CN112751349A - 基于电池重组的可展延式三相交流系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于电池重组的可展延式三相交流系统与方法。系统包括可重组电池阵列，可连接至负载或与电网进行并网，并具有多个电池阵列模块。可重组电池阵列执行对负载或电网放电，或使负载或电网对可重组电池阵列充电。可重组电池阵列包括执行操作模式的其中一个：由多个电池阵列模块的输出分别产生一相应的单相交流电压；由多个电池阵列模块中选择三个，以产生相应的三相交流电压；及从多个电池阵列模块中以产生多个三相交流电压，并将多个三相交流电压并联，以进行功率展延。

Description

基于电池重组的可展延式三相交流系统及其控制方法
技术领域
本发明是有关于一种电池重组技术，且特别是有关于一种基于电池重组的可展延式三相交流系统。
背景技术
因应全球面临气候变迁与节能减碳的趋势需求，加上未来原油及其他传统能源将逐渐短缺，再生能源的发展显现其重要性与迫切性。为解决缺电危机，储电系统日趋重要，其中电池为最广泛的储能元件，甚至在30年后之比重将有可能超越石油与燃煤，成为全球主要的储电能源。近年来已将储能系统视为重要政策并积极发展。储电为新成形的产业，近年在各国政府策略性地推广下，加上再生能源在许多国家已达饱和造成电力系统的问题，使得储电系统的需求逐渐萌芽。
在电力系统中，无论发电、输电、配电、及用电端，都有做储电的需求，在离峰时间可以将能量储存下来，当需要用电时，再将电通过电网传送到各个家庭。现今新兴的技术是如何通过储能/储电系统将电力再送至电网，这将慢慢成为电力电子产业新兴的议题。此技术将可广泛地应用在储电系统中。
现阶段，再生能源系统多专注于电池及模块的效率与价钱。但随着系统普及与成熟，再生能源系统已达瓶颈，为持续改善电源管理的效能及实用性，电池模块后的转能变流器设计扮演重要角色。因此，若将整体系统设计上能进行更完整考虑，此系统也可以应用在电动车充换电系统，并且对于车用汰役电池，做最妥善的处理。
此外，由于绿能环保的议题日趋重要，储能电厂及电动车、电动机车的产业持续蓬勃发展。然而这两者对电池的需求数量是相当大的。锂电池为现今广泛被使用的产品，它的优点会驱使锂电池未来全面取代现今的铅酸电池。随着云端运算运用及网络储存装置的普及，为提升续航力也纷纷采用电池重组系统，组成能源阵列的电池模块。电池重组系统的高额输出电压就需要加入更新颖、更繁复的控制策略。因此，电池重组系统必须需要电池管理系统和一个转能系统，搭配电池切换模块(使用(Enable Mode)模块或不使用(BypassMode)模块)，维持系统最佳化应用状态，才能发挥最大能源效益。
发明内容
基于上述，根据一实施方式，本发明提供一种基于电池重组的可展延式三相交流系统，包括可重组电池阵列，其可连接至负载或与电网进行并网，可重组电池阵列具有多个电池阵列模块。可重组电池阵列执行对负载或电网进行放电，或使负载或电网对所述可重组电池阵列进行充电。可重组电池阵列包括执行操作模式的其中一个：由多个电池阵列模块的输出分别产生一相应的单相交流电压；由多个电池阵列模块中选择三个，以产生相应的三相交流电压；及从多个电池阵列模块中以产生多个三相交流电压，并将所述多个三相交流电压并联，以进行功率展延。
根据一实施方式，产生所述单相交流电压包括：交流合成直接对应使用端不同的交流电压，对所述多个电池阵列模块的每一个，进行电池组态控制，以产生多阶直流电压；将所述多阶直流电压与补偿后的电流命令叠加，以产生全波直流信号；以及通过极性变换器，将所述全波直流信号变换成所述单相交流电压，此电压是可改变的(scalable)，对应到不同的交流电压，并且可做到双向充放电(bi-direction)。
根据一实施方式，当所述可重组电池阵列为离网型，产生所述三相交流电压还包括：从选出的所述三个电池阵列模块产生的相应的三个单相交流电压中，选择其中一个作为主单相交流电压，其余两个作为从单相交流电压；以所述主单相交流电压的相位为基准，使两个所述从单相交流电压的相位分别领先与落后所述主单相交流电压的相位，以产生独立运行的三相交流电压；以及将所述三相交流电压提供给所述负载，或并入所述电网。
根据一实施方式，当所述可重组电池阵列为并网型，产生所述三相交流电压还包括：从选出的所述三个电池阵列模块产生的相应的三个单相交流电压中，作为三个从单相交流电压；分别相对于所述电网的三相位去做同步，将三个所述单相交流电压并入所述电网。
根据一实施方式，所述多个电池阵列模块分别还包括：多个电池模块；电流模式开关转换器，连接所述多个电池模块的一端，并接收电流命令，控制所述电池阵列模块进行所述充电或所述放电；以及电池组态控制部，与所述多个电池模块连接，用以依据所需的电压输出，设定所述多个电池模块的每一个为使用或不使用。
根据一实施方式，所述多个电池模块经设置以串并联形成所述电池阵列模块。根据一实施方式，所述多个电池阵列模块的每一个包括多个电池模块，所述多个电池模块分别为汰役电池。
根据一实施方式，所述多个电池模块的每一个的规格为相同或相异。
根据一实施方式，所述可重组电池阵列依所需，直接输出直流电压。
根据本发明另一实施方式，提供一种基于电池重组的可展延式三相交流系统的控制方法。此基于电池重组的可展延式三相交流系统包括可重组电池阵列，其可连接至负载或与电网进行并网，所述可重组电池阵列具有多个电池阵列模块。所述控制方法包括：所述可重组电池阵列执行对所述负载或所述电网进行放电，或使所述负载或所述电网对所述可重组电池阵列进行充电。所述可重组电池阵列包括执行操作模式的其中一个：由所述多个电池阵列模块的输出分别产生一相应的单相交流电压；由所述多个电池阵列模块中选择三个，以产生相应的三相交流电压；及从所述多个电池阵列模块中以产生多个三相交流电压，并将所述多个三相交流电压并联，以进行功率展延。
根据一实施方式，产生所述单相交流电压包括：对所述多个电池阵列模块的每一个，进行电池组态控制，以产生多阶直流电压；将所述多阶直流电压与补偿电流命令所产生的输出信号做叠加，以产生全波直流信号；以及将所述全波直流信号进行极性变换成所述单相交流电压。
根据一实施方式，当所述可重组电池阵列为离网型，产生所述三相交流电压还包括：从选出的所述三个电池阵列模块产生的相应的三个单相交流电压中，选择其中一个作为主单相交流电压，其余两个作为从单相交流电压；以所述主单相交流电压的相位为基准，使两个所述从单相交流电压的相位分别领先与落后所述主单相交流电压的相位，以产生独立运行的三相交流电压；以及将所述三相交流电压提供给所述负载，或并入所述电网。
根据一实施方式，当所述可重组电池阵列为并网型，产生所述三相交流电压还包括：从选出的所述三个电池阵列模块产生的相应的三个单相交流电压中，作为三个从单相交流电压；分别相对于所述电网的三相位去做同步，将三个所述单相交流电压并入所述电网。
根据一实施方式，所述可重组电池阵列基于电流命令，执行所述放电或所述充电。
根据一实施方式，所述多个电池阵列模块的每一个包括多个电池模块，所述多个电池模块分别为汰役电池。根据一实施方式，所述多个电池模块的每一个的规格可相同或相异。
根据一实施方式，所述可重组电池阵列依所需，直接输出直流电压。
根据一实施方式，所述多个电池模块经设置以串并联形成所述电池阵列模块。
基于上述，本发明的电池模块是使用可重组电池单元，兼容任何现有的电池模块，可直接合成所需要的电压、电流、甚至单相交流电、三相交流电，可并网运作，进行功率延展，适合大电压、大电流的高功率应用。本发明直接合成交流信号，较有效地提升转换效率，并且由小到大阶层式的架构，减少元件应力，进而降低成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1依据本发明一实施例所绘示的基于电池重组的可展延式三相交流系统的概略示意图。
图2绘示本实施例的一个可重组电池阵列的架构示意图。
图3A～3D绘示本实施例的由直流电压产生交流电压的波形变化图。
图4绘示本实施例的可重组电池阵列产生三相交流电压的方式。
图5绘示基于电池重组的可展延式三相交流系统的方块图。
图6A绘示本实施例的可重组电池阵列产生单相交流电压的流程示意图。
图6B绘示本实施例的离网型可重组电池阵列的单相交流电压转三相交流电压的流程示意图。
图6C绘示本实施例的并网型可重组电池阵列的单相交流电压转三相交流电压的流程示意图。
图6D绘示本实施例的可重组电池阵列产生的多个三相交流电压进行功率展延的流程示意图。
图7概略地绘示本实施例的应用方式的说明书。
符号说明
110：可重组电池阵列
110a、110b、110c：电池阵列模块
112a、112b、112c：电池模块
114a、114b、114c：电流模式开关转换器
126：电池组态控制部
128：同步与组态控制部
130：极性变换器
140：控制部
142：控制单元
144：误差补偿单元
200：电网
210：负载
301：风力发电
302：太阳能发电
304：干电池
306：铅酸电池
308：电池阵列(可重组)
Icmd、Icmd1、Icmd2、Icmd3：电流命令
VT、VR、VS：单相交流电压
具体实施方式
图1依据本发明一实施例所绘示的基于电池重组的可展延式三相交流系统的概略示意图。如图1所示，基于电池重组的可展延式三相交流系统(以下简称本系统)100至少包括可重组电池阵列110。可重组电池阵列110可以连接至负载210，或与电网200进行并网。换句话说，本实施例的可重组电池阵列110可以是离网型(stand along)，可以输出单相交流电压、三相交流电压，或是仅输出需要的直流电压。此外，可重组电池阵列110也可以是并网型(grid-tied)，在此组态下，可重组电池阵列110可以与电网200连接。在并网的状态下，可重组电池阵列110产生的电力可以馈入到电网200，即对电网200放电，或者电网200可以对可重组电池阵列110进行充电。此处电网200可以是指智能电网，或一般的电网。
另外，可重组电池阵列110也可以连接到一负载210，以提供电力给该负载210。此负载210例如可以是电动汽机车、汽机车等的马达。马达运转通常需要交流电压，而可重组电池阵列110可以合成出所需要的交流电压给负载210。此外，依据所需，所提供的交流电压可以是单相或三相交流电压。同理，可重组电池阵列110可以提供电力给负载210，亦即放电，而负载210也可以对可重组电池阵列110进行充电。
在此所谓充电或储能，是指电网200或负载210有过剩的电能，对可重组电池阵列110进行充电，亦即储能。在此，电网200或负载210会先由三相交流电转换成单相交流电，之后再转换成直流电，以对重组电池阵列110内的电池模块进行充电。反之，所谓放电或转能，是指可重组电池阵列110有多的电能可以提供给电网200或负载210，故可对电网200或负载210进行放电，亦即转能。在此，可重组电池阵列110会先直流电转成单相交流电，之后再转换成三相交流电，以对电网200或负载210进行放电。
此外，关于可重组电池阵列110，其由多个电池阵列模块所构成，每个电池阵列模块是串联或串并联多个电池模块。通过控制信号，可以选择使用电池模块的数量与串接方式，以因应所需的输出电压(后将详述)。每个电池阵列模块的电池模块数量并无特别限定。另外，电池模块基本上可以是输出直流电压的电池，每个电池模块可以是相同规格(如输出电压、电流等)且是全新的，或者是汰役电池，而且每个电池模块的规格也可以不同。除了一般可以产生直流电的电池外，像太阳能电池或风力等再生能源也是产生直流电，因此也可以用作为电池模块。
因此，通过本实施例，每个电池模块串可以合成出所需要的电压。通过该些电池模块的串接，便可以合成出不同的输出电压，而不需要额外的电压转换电路，更可以节能以及可以进行较精细的电压调整作业。
通过上述架构，本发明的可重组电池阵列110可以进行输出电压的调整(voltagescale)、单相交流电压转三相交流电压的转换，另外产生的三相交流电压可对电网进行并网，且通过多个可重组电池阵列110对电网的并网，可以进行电力的调整(power scale)。
因此，依据本实施例的基于电池重组的可展延式三相交流系统，可重组电池阵列110可以包括执行操作模式的其中一个：由多个电池阵列模块的输出分别产生一相应的单相交流电压；由所述多个电池阵列模块中选择三个，以产生相应的三相交流电压；及从所述多个电池阵列模块中以产生多个三相交流电压，并将所述多个三相交流电压并联，以进行功率展延。亦即，本实施例的基于电池重组的可展延式三相交流系统是集储能与转能于一体的系统架构。接着将逐一说明上述各点的详细运作。
可重组电池阵列与电压调整
首先，说明本实施例的可重组电池阵列。图2绘示本实施例的一个可重组电池阵列的架构示意图。如图2所示，可重组电池阵列可以包括多个的电池阵列模块，在此例以三个电池阵列模块110a、110b、110c来说明，而每一个电池阵列模块110a、110b、110c分别包括多个电池模块112a、112b、112c。每一个电池阵列模块110a、110b、110c分别连接到一电流模式开关转换器(current mode switch converter)114a、114b、114c。以电流模式开关转换器114a为例，其接收电流命令Icmd1，藉以控制电池模块串110a的充电或放电。在此，电流命令可以是脉冲宽度调变(pulse width modulation，PWM)信号。
此外，可重组电池阵列110还包括至少一个电池组态控制部126。电池组态控制部126依据输出电压的需求，输出控制命令，以控制可重组电池阵列110的电池模块的连接组态。此外，电池组态控制部126可以一个控制可重组电池阵列110中的所有电池模块串，也可以每个电池阵列模块110a、110b、110c都对应一个电池组态控制部126。
此外，图3A～3D所示，电池组态控制部126控制可重组电池阵列110的电池模块的连接组态，以产生如图3A所示的一对应的多阶信号(直流，如电池模块112a的输出电压所组成)，之后该多阶信号与电流命令所产生的输出信号(图3B)叠加，以产生全波信号(图3C)。之后，此全波信号经由极性变换器(未绘出)转换成一单相交流电压(图3D)。
例如，电池组态控制部126依据输出电压的需求，输出控制命令给电池阵列模块110a，电池阵列模块110a中的每个电池模块112a可以被设定成被使用(enable mode，En)或旁路(bypass mode，By)，通过每个电池模块112a被设定为被使用或旁路便可以合成出所要的输出电压。因此，依据本实施例，只需要控制各电池模块被使用或不使用，便可以较容易地合成出所需要的电压，而不需要复杂的电压转换电路。
此外，在上述说明中虽然图示了多个电池模块串联成电池阵列模块，但是电池阵列模块也可以由多个电池模块经由串并联而构成一电池阵列。同理，也是可以通过电池组态控制部126来控制电池阵列模块中每个电池模块是使用或不使用。一般而言，当需要大电压时，可以通过串联多个电池模块来实现，当需要大电流时，则可以通过并联多个电池模块来实现。
接着，电流模式开关转换器114是利用电流命令(current command)来控制电池阵列模块，特别是用来控制可重组电池阵列110的充电与放电作用。一般而言，可重组电池阵列110的输出电压可调整的幅度不大，可重组电池阵列110与并网对象的电网200的电压如果差异不大，充放电的双向操作可能不易进行。因此，可以通过电流命令来控制。藉此可以有效地控制可重组电池阵列110对电网200或负载210的放电，亦或电网200或负载210对可重组电池阵列110的充电。因此，根据本实施例，可以通过电流模式开关转换器114的电流命令来进行可重组电池阵列110的充电与放电的双向操作，以进行可重组电池阵列110的储能和转能。
此外，电流命令除了被用来控制可重组电池阵列110的充电与放电的进行外，还可以用来对可重组电池阵列110的输出电压进行信号补偿，使可重组电池阵列110合成出的交流电压的信号质量更好。例如，可重组电池阵列110的输出电压可以传送到一控制电路，由该控制电路进行误差补偿。之后，再产生电流命令给电流模式开关转换器114a、114b、114c等，以对可重组电池阵列110的输出电压进行补偿(后述)。
如上所述，本实施例的可重组电池阵列110基本上一个阶层结构，故可重组电池阵列110可以依据所需的电压，合成出所需要的单相交流电压。此外，当连接到负载210或电网200，可以通过电流模式开关转换器来控制可重组电池阵列进行充电或放电(储能转能)，以达双向操作。另外，如果需要输出直流电压，可重组电池阵列110也可以将直流电压直接输出，而不转换成交流电压。
单相交流电转换三相交流电压
根据本实施例的可重组电池阵列110，可以将各电池模块串110a、110b、110c产生的单相交流电压进行合成，以产生三相交流电压。此外，上述产生的三相交流电压可以与电网200进行并网，也可以连接到需要三相交流电压的负载，例如马达等。一般来说，电网200是三相交流电压，因此可重组电池阵列110中各电池模块串产生的单相交流电压需要先转换成三相交流电压。接着，将说明本实施例的单相交流电转换三相交流电压的动作。
在可重组电池阵列110与电网200进行并网时，有两种型态，一种是离网型(standalong)，亦即与电网200之间是独立的，没有连接。另一种则是并网型(grid-tied)，亦即可重组电池阵列110与电网200已经连接。下面将先说明离网型。
图4绘示本实施例的可重组电池阵列产生三相交流电压的方式。根据本实施例，可重组电池阵列110可以包括多个电池阵列模块。当要产生一三相交流电压时，可以从此多个电池阵列模块选出其中三个电池阵列模块，如图4的电池阵列模块110a、110b、110c。电池阵列模块110a、110b、110c可以依据前面所述的方式各自产生单相交流电压VT、VR、VS，其电压大小例如可以是110V、220V或其他所欲并网的电网的电压大小。接着，将此三个单相交流电压VT、VR、VS进行同步。同步之后，选择其中一个单相交流电压VT作为主(master)，亦即作为相位参考值。接着，以剩下的其中一个单相交流电压VR作为从(slave)，并以电流命令使单相交流电压VR的相位领先单相交流电压VT的相位120度。之后，再以剩下的单相交流电压VS作为从，并以电流命令使单相交流电压VS的相位落后单相交流电压VT的相位120度。藉此，此三组单相交流电压VT、VR、VS的正弦波便产生一组三相交流电压。此三相交流电压便可以传送给如马达等的负载。
此外，若可重组电池阵列110是并网型，亦即可重组电池阵列110是连接于电网200上。在此情形下，电网200是三相交流电压，而可重组电池阵列110产生的多个单相交流电压基本上各自的相位均与电网相同。亦即，在此情况下，可重组电池阵列110产生的单相交流电压并不需要进行相位的调整。此时，直接选择三个单相交流电压作为从，之后再进行相对电网三个相位的同步处理。
功率展延(power scale)
根据本实施例，可重组电池阵列110更可以进行功率展延。在图4，仅绘出三个电池阵列模块110a、110b、110c来说明如何将三个单相交流电压转换成三相交流电压。当可重组电池阵列110包括多个电池阵列模块时，每三个电池阵列模块便可以产生一个三相交流电压。通过将多个三相交流电压进行并联，便可以进行功率的展延。此外，在进行功率展延时，可以从多组三相交流电压，选出其中一组作为主(Master)，其它组的三相交流电压则根据此并联，以达到功率展延。
同理，与上述单相交流电压相同，上述的功率展延也适用于可重组电池阵列110为离网型或并网型，其基本上的动作方式与单相情况相同，在此就不多描述。
图5绘示基于电池重组的可展延式三相交流系统的方块图。如图5所示，可展延式三相交流系统包括可重组电池阵列110、控制部140以及电网200(也可以是图1的负载210)，以下将以电网200来说明。
可重组电池阵列110的各电池阵列模块经由极性变换器130连接到电网200。可重组电池阵列110可以包括多个电池阵列模块，在此为了简洁，仅绘出一个电池阵列模块110a。同先前图2所示，电池阵列模块110a的输出经过极性变换器130可以转换成单相交流电压。取三个单相交流电压VT、VR、VS，藉由图4所说明的方式，可以产生三相交流电压，藉此并入电网200(离网型或并网型均可)。
此外，可重组电池阵列110的电池阵列模块的架构与运作方式如图2所说明的相同，如电池阵列模块110a包括多个电池模块112a，此多个电池模块连接到电流模式开关转换器124a，用以接收PWM信号的电流命令Icmd。通过此电流命令Icmd可以控制电池阵列模块110a对电网200放电或者使电网200对电池阵列模块110a充电。
此外，电流模式开关转换器124a更连接到控制部140，控制部140可以此系统所有功能与运作，图5仅仅绘出说明所需的部分。控制部的核心是一个控制单元142，其例如是数字信号处理器(digital signal processor，DSP)。控制单元142可以接收多个电池阵列模块产生的单相交流电压与三相交流电压，并利用误差补偿单元144来进行回馈，误差补偿单元144可以藉此产生修正后的电流命令Icmd。通过修正后的电流命令Icmd，电池阵列模块110a的输出信号的质量便可以提升。
此外，电池阵列模块110a还可包括同步与组态控制部128。同步与组态控制部128连接到各电池模块112a，可以将电池模块设定为使用(En)或不使用(By)，藉此合成出所要的电压。此外，图5的同步与组态控制部128还包括同步的机制。各电池模块112a的串并联方式，可以参考上面图2的说明。
图6A～6D绘示本发明实施例的可重组电池阵列的电压调整、单相交流电压变换三相交流电压与功率展延的流程图。以下参考图6A～6D与图2、3来说明。图6A绘示本实施例的可重组电池阵列产生单相交流电压的流程示意图。以图2的电池阵列模块110a为例，在步骤S100，可重组电池阵列110的电池阵列模块110a。接着，以步骤S108的电流命令提供给电流模式开关转换器114a，通过此电流命令可以控制电池阵列模块110a进行储能(充电)或转能(放电)，也可以控制电池阵列模块110a的输出信号的质量。在步骤S104，进行电池组态控制。通过如电池组态控制部126，将电池阵列模块110a的电池路径上的各电池模块设为使用(En)或不使用(By)，合成出符合需求的电压。之后，再通过如极性变换器转换成交流电压，最后输出单相交流电压(步骤S106)。换句话说，对多个电池阵列模块的每一个进行电池组态控制，以产生多阶直流电压。之后，将多阶直流电压与电流命令产生的输出信号做叠加，以产生全波直流信号。最后，通过极性变换器，将所述全波直流信号转换成所述单相交流电压。
此外，步骤S106输出的单相交流电压可以再进行回馈，通过步骤S110的信号补偿，于步骤S108产生新的电流命令，之后再提供给电流模式开关转换器114a，藉此控制信号的质量。
图6B绘示本实施例的离网型可重组电池阵列的单相交流电压转三相交流电压的流程示意图。同样，以图2、3的电池阵列模块110a、110b、110c为例，可重组电池阵列110可以包括多个电池阵列模块。在步骤S200，输入(选出)单相交流电压，此单相交流电压的产生可以由图6A和图2所述的方式产生。之后，在步骤S202三个单相交流电压进行同步。在步骤S204，从三个单相交流电压选一个作为主，另两个单相交流电压作为从。接着，在步骤S206，以主单相交流电压的相位为0度，使其中一个从单相交流电压的相位为领先主单相交流电压的相位正120度，并使另一个从单相交流电压的相位为落后主单相交流电压的相位120度。藉此，在步骤S208可以将三个单相交流电压转换成三相交流电压。
经过上述流程产生的三相交流电压可以提供给图1所示的负载210或对电网200进行并网。此外，与负载210连接或并入电网200后，可以通过提供给电流模式开关转换器114a的电流命令，控制可重组电池阵列110对负载210或电网200的充电，或者使负载210或电网200对可重组电池阵列110充电。
图6C绘示本实施例的并网型可重组电池阵列的单相交流电压转三相交流电压的流程示意图。同样，以图2、4的电池阵列模块110a、110b、110c为例。如先前所述，离网型与并网型的差别在于并网型已经连上电网，故不需要将三个单相交流电压取出一个作为主以进行三相交流电压各相的相位调整。在步骤S300，输入(选出)单相交流电压，此单相交流电压的产生可以由图6A和图2所述的方式产生。之后，在步骤S302，使选出的三个单相交流电压都为从(相对于电网)。接着，在步骤S304，将三个单相交流电压相对于电网的三相相位进行同步。在步骤S306，最后并入电网产生三相交流电压。同理，并入电网200后，可以通过提供给电流模式开关转换器114a的电流命令，控制可重组电池阵列110对电网200的充电，或使电网200对可重组电池阵列110充电。
图6D绘示本实施例的可重组电池阵列产生的多个三相交流电压进行功率展延的流程示意图。如图6D所示，在步骤S400，取得多个三相交流电压。例如，可重组电池阵列110可以包含多个电池阵列模块，且一次使用三个电池阵列模块合成一个三相交流电压，并以此方式产生多个三相交流电压。三相交流电压的产生方式是如图6B或6C以及上述说明的方式。之后，在步骤S402、S404，将多个三相交流电压进行并网，并且依据所需要的功率，选择要并多少个三相交流电压。藉此方式，功率也可以较容易地依据所需进行展延。
图7概略地绘示本实施例的应用方式的说明书。如图7所示，本实施例的可重组电池阵列110(如图2所示)中的电池阵列来源例如是一般干电池304、铅酸电池306、电池阵列(由各种电池构成)308等。本实施例的电池模块中的各电池单元可以相同也可以不同，也可以包含汰役电池。当电池单元损坏或效能降低，可以使用可重组电池阵列110来重组电池阵列的电池配置。因此，电池阵列可通过重组的方式来弹性运用。
此外，当本实施例的直流至交流转换应用于混合式发电系统时，还可以风力发电301和太阳能发电302来进行直流电转换交流电，除了提供负载电力外，多余的电可以对可重组电池阵列110充电。当风力发电301和太阳能发电302小于负载的需求时，也可由可重组电池阵列110放电补足。
另外，如图7所示，经由上述的直流交流转换方式，通过可重组电池阵列110可以电池阵列产生的直流电转换成单相交流电，或者也可以将产生的三个单相交流电合成一三相交流电。关于单相与三相交流电的合成方法可以参考上面的说明。产生的交流电可以提供给负载，或者三相交流电也可以并入电网。反之，若电网的电压较大，也可以通过上面的机制反向对可重组电池阵列110的电池模块进行充电。此外，通过产生的多个三相交流电，也可以将这些三相交流电进行合成，藉此对交流电功率进行展延。
因此，本实施例在应用面上可以是双向的，亦即充放电的概念。通过此架构，通过可重组电池阵列110产生的电力可以在直流、交流以及不同大小功率之间进行弹性的运用。此外，构成电池模块的电池单元的来源可以多元化，诸如汰役电池等，因为电池模块可以不采用完全相同的电池单元，成本可以进一步地降低，结构可以更为简化。
如以上所述，根据本发明实施例的基于电池重组的可展延式三相交流系统及其控制方法，可重组电池阵列的电池模块兼容于现有的电池模块，成本可较降低。电池模块的电池可以混搭或使用汰役电池。此外，利用可重组电池阵列，可以直接从直流电合成交流电，不需要复杂的电压转换电路。此外，本发明上可以利用可重组电池阵列合成的单相交流电合成三相交流电，不需要复杂的逆变器电路，更可降低成本与简化系统的操作。此外，产生的三相交流电可以提供给负载，也可与电网进行并网。另外，本发明的可重组电池阵列更可产生多个三相交流电，并将这些三相交流电并联以达到功率的展延。
因此，通过本发明的架构，此系统可在直流、交流以及不同大小功率之间弹性地运用，故具有较佳的用电弹性。再者，可降低系统建构成本，关键元件的应力也可以降低，能源转换的效率也可以较有效地提升。此外，可重组电池阵列的多个电池模块的控制是采用阶层化架构，可以较容易地合成出所需要的电压、电流。因此，本实施例可以提供较佳的用电弹性，即直流、交流电(单相与三相)以及功率展延等多种弹性的使用。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (18)

1.一种基于电池重组的可展延式三相交流系统，包括：
可重组电池阵列，可连接至负载或与电网进行并网，所述可重组电池阵列具有多个电池阵列模块，
其中所述可重组电池阵列执行对所述负载或所述电网进行放电，或使所述负载或所述电网对所述可重组电池阵列进行充电，
其中所述可重组电池阵列包括执行操作模式的其中一个：
由所述多个电池阵列模块的输出分别产生一相应的单相交流电压，
由所述多个电池阵列模块中选择三个，以产生相应的三相交流电压，及
从所述多个电池阵列模块中以产生多个三相交流电压，并将所述多个三相交流电压并联，以进行功率展延。
2.根据权利要求1所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统，其中产生所述单相交流电压包括：
对所述多个电池阵列模块的每一个，进行电池组态控制，以产生多阶直流电压；
将所述多阶直流电压与电流命令所产生的输出信号叠加，以产生全波直流信号；以及
通过极性变换器，将所述全波直流信号变换成所述单相交流电压。
3.根据权利要求1所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统，其中当所述可重组电池阵列为离网型，产生所述三相交流电压还包括：
从选出的所述三个电池阵列模块产生的相应的三个单相交流电压中，选择其中一个作为主单相交流电压，其余两个作为从单相交流电压；
以所述主单相交流电压的相位为基准，使两个所述从单相交流电压的相位分别领先与落后所述主单相交流电压的相位，以产生独立运行的三相交流电压；以及
将所述三相交流电压提供给所述负载，或并入所述电网。
4.根据权利要求1所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统，其中当所述可重组电池阵列为并网型，产生所述三相交流电压还包括：
从选出的所述三个电池阵列模块产生的相应的三个单相交流电压中，作为三个从单相交流电压；以及
分别相对于所述电网的三相位进行同步，将三个所述单相交流电压并入所述电网。
5.根据权利要求1所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统，其中所述多个电池阵列模块分别还包括：
多个电池模块；
电流模式开关转换器，连接所述多个电池模块的一端，并接收电流命令，控制所述电池阵列模块进行所述充电或所述放电；以及
电池组态控制部，与所述多个电池模块连接，用以依据所需的电压输出，设定所述多个电池模块的每一个为使用或不使用。
6.根据权利要求5所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统，其中所述多个电池模块经设置以串并联形成所述电池阵列模块。
7.根据权利要求1所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统，其中所述多个电池阵列模块的每一个包括多个电池模块，所述多个电池模块分别为汰役电池。
8.根据权利要求7所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统，其中所述多个电池模块的每一个的规格为相同或相异。
9.根据权利要求1所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统，其中所述可重组电池阵列依所需，直接输出直流电压。
10.一种基于电池重组的可展延式三相交流系统的控制方法，所述基于电池重组的可展延式三相交流系统包括可重组电池阵列，其可连接至负载或与电网进行并网，所述可重组电池阵列具有多个电池阵列模块，所述控制方法包括：
所述可重组电池阵列执行对所述负载或所述电网进行放电，或使所述负载或所述电网对所述可重组电池阵列进行充电，
其中所述可重组电池阵列包括执行操作模式的其中一个：
由所述多个电池阵列模块的输出分别产生一相应的单相交流电压，
由所述多个电池阵列模块中选择三个，以产生相应的三相交流电压，及
从所述多个电池阵列模块中以产生多个三相交流电压，并将所述多个三相交流电压并联，以进行功率展延。
11.根据权利要求10所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统的控制方法，其中产生所述单相交流电压包括：
对所述多个电池阵列模块的每一个，进行电池组态控制，以产生多阶直流电压；
将所述多阶直流电压与电流命令所产生的输出信号叠加，以产生全波直流信号；以及
将所述全波直流信号进行极性变换成所述单相交流电压。
12.根据权利要求11所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统的控制方法，其中当所述可重组电池阵列为离网型，产生所述三相交流电压还包括：
从选出的所述三个电池阵列模块产生的相应的三个单相交流电压中，选择其中一个作为主单相交流电压，其余两个作为从单相交流电压；
以所述主单相交流电压的相位为基准，使两个所述从单相交流电压的相位分别领先与落后所述主单相交流电压的相位，以产生独立运行的三相交流电压；以及
将所述三相交流电压提供给所述负载，或并入所述电网。
13.根据权利要求10所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统的控制方法，其中当所述可重组电池阵列为并网型，产生所述三相交流电压还包括：
从选出的所述三个电池阵列模块产生的相应的三个单相交流电压中，作为三个从单相交流电压；以及
分别相对于所述电网的三相位进行同步，将三个所述单相交流电压并入所述电网。
14.根据权利要求10所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统的控制方法，其中所述可重组电池阵列基于电流命令，执行所述放电或所述充电。
15.根据权利要求10所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统的控制方法，其中所述多个电池阵列模块的每一个包括多个电池模块，所述多个电池模块分别为汰役电池。
16.根据权利要求15所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统的控制方法，其中所述多个电池模块的每一个的规格为相同或相异。
17.根据权利要求15所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统的控制方法，其中所述多个电池模块经设置以串并联形成所述电池阵列模块。
18.根据权利要求10所述的基于电池重组的可展延式三相交流系统的控制方法，其中所述可重组电池阵列依所需，直接输出直流电压。
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