該充電收費資訊轉交給該政府電力機關所管理之該伺服器，而使充電管理伺服器410或該政府電力機關所管理之該伺服器可進行根據該充電收費資訊向三輪電動機車210之持有者收費或拆帳、收集與三輪電動機車210相關之電力、移動範圍、及/或移動頻率等數據中一或多者。

在本發明之部分實施例中，通訊/控制電路422是透過影像掃描辨識機制(例如快速反應碼(Quick Response code、QR code)、無線射頻辨識(Radio Frequency Identification，RFID)機制、近場通訊(Near Field Communication，NFC)機制、藍芽(Bluetooth)機制、Wi-Fi網路、火線介面(Firewire Interface)機制、及有線通訊(Wired Communication)機制中一或多個機制來偵測與擷取三輪電動機車210之持有者擁有的電動機車識別符。

在本發明之部分實施例中，該電動機車識別符可為一影像編碼或一加密識別碼。因此通訊/控制電路422可使用影像掃描的方式來掃 描該影像編碼、或是擷取該加密識別碼後另行加以解密，以得到可存取的電動機車識別符。在通訊/控制電路422將該可存取之電動機車識別符透過網路傳輸至充電管理伺服器410後，充電管理伺服器410會判斷該可存取之電動車識別符係為一已授權電動機車識別符或一未授權電動機車識別符，以判斷持有該電動機車識別符的使用者是否已獲得授權。另，在本發明之一實施例中，電動機車使用者可透過向充電管理伺服器410預付費用及/或加入會員的方式，來取得已授權電動機車識別符。

在本發明之一實施例中，若遇到三輪電動機車210之持有者臨時未攜帶電動機車識別符、但是攜帶有如悠遊卡之類不具電動機車辨識功能的付費載體時，通訊/控制電路422亦可藉由被動偵測該付費載體、並將該付費載體具有的付費授權資訊回報充電管理伺服器410的方式，使得充電管理伺服器410亦可根據該付費授權資訊來授權充電站460對三輪電動機車210充電。在這種情況下，該類具付費功能的付費載體等同於一種臨時產生的暫態電動機車識別符。舉例來說，若三輪電動機車210的持有者並未於三輪電動機車210上安裝電動機車識別符、也未攜帶任何儲存有電動機車識別符的電子裝置時，可手持作為付費載體的悠遊卡或信用卡主動靠近通訊/控制電路422的掃描地點以供偵測、並提供付費授權資訊，以藉此取得充電管理伺服器410的授權來進行充電。

充電站系統400的預設運作方式如下。在一三輪電動機車210已在無線充電板100上就充電位置時，也就是當導引輪220卡合於車輪座110，使得無線功率接收器230位於無線功率發射器之無線功率發射路徑上時，通訊/控制電路422擷取三輪電動機車210所持有之電動機車識別符， 並將該電動機車識別符連同充電站460之充電站識別符傳輸至充電管理伺服器410，使得充電管理伺服器410得知三輪電動機車210透過充電站460提出充電請求之狀況。接著充電管理伺服器410會查詢其內部資料庫的記錄，以確認該電動機車識別符是否為一已授權電動機車識別符，而據此確認三輪電動機車210目前是否為適格的充電對象。同時，充電管理伺服器410也會根據充電站460之充電站識別符，確認充電站460之一充電許可狀態是否為一可使用狀態。

根據充電管理伺服器410確認充電站460之充電許可狀態與三輪電動機車210所持有之電動機車識別符的結果，充電站系統400的運作方式係分成以下狀況，並以第5圖所示之流程圖來概略表示：

(a)充電管理伺服器410確認三輪電動機車210所持有之電動機車識別符為一已授權電動機車識別符、並確認充電站460目前的充電許可狀態是可使用狀態時(步驟502、步驟506、及步驟508)：充電管理伺服器410會針對三輪電動機車210所持有之電動機車識別符來傳送一充電授權指令至通訊/控制電路422。通訊/控制電路422會根據該充電授權指令的授權，開啟電力開關424，以將電源440的電力導引至無線充電板100。如此一來，無線充電板100便可透過得到的電力以及無線功率發射器120來對三輪電動機車210之無線功率接收器230充電。

另，在本發明之一實施例中，在充電管理伺服器410確認到三輪電動機車210所持有之已授權電動機車識別符、並確認到充電站460目前的充電許可狀態是可使用狀態後，充電管理伺服器410會先行發出一詢問訊息至三輪電動機車210之持有者攜帶的一電子裝置，使得該電子裝置 上所安裝並可與充電管理伺服器410進行通訊的一應用程式在其使用者介面上顯示訊息來詢問使用者是否確實想要使三輪電動機車210藉由充電站460所配備的無線充電板100來進行充電。當使用者透過該應用程式回覆充電管理伺服器410其確實欲使三輪電動機車210藉由充電站460來進行充電的回應後，充電管理伺服器410才會繼續開啟電力開關424來為三輪電動機車210進行充電。反之，當使用者透過該應用程式回覆充電管理伺服器410其並非欲使三輪電動機車210藉由充電站460來進行充電的回應後，充電管理伺服器410會不開啟充電站460為三輪電動機車210充電的程序。

(b)充電管理伺服器410確認充電站460目前的充電許可狀態是已預訂狀態、三輪電動機車210所持有之電動機車識別符為一已授權電動機車識別符、且該電動機車識別符指出三輪電動機車210的擁有者即為充電站460的預訂者時(步驟502、步驟506、步驟512、及步驟514)：充電管理伺服器410會將充電站460之充電許可狀態更新為使用中狀態，並針對三輪電動機車210所持有之電動機車識別符來傳送該充電授權指令至通訊/控制電路422。通訊/控制電路422會根據該充電授權指令的授權，開啟電力開關424，以將電源440的電力導引至無線充電板100。如此一來，無線充電板100便可透過得到的電力以及無線功率發射器120來對無線功率接收器230發射無線功率，以對三輪電動機車210充電。另外，當充電站460對三輪電動機車210充電完畢、且三輪電動機車210脫離無線充電板100而使得無線功率接收器230脫離無線功率發射器120之功率發射路徑後，充電管理伺服器410會將充電站460之充電許可狀態更新為可使用狀態。

另，在本發明之一實施例中，在充電管理伺服器410確認到 三輪電動機車210所持有之已授權電動機車識別符、確認到充電站460目前的充電許可狀態是可使用狀態、並確認三輪電動機車210之持有者即為充電站460的預訂者後，充電管理伺服器410會先行發出一詢問訊息至三輪電動機車210之持有者攜帶的一電子裝置，使得該電子裝置上所安裝並可與充電管理伺服器410進行通訊的一應用程式在其使用者介面上顯示訊息來詢問使用者是否確實想要使三輪電動機車210藉由充電站460來進行充電。 當使用者透過該應用程式回覆充電管理伺服器410其確實欲使三輪電動機車210藉由充電站460來進行充電的回應後，充電管理伺服器410才會繼續開啟電力開關424來為三輪電動機車210進行充電。反之，當使用者透過該應用程式回覆充電管理伺服器410其並非欲使三輪電動機車210藉由充電站460來進行充電的回應後，充電管理伺服器410會不開啟充電站460為三輪電動機車210充電的程序。

(c)充電管理伺服器410確認充電站460目前的充電許可狀態是已預訂狀態、三輪電動機車210所持有之電動車識別符為一已授權電動機車識別符、但該電動機車識別符指出三輪電動機車210的擁有者並非充電站460的預訂者時(步驟502、步驟506、步驟512及步驟516)：充電管理伺服器410會針對三輪電動機車210所持有之電動機車識別符來傳送一充電禁止指令至通訊/控制電路422。通訊/控制電路422會根據該充電禁止指令來關閉電力開關424，以阻止電源440的電力被導引至無線充電板100。如此一來，三輪電動機車210便無法透過無線充電板100來得到電力進行充電。

(d)充電管理伺服器410確認三輪電動機車210所持有之電 動機車識別符為一未授權電動機車識別符(例如當三輪電動機車210並非為註冊於充電管理伺服器410的獲授權電動機車時)，且充電站460目前的充電許可狀態是任一狀態(例如可使用狀態、已預訂狀態、已使用狀態中任一者)時(步驟502及步驟504)：充電管理伺服器410會針對三輪電動機車210所持有之電動機車識別符來傳送一充電禁止指令至通訊/控制電路422。通訊/控制電路422會根據該充電禁止指令來關閉電力開關424，以阻止電源440的電力被導引至無線充電板100。如此一來，三輪電動機車210便無法透過無線充電板100來得到電力進行充電。

(e)充電管理伺服器410確認充電站460目前的充電許可狀態是使用中狀態、且三輪電動機車210所持有之電動機車識別符為一已授權電動機車識別符時(步驟502、步驟506及步驟510)：這種情況可能會發生在充電站460正為其他三輪電動機車進行充電而在使用中狀態，但三輪電動機車210的使用者此時欲藉由惡意將被充電之三輪電動機車拖離，並將其持有的三輪電動機車210放置於無線充電板100上的充電位置，以惡意盜取充電站160之電力的狀況。

在本發明之一實施例中，當原先被充電的三輪電動機車210在未充電完畢或在其預訂時間內被拖離其在無線充電板100上的充電位置時，無線充電板100會透過通訊/控制電路422向充電管理伺服器410發出警示訊息；接著充電管理伺服器410會主動向原先被充電之電動機車持有者的電子裝置所安裝之電動機車充電應用程式發出詢問訊息，以詢問其是否有意願主動停止充電。若該電動車持有者回覆為否或是在一段預定時間內(例如數分鐘內)未回覆，則充電管理伺服器410除了主動透過通訊/控制電 路422發出一充電禁止指令來關閉電力開關424，以阻止電源440的電力被導引至無線充電板100以外，會更進一步地在偵測到其他電動機車(例如欲惡意盜取電力之三輪電動機車210)位於無線充電板100上的充電位置時，禁止其透過無線充電板100獲取電力，以防止如三輪電動機車210欲惡意盜取充電站460之電力的可能性。接著，直到原先被充電之三輪電動機車210回到無線充電板100上的充電位置後，透過通訊/控制電路422的偵測對電動機車識別符進行偵測及確認、並回報充電管理伺服器410，充電管理伺服器410才會透過通訊/控制電路422開啟電力開關424，以繼續對原先充電之電動機車進行充電。另外，當發生上述三輪電動機車210在未充電完畢或在其預訂時間內被拖離無線充電板100上之充電位置的狀況時，充電站460也可透過其另外設置之一顯示裝置450來主動發出影像及/或聲音訊息，以提示「若不將原先充電中之電動機車放置回無線充電板100上之充電位置，則充電站460會持續不供應電力」的類似訊息，並藉此阻止惡意盜取電力的行徑。

另外，在上述充電管理伺服器410主動向原先被充電之電動機車持有者的電子裝置所安裝之電動機車充電應用程式發出詢問訊息的狀況，若該使用者回覆為是，則充電管理伺服器410除了主動透過通訊/控制電路422發出該充電禁止指令來關閉電力開關424，以阻止電源440的電力被導引至無線充電板100以外，會進一步地將充電站460的充電許可狀態轉為可使用狀態，以利其他持有已授權電動機車識別符的電動車進行充電，也就是例如步驟502、步驟506、及步驟508所述之程序。

上述列舉充電站460之防盜安全機制，亦可在本發明之其他 實施例中應用於前述步驟502、步驟506、及步驟516的禁止充電狀況，或是應用於前述步驟502、步驟506、及步驟516的禁止充電狀況，以防止未經授權的電動機車持有者使用充電站460上的無線充電板100進行充電、或是防止獲授權的電動機車持有者在可使用狀態以外的其他充電許可狀態下使用充電站460進行充電。

藉由上述充電管理伺服器410對三輪電動機車210之電動機車識別符以及充電站460所進行之充電許可狀態的檢查，可以確保在任一預訂時段中，充電站460只會對預訂者所持有的三輪電動機車210充電，也可以確保在非預訂時段且充電站460在可使用狀態時，只會對已獲得授權的使用者持有的三輪電動機車210充電。如此一來，可以有效的防止未被授權者使用充電站460進行充電，而提高地方充電站持有者出租其充電站的意願，並藉此推廣充電站的使用。

在本發明之一實施例中，如以上所述，充電站460可選擇性地包含一顯示裝置450。在三輪電動機車210已就位於無線充電板100上之充電位置的情況下，顯示裝置450可用來顯示充電站460之充電許可狀態、三輪電動機車210之電動機車識別符、及/或三輪電動機車210之電力狀態。

在充電站460已被預訂用來充電、且連接充電站460之三輪電動機車210的持有者即為充電站460之預訂者的情況下，充電管理伺服器410可透過顯示裝置450或該持有者的電子裝置選擇性地顯示充電站460之預訂者的電動機車識別符及/或該預訂者之三輪電動機車210透過充電站460進行充電時的預估剩餘充電時間，以提示充電站460將於該預估剩餘充電時間結束後會自行停止供電。充電管理伺服器410甚可透過顯示裝置450或 該持有者的電子裝置提示下一充電站預訂者的預訂時間，以使該持有者提早做好停止充電或更換另一充電站繼續進行充電的準備。

某些情況下，充電站460可能會設置於某些網路狀態不佳的場所(例如家用的地下停車場)、以致無法即時與充電管理伺服器410連線交換資訊(或是處於離線狀態)，且這類場所的充電使用對象通常僅限於居住或工作於該類場所的人士。為了使設置在這類網路狀態不佳場所的充電站460仍然可以提供充電服務並順利收取充電費用，在本發明之一實施例中，通訊/控制電路422可獨立地為該類場所的受限充電使用對象個別儲存其電動機車識別符，並在未連接於充電管理伺服器410的狀態下，代替充電管理伺服器410執行其確認電動機車識別符與授權等功能，而以本地端授權的方式為該些受限充電使用對象進行充電。在該狀況下充電的同時，通訊/控制電路422也會記錄該些受限充電使用對象的電動機車識別符以及其對應之充電時間及/或充電電量，並輔以充電站460本身的計費費率規則來計算出該些受限充電使用對象所應支付的充電費用。之後在可與充電管理伺服器410或是電力公司獨立的計費伺服器連線的狀況下，通訊/控制電路422可再另行轉達相關的充電費用資訊，以供充電站系統400所屬之計費單位收費之用。

在本發明之另一實施例中，充電站460本身即為一獨立系統，而通訊/控制電路422會直接取代並執行上述充電管理伺服器410的各種功能，以進行本地端的電動機車識別符之辨識、授權等上述充電管理作業。獨立運作的充電站460在運作方式與組成上與上述充電管理伺服器410未連線於充電站460的狀況相同(也就是如第4圖所示之組成中，拿掉充電管 理伺服器410)。通訊/控制電路422也會記錄該些充電使用對象(例如為受限或特定的充電使用對象)的電動機車識別符以及其對應之充電時間及/或充電電量，並輔以充電站460本身的計費費率規則來計算出該些受限充電使用對象所應支付的充電費用，以作為之後收費之用。另，本說明書所提及過之各種限制條件，亦可直接沿用於該種獨立運作之充電站460，而形成各種實施例。

在充電站460已被預訂用來充電、且連接充電站460之三輪電動機車210的持有者並非為充電裝置460之預訂者(且持有已授權電動機車識別符)的情況下，顯示裝置450可另顯示充電站460之預訂者的預定等待時間，以在該預訂者超過該預定等待時間且並未在選擇充電站460進行充電的情況下(此時充電站460之充電許可狀態會轉換為可使用狀態)，讓該非預訂者可以在此時接受充電管理伺服器410執行步驟502、步驟506、以及步驟508的安排，以使用充電站460來為其持有的三輪電動機車210充電。

顯示裝置450亦可作為一互動式顯示面板，以供持有之三輪電動機車210已就位於無線充電板100上之充電位置的使用者，可以透過該互動式顯示面板來查詢充電站460之狀況、或是與充電管理伺服器410互動來下達指令。

在本發明之一實施例中，顯示裝置450可包含多個具有不同顏色的指示燈，以根據充電管理伺服器410的指令，顯示多種不同顏色的燈號，以表現充電站460不同的充電許可狀態。舉例來說，顯示裝置450可使用綠色燈號來表示充電站460處於可使用狀態、可使用紅色燈號來表示充電站460處於使用中狀態、或是可使用橘色燈號來表示充電站460處於已 預訂狀態。在本發明之一實施例中，充電管理伺服器410亦可對應於不同的狀況，指示顯示裝置450更新顯示該些不同顏色燈號的亮度及/或閃爍頻率。舉例來說，當三輪電動機車210與其預訂之充電站460之間的距離已小於一較短之預定距離時(例如該距離小於一百公尺時)，在充電管理伺服器410透過三輪電動機車210之定位系統即時確認到該狀況後，會指示顯示裝置450加大其顯示燈號(例如橘色燈號)的亮度及/或提高其顯示燈號的頻率，以提高充電站460對於三輪電動機車210之駕駛者的辨識度，使其得以迅速掌握充電站460的位置來進行充電。

本發明另外為行駛中的三輪電動機車210提供了一種通知機制，用來為目前電量低於或將要低於一安全電量的三輪電動機車210，提供其一定範圍內的至少一個充電站的通知訊息，並根據該通知訊息內含的導航資訊來儘速找到充電站進行充電。本發明亦在該通知機制的基礎上提供了一種訂位機制，用來在行駛中的三輪電動機車210接收到其目前位置附近之充電站的通知訊息時，可以同時預訂該通知訊息所建議的充電站，以在到達該充電站後，根據步驟502、步驟506、步驟512、及步驟514的依序程序來進行充電。

本發明所提供之通知機制與預訂機制的流程圖如第6圖所示，該些機制主要是提供給尚未就位於任一充電站之無線充電板100的充電位置之三輪電動機車210。

在步驟602中，當三輪電動機車210仍在行駛中或是尚未就位於無線充電板100之充電位置的情況下，充電管理伺服器410會透過無線網路或是可行的無線通訊手段，以動態方式持續、週期性地、或非週期性 地偵測/詢問三輪電動機車210的電力狀態，也可為三輪電動機車210使用其配備的無線通訊裝置，透過無線網路或是可行的無線通訊手段，主動向充電管理伺服器410以動態方式持續、週期性地、或非週期性報告該電力狀態。當三輪電動機車210的電量高於一臨界電量時，充電管理伺服器410會繼續動態地執行步驟602，以監控三輪電動機車210的電量。而當三輪電動機車210的電量不高於該臨界電量時，充電管理伺服器410會執行步驟604。

在本發明之一實施例中，充電管理伺服器410偵測三輪電動機車210之電力狀態的方式可包含動態地與三輪電動機車210本身具有的電力偵測設備以無線方式溝通。該電力偵測設備可藉由動態地偵測三輪電動機車210的運作電壓、運作電流量來監控三輪電動機車210的電量，並將該電量動態地回報至充電管理伺服器410。

在本發明之一實施例中，該臨界電量係為三輪電動機車210可維持正常運作的一最低安全電量。且當充電管理伺服器410確認三輪電動機車210之現行電量不高於該最低安全電量時，會繼續執行步驟604。

在本發明之一實施例中，該臨界電量係為三輪電動機車210在電量滑落至該最低安全電量前可供行駛一預定距離或一預定時間的預估所需電量所決定。更進一步地說，充電管理伺服器410平時會根據三輪電動機車210的定位位置或是三輪電動機車210之使用者所自行提供的位置資料，確認三輪電動機車210平時的行進路線與頻繁移動領域等數據。使用者所自行提供的位置資料可包含使用者的住家位置、工作地點等頻繁前往的位置資料，且該位置資料需透過使用者使用授權碼來向充電管理伺服器 410設定或註冊。充電管理伺服器410會進一步利用該些數據，預估三輪電動機車210在電量滑落至該最低安全電量前可再行駛的剩餘時間或剩餘距離。充電管理伺服器410並會在該剩餘時間小於該預定時間及/或該剩餘距離小於該預定距離時，判定三輪電動機車210之電量不高於該臨界電量。 舉例來說，三輪電動機車210的使用者或充電管理伺服器410可預先設定該剩餘時間為三天及/或該剩餘距離為十公里，則充電管理伺服器410會根據上述所蒐集三輪電動機車210的相關數據，計算三輪電動機車210行駛這三天及/或這十公里的預估所需電量加上該最低安全電量的電量值。如此一來，當充電管理伺服器410執行步驟602確認三輪電動機車210的現行電量值不高於該最低安全電量加上該預估所需電量時，充電管理伺服器410會繼續執行步驟604。該預定時間或該預定距離係根據三輪電動機車210之持有者向充電管理伺服器410發出之指令所決定，或是根據充電管理伺服器410之一預設設定所決定。

在步驟604中，充電管理伺服器410會偵測三輪電動機車210當時的位置、三輪電動機車210周遭一預設範圍內至少一個充電站的充電許可狀態、以及三輪電動機車210與該至少一個充電站之間的距離。在步驟606中，充電管理伺服器410會將該至少一個充電站的位置資訊及/或導航資訊以發出一通知訊息的方式傳送給三輪電動機車210及/或其持有者所配備的電子裝置上安裝的電動機車充電應用程式，以使得電動機車持有者可選取其中一個充電站作為準備對三輪電動機車210充電用的充電站。在選取充電站後，充電管理伺服器410可根據該通知訊息內含的位置資訊及/或導航資訊，為三輪電動機車210及其持有者進行導航，以使其順利到達被 選取的充電站處。

在本發明之一實施例中，執行步驟604時，充電管理伺服器410會只留下充電許可狀態為可使用狀態的充電站列入一充電站候選清單。充電管理伺服器410會將該充電站候選清單提供至三輪電動機車210以供選擇。

在本發明之一實施例中，三輪電動機車210選擇充電站的方式可包含：(1)三輪電動機車210之使用者根據該充電站候選清單的資訊，選擇任一充電站來準備進行充電；及(2)三輪電動機車210透過充電管理伺服器410安裝的篩選演算法程式，選擇該篩選演算法程式所選擇的最適充電站；舉例來說，該篩選演算法程式可根據三輪電動機車210行至該充電站候選清單上每一候選充電站的直線距離、行經路程、預定行經時間、及/或充電預估收取費用來為所有候選充電站進行總合優先權排序，以選取總合優先權較高之充電站作為替三輪電動機車210充電的充電站；其中直線距離越短、行經路程越短、預定行經時間越短(考慮路況或交通情況等會影響行經時間的主要因素)、充電預估收取費用越少(因為每一充電站的收費不盡然相同，也可能隨著充電站出租者的需求或喜好來決定)的充電站，可在該充電站候選清單上取得較高的總合優先權，而較為可能被該篩選演算法程式所選取。

在選取充電站後，三輪電動機車210的使用者可選擇性地預訂在該充電站候選清單中選取的充電站，使得被選取的充電站在未來一預定時間內，被禁止為其他的三輪電動機車或設備進行充電。這也就是步驟512與步驟514中被預訂的充電站為預訂者所做的保留，以及在步驟512與 步驟516中禁止被預訂的充電站為預訂者之三輪電動機車以外的對象進行充電的情況。針對三輪電動機車210的使用者之預訂所保留之該預定時間，可根據當時三輪電動機車210與被選取之充電站之間的距離、或當時欲選取該被選取之充電站的三輪電動機車210數目來進行動態調整，也可以事先選定一固定之預設時間來等待。在本發明之一實施例中，當三輪電動機車210與被選取之充電站之間的距離越短、或當時欲選取該被選取之充電站的電動機車數目越多，則所保留之該預定時間越短，反之則越長。

以下的敘述係假設充電管理伺服器410在步驟602中偵測到充電站460此時的充電許可狀態為可使用狀態、且充電站460在步驟306中被自動或手動地選取的條件下進行說明。

在執行步驟606經過一段預定時間後，也就是在步驟608中，充電管理伺服器410會確認三輪電動機車210是否已在其選取或預訂的充電站460處進行充電(以是否啟動充電程序為準，不以是否已充電完畢為限)。若確認三輪電動機車210已在其選取或預訂的充電站460處開始充電或充電完畢，則繼續執行步驟602以動態監控三輪電動機車210的電量。若確認三輪電動機車210此時仍未在其選取或預訂的充電站460處進行充電，則執行步驟610。

在步驟610中，充電管理伺服器410再次偵測並更新三輪電動機車210的目前電力狀態、三輪電動機車210的目前位置、充電站460及/或三輪電動機車210周圍一預定範圍內至少一個充電站的充電許可狀態、以及充電站460及/或該至少一個充電站與三輪電動機車210之間的距離。接著在步驟612中，充電管理伺服器410根據步驟610中偵測與更新的資訊來 發出一更新通知訊息至三輪電動機車210，以指示充電站460或該至少一個充電站的位置資訊及/或導航資訊，並據此輔助三輪電動機車210的使用者進行充電站的選取與導航。另外，此時三輪電動機車210的使用者也可選擇性地決定是否要預訂在步驟612中所選定的充電站。步驟610與步驟612的執行與實施例變化大致上相同於步驟604與步驟606的執行與實施例變化，然而在搜尋與選定充電站上會出現至少兩種狀況。

在本發明之一實施例所代表的第一種狀況中，步驟610會直接選定充電站460作為偵測與更新的目標來更新充電許可狀態以及與三輪電動機車210的路徑、距離，而不重新偵測或更新三輪電動機車210周遭可能更適合的其他充電站；而在步驟612中所發出的更新通知訊息，也會僅指示充電站460的位置資訊及/或導航資訊。

在本發明之一實施例所代表的第二種狀況中，步驟610會重新偵測並更新三輪電動機車210周圍一預定範圍內至少一個充電站(可能包含充電站460)的充電許可狀態及與三輪電動機車210的距離，以在步驟612發出的更新通知訊息中，指示該至少一個充電站的位置資料及/或導航資訊，以供三輪電動機車210以篩選演算法程式或人工方式重新選取欲用來充電的充電站。

在本發明之一實施例中，上述第一種狀況與第二種狀況的選擇，可根據執行步驟610時，當時三輪電動機車210到達充電站460的距離、路徑、路況、或預估到達時間等因素來做出最適當的決定，且決定標準同上述之篩選演算法程式所可能採用的標準。而在另一實施例中，上述第一種狀況與第二種狀況的選擇可由三輪電動機車210的使用者自行選擇 其中一種。

在執行完步驟612並經過一段預定時間後，充電管理伺服器410會再次執行步驟608，以確認三輪電動機車210是否已在該段預定時間內使用在步驟612中選定或預訂的充電站來進行充電。步驟612所等待的該段預定時間與步驟606所等待的該段預定時間可相等或不相等。在本發明之一實施例中，充電管理伺服器410可給予步驟612相較於步驟606更短的預定時間來等待，以因應三輪電動機車210在執行步驟612時，電量相較執行步驟606時更為不足而導致更高風險的狀況。

第7圖根據本發明之一實施例，圖示了充電站系統400的其中一種詳細實施方式。在第7圖中，電力開關424可選擇性包含一繼電器(Power relay)710、一斷電器(Circuit breaker)720、及/或一主開關(Master switch)730。顯示裝置450所顯示的內容包含一辨識標誌762、輔助標誌764與766、快速反應碼(Quick Response Code，亦即QR^TM code)768、以及發光二極體(LED)發光標示770。

在電力開關424中，繼電器710用來根據通訊/控制電路422由充電管理伺服器410接收的指令，將電源440的電力傳輸至無線充電板100，以替已就位於無線充電板100之充電位置的三輪電動機車210充電。

斷電器720在繼電器710將電力導引至無線充電板100的過程中保持閉路(Close circuit)以導通電力。然而在一些需要停止提供電力至無線充電板100的情況中，斷電器720會根據充電管理伺服器410對通訊/控制電路422下達的指令來切換至開路(Open circuit)，以停止供輸電力至無線充電板100。這些需要斷電器720切換至開路以停止提供電力的情況可包含上 述擷取到未授權電動機車識別符的狀況(步驟504)、充電站460處於使用中狀態的狀況(步驟510)、以及三輪電動機車210的持有者並非為充電站460之預訂者的狀況(步驟516)。

主開關730用來保留充電站460之持有者或出租者可強制進行充電或斷電的權利。更詳細地說，充電站460之持有者或出租者可以無視充電管理伺服器410透過通訊/控制電路422所下達的指令，直接強制充電站460對連接中的三輪電動機車210充電或不提供電力。

在顯示裝置450所顯示的內容中，辨識標誌762或快速反應碼768用來輔助通訊/控制電路422進行三輪電動機車210之電動機車識別符的辨識，例如以影像辨識的方式進行。輔助標誌764與輔助標誌768可輔助三輪電動機車210之持有者辨識出充電站460的各種數據或屬性，例如可用來表示充電站460所使用之電力的來源為太陽能或風力。發光二極體發光標示770可使用圖案或是不同顏色來表示充電站460之充電許可狀態，例如以發出綠色光來表示使用中狀態、以發出白色光來表示可使用狀態、或以發出紅色光來表示已預訂狀態。

本發明揭露一種用於電動機車的無線充電板，以及包含該無線充電板之無線充電系統。藉由此種無線充電板輔助電動機車進行充電，可使得電動機車的持有者可在免去繁複硬體操作的情況為電動機車進行充電。另外，本發明根據上述的無線充電系統，提供了一種使其與雲端的充電管理伺服器配合來運作的充電站系統、以及該充電站的電動機車充電方法。藉由上述充電站系統與電動機車充電方法，可確保使用充電站充電的電動機車持有者必已獲得授權(例如已付費獲取入會資格的)或已事先 預訂時段來進行充電。另外，上述充電站的設置成本也相對較低，因為僅需設置簡易且能連線於網路的充電設備(如上述的充電站460)連接於本發明提供之無線充電板、並配合場地提供者的電源(如上述的電源140)即可。如此一來，一般的充電站場地出租者(例如家用電源持有者或是大型公共場合電源持有者)會較有意願提供場地來設置充電站，而得以推廣充電站的設置。另外，由於電動機車使用者除了其持有的電動機車外，可另外透過其持有之電子裝置上安裝的電動機車充電應用程式與充電管理伺服器溝通來輔助充電，而得到了操作簡易的好處。這也對推廣電動機車有所幫助。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (18)

1. 一種用於電動機車之無線充電系統，包含：一無線功率接收器，設置於一電動機車，且該電動機車包含至少一導向輪；及一無線充電裝置，包含：至少一車輪座，用來卡合該至少一導向輪；一無線功率發射器，用來在該至少一導向輪卡合於該至少一車輪座時，發射無線電能至該無線功率接收器，以使該無線功率接收器接收該無線電能後為該電動機車充電；及一斜坡，用來使該至少一導向輪透過該斜坡移動至該至少一車輪座；其中當該至少一導向輪卡合於該至少一車輪座時，該無線功率接收器係位於該無線功率發射器發射無線電能之一發射路徑上。
2. 如請求項1所述之無線充電系統，其中該無線功率接收器與該無線功率發射器至少其中之一為導體線圈。
3. 如請求項2所述之無線充電系統，其中該無線功率接收器與該無線功率發射器至少其中之一為永磁性導體線圈或電磁性導體線圈。
4. 如請求項2所述之無線充電系統，其中該無線功率接收器與該無線功率發射器至少其中之一被永磁性材料或電磁性材料所包覆。
5. 如請求項1所述之無線充電系統，其中該無線充電裝置另包含：一殼體，用來包覆該無線功率發射器。
6. 如請求項5所述之無線充電系統，其中該殼體係為具備防水(waterproof)或抗水(water-resistant)性質的材料或結構。
7. 如請求項1所述之無線充電系統，其中該無線充電裝置另包含一排水孔。
8. 如請求項7所述之無線充電系統，其中該排水孔位於該至少一車輪座之底部或該無線充電板之底部。
9. 如請求項1所述之無線充電系統，其中該無線充電裝置係使用外圍物件偵測技術(Field Objection Detection Technology)來確認該無線功率接收器的位置是否位於該無線功率發射器的該發射路徑上。
10. 如請求項1所述之無線充電系統，其中該電動機車包含一殼體，用來包覆該無線功率接收裝置。
11. 一種用於電動機車之無線充電裝置，包含：至少一車輪座，用來卡合於一電動機車之至少一導向輪； 一無線功率發射器，用來在該至少一導向輪卡合於該至少一車輪座時，發射無線電能至該電動機車之一無線功率接收器，以使該無線功率接收器接收該無線電能後為該電動機車充電；及一斜坡，用來使該至少一導向輪透過該斜坡移動至該至少一車輪座；其中當該至少一導向輪卡合於該至少一車輪座時，該無線功率接收器係位於該無線功率發射器發射無線電能之一發射路徑上。
12. 如請求項11所述之無線充電裝置，其中該無線功率發射器係為一導體線圈。
13. 如請求項12所述之無線充電裝置，其中該無線功率發射器係為一永磁性導體線圈或一電磁性導體線圈。
14. 如請求項12所述之無線充電裝置，其中該無線功率發射器係被永磁性材料或電磁性材料所包覆。
15. 如請求項12所述之無線充電裝置，另包含：一殼體，用來包覆該無線功率發射器。
16. 如請求項15所述之無線充電裝置，其中該殼體係為具備防水(waterproof)或抗水(water-resistant)性質的材料或結構。
17. 如請求項11所述之無線充電裝置，另包含一排水孔，且該排水孔位於該至少一車輪座之底部或該無線充電板之底部。
18. 如請求項11所述之無線充電裝置，其中該無線充電裝置係使用外圍物件偵測技術(Foreign Objection Detection Technology)來確認該無線功率接收器的位置是否位於該無線功率發射器的該發射路徑上。