TW200919894A - High-reliability intelligent parallel-connected energy storage vessel charging/discharging management system - Google Patents

Description

200919894 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明為高可靠性智慧型並聯式能量儲存槽充放電管理系 統，尤指一種專注於多組儲能元件並聯使用下之能量儲存管 理。本發明為一彈性動態主從式系統架構，於完全相同的智慧 型能量儲存體中動態產生唯一的充放電管制中心，根據充電源 之能量決定同時進行充電之儲能元件數，使各儲能元件輪流充 電，於較低之電力源需求下，各儲能元件於充電過程中依當時 儲能元件容量分配充電量，可有效平衡各儲能元件容量，增長 儲能元件之使用壽命。 【先前技術】 自然界不同形式的能源經由轉換途徑可轉變為電能，供應曰 常生活使用。電能為最普遍也最為不足之主要能源。將離峰電 能轉為化學能儲存於儲能元件，或將其他形式能源轉變為化學 能儲存供後續利用之潔淨能源方案等，都有一個共同之需求， 即良好之儲能機構。由於製造技術及使用範圍之差異，能量儲 存之架構以多組儲能元件並聯以提高容量及瞬間輸出能量為 主要策略。由於瞬間負荷之改變產生暫態突波，以及缺乏管理 之充電及放電造成過充或過放，實際使用時儲能元件之壽命往 往未達標稱循環壽命之一半。 以電力源對多組並聯能量儲存體進行充電之應用而言，傳統 作法為將所有電力源分配到各儲能元件，由於電力源來自於原 始能源之轉換，原始能源不足以提供全部儲能元件所需能源 時，會造成充電效率降低，甚而影響儲能元件使用壽命。無法 對並聯架構之能量儲存系統中單一能量儲存體單獨充電，無法 將故障的儲能元件隔離，是傳統能量儲存系統的主要缺失。任 何一個儲能元件故障，充電時除了消耗能源外，所產生的熱更 會使鄰近之儲能元件壽命受到嚴重影響。開發智慧型並聯式能 量儲存槽管理系統，提供最佳充電方式，判斷儲能元件健康狀 5 200919894 況，隔離故障儲能元件，平衡儲能元件容量以及提供能量儲存 使用狀況訊息是提升能量儲存系統週期壽命的一種重要的途 徑。 【發明内容】 本發明的主要目的在於提供一種高可靠性智慧型並聯式能 量儲存槽充放電管理系統，於此系統運作之下可提高充電效 率’達到各儲能元件容量一致性，隔離不良或故障儲能元件， 延長儲能元件壽命。本系統可彈性動態產生系統管理者，單一 儲能管理模組失效不會對系統管理功能造成影響，達到高可靠 度之目標。 本發明之主要目的可經由以下之方法達成： 本發明高可靠性智慧型並聯式能量儲存槽充放電管理系 統，如圖一所示，由一組以上的智慧型能量儲存體（〗〇 )、外接 設備介面（20)、外部電力源（30)所組成；每一個智慧型能量儲 存體（10)包括：儲能管理模組（11)、儲能元件（12)、感測開關 元件（13)及智慧識別傳輸介面（14); 外接設備介面（20)為控制軟體下載，儲能元件參數設定，系 統運作即時監看，以及儲能元件使用記錄讀取之介面。可經由 本介面下載更新之管理系統軟體，或由外接設備進行系統設 定、監看儲能元件充放電狀態即時資訊、以及各智慧型能量儲 存體之使用歷史記錄擷取。 儲能元件（12)為本發明之充放電管理標的物。經由外加能源 (以電壓和電流方式表示）輸入可將能量儲存於儲能元件内。當 外加能源消失時，可將儲存於儲能元件内之電能輸出。配合不 同之儲能元件特性造成充電方式之差異，於充電過程中必須控· 制其輸入之能量以達最佳儲能效率，延長使用壽命。 感測開關元件（13)為可承受高壓高電流之固態開關，分為充 電開關及放電開關，經由控制信號之輸入可分別開啟或切斷流 入儲能元件路徑及流出儲能元件之路徑。 200919894 智慧識別傳輸介面（⑷，提供儲能管理模組間之連接和 傳遞。各儲能管理模組均配置—組接頭，除面u 外:亦提供接頭識別碼。當相同的儲能管理模組接」 慧識別接頭就可以取得唯一的識別碼，作為傳遞資訊之接收^ 另Ί 健能管理模組⑴）’如圖二所示，由微控單元⑴υ 同步單7L⑴2)、資料存取單元⑴3)、顯示單元⑴4)等组成· 微控單το為一顆微處理器，具有内建快閃記憶體，串列璋成 組類比轉數位輸人⑽）以及多組輸出埠；可自時間同 (112)取得時間資訊；可讀寫資料存取單元⑴3)紀錄及 能兀件使用中之狀態資訊；可經由顯示單元⑴4)顯示智慧型 能量儲存體（10)之狀態。經由微控單元⑴η之類比轉數位 入，儲能管理模組（11)可取得感測轉換電路（131)量測儲能元 件之充放電狀況及溫度，再經由儲能元件特性轉換，可估算出 儲能元件之儲能狀n(state Gf c;harge，_或稱為放電深度 (Depthof I)lscharge，D0D)。充放電管制中心為一軟體功能， 存在於儲能管理模組⑴）。任何時間全系統中只有一個儲能管 理模組的充放電管ί里中心軟體功能處於運作I態。充放電管制 中心根據各儲能管理模組（η)經智慧識別及傳輸介面回報之 儲能元件儲能狀態、充電時間或放電深度等資訊，規劃充放電 管理程序，並下達指令控制正向充電開關（132)及反向放電開 關（133)之動作’以進行充電及放電。 本龟明的尚可靠性智慧型能量儲存槽充放電管理系統軟體 架構，如圖三所示，依功能分為五個單元，分別為：計量管理 單元（Π00)、感測與控制單元（lno)、資料儲存管理單元 (Π20)、通訊單元（〗】3〇)及充放電管理單元（丨14〇)。每一個儲 月b管理模組（〗】）都内建相同的軟體，然而任何時間全系統只有 一個智慧型能量儲存體（10)的儲能管理模組（11)啟動充放電 管理單元（1140)模組，也就是擔任充放電管制中心；其他非充 200919894 f =制中心之儲能管理模組僅啟動另外四個軟體功能模組 ^感測㈣，資料儲存擷取収依指令傳輸f料給充放電管 =1^_電管理單元⑴州也就是充放電管制中心，經通 = = (1130)及通訊介面⑽取得其他智慧型能量儲存體⑽ 息’作為規劃充電程序之依據，於適當時機，如偵測 ^卜《力源或儲能元件容量降低到—定程度，啟動充電程序 ^止特定智慧型能量儲存體⑽繼續放電；通訊單元為串列 式’可進行點對料^址傳輸，也可以廣播 方之同時下指令給所有智慧型能量儲存體(10);以傳輸之角色 而。充放電音制中心亦稱為主控制器（Maskr ^mtroUer) ’每—次的資訊交換均由充放電管制中心發出指 々，其他不是充放電管制中心的儲能管理模組則為從屬裝置 匕e de=i ce) ’其通讯單元只能被動接收以及回應主控制器 ^指^。定址傳輸由特定之智慧龍量儲存體（⑻接收及回 應’廣播指令則所有智慧型能量儲存體⑴）都只接收不需回 應’感/彳與控制單元⑴1Q)自感測開關元件（⑶之感測單元 (131)讀取輸入電壓值應轉換為物理特性參數 ^ 幻。計量管理單元⑴GO)為智慧型能量儲存體之核^負二 估异儲^件儲能狀態及健康情形，並將儲能元件充放電狀態 經通訊單tl(1I3G)回報給充放制巾,。。同時接受充放 制中心之指示，控制充電正向開關（132)及反向開關⑽）切 換i以達f全系統的充電與放電管理。儲存管理單元⑴20) 負:儲存早7L(113)之寫入與讀出管理，可定期儲存储能元件 ^充放電參數’或非預期之狀況（Exceptions)，經由外接設備 面⑽），可將各儲能元件之充放電紀錄上傳，供進一步分析。 Γ ^ t官制中心因故不能正常執行充放電管制時，各儲能 :理棋組（11)可經由控制移轉運算法則，產生新的充放電管制 =心，繼續執行充放電管制工作，使全系統不因特定智慧型能 董储存體⑽失效而無法使用，達到高可靠性之特性。 8 200919894 經由智慧識別傳輸介面（14)之接頭識別碼佈線規劃，本發明 咼可罪性智慧型能量儲存槽充放電管理系統中每一組智慧型 月b畺儲存體（1 〇)被賦予—個唯一的識別碼；透過管制中心指派 程片運算法則（master controller assignment algorithm)， 叮自所有智慧型能置儲存體中產出一個充放電管制中心，並啟 動充放電管理單元（Π40)。充放電管制中心主導各智慧型能量 儲存體（10)輪流充電次序，經由定期輪詢各儲能元件電壓、溫 度及充電電流，決定各儲能元件充電狀況以及研判能量儲存體 之健康狀況，必要時將不良儲能元件隔離到系統之外。 主從式架構之下只有一個儲能管理模組（11)為通訊主控制 器（Master contr〇ner)，其他儲能管理模組（11)均為從屬裝 置（Slave device) ’主控制器也就是為充放電管制中心，負責 ，電程序規劃，充電時間管理及儲能元件狀態查詢。當充放電 管制中心偵測到外部電力源時，依規劃之充電目標儲能元件輪 流充電，並隨時以當時之充電狀況調整參與充電之儲能元件個 數，以有效並符合儲能元件充電特性的方法進行各儲能元件充 電。放電深度低（剩餘容量高）之儲能元件須延後到放電深度高 之儲能兀件容量上升到相同位準時才納入輪流充電行列。在充 放電管制中心之管制下，可使各儲能元件同時完成充電。 充放電管制中心與各個儲能管理模組（丨丨）間之命令或資料 父換經由智慧識別傳輸介面（丨4 )達成；所有儲能管理模組（1 i ) 硬體及内部控制軟體完全相同，可以任意替換，經由接頭識別 碼佈線，每一個儲能管理模組被賦予唯一的識別碼。經由識別 碼，控制軟體得以接收及處理來自充放電管制中心下達之指 令。 儲能官理模組（11)經由讀取佈線識別碼，確認其裝置位址； 充放電官制中心藉由輪流對各儲能管理模組〇】）下達之充電 或停止充電指令實現脈衝式充電；充放電管制中心依據外部電 力源之輸出功率及儲能元件之充電特性規劃出最佳之充電方 9 200919894 j圖四為典型之充放電控制時序。在時間,之前充放電管 心規劃為2個儲能元件同時充電，m間之後則改為3個儲 巧兀件同時充電。充電週期户為可調整之充電管理 【實施方式】 本發明智慧型並聯式能量儲存槽充放電管理系統，為多 慧型能量射體（〗〇)並雜成的電力线；全线架構，如圖 一所示，由一組以上的智慧型能量儲存體（1〇)、外接設備介面 (20)、及外部電力源（30)所組成；智慧型能量儲存體（1〇)包 括：儲能管理模組（11)、儲能元件（12)、感測開關元件Π3) 及智慧識別傳輸介面（〗4); 系統啟動後，經過【主控.制器選派程序】所有儲能管理模組 (Π )中產生唯一的一個充放電管理中心。充放電管理中心持續 自系統中所有儲能管理模組（Π )取得各儲能元件（丨2)之儲能 及充放電狀態資訊，規劃出最適當之充放電程序。 儲能管理模組（11)可經由感測開關元件（13)，偵測充電時儲 能元件U2)電壓電流及溫度，研判電壓之儲能及健康狀態，並 接受充放電管制中心之指示，關閉充電或放電開關；儲能元件 (12)為具將外部電能轉換為化學能儲存或將内部儲存之化學 能轉換成電能輸出之能量轉換與儲存特性之物質； 本發明之充放電管制中心以定期查詢方式，持續自各儲能管 理模組（11)取得各儲能元件（12)之相關資訊，包含狀態訊息、 充電量、儲能元件電壓、充放電電流、儲能元件最高儲能容量 等’作為規劃充電以及管理放電之依據。當充放電管制中心所 在之儲能管理模組（11)失效或儲能元件（丨2)失丝，未岭壤割各 時間向各儲能管理模組（丨1)查詢儲能元件（12)狀況時，各儲能 管理模組（11)可偵測判定負責充放電管制中心之主控制器失 效’經由本發明之主控制器選派程序自動產生新的主控制器擔 任充放電管制中心。 【主控制器選派程序】如下： 10 200919894 (ο)正常運作： 時間依序向系統中各個儲能管理模組查詢儲 “件以，經過㈣X/7時間(/7為全系統 ： 存體個數），可重覆查詢同一儲能管理模組一次。‘、、此㈣ (】）啟動主控制器指定程序：

當儲能管理模組經過預設的時間間隔（卜;t3>>t2yA 主控制器下達之狀態查詢指令時（主控制器逾時），該儲能管理 模組即啟動主控制器指定程序；或當系統供電完成初 後，儲能管理模組也會立即啟動主控制器指定程序。呆 (2) 主動時區與目標儲能管理模組位址： 依儲能管理模組之位址，每隔&時間（稱主動時區）設 個儲能管理模組位址作為目標位址，如果目標位址盘本 址相符，則該儲能管理模組取得控制權成為新主控制器。 (3) 新主控制器廣播： *取得控制權的儲能管理模組以廣播指令通知所有儲 且已取仔控制權，然後開始依序查詢各儲能管理模組之狀態 參，新產生之充放電管制中心即啟動充放電管理功能。 (4)其他儲能管理模組： 其他仍在執行指定程序之儲能管理模組接收到廣播指令後 ,(—已有儲能管理模組取得控制權），結束主控制器指定程序，恢 復為單獨之儲能管理模組功能。 ，五為主控㈣指定程序流程圖，圖六為相對應之時序圓。 正常運作中，充放電管制中心於每一個輪詢時間間隔⑻會送 出—個狀態詢問指令，每一値儲能管理模組於每&時間間隔 會，到來自充放電官制中心的詢問。當經過&時間（稱為主控 制器逾時判定計時）難管理模組都沒有接到來自主控制^ 的指令:就判定主控制器或通訊介面已經出了狀況，無法執行 充放電官制中心之工作，此時啟動主控制器指定程序，並設定 目標儲能管理模組⑴）為第—個難f理模組⑷）。位址為 200919894 送出廣播Gin)如果正常運作’則在第一個時段就會 運作了控±制推。如果於1 _能管理模組沒有正常 就可以發%段⑽2)時，第二個儲能管理模組（於2) ⑹Λ Βί門\ 于控制權的廣播指令。經由此程序最遲於& 心。失效外，亦適用於初始過程中產生第—個充放電管制中 主ί = ’依其傳輸介面位址，取得個別之 之士止了1肥Sl〇t)於該主動時區可送出取得控制權 旦口。由於智慧識別傳輸介面（⑷的設計，儲能 =連續的讀編號，讀主動時區分別對應到讀儲能管理 放原充放電管制中心失效外，亦適用於產生第—個充 放電g制中心。除剛供電完成初始程序，或主控 向儲能管理模組索取狀態資訊會啟動：控制器選派ς 序，重新指定新的主控制器外；當外接 、^ 理模組（11)連線時，也會發生主控制權移轉之情形。固儲月匕Β 面為之介面崎—個儲能管理模組⑴）均有外接 面⑽，經由外接介面’可以讀取儲能管理模组（⑴ 任何訊息。如果要由單—外接介面全 工理模組⑴）訊息，就必須由擔任主控制器之儲能管:= (L)向各儲能㈣模組⑴）讀回，然後經由主控制器之外接^ 備介面（20)送出。本發明中任一儲能管理 ° 叹 ==制權移轉程序取得控制權，然後向各儲能= 理程序如下： 一接叹備啟動之控制權移轉管 (1)外接設備連線要求 外接設備經由外接設備介面⑽向儲能管理模 連線。接獲連線要求之儲能管理模組⑴）如為主控制器，可立 12 200919894 即回覆外接設備已建立連線，跳到步驟（5);否則·· (2) 控制權移轉要求 儲能管理模組於狀態回報訊息中提出、、控制權移轉要求 (Control Transfer Request) ° (3) 主控制器回應 原來之主控制器於查詢各儲能管理模組（11)時，偵測到 儲能管理模組⑴）提出控制權移轉要求，於是以 ''控制權移 同意"、(C〇ntrQl Transfer Grant)指令回應該儲能管理模組 ’並將傳輸介面（U)由主動傳輸功能改為被動接收功能。 (4) 接手控制權 儲能管理模組（11)接收到、'控制權移轉同意，指令後先將 傳輸介面改為主動傳輸功能，然後以廣播方式通知所有儲能管 理模組，已取得控制權。 (5) 回覆外接設備 儲能管理模組（11)經由外接設備介面（2〇)通訊指令，回覆外 接設備已取得控制權並建立連線。 (6) 充放電管理中心 取得控制權之儲能管理模組（u)同時也必須接手擔任充放 電管理中心’也啟動充放電管理功能。 充放電管理中心根據各儲能管理模組（：11)回報之儲能元件 (12)狀態規劃充電程序，並於偵測到外部電力源（)時，進入 充電管雜序。充電管理程序如圖七。圖七充電管理程序固定 於每一個充電管理週期執行一次。執行時依據當時之狀態決定 執行流程。充電之狀態分為：閒置、充飽、預先充電、以及正 常充電等四種狀態。 外部電力源（30)消失時，充電程序的狀態為閒置狀態閒置 時充放電管理中心不做充電管理，而充放電開關均開^ ,儲能 元件（12)處於允許充電及放電狀態。如果系統中所有儲能元件 (12)都已充飽則為充飽狀態，充飽狀態之下由於外部電力源 13 200919894 (30)仍存在’所有充電開關必須關閉，以免儲能元件（⑵發生 過充情形。其他情況時，充放電管理中 運作程序。 S根據當時的狀態決定 制到外部電力源⑽的輸入時’如果原$是在（閒置狀 態）’則（搜尋備便儲能元件）根據自各儲能管理模组⑴）取得 之狀態訊息，找出容量最低及與最低容量相差在限制範圍内的 所=儲能元件⑽作為（可充電儲能元件）。如果（可充電儲能 兀件）數目超過預設之（最低充電個數），則為（可充電狀態）， 充電程^之狀態改為（正常充電）’自（可充電儲能元件）中依序 選取（最低充電個數）個儲能元件（12)，對其儲能管理模组⑴） 下達充電指令，進行同時充電（充電設定）。如果（可充電儲能 凡件數）未達（最低充電個數），稱為（預先充電），自最低容量 之儲能元件開始，選取（最低充電個數）個儲能元件進行充電， 充電狀態設為（預先充電）狀態。主控制器根據選取之儲能元 件，對其儲能管理模組（11)下達充電指令，進行同時充電（充 電設定）。預先充電時’進行充電的（最低充電個數）個儲能元 件（12)之容量相差會超過限制範圍，因此各儲能元件（12)的充 電電流也會有較大的落差。容量低的儲能元件（12)，由於内阻 較低’會獲得較多的充電電流。 如果原來是在（預先充電）狀態，充電管理之決策程序與在 (閒置狀態）相似。如果（可充電儲能元件）數目超過預設之（最 低充電個數），則為（可充電狀態），充電程序之狀態改為（正常 充電）自（可充電儲能元件）中依序選取（最低充電個數）個儲 忐元件，對其儲能管理模組（丨丨）下達充電指令，進行同時充電 (充電設定）。如果（可充電儲能元件）數目沒有到達預設之（最 低充電個數）’則維持原充電中之儲能元件（12)繼續充電，一 直到最低容量儲能元件（12)之容量上升到和其他儲能元件（]2) 相差在在限制範圍内，因而使（可充電儲能元件數）超過（最低 充電個數）’進入正常充電模式。（最低充電個數）與外部電力 14 200919894 源輸出功率及儲能元件（12)允許充電電流有關，可預先存於快 閃記憶體中作為充電參數，依應用實際應用環境修改快閃記憶 體即可規劃出不同之充電模式。 如果原來是在（預先充電）狀態，由於充電過程使儲能元件 (12)容量增加，容量相差在限制範圍内的儲能元件（〗2)也會增 加，因此每次輪流充電時，必須先由（搜尋新增備便儲能元件） 檢查疋否有原來谷置尚的儲能元件可加入充電行列。然後根據 充電電壓和電流狀況決定同時充電之儲能元件數。在儲能元件 (12)容量較低時，充電電流會相當大，此時以（定電流）方式充 電，根據充電電流（即外部電力源輸出功率）調整同時充電之儲 旎7L件數，使各儲能元件可獲得足夠卻不超過的充電狀況，確 保儲能元件在最佳的狀況下進行充電。當儲能元件容量達一定 程度之後，充電電壓會維持在特定位準，電流則逐漸降低，此 蚪進入（疋電壓）方式充電，此時可逐漸增加同時充電之儲能元 件個數’以充伤利用外部電力源之輸出功率，並確保所有儲能 元件同時完成充電。 圖八$輪流充電時序示意圖，P為輪流充電之週期，時間丁 之月；為每個充電週期有兩個儲能元件同時進行d時間T時 :理流程決定增加㈣充電之舰元件數，因此職元件五、 六、及七同時進行充電’下—個充電週期則更換為儲能元件 八、一、及二同時進行充電。 充放電s理中心於§賣取各儲能元件（】2)參數時，將不正常适 已充飽之儲能元件⑽排除在充電行列之外，除可有效利用巧 之輪充不參與充電時每次3顆儲^件參與充電 到==2)經過定電堡充電達一定容量，充電電流下j 儲-元件二以下時’可判定儲能元件已經完成充電程序 =& 《電狀態已經到達⑽％，或放電深度已經恢復/ 15 200919894 〇。本發明中之儲能管理模組可依據充電前之充電比例 (S0C)、原來最大充電容量（FCCAP)以及充電過程中總充電量 (CCAP)，估算出儲能元件當時的最大充電容量。計算式為：新 (FCCAP):原（FCCAP)X s〇c+CCAp最大充電容量會隨儲能元件 的使用壽命而逐漸減低，為評估儲能元件是否已達使用壽命之 主要依據。 η並聯使用中之储能元件由於製造或原料的本質差異，以及安 I位置％境之不同’經過多次充放電程序之後，會有—定程度 ^異甚至可能其巾已經有部份魅元件已輯化到不應繼 、^用之程度。丨發明之儲能管理模組可於放電過程巾，累計 d:實際放電容量，並由主控制器經由比較各儲能元件實 二量之差異’將放電量過低之儲能模組制出，並於超過 =之限制值時，以顯示單元（1⑷及資料記錄存取單元⑴3) 中‘·.，員不及記錄，作為維護時之參考訊息。 管管理模組除擔任主控制器主動決定各儲能 充電外，還可处声、不充電’或被動接受主控制器指令進行輪流 瞭ie)。獨於f三種身份，稱為獨立模式（Stand—al瞭 面因故二Λ運 可能為該儲能管理模組之傳輸介 能管理模組構成。於主由-個儲能元件搭配儲 時區比對H〜 序（圖五及圖六）之主動 通知所有^其理^控制權後’儲能管理模組會以廣播方式 運作或沒有二 儲能管理模組回應，貝指令將不會獲得任何 式改為獨立模式。如理杈組會由主控制模 管理模組狀態查詢，==器’並且正進行各儲能 ，組均未回應，則原主控制 ： 管理模組會將充電開：及：：控制器管制，本系統中各儲能 %開關及放電開關維持在開啟的位置，隨時保 200919894 持在可以充電及放電狀態。當儲能管理模組偵測充電達到最高 充電電壓時，可自行關閉充電開關停止充電；相同情形在放電 過程中，如果儲能元件電壓或儲能元件容量低於預設下限值 時，獨立模式之儲能管理模式亦會自行關閉放電開關停止放 電。 綜上所述，本發明高可靠性智慧型能量儲存槽充放電管理系 統，係可達成以下的目的及功效，且合於新穎性與進步性之專 利要件：

2、 3、 4、 5、 本發明中提出一個智慧型能量儲存槽充放電管理系統， 由多個智慧型能量儲存體所組成；每一個智彗 存體由儲能管理模組、資料傳輸介面侧； 及感測兀件及儲能元件所組成’經由主控制器選取程 序，其中有一個儲能管理模組同時也擔任充放電管制中 心’整體架構成動態可調式主從式智慧型能量儲存槽管 理系統。（架構） 本發明提出適祕任意數量之主從式智慧型能量儲存槽 管理糸統，各智慧魏量儲純與主騎"能量儲存 體連ί時’組成—個多儲能元件並聯之充放電管理系 統’早獨每-個智慧型能量儲存體也可以獨立運作為單 一儲能元件之充放電管理模組。（彈性架構） 本發明提出—個經由循環式輪流充電管理方法，可達到 降低充電電力需求，並利用夂妙 _ it，+ / 此凡件充電電流與電 Π 儲能元件之實際充電效率，並 侦測出儲能不良之儲能元件。（減 與偵測不良儲能元件） 电刀原€力而木 本發明提出一個動態主控制器選取程序，對於分散式運 作之多能量儲存管理系統具有容錯能力，達= 能量儲存純（可靠性容錯能力；“ j ^^之 本發明提出-個由充放電管制中心根據各充能量儲存體 200919894 狀況回報，對需充電之能量儲存體進行輪流充電循環之 方法。本方法可達到於充電過程中提高充電效率，有效 將所有忐量運用於充電，解決傳統將充飽之儲能元件以 ，路負載處理，消耗能量發熱且影響儲能元件壽命之問 題。（充分使用充電能量，充電效率高減少能量消耗） 本發明提出由主控制器下達指令，關閉充電及放電開 關將功此不良或故障之儲能元件脫離，避免充電能量 消耗，故障儲能元件’以及逆向充電產生過溫損害儲能 元件可命之方法。（剔除不良儲能元件，減少能量損耗， 延長儲能元件壽命） 、 8、 本發明中提出-個經由放電開關管理，可以在 ，=件故障或性能衰退之㈣下維持正㈣轉之能量 。者存官理方法。（有不良儲能元件下仍可正常使用） 2明中提出一個多儲能元件輪充與獨立儲能元件持續 =電=通訊失效下，仍可正常運作之可容錯高可靠 電官理系、统。（高可靠度容錯能力） 又 【圖式簡單說明】 :明智慧型並聯式能量儲存槽管理系統架構圖 =·係本發明儲能管理模組功能方塊圖 圖三：係本發明儲能管理模組軟體功能方塊圖 圖四:係本發明之主從式架構之功能方塊圖 圖五··係本發明主㈣^選妹序流程圖 圖六：係本發明主控制器選派程序時序圖 η、：發明之智慧型能量儲存體輪流充 幽存體充電時序： 【主要元件符號說明】 電之充電時序圖 ⑽智慧型能量儲存體⑴）儲能管理模組 200919894 (111)微控單元 (113)資料存取單元 (12)儲能元件 (131)感測電路元件 U33)反向放電開關 (15)外接設備介面 (30)外部電力源 (1110)感測與控制單元 (1130)通訊單元 (112)時間同步單元 (114)顯示單元 (13) 感測開關元件 (132)正向充電開關 (14) 智慧識別傳輸介面 (20)外接設備介面 (1100)計量管理單元 (1120)儲存管理單元 (1140)充放電管理單元 19

Claims (1)

1. 200919894 十、申請專利範圍： 1、一種高可靠性智慧型並聯式能量儲存槽充放電管理系統，係 包括： 至少一組智慧型能量儲存體’每一智慧型能量儲存體係由儲 能管理模組、儲能元件、感測開關元件及智慧識別傳輸介 面所組成； 一外接設備介面，係銜接於儲能管理模組外側，以讀取儲能 管理模組訊息； 外。卩電力源，銜接於智慧型能量儲存體外側，擔任控制器 之下進行有效率之充放電管理。 2、 如中請專利範圍第w所述之高可靠性智慧型並聯式能量儲 存槽充放電管理系統，其中儲能管理模組係包括：微控單元、 時間同步單元、資料存取單元及顯示單元。 3、 如巾料利範圍帛2項所狀高可#性智慧型並聯式能量儲 存槽充放電管理系統，其中微控單元為—微處理器，具有内 建快閃記憶體、串列璋、多組類比轉數位輸入（ADC)及多植 輸出埠。 ' 4、如中請專利範圍第2項所述之高可靠性智慧型並聯式能量儲 存槽充放電管理系統’其中可自時間同步單元取得時間資訊。 、如申請專利範圍第2項所述之高可靠性智慧型並聯式能量儲 存槽充放電管理系統，其中可讀寫f料存取單元紀錄及上傳 儲能元件使用中之狀態資訊。 6、 如巾請專利範圍第2項所述之高可靠性智慧型並聯式能量儲 存槽充放電管理系統，其中顯示單^可顯示智慧型能 體之狀態。 7、 ^請專職圍第！項所述之高可靠性智慧型並聯式能量儲 存槽充放電管理系統，其中儲能元件係為充放電管理標的 20 200919894 ，，經由外加能源輸入可將能量儲存於儲能元件内，當外加 月b源/肖失日TJ·，可將儲存於儲能元件内之電能輸出。 8、如中請專利範圍第w所述之高可靠性智慧型並聯式能量儲 f槽充放電管理系統，其中感測開·件為可承受高廢高電 流之固態開關’係分為充電開關與放電開關，經由控制信號 之輸入可分別開啟或切斷流人儲能元件路徑及流出儲能元件 之路獲。 9 =中”專利|&圍第工項所述之高可靠性智慧型並聯式能量儲 ^槽缝電管理系統，其中智慧.識別傳輸介面，係提供健能 管理模組間之連接與信號傳遞。 1 0甚」中料利&圍第1項所述之高可靠性智慧型並聯式能 量儲存槽充放電管理线，其中難管理频㈣的軟體架 構有/十里吕理單元、感測與控制單元、資料儲存管理單元、 通訊單元及充放電管理單元。 1 1 一如中請專利範圍第丄◦項所述之高可靠性智慧型並聯式 充放電官理系統，其中全系統中有唯-的-個儲 月“理模組可啟動充放電管理單元，以擔任充放電管制中 心’其他非充放電管制中心之儲能管理模組係啟動計量管理 單兀、感測與控制單元、資料儲存管理單元及通訊單元，進 2 及控制、輸存掏取及依指令傳輸資料給充 :2 —範圍第1〇項所述之高可靠性智慧型並聯式 此=存槽充放電管理系統，其中充放電管理單元經通訊單 得其他智慧型能量儲存體的狀況訊息，作為 規劃充電程序之依據。 3 i旦=申料·圍第1 ◦項所述之高可靠性智慧型並聯式 月,里儲存槽充放電管理系統’其中計量管理單元為智慧型能 200919894 董儲存體之核心負責估算儲能元件儲能狀態及健康情形，並 將儲能元件充放電狀態經通訊單元_給充放電管制中心。 4、 如中請專利範圍第1Q項所述之高可#性智慧型並聯式 此篁儲存槽充放電管理系統，其中資料儲存f理單^，負擔 儲存單元之寫人與讀出管理，可定期儲存儲能it件之充放電 參數，或非職之狀況，㈣外接設備，將各職元件之充 放電記錄上傳，供進—步分析。 5、 如巾請專㈣項所収高可纽智慧型並聯式 能量儲存槽充放電管理系統，豆中 ，、甲兄放麄管制中心係根據儲 月匕兀件之充電特性及外部電力源之輸“率規_佳充電， 使開啟充電開關之儲能元件獲得最適當之充電能量，以 =:之充電效率及儲能能力’並有效利用外部電力源之 輸出功率。 16 、 如申請專利範圍第1項所述之古可土以a # 旦針描μ… 罪性智慧型並聯式能 充放電官理系統，其中主控制器選取程序，於系統 先則預,又之主控制器未能正常進行充放電管理時，其餘 運作之智慧型能量儲存體可自行伯測出異常，並啟動主#制 器選取程序產生新的主控制器，接手繼續進行充放電管理工。 1 =請專利範圍第1項所述之高可靠性智慧型並聯式能 =存槽充《管㈣統，其中#外接設備㈣任 體之外接設備介面下達指令時，該連接外接設備之 量儲存.體可經由控㈣要求料取得通訊主控權， 並接手繼續進行充放電管理。 处量^/描月專利1巳圍第1 2項所述之高可靠性智慧型並聯式 槽充放電管理系統，其中充電規劃係以部份智慧型 進入緩和階段，經由時間管理ΪΓ有=關閉充電開關 才&埋使所有儲能凡件輪流獲得充 22 200919894 電’達到脈衝式充電之效果。 1 9 4 U利_第i 8項所述之高 能量儲存槽充放電管理系統，1 1日慧型並聯式 ^ | /、τ輪观脈衝式充電控制，充 放電“”心隨％根據充電中智慧型能量儲存體 充電電流，於輪充切換時動能 電坠及 时勁態凋整冋％充電之智慧型能量儲 存體個數:達到有效利用外部電力源輸出能量之效果。 能量j利㈣第3 8項所述之高可#性智慧型並聯式 於充雷：出十放電管理系統，其中輪流脈衝式充電控制，對 、4或研判失效之智慧龍f儲存體，充放電管制中 2 U|T—週期充電之智慧型能量儲存體時將不納入規割， 以縮短充電週期，提高充電效率。 一 &旦1申凊專利範圍第1 8項所述之高可靠性智慧型並聯式 月b里it存槽充放電管理线，其中輪流脈衝式充電控制，當 儲能元件容量上升到—定程度後，充電電流將逐漸下降，因 而充放電營也丨士 . ， 則中心會增加同時充電之智慧型能量儲存體個 丈進而所有儲能元件同時充電，並完成充電程序。 23