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TWI897980B - 電動車的供電系統、充電站、電池充電方法及充電系統 - Google Patents

電動車的供電系統、充電站、電池充電方法及充電系統

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Publication number
TWI897980B
TWI897980B TW110121895A TW110121895A TWI897980B TW I897980 B TWI897980 B TW I897980B TW 110121895 A TW110121895 A TW 110121895A TW 110121895 A TW110121895 A TW 110121895A TW I897980 B TWI897980 B TW I897980B
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TW
Taiwan
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secondary battery
charging
battery
temperature
electromagnetic energy
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Application number
TW110121895A
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English (en)
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TW202206307A (zh
Inventor
李東泳
金富基
Original Assignee
南韓商標準能量股份有限公司
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Publication date
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Abstract

公開一種電動車的供電系統、充電站、電池充電方法及充 電系統。所揭露技術大體上是關於為電動車的二次電池充電，且更特定言之是關於與充電相關聯的二次電池的熱管理。在一個態樣中，一種為電動車的電池充電的方法包含判定二次電池的電池溫度低於適用於以大於18千瓦的高充電功率為二次電池充電的預定溫度下限。方法額外包含藉由非接觸式能量傳遞構件將電磁能由外部施加至電動車的能量轉換模組。方法額外包含將電磁能轉換為熱量且將二次電池加熱至高於溫度下限的溫度。方法更包含以高充電功率為二次電池充電，同時至少部分地藉由控制藉由非接觸式能量傳遞構件傳遞的電磁能的量值將電池溫度維持在溫度下限與溫度上限之間。態樣進一步是關於一種電動車充電站、一種用於電動車的供電系統以及一種電動車充電系統。

Description

電動車的供電系統、充電站、電池充電方法及充 電系統
所揭露的技術大體上是關於一種電動車充電系統，且更特定言之，是關於一種具有電池溫度控制的電動車充電系統以及使用其為二次電池充電的方法。
以引用任何優先權申請案的方式併入
根據37 CFR 1.57規定，在如本申請案所申請的申請案資料表單中確定國外或國內優先技術方案的任何及所有申請案特此以引用的方式。
本申請案根據35 U.S.C.§119(e)主張2020年6月19日申請的名稱為「用於電動車電池的熱量異常管理裝置(THERMAL ANOMALY MANAGEMENT DEVICE FOR ELECTRIC VEHICLE BATTERY)」的美國臨時專利申請案第63/041,415號的優先權權益，所述申請案的內容特此明確地以全文引用的方式併入。
儘管電動車的快速發展已引起二次電池及電池管理技術的對應快速發展，但與二次電池充電相關聯的速度及安全性仍然 是關注點。隨著二次電池充電的速度持續提高，對改良與二次電池充電相關聯的可靠性及安全性特徵的需求逐漸增加。
在一個態樣中，一種為電動車的電池充電的方法包含判定二次電池的電池溫度低於適用於以大於18千瓦(kW)的高充電功率為二次電池充電的預定溫度下限。方法額外包含藉由非接觸式能量傳遞構件將電磁能從外部施加至電動車。方法額外包含將電磁能轉換為熱量且將二次電池加熱至高於溫度下限的溫度。方法更包含以高充電功率為二次電池充電，同時至少部分地藉由控制電磁能的量值將電池溫度維持在溫度下限與溫度上限之間。
在另一態樣中，一種電動車充電站包括電池充電模組，所述電池充電模組經組態以向電動車的二次電池提供充電能。充電站額外包括電磁能產生器，所述電磁能產生器經組態以產生電磁能且藉由非接觸式能量傳遞構件將電磁能傳遞至電動車。充電站額外包括通信介面，所述通信介面經組態以自電動車接收二次電池的電池溫度。充電站更包括控制單元，所述控制單元經組態以在判定二次電池的電池溫度低於適用於以大於18千瓦的高充電功率為二次電池充電的預定溫度下限後，啟動電磁能產生器且以產生電磁能及將電磁能傳輸至電動車以使二次電池被加熱。控制單元進一步經組態以在判定二次電池的電池溫度超出溫度下限後，啟動電池充電模組以開始以高充電功率為二次電池充電。
在另一態樣中，一種用於為電動車供電的供電系統包括用於為電動車供電的二次電池。供電系統額外包括溫度感測模組， 所述溫度感測模組經組態以監測二次電池的電池溫度。供電系統額外包括能量轉換模組。能量轉換模組經組態以電磁耦接至充電站的電磁能產生器且藉由非接觸式能量傳遞構件自其接收電磁能，將電磁能轉換為熱量且利用熱量加熱二次電池。供電系統更包括控制單元。控制單元經組態以自溫度感測模組接收電池溫度且經由通信介面將電池溫度傳達至充電站。控制單元額外經組態以在判定二次電池的電池溫度低於適用於以大於18千瓦的高充電功率充電的預定溫度下限後，啟動能量轉換模組以接收電磁能且以使二次電池被加熱。控制單元進一步經組態以在判定二次電池的電池溫度超出二次電池的溫度下限後，啟動二次電池以開始以高充電功率為二次電池充電。
在另一態樣中，一種電動車充電系統包括用於為電動車供電的供電系統及電動車充電站。供電系統包括用於為電動車供電的二次電池，經組態以監測二次電池的電池溫度的溫度感測模組。供電系統額外包含能量轉換模組，所述能量轉換模組經組態以藉由非接觸式能量傳遞構件接收電磁能，將電磁能轉換為熱量且加熱二次電池。供電系統更包括控制單元，所述控制單元經組態以自溫度感測模組接收電池溫度且經由通信介面將電池溫度傳達至充電站。電動車充電站包括電池充電模組，所述電池充電模組經組態以向二次電池提供充電能。充電站額外包括電磁能產生器，所述電磁能產生器經組態以產生電磁能且藉由非接觸式能量傳遞構件將電磁能傳遞至能量轉換模組。充電站更包括控制單元，所述控制單元經組態以在判定電池溫度低於適用於以大於18千瓦的高充電功率為二次電池充電的預定溫度下限後，啟動電磁能產生器且以 產生電磁能及將電磁能傳輸至能量轉換模組以使二次電池被加熱。控制單元進一步經組態以在判定二次電池的電池溫度超出二次電池的溫度下限後，啟動電池充電模組以開始以大於18千瓦的充電功率為二次電池充電。
100、100A、100B、100C、100D:電動車充電系統
110、110A、110B、110C、110D:充電站
114:電池充電模組
118、118A、118B、118C、118D:電磁能產生器
120、120A、120B、120C、120D:電磁能
122:電源
128、170:控制單元
132、174:通信介面
150、150A、150B、150C、150D:電動車
154:動力傳動系
158:二次電池
160:供電系統
162:溫度感測模組
164、164A、164B、164C、164D:能量接收模組
166、166A、166B、166C、166D:能量轉換模組
168、168A、168B、168C、168D:熱量產生器
172E、172F、172G:增強型光子吸收結構
180:微波透明窗
184:泵
188:導管
200A、200B、200C、200D、200E:方法
205:耦接
207:慢速充電
210、210B、250:判定
210A、245:感測
220:施加
230:轉換
240:充電
260:停止
圖1示出根據各種實施例的電動車充電系統，所述電動車充電系統經組態以用於為安裝在具有使用電磁能的電池溫度控制的電動車中的二次電池充電。
圖1A示出根據一些實施例的電動車充電系統，其中藉由電磁感應將電磁能自充電站傳遞至電動車以使二次電池被加熱。
圖1B示出根據一些其他實施例的電動車充電系統，其中藉由電磁感應將電磁能自充電站傳遞至電動車以使二次電池被加熱。
圖1C示出根據一些其他實施例的電動車充電系統，其中電磁能以微波能的形式自充電站傳遞至電動車以使二次電池被加熱。
圖1D示出根據一些其他實施例的電動車充電系統，其中電磁能以光子輻射能的形式自充電站傳遞至電動車以使二次電池被加熱。
圖1E至圖1G示出根據實施例的面向圖1D的電動車充電系統的光子產生器的增強型光子吸收結構。
圖2A示出根據各種實施例的為具有使用電磁能的電池溫度控制的電動車的二次電池充電的方法。
圖2B示出繪示根據一些實施例的具有使用電磁能的電池溫 度控制的電動車的二次電池充電的方法的流程圖。
圖2C示出繪示根據一些其他實施例的為具有使用電磁能的電池溫度控制的電動車的二次電池充電的方法的流程圖。
圖2D示出繪示根據一些其他實施例的為具有使用電磁能的電池溫度控制的電動車的二次電池充電的方法的流程圖。
圖2E示出繪示根據一些其他實施例的為具有使用電磁能的電池溫度控制的電動車的二次電池充電的方法的流程圖。
隨著電動車的爆發性增長，現代汽車產業正在經歷重要的變化。電動車的經改良的穩定性、較低的噪音以及環保性有望解決或緩和傳統上與基於內燃機的汽車相關聯的諸多問題。然而，電動車的基礎設施的最大障礙中的一者為相對較長的充電時間。與通常持續約15分鐘或更短的更換燃料的汽油型汽車相比而言，電動車的充電時間可能耗費更久，例如長達10小時，除其他因素外，取決於電池的充電電量、採用的充電技術、採用的充電電纜以及充電站。
國際標準IEC 61851將四種不同的充電模式分類(IEC,2003)。舉例而言，在北美，充電器依據充電電量分類。最慢的充電來自一級充電器。一級充電器可使用約12安培(amp)至16安培的充電電流及約1千瓦至3千瓦的充電功率以及標準(110V)插座為在超過10小時(hour；h)的範圍內行駛100英里的插入式電動車(plug-in electric vehicle；PEV)充電例如約24小時，且主要用於在家整夜充電。二級充電可使用約16安培至40安培的充 電電流及約1千瓦至7千瓦的充電功率為在約4小時至12小時的範圍內行駛100英里的PEV充電。三級充電可使用至多約43.5千瓦的充電功率為在約0.5小時至1.5小時的範圍內行駛100英里的PEV充電。四級充電可使用約50千瓦至150千瓦的充電功率為在少於15分鐘的範圍內行駛100英里的PEV充電。如本文中所使用，快速充電是指以高功率(例如實質上比二級充電的充電功率更大的充電功率)充電。
儘管充電站的可用性及快速充電技術多年來已獲得巨大發展，但電動車充電仍繼續受一些更換燃料的獨特挑戰的影響。獨特挑戰中的一者涉及一些二次電池的安全性及可靠性。儘管汽油車的更換燃料時間並不取決於環境溫度，但電動車的再充電時間可取決於環境溫度或受環境溫度限制。具體而言，不同於汽油更換燃料，鋰類二次電池的充電速度可能會在較低溫度下受到嚴重限制。
與在較低溫度下為鋰類二次電池充電相關的產業中公認的一個問題為鋰鍍覆。鋰鍍覆是指在鋰離子電池的陽極側上的不良副反應，其中鋰離子還原為金屬鋰而非嵌入於陽極晶體結構中。在其他有害效應中，金屬鋰可在一些情形下形成枝晶，其可嚴重降低鋰離子電池的效能及可靠性。在不受任何理論束縛的情況下，當局部陽極電位下降至約0V vs.Li/Li+以下時，可能發生鋰鍍覆。一些鋰離子電池的陽極含有石墨，其具有在100mV vs.Li/Li+內的平衡電勢。因此，在某些情況下(例如相對較低的溫度及相對較大的電流)，大型陽極極化可將石墨電勢推至鋰離子電池中的鋰鍍覆的臨限值以下。另外，鋰離子電池的各種其他特性可有助於鋰離子 電池中的鋰鍍覆。舉例而言，可藉由(僅舉幾例促成因素)在石墨陽極表面的局部不均勻性的呈現、相對緩慢的嵌入動力學、陽極中的相對較高的固體電解質介面(solid electrolyte interface；SEI)薄膜電阻以及陽極中的緩慢的鋰擴散來加劇鋰鍍覆。陽極材料類型亦可影響鋰鍍覆行為，此是由於平衡電勢中的差異。類似地，電解質組成物亦可影響鋰離子電池的低溫效能。儘管所沈積的金屬鋰可藉由氧化可逆，但在氧化期間，鋰枝晶可與活性材料斷開，從而引起電池中的「死鋰(dead Li)」。此外，鍍覆的金屬鋰可為高反應性的，且可與電解質形成不可逆的SEI。
鋰鍍覆的此等效應可導致電池循環壽命及/或容量的快速減少，且亦可造成重大的安全性風險。效能的快速降低可與例如影響鋰鍍覆的各種製程對溫度的指數相依性相關聯。已觀察到，例如包含石墨/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2電池的一些二次電池在5℃下1-C充電的50次循環中會損耗75%的容量，而相同的電池可在25℃下經受4000次循環。類似地，在包含石墨/LiFePO4電池的二次電池中，已觀察到10℃溫度下的電池壽命僅為25℃時的電池壽命的大約一半。為防止電池循環壽命及/或容量的此類降低，在較低溫度下的充電率可顯著降低，從而使充電時間增加。鑒於美國50個州中47個州在冬季的平均溫度在10℃以下，即使充電站的可用性變得與加油站一樣普遍，低溫下鋰離子電池的效能及可靠性降低可能是電動車的進一步商業化的限制因素。為滿足與低溫下快速充電相關的效能、可靠性以及安全性問題的此等及其他需求，所揭露技術是關於在充電之前或充電期間快速且高效加熱二次電池至安全溫度用以快速充電，且在充電期間將電池溫度維持在安全範圍 內。
具有使用電磁能的電池溫度控制的電動車充電系統
為減少與低溫下為電動車的二次電池充電相關聯的各種風險包含如上文所描述的二次電池的效能及/或循環壽命降低，所揭露技術的態樣是關於一種裝配有使用電磁能的電池溫度控制的電動車充電系統。充電系統經組態在開始為二次電池充電之前藉由使用非接觸式能量傳遞構件將電磁能傳遞至電動車且將電磁能轉換為用於加熱二次電池的熱量以升高二次電池的溫度至適用於快速充電的溫度。有利的是，非接觸式能量傳遞構件能夠實現二次電池的局部加熱以確保當環境溫度相對較低時二次電池的效能及/或可靠性並不受損。
圖1示出根據實施例的電動車充電系統100，所述電動車充電系統100經組態以用於在充電之前及/或充電期間管理安裝在電動車中的二次電池的溫度。電動車充電系統100包含充電站110及電動車150。
電動車150包括用於經由動力傳動系154為電動車150供電的供電系統160。供電系統160包括用於為電動車150供電的二次電池158及熱耦接至二次電池158的溫度感測模組162。溫度感測模組162包含溫度感測器，例如熱電偶、電阻測溫計(resistance temperature detector；RTD)、熱阻器或基於半導體的積體電路，用於監測二次電池158的電池溫度。溫度感測模組162經組態以自監測電池溫度產生溫度資料。溫度感測模組162亦可儲存溫度資料，所述溫度資料可包含歷史溫度資訊。
供電系統160額外包括電性耦接且熱耦接至二次電池 158的能量轉換模組166。能量轉換模組166經組態以電磁耦接至充電站110的電磁能產生器118且藉由非接觸式能量傳遞構件自其接收電磁能120，將電磁能轉換為熱量且利用熱量加熱二次電池。
能量轉換模組166可以多種方式與二次電池158熱連通以高效傳遞其間的熱量。舉例而言，能量轉換模組166可直接接觸二次電池158或經由高效導熱介質(諸如具有高熱導率的材料(例如金屬))間接接觸二次電池158。
供電系統160額外包括通信耦接至供電系統160的每一組件的控制單元170。控制單元170包括處理邏輯裝置，所述處理邏輯裝置經組態以執行用於控制如本文所揭露的供電系統160的各種組件的各種指令。控制單元170更包括記憶體及/或儲存裝置，所述記憶體及/或儲存裝置具有負載其上用於向如本文所揭露的供電系統160的各種組件提供控制訊號的各種指令。控制單元170電性耦接且通信耦接至二次電池158、溫度感測模組162以及能量轉換模組166。控制單元170經組態以自溫度感測模組162接收溫度資料且經由通信介面174將溫度資料傳達至充電站110。控制單元170額外經組態以自溫度感測模組162接收溫度資料且啟動能量轉換模組166用於藉由非接觸式能量傳遞構件自充電站110的電磁能產生器118接收電磁能120，將電磁能轉換為熱量且將熱量傳遞至二次電池158以升高其溫度。如關於圖1A至圖1D所描述，能量轉換模組166可經組態以藉由電磁感應或微波能傳遞電磁能120。
在一些實施例中，能量轉換模組166可包含單獨組件以 執行上文所描述的其功能。在此等實施例中，能量轉換模組166可包含能量接收模組164，所述能量接收模組164經組態以電磁耦接至充電站110的電磁能產生器118而不與其進行物理接觸。能量接收模組164經組態以藉由非接觸式能量傳遞構件自電磁能產生器118接收電磁能120。能量轉換模組166可額外包含作為與能量接收模組164分開的組件的熱量產生器168，所述熱量產生器168經組態以將電磁能轉換為熱量且將熱量傳遞至二次電池158以升高其溫度。
控制單元170經組態以使得在判定二次電池158的電池溫度低於適用於快速充電(例如以大於18千瓦的充電率充電)的預定溫度下限後，控制單元170可啟動能量轉換模組166以例如經由能量接收模組164自充電站110的電磁能產生器118接收電磁能120，且以使使用藉由熱量產生器168產生的熱量來加熱二次電池158。
在加熱之後，控制單元170進一步經組態以在判定二次電池158的電池溫度超出二次電池的溫度下限後，啟動二次電池158以開始例如以大於約18千瓦的充電功率為二次電池158快速充電。
控制單元170進一步經組態以用於例如以大於約18千瓦的充電功率為二次電池158快速充電，同時至少部分地藉由控制藉由能量轉換模組166轉換為熱量的電磁能120的量值將電池溫度維持在溫度下限與溫度上限之間。
仍參考圖1，充電站110包括電池充電模組114，所述電池充電模組114經組態以電連接至二次電池158且為二次電池158 提供充電能。充電站110額外包括電磁能產生器118，所述電磁能產生器118經組態以產生電磁能120且藉由非接觸式能量傳遞構件將電磁能120傳遞至能量轉換模組166。分別藉由電源122為電池充電模組114及電磁能產生器118供電。如下文關於圖1A至圖1D所描述，電磁能產生器118可包含電感能產生器或微波能產生器中的一或多者。
充電站110額外包括通信耦接至充電站110的每一組件的控制單元128。控制單元128包括處理邏輯裝置，所述處理邏輯裝置經組態以執行用於控制如本文所揭露的充電站110的各種組件的各種指令。控制單元128更包括記憶體及/或儲存裝置，所述記憶體及/或儲存裝置具有負載其上的用於向如本文所揭露的充電站110的各種組件提供控制訊號的各種指令。控制單元128經組態以經由通信耦接至供電系統160的通信介面174的通信介面132自供電系統的控制單元170接收溫度資料。
控制單元128經組態以基於溫度資料判定二次電池的電池溫度是否低於適用於快速充電(例如以大於約18千瓦的充電功率充電)的預定溫度下限。控制單元128進一步經組態以在判定電池溫度低於預定溫度下限後，啟動電磁能產生器118以產生電磁能120且將電磁能120傳輸至能量轉換模組166以使二次電池158被加熱。
在加熱之後，控制單元128進一步經組態以在判定二次電池158的電池溫度超出溫度下限後，啟動電池充電模組114以開始以快速充電率(例如以大於約18千瓦的充電功率)為二次電池158充電。
控制單元128進一步經組態以用於例如以大於約18千瓦的充電功率為二次電池158快速充電，同時至少部分地藉由控制藉由電磁能產生器118產生及傳遞的電磁能120的量值將電池溫度維持在溫度下限與溫度上限之間。
仍參考圖1，通信介面132、通信介面174可經組態以用於利用用於實現本文中所描述的操作的任何合適的協定的有線通信或無線通信，僅舉幾例，例如IEEE 802.11協定、藍牙、串列周邊介面(Serial Peripheral Interface；SPI)、內部積體電路(Inter-Integrated Circuit；I2C)、通用串列匯流排(Universal Serial BUS；USB)、控制器區域網路(Controller Area Network；CAN)、Modbus通信協定、蜂巢式資料協定(例如3G、4G、LTE、5G)、光通信網路、網際網路服務提供者(Internet Service Provider；ISP)、同級間網路、區域網路(Local Area Network；LAN)、廣域網路(Wide Area Network；WAN)、公用網路(例如「網際網路(the Internet)」)、專用網路以及衛星網路。
控制單元128、控制單元170可包含一或多個邏輯裝置，所述邏輯裝置包含數位及/或類比電路，諸如處理器、微處理器、多核處理器及/或場可程式化閘陣列(field programmable gate array；FPGA)以執行本文所揭露的各種操作。此外，儘管未示出，但控制單元128、控制單元170可包含一或多個記憶體及/或儲存器件，諸如靜態隨機存取記憶體裝置、動態隨機存取記憶體裝置、非揮發性記憶體裝置及/或磁碟驅動器。記憶體及/或儲存裝置儲存指令以執行各種操作及/或儲存資料。
根據本文所揭露的各種實施例，電動車的二次電池158為 鋰離子電池。如本文中所描述，鋰離子電池是指依賴於來自兩個電極的插入反應的能量儲存裝置，其中鋰離子充當電荷載子。根據各種實施，鋰離子電池包含負電極，所述負電極包括例如碳(例如石墨)或鈦酸鋰(Li4Ti5O12)。鋰離子電池額外包含電解質，所述電解質包含例如鋰鹽(例如LiPF6)及有機溶劑(例如碳酸二乙酯)的混合物，以使得離子可傳遞。分隔膜用於使鋰離子可在電極之間通過同時防止內部短路。當以能源模式或放電模式運行時，電子自負電極向正電極行進，且帶正電荷的鋰離子自負電極經由電解質向正電極行進以維持電中性。當系統以充電模式運行時，電子電流及帶正電荷的鋰離子流逆轉。
根據各種實施例，二次電池158經組態以使得在降低的溫度下快速充電可導致電池容量及循環壽命中的一者或兩者減少的顯著的機率。舉例而言，二次電池158可經組態以使得，相對於在25℃下的循環壽命及/或容量，二次電池158在降低的溫度下的對應循環壽命及/或容量在20℃下減少超過10%、20%、30%、40%、50%或由此等數值中的任一者界定的範圍內的百分比；在15℃下減少超過20%、30%、40%、50%、60%或由此等數值中的任一者界定的範圍內的百分比；在10℃下減少超過30%、40%、50%、60%、70%或由此等數值中的任一者界定的範圍內的百分比；在5℃下減少超過40%、50%、60%、70%、80%或由此等數值中的任一者界定的範圍內的百分比；以及在0℃下減少超過50%、60%、70%、80%、90%或由此等數值中的任一者界定的範圍內的百分比。根據實施例，二次電池的電池容量及/或電池循環壽命中的一者或兩者的降低可能與二次電池158中的鋰鍍覆的風險相關聯。
仍參考圖1，充電站110的電磁能產生器118經組態以產生電磁能120且藉由非接觸式能量傳遞構件將電磁能120施加至供電系統160的能量轉換模組166。能量轉換模組166經組態以將電磁能120轉換為用於加熱二次電池158的熱量。如本文中所描述，非接觸式能量傳遞構件包含除對流或傳導以外的構件。根據實施例，電磁能120包括電感能、光子輻射能或微波能。
圖1A至圖1D示出根據實施例的電動車充電系統100A、電動車充電系統100B、電動車充電系統100C、電動車充電系統100D，每一者經組態以用於將電磁能自充電站傳遞至電動車用於在充電之前及/或在充電期間加熱安裝在電動車中的二次電池。電動車充電系統100A、電動車充電系統100B、電動車充電系統100C以及電動車充電系統100D分別包含電動車150A、電動車150B、電動車150C以及電動車150D及上文關於圖1所描述的能量轉換模組166的不同實例。在下文中，電動車充電系統100A、電動車充電系統100B、電動車充電系統100C以及電動車充電系統100D包含與上文關於圖1所描述的電動車充電系統類似的特徵，為簡潔起見，此處不再重複其細節。
圖1A示出根據實施例的電動車充電系統100A，其中電磁能120A藉由使用感應線圈對的電磁感應自充電站110A傳遞至電動車150A以使二次電池被加熱。充電站110A包括包含能量傳輸線圈的電磁能產生器118A。能量傳輸線圈可電連接至驅動器電路(未示出)且由驅動器電路驅動，其可繼而包含RF放大器。藉由電源122為電磁能產生器118A供電。電源122亦以如上文關於圖1所描述的類似方式為電池充電模組114供電。
電動車150A包括能量轉換模組166A。能量轉換模組166A包括包含能量接收線圈的能量接收模組164A。能量接收線圈可電連接至整流器及/或功率調整器。能量轉換模組166A更包括包含電阻式加熱元件的熱量產生器168A，所述電阻式加熱元件經組態以藉由能量接收線圈將接收的無線能量轉換為熱能，熱能藉由例如傳導或對流經由熱量產生器168A傳遞至二次電池158。
如所示出，車輛充電系統100A經組態以使用自能量傳輸線圈傳遞至能量接收線圈的無線能量來加熱熱量產生器168A。根據各種實施例，能量傳輸線圈及能量接收線圈中的每一者具有合適數目的繞組且在平面中延伸以佔據合適的區域。能量傳輸線圈及能量接收線圈可實質上面向彼此，以使得能量傳輸線圈及能量接收線圈在其中延伸的平面形成小於約60度、45度、30度、15度或由此等數值中的任一者界定的範圍內的數值的角。能量傳輸線圈及能量接收線圈可實質上彼此交疊，以使得在其等在其中延伸的平面中能量傳輸線圈及能量接收線圈的投影區域交疊超過30%、45%、60%、75%或由此等數值中的任一者界定的範圍內的數值。
應瞭解，能量傳輸線圈及能量接收線圈經組態以傳遞其間的用於加熱二次電池的無線能量。在一些實施例中，能量傳輸線圈及能量接收線圈專用於加熱二次電池，且並未經組態以用於出於其他目的的能量傳遞，例如為二次電池158充電。
圖1B示出根據實施例的電動車充電系統100B，其中電磁能120B自充電站110B傳遞至電動車150B以使二次電池被加熱。充電站110B包括包含能量傳輸線圈的電磁能產生器118B。 能量傳輸線圈可藉由驅動器電路(未示出)電連接及驅動，其可繼而包含射頻放大器。藉由電源122為電磁能產生器118B供電。電源122亦以如上文關於圖1所描述的類似方式為電池充電模組114供電。
電動車150B包括能量轉換模組166B。能量轉換模組166B包括包含導體的能量接收模組164B/熱量產生器168B。導體可靠近能量傳輸線圈放置或放置在能量傳輸線圈內。能量接收模組164B/熱量產生器168B的導體經組態以將來自能量傳輸線圈的電磁能120B轉換為流動穿過導體的渦電流，其繼而轉換為藉由例如傳導或對流傳遞至二次電池158的熱能。
如所示出，電動車充電系統100B經組態以用於藉由感應加熱來加熱二次電池158。如本文中所描述，感應加熱是指其中電導體放置於時變磁場的區域中藉此感應主體內的電流的效應。電導體中感應的電流繼而導致其中產生熱力。在所示的電動車充電系統100B中，由電磁能產生器118B中的合適配置的導體(例如感應線圈)產生磁場，所述磁場連接至經組態以在感應線圈中提供合適的時變電流(例如AC)的電源122。供應至感應線圈118B的電力由此經由電磁場在能量接收模組164B/熱量產生器168B的電導體中轉換為熱力，而不使用在電磁能產生器118B與能量接收模組164B/熱量產生器168B之間的物理連接。電源122可取決於導體的組態及材料在合適的頻率為感應線圈提供交流電。
作為導體的厚度與集膚深度(skin depth)之間的比率的函數，感應的渦電流強度可在導體的表面處更大且朝向其中心減小。根據稱作集膚效應的現象，隨著比率增加，更大比例的總功率 在表面附近耗散。集膚深度δ可表述為，其中ρ為電阻率(Ωm)，ω=2πf(rad/s)為感應線圈中的電流的角頻率且絕對導磁率μ為μrμ0，其中μ0=4π．10-7(H/m)。感應功率的量與集膚深度成反比，且可由此藉由選擇具有相對較小的集膚深度的材料來增加。
根據實施例，導體的材料及形狀可經最佳化用於電動車充電系統100B的功率及效率。能量接收模組164B/熱量產生器168B的導體可具有任何合適的形狀，例如圓柱棒或圓柱管及矩形平板。取決於導體的形狀及材料，可藉由調整導體的特性尺寸來調整感應功率的量。舉例而言，對於具有圓柱形狀的導體，感應功率可與直徑的特性尺寸成比例，且對於具有平板形狀的導體，感應功率可與厚度的特性尺寸成比例。一方面，可增加特性尺寸以增大感應功率。然而，特性尺寸可能受限制以使得熱質量並不過高，此可降低效率。根據各種實施例，特性尺寸(例如圓柱導體的直徑或平板導體的厚度)與集膚深度的比率可超出1、3、5、7以及9或具有由此等數值中的任一者界定的範圍內的數值。
圖1C示出根據實施例的電動車充電系統100C，其中電磁能120C以微波能的形式自充電站110C傳遞至電動車150C以使二次電池被加熱。充電站110C包括包含微波產生器的電磁能產生器118C。藉由電源122為微波產生器供電。電源122亦以如上文關於圖1所描述的類似方式為電池充電模組114供電。
電動車150C包括能量轉換模組166C。能量轉換模組166C包括包含流體儲存器的能量接收模組164A，所述流體儲存器具有面向微波產生器118C以接收穿過其中的微波能的微波透 明窗180。能量轉換模組166C額外包括熱量產生器168C，所述熱量產生器168C包括具有高耗散因子的流體。流體儲存器連接至至導管188的網路，流體經由所述導管188循環。導管188的網絡可包含泵184以輔助流體的循環。具有微波透明窗180的流體儲存器經組態以使得藉由來自微波產生器118C的微波能加熱包含於流體儲存器中充當熱量產生器168C的流體。
微波透明窗180可由合適的微波透明材料形成，所述材料諸如石英、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene；PTFE)或類似物。
充當熱量產生器168C的流體具有適用於高效率微波加熱的介電特性。應瞭解，流體吸收微波能的能力與流體中微波的穿透度有關。當發生吸收時，電磁能至熱量的轉換取決於給定材料的介電損耗因子(ε")與介電常數(ε')之間的關係。此關係稱為耗散因子(或損耗正切，tanδ)。流體的耗散能力愈高，微波對同一樣本的穿透愈小。因此，比率ε"/ε'表明每一材料在特定溫度及頻率下將電磁能(微波)轉換為熱量的能力。根據各種實施例，充當熱量產生器168C的流體例如在25℃微波能為3吉赫的情況下具有等於或高於水的tanδ的tanδ，例如高於0.157、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0或由此等數值中的任一者界定的範圍內的數值。
圖1D示出根據實施例的電動車充電系統100D，其中藉由光子輻射能將電磁能120D自充電站110D傳遞至電動車150D以使二次電池被加熱。充電站110D包括包含光子輻射產生器的電磁能產生器118D。光子輻射產生器可電連接至驅動器電路(未示出)且由驅動器電路驅動以控制例如強度及持續時間。藉由電源 122為電磁能產生器118D供電。電源122亦以如上文關於圖1所描述的類似方式為電池充電模組114供電。
電動車150D包括能量轉換模組166D。能量轉換模組166D包括包含光子吸收器的能量接收模組164D/熱量產生器168D。能量接收模組164D/熱量產生器168D的光子吸收器經組態以將電磁能120D以光子的形式轉換為藉由例如傳導或對流傳遞至二次電池158的熱能。光子吸收器可具有合適的形狀及/或由合適的材料形成以高效吸收光子輻射能。舉例而言，光子吸收器可具有例如如所繪示的薄片或平板結構，以側向地交疊二次電池158及/或光子輻射產生器的至少一部分。在不受任何理論束縛的情況下，光子吸收器可由具有光學層級的材料形成，例如小於光子的能量的能隙以使得可將電子及/或電洞自較低能階激發至較高能階，且在去激發後，電子及/或電洞可轉換為聲子以用於產生熱量。
光子輻射產生器可包含黑體輻射元件或輻射元件，諸如金屬線、金屬絲、碳加熱元件、石英鎢加熱元件、陶瓷加熱元件、鹵素燈以及類似者。輻射元件可經組態以在近紅外線(near infrared；NIR)範圍(例如0.65微米至1.4微米)、短波長紅外線範圍(例如1.4微米至3微米)、中等波長紅外線範圍(例如3微米至8微米)、長波長紅外線範圍(8微米至15微米)以及及/或遠紅外線範圍(例如15微米至1000微米)中的一或多者中發射光。
光子吸收器可包括增強型光子吸收結構，如圖1E、圖1F以及圖1G中分別示出的增強型光子吸收結構172E、增強型光子吸收結構172F以及增強型光子吸收結構172G所例示。增強型光 子吸收結構172E、增強型光子吸收結構172F以及增強型光子吸收結構172G中的每一者可形成能量接收模組164D/熱量產生器168D的至少部分或另外附接至能量接收模組164D/熱量產生器168D，且經組態藉由使用經組態以再吸收藉由增強型光子吸收結構反射或散射的光子的實質性部分的增強型光子吸收結構來吸收來自光子輻射產生器的光子以自光子輻射產生器118D接收光子輻射，例如紅外線光子輻射。
參考圖1E，根據實施例，增強型光子吸收結構172E經組態以用於使用例如多個空腔的反射光子的再吸收。空腔的開口面向光子輻射產生器118D。在所示出的組態中，入射於增強型光子吸收結構172E上的光子輻射120D的一些光線以使得光線可入射於空腔的側壁上而非入射於其底部表面上的一角度入射。空腔中的每一者具有側壁，所述側壁經組態以使得藉由側壁中的一者反射或散射的光子的實質性部分由側壁中的另一者吸收。
參考圖1F，根據實施例，增強型光子吸收結構172F經組態以用於使用例如多個突出部的反射光子的再吸收。在所示出的實施例中，突出部具有琢面化表面，其中突出部的尖銳端面向光子輻射產生器118D。在所示出的組態中，入射於增強型光子吸收結構172F上的光子輻射120D的一些光線以使得光線可入射於突出部的側壁上而非入射於谷部的底部上的一角度入射。突出部中的每一者具有側壁，所述側壁經組態以使得藉由側壁中的一者反射或散射的光子的實質性部分由側壁中的另一者吸收。
參考圖1G，根據實施例，增強型光子吸收結構172G經組態以用於使用例如多個突出部的反射光子的再吸收。除了光子 吸收結構172G的突出部為圓形而非突出部具有定型端之外，突出部的配置可與上文關於圖1F所述的配置類似。突出部形成在橫向方向上波動或正弦地變化的表面，以使得藉由突出部中的一者的側壁反射或散射的光子的實質性部分由突出部中的另一者的側壁吸收。
應瞭解，增強型光子吸收結構172E、增強型光子吸收結構172F以及增強型光子吸收結構172G的組態僅借助於實例示出，且各種其他組態為可能的。舉例而言，儘管增強型光子吸收結構172E、增強型光子吸收結構172F以及增強型光子吸收結構172G具有形成空腔或突出部的陣列的空腔或突出部，但實施例不限於此，且空腔或突出部可具有不規則或隨機配置。此外，儘管繪示了空腔或突出部的某些例示性的形狀，但應瞭解各種等效形狀為可能的。舉例而言，儘管光子吸收結構172E的空腔具有包含六角開口的蜂巢形狀，但實施例不限於此。根據各種實施例，空腔可形成包含任何多邊形形狀或錐形部分的任何合適的形狀。
類似地，儘管在截面中觀察時光子吸收結構172F、光子吸收結構172G的突出部具有琢面化或正弦的形狀，但實施例不限於此。根據各種實施例，突出部可具有任何合適的三維形狀，僅舉幾例包含圓柱、錐形、角錐形、稜柱、琢面化以及球形。
仍參考圖1E、圖1F以及圖1G，應瞭解，空腔或突出部可具有合適的尺寸以使得具有波長的光子輻射120D可藉由如上文所論述的側壁反射。舉例而言，空腔的開口或內部突出空間可至少大於光子輻射120的平均波長或峰值波長，例如大於0.5微米、1微米、5微米、10微米、50微米、100微米、500微米、1毫米、 5毫米、10毫米、50毫米、100毫米或由此等數值中的任一者界定的範圍內的數值。
參考圖1A至圖1D，至少電磁產生器118A、電磁產生器118B、電磁產生器118C、電磁產生器118D可作為住宅或商業充電站的部分安裝。如所示出，至少電磁產生器118A、電磁產生器118B、電磁產生器118C、電磁產生器118D可安裝在充電站的底面處或底面之下，在電池充電期間，電動車放置於充電站的底面之上。另外，能量轉換模組166A、能量轉換模組166B、能量轉換模組166C、能量轉換模組166D可設置於電動車的底部以面向電磁產生器118A、電磁產生器118B、電磁產生器118C、電磁產生器118D。由此經組態，電磁產生器118A、電磁產生器118B、電磁產生器118C、電磁產生器118D可經組態以經由非接觸式能量傳遞構件將電磁能傳遞至電動車的能量轉換模組166A、能量轉換模組166B、能量轉換模組166C、能量轉換模組166D以向二次電池158提供熱量。在一些組態中，二次電池158亦可位於電動車的底部以供自能量轉換模組166A、能量轉換模組166B、能量轉換模組166C、能量轉換模組166D至二次電池158的快速熱傳遞。
如所組態的，根據各種實施例，與例如自電動車150外部直接向二次電池158提供熱量的例如傳導或對流構件相比，電磁產生器118及能量轉換模組166高效耦接以向二次電池158提供針對性及局部加熱。針對性加熱可提供能量效率且局部加熱可有利於防止除二次電池158外的部件的不良加熱。根據實施例，圖2A及圖2B示出為電動車的二次電池充電的方法200A、方法200B。方法200A與方法200B類似，但方法200B以決策樹格式 示出。可使用上文關於圖1及圖1A至圖1D所描述的電動車充電系統中的任一者來實施方法200A、方法200B。根據各種實施例，方法200A、方法200B包括將電動車電性耦接205(圖2B)至充電站。如上文關於圖1所描述，電性耦接205可包含將電動車150的二次電池158插入至充電站110的電池充電模組114。電性耦接205可額外包含在通信介面132與通信介面174之間建立通信鏈路以通信地耦接電動車150與充電站110以傳輸控制信號及資料訊號，例如溫度資料，如圖1中所示出。
在電性耦接205(圖2B)之後，繼續方法200A、方法200B以判定210(圖2A)二次電池的電池溫度低於適用於在以諸如例如約18千瓦的快速充電功率快速充電的預定溫度下限。在一些實施例中，判定210(圖2A)包括使用溫度感測模組162(圖1)感測210A(圖2B)電池溫度及使用電動車(圖1)的控制單元170將電池溫度與預定溫度下限進行比較。在一些其他實施例中，判定(圖2A)包括使用溫度感測模組162(圖1)感測210A(圖2B)電池溫度及使用充電站110的控制單元128(圖1)將電池溫度與預定溫度下限進行比較。可儲存於控制單元128及/或控制單元170的記憶體及/或儲存裝置中的預定溫度下限可為例如基於電池製造商的標準的已預定的最低溫度限制，以適用於以快速充電功率例如以大於18千瓦的充電功率充電，最低溫度限制的數值可儲存於記憶體裝置中。
在判定電池溫度低於溫度下限後，繼續方法200A/方法200B以藉由使用充電站110(圖1)的電磁能產生器118的非接觸式能量傳遞構件將電磁能由外部施加220至電動車160的能量轉 換模組166(圖1)。
進一步繼續方法200A/方法200B以將電磁能轉換230為熱量，且將二次電池加熱至高於溫度下限的溫度以用於快速充電。方法200A/方法200B更包括以充電率為二次電池充電240，同時至少部分地藉由控制藉由非接觸式能量傳遞構件傳遞的電磁能的量值將電池溫度維持在溫度下限與溫度上限之間。
仍參考圖2A，根據實施例，判定210電池溫度低於適用於以快速充電率充電的預定溫度下限包括使用溫度感測模組162(圖1)自二次電池158(圖1)獲得溫度資料。溫度資料可傳達至控制單元128及控制單元170(圖1)中的一者或兩者以用於判定電池溫度低於預定溫度下限。溫度下限可為一溫度，在所述溫度下二次電池的電池容量及/或電池循環壽命中的一者或兩者與在25℃下二次電池的對應電池容量及/或對應電池循環壽命相比下降超過30%、40%、50%、60%、70%或由此等數值中的任一者界定的範圍內的數值。溫度下限可為低於20℃、15℃、10℃、5℃、0℃、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃的溫度或由此等數值中的任一者界定的範圍內的溫度。
根據實施例，判定210電池溫度低於適用於以快速充電率或高充電功率充電的預定溫度下限包括判定電池溫度適用於在快速充電模式中充電，所述快速充電模式處於或實質上高於上文所描述的二級充電。應瞭解，所揭露技術的上下文中的快速充電或高充電功率可與如上文所揭露的鋰鍍覆的高風險相關聯，此風險可在二次電池在比規定的用於二次電池的預定溫度下限低的溫度下充電時增高。預定溫度下限對應於一溫度，在所述溫度下，當如 本文中所描述以高充電功率為二次電池充電時，二次電池的電池容量及/或電池循環壽命中的一者或兩者與在25℃下同一或相當的二次電池的對應電池容量及/或對應電池循環壽命相比可下降例如10%或大於10%。快速充電率或高充電功率可以若干方式中的一種界定，僅舉幾例，包含藉由充電功率、充電時間、充電電流及/或C速率。舉例而言，對於截至本揭露時二級充電內的約6千瓦的標準充電功率，高充電功率可為相對於標準充電功率的約3倍或大於3倍，例如約18千瓦。然而，應理解，隨著電池技術發展，此數值可改變。舉例而言，快速充電率對應於足夠以超出18千瓦、20千瓦、50千瓦、100千瓦、150千瓦、200千瓦、250千瓦或由此等數值是的任一者界定的範圍內的數值的充電功率在少於10小時、8小時、6小時、4小時、2小時、1小時、0.5小時、0.25小時、0.1小時或由此等數值中的任一者界定的範圍內的數值內將例如具有100英里或大於100英里的範圍的電動車的二次電池自少於全滿容量的10%充電至至少全滿容量的50%或可替代地自少於全滿容量的50%充電至全滿容量的80%的充電功率。根據實施例，二次電池可具有超出10千瓦時、100千瓦時、200千瓦時、500千瓦時、1000千瓦時或由此等數值中的任一者界定的範圍內的數值的100%容量。或者，快速充電率對應於大於0.5C、1C、2C、5C、10C或由此等數值中的任一者界定的範圍內的數值的C速率。
仍參考圖2A及圖2B，在判定210/210B電池溫度高於預定溫度下限後，繼續方法200A/200B以以快速充電功率為二次電池快速充電。
另一方面，在判定210(圖2A)/210B(圖2B)電池溫度 低於預定溫度下限後，充電站110(圖1)的控制單元128啟動電磁產生器118(圖1)以用於藉由非接觸式能量傳遞構件將電磁能120(圖1)外部施加220至電動車150(圖1)的能量轉換模組166(圖1)。另外，電動車150(圖1)的控制單元170(圖1)啟動能量轉換模組166以用於將電磁能轉換230為熱量且將二次電池加熱至高於溫度下限的溫度。
可使用本文關於圖1A至圖1D所描述的電磁產生器118及能量轉換模組166的實例中的任一者來執行外部施加220電磁能及轉換230電磁能。
根據使用上文關於圖1A所描述的電動車充電系統100A的實施例，施加220電磁能包括自電源122(圖1A)供應電力以啟動電磁能產生器118A(圖1A)的能量傳輸線圈，藉此使AC電流流動穿過其中。流動穿過能量傳輸線圈的AC電流圍繞能量傳輸線圈產生電磁場(變換磁場)。在此等實施例中，轉換230電磁能包括當能量接收模組164A的能量接收線圈足夠鄰近電磁能產生器的能量傳輸線圈時，在能量接收線圈內產生電流。流動穿過能量接收線圈的AC可藉由能量轉換模組166A(圖1A)的電路轉換為直流電(direct current；DC)。產生的DC接著用於使用熱量產生器168A的電阻式加熱元件產生熱量。然而，實施例不限於此，且AC可直接用於產生熱量。
根據使用上文關於圖1B所描述的電動車充電系統100B的實施例，施加220電磁能包括自電源122(圖1B)供應電力以啟動能量傳輸線圈，藉此使AC電流流過穿過其中。流動穿過能量傳輸線圈的AC電流在能量接收模組164B/熱量產生器168B的導 體內產生渦電流。在此等實施例中，轉換230電磁能包括當經由傳輸線圈施加AC電流時，在設置於能量傳輸線圈內的導體內產生渦電流。藉由渦電流耗散的電力作為用於加熱二次電池158A的熱量耗散。
根據上文關於圖1C所描述的使用電動車充電系統100C的實施例，施加220電磁能包括自電源122(圖1C)供應電力以啟動電磁能產生器118C(圖1C)的微波產生器，藉此經由微波透明窗180(圖1C)傳輸微波能120C(圖1C)。在此等實施例中，轉換230電磁能包括在吸收經由微波透明窗180傳輸的微波能後，在包含於能量接收模組164C(圖1C)的流體儲存器中充當熱量產生器168C的高耗散因子流體中產生熱量。因此，經加熱的流體經由導管188循環以將熱量傳遞至二次電池158。
根據上文關於圖1D所描述的使用電動車充電系統100D的實施例，施加220電磁能包括自電源122(圖1D)供應電力以啟動電磁能產生器118D(圖1D)的光子輻射能產生器，藉此將光子輻射能120D(圖1D)傳輸至包含光子吸收器的能量轉換模組166D。光子吸收器可包含上文關於圖1E至圖1G所描述的增強型光子吸收結構中的任一者。在此等實施例中，轉換230電磁能包括在使用光子吸收器吸收光子輻射能後，在能量轉換模組166D(圖1D)的光子吸收器中產生熱量。因此，經加熱的光子吸收器將熱量傳遞至二次電池158。
如圖2B中所示出，由外部施加220電磁能及將電磁能轉換230為用於加熱二次電池的熱量的製程可為回饋製程循環的部分，所述回饋製程循環包含感測二次電池的電池溫度在施加220電 磁能及轉換230電磁能之後是否已達到高於適用於快速充電的預定溫度下限的溫度。參考圖2A及圖2B，在判定210/210B電池溫度高於預定溫度下限後，其中加熱或不加熱如上文所描述的二次電池，繼續方法200A/200B以在快速充電功率下為二次電池快速充電240，同時至少部分地藉由控制藉由非接觸式能量傳遞構件傳遞的電磁能的量值將電池溫度維持在溫度下限與溫度上限之間。溫度上限可對應於一溫度，高於所述溫度二次電池可能遭受不良影響，諸如電解質分解及陰極溶解。根據實施例，溫度上限可低於70℃、60℃、50℃或由此等數值中的任一者界定的範圍內的數值。
在一些實施例中，維持電池溫度包括當電池溫度超出溫度上限時主動地冷卻二次電池。在此等實施例中，充電系統包括用於冷卻二次電池的冷卻構件。在一些實施例中，充電系統包含非接觸式冷卻構件，諸如冷卻風扇。在一些實施例中，冷卻構件可包含經組態以冷卻二次電池的接觸冷卻構件，以使得二次電池經組態以藉由冷卻構件水冷、油冷、氣冷或壓電冷卻。
圖2C至圖2E示出繪示根據一些其他實施例的為具有使用電磁能的電池溫度控制的電動車的二次電池充電的替代方法的流程圖。
圖2C的方法200C相對於上文關於圖2B所描述的方法200B藉由繼續進行方法200B之前以慢速充電率開始充電提供額外加快整體充電速度的方法。除在感測210A電池溫度之前方法200C額外包含以較低充電功率為二次電池慢速充電207之外，圖2C的方法200C與上文關於圖2B所描述的方法200B相同。亦即，在由外部施加220電磁能以將二次電池加熱至高於溫度下限 的溫度之前或在此期間，二次電池為慢速充電。可以低於本文中所描述的快速充電功率的充電功率(例如低於18千瓦，例如二級充電下的任何功率或更低的功率)執行慢速充電207。在一些實施例中，慢速充電207的速率可為可相對恆定的預定速率。在一些其他實施例中，可基於二次電池的充電狀態在慢速充電207期間動態地調整慢速充電207的速率。舉例而言，可以與充電狀態成反比地動態地調整慢速充電207的速率。反比可為線性的或超線性的，例如指數的。在一些實施例中，可結合慢速充電執行將電磁能自外部施加220(圖2A)至電動車及轉換230(圖2A)電磁能中的每一者，直至電池溫度達到預定溫度下限。其後，如上文關於圖2A及圖2B所描述，繼續方法200C以以快速充電功率為二次電池充電。
圖2D的方法200D提供在根據上文關於圖2B所描述的方法200B以高充電功率開始充電240之後，藉由一旦電池溫度達到室溫則停止向二次電池提供熱量來維持電池溫度的方法。除開始為二次電池快速充電240之後方法200D額外包含進一步感測245電池溫度以判定250二次電池溫度是否已達到高於室溫(25℃)的溫度之外，圖2D的方法200D與上文關於圖2B所描述的方法200B相同。在判定250電池溫度已達到高於室溫的溫度後，藉由停止260將電磁能由外部施加至電動車來停止進一步加熱二次電池。結合快速充電240執行進一步感測245電池溫度及判定250二次電池溫度是否已達到高於室溫的溫度中的每一者。
圖2E的方法200E結合圖2C的方法200C及圖2D的方法200D。亦即，圖2E的方法200E包含在感測210A電池溫度之 前，以較低充電功率為二次電池慢速充電207。方法200E額外包含在開始為二次電池快速充電240之後，進一步感測245電池溫度以判定250二次電池溫度是否已達到高於室溫(25℃)的溫度，及在判定250電池溫度已達到高於室溫的溫度後，藉由停止260將電磁能由外部施加至電動車來停止進一步加熱二次電池。
除非上下文另外明確地要求，否則在整個說明書及申請專利範圍中，詞語「包括(comprise/comprising))」、「包含(include/including)」及類似者應被認作具包括性意義，而非排他性或窮盡性意義；換言之，具「包含但不限於(including,but not limited to)」的意義。如本文一般所使用的詞語「耦接(coupled)」是指二者可直接連接，或藉助於一或多個中間元件連接的兩個或多於兩個元件。同樣，如本文一般所使用的詞語「連接(connected)」是指二者可直接連接，或藉助於一或多個中間元件連接的兩個或多於兩個元件。另外，當用於本申請案中時，詞語「本文中(herein)」、「上文(above)」、「下文(below)」以及類似意義的詞語應指本申請案整體而非本申請案的任何特定部分。若上下文准許，使用單數或複數數目的上述實施方式的詞語亦可分別包含複數或單數數目。涉及兩個或兩個以上項目的清單的詞語「或(or)」，所述詞語涵蓋所有以下所述詞語的解釋：清單中的項目中的任一者、清單中的所有項目及清單中的項目的任何組合。
此外，除非另外特定地陳述，或使用時以其他方式在上下文內理解，否則本文中所使用的條件性語言(諸如，「能(can)」、「可能(could)」、「可(might)」、「可以(may)」、「例如(e.g.)」、「舉例而言(for example)」、「諸如(such as)」及類似者)大體意 欲傳達某些實施例包含而其他實施例不包含某些特徵、元件及/或狀態。因此，此條件語言並非大體上意欲暗示以任何方式需要特徵、元件及/或狀態用於一或多個實施例，或此等特徵、元件及/或狀態是否包含於或有待於任何特定實施例中予以執行。
儘管已描述某些實施例，但此等實施例僅借助於實例呈現，且並不意欲限制本揭露的範疇。實際上，本文中所描述的新穎設備、方法以及系統可以多種其他形式實施；此外，在不背離本揭露的精神的情況下，可對本文中所描述的方法及系統的形式進行各種省略、替代以及改變。舉例而言，儘管以給定配置呈現區塊，但替代實施例可使用不同組件及/或電路拓樸結構執行類似功能性，且一些區塊可被刪除、移動、添加、再分、組合及/或修改。此等區塊中的每一者可以多種不同方式實施。上文所描述的各種實施例的元件及動作的任何合適組合可經組合以提供其他實施例。上文所描述的各種特徵及製程可彼此獨立地實施，或可以各種方式組合。本揭露的特徵的所有可能組合及子組合意欲在本揭露的範疇內。
100:電動車充電系統
110:充電站
114:電池充電模組
118:電磁能產生器
120:電磁能
122:電源
128、170:控制單元
132、174:通信介面
150:電動車
154:動力傳動系
158:二次電池
160:供電系統
162:溫度感測模組
164:能量接收模組
166:能量轉換模組
168:熱量產生器

Claims (20)

  1. 一種為電動車的電池充電的方法，所述方法包括：以小於約18千瓦的低充電功率為二次電池慢速充電；藉由溫度感測模組感測所述二次電池的電池溫度；判定所述二次電池的所述電池溫度低於適用於以大於約18千瓦的高充電功率為所述二次電池充電的預定溫度下限；藉由非接觸式能量傳遞構件將電磁能由外部施加至所述電動車；將所述電磁能轉換為熱量且將所述二次電池加熱至高於所述溫度下限的溫度；以及以所述高充電功率為所述二次電池充電，同時至少部分地藉由控制所述電磁能的量值將所述電池溫度維持在所述溫度下限與溫度上限之間。
  2. 如請求項1所述的方法，其中所述溫度下限對應於一溫度，在所述溫度下所述二次電池的電池容量及/或電池循環壽命中的一者或兩者與在25℃下所述二次電池的對應電池容量及/或對應電池循環壽命相比下降50%或下降大於50%。
  3. 如請求項1所述的方法，其中所述溫度下限與所述溫度上限之間的差為約40℃或低於40℃。
  4. 如請求項1所述的方法，其中所述非接觸式能量傳遞構件包含除對流或傳導以外的構件。
  5. 如請求項1所述的方法，其中由外部施加所述電磁能包括經由安裝在所述電動車外部的能量傳輸線圈施加電流。
  6. 如請求項1所述的方法，其中由外部施加所述電磁 能包括使用安裝在所述電動車外部的微波產生器將微波能施加至所述電動車。
  7. 如請求項1所述的方法，其中由外部施加所述電磁能包括使用安裝在所述電動車外部的光子輻射產生器來施加光子輻射能。
  8. 如請求項1所述的方法，其中為所述二次電池充電並不在所述二次電池達到高於所述溫度下限的所述溫度之前發生。
  9. 如請求項1所述的方法，更包括在由外部施加所述電磁能以將所述二次電池加熱至高於所述溫度下限的所述溫度之前或在此期間，以小於所述高充電功率的充電功率為所述二次電池充電。
  10. 如請求項1所述的方法，其中將所述電池溫度維持在所述溫度下限與所述溫度上限之間包括在以所述高充電功率為所述二次電池充電期間，判定所述電池溫度高於25℃，且停止由外部施加所述電磁能以及停止轉換所述電磁能。
  11. 如請求項1所述的方法，其中維持所述電池溫度包括當所述電池溫度超出所述溫度上限時主動地冷卻所述二次電池。
  12. 一種電動車充電站，包括：電池充電模組，經組態以向電動車的二次電池提供充電能；電磁能產生器，經組態以產生電磁能且藉由非接觸式能量傳遞構件將所述電磁能傳遞至所述電動車；通信介面，經組態以自所述電動車接收所述二次電池的電池 溫度；以及控制單元，經組態以小於約18千瓦的低充電功率為所述二次電池慢速充電，以及在判定所述二次電池的所述電池溫度低於適用於以大於18千瓦的高充電功率為所述二次電池充電的預定溫度下限後，啟動所述電磁能產生器且以產生所述電磁能及將所述電磁能傳輸至所述電動車以使所述二次電池被加熱，其中所述控制單元進一步經組態以在判定所述二次電池的所述電池溫度超出所述溫度下限後，啟動所述電池充電模組以開始以所述高充電功率為所述二次電池充電。
  13. 如請求項12所述的電動車充電站，其中所述控制單元進一步經組態用於以所述高充電功率為所述二次電池充電，同時至少部分地藉由控制藉由所述電磁能產生器產生及傳遞的所述電磁能的量值將所述電池溫度維持在所述溫度下限與溫度上限之間。
  14. 如請求項12所述的電動車充電站，其中所述溫度下限對應於一溫度，在所述溫度下所述二次電池的電池容量及/或電池循環壽命中的一者或兩者與在25℃下所述二次電池的對應電池容量及/或對應電池循環壽命相比下降50%或下降大於50%。
  15. 如請求項12所述的電動車充電站，其中所述非接觸式能量傳遞構件包含除對流或傳導以外的構件。
  16. 如請求項12所述的電動車充電站，其中所述電磁能產生器包括能量傳輸線圈，所述能量傳輸線圈經組態以產生所述電磁能且藉由經由所述能量傳輸線圈施加電流來傳輸所述電磁能。
  17. 如請求項12所述的電動車充電站，其中所述電磁能產生器包括經組態以產生並傳輸光子的光子產生器。
  18. 一種用於為電動車供電的供電系統，所述供電系統包括：二次電池，用於為電動車供電；溫度感測模組，經組態以監測所述二次電池的電池溫度；能量轉換模組，經組態以：電磁耦接至充電站的電磁能產生器及藉由非接觸式能量傳遞構件自所述電磁能產生器接收電磁能，將所述電磁能轉換為熱量，且利用所述熱量加熱所述二次電池；以及控制單元，經組態以：自所述溫度感測模組接收所述電池溫度及經由通信介面將所述電池溫度傳達至充電站，以小於約18千瓦的低充電功率為所述二次電池慢速充電，以及在判定所述二次電池的所述電池溫度低於適用於以大於18千瓦的高充電功率充電的預定溫度下限後，啟動所述能量轉換模組以接收所述電磁能且以使所述二次電池被加熱，且在判定所述二次電池的所述電池溫度超出所述二次電池的所述溫度下限後，啟動所述二次電池以開始以所述高充電功率為所述二次電池充電。
  19. 如請求項18所述的供電系統，其中所述控制單元進一步經組態用於以所述高充電功率為所述二次電池充電，同時至少部分地藉由控制藉由所述能量轉換模組轉換為熱量的所述電磁 能的量值將所述電池溫度維持在所述溫度下限與溫度上限之間。
  20. 一種電動車充電系統，包括：供電系統，用於為電動車供電，包括：二次電池，用於為所述電動車供電，溫度感測模組，經組態以監測所述二次電池的電池溫度，能量轉換模組，經組態以藉由非接觸式能量傳遞構件接收電磁能，將所述電磁能轉換為熱量且加熱所述二次電池，第一控制單元，經組態以小於約18千瓦的低充電功率為所述二次電池慢速充電，以及自所述溫度感測模組接收所述電池溫度且經由通信介面將所述電池溫度傳達至充電站；以及電動車充電站，包括：電池充電模組，經組態以向所述二次電池提供充電能，電磁能產生器，經組態以產生所述電磁能且藉由所述非接觸式能量傳遞構件將所述電磁能傳遞至所述能量轉換模組，第二控制單元，經組態以在判定所述電池溫度低於適用於以大於18千瓦的高充電功率為所述二次電池充電的預定溫度下限後，啟動所述電磁能產生器且產生所述電磁能及將所述電磁能傳輸至所述能量轉換模組以使所述二次電池被加熱，其中所述控制單元進一步經組態以在判定所述二次電池的所述電池溫度超出所述二次電池的所述溫度下限後，啟動所述電池充電模組以開始以所述高充電功率為所述二次電池充電。
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