TW202422994A - 能量調節系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種能量調節系統，電性連接電源、負載，以及鋰電池結構的第一儲能裝置；能量調節系統包含第二儲能裝置、至少一轉換器以及控制器：其中第二儲能裝置係為電容結構，與電源或負載電性連接；轉換器電性連接於第一儲能裝置與第二儲能裝置之間，傳遞輸出電壓以及輸出電流；控制器用以偵測該第一儲能裝置的第一電壓值、第一電流值，或者第二儲能裝置的第二電壓值，當第二儲能裝置的第二電壓值小於參考電壓值時，以第一儲能裝置作為電力來源，對第二儲能裝置進行充電至參考電壓值，控制器控制轉換器傳遞輸出電壓以及輸出電流。

Description

能量調節系統

本發明涉及一種存儲系統，特別是指一種能量調節系統。

電網主要的概念是將負載與電源整合成一個可控制的儲能系統來供應電能給使用者，目前隨著再生能源裝置量日漸增加，綠電價格競爭力逐漸上升，然而綠能的間歇性特性，還需要儲能系統來儲存多餘的電力，才能順利調度電力與電網的穩定性及輸出平滑化，功率調節系統(Power Conditioning System，以下簡稱PCS)則是併在電網上，用來調控電網的電力，功率調節系統除了緊急備援用電外，也可解決再生能源不穩定，因頻率過低而造成的低頻跳電問題，同時還可以儲存再生能源，用於削峰填谷；基於傳統電力系統將面臨大量再生能源併入電網後造成的不穩定性，電力公司引進儲能自動頻率控制調頻服務(Automatic Frequency Control，以下簡稱AFC)，利用儲能系統具有快速充放電之特性，透過主動調整充放電動作調節電力系統頻率，可幫助維持電力系統因負載波動造成之頻率飄移，極適宜作為再生能源高佔比下之系統穩定因應方案，其實際用途為吸收或補充電網上的短時間過載及欠載，在電網系統具備削峰填谷、頻率調整與快速調節電能，並進行能量轉移或儲存再生能源輸出之電能，提供給電網進行調度、用戶端負載與再生能源發電設施間之實、虛功率調節快速反應特性等多樣化功能，提供再生能源的輸出平滑化、調整電網頻率、備用電源等不同的服務，以協助電網達到穩定供電之責任，由於鉛酸電池壽命短，因此儲能系統大部分採用鋰電瓶或鋰鐵電瓶擔任，理論上鋰電瓶或鋰鐵電瓶的壽命可延長數倍，但是鋰電瓶或鋰鐵電瓶因為要吸收或補充電網上的過載及欠載或開機與充放電的瞬間突流，而需要執行約大於等於 2.0C的大充放電流以及約小於等於 1.0C的小頻繁充放電流，而影響或消耗掉鋰電瓶或鋰鐵電瓶使用壽命，以鋰電瓶或鋰鐵電瓶儲存最大電量小於等於70%即需更換為標準，鋰電瓶或鋰鐵電瓶使用壽命將低於5年。

電動機車或電動車利用具有快速充放電之特性的鋰電瓶或鋰鐵電瓶作為儲能系統，儲存剎車或低速的動力回收系統電能或供電電動車的電動馬達或電氣裝置等電力需求，由於鋰電瓶或鋰鐵電瓶因為要儲存或供應電動車電力的過載及欠載或啟動與動力回收的瞬間突流，而需要執行約大於等於 2.0C的大充放電流以及約小於等於 1.0C的小頻繁充放電流，而影響或消耗掉鋰電瓶或鋰鐵電瓶使用壽命，以鋰電瓶或鋰鐵電瓶儲存最大電量小於等於70%即需更換為標準，鋰電瓶或鋰鐵電瓶使用壽命將低於5年。

有鑑於上述缺失，並為達成上述改善目的，本發明所揭能量調節系統，電性連接一電源、一負載，以及鋰電池結構的第一儲能裝置；該能量調節系統包含：第二儲能裝置係為一電容結構，與該電源或該負載電性連接，在一儲電模式，以該電源作為電力來源，對第二儲能裝置進行充電，或經過第二儲能裝置對第一儲能裝置進行充電，在一轉儲模式，以第一儲能裝置作為電力來源，對第二儲能裝置進行充電，或經過第二儲能裝置對負載進行放電；至少一轉換器，電性連接於第一儲能裝置與第二儲能裝置之間，於儲電模式或轉儲模式中，傳遞一輸出電壓以及一輸出電流；以及一控制器，用以偵測第一儲能裝置的第一電壓值、第一電流值，或者第二儲能裝置的第二電壓值，其中，第二儲能裝置分別設定第二上限電壓值、第二下限電壓值以及一參考電壓值，該參考電壓值介於第二上限電壓值與第二下限電壓值之間，第二儲能裝置的第二電壓值小於該參考電壓值時，以第一儲能裝置作為電力來源，對第二儲能裝置進行充電至該參考電壓值，控制器控制轉換器傳遞輸出電壓以及輸出電流，避免鋰電池結構的第一儲能裝置大電流充電或放電，達到保護鋰電池結構的第一儲能裝置的目的。

為了達成上述目的，本發明所揭能量調節系統，其中，該負載係為一功率調節系統、一電動馬達或一電氣裝置。

為了達成上述目的，本發明所揭能量調節系統，其中，該電源係為一功率調節系統、一發電機或一動力回收系統。

為了達成上述目的，本發明所揭能量調節系統，其中，該參考電壓值係為該負載的一額定工作電壓值。

為了達成上述目的，本發明所揭能量調節系統，其中，該參考電壓值係大於等於負載的一下限工作電壓值且小於等於負載的一上限工作電壓值。

為了達成上述目的，本發明所揭能量調節系統，其中，該第二上限電壓值為該負載的一上限工作電壓值減去一裕度值，該第二下限電壓值為該負載的一下限工作電壓值加上該裕度值，該裕度值為大於等於零之任一數值。

為了達成上述目的，本發明所揭能量調節系統，其中，當電源對第二儲能裝置進行充電時，控制器偵測第二儲能裝置的第二電壓值超過介於該參考電壓值與第二上限電壓之間的一上中限電壓值時，控制器調節轉換器允許電源經過第二儲能裝置對第一儲能裝置進行充電。

為了達成上述目的，本發明所揭能量調節系統，其中，將該參考電壓值與第二上限電壓值相加後除以2，得到該上中限電壓值。

為了達成上述目的，本發明所揭能量調節系統，其中，以該電源對該第二儲能裝置進行充電，或經過該第二儲能裝置對第一儲能裝置進行充電時，充電電流介於0C與1.0C之間，直到第一儲能裝置的第一電流值達到第一下限電流值。

為了達成上述目的，本發明所揭能量調節系統，其中，該第二儲能裝置包含一預留儲電區，提供負載瞬間過載的電力儲存需求，與一預存電力區，提供負載瞬間欠載的電力供應需求，避免該第一儲能裝置大電流充電或放電，延長該第一儲能裝置的壽命。

為了達成上述目的，本發明所揭能量調節系統，其中，於省電模式之喚醒階段，控制器偵測第二儲能裝置的第二電壓值低於該第二下限電壓值或介於該參考電壓值與第二下限電壓值之間的一下中限電壓值，進入轉儲模式，控制器控制轉換器允許第一儲能裝置對第二儲能裝置進行充電。

為了達成上述目的，本發明所揭能量調節系統，其中，將該參考電壓值與第二下限電壓值相加後除以2，得到該下中限電壓值。

為了達成上述目的，本發明所揭能量調節系統，其中，第一儲能裝置對第二儲能裝置進行充電，充電電流介於0C與2.0C之間，直到第二儲能裝置的第二電壓值達到該參考電壓值。

有關本發明所揭能量調節系統的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

以下，茲配合各圖式列舉對應之較佳實施例來對本發明所揭能量調節系統的組成構件、步驟及達成功效來作說明，然各圖式中能量調節系統的構件、尺寸及外觀僅用來說明本發明的技術特徵，而非對本發明構成限制。

此外，在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指『包含但不限於』。此外，本文中所使用之『及／或』，包含相關列舉項目中一或多個項目的任意一個以及其所有組合。

參考圖1所示能量調節系統100的示意圖，本發明所揭能量調節系統100提供電容結構的第二儲能裝置20、轉換器30和控制器40的組合架構，能量調節系統100電性連接電源400、負載500，以及鋰電池結構的第一儲能裝置10，其中鋰電池結構的第一儲能裝置10包含鋰(鐵)電池、三元鋰電池等任一項或其組合，電容結構的第二儲能裝置20包含超級電容、超級電容組、電容組等任一項或其組合，電容結構的第二儲能裝置20與電源400或負載500電性連接，電源400或負載500經由電容結構的第二儲能裝置20連接至轉換器30後再連接至鋰電池結構的第一儲能裝置10，當電源400供電時，即在一儲電模式，以該電源400作為電力來源，對電容結構的第二儲能裝置20進行充電，或著藉由控制器40控制轉換器30傳遞輸出電壓V _1crg以及輸出電流I _1crg，使電源400經過電容結構的第二儲能裝置20及轉換器30對鋰電池結構的第一儲能裝置10進行充電，鋰電池結構的第一儲能裝置10用來儲存電量，亦即，電源400傳輸的電能得以經由轉換器30回充至鋰電池結構的第一儲能裝置10，電源400或負載500產生的突波，以及瞬間的過載或欠載將由電容結構的第二儲能裝置20儲存或供應，當電容結構的第二儲能裝置20缺電時或需供電給負載500時，即在一轉儲模式，以鋰電池結構的第一儲能裝置10作為電力來源，藉由控制器40控制轉換器30傳遞輸出電壓V _2crg以及輸出電流I _2crg，允許鋰電池結構的第一儲能裝置10對電容結構的第二儲能裝置20進行充電，或者負載500以鋰電池結構的第一儲能裝置10以及電容結構的第二儲能裝置20作為電力供電來源，允許鋰電池結構的第一儲能裝置10經過電容結構的第二儲能裝置20對負載500進行放電，鋰電池結構的第一儲能裝置10提供電容結構的第二儲能裝置20因自耗電損失或供電負載500所需求的電量。

能量調節系統100的控制器40藉由電壓量測器(圖未示)以及電流量測器(圖未示)分別量測鋰電池結構的第一儲能裝置10的第一電壓值V ₁、第一電流值I ₁，或者電容結構的第二儲能裝置20的第二電壓值V ₂，其中，電容結構的第二儲能裝置20分別設定第二上限電壓值V _2max、第二下限電壓值V _2min以及一參考電壓值V _R，第二上限電壓值V _2max較佳為設定至負載500的上限工作電壓值，第二下限電壓值V _2min較佳為設定至負載500的下限工作電壓值，亦可保留一裕度值，該裕度值為大於等於零之任一數值，將第二上限電壓值V _2max設定至負載500的上限工作電壓值減去該裕度值，將第二下限電壓值V _2min設定至負載500的下限工作電壓值加上該裕度值，但本發明並不以此為限，該參考電壓值V _R介於第二上限電壓值V _2max與第二下限電壓值V _2min之間，其中鋰電池結構的第一儲能裝置10的第一電壓值V ₁、第一電流值I ₁以及電容結構的第二儲能裝置20的第二電壓值V ₂分別提供控制器40，控制器40藉以調節轉換器30的輸出電壓以及輸出電流，使該電容結構的第二儲能裝置20的該第二電壓值V ₂維持在該參考電壓值V _R進行充電或放電，避免鋰電池結構的第一儲能裝置10大電流充電或放電，達到保護鋰電池結構的第一儲能裝置10的目的。

能量調節系統100的轉換器30包含一關閉狀態、一充電控制狀態以及一放電控制狀態，關閉狀態係為轉換器30不進行充電或放電動作，充電控制狀態係為電源400經由電容結構的第二儲能裝置20連接到轉換器30對鋰電池結構的第一儲能裝置10充電，放電控制狀態係為鋰電池結構的第一儲能裝置10經由轉換器30對電容結構的第二儲能裝置20充電，控制器40依據偵測的鋰電池結構的第一儲能裝置10或電容結構的第二儲能裝置20的至少一電性特性，控制轉換器30於關閉狀態、充電控制狀態以及放電控制狀態間切換。

以上說明本發明的能量調節系統100的組成，隨後，詳述本發明的能量調節系統100的運作及功效。

參考圖1所示第一實施例，以電網為例，本發明提供一種能量調節系統100用於電網，其中鋰電池結構的第一儲能裝置10包含鋰(鐵)電池、三元鋰電池等任一項或其組合，鋰電池結構的第一儲能裝置10是由n個鋰電池串並聯所組成，n大於等於1，電容結構的第二儲能裝置20包含超級電容、超級電容組、電容組等任一項或其組合，電容結構的第二儲能裝置20是由m個超級電容串並聯所組成， m大於等於1，電源400係為電網的功率調節系統或再生能源或發電機等，負載500係為電網的功率調節系統或為用戶負載的電氣裝置，當電網供電或有瞬間欠載時，即在一儲電模式，控制器40提供轉換器30對應於充電控制狀態的控制訊號CS _crg，電容結構的第二儲能裝置20電性連接至電網的功率調節系統，以電網的功率調節系統作為電力來源，對電容結構的第二儲能裝置20進行充電，或者，藉由控制器40控制轉換器30傳遞一輸出電壓V _1crg以及一輸出電流I _1crg，電網的功率調節系統經由電容結構的第二儲能裝置20連接至轉換器30對鋰電池結構的第一儲能裝置10進行充電，鋰電池結構的第一儲能裝置10用來儲存電量，亦即，電網的功率調節系統輸出的電能得以經由轉換器30回充至鋰電池結構的第一儲能裝置10；當電網缺電或有瞬間過載時，即在一轉儲模式，控制器40控制轉換器30切換至放電控制狀態CS _discrg，以鋰電池結構的第一儲能裝置10作為電力來源，藉由控制器40控制轉換器30傳遞輸出電壓V _2crg以及輸出電流I _2crg，控制器40調節轉換器30允許鋰電池結構的第一儲能裝置10對電容結構的第二儲能裝置20進行充電，或者以鋰電池結構的第一儲能裝置10以及電容結構的第二儲能裝置20作為電力供電來源，允許鋰電池結構的第一儲能裝置10經過轉換器30連接電容結構的第二儲能裝置20對電網的功率調節系統或電氣裝置進行放電，鋰電池結構的第一儲能裝置10提供電容結構的第二儲能裝置20因自耗電或電網的供電功率調節系統或電氣裝置造成的電量損失，電網功率調節系統偶發的瞬間電壓跳動將由電容結構的第二儲能裝置20吸收或補充，穩定電網的供電品質。

在第一實施例中，以電網為例，鋰電池結構的第一儲能裝置10藉由6組15顆串聯的鋰電池單元以並聯電性連接組成為例，複數個鋰電池單元的串聯及並聯組成鋰電池結構的第一儲能裝置10僅為本發明一實施例，並非本發明權利範圍的限制，本發明的鋰電池結構的第一儲能裝置10可以是鋰(鐵) 電池、三元鋰電池等任一項或其串聯及/或並聯組合，此實施例中，鋰電池單元的容量為6.0 Ahr（安時），充電截止電壓值3.6伏特，額定電壓值3.2伏特，放電截止電壓值3伏特，因此鋰電池結構的第一儲能裝置10充電截止電壓值為3.6伏特 × 15 = 54伏特，鋰電池結構的第一儲能裝置10額定電壓值為3.2伏特 × 15 = 48伏特，鋰電池結構的第一儲能裝置10放電截止電壓值為2.8伏特 × 15 = 42伏特，鋰電池結構的第一儲能裝置10電池容量為6.0 Ahr（安時）×  6 = 36 Ahr（安時），目前超級電容單元的容量可以做到很大，從幾法拉到數千法拉甚至萬法拉，但單一單元的電壓較低，電容結構的第二儲能裝置20以20顆超級電容單元450F(法拉(Farad))串聯電性連接所組成超級電容組為例，超級電容單元額定電壓值為3.0伏特，超級電容組額定電壓值為3.0伏特 × 20 = 60伏特，以電網功率調節系統的工作電壓範圍介於40伏特 與 54伏特之間，額定工作電壓為42伏特為例，設定超級電容組的第二上限電壓值V _2max為54伏特 ，超級電容組的第二下限電壓值V _2min為40伏特，在一浮充模式下，該第二儲能裝置20的該參考電壓值V _R係大於等於負載500的一下限工作電壓值且小於等於負載500的一上限工作電壓值，或者，該參考電壓值V _R係為負載500的額定工作電壓值，第一實施例以負載500為電網功率調節系統的額定工作電壓值42伏特為例說明，作為超級電容組的參考電壓值V _R，也就是浮充電壓值，該控制器40偵測該第二儲能裝置20的該第二電壓值V ₂低於該參考電壓值V _R時，進入該轉儲模式，該控制器40控制該轉換器30允許該第一儲能裝置10對該第二儲能裝置20進行充電，直到該第二儲能裝置20的該第二電壓值V ₂達到該參考電壓值V _R。

進一步說明第一實施例具體運作方式，本發明能量調節系統100不僅能保護鋰電池結構的第一儲能裝置10而不受負載500或電源400開關機或充放電突波衝擊， 而且設計適當電容結構的第二儲能裝置20的容量， 並且在該浮充模式下，於電容結構的第二儲能裝置20的第二上限電壓值V _2max以及第二下限電壓值V _2min之間的參考電壓值V _R進行浮充，利用參考電壓值V _R與第二上限電壓值V _2max之間的預留儲電區作為電容結構的第二儲能裝置20儲存瞬間的充電電力之用， 以吸收電網的功率調節系統或再生能源或發電機等所傳輸的瞬間突流或過載電力，同時可利用參考電壓值V _R與第二下限電壓值V _2min之間的預存電力區所儲存的能量作為電容結構的第二儲能裝置20提供瞬間放電電力需求， 以補充電網的功率調節系統的瞬間欠載電力之用，也因為絕大部份電網的功率調節系統的瞬間過載電力由電容結構的第二儲能裝置20吸收後儲存，之後再補充電能回電網的功率調節系統，當電容結構的第二儲能裝置20儲存電網上電源400的回收電力時，以電網的功率調節系統或再生能源或發電機等作為電力來源，對電容結構的第二儲能裝置20進行充電時，控制器40偵測電容結構的第二儲能裝置20的第二電壓值V ₂超過介於該參考電壓值V _R與第二上限電壓值V _2max之間的一上中限電壓值時，其中，上中限電壓值的設定，可以將該參考電壓值V _R與第二上限電壓值V _2max相加後除以2，得到該上中限電壓值，但本發明不限於此，進入儲電模式，將電網上電源400的回收電力充電至鋰電池結構的第一儲能裝置10，藉由觸動控制器40下指令調節轉換器30允許電網的電源400的回收電力經過電容結構的第二儲能裝置20對鋰電池結構的第一儲能裝置10進行充電時，充電電流介於0C與1.0C之間或鋰電池結構的第一儲能裝置10的額定最大充電電流值內之其他電流值，其中C用來表示電池在充電或放電時所用的電流，例如：額定容量36安培小時的電池，1.0C即為36安培，直到鋰電池結構的第一儲能裝置10的該第一電壓值V ₁已達依需求設定的第一上限電壓值V _1max，較佳為設定至充電截止電壓值，或者， 直到鋰電池結構的第一儲能裝置10的該第一電流值I ₁達到一第一下限電流值I _1min，第一下限電流值I _1min可以設定為0.2C，但本發明並不以此為限，控制器40偵測鋰電池結構的第一儲能裝置10的第一電流值I ₁達到一第一下限電流值I _1min，由控制器40提供對應於關閉狀態的控制訊號CS _off給轉換器30，使轉換器30切換至關閉狀態，不進行充電動作，如此可以避免鋰電池結構的第一儲能裝置10過度充電，若鋰電池結構的第一儲能裝置10回收不及或已達第一上限電壓值V _1max，導致電容結構的第二儲能裝置20的第二電壓值V ₂持續上升至第二上限電壓值V _2max，能量調節系統100可以限制電流輸入或選擇性加入能耗裝置(圖未示)，例如：電阻器，以阻止或消耗回收不及的能量。

本發明的能量調節系統100，還包含一休眠省電模式，在第一實施例中，當本發明能量調節系統100供電給電網的功率調節系統，電容結構的第二儲能裝置20的浮充放電電流小於等於一預設電流值，例如50毫安培，即進入休眠省電模式的一喚醒階段。

在第一實施例中，當本發明能量調節系統100供電給電網的功率調節系統，控制器40偵測電容結構的第二儲能裝置20的第二電壓值V ₂低於該參考電壓值V _R時，或者，當本發明能量調節系統100進入休眠省電模式的喚醒階段，控制器40偵測電容結構的第二儲能裝置20的第二電壓值V ₂低於第二下限電壓值V _2min或第二電壓值V ₂低於介於該參考電壓值V _R與第二下限電壓值V _2min之間的一下中限電壓值時，進入轉儲模式，控制器40控制轉換器30允許鋰電池結構的第一儲能裝置10對電容結構的第二儲能裝置20進行充電，以鋰電池結構的第一儲能裝置10作為電力來源，控制器40控制轉換器30傳遞輸出電壓V _2crg以及輸出電流I _2crg，以電流介於0C與2.0C之間或鋰電池結構的第一儲能裝置10的額定最大放電電流內之其他電流值放電供電及充電，直到電容結構的第二儲能裝置20的第二電壓值V ₂達到該參考電壓值V _R，避免鋰電池結構的第一儲能裝置10大電流放電，達到保護鋰電池結構的第一儲能裝置10，或者，由電容結構的第二儲能裝置20的預存電力區所儲存的能量以及鋰電池結構的第一儲能裝置10電力以電流介於0C與2.0C之間或鋰電池結構的第一儲能裝置10的額定最大放電電流值內之其他電流值共同放電，協助滿足電網的功率調節系統電力需求，如此可有效管控鋰電池結構的第一儲能裝置10放電電流，達到延長鋰電池結構的第一儲能裝置10壽命。

參考圖1所示第二實施例，以電動車為例，本發明第二實施例與第一實施例之能量調節系統100大致相同，兩者之差異處僅在於：電源400係為發電機、充電站、市電或電動車的動力回收系統等任一項或其組合，用於提供電動車的儲能系統所需電量，負載500係為電動車的電動馬達或電氣裝置等任一項或其組合；電容結構的第二儲能裝置20分別直接電性連接至發電機、充電站、市電或動力回收系統與電動車的電動馬達或電氣裝置，轉換器30位於鋰電池結構的第一儲能裝置10與電容結構的第二儲能裝置20之間，並且分別電性連接鋰電池結構的第一儲能裝置10與電容結構的第二儲能裝置20，控制器40控制轉換器30傳遞輸出電壓以及輸出電流。

在第二實施例中，電容結構的第二儲能裝置20係以超級電容組為例說明，利用超級電容組電性連接至電動車的動力回收系統或電動車的電動馬達或電氣裝置，當動力回收系統輸出電能時，即在一儲電模式，控制器40提供轉換器30對應於充電控制狀態的控制訊號CS _crg，以動力回收系統作為電力來源，動力回收系統輸出的電能經由超級電容組連接至轉換器30後再連接至鋰電池結構的第一儲能裝置10，藉由控制器40控制轉換器30傳遞輸出電壓V _1crg以及輸出電流I _1crg，對超級電容組進行充電，或經過超級電容組對鋰電池結構的第一儲能裝置10進行充電，鋰電池結構的第一儲能裝置10用來儲存電量，亦即，動力回收系統輸出的電能得以直接由超級電容組吸收儲存，或是經由轉換器30回充至鋰電池結構的第一儲能裝置10，當超級電容組缺電時或需供電電動車的電動馬達或電氣裝置時，即在一轉儲模式，以鋰電池結構的第一儲能裝置10作為電力來源，控制器40調節轉換器30允許鋰電池結構的第一儲能裝置10對超級電容組進行充電，或者電動車的電動馬達或電氣裝置以鋰電池結構的第一儲能裝置10以及超級電容組作為電力供電來源，允許鋰電池結構的第一儲能裝置10經過超級電容組對電動車的電動馬達或電氣裝置進行放電，鋰電池結構的第一儲能裝置10提供超級電容組因自耗電或供電給電動車的電動馬達或電氣裝置所需的電量，電動馬達偶發的瞬間突流或大電流拉載將由超級電容組儲存或供應，以穩定電力系統的供電品質。

在第二實施例中，以電動車鋰電池結構的第一儲能裝置10藉由6組15顆串聯的鋰電池單元以並聯電性連接組成為例，複數個鋰電池單元的串聯及並聯組成鋰電池結構的第一儲能裝置10僅為本發明一實施例，並非本發明權利範圍的限制，本發明的鋰電池結構的第一儲能裝置10可以是鋰(鐵) 電池、三元鋰電池等任一項或其串聯及/或並聯組合，此實施例中，鋰電池單元的充電截止電壓值4.2伏特，額定電壓值3.6伏特，放電截止電壓值3伏特 ，每組鋰電池容量4.9 Ahr（安時），「電池容量」係由電池所儲存之電荷的度量，一般以安培小時(安時，Ahr)，因此鋰電池結構的第一儲能裝置10充電截止電壓值為4.2伏特 × 15 = 63伏特，鋰電池結構的第一儲能裝置10額定電壓值為3.6伏特 × 15 = 54伏特，鋰電池結構的第一儲能裝置10放電截止電壓值為2.8伏特 × 15 = 42伏特，鋰電池結構的第一儲能裝置10電池容量為4.9 Ahr（安時）×  6 = 29.4 Ahr（安時）。

本發明能量調節系統100，在第二實施例中，當本發明能量調節系統100供電給電動車的電動馬達或電氣裝置時，超級電容組的浮充放電電流小於等於一預設電流值，例如50毫安培，即進入休眠省電模式的喚醒階段。

當本發明能量調節系統100供電給電動車的電動馬達或電氣裝置時，控制器40偵測超級電容組的的第二儲能裝置20第二電壓值V ₂下降至低於該參考電壓值V _R時，或者，當本發明能量調節系統100進入休眠省電模式的喚醒階段，控制器40偵測超級電容組的第二儲能裝置20的第二電壓值V ₂低於該第二下限電壓值V _2min或第二電壓值V ₂低於介於該參考電壓值V _R與第二下限電壓值V _2min之間的一下中限電壓值，其中下中限電壓值的設定，可以將該參考電壓值V _R與第二下限電壓值V _2min相加後除以2，得到該下中限電壓值，但本發明不限於此，進入轉儲模式，控制器40控制轉換器30切換至放電控制狀態CS _discrg，以鋰電池結構的第一儲能裝置10作為電力來源，允許鋰電池結構的第一儲能裝置10連接轉換器30對超級電容組進行充電，即藉由控制器40控制轉換器30傳遞輸出電壓V _2crg以及輸出電流I _2crg，對超級電容組進行充電至該參考電壓值V _R，將電力預先儲存至超級電容組的第二儲能裝置20的預存電力區，鋰電池結構的第一儲能裝置10，以電流介於0C與2.0C之間或鋰電池結構的第一儲能裝置10的額定最大放電電流內之其他電流值放電供電及充電超級電容組，或者，由超級電容組的預存電力區所儲存的能量，以及鋰電池結構的第一儲能裝置10以電流介於0C與2.0C之間或鋰電池結構的第一儲能裝置10的額定最大放電電流內之其他電流值共同放電，協助滿足電動車的電動馬達或電氣裝置的電力需求，經由轉換器30以充電電流介於.0C與2.0C之間放電浮充超級電容組及供電電動車的電動馬達或電氣裝置，避免鋰電池結構的第一儲能裝置10大電流放電，達到延長鋰電池結構的第一儲能裝置10壽命。

本發明能量調節系統100，在第二實施例中，以電動馬達的工作電壓42伏特 ± 10伏特為例，電動馬達的額定工作電壓為42伏特，第二上限電壓值V _2max較佳設定為電動馬達的上限工作電壓值減去一裕度值，例如本範例電動馬達的上限工作電壓值為52伏特，裕度值為1伏特，因此第二上限電壓值V _2max為52伏特 - 1伏特 = 51伏特，第二下限電壓值V _2min較佳設定為電動馬達的下限工作電壓值加上該裕度值，例如本範例電動馬達的下限工作電壓值為32伏特，裕度值為1伏特，因此第二下限電壓值V _2min為32伏特 + 1伏特 = 33伏特，以超級電容組為電容結構的第二儲能裝置20為例，在一浮充模式下，該第二儲能裝置20的該參考電壓值V _R係大於等於負載500的一下限工作電壓值且小於等於負載500的一上限工作電壓值，或者，該參考電壓值V _R係為負載500的額定工作電壓值，第二實施例以負載500為電動馬達的額定工作電壓值42伏特為例說明，作為超級電容組的參考電壓值V _R，也就是浮充電壓值，該控制器40偵測該第二儲能裝置20的該第二電壓值V ₂低於該參考電壓值V _R時，進入該轉儲模式，該控制器40控制該轉換器30允許該第一儲能裝置10對該第二儲能裝置20進行充電，直到該第二儲能裝置20的該第二電壓值V ₂達到該參考電壓值V _R。

當電動車動力回收系統回收電力，超級電容組儲存動力回收系統的回收電力時，以動力回收系統作為電力來源，對超級電容組進行充電儲存回收的動力至預留儲電區，當超級電容組電壓持續上升至第二上限電壓值V _2max，即本實施例的51伏特時，可識別為機械式剎車介入始點，控制器40同時關掉電動馬達的動力回收功能，當超級電容組電壓降低後，例如小於等於49伏特，重啟電動馬達的動力回收功能；另一實施方式為，當控制器40偵測超級電容組的第二儲能裝置20的第二電壓值V ₂超過介於該參考電壓值V _R與第二上限電壓值V _2max之間的一上中限電壓值時，其中，上中限電壓值的設定，可以將該參考電壓值V _R與第二上限電壓值V _2max相加後除以2，得到該上中限電壓值，於此實施例中可設定為 ( 42 + 51 ) / 2 = 46.5伏特，但本發明不限於此，進入儲電模式，將動力回收系統的回收電力充電至鋰電池結構的第一儲能裝置10，藉由觸動控制器40下指令調節轉換器30允許動力回收系統的回收電力經過超級電容組對鋰電池結構的第一儲能裝置10進行充電時，充電電流介於0C與1.0C之間或鋰電池結構的第一儲能裝置10的額定最大充電電流值內之其他電流，以轉換器30有升壓充電實質約0.5C充電電流為例，直到鋰電池結構的第一儲能裝置10的該第一電壓值V ₁已達依需求設定至較第一下限電壓值V _1min高的第一上限電壓值V _1max，較佳為設定至鋰電池結構的充電截止電壓值，或者， 直到鋰電池結構的第一儲能裝置10的該第一電流值I ₁達到一第一下限電流值I _1min，第一下限電流值I _1min可以設定為0.2C，但本發明並不以此為限，控制器40偵測鋰電池結構的第一儲能裝置10的第一電流值I ₁達到一第一下限電流值I _1min，由控制器40提供對應於關閉狀態的控制訊號CS _off給轉換器30，使轉換器30切換至關閉狀態，不進行充電動作，如此可以避免鋰電池結構的第一儲能裝置10過度充電，若鋰電池結構的第一儲能裝置10仍回收不及導致超級電容組的第二儲能裝置20的第二電壓值V ₂持續上升至第二上限電壓值V _2max，能量調節系統100可以選擇性加入機械式剎車或能耗裝置(圖未示)，例如：電阻器，以消耗回收不及的能量。

當電容結構的第二儲能裝置20由超級電容組以1個串聯20顆400F超級電容並聯所組成時，超級電容組於42伏特浮充下已經暫時儲存於預存電力區的能量有400F/20 × (42伏特 – 33伏特) = 180AS(安秒)，另外，能量調節系統100可經由鋰電池結構的第一儲能裝置10以例如2.0C的放電電流可再供應給電動車的電動馬達瞬間加速下可輸出的電流為2 × 29.4安培 =  58.8安培，如此，能量調節系統100在超級電容組降至第二下限電壓值V _2min的33伏特的工作截止電壓值前，可由預存電力區與2.0C放電供應共約180 + 58.8 = 238.8AS(安秒)的能量足夠支撐電動馬達於2秒以內到達4.0C = 4 × 29.4 = 118安培的加速需求，可有效降低鋰電池結構的第一儲能裝置10瞬間放電電流至少約2.0C或以上，達到延長鋰電池結構的第一儲能裝置10壽命。雖然電動馬達放電瞬間有突流，但因能量調節系統100浮充設計，預留儲電區可以吸收電動馬達開機或運轉過程中所產生的突流 。

當電容結構的第二儲能裝置20由超級電容組以1個串聯20顆 400法拉的超級電容並聯所組成時，超級電容組由浮充的參考電壓值V _R上升至第二上限電壓值V _2max可於預留儲電區儲存的回收能量有400F / 20×  (51伏特–42伏特) = 180AS(安秒)，可回收的電力約有180安秒 × ( 51 + 42 ) / 2伏特 = 0.0023千瓦小時，千瓦小時是指1度電，在例如40Km的續航力使用時，若每次剎車可回收0.0023度的電量，則剎車50次，動力回收系統的回收電力可回收約0.1度，約佔6%以上電力回收率。

本發明的能量調節系統100，當超級電容組浮充放電電流小於等於50毫安培或其他電流時，能量調節系統100進入休眠省電模式，在休眠省電模式的喚醒階段每秒醒來10毫秒或其他，當超級電容組的第二儲能裝置20的第二電壓值V ₂低於介於該參考電壓值V _R與第二下限電壓值V _2min之間的一下中限電壓值，其下中限電壓值的設定，可以是將該參考電壓值V _R與第二下限電壓值V _2min相加後除以2，得到該下中限電壓值，或者，設定該第二下限電壓值V _2min為該下中限電壓值，但本發明不限於此，例如當電容結構的第二儲能裝置20由超級電容組以1個串聯20顆額定電壓值2.7伏特的超級電容所組成時，下中限電壓值可設定為(42伏特 + 33伏特)/2 = 37.5 伏特，或者設定為第二下限電壓值V _2min的33伏特時，再喚醒能量調節系統100進行浮充動作。

第二實施例中，本發明能量調節系統100，在該浮充模式下，利用超級電容組的參考電壓值V _R與第二上限電壓值V _2max之間的預留儲電區的儲存空間作為超級電容組儲存瞬間的充電電力之用，以儲存動力回收系統所傳輸的瞬間電力，同時利用超級電容組的參考電壓值V _R與第二下限電壓值V _2min之間的預存電力區所儲存的能量作為超級電容組提供瞬間放電所需的電力之用，以補充電動車的電動馬達或電氣裝置的瞬間負載電力之用，鋰電池結構的第一儲能裝置10用來儲存與提供電力，超級電容組作為電動車啓動、剎車及動力回收時的突流吸收裝置以保護鋰電池結構的第一儲能裝置10，因此本發明能量調節系統100具有提供電動馬達開機瞬間突流、儲存動力回收系統回收充電電流，以及降低鋰電池結構的第一儲能裝置10約2.0C或以上的瞬間加速供電電流等功能。

本發明所揭能量調節系統100作為鋰電池結構的第一儲能裝置10與電源400或負載500之間儲存、平衡及傳遞電力之用，能量調節系統100因內建有控制器40及轉換器30的充放電機制，因此，本發明能量調節系統100具有的功能，包括吸收電源400或負載500的開機突流、儲存電源400的突流或充電電流，以及在電容結構的第二儲能裝置20的瞬間大電流輔助供電下，有效降低約2.0C或以上的鋰電池結構的第一儲能裝置10瞬間放電電流，避免鋰電池結構的第一儲能裝置10大電流充電或放電，達到保護鋰電池結構的第一儲能裝置10的目的。

本發明所揭能量調節系統100所應用不以電動機車、電動車、電網的功率調節系統為限，且能量調節系統100本身可以與鋰電池結構的第一儲能裝置10組合後成為一個獨立電瓶裝置，達到保護並且延長鋰電池結構的第一儲能裝置10的使用壽命，同時能量調節系統100滿足蓄電、穩壓以及大電流的需求，其中電容結構的第二儲能裝置20穩壓讓電源400或負載500更有效率及穩定。

最後，強調，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

100:能量調節系統 400:電源 500:負載 10:第一儲能裝置 20:第二儲能裝置 30:轉換器 40:控制器 V ₁:第一儲能裝置的第一電壓值 V ₂:第二儲能裝置的第二電壓值 I ₁:第一儲能裝置的第一電流值 V _1crg、V _2crg:輸出電壓 I _1crg、I _2crg:輸出電流 CS _crg、CS _discrg、CS _off:控制訊號

圖1為能量調節系統的示意圖。

100:能量調節系統

400:電源

500:負載

10:第一儲能裝置

20:第二儲能裝置

30:轉換器

40:控制器

V₁:第一儲能裝置的第一電壓值

V₂:第二儲能裝置的第二電壓值

I₁:第一儲能裝置的第一電流值

V_1crg、V_2crg:輸出電壓

I_1crg、I_2crg:輸出電流

CS_crg、CS_discrg、CS_off:控制訊號

Claims (13)

1. 一種能量調節系統，電性連接一電源、一負載，以及鋰電池結構的一第一儲能裝置；該能量調節系統包含： 一第二儲能裝置係為一電容結構，與該電源或該負載電性連接，在一儲電模式，以該電源作為電力來源，對該第二儲能裝置進行充電，或經過該第二儲能裝置對該第一儲能裝置進行充電，在一轉儲模式，以該第一儲能裝置作為電力來源，對該第二儲能裝置進行充電，或經過該第二儲能裝置對該負載進行放電； 至少一轉換器，電性連接於該第一儲能裝置與該第二儲能裝置之間，於該儲電模式或該轉儲模式中，傳遞一輸出電壓以及一輸出電流；以及 一控制器，用以偵測該第一儲能裝置的一第一電壓值、一第一電流值，或者該第二儲能裝置的一第二電壓值，其中，該第二儲能裝置分別設定一第二上限電壓值、一第二下限電壓值以及一參考電壓值，該參考電壓值介於該第二上限電壓值與該第二下限電壓值之間，該第二儲能裝置的該第二電壓值小於該參考電壓值時，以該第一儲能裝置作為電力來源，對該第二儲能裝置進行充電至該參考電壓值，該控制器控制該轉換器傳遞該輸出電壓以及該輸出電流，避免該第一儲能裝置大電流充電或放電，達到保護該第一儲能裝置的目的。
2. 如請求項1所述之能量調節系統，其中，該負載係為一功率調節系統、一電動馬達或一電氣裝置。
3. 如請求項1所述之能量調節系統，其中，該電源係為一功率調節系統、一發電機或一動力回收系統。
4. 如請求項1所述之能量調節系統，其中，該參考電壓值係為該負載的一額定工作電壓值。
5. 如請求項1所述之能量調節系統，其中，該參考電壓值係大於等於該負載的一下限工作電壓值且小於等於該負載的一上限工作電壓值。
6. 如請求項1所述之能量調節系統，其中，該第二上限電壓值為該負載的一上限工作電壓值減去一裕度值，該第二下限電壓值為該負載的一下限工作電壓值加上該裕度值，該裕度值為大於等於零之任一數值。
7. 如請求項1所述之能量調節系統，其中，當該電源對第二儲能裝置進行充電時，該控制器偵測該第二儲能裝置的該第二電壓值超過介於該參考電壓值與該第二上限電壓之間的一上中限電壓值時，該控制器調節該轉換器允許該電源經過該第二儲能裝置對該第一儲能裝置進行充電。
8. 如請求項7所述之能量調節系統，其中，將該參考電壓值與該第二上限電壓值相加後除以2，得到該上中限電壓值。
9. 如請求項1所述之能量調節系統，其中，以該電源經過該第二儲能裝置對該第一儲能裝置進行充電時，充電電流介於0C與1.0C之間，直到該第一儲能裝置的該第一電流值達到一第一下限電流值。
10. 如請求項1所述之能量調節系統，其中，該第二儲能裝置包含一預留儲電區，提供負載瞬間過載的電力儲存需求，與一預存電力區，提供負載瞬間欠載的電力供應需求，避免該第一儲能裝置大電流充電或放電，延長該第一儲能裝置的壽命。
11. 如請求項1所述之能量調節系統，其中，於一省電模式之一喚醒階段，該控制器偵測該第二儲能裝置的該第二電壓值低於該第二下限電壓值或介於該參考電壓值與該第二下限電壓值之間的一下中限電壓值，進入該轉儲模式，該控制器控制該轉換器允許該第一儲能裝置對該第二儲能裝置進行充電。
12. 如請求項11所述之能量調節系統，其中，將該參考電壓值與該第二下限電壓值相加後除以2，得到該下中限電壓值。
13. 如請求項1所述之能量調節系統，其中，該第一儲能裝置對該第二儲能裝置進行充電，充電電流介於0C與2.0C之間，直到該第二儲能裝置的該第二電壓值達到該參考電壓值。