CN118100332A - 能量调节系统 - Google Patents

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CN118100332A CN202211423966.7A CN202211423966A CN118100332A CN 118100332 A CN118100332 A CN 118100332A CN 202211423966 A CN202211423966 A CN 202211423966A CN 118100332 A CN118100332 A CN 118100332A
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Abstract

本发明提供一种能量调节系统，电性连接电源、负载，以及锂电池结构的第一储能装置；能量调节系统包含第二储能装置、至少一转换器以及控制器：其中第二储能装置为电容结构，与电源或负载电性连接；转换器电性连接于第一储能装置与第二储能装置之间，传递输出电压以及输出电流；控制器用以检测所述第一储能装置的第一电压值、第一电流值，或者第二储能装置的第二电压值，当第二储能装置的第二电压值小于参考电压值时，以第一储能装置作为电力来源，对第二储能装置进行充电至参考电压值，控制器控制转换器传递输出电压以及输出电流。

Description

能量调节系统
技术领域
本发明涉及一种存储系统，尤其涉及一种能量调节系统。
背景技术
电网主要的概念是将负载与电源整合成一个可控制的储能系统來供应电能给使用者，目前随着再生能源装置量日渐增加，绿电价格竞争力逐渐上升，然而绿能的间歇性特性，还需要储能系统来存储多余的电力，才能顺利调度电力与电网的稳定性及输出平滑化，功率调节系统(Power Conditioning System，以下简称PCS)则是并在电网上，用来调控电网的电力，功率调节系统除了紧急备援用电外，也可解决再生能源不稳定，因频率过低而造成的低频跳电问题，同时还可以存储再生能源，用于削峰填谷；基于传统电力系统将面临大量再生能源并入电网后造成的不稳定性，电力公司引进储能自动频率控制调频服务(Automatic Frequency Control，以下简称AFC)，利用储能系统具有快速充放电的特性，通过主动调整充放电动作调节电力系统频率，可帮助维持电力系统因负载波动造成的频率飘移，极适宜作为再生能源高占比下的系统稳定因应方案，其实际用途为吸收或补充电网上的短时间过载及欠载，在电网系统具备削峰填谷、频率调整与快速调节电能，并进行能量转移或存储再生能源输出的电能，提供给电网进行调度、客户端负载与再生能源发电设施间的实、虚功率调节快速反应特性等多样化功能，提供再生能源的输出平滑化、调整电网频率、备用电源等不同的服务，以协助电网达到稳定供电的责任，由于铅酸电池寿命短，因此储能系统大部分采用锂电瓶或锂铁电瓶担任，理论上锂电瓶或锂铁电瓶的寿命可延长数倍，但是锂电瓶或锂铁电瓶因为要吸收或补充电网上的过载及欠载或开机与充放电的瞬间突流，而需要执行约大于等于2.0C的大充放电流以及约小于等于1.0C的小频繁充放电流，而影响或消耗掉锂电瓶或锂铁电瓶使用寿命，以锂电瓶或锂铁电瓶存储最大电量小于等于70％即需更换为标准，锂电瓶或锂铁电瓶使用寿命将低于5年。
电动机车或电动车利用具有快速充放电的特性的锂电瓶或锂铁电瓶作为储能系统，存储剎车或低速的动力回收系统电能或供电电动车的电动马达或电气装置等电力需求，由于锂电瓶或锂铁电瓶因为要存储或供应电动车电力的过载及欠载或启动与动力回收的瞬间突流，而需要执行约大于等于2.0C的大充放电流以及约小于等于1.0C的小频繁充放电流，而影响或消耗掉锂电瓶或锂铁电瓶使用寿命，以锂电瓶或锂铁电瓶存储最大电量小于等于70％即需更换为标准，锂电瓶或锂铁电瓶使用寿命将低于5年。
发明内容
有鉴于上述缺失，并为达成上述改善目的，本发明所揭能量调节系统，电性连接一电源、一负载，以及锂电池结构的第一储能装置；所述能量调节系统包含：第二储能装置为一电容结构，与所述电源或所述负载电性连接，在一储电模式，以所述电源作为电力来源，对第二储能装置进行充电，或经过第二储能装置对第一储能装置进行充电，在一转储模式，以第一储能装置作为电力来源，对第二储能装置进行充电，或经过第二储能装置对负载进行放电；至少一转换器，电性连接于第一储能装置与第二储能装置之间，于储电模式或转储模式中，传递一输出电压以及一输出电流；以及一控制器，用以检测第一储能装置的第一电压值、第一电流值，或者第二储能装置的第二电压值，其中，第二储能装置分别设定第二上限电压值、第二下限电压值以及一参考电压值，所述参考电压值介于第二上限电压值与第二下限电压值之间，第二储能装置的第二电压值小于所述参考电压值时，以第一储能装置作为电力来源，对第二储能装置进行充电至所述参考电压值，控制器控制转换器传递输出电压以及输出电流，避免锂电池结构的第一储能装置大电流充电或放电，达到保护锂电池结构的第一储能装置的目的。
为了达成上述目的，本发明所揭能量调节系统，其中，所述负载为一功率调节系统、一电动马达或一电气装置。
为了达成上述目的，本发明所揭能量调节系统，其中，所述电源为一功率调节系统、一发电机或一动力回收系统。
为了达成上述目的，本发明所揭能量调节系统，其中，所述参考电压值为所述负载的一额定工作电压值。
为了达成上述目的，本发明所揭能量调节系统，其中，所述参考电压值系大于等于负载的一下限工作电压值且小于等于负载的一上限工作电压值。
为了达成上述目的，本发明所揭能量调节系统，其中，所述第二上限电压值为所述负载的一上限工作电压值减去一裕度值，所述第二下限电压值为所述负载的一下限工作电压值加上所述裕度值，所述裕度值为大于等于零的任一数值。
为了达成上述目的，本发明所揭能量调节系统，其中，当电源对第二储能装置进行充电时，控制器检测第二储能装置的第二电压值超过介于所述参考电压值与第二上限电压之间的一上中限电压值时，控制器调节转换器允许电源经过第二储能装置对第一储能装置进行充电。
为了达成上述目的，本发明所揭能量调节系统，其中，将所述参考电压值与第二上限电压值相加后除以2，得到所述上中限电压值。
为了达成上述目的，本发明所揭能量调节系统，其中，以所述电源对所述第二储能装置进行充电，或经过所述第二储能装置对第一储能装置进行充电时，充电电流介于0C与1.0C之间，直到第一储能装置的第一电流值达到第一下限电流值。
为了达成上述目的，本发明所揭能量调节系统，其中，所述第二储能装置包含一预留储电区，提供负载瞬间过载的电力存储需求，与一预存电力区，提供负载瞬间欠载的电力供应需求，避免所述第一储能装置大电流充电或放电，延长所述第一储能装置的寿命。
为了达成上述目的，本发明所揭能量调节系统，其中，于省电模式的唤醒阶段，控制器检测第二储能装置的第二电压值低于所述第二下限电压值或介于所述参考电压值与第二下限电压值之间的一下中限电压值，进入转储模式，控制器控制转换器允许第一储能装置对第二储能装置进行充电。
为了达成上述目的，本发明所揭能量调节系统，其中，将所述参考电压值与第二下限电压值相加后除以2，得到所述下中限电压值。
为了达成上述目的，本发明所揭能量调节系统，其中，第一储能装置对第二储能装置进行充电，充电电流介于0C与2.0C之间，直到第二储能装置的第二电压值达到所述参考电压值。
有关本发明所揭能量调节系统的详细构造、特点、组装或使用方式，将于后续的实施方式详细说明中予以描述。然而，在本发明领域技术人员应能了解，所述等详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅系用于说明本发明，并非用以限制本发明的权利要求。
附图说明
图1为能量调节系统的示意图。
具体实施方式
以下，配合各附图列举对应的较佳实施例来对本发明所揭能量调节系统的组成构件、步骤及达成功效来作说明，然各附图中能量调节系统的构件、尺寸及外观仅用来说明本发明的技术特征，而非对本发明构成限制。
此外，在本文中所使用的用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指“包含但不限于”。此外，本文中所使用的“和/或”，包含相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。
参考图1所示能量调节系统100的示意图，本发明所揭能量调节系统100提供电容结构的第二储能装置20、转换器30和控制器40的组合架构，能量调节系统100电性连接电源400、负载500，以及锂电池结构的第一储能装置10，其中锂电池结构的第一储能装置10包含锂(铁)电池、三元锂电池等任一项或其组合，电容结构的第二储能装置20包含超级电容、超级电容组、电容组等任一项或其组合，电容结构的第二储能装置20与电源400或负载500电性连接，电源400或负载500经由电容结构的第二储能装置20连接至转换器30后再连接至锂电池结构的第一储能装置10，当电源400供电时，即在一储电模式，以所述电源400作为电力来源，对电容结构的第二储能装置20进行充电，或着通过控制器40控制转换器30传递输出电压V1crg以及输出电流I1crg，使电源400经过电容结构的第二储能装置20及转换器30对锂电池结构的第一储能装置10进行充电，锂电池结构的第一储能装置10用来存储电量，亦即，电源400传输的电能得以经由转换器30回充至锂电池结构的第一储能装置10，电源400或负载500产生的突波，以及瞬间的过载或欠载将由电容结构的第二储能装置20存储或供应，当电容结构的第二储能装置20缺电时或需供电给负载500时，即在一转储模式，以锂电池结构的第一储能装置10作为电力来源，通过控制器40控制转换器30传递输出电压V2crg以及输出电流I2crg，允许锂电池结构的第一储能装置10对电容结构的第二储能装置20进行充电，或者负载500以锂电池结构的第一储能装置10以及电容结构的第二储能装置20作为电力供电来源，允许锂电池结构的第一储能装置10经过电容结构的第二储能装置20对负载500进行放电，锂电池结构的第一储能装置10提供电容结构的第二储能装置20因自耗电损失或供电负载500所需求的电量。
能量调节系统100的控制器40通过电压测量器(图未示)以及电流测量器(图未示)分别测量锂电池结构的第一储能装置10的第一电压值V1、第一电流值I1，或者电容结构的第二储能装置20的第二电压值V2，其中，电容结构的第二储能装置20分别设定第二上限电压值V2max、第二下限电压值V2min以及一参考电压值VR，第二上限电压值V2max较佳为设定至负载500的上限工作电压值，第二下限电压值V2min较佳为设定至负载500的下限工作电压值，亦可保留一裕度值，所述裕度值为大于等于零的任一数值，将第二上限电压值V2max设定至负载500的上限工作电压值减去所述裕度值，将第二下限电压值V2min设定至负载500的下限工作电压值加上所述裕度值，但本发明并不以此为限，所述参考电压值VR介于第二上限电压值V2max与第二下限电压值V2min之间，其中锂电池结构的第一储能装置10的第一电压值V1、第一电流值I1以及电容结构的第二储能装置20的第二电压值V2分别提供控制器40，控制器40藉以调节转换器30的输出电压以及输出电流，使所述电容结构的第二储能装置20的所述第二电压值V2维持在所述参考电压值VR进行充电或放电，避免锂电池结构的第一储能装置10大电流充电或放电，达到保护锂电池结构的第一储能装置10的目的。
能量调节系统100的转换器30包含一关闭状态、一充电控制状态以及一放电控制状态，关闭状态为转换器30不进行充电或放电动作，充电控制状态为电源400经由电容结构的第二储能装置20连接到转换器30对锂电池结构的第一储能装置10充电，放电控制状态为锂电池结构的第一储能装置10经由转换器30对电容结构的第二储能装置20充电，控制器40依据检测的锂电池结构的第一储能装置10或电容结构的第二储能装置20的至少一电性特性，控制转换器30于关闭状态、充电控制状态以及放电控制状态间切换。
以上说明本发明的能量调节系统100的组成，随后，详述本发明的能量调节系统100的运作及功效。
参考图1所示第一实施例，以电网为例，本发明提供一种能量调节系统100用于电网，其中锂电池结构的第一储能装置10包含锂(铁)电池、三元锂电池等任一项或其组合，锂电池结构的第一储能装置10是由n个锂电池串并聯所组成，n大于等于1，电容结构的第二储能装置20包含超级电容、超级电容组、电容组等任一项或其组合，电容结构的第二储能装置20是由m个超级电容串并聯所组成，m大于等于1，电源400为电网的功率调节系统或再生能源或发电机等，负载500为电网的功率调节系统或为用户负载的电气装置，当电网供电或有瞬间欠载时，即在一储电模式，控制器40提供转换器30对应于充电控制状态的控制讯号CScrg，电容结构的第二储能装置20电性连接至电网的功率调节系统，以电网的功率调节系统作为电力来源，对电容结构的第二储能装置20进行充电，或者，通过控制器40控制转换器30传递一输出电压V1crg以及一输出电流I1crg，电网的功率调节系统经由电容结构的第二储能装置20连接至转换器30对锂电池结构的第一储能装置10进行充电，锂电池结构的第一储能装置10用来存储电量，亦即，电网的功率调节系统输出的电能得以经由转换器30回充至锂电池结构的第一储能装置10；当电网缺电或有瞬间过载时，即在一转储模式，控制器40控制转换器30切换至放电控制状态CSdiscrg，以锂电池结构的第一储能装置10作为电力来源，通过控制器40控制转换器30传递输出电压V2crg以及输出电流I2crg，控制器40调节转换器30允许锂电池结构的第一储能装置10对电容结构的第二储能装置20进行充电，或者以锂电池结构的第一储能装置10以及电容结构的第二储能装置20作为电力供电来源，允许锂电池结构的第一储能装置10经过转换器30连接电容结构的第二储能装置20对电网的功率调节系统或电气装置进行放电，锂电池结构的第一储能装置10提供电容结构的第二储能装置20因自耗电或电网的供电功率调节系统或电气装置造成的电量损失，电网功率调节系统偶发的瞬间电压跳动将由电容结构的第二储能装置20吸收或补充，稳定电网的供电质量。
在第一实施例中，以电网为例，锂电池结构的第一储能装置10通过6组15颗串联的锂电池单元以并联电性连接组成为例，多个锂电池单元的串联及并联组成锂电池结构的第一储能装置10仅为本发明一实施例，并非本发明权利范围的限制，本发明的锂电池结构的第一储能装置10可以是锂(铁)电池、三元锂电池等任一项或其串联和/或并联组合，此实施例中，锂电池单元的容量为6.0Ahr(安时)，充电截止电压值3.6伏特，额定电压值3.2伏特，放电截止电压值3伏特，因此锂电池结构的第一储能装置10充电截止电压值为3.6伏特×15＝54伏特，锂电池结构的第一储能装置10额定电压值为3.2伏特×15＝48伏特，锂电池结构的第一储能装置10放电截止电压值为2.8伏特×15＝42伏特，锂电池结构的第一储能装置10电池容量为6.0Ahr(安时)×6＝36Ahr(安时)，目前超级电容单元的容量可以做到很大，从几法拉到数千法拉甚至万法拉，但单一单元的电压较低，电容结构的第二储能装置20以20颗超级电容单元450F(法拉(Farad))串联电性连接所组成超级电容组为例，超级电容单元额定电压值为3.0伏特，超级电容组额定电压值为3.0伏特×20＝60伏特，以电网功率调节系统的工作电压范围介于40伏特与54伏特之间，额定工作电压为42伏特为例，设定超级电容组的第二上限电压值V2max为54伏特，超级电容组的第二下限电压值V2min为40伏特，在一浮充模式下，所述第二储能装置20的所述参考电压值VR系大于等于负载500的一下限工作电压值且小于等于负载500的一上限工作电压值，或者，所述参考电压值VR为负载500的额定工作电压值，第一实施例以负载500为电网功率调节系统的额定工作电压值42伏特为例说明，作为超级电容组的参考电压值VR，也就是浮充电压值，所述控制器40检测所述第二储能装置20的所述第二电压值V2低于所述参考电压值VR时，进入所述转储模式，所述控制器40控制所述转换器30允许所述第一储能装置10对所述第二储能装置20进行充电，直到所述第二储能装置20的所述第二电压值V2达到所述参考电压值VR。
进一步说明第一实施例具体运作方式，本发明能量调节系统100不仅能保护锂电池结构的第一储能装置10而不受负载500或电源400开关机或充放电突波冲击，而且设计适当电容结构的第二储能装置20的容量，并且在所述浮充模式下，于电容结构的第二储能装置20的第二上限电压值V2max以及第二下限电压值V2min之间的参考电压值VR进行浮充，利用参考电压值VR与第二上限电压值V2max之间的预留储电区作为电容结构的第二储能装置20存储瞬间的充电电力之用，以吸收电网的功率调节系统或再生能源或发电机等所传输的瞬间突流或过载电力，同时可利用参考电压值VR与第二下限电压值V2min之间的预存电力区所存储的能量作为电容结构的第二储能装置20提供瞬间放电电力需求，以补充电网的功率调节系统的瞬间欠载电力之用，也因为绝大部份电网的功率调节系统的瞬间过载电力由电容结构的第二储能装置20吸收后存储，之后再补充电能回电网的功率调节系统，当电容结构的第二储能装置20存储电网上电源400的回收电力时，以电网的功率调节系统或再生能源或发电机等作为电力来源，对电容结构的第二储能装置20进行充电时，控制器40检测电容结构的第二储能装置20的第二电压值V2超过介于所述参考电压值VR与第二上限电压值V2max之间的一上中限电压值时，其中，上中限电压值的设定，可以将所述参考电压值VR与第二上限电压值V2max相加后除以2，得到所述上中限电压值，但本发明不限于此，进入储电模式，将电网上电源400的回收电力充电至锂电池结构的第一储能装置10，通过触动控制器40下指令调节转换器30允许电网的电源400的回收电力经过电容结构的第二储能装置20对锂电池结构的第一储能装置10进行充电时，充电电流介于0C与1.0C之间或锂电池结构的第一储能装置10的额定最大充电电流值内的其他电流值，其中C用来表示电池在充电或放电时所用的电流，例如：额定容量36安培小时的电池，1.0C即为36安培，直到锂电池结构的第一储能装置10的所述第一电压值V1已达依需求设定的第一上限电压值V1max，较佳为设定至充电截止电压值，或者，直到锂电池结构的第一储能装置10的所述第一电流值I1达到一第一下限电流值I1min，第一下限电流值I1min可以设定为0.2C，但本发明并不以此为限，控制器40检测锂电池结构的第一储能装置10的第一电流值I1达到一第一下限电流值I1min，由控制器40提供对应于关闭状态的控制讯号CSoff给转换器30，使转换器30切换至关闭状态，不进行充电动作，如此可以避免锂电池结构的第一储能装置10过度充电，若锂电池结构的第一储能装置10回收不及或已达第一上限电压值V1max，导致电容结构的第二储能装置20的第二电压值V2持续上升至第二上限电压值V2max，能量调节系统100可以限制电流输入或选择性加入能耗装置(图未示)，例如：电阻器，以阻止或消耗回收不及的能量。
本发明的能量调节系统100，还包含一休眠省电模式，在第一实施例中，当本发明能量调节系统100供电给电网的功率调节系统，电容结构的第二储能装置20的浮充放电电流小于等于一预设电流值，例如50毫安，即进入休眠省电模式的一唤醒阶段。
在第一实施例中，当本发明能量调节系统100供电给电网的功率调节系统，控制器40检测电容结构的第二储能装置20的第二电压值V2低于所述参考电压值VR时，或者，当本发明能量调节系统100进入休眠省电模式的唤醒阶段，控制器40检测电容结构的第二储能装置20的第二电压值V2低于第二下限电压值V2min或第二电压值V2低于介于所述参考电压值VR与第二下限电压值V2min之间的一下中限电压值时，进入转储模式，控制器40控制转换器30允许锂电池结构的第一储能装置10对电容结构的第二储能装置20进行充电，以锂电池结构的第一储能装置10作为电力来源，控制器40控制转换器30传递输出电压V2crg以及输出电流I2crg，以电流介于0C与2.0C之间或锂电池结构的第一储能装置10的额定最大放电电流内的其他电流值放电供电及充电，直到电容结构的第二储能装置20的第二电压值V2达到所述参考电压值VR，避免锂电池结构的第一储能装置10大电流放电，达到保护锂电池结构的第一储能装置10，或者，由电容结构的第二储能装置20的预存电力区所存储的能量以及锂电池结构的第一储能装置10电力以电流介于0C与2.0C之间或锂电池结构的第一储能装置10的额定最大放电电流值内的其他电流值共同放电，协助满足电网的功率调节系统电力需求，如此可有效管控锂电池结构的第一储能装置10放电电流，达到延长锂电池结构的第一储能装置10寿命。
参考图1所示第二实施例，以电动车为例，本发明第二实施例与第一实施例的能量调节系统100大致相同，两者的差异处仅在于：电源400为发电机、充电站、市电或电动车的动力回收系统等任一项或其组合，用于提供电动车的储能系统所需电量，负载500为电动车的电动马达或电气装置等任一项或其组合；电容结构的第二储能装置20分别直接电性连接至发电机、充电站、市电或动力回收系统与电动车的电动马达或电气装置，转换器30位于锂电池结构的第一储能装置10与电容结构的第二储能装置20之间，并且分别电性连接锂电池结构的第一储能装置10与电容结构的第二储能装置20，控制器40控制转换器30传递输出电压以及输出电流。
在第二实施例中，电容结构的第二储能装置20系以超级电容组为例说明，利用超级电容组电性连接至电动车的动力回收系统或电动车的电动马达或电气装置，当动力回收系统输出电能时，即在一储电模式，控制器40提供转换器30对应于充电控制状态的控制讯号CScrg，以动力回收系统作为电力来源，动力回收系统输出的电能经由超级电容组连接至转换器30后再连接至锂电池结构的第一储能装置10，通过控制器40控制转换器30传递输出电压V1crg以及输出电流I1crg，对超级电容组进行充电，或经过超级电容组对锂电池结构的第一储能装置10进行充电，锂电池结构的第一储能装置10用来存储电量，亦即，动力回收系统输出的电能得以直接由超级电容组吸收存储，或是经由转换器30回充至锂电池结构的第一储能装置10，当超级电容组缺电时或需供电电动车的电动马达或电气装置时，即在一转储模式，以锂电池结构的第一储能装置10作为电力来源，控制器40调节转换器30允许锂电池结构的第一储能装置10对超级电容组进行充电，或者电动车的电动马达或电气装置以锂电池结构的第一储能装置10以及超级电容组作为电力供电来源，允许锂电池结构的第一储能装置10经过超级电容组对电动车的电动马达或电气装置进行放电，锂电池结构的第一储能装置10提供超级电容组因自耗电或供电给电动车的电动马达或电气装置所需的电量，电动马达偶发的瞬间突流或大电流拉载将由超级电容组存储或供应，以稳定电力系统的供电质量。
在第二实施例中，以电动车锂电池结构的第一储能装置10通过6组15颗串联的锂电池单元以并联电性连接组成为例，多个锂电池单元的串联及并联组成锂电池结构的第一储能装置10仅为本发明一实施例，并非本发明权利范围的限制，本发明的锂电池结构的第一储能装置10可以是锂(铁)电池、三元锂电池等任一项或其串联和/或并联组合，此实施例中，锂电池单元的充电截止电压值4.2伏特，额定电压值3.6伏特，放电截止电压值3伏特，每组锂电池容量4.9Ahr(安时)，“电池容量”由电池所存储的电荷的度量，一般以安培小时(安时，Ahr)，因此锂电池结构的第一储能装置10充电截止电压值为4.2伏特×15＝63伏特，锂电池结构的第一储能装置10额定电压值为3.6伏特×15＝54伏特，锂电池结构的第一储能装置10放电截止电压值为2.8伏特×15＝42伏特，锂电池结构的第一储能装置10电池容量为4.9Ahr(安时)×6＝29.4Ahr(安时)。
本发明能量调节系统100，在第二实施例中，当本发明能量调节系统100供电给电动车的电动马达或电气装置时，超级电容组的浮充放电电流小于等于一预设电流值，例如50毫安，即进入休眠省电模式的唤醒阶段。
当本发明能量调节系统100供电给电动车的电动马达或电气装置时，控制器40检测超级电容组的的第二储能装置20第二电压值V2下降至低于所述参考电压值VR时，或者，当本发明能量调节系统100进入休眠省电模式的唤醒阶段，控制器40检测超级电容组的第二储能装置20的第二电压值V2低于所述第二下限电压值V2min或第二电压值V2低于介于所述参考电压值VR与第二下限电压值V2min之间的一下中限电压值，其中下中限电压值的设定，可以将所述参考电压值VR与第二下限电压值V2min相加后除以2，得到所述下中限电压值，但本发明不限于此，进入转储模式，控制器40控制转换器30切换至放电控制状态CSdiscrg，以锂电池结构的第一储能装置10作为电力来源，允许锂电池结构的第一储能装置10连接转换器30对超级电容组进行充电，即通过控制器40控制转换器30传递输出电压V2crg以及输出电流I2crg，对超级电容组进行充电至所述参考电压值VR，将电力预先存储至超级电容组的第二储能装置20的预存电力区，锂电池结构的第一储能装置10，以电流介于0C与2.0C之间或锂电池结构的第一储能装置10的额定最大放电电流内的其他电流值放电供电及充电超级电容组，或者，由超级电容组的预存电力区所存储的能量，以及锂电池结构的第一储能装置10以电流介于0C与2.0C之间或锂电池结构的第一储能装置10的额定最大放电电流内的其他电流值共同放电，协助满足电动车的电动马达或电气装置的电力需求，经由转换器30以充电电流介于.0C与2.0C之间放电浮充超级电容组及供电电动车的电动马达或电气装置，避免锂电池结构的第一储能装置10大电流放电，达到延长锂电池结构的第一储能装置10寿命。
本发明能量调节系统100，在第二实施例中，以电动马达的工作电压42伏特±10伏特为例，电动马达的额定工作电压为42伏特，第二上限电压值V2max较佳设定为电动马达的上限工作电压值减去一裕度值，例如本范例电动马达的上限工作电压值为52伏特，裕度值为1伏特，因此第二上限电压值V2max为52伏特-1伏特＝51伏特，第二下限电压值V2min较佳设定为电动马达的下限工作电压值加上所述裕度值，例如本范例电动马达的下限工作电压值为32伏特，裕度值为1伏特，因此第二下限电压值V2min为32伏特+1伏特＝33伏特，以超级电容组为电容结构的第二储能装置20为例，在一浮充模式下，所述第二储能装置20的所述参考电压值VR大于等于负载500的一下限工作电压值且小于等于负载500的一上限工作电压值，或者，所述参考电压值VR为负载500的额定工作电压值，第二实施例以负载500为电动马达的额定工作电压值42伏特为例说明，作为超级电容组的参考电压值VR，也就是浮充电压值，所述控制器40检测所述第二储能装置20的所述第二电压值V2低于所述参考电压值VR时，进入所述转储模式，所述控制器40控制所述转换器30允许所述第一储能装置10对所述第二储能装置20进行充电，直到所述第二储能装置20的所述第二电压值V2达到所述参考电压值VR。
当电动车动力回收系统回收电力，超级电容组存储动力回收系统的回收电力时，以动力回收系统作为电力来源，对超级电容组进行充电存储回收的动力至预留储电区，当超级电容组电压持续上升至第二上限电压值V2max，即本实施例的51伏特时，可识别为机械式剎车介入始点，控制器40同时关掉电动马达的动力回收功能，当超级电容组电压降低后，例如小于等于49伏特，重启电动马达的动力回收功能；另一实施方式为，当控制器40检测超级电容组的第二储能装置20的第二电压值V2超过介于所述参考电压值VR与第二上限电压值V2max之间的一上中限电压值时，其中，上中限电压值的设定，可以将所述参考电压值VR与第二上限电压值V2max相加后除以2，得到所述上中限电压值，于此实施例中可设定为(42+51)/2＝46.5伏特，但本发明不限于此，进入储电模式，将动力回收系统的回收电力充电至锂电池结构的第一储能装置10，通过触动控制器40下指令调节转换器30允许动力回收系统的回收电力经过超级电容组对锂电池结构的第一储能装置10进行充电时，充电电流介于0C与1.0C之间或锂电池结构的第一储能装置10的额定最大充电电流值内的其他电流，以转换器30有升压充电实质约0.5C充电电流为例，直到锂电池结构的第一储能装置10的所述第一电压值V1已达依需求设定至较第一下限电压值V1min高的第一上限电压值V1max，较佳为设定至锂电池结构的充电截止电压值，或者，直到锂电池结构的第一储能装置10的所述第一电流值I1达到一第一下限电流值I1min，第一下限电流值I1min可以设定为0.2C，但本发明并不以此为限，控制器40检测锂电池结构的第一储能装置10的第一电流值I1达到一第一下限电流值I1min，由控制器40提供对应于关闭状态的控制讯号CSoff给转换器30，使转换器30切换至关闭状态，不进行充电动作，如此可以避免锂电池结构的第一储能装置10过度充电，若锂电池结构的第一储能装置10仍回收不及导致超级电容组的第二储能装置20的第二电压值V2持续上升至第二上限电压值V2max，能量调节系统100可以选择性加入机械式剎车或能耗装置(图未示)，例如：电阻器，以消耗回收不及的能量。
当电容结构的第二储能装置20由超级电容组以1个串联20颗400F超级电容并联所组成时，超级电容组于42伏特浮充下已经暂时存储于预存电力区的能量有400F/20×(42伏特–33伏特)＝180AS(安秒)，另外，能量调节系统100可经由锂电池结构的第一储能装置10以例如2.0C的放电电流可再供应给电动车的电动马达瞬间加速下可输出的电流为2×29.4安培＝58.8安培，如此，能量调节系统100在超级电容组降至第二下限电压值V2min的33伏特的工作截止电压值前，可由预存电力区与2.0C放电供应共约180+58.8＝238.8AS(安秒)的能量足够支撑电动马达于2秒以内到达4.0C＝4×29.4＝118安培的加速需求，可有效降低锂电池结构的第一储能装置10瞬间放电电流至少约2.0C或以上，达到延长锂电池结构的第一储能装置10寿命。虽然电动马达放电瞬间有突流，但因能量调节系统100浮充设计，预留储电区可以吸收电动马达开机或运转过程中所产生的突流。
当电容结构的第二储能装置20由超级电容组以1个串联20颗400法拉的超级电容并联所组成时，超级电容组由浮充的参考电压值VR上升至第二上限电压值V2max可于预留储电区存储的回收能量有400F/20×(51伏特–42伏特)＝180AS(安秒)，可回收的电力约有180安秒×(51+42)/2伏特＝0.0023千瓦小时，千瓦小时是指1度电，在例如40Km的续航力使用时，若每次剎车可回收0.0023度的电量，则剎车50次，动力回收系统的回收电力可回收约0.1度，约占6％以上电力回收率。
本发明的能量调节系统100，当超级电容组浮充放电电流小于等于50毫安或其他电流时，能量调节系统100进入休眠省电模式，在休眠省电模式的唤醒阶段每秒醒来10毫秒或其他，当超级电容组的第二储能装置20的第二电压值V2低于介于所述参考电压值VR与第二下限电压值V2min之间的一下中限电压值，其下中限电压值的设定，可以是将所述参考电压值VR与第二下限电压值V2min相加后除以2，得到所述下中限电压值，或者，设定所述第二下限电压值V2min为所述下中限电压值，但本发明不限于此，例如当电容结构的第二储能装置20由超级电容组以1个串联20颗额定电压值2.7伏特的超级电容所组成时，下中限电压值可设定为(42伏特+33伏特)/2＝37.5伏特，或者设定为第二下限电压值V2min的33伏特时，再唤醒能量调节系统100进行浮充动作。
第二实施例中，本发明能量调节系统100，在所述浮充模式下，利用超级电容组的参考电压值VR与第二上限电压值V2max之间的预留储电区的存储空间作为超级电容组存储瞬间的充电电力之用，以存储动力回收系统所传输的瞬间电力，同时利用超级电容组的参考电压值VR与第二下限电压值V2min之间的预存电力区所存储的能量作为超级电容组提供瞬间放电所需的电力之用，以补充电动车的电动马达或电气装置的瞬间负载电力之用，锂电池结构的第一储能装置10用来存储与提供电力，超级电容组作为电动车启动、剎车及动力回收时的突流吸收装置以保护锂电池结构的第一储能装置10，因此本发明能量调节系统100具有提供电动马达开机瞬间突流、存储动力回收系统回收充电电流，以及降低锂电池结构的第一储能装置10约2.0C或以上的瞬间加速供电电流等功能。
本发明所揭能量调节系统100作为锂电池结构的第一储能装置10与电源400或负载500之间存储、平衡及传递电力之用，能量调节系统100因内建有控制器40及转换器30的充放电机制，因此，本发明能量调节系统100具有的功能，包括吸收电源400或负载500的开机突流、存储电源400的突流或充电电流，以及在电容结构的第二储能装置20的瞬间大电流辅助供电下，有效降低约2.0C或以上的锂电池结构的第一储能装置10瞬间放电电流，避免锂电池结构的第一储能装置10大电流充电或放电，达到保护锂电池结构的第一储能装置10的目的。
本发明所揭能量调节系统100所应用不以电动机车、电动车、电网的功率调节系统为限，且能量调节系统100本身可以与锂电池结构的第一储能装置10组合后成为一个独立电瓶装置，达到保护并且延长锂电池结构的第一储能装置10的使用寿命，同时能量调节系统100满足蓄电、稳压以及大电流的需求，其中电容结构的第二储能装置20稳压让电源400或负载500更有效率及稳定。
最后，强调，本发明于前揭实施例中所揭示的构成组件，仅为举例说明，并非用来限制本案的范围，其他等效组件的替代或变化，亦应为本案的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种能量调节系统，电性连接一电源、一负载，以及锂电池结构的一第一储能装置，其特征在于，包括：
第二储能装置为电容结构，与所述电源或所述负载电性连接，在储电模式，以所述电源作为电力来源，对所述第二储能装置进行充电，或经过所述第二储能装置对所述第一储能装置进行充电，在转储模式，以所述第一储能装置作为电力来源，对所述第二储能装置进行充电，或经过所述第二储能装置对所述负载进行放电；
至少一转换器，电性连接于所述第一储能装置与所述第二储能装置之间，于所述储电模式或所述转储模式中，传递输出电压以及输出电流；以及
控制器，用以检测所述第一储能装置的第一电压值、第一电流值，或者所述第二储能装置的第二电压值，其中，所述第二储能装置分别设定第二上限电压值、第二下限电压值以及参考电压值，所述参考电压值介于所述第二上限电压值与所述第二下限电压值之间，所述第二储能装置的所述第二电压值小于所述参考电压值时，以所述第一储能装置作为电力来源，对所述第二储能装置进行充电至所述参考电压值，所述控制器控制所述转换器传递所述输出电压以及所述输出电流，避免所述第一储能装置大电流充电或放电，达到保护所述第一储能装置的目的。
2.根据权利要求1所述的能量调节系统，其特征在于，其中所述负载为功率调节系统、电动马达或电气装置。
3.根据权利要求1所述的能量调节系统，其特征在于，其中所述电源为功率调节系统、发电机或动力回收系统。
4.根据权利要求1所述的能量调节系统，其特征在于，其中所述参考电压值为所述负载的额定工作电压值。
5.根据权利要求1所述的能量调节系统，其特征在于，其中所述参考电压值大于等于所述负载的下限工作电压值且小于等于所述负载的上限工作电压值。
6.根据权利要求1所述的能量调节系统，其特征在于，其中所述第二上限电压值为所述负载的上限工作电压值减去裕度值，所述第二下限电压值为所述负载的下限工作电压值加上所述裕度值，所述裕度值为大于等于零的任一数值。
7.根据权利要求1所述的能量调节系统，其特征在于，其中当所述电源对第二储能装置进行充电时，所述控制器检测所述第二储能装置的所述第二电压值超过介于所述参考电压值与所述第二上限电压之间的上中限电压值时，所述控制器调节所述转换器允许所述电源经过所述第二储能装置对所述第一储能装置进行充电。
8.根据权利要求7所述的能量调节系统，其特征在于，其中将所述参考电压值与所述第二上限电压值相加后除以2，得到所述上中限电压值。
9.根据权利要求1所述的能量调节系统，其特征在于，其中以所述电源经过所述第二储能装置对所述第一储能装置进行充电时，充电电流介于0C与1.0C之间，直到所述第一储能装置的所述第一电流值达到第一下限电流值。
10.根据权利要求1所述的能量调节系统，其特征在于，其中所述第二储能装置包含预留储电区，提供负载瞬间过载的电力存储需求，与预存电力区，提供负载瞬间欠载的电力供应需求，避免所述第一储能装置大电流充电或放电，延长所述第一储能装置的寿命。
11.根据权利要求1所述的能量调节系统，其特征在于，其中于省电模式的唤醒阶段，所述控制器检测所述第二储能装置的所述第二电压值低于所述第二下限电压值或介于所述参考电压值与所述第二下限电压值之间的下中限电压值，进入所述转储模式，所述控制器控制所述转换器允许所述第一储能装置对所述第二储能装置进行充电。
12.根据权利要求11所述的能量调节系统，其特征在于，其中将所述参考电压值与所述第二下限电压值相加后除以2，得到所述下中限电压值。
13.根据权利要求1所述的能量调节系统，其特征在于，其中所述第一储能装置对所述第二储能装置进行充电，充电电流介于0C与2.0C之间，直到所述第二储能装置的所述第二电压值达到所述参考电压值。
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