TWI465003B

TWI465003B - 太陽能儲能系統及其充電方法

Info

Publication number: TWI465003B
Application number: TW098145691A
Authority: TW
Inventors: Chih Chen Lai
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2014-12-11
Also published as: TW201123682A; US20110156633A1

Description

太陽能儲能系統及其充電方法

本發明涉及太陽能技術，特別涉及一種太陽能儲能系統及其充電方法。

太陽能作為一種新型能源，其應用愈來愈廣泛。例如，太陽能照明裝置、利用太陽能為電子產品供電、利用太陽能驅動汽車等各種應用方式不斷出現。而將太陽能轉化為電能係太陽能應用之重要方面，需要使用太陽能儲能系統。

先前技術中，太陽能儲能系統一般包括太陽能板、電壓電流轉換器以及電池儲能裝置。太陽能板用於收集太陽能，電壓電流轉換器用於將太陽能板之電壓轉換為一固定之電壓以可對電池儲能裝置進行充電。然而，由於該電壓電流轉換器只能轉換至一固定之電壓對電池儲能裝置進行充電，一方面，在電池儲能裝置內之能量增加或者減少時，電壓電流轉換器並不能改變充電電壓對電池儲能裝置進行充電，從而可能造成充電效率較低或充電電池被充電電壓擊破而損壞之問題。另一方面，太陽能板之電壓隨日照強度之改變而改變，當太陽能板之電壓高於電壓電流轉換器轉換之固定充電電壓時，太陽能板之電壓與電壓電流轉換器轉換之充電電壓之電壓差將會被電壓電流轉化器吸收而轉化為熱能，影響電壓電流轉換器之使用壽命以及電池儲能裝置之充電效率；當太陽能板之電壓低於電壓電流轉換器轉換之固定充電電壓時，太陽能板將無法對電池儲能裝置進行充電，電池儲能裝置之充電效率下降。

有鑑於此，提供一種可有效提高電池儲能裝置之充電效率，提高電壓電流轉換器及電池儲能裝置使用壽命之太陽能儲能系統及其充電方法實屬必要。

下面將以具體實施例說明一種太陽能儲能系統及其充電方法。

一種太陽能儲能系統，包括太陽能板、電壓電流轉換器、電池儲能裝置與控制裝置。該太陽能板用於收集太陽能。該電壓電流轉換器連接於太陽能板與電池儲能裝置之間。該電壓電流轉換器用於將太陽能板之輸出電壓轉換為電壓電流轉換器之輸出電壓。該控制裝置包括偵測單元、處理單元與執行單元。該偵測單元與太陽能板之輸出端、電壓電流轉換器之輸出端、電池儲能裝置分別相連以獲取太陽能板之輸出電壓、電壓電流轉換器之輸出電壓及電池儲能裝置之實際電壓。該處理單元與偵測單元及執行單元相連。該處理單元用於從偵測單元獲取太陽能板之輸出電壓及電池儲能裝置之實際電壓並將太陽能板之輸出電壓與一第一預定電壓、及電池儲能裝置之實際電壓與一第二預定電壓分別進行比較以獲取第一及第二比較結果，其中該第一預定電壓大於該第二預定電壓。該執行單元與電壓電流轉換器相連。該執行單元用於根據該第一及第二比較結果調整該電壓電流轉換器之輸出電壓以改變電池儲能裝置之充電電壓。

一種太陽能儲能系統之充電方法，其中該太陽能儲能系統包括太陽能板、電壓電流轉換器與電池儲能裝置，該太陽能板用於收集太陽能，該電壓電流轉換器連接於太陽能板與電池儲能裝置之間，該充電方法包括：利用偵測單元偵測獲取太陽能板之輸出電壓與電池儲能裝置之實際電壓；利用處理單元比較太陽能板之輸出電壓係否小於第一預定電壓；利用處理單元比較電池儲能裝置之實際電壓係否小於第二預定電壓，該第二預定電壓小於該第一預定電壓；根據上述兩個步驟之比較結果利用執行單元控制電壓電流轉換器改變電池儲能裝置之充電電壓。

相較於先前技術，本技術方案之太陽能儲能系統及其充電方法利用控制系統之偵測單元獲取太陽能板之輸出電壓及電池儲能裝置之實際電壓，並利用處理單元將太陽能板之輸出電壓與一第一預定電壓、及電池儲能裝置之實際電壓與一第二預定電壓分別進行比較以獲取第一及第二比較結果，執行單元根據該第一及第二比較結果調整電壓電流轉換器之輸出電壓以改變電池儲能裝置之充電電壓，使得太陽能儲能系統可根據太陽能板之輸出電壓(即太陽光之強弱)及電池儲能裝置之實際電壓動態地及時調整充電電壓，從而提升電池儲能裝置之充電效率，並提高電壓電流轉換器及電池儲能裝置之使用壽命。

100‧‧‧太陽能儲能系統

10‧‧‧太陽能板

20‧‧‧電壓電流轉換器

30‧‧‧電池儲能裝置

40‧‧‧控制裝置

41‧‧‧偵測單元

42‧‧‧處理單元

43‧‧‧執行單元

圖1係本技術方案實施例提供之太陽能儲能系統框圖。

圖2係本技術方案實施例提供之太陽能儲能系統充電方法之流程圖。

下面將結合附圖與實施例對本技術方案之太陽能儲能系統及其充電方法作進一步詳細說明。

請參閱圖1，本技術方案實施例提供之太陽能儲能系統100，包括太陽能板10、電壓電流轉換器20、電池儲能裝置30與控制裝置40。

該太陽能板10用於收集太陽能。由於太陽光之強弱會隨時間而改變，因此照射到太陽能板10之能量會隨著時間改變，使得太陽能板10之輸出電壓會相應隨時間不斷變化。例如，中午時，太陽光較強，太陽能板10收集之太陽能較多，此時太陽能板10之輸出電壓較高；傍晚時，太陽光較弱，太陽能板10收集之太陽能較少，此時太陽能板10之輸出電壓較低。

該電壓電流轉換器20連接於太陽能板10與電池儲能裝置30之間。電壓電流轉換器20用於將太陽能板10之輸出電壓轉換為電池儲能裝置30之充電電壓。該充電電壓可以為具有不同電壓大小之直流電壓或者具有不同頻率之脈衝電壓。

該控制裝置40包括偵測單元41、處理單元42與執行單元43。

該偵測單元41與太陽能板10之輸出端、電壓電流轉換器20之輸出端、電池儲能裝置30分別相連以分別獲取太陽能板10之輸出電壓、電壓電流轉換器20之輸出電壓及電池儲能裝置30之實際電壓。具體地，偵測單元41電連接到太陽能板10之輸出端以偵測獲取太陽能板10之輸出電壓。偵測單元41電連接到電壓電流轉換器20之輸出端以偵測獲取電壓電流轉換器20之輸出電壓，該電壓電流轉換器20之輸出電壓即為電池儲能裝置30之充電電壓。偵測單元41電連接到電池儲能裝置30之正負極上以偵測獲取電池儲能裝置30之實際電壓。

該處理單元42與偵測單元41及執行單元43相連。該處理單元42用於從偵測單元41獲取太陽能板10之輸出電壓及電池儲能裝置30之實際電壓，然後將太陽能板10之輸出電壓與一第一預定電壓比較以獲取一第一比較結果，並將電池儲能裝置30之實際電壓與一第二預定電壓分別進行比較以獲取一第二比較結果。其中，該第一預定電壓大於該第二預定電壓。本實施例中，該第一預定電壓為該電池儲能裝置30充滿電後之一標準電壓，該標準電壓預先儲存於處理單元42中。該第二預定電壓設定為該第一預定電壓之80%-90%中之任一數值。

同時，該處理單元42還從偵測單元41獲取電壓電流轉換器20之輸出電壓，從而可即時監測該電壓電流轉換器20之輸出電壓在充電過程中係否處於穩定狀態，保證電池儲能裝置30充電過程之正常進行；並且，還可及時檢測發現由於電壓電流轉換器20出現故障而導致輸出電流過大或過小之問題，從而避免過大之輸出電流在充電過程中損壞電池儲能裝置30或者過小之電流影響電池儲能裝置30之充電效率。

該執行單元43與電壓電流轉換器20相連。該執行單元43用於根據該第一比較結果及該第二比較結果調整該電壓電流轉換器20之輸出電壓。

請參閱圖2，本實施例中之太陽能儲能系統100之充電方法如下：

第一步，利用偵測單元41偵測獲取太陽能板10之輸出電壓與電池儲能裝置30之實際電壓。

第二步，利用處理單元42比較太陽能板10之輸出電壓係否小於第一預定電壓。

本實施例中，該第一預定電壓為該電池儲能裝置30充滿電後之一標準電壓，該標準電壓預先儲存於處理單元42中。當需要對不同之電池儲能裝置30進行充電時，該儲存在處理單元42中之標準電壓可以重新設定。

第三步，利用處理單元42比較電池儲能裝置30之實際電壓係否小於第二預定電壓。其中，該第二預定電壓小於該第一預定電壓。

本實施例中，該第二預定電壓設定為該第一預定電壓之80%-90%中之任一數值。該第二預定電壓可根據不同類型之電池儲能裝置30而具體設定。

第四步，根據上述第二步與第三步兩個步驟之比較結果利用執行單元43控制電壓電流轉換器20以改變調整該電壓電流轉換器20之輸出電壓。

具體地，第一種情況：當太陽能板10之輸出電壓小於該第一預定電壓，且電池儲能裝置30之實際電壓小於該第二預定電壓時，根據該比較結果，執行單元43控制該電壓電流轉換器20將該太陽能板10之輸出電壓轉換為一第一脈衝電壓作為該電壓電流轉換器20之輸出電壓。該第一脈衝電壓之高電平大於該第一預定電壓且小於該第一預定電壓之140%，該脈衝電壓之低電平為零伏特。根據不同之情況，該執行單元43可以適當之調整該第一脈衝電壓之佔空比以使得電池儲能裝置30在充電過程中具有足夠之緩衝散熱時間，避免第一脈衝電壓產生過大充電電流而損壞該電池儲能裝置30。例如，當電池儲能裝置30之實際電壓小於或等於該第二預定電壓之80%時，將該第一脈衝電壓調整至第一佔空比，此時，電池儲能裝置30在充電過程中具有較短之第一緩衝散熱時間；當電池儲能裝置30之實際電壓大於該第二預定電壓之80%且小於該第二預定電壓時，將該第一脈衝電壓調整至第二佔空比，此時，電池儲能裝置30在充電過程中具有較長之第二緩衝散熱時間。其中，該第一佔空比大於該第二佔空比，該第一緩衝散熱時間小於該第二緩衝散熱時間。

第二種情況：當太陽能板10之輸出電壓小於該第一預定電壓，且電池儲能裝置30之實際電壓大於或等於該第二預定電壓時，根據該比較結果，執行單元43控制該電壓電流轉換器20將該太陽能板10之輸出電壓轉換為一第二脈衝電壓作為該電壓電流轉換器20之輸出電壓。該第二脈衝電壓之高電平大於該第二預定電壓且小於或等於該第一預定電壓，該脈衝電壓之低電平為零伏特。此時，由於電池儲能裝置30之實際電壓較高，電量較多，採用小於或等於第一預定電壓之充電電壓以可產生較小之電流對電池儲能裝置30進行充電，對電池儲能裝置30更好之充電。根據不同之情況，該執行單元43可以適當之調整該第二脈衝電壓之佔空比以使得電池儲能裝置30在充電過程中具有足夠之緩衝散熱時間，避免第二脈衝電壓產生過大充電電流而損壞該電池儲能裝置30。例如，當電池儲能裝置30之實際電壓大於或等於該預定電壓且小於或等於該第一預定電壓之95%時，將該第二脈衝電壓調整至第三佔空比，此時，電池儲能裝置30在充電過程中具有較短之第三緩衝散熱時間；當電池儲能裝置30之實際電壓大於該第一預定電壓之95%且小於該第一預定電壓時，將該第二脈衝電壓調整至第四佔空比，此時，電池儲能裝置30在充電過程中具有較長之第四緩衝散熱時間。其中，該第三佔空比大於該第四佔空比，該第三緩衝散熱時間小於該第四緩衝散熱時間。

第三種情況：當太陽能板10之輸出電壓大於或等於該第一預定電壓，且電池儲能裝置30之實際電壓小於該第二預定電壓時，根據該比較結果，執行單元43控制該電壓電流轉換器20將該太陽能板10之輸出電壓轉換為一第一直流電壓作為該電壓電流轉換器20之輸出電壓。該第一直流電壓大於該第一預定電壓且小於該第一預定電壓之140%。此時，由於電池儲能裝置30之實際電壓較低，電量較低，從而採用較大之直流電壓可利用較平穩之大電流對電池儲能裝置30進行快速充電。

第四種情況：當太陽能板10之輸出電壓大於或等於該第一預定電壓，且電池儲能裝置30之實際電壓大於或等於該第二預定電壓時，根據該比較結果，執行單元43控制該電壓電流轉換器20將該太陽能板10之輸出電壓轉換為一第二直流電壓作為該電壓電流轉換器20之輸出電壓。該第二直流電壓大於該第二預定電壓且小於或等於該第一預定電壓。此時，由於電池儲能裝置30之實際電壓較高，電量較高，從而採用直流電壓可利用較平穩之小電流對電池儲能裝置30進行緩慢充電。

此外，本技術方案之太陽能儲能系統100之控制裝置40中還可以包括報警單元(圖未示)，該報警單元與偵測單元41及執行單元 43相連接，當偵測單元41獲取之電池儲能裝置之實際電壓等於該電池儲能裝置30充滿電後之一標準電壓時，報警單元發出報警信號並通過執行單元43控制電壓電流轉換器20停止對電池儲能裝置30進行充電。其中，該報警信號可為聲音信號或光閃爍信號。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。