TWI467357B - 電源管理系統與電源管理方法 - Google Patents

Description

電源管理系統與電源管理方法

本發明是有關於一種電源管理系統與電源管理方法，且特別是有關於一種用以管理太陽電池之輸出功率的電源管理系統與電源管理方法。

太陽能是一種乾淨無污染且取之不盡、用之不竭的能源，在解決目前石化能源所面臨的污染與短缺的問題時，太陽能一直是最受矚目的焦點。由於太陽電池可直接將太陽能轉換為電能，因此太陽電池已成為目前產業界相當重要的研究課題之一。

太陽電池已經逐漸地被應用於建築物與可攜式電子產品(如手機、筆記型電腦等)上。與固定設置於建築物上的太陽電池相較，應用於可攜式電子產品的太陽電池更常面臨到所處環境之照度迅速改變的情況，每當太陽電池所處環境之照度迅速改變時，太陽電池的最大輸出功率便會隨之改變。因此，如何獲得太陽電池的最大輸出功率並且使太陽電池總是以最大輸出功率輸出是相當重要的課題。

目前，已有習知技術提出利用動態追蹤(dynamic tracking)的方式獲得與所處環境之照度相對應的最大輸出功率(例如是透過逐步調整太陽電池之輸出電流、電壓以計算出太陽電池之輸出功率，進而追蹤出太陽電池的最大輸出功率)，然而，上述之動態追蹤的方式通常需耗費很長的時間才能夠追蹤正確的最大輸出功率。此外，當太陽電池所處環境之照度變化過於快速或劇烈時，動態追蹤的方式將難以追蹤出正確的最大輸出功率，進而導致太陽電池無法以最大輸出功率輸出。

承上述，如何快速且正確地獲得不同照度所對應之最大輸出功率，實為本領域技術人員亟欲解決的問題之一。

本發明提供一種電源管理系統與電源管理方法，以迅速且有效地控制太陽電池之輸出功率。

本發明提供一種與一太陽電池電性連接之電源管理系統，此電源管理系統包括一光感測器、一控制器以及一電源管理器。光感測器偵測太陽電池所處環境之一照度(illuminaion)，此照度例如為光照度(illuminance，單位為：lux)及/或幅照度(irradiance，單位為：W/m² )，控制器與光感測器電性連接，控制器內建有一照度-最大輸出功率對應表，且控制器根據照度-最大輸出功率對應表以及光感測器所偵測到之照度以決定對應之一最大輸出功率(最大輸出功率例如係以相對應輸出電壓或輸出電流的形式呈現)。電源管理器與控制器以及太陽電池電性連接，電源管理器控制太陽電池之輸出電流以使太陽電池之輸出功率等於最大輸出功率。

在本發明之一實施例中，前述之光感測器持續性地偵測太陽電池所處環境之照度，而控制器根據照度-最大輸出功率對應表以及光感測器所偵測到之照度以持續性地更新對應之最大輸出功率。

在本發明之一實施例中，前述之照度-最大輸出功率對應表中包括多組候選資料，各組候選資料包括一候選照度與一候選最大輸出功率，而控制器決定最大輸出功率的方法包括：於照度-最大輸出功率對應表中選出一與光感測器所偵測到之照度最接近之候選照度，並將候選照度所對應之候選輸出功率定為最大輸出功率。

在本發明之一實施例中，前述之照度-最大輸出功率對應表中包括多組候選資料，各組候選資料包括一候選照度與一候選最大輸出功率，而控制器決定最大輸出功率的方法包括：於照度-最大輸出功率對應表中選出二與光感測器所偵測到之照度最接近之候選照度，且光感測器所偵測到之照度介於前述之二候選照度之間；以及透過內插方式計算出最大輸出功率。

在本發明之一實施例中，前述之照度-最大輸出功率對應表中包括多組候選資料，各組候選資料包括一候選照度與一候選最大輸出功率，而控制器決定最大輸出功率的方法包括：於照度-最大輸出功率對應表中選出二與光感測器所偵測到之照度最接近之候選照度，且光感測器所偵測到之照度不介於前述之二候選照度之間；以及透過外插方式計算出最大輸出功率。

在本發明之一實施例中，前述之電源管理系統更包括一與電源管理器以及控制器電性連接之電壓調節器。此外，前述之電源管理系統可選擇性地包括一與電壓調節器電性連接之負載。

在本發明之一實施例中，前述之電源管理系統更包括一與電源管理器及控制器電性連接之負載。

在本發明之一實施例中，前述之負載包括一電池。

本發明另提供一種電源管理方法，以管理一太陽電池之輸出功率，此電源管理方法包括下列步驟。偵測太陽電池所處環境之一照度。根據一照度-最大輸出功率對應表以及光感測器所偵測到之照度以決定太陽電池之一最大輸出功率。控制太陽電池之輸出電壓或電流以使太陽電池之輸出功率等於最大輸出功率。

在本發明之一實施例中，前述之太陽電池所處環境之照度係持續性地被偵測，而最大輸出功率係持續性地被更新。

在本發明之一實施例中，前述之照度-最大輸出功率對應表中包括多組候選資料，各組候選資料包括一候選照度與一候選最大輸出功率(候選最大輸出功率例如係以相對應輸出電壓或輸出電流的形式呈現)，而決定最大輸出功率的方法包括：於照度-最大輸出功率對應表中選出一與光感測器所偵測到之照度最接近之候選照度，並將候選照度所對應之候選輸出功率定為最大輸出功率。

在本發明之一實施例中，前述之照度-最大輸出功率對應表中包括多組候選資料，各組候選資料包括一候選照度與一候選最大輸出功率(候選最大輸出功率例如係以相對應輸出電壓或輸出電流的形式呈現)，而決定最大輸出功率的方法包括：於照度-最大輸出功率對應表中選出二與光感測器所偵測到之照度最接近之候選照度，且光感測器所偵測到之照度介於前述之二候選照度之間；以及透過內插方式計算出最大輸出功率。

在本發明之一實施例中，前述之照度-最大輸出功率對應表中包括多組候選資料，各組候選資料包括一候選照度與一候選最大輸出功率(候選最大輸出功率例如係以相對應輸出電壓或相對應輸出電流的形式呈現)，而決定最大輸出功率的方法包括：於照度-最大輸出功率對應表中選出二與光感測器所偵測到之照度最接近之候選照度，且光感測器所偵測到之照度不介於前述之二候選照度之間；以及透過外插方式計算出最大輸出功率。

由於本發明採用光感測器偵測太陽電池所處環境之照度(光照度及/或幅照度)，並且將照度-最大輸出功率對應表內建於控制器中，因此本發明之電源管理系統與電源管理方法能夠快速且正確地獲得太陽電池之最大輸出功率(以相對應輸出電壓或輸出電流的形式呈現)，使太陽電池所產生的電力能夠更為有效地被應用。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1為本發明第一實施例之電源管理系統之示意圖。請參照圖1，本實施例之電源管理系統100適於與一太陽電池SC電性連接，且電源管理系統100包括一光感測器110、一控制器120以及一電源管理器130。光感測器110偵測太陽電池SC所處環境之一照度L，此照度L例如為光照度(illuminance，單位為：lux)及/或幅照度(irradiance，單位為：W/m² )。控制器120與光感測器110電性連接，控制器120內建有一照度-最大輸出功率對應表LUT(L,Pmax)，且控制器120根據照度-最大輸出功率對應表LUT(L,Pmax)以及光感測器110所偵測到之照度L以決定對應之一最大輸出功率Pmax(最大輸出功率Pmax例如係以相對應輸出電壓或輸出電流的形式呈現)。電源管理器130與控制器120以及太陽電池SC電性連接，電源管理器130控制太陽電池SC之輸出電壓及/或輸出電流以使太陽電池SC之輸出功率P等於最大輸出功率Pmax。

在本實施例中，太陽電池SC例如為有機太陽電池、無機太陽電池等。詳言之，太陽電池SC例如為單結晶矽(single crystalline Si)太陽電池、多結晶矽(poly crystalline Si)太陽電池、非晶矽基(amorphous Si-based)太陽電池(Si、SiC、SiGe、SiH、SiO等)、單晶GaAs太陽電池、單晶InP太陽電池、多晶CdS太陽電池、多晶CdTe太陽電池、多晶CuInSe太陽電池等。此外，光感測器110例如為光二極體(photo-diode)、光電晶體、光敏電阻、其他在接收到光線照射後能夠產生光電流(photo current)或是其他能夠產生感測訊號的元件。值得注意的是，光感測器110的吸收頻譜例如係與太陽電池SC的吸收頻譜相近或部分重疊。

承上述，本實施例之控制器120例如為一微控制單元(MCU)，而此控制器120適於接收光感測器110所輸出的訊號(例如電壓訊號或電流訊號)以判斷出光感測器110所偵測到的照度L(光照度及/或幅照度)。在本實施例中，控制器120中所內建的照度-最大輸出功率對應表LUT(L,Pmax)例如係儲存在一記憶體中，且此照度-最大輸出功率對應表LUT(L,Pmax)可以被定期地更新與校正。此外，控制器120與電源管理器130電性連接，進而使電源管理器130能夠控制太陽電池SC的輸出功率P。換言之，電源管理器130具有決定太陽電池SC的輸出功率P之功能，而控制器120則是根據光感測器110所偵測到的照度L來決定太陽電池SC所應該輸出的最大輸出功率Pmax。舉例而言，控制器120具有多個輸入/輸出端(I/O terminals)以接收光感測器110所輸出的訊號、輸出控制訊號給電源管理器130並且監控太陽電池SC的輸出功率P。

本實施例利用光感測器110以及控制器120中內建的照度-最大輸出功率對應表LUT(L,Pmax)的搭配，以改善習知動態追蹤所面臨的問題(即，耗時或難以追蹤出正確的最大輸出功率)。換言之，本實施例之電源管理系統100可在不需進行動態追蹤的動作下，就能夠快速且正確地決定出太陽電池SC的最大輸出功率Pmax。

在本實施例中，光感測器110例如係持續性地偵測太陽電池SC所處環境之照度L，而控制器120根據照度-最大輸出功率對應表LUT(L,Pmax)以及光感測器110所偵測到之照度L，以持續性地更新對應之最大輸出功率Pmax。在其他可行的實施例中，亦可每間隔一段時間偵測太陽電池SC所處環境之照度L，而控制器120則根據照度-最大輸出功率對應表LUT(L,Pmax)以及光感測器110所偵測到之照度L，以週期性地更新對應之最大輸出功率Pmax。

圖2為本發明一實施例之電源管理方法之流程圖。請參照圖1與圖2，本實施例之電源管理方法可用以管理一太陽電池SC(繪示於圖1)之輸出功率P(繪示於圖1)，此電源管理方法包括下列步驟(步驟S110、步驟S120與步驟S130)。首先，偵測太陽電池SC所處環境之一照度L(步驟S110)，接著，根據一照度-最大輸出功率對應表LUT(L,Pmax)以及光感測器110所偵測到之照度L，以決定太陽電池SC之一最大輸出功率Pmax(步驟S120)，之後，控制太陽電池SC之輸出電流以使太陽電池SC之輸出功率P等於最大輸出功率Pmax(步驟S130)。在步驟S130完成之後，若光感測器110所偵測到之照度L未有劇烈或迅速的變化(即照度變化低於一預設臨界值)時，則可暫時不調整太陽電池SC之最大輸出功率Pmax，但若光感測器110所偵測到之照度L出現劇烈或迅速的變化(即照度變化高於一預設臨界值)時，則需重複步驟S110、S120與S130以決定出新的最大輸出功率Pmax。值得注意的是，此領域之技術人員可以根據實際的設計需求與經驗來決定前述之預設臨界值。

關於如何決定太陽電池SC之最大輸出功率Pmax，將詳述於後。

為了迅速且精準地計算出太陽電池SC的最大輸出功率Pmax，本實施例之照度-最大輸出功率對應表LUT(L,Pmax)中通常需要包括數量足夠多的候選資料，而各組候選資料分別包括一候選照度與一候選最大輸出功率候選最大輸出功率例如係以相對應輸出電壓或輸出電流的形式呈現)。由於各個候選照度之間的級距夠小，因此，控制器120會直接於照度-最大輸出功率對應表LUT(L,Pmax)中選出一與光感測器110所偵測到之照度L最接近之候選照度，並將候選照度所對應之候選輸出功率定為最大輸出功率Pmax。

候選資料的數量越多(即各個候選照度之間的級距越小)，雖可使最大輸出功率Pmax的計算更為快速且精準，但用以儲存候選資料所需的記憶體容量便越大。為了有效減少候選資料的數量以及候選資料所佔據的記憶體容量，本實施例之控制器120可於照度-最大輸出功率對應表LUT(L,Pmax)中選出二個與光感測器110所偵測到之照度L最接近之候選照度，接著再透過內插方式或外插方式計算出最大輸出功率Pmax。詳言之，當光感測器110所偵測到之照度L介於所選取的二候選照度之間時，最大輸出功率Pmax係採用內插方式來計算；反之，當光感測器110所偵測到之照度L不介於所選取的二候選照度之間時，最大輸出功率Pmax係採用外插方式來計算。

圖3為本發明第二實施例之電源管理系統之示意圖。接著請參照圖3，本實施例之電源管理系統100a與第一實施例之電源管理系統100相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例之電源管理系統100a進一步包括一電壓調節器140，且此電壓調節器140與電源管理器130及控制器120電性連接。

圖4為本發明第三實施例之電源管理系統之示意圖。接著請參照圖4，本實施例之電源管理系統100b與第一實施例之電源管理系統100相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例之電源管理系統100b進一步包括一負載150，且此負載150例如係選擇性地與電源管理器130以及控制器120電性連接。值得注意的是，本實施例之負載150例如為一電池，用以儲存太陽電池SC所產生的電能。然而，此領域之技術人員當可是設計需求採用其他電子元件作為負載150，以充分使用太陽電池SC所產生的電能。

圖5為本發明第四實施例之電源管理系統之示意圖。接著請參照圖5，本實施例之電源管理系統100c與第一實施例之電源管理系統100b相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例之電源管理系統100b進一步包括一電壓調節器140以及一負載150，其中電壓調節器140與電源管理器130以及控制器120電性連接，而負載150與電壓調節器140電性連接。

由於本發明採用光感測器偵測太陽電池所處環境之照度，並且將照度-最大輸出功率對應表內建於控制器中，因此本發明之電源管理系統與電源管理方法能夠快速且正確地獲得太陽電池之最大輸出功率，使太陽電池所產生的電力能夠更為有效地被應用。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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，因此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、100a、100b、100c．．．電源管理系統

110．．．光感測器

120．．．控制器

130．．．電源管理器

140．．．電壓調節器

150．．．負載

SC．．．太陽電池

L．．．照度

LUT(L,Pmax)．．．照度-最大輸出功率對應表

P．．．輸出功率

Pmax．．．最大輸出功率

S110、S120、S130．．．步驟

圖1為本發明第一實施例之電源管理系統之示意圖。

圖2為本發明一實施例之電源管理方法之流程圖。

圖3為本發明第二實施例之電源管理系統之示意圖。

圖4為本發明第三實施例之電源管理系統之示意圖。

圖5為本發明第四實施例之電源管理系統之示意圖。

100c．．．電源管理系統

110．．．光感測器

120．．．控制器

130．．．電源管理器

140．．．電壓調節器

150．．．負載

SC．．．太陽電池

L．．．照度

LUT(L,Pmax)．．．照度-最大輸出功率對應表

P．．．輸出功率

Pmax．．．最大輸出功率

Claims (14)

1. 一種電源管理系統，與一太陽電池電性連接，該電源管理系統包括：一光感測器，偵測該太陽電池所處環境之一照度；一控制器，與該光感測器電性連接，該控制器內建有一照度-最大輸出功率對應表，且該控制器根據該照度-最大輸出功率對應表以及該光感測器所偵測到之該照度以決定對應之一最大輸出功率；以及一電源管理器，與該控制器以及該太陽電池電性連接，該電源管理器控制該太陽電池之輸出電壓及/或輸出電流以使該太陽電池之輸出功率等於該最大輸出功率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源管理系統，其中該光感測器持續性地偵測該太陽電池所處環境之該照度，而該控制器根據該照度-最大輸出功率對應表以及該光感測器所偵測到之該照度以持續性地更新對應之該最大輸出功率。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電源管理系統，其中該照度-最大輸出功率對應表中包括多組候選資料，各組候選資料包括一候選照度與一候選最大輸出功率，而該控制器決定該最大輸出功率的方法包括：於該照度-最大輸出功率對應表中選出一與該光感測器所偵測到之該照度最接近之候選照度，並將該候選照度所對應之候選輸出功率定為該最大輸出功率。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電源管理系統，其中該照度-最大輸出功率對應表中包括多組候選資料，各組候選資料包括一候選照度與一候選最大輸出功率，而該控制器決定該最大輸出功率的方法包括：於該照度-最大輸出功率對應表中選出二與該光感測器所偵測到之該照度最接近之候選照度，且該光感測器所偵測到之該照度介於該二候選照度之間；以及透過內插方式計算出該最大輸出功率。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電源管理系統，其中該照度-最大輸出功率對應表中包括多組候選資料，各組候選資料包括一候選照度與一候選最大輸出功率，而該控制器決定該最大輸出功率的方法包括：於該照度-最大輸出功率對應表中選出二與該光感測器所偵測到之該照度最接近之候選照度，且該光感測器所偵測到之該照度不介於該二候選照度之間；以及透過外插方式計算出該最大輸出功率。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電源管理系統，更包括一電壓調節器，與該電源管理器以及該控制器電性連接。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電源管理系統，更包括一負載，與該電源管理器電性連接。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電源管理系統，其中該負載包括一電池。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電源管理系統，更包括一負載，與該電源管理器及該控制器電性連接。
10. 一種電源管理方法，以管理一太陽電池之輸出功率，該電源管理方法包括：偵測該太陽電池所處環境之一照度；根據一照度-最大輸出功率對應表以及該光感測器所偵測到之該照度以決定該太陽電池之一最大輸出功率；以及控制該太陽電池之輸出電壓及/或輸出電流以使該太陽電池之輸出功率等於該最大輸出功率。
11. 如申請專利範圍第10項所述之電源管理方法，其中該太陽電池所處環境之該照度係持續性地被偵測，而該最大輸出功率係持續性地被更新。
12. 如申請專利範圍第10項所述之電源管理方法，其中該照度-最大輸出功率對應表中包括多組候選資料，各組候選資料包括一候選照度與一候選最大輸出功率，而決定該最大輸出功率的方法包括：於該照度-最大輸出功率對應表中選出一與該光感測器所偵測到之該照度最接近之候選照度，並將該候選照度所對應之候選輸出功率定為該最大輸出功率。
13. 如申請專利範圍第10項所述之電源管理方法，其中該照度-最大輸出功率對應表中包括多組候選資料，各組候選資料包括一候選照度與一候選最大輸出功率，而決定該最大輸出功率的方法包括：於該照度-最大輸出功率對應表中選出二與該光感測器所偵測到之該照度最接近之候選照度，且該光感測器所偵測到之該照度介於該二候選照度之間；以及透過內插方式計算出該最大輸出功率。
14. 如申請專利範圍第10項所述之電源管理方法，其中該照度-最大輸出功率對應表中包括多組候選資料，各組候選資料包括一候選照度與一候選最大輸出功率，而決定該最大輸出功率的方法包括：於該照度-最大輸出功率對應表中選出二與該光感測器所偵測到之該照度最接近之候選照度，且該光感測器所偵測到之該照度不介於該二候選照度之間；以及透過外插方式計算出該最大輸出功率。