TWI401856B - 太陽能充電系統與其供電狀態監控方法 - Google Patents

Description

太陽能充電系統與其供電狀態監控方法

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。

隨著石化與礦藏能源的逐漸減少，對各種替代能源的需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(Poly Crystalline)、CdTe、CuInse2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。薄膜式是可和建築物有較佳結合，如有曲度或可撓式、折疊型，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，犧牲了充電品質與效果。

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。

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、一微控制器以及一使用者介面模組。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壓值；微控制器耦接於上述電流量測電路、上述電壓量測電路以及上述太陽能充電模組，用以擷取對應於上述輸出電流值與上述輸出電壓值的數據資料。

使用者介面模組耦接於上述微控制器，並提供一使用者介面以顯示上述輸出電流值與上述輸出電壓值。使用者介面更具有一設定欄位以提供一使用者調整一設定值，當使用者調整其設定值時，微控制器係根據上述設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。

在本發明一實施例中，上述太陽能充電模組包括一太陽能板、一穩壓電路以及一充電電路。其中，穩壓電路耦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輸出電壓值。

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，並於上述使用者介面顯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一通用非同步收發通訊埠(UART Port)，並透過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。

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欄位以及一鮑率(baud rate)設定欄位。通訊埠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置於一電腦內。

從另一個觀點來看，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一輸出電壓值與一輸出電流值；擷取對應於上述充電電壓值與上述充電電流值的數據資料；提供一使用者介面，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；經由上述使用者介面，判斷一設定值是否改變；根據上述設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。

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進行充電。穩壓電路104耦接於太陽能板102與充電電路106之間，電流量測電路120則耦接於充電電路106的輸出，用以量測充電電路106的輸出電流值。電壓量測電路130耦接於太陽能板102、穩壓電路104以及充電電路106的輸出，用以量測各節點的輸出電壓值。微控制器140耦接於電壓量測電路130、電流量測電路120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110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102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106將穩壓電路104的輸出電壓轉換為充電電壓CV來對鋰電池進行充電，充電電路106所輸出的電壓值與電流值可依照鋰電池160的類型不同而有所調整。

電流量測電路120會根據太陽能充電模組110的輸出電流大小產生一輸出電流值CIV，電壓量測電路130會根據太陽能充電模組110的輸出電壓大小產生一輸出電壓值CW(即充電電壓CV的電壓值)。此外，電壓量測電路130也會量測太陽能板102以及穩壓電路104的輸出並產生相對應的太陽能板電壓值以及穩壓電路電壓值等數據，然後一併輸出至微控制器140。微控制器140會將所擷取到的輸出電壓值CW、輸出電流值CIV、太陽能板電壓值以及穩壓電路電壓值等數據透過傳輸介面(例如RS232介面)傳輸到使用者介面模組150。此外，微控制器140也可以用來調整穩壓電壓104與充電電路106的輸出。

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欄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150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(UART 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200包括充電電壓的波形監控圖210、充電電流波形監控圖220、通訊埠設定欄位280與鮑率設定欄位290、太陽能充電模組110的輸出設定欄位(260、270)、太陽能板的輸出電壓資訊240(即顯示太陽能板電壓值)、充電電路輸出電壓資訊230(即顯示充電電壓值CW)以及充電電路輸出電流資訊250(即顯示充電電流值CIV)等欄位。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220分別是根據輸出電壓值CW與輸出電流值CIV的數據所繪製出的。

使用者除可清楚的得知目前太陽能充電模組110的電力輸出狀態外，也可以透過輸出電壓與電流的設定欄位(260、270)來設定太陽能充電模組110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140便會根據其設定值去調整穩壓電路104與充電電壓106，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。在資料傳輸方面，使用者也可以經由通訊埠設定欄位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150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S340)。

接下來，電腦會向微控制器140擷取太陽能板102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)。然後，電腦會以波形圖顯示所擷取的資料，讓使用者可以即時監控充電時的電力狀態(步驟S380)。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S410)，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，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．太陽能充電系統

102．．．太陽能板

104．．．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

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

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

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能充電系統的供電狀態監控方法流程圖。

100．．．太陽能充電系統

102．．．太陽能板

104．．．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

CV．．．充電電壓

CW．．．輸出電壓值

CIV．．．輸出電流值

Claims (9)

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；一電流量測電路，耦接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；一電壓量測電路，耦接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壓值；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欄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，並用以輸出該充電電壓；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。
3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能充電系統，其中該使用者介面模組更經由該微控制器取得該太陽能板電壓值以及該穩壓電路電壓值，並於該使用者介面顯示該太陽能板電壓值以及該穩壓電路電壓值。
4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能充電系統，其中該微控制器更包括一通用非同步收發通訊埠(UART Port)，並透過RS232介面進行資料傳輸。
5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能充電系統，其中該使用者介面更根據該輸出電流值以及該輸出電壓值顯示一充電電流波形與一充電電壓波形。
6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能充電系統，其中該使用者介面更包括：一通訊埠設定欄位，用以設定該使用者介面模組與該微控制器之間的通訊埠；以及一鮑率設定欄位，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1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內。
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：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值與該輸出電流值。