CN102386807B - 电源管理系统与电源管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电源管理系统,此电源管理系统与一太阳电池电性连接,包括一光感测器、一控制器以及一电源管理器。光感测器侦测太阳电池所处环境的一照度(光照度或辐照度),控制器与光感测器电性连接,控制器内建有一照度-最大输出功率对应表,且控制器根据照度-最大输出功率对应表以及光感测器所侦测到的照度以决定对应的一最大输出功率。电源管理器与控制器以及太阳电池电性连接,电源管理器控制太阳电池的输出电流以使太阳电池的输出功率等于最大输出功率。本发明另提供一电源管理方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源管理系统与电源管理方法,且特别是有关于一种用以管理太阳电池的输出功率的电源管理系统与电源管理方法。
背景技术
太阳能是一种干净无污染且取之不尽、用之不竭的能源,在解决目前石化能源所面临的污染与短缺的问题时,太阳能一直是最受瞩目的焦点。由于太阳电池可直接将太阳能转换为电能,因此太阳电池已成为目前产业界相当重要的研究课题之一。
太阳电池已经逐渐地被应用于建筑物与可携式电子产品(如手机、笔记型电脑等)上。与固定设置于建筑物上的太阳电池相较,应用于可携式电子产品的太阳电池更常面临到所处环境的照度迅速改变的情况,每当太阳电池所处环境的照度迅速改变时,太阳电池的最大输出功率便会随之改变。因此,如何获得太阳电池的最大输出功率并且使太阳电池总是以最大输出功率输出是相当重要的课题。
目前,已有公知技术提出利用动态追踪(dynamic tracking)的方式获得与所处环境的照度相对应的最大输出功率(例如是通过逐步调整太阳电池的输出电流、电压以计算出太阳电池的输出功率,进而追踪出太阳电池的最大输出功率),然而,上述的动态追踪的方式通常需耗费很长的时间才能够追踪正确的最大输出功率。此外,当太阳电池所处环境的照度变化过于快速或剧烈时,动态追踪的方式将难以追踪出正确的最大输出功率,进而导致太阳电池无法以最大输出功率输出。
承上述,如何快速且正确地获得不同照度所对应的最大输出功率,实为本领域技术人员亟欲解决的问题之一。
发明内容
本发明提供一种电源管理系统与电源管理方法,以迅速且有效地控制太阳电池的输出功率。
本发明提供一种与一太阳电池电性连接的电源管理系统,此电源管理系统包括一光感测器、一控制器以及一电源管理器。光感测器侦测太阳电池所处环境的一照度(illuminaion),此照度例如为光照度(illuminance,单位为:lux)及/或辐照度(irradiance,单位为:W/m2),控制器与光感测器电性连接,控制器内建有一照度-最大输出功率对应表,且控制器根据照度-最大输出功率对应表以及光感测器所侦测到的照度以决定对应的一最大输出功率(最大输出功率例如以相对应输出电压或输出电流的形式呈现)。电源管理器与控制器以及太阳电池电性连接,电源管理器控制太阳电池的输出电流以使太阳电池的输出功率等于最大输出功率。
在本发明的一实施例中,前述的光感测器持续性地侦测太阳电池所处环境的照度,而控制器根据照度-最大输出功率对应表以及光感测器所侦测到的照度以持续性地更新对应的最大输出功率。
在本发明的一实施例中,前述的照度-最大输出功率对应表中包括多组候选数据,各组候选数据包括一候选照度与一候选最大输出功率,而控制器决定最大输出功率的方法包括:于照度-最大输出功率对应表中选出一与光感测器所侦测到的照度最接近的候选照度,并将候选照度所对应的候选输出功率定为最大输出功率。
在本发明的一实施例中,前述的照度-最大输出功率对应表中包括多组候选数据,各组候选数据包括一候选照度与一候选最大输出功率,而控制器决定最大输出功率的方法包括:于照度-最大输出功率对应表中选出二个与光感测器所侦测到的照度最接近的候选照度,且光感测器所侦测到的照度介于前述的二个候选照度之间;以及通过内插方式计算出最大输出功率。
在本发明的一实施例中,前述的照度-最大输出功率对应表中包括多组候选数据,各组候选数据包括一候选照度与一候选最大输出功率,而控制器决定最大输出功率的方法包括:于照度-最大输出功率对应表中选出二与光感测器所侦测到的照度最接近的候选照度,且光感测器所侦测到的照度不介于前述的二候选照度之间;以及通过外插方式计算出最大输出功率。
在本发明的一实施例中,前述的电源管理系统更包括一与电源管理器以及控制器电性连接的电压调节器。此外,前述的电源管理系统可选择性地包括一与电压调节器电性连接的负载。
在本发明的一实施例中,前述的电源管理系统更包括一与电源管理器及控制器电性连接的负载。
在本发明的一实施例中,前述的负载包括一电池。
本发明另提供一种电源管理方法,以管理一太阳电池的输出功率,此电源管理方法包括下列步骤。侦测太阳电池所处环境的一照度。根据一照度-最大输出功率对应表以及光感测器所侦测到的照度以决定太阳电池的一最大输出功率。控制太阳电池的输出电压或电流以使太阳电池的输出功率等于最大输出功率。
在本发明的一实施例中,前述的太阳电池所处环境的照度持续性地被侦测,而最大输出功率持续性地被更新。
在本发明的一实施例中,前述的照度-最大输出功率对应表中包括多组候选数据,各组候选数据包括一候选照度与一候选最大输出功率(候选最大输出功率例如以相对应输出电压或输出电流的形式呈现),而决定最大输出功率的方法包括:于照度-最大输出功率对应表中选出一与光感测器所侦测到的照度最接近的候选照度,并将候选照度所对应的候选输出功率定为最大输出功率。
在本发明的一实施例中,前述的照度-最大输出功率对应表中包括多组候选数据,各组候选数据包括一候选照度与一候选最大输出功率(候选最大输出功率例如以相对应输出电压或输出电流的形式呈现),而决定最大输出功率的方法包括:于照度-最大输出功率对应表中选出二个与光感测器所侦测到的照度最接近的候选照度,且光感测器所侦测到的照度介于前述的二候选照度之间;以及通过内插方式计算出最大输出功率。
在本发明的一实施例中,前述的照度-最大输出功率对应表中包括多组候选数据,各组候选数据包括一候选照度与一候选最大输出功率(候选最大输出功率例如以相对应输出电压或相对应输出电流的形式呈现),而决定最大输出功率的方法包括:于照度-最大输出功率对应表中选出二与光感测器所侦测到的照度最接近的候选照度,且光感测器所侦测到的照度不介于前述的二个候选照度之间;以及通过外插方式计算出最大输出功率。
由于本发明采用光感测器侦测太阳电池所处环境的照度(光照度及/或辐照度),并且将照度-最大输出功率对应表内建于控制器中,因此本发明的电源管理系统与电源管理方法能够快速且正确地获得太阳电池的最大输出功率(以相对应输出电压或输出电流的形式呈现),使太阳电池所产生的电力能够更为有效地被应用。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明第一实施例的电源管理系统的示意图;
图2为本发明一实施例的电源管理方法的流程图;
图3为本发明第二实施例的电源管理系统的示意图;
图4为本发明第三实施例的电源管理系统的示意图;
图5为本发明第四实施例的电源管理系统的示意图。
其中,附图标记
100、100a、100b、100c:电源管理系统
110:光感测器
120:控制器
130:电源管理器
140:电压调节器
150:负载
SC:太阳电池
L:照度
LUT(L,Pmax):照度-最大输出功率对应表
P:输出功率
Pmax:最大输出功率
S110、S120、S130:步骤
具体实施方式
图1为本发明第一实施例的电源管理系统的示意图。请参照图1,本实施例的电源管理系统100适于与一太阳电池SC电性连接,且电源管理系统100包括一光感测器110、一控制器120以及一电源管理器130。光感测器110侦测太阳电池SC所处环境的一照度L,此照度L例如为光照度(illuminance,单位为:lux)及/或辐照度(irradiance,单位为:W/m2)。控制器120与光感测器110电性连接,控制器120内建有一照度-最大输出功率对应表LUT(L,Pmax),且控制器120根据照度-最大输出功率对应表LUT(L,Pmax)以及光感测器110所侦测到的照度L以决定对应的一最大输出功率Pmax(最大输出功率Pmax例如以相对应输出电压或输出电流的形式呈现)。电源管理器130与控制器120以及太阳电池SC电性连接,电源管理器130控制太阳电池SC的输出电压及/或输出电流以使太阳电池SC的输出功率P等于最大输出功率Pmax。
在本实施例中,太阳电池SC例如为有机太阳电池、无机太阳电池等。详言之,太阳电池SC例如为单结晶硅(single crystalline Si)太阳电池、多结晶硅(poly crystalline Si)太阳电池、非晶硅基(amorphous Si-based)太阳电池(Si、SiC、SiGe、SiH、SiO等)、单晶GaAs太阳电池、单晶InP太阳电池、多晶CdS太阳电池、多晶CdTe太阳电池、多晶CuInSe太阳电池等。此外,光感测器110例如为光二极管(photo-diode)、光晶体管、光敏电阻、其他在接收到光线照射后能够产生光电流(photo current)或是其他能够产生感测信号的元件。值得注意的是,光感测器110的吸收频谱例如与太阳电池SC的吸收频谱相近或部分重叠。
承上述,本实施例的控制器120例如为一微控制单元(MCU),而此控制器120适于接收光感测器110所输出的信号(例如电压信号或电流信号)以判断出光感测器110所侦测到的照度L(光照度及/或辐照度)。在本实施例中,控制器120中所内建的照度-最大输出功率对应表LUT(L,Pmax)例如储存在一存储器中,且此照度-最大输出功率对应表LUT(L,Pmax)可以被定期地更新与校正。此外,控制器120与电源管理器130电性连接,进而使电源管理器130能够控制太阳电池SC的输出功率P。换言之,电源管理器130具有决定太阳电池SC的输出功率P的功能,而控制器120则是根据光感测器110所侦测到的照度L来决定太阳电池SC所应该输出的最大输出功率Pmax。举例而言,控制器120具有多个输入/输出端(I/O terminals)以接收光感测器110所输出的信号、输出控制信号给电源管理器130并且监控太阳电池SC的输出功率P。
本实施例利用光感测器110以及控制器120中内建的照度-最大输出功率对应表LUT(L,Pmax)的搭配,以改善公知动态追踪所面临的问题(即,耗时或难以追踪出正确的最大输出功率)。换言之,本实施例的电源管理系统100可在不需进行动态追踪的动作下,就能够快速且正确地决定出太阳电池SC的最大输出功率Pmax。
在本实施例中,光感测器110例如持续性地侦测太阳电池SC所处环境的照度L,而控制器120根据照度-最大输出功率对应表LUT(L,Pmax)以及光感测器110所侦测到的照度L,以持续性地更新对应的最大输出功率Pmax。在其他可行的实施例中,亦可每间隔一段时间侦测太阳电池SC所处环境的照度L,而控制器120则根据照度-最大输出功率对应表LUT(L,Pmax)以及光感测器110所侦测到的照度L,以周期性地更新对应的最大输出功率Pmax。
图2为本发明一实施例的电源管理方法的流程图。请参照图1与图2,本实施例的电源管理方法可用以管理一太阳电池SC(绘示于图1)的输出功率P(绘示于图1),此电源管理方法包括下列步骤(步骤S110、步骤S120与步骤S130)。首先,侦测太阳电池SC所处环境的一照度L(步骤S110),接着,根据一照度-最大输出功率对应表LUT(L,Pmax)以及光感测器110所侦测到的照度L,以决定太阳电池SC的一最大输出功率Pmax(步骤S120),之后,控制太阳电池SC的输出电流以使太阳电池SC的输出功率P等于最大输出功率Pmax(步骤S130)。在步骤S130完成之后,若光感测器110所侦测到的照度L未有剧烈或迅速的变化(即照度变化低于一预设临界值)时,则可暂时不调整太阳电池SC的最大输出功率Pmax,但若光感测器110所侦测到的照度L出现剧烈或迅速的变化(即照度变化高于一预设临界值)时,则需重复步骤S110、S120与S130以决定出新的最大输出功率Pmax。值得注意的是,此领域的技术人员可以根据实际的设计需求与经验来决定前述的预设临界值。
关于如何决定太阳电池SC的最大输出功率Pmax,将详述于后。
为了迅速且精准地计算出太阳电池SC的最大输出功率Pmax,本实施例的照度-最大输出功率对应表LUT(L,Pmax)中通常需要包括数量足够多的候选数据,而各组候选数据分别包括一候选照度与一候选最大输出功率(候选最大输出功率例如以相对应输出电压或输出电流的形式呈现)。由于各个候选照度之间的级距够小,因此,控制器120会直接于照度-最大输出功率对应表LUT(L,Pmax)中选出一与光感测器110所侦测到的照度L最接近的候选照度,并将候选照度所对应的候选输出功率定为最大输出功率Pmax。
候选数据的数量越多(即各个候选照度之间的级距越小),虽可使最大输出功率Pmax的计算更为快速且精准,但用以储存候选数据所需的存储器容量便越大。为了有效减少候选数据的数量以及候选数据所占据的存储器容量,本实施例的控制器120可于照度-最大输出功率对应表LUT(L,Pmax)中选出二个与光感测器110所侦测到的照度L最接近的候选照度,接着再通过内插方式或外插方式计算出最大输出功率Pmax。详言之,当光感测器110所侦测到的照度L介于所选取的二候选照度之间时,最大输出功率Pmax采用内插方式来计算;反之,当光感测器110所侦测到的照度L不介于所选取的二个候选照度之间时,最大输出功率Pmax采用外插方式来计算。
图3为本发明第二实施例的电源管理系统的示意图。接着请参照图3,本实施例的电源管理系统100a与第一实施例的电源管理系统100相似,但二者主要差异之处在于:本实施例的电源管理系统100a进一步包括一电压调节器140,且此电压调节器140与电源管理器130及控制器120电性连接。
图4为本发明第三实施例的电源管理系统的示意图。接着请参照图4,本实施例的电源管理系统100b与第一实施例的电源管理系统100相似,但二者主要差异之处在于:本实施例的电源管理系统100b进一步包括一负载150,且此负载150例如选择性地与电源管理器130以及控制器120电性连接。值得注意的是,本实施例的负载150例如为一电池,用以储存太阳电池SC所产生的电能。然而,此领域的技术人员当可依设计需求采用其他电子元件作为负载150,以充分使用太阳电池SC所产生的电能。
图5为本发明第四实施例的电源管理系统的示意图。接着请参照图5,本实施例的电源管理系统100c与第一实施例的电源管理系统100b相似,但二者主要差异之处在于:本实施例的电源管理系统100b进一步包括一电压调节器140以及一负载150,其中电压调节器140与电源管理器130以及控制器120电性连接,而负载150与电压调节器140电性连接。
由于本发明采用光感测器侦测太阳电池所处环境的照度,并且将照度-最大输出功率对应表内建于控制器中,因此本发明的电源管理系统与电源管理方法能够快速且正确地获得太阳电池的最大输出功率,使太阳电池所产生的电力能够更为有效地被应用。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (12)
1.一种电源管理系统,其特征在于,与一太阳电池电性连接,该电源管理系统包括:
一光感测器,侦测该太阳电池所处环境的一照度;
一控制器,与该光感测器电性连接,该控制器内建有一照度-最大输出功率对应表,且该控制器根据该照度-最大输出功率对应表以及该光感测器所侦测到的该照度以决定对应的一最大输出功率;以及
一电源管理器,与该控制器以及该太阳电池电性连接,该电源管理器控制该太阳电池的输出电压及/或输出电流以使该太阳电池的输出功率等于该最大输出功率,其中该光感测器持续性地侦测该太阳电池所处环境的该照度,而该控制器根据该照度-最大输出功率对应表以及该光感测器所侦测到的该照度以持续性地更新对应的该最大输出功率,其中该照度-最大输出功率对应表中包括多组候选数据,各组候选数据包括一候选照度与一候选最大输出功率。
2.根据权利要求1所述的电源管理系统,其特征在于,该控制器决定该最大输出功率的方法包括:
于该照度-最大输出功率对应表中选出一与该光感测器所侦测到的该照度最接近的候选照度,并将该候选照度所对应的候选输出功率定为该最大输出功率。
3.根据权利要求1所述的电源管理系统,其特征在于,该控制器决定该最大输出功率的方法包括:
于该照度-最大输出功率对应表中选出二个与该光感测器所侦测到的该照度最接近的候选照度,且该光感测器所侦测到的该照度介于该二候选照度之间;以及
通过内插方式计算出该最大输出功率。
4.根据权利要求1所述的电源管理系统,其特征在于,该控制器决定该最大输出功率的方法包括:
于该照度-最大输出功率对应表中选出二与该光感测器所侦测到的该照度最接近的候选照度,且该光感测器所侦测到的该照度不介于该二候选照度之间;以及
通过外插方式计算出该最大输出功率。
5.根据权利要求1所述的电源管理系统,其特征在于,还包括一电压调节器,与该电源管理器以及该控制器电性连接。
6.根据权利要求5所述的电源管理系统,其特征在于,还包括一负载,与该电源管理器电性连接。
7.根据权利要求6所述的电源管理系统,其特征在于,其中该负载包括一电池。
8.根据权利要求1所述的电源管理系统,其特征在于,还包括一负载,与该电源管理器及该控制器电性连接。
9.一种电源管理方法,其特征在于,以管理一太阳电池的输出功率,该电源管理方法包括:
侦测该太阳电池所处环境的一照度;
根据一照度-最大输出功率对应表以及该光感测器所侦测到的该照度以决定该太阳电池的一最大输出功率,其中该照度-最大输出功率对应表中包括多组候选数据,各组候选数据包括一候选照度与一候选最大输出功率;以及
控制该太阳电池的输出电压及/或输出电流以使该太阳电池的输出功率等于该最大输出功率,其中该太阳电池所处环境的该照度持续性地被侦测,而该最大输出功率持续性地被更新。
10.根据权利要求9所述的电源管理方法,其特征在于,决定该最大输出功率的方法包括:
于该照度-最大输出功率对应表中选出一与该光感测器所侦测到的该照度最接近的候选照度,并将该候选照度所对应的候选输出功率定为该最大输出功率。
11.根据权利要求9所述的电源管理方法,其特征在于,决定该最大输出功率的方法包括:
于该照度-最大输出功率对应表中选出二与该光感测器所侦测到的该照度最接近的候选照度,且该光感测器所侦测到的该照度介于该二候选照度之间;以及
通过内插方式计算出该最大输出功率。
12.根据权利要求9所述的电源管理方法,其特征在于,决定该最大输出功率的方法包括:
于该照度-最大输出功率对应表中选出二与该光感测器所侦测到的该照度最接近的候选照度,且该光感测器所侦测到的该照度不介于该二候选照度之间;以及
通过外插方式计算出该最大输出功率。
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