TW201021358A - Solar charging system and a method for monitoring the power supply state thereof - Google Patents

Description

201021358 、 υυυ^-υ»-008 29602twf.doc/n ' 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種太陽能充電系統，且特別是有關 於一種可即時監控其電力特性的太陽能充電系統。 【先前技術】 隨著石化與礦藏能源的逐漸減少，對各種替代能源的需 ❹ 求與開發也日漸高漲。太陽能挾其低污染，便利性高的特 色，成為本世紀眾所矚目的焦點。 太陽能電池(Solar Cell)的材料種類非常的多，可以有 非晶矽(Amorphous Silicon)、多晶矽(p〇iy Crystalline)、 CdTe、Culnse2等半導體的、或三五族、二六族的元素鏈 結的材料，簡單的說，凡光照後，而產生電能的，就是太 陽電池的材料。太陽電池型式上也分有基板式或是薄膜 式，基板在製程上可分拉單晶式、或相溶後冷卻結成多晶 的塊材，其採用的基板可與半導體廠所用的晶圓相同。薄 馨膜式是可和建築物有較佳結合，如有曲度或可撓式、折 ，型，材料上較常用非晶矽。薄膜式太陽能電池可結合建 築物的外牆玻璃來進行發電，美觀又環保。 太陽能電池與一般傳統電池不同之處在於傳統電池 的輸出電壓和最大輸出功率為一定值，但太陽能電池輸出 電壓、電流與功率則和其光照條件與負載的工作點有密切 的關係。目前太陽能充電器的設計受限於太陽能電池物理 條件所導致之效率問題，主要著重在低階產品， 犧牲了充 3 201021358 υυυΗ-υ〇-008 29602twf.doc/n 電品質與效果。 【發明内容】 本發明提供一種太陽能充電系統，利用圖形化的使用 者介面來即時監控太陽能充電系統的電路狀態，以進行充 電電壓與電流的監控與分析。透過此一整合系統來達到優 化各式電池效率的目的。

b承上述，本發明提出一種太陽能充電系統，包括一太 陽能充電模組、一電流量測電路、一電壓量測電路、一微 控制器以及-使用者介面模組。其中，太陽能充電模組用 以輸出一充電電壓；電流量測電路耦接於上述太陽能充電 模組的輸出，用以量測上述太陽能充電模組的一輸出電流 值:電壓制電路輕接於上述太陽能充賴㈣輸出，用 以篁測上述太陽能充賴㈣—輸$電壓值；微控制器輕 ，於上述電流制電路、上述電壓量卿路以及上述太陽 ^充電模組’用喃取對應於上述輸出钱值與上述輸出 電壓值的數據資料。 使用者介面模組輕接於上述微控制器，並提供一使用 人面X顯*上述輸出電流值與上述輸出電壓值。使用者 具有一設定攔位以提供一使用者調整-設定值，當 1^整其„认值時，微控㈣係根據上述設定值調整 ^述场能充電模組的上述輸出電壓值與上述輸出電流 值。 在本發明一實施例中，上述太陽能充電模組包括-太 201021358 WW-U8-008 29602twf.doc/n 陽能板、-穩屢電路以及一充電電路。其中，穩堡電路搞 接於上述太陽能板的輸出，充電電路耦接於上述穩壓電路 的輸出’並用以輸出上述充電電壓。上述電壓量測電路耦 接於上述太陽能板、上述穩壓電路以及上述充電電路的輸 出並對應輸出一太陽能板電壓值、一穩壓電路電壓值以及| 上述輪出電壓值。 在本發明一實施例中，其中上述使用者介面模組更經 φ 由上述微控制器接收上述太陽能板電壓值以及上述穩壓電 路電壓值’並於上述使帛者介硫示上述太陽能板電壓值 以及上述穩壓電路電壓值。 在本發明一實施例中，其中上述微控制器更包括—通 用非同步收發通訊埠(UART Port)，並透過RS232介面進 料傳輪。 在本發明一實施例中，其中上述使用者介面更根據上 述輸出電流值以及上述輸出電壓值顯示一充電電流波形與 一充電電壓波形。 厂、 鲁 在本發明一實施例中，其中上述使用者介面更包括一 通訊埠設定攔位以及一鲍率(baud rate)設定攔位。通訊埠設 疋攔位用以設定上述使用者介面模組與上述微控制器之間 的通訊埠，鮑率設定欄位用以設定上述使用者介面模組與 上述微控制器之間的傳輸鮑率。 、 在本發明一實施例中，其中上述使用者介面模組與上 述微控制器之間係經由RS232介面進行資料傳輸。 在本發明一實施例中，其中上述使用者介面模組係設 5 201021358 OUU4-U8-008 29602twf.doc/n 置於一電腦内。 從另-個觀點來看，本發明另提出一種太陽能充電系 統的供電狀態監控方法’上述太陽能充電系統包括一太陽 能充電模組’上述供電狀態監控方法包括下列步驟：量測 上述太陽能充電模組的-輸出電壓值與一輪出電流值；操 取對應於上述充電電壓值與上述充電電流值的數據資料； 提供-使用者介面’並根據上述輸出電流值以及上述輸出 電壓值對應顯示一充電電流波形與一充電電壓波形；經由 9 上述使用者介面’判斷一設定值是否改變；根據上述言:定 值調整上述太陽能充電模組的上述輸出電壓值與上述輸出 電流值。 基於上述，本發明利用圖形化的使用者介面來顯示太 陽能充電系統在充電過程中的電力特性，讓使用者可以方 便的對太陽能充電系統進行監控以及調整其充電電壓值。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。 粵 【實施方式】 請參照圖1 ’圖1為根據本發明一實施例之太陽能充 電系統’其中太陽能充電系統100包括太陽能充電模組 110、電流量測電路120、電壓量測電路130、微控制器140 以及使用者介面模組150。太陽能充電模組110中尚包括 太陽能板102、穩壓電路104以及充電電路106。太陽能充 電系統100會輸出一個充電電壓CV來對鋰電池160進行 6 201021358 υυ〇4-υ8-008 29602twf.doc/n 充電。穩壓電路104耦接於太陽能板1〇2與充電電路1〇6 之間，電流量測電路120則耦接於充電電路106的輪出， 用以量測充電電路106的輸出電流值。電壓量測電路13〇 耦接於太陽能板102、穩壓電路1〇4以及充電電路1〇6的 輸出，用以量測各節點的輸出電壓值。微控制器14〇耦接 於電壓量測電路130、電流量測電路12〇以及使用者介面

模組150，用以進行資料傳輸與調整太陽能充電模組11〇 的輸出電壓值與輸出電流值。 太陽能板102會將光能轉換為電壓輸出，由於太陽能 板102的輸出與光照強度有關.，因此其電壓並不穩定，故 利用穩壓電路104對太陽能板皿的輸出電壓進行穩壓以 輸出較為穩定的直流電壓。然後，充電電路將穩壓電 路104的輸出電壓轉換為充電電壓cv來對㈣池進行充 電’充電· 1G6所輸出的電祕與電流值可依照鐘電池 160的類型不同而有所調整。 机量測電路120會根據太陽能充電模組110的輸出 電流大小產生-輸{£{電流值αν，錢量測電路13〇會根 據太陽能充電模組11〇哺出電壓大小產生—輸出電壓值 cw(即充電電壓cv㈣壓值）。此外，電壓量測電路13〇 2量測太陽能板102以及穩壓電路的輸出並產生相 對應的太龍板錢值電路錢值等輯，然後 出至微控制器14〇。微控制器14〇會將所擷取到的 二·5值7、輸出電流值CIV、太陽能板電壓值以及 電塵值等數據透過傳輸介面(例如把232介面)傳 7 201021358 υυυπ-υο-008 29602twf.doc/n 輸到使用者介面模組150。此外，微控制器14〇也可以用 來調整穩壓電壓104與充電電路106的輪出。 使用者介面模組150會提供一使用者介面，將太陽能 充電模組110的輸出電流值CIV以及輸出電壓值cw等資 訊以圖形化或數值的方式顯示在螢幕上，讓使用者可以清 楚知道目前太陽能充電模組110的電力輸出狀態。此外， 上述使用者介面也會提供一設定攔位以接收使用者輸入所 需的設定值，例如設定太陽能充電模組110充電時的輸出 電壓與輸出電流大小。使用者介面模組〗50可與微控制器 140整合在手持裝置中，也可以應用程式的形式安裝於電 腦中。微控制器140則利用通用非同步收發通訊埠 Port) ’並透過RS232介面輸出相關的資料至電腦中的使用 者介面程式以進行顯示。 使用者介面模組150所提供的圖形化的使用者介面請 參照圖2，圖2為根據本實施例之使用者介面示意圖。使 用者介面模組150所提供的使用者介面2〇〇包括充電電壓 ❹ 的波形監控圖210、充電電流波形監控圖220、通訊埠設定 攔位280與鮑率設定攔位290、太陽能充電模組110的輸 出設定攔位(260、270)、太陽能板的輸出電壓資訊24〇(即 顯示太陽能板電壓值)、充電電路輸出電壓資訊23〇(即顯示 充電電壓值cw)以及充電電路輸出電流資訊25〇(即顯示充 電電流值CIV)等攔位。其中，值得注意的是，充電電壓的 波形監控圖210與充電電流波形監控圖22〇分別是根據輸 出電壓值CW與輸出電流值αν的數據所繪製出的。 201021358 Οϋϋ4-Ο8-008 29602twf.doc/n 使用，除可清楚的得知目前太陽能充電模組ιι〇的電 力輸出狀S外，也可以透過輸㈣壓與電朗設定攔位 (260、27〇)來設定太陽能充電模組11()的輸出電壓值與輸 出電流值。當使用者調整其設定值時，微控制器14〇便會 根據其設定值去調整穩壓電路1〇4與充電電壓1〇6，使充 電電路106的輸出符合設定值。藉此，使用者可利用太陽 能充電系統100對不同規格的充電電池進行充電，以太陽 能充電系統100取代多種不同規格的充電器。在資料傳輸 ❿ 方面，使用者也可以經由通訊埠設定攔位280與鮑率設定 欄位290設定所需的通訊埠與鮑率。 此外，使用者介面模組15〇的功能可利用電腦中的應 用程式來達成，電腦可經由RS232介面連接至微控制器 140以擷取相關資料。關於資料處理與電力監控方法的流 程請參照圖3，圖3為根據本實施例之太陽能充電系統的 供電狀態監控方法流程圖。首先，啟動使用者圖形介面 (Graphical User Interface，簡稱 GUI)程式(步驟 S310)，然後 Φ 設定連接埠與銜接測試(步驟S320)。若連接成功，則連接 至微控制器(Micro-Controller Unit，簡稱MCU)進行資料傳 輸(S330);若連接失敗，則停止銜接(步驟S34〇)。 接下來，電腦會向微控制器140擷取太陽能板1〇2所 輸出的電壓數值(即太陽能板電壓值)(步驟S350)、電壓量 測電路130所量測到的輸出電壓值（即充電電壓數值)(步驟 S360)以及電流量測電路120所量測到的輸出電流值(即充 電電流數值)(步驟S370) 〇然後，電腦會以波形圖顯示所操 9 201021358 υυυ4-υ»-008 29602twf.doc/n 取的資料’讓使用者可以即時監控充電時的電力狀態(步驟 S38〇)。接著’判斷使用者是否調整設定值(步驟S390)，若 使用者調整設定值’則依照調整後之設定值調整充電電壓 與充電電流的大小(步驟S395);若否，則繼續顯示其電力 狀態。在調整充電電壓與充電電流後，會回到步驟 S350〜S370重新擷取相關的電壓、電流數值。其中，值得 注意的是，在步驟S395中，使用者介面模組150可直接 透過微控制器140來調整充電電壓與充電電流。 • 上述實施例可歸納出一種太陽能充電系統的供電狀 態監控方法，請參照圖4，圖4為根據本實施例之太陽能 充電系統的供電狀態監控方法流程圖。首先，量測太陽能 充電模組的一輸出電壓值與一輸出電流值(步驟S41〇)，然 後擷取對應於充電電壓值與充電電流值的數據資料(步驟 S420)。接下來，提供一使用者介面，並根據輸出電流值以 及輸出電壓值對應顯示一充電電流波形與一充電電壓波形 (步驟S430)，並經由上述使用者介面，判斷一設定值是否 • 改變(步驟S440)，以及根據設定值調整太陽能充電模組的 輸出電壓值與輸出電流值(步驟S450)。 綜上所述，本發明結合圖形化的使用者介面，可即時 顯示太陽能充電模組的輸出電力狀態，同時讓使用者可以 經由使用者介面調整太陽能充電模組的輸出電壓與電流， 藉此增加太陽能充電裝置的實用性與方便性，並可讓太^陽 能充電裝置適用於多種不同規格的充電電池。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 201021358 ，-W-008 296〇2tw£doc/n 本發明，任何所屬技術領域中具有通常知 本發明之精神和範_，當可作些許之更動_飾不^ 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1為根據本發明一實施例之太陽能充電系統。 圖2為根據本發明一實施例之使用者介面示意圖。

圖3為根據本發明一實施例之太陽能充電系統的供電 狀態監控方法圖。 圖4為根據本發明一實施例之太陽此充電系繞的供電 狀態監控方法流程圖。 【主要元件符號說明】 :太陽能充電系統 1〇2 :太陽能板 =穩壓電路 106 :充電電路 110 :太陽能充電模組 120 :電流量測電路 130 :電壓量測電路 140 :微控制器 150 :使用者介面模組 . 160 :鋰電池 200 :使用者介面 201021358 υυυ4-υκ-008 29602twf.doc/n 210:充電電壓的波形監控圖 220 :充電電流的波形監控圖 230:充電電路輸出電壓資訊 240 :太陽能板的輸出電壓資訊 250 :充電電路輸出電流資訊 260、270 :太陽能充電模組110的輸出設定欄位 280 :通訊埠設定欄位 290 :鮑率設定欄位 ❹ CV :充電電壓 CW:輸出電壓值 CIV :輸出電流值 S310〜S395 :流程圖步驟 S410〜S450 :流程圖步驟

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Claims (1)

1. 201021358 υυυ4-υ»-008 29602twf.doc/n 七、申請專利範園： 1. 一種太陽能充電系統，包括： 一太陽能充電模組，用以輸出一充電電壓； -電流量測電路，输於該太陽能充電模組的輸出， 用以量測該太陽能充電模組的一輸出電流值； -電壓量測電路’域於該太陽能充電模組的輸出， 用以里測該太％能充電模組的一輸出電壓值； ❹ 一微控制器，耦接於該電流量測電路、該電壓量測電 路以及該太陽能充電模組，用以擷取對應於該輸出電流值 與該輸出電壓值的數據資料；以及 一使用者介面模組，耦接於該微控制器，並提供一使 用者介面以顯示該輸出電流值與該輸出電壓值； 其中，該使用者介面具有一設定攔位以提供一使用者 調整一設定值，該微控制器係根據該設定值調整該太陽能 充電模組的該輸出電壓值與該輸出電流值。 2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能充電系統，其 m 中該太陽能充電模組包括： 、 一太陽能板； 一穩壓電路’耦接於該太陽能板的輸出；以及 一充電電路，耦接於該穩壓電路的輸出，並用以輪出 該充電電壓； 其中’該電壓量測電路耦接於該太陽能板、該穩壓電 路以及該充電電路的輸出並對應輸出一太陽能板電壓值、 一穩壓電路電壓值以及該輸出電壓值。 13 201021358 υυυ^-υο-008 29602twf,doc/n 中圍第2項所述之太陽能充電系統，其 二、j二&、且更_該微控制11取得該太陽能板電 壓電路電髮值，並於該使用者介面顯示該太 險月b板電壓值以及該穩壓電路電壓值。 *二：I厂專利範圍第3項所述之太陽能充電系統，其 “二11更包括—通用非同步收發通訊埠(uart _，並透過RS232介面進行資料傳輸。

   士二田如=專利範圍第1項所述之太陽能充電系統，其 一以；I ©更根據該輸出電流值以及該輸出電廢值顯 示一充電電流波形與一充電電壓波形。 6·如申睛專概圍第i項所述之太陽能充電系統，其 中該使用者介面更包括： -通訊埠設定欄位，肋設定該制者介賴組與該 微控制器之間的通訊埠；以及 -鮑率設定攔位，用以設定該使用者介面模組與該微 控制器之間的傳輸鮑率。 7.如申請專利範圍第丨項所述之太陽能充電系統，其 中該使用者介面模組與該微控制器之間係經由RS232介面 進行資料傳輸。 8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能充電系統，其 中該使用者介面模組係設置於一電腦内。 9. /一種太陽能充電系統的供電狀態監控方法，該太陽 能充電系統包括一太陽能充電模組，該供電狀態監控方法 包括： 14 201021358 υν/υ^-υδ-008 29602twf.doc/n 量測該太陽能充電模組的一輸出電壓值與一輸出電 流值； 擷取對應於該充電電壓值與該充電電流值的數據資 料； 提供一使用者介面，並根據該輸出電流值以及該輸出 電壓值對應顯示一充電電流波形與一充電電壓波形； 經由該使用者介面，判斷一設定值是否改變；以及 根據該設定值調整該太陽能充電模組的該輸出電壓 參 值與該輸出電流值。

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