TWI492479B - Natural energy power charging and discharging device - Google Patents

Description

自然能源電力的充放電裝置

本發明係有關一種能使自然能源電力得到較高利用率的自然能源電力的充放電裝置。

近年來，隨著高油價時代的來臨與社會對節能議題的重視，全球太陽能與風力發電產業愈趨發達。若能有效利用大自然的太陽能或風力，不僅可以克服目前石化能源日益短缺的問題，亦可避免由火力發電廠或核電廠所造成的溫室效應與核廢料之處理等環保問題。故大自然綠色能源中，太陽能光電與風力利用是近年來備受各界的關注，而太陽能與風力轉換電能的效率，則是最具發展性的研究領域。

太陽能發電原理，簡單的說，是利用太陽能晶片(電池)吸收0.2μm~0.4μm波長的太陽光，將光能轉換成電能輸出一種發電方式。雖半導體技術的提昇，有助於太陽能晶片光能轉換電能的效率，唯太陽能晶片所產生的電是電能(CELL)不是電力(Battery)，如圖1，在透過充電電路10對蓄電池20充電。該充電電路10是由一電感L、一電晶體Q、一控制電晶體Q的控制器IC及一二極體D所構成，以電流充電方式對蓄電池20充電，因此造成反應效率差、電力儲存少、充電速度慢、充電溫度高，且蓄電池20無法快速放電(高溫會造成電池受損)，以及無法同時充電與放電(因路徑只有一條)；若這些技術難題無法克 服，則太陽能晶片(電池)在產業上，還是無法得到最佳化利用。

風力發電原理，是利用大自然的空氣對流風力驅動風力發電機扇葉旋轉轉換成電力輸出的一種發電方式。一般而言，風力發電機所發出的電，必須經功率因素調整或處理才能提供符合匹配的電力給負載使用；如圖2，習用用在風力發電機30上的PFC功率因素調整處理電路40，是利用一IC晶片41觸發一電晶體Q，使輸入端電源經整流器42整流後，通過一電感L形成與逆變器43共振的電源，再由逆變器43直流轉換成交流的輸出電力給負載；唯，習用PFC功率因素調整處理電路40用在風力發電機30上當電源使用，基本上，風停了自然就停電，且風速過大時，如圖3，風力發電機30必須靠剎車電阻器31來耗散，甚至要停機(保護)；若欲在習用PFC功率因素調整處理電路40上設儲電(蓄電池)設備，勢必會因充電與放電同路徑而無法使充電順暢。

是以，大自然能源的利用，既使太陽能晶片，風力發電機的發電效率不斷提昇，也不能將能源充份得到較高的利用率。本件發明人之前中華民國發明公開公報第200729707號「用於解析系統電路的頻譜器」專利案，可以被用來動態阻抗匹配，並推導建構出無窮級共振艙，解開系統對偶性難題，有利非線性動態系統穩定化，並包括動態因素調整、動態適應性阻尼，適應性全通濾波器均可獲得完整解析；有了無窮級共振艙，就能使電源以電子流的型態供給負載使用的構思有了技術性突破的開端， 唯，對無窮級共振艙的建構與組件運用，仍須再進一步研發，才能真正將太陽能晶片或風力發電機的電能做更有效率的運用。

本發明之主要目的係在提供一種自然能源電力的充放電裝置，是由一整流電路與至少一自然能源發電裝置之發出電端電性連接；該整流電路的一極端具有一第一無窮級共振艙及二極端並聯有一第二無窮級共振艙；該第一無窮級共振艙，係透過一二極體與逆變器一端電性連接，且該二極體的兩端，分別並聯的具有一第一電晶體及一第一蓄電池與整流電路的另一極端電性連接；該第二無窮級共振艙，係透過一第二電晶體與整流電路一極端電性連接，及透過另一二極體與該逆變器另一端電性連接，且該另一二極體與逆變器的連接線路上還並聯的具有一第二蓄電池；其中，該第一無窮級共振艙，至少是由一第一超級電感並聯相互串接的一第一電性阻尼器及一第一電容所構成，且該第一電晶體是由一第一IC晶片觸發；該第二無窮級共振艙，至少是由一第二超級電感並聯相互串接的一第二電性阻尼器及一第二電容所構成，且該第二電晶體是由第二IC晶片觸發；俾發電裝置，發出的電透過整流電路整流處理後，藉由第一、二無窮級共振艙在整流電路二極端所形成的共振、阻尼效應及產生電性泵的作用，而能取得較大電能，並對第一、二蓄電池上充電；且由於充電與放電路徑不同，該第一、二蓄電池充電過程中，還能同時放電給逆變器輸出電源給負載；達到自然能源電力高利用率的效能。

本發明之次一目的係在提供一種自然能源電力的充放電裝置，其中，該第一蓄電池及第二蓄電池，為鋰電池或為同性質的快充式蓄電池，據以使發電裝置所發出的電得到快充儲存及直接放電使用的效果。

本發明之另一目的係在提供一種自然能源電力的充放電裝置，其中，該第一無窮級共振艙的第一超級電感，及第二無窮級共振艙的第二超級電感，皆是由線圈與含強磁的鐵芯所構成電感器，據以在第一、二超級電感上所產生的電性泵作用，能和性質為超大電容性負載的第一、二蓄電池構成匹配。

本發明之再一目的係在提供一種自然能源電力的充放電裝置，其中，該整流電路，具有R、S、T三極入電端，俾自然能源發電裝置為三相發電裝置時，能由該整流電路的R、S、T三極入電端與三相發電裝置的發出電R、S、T極出端電性連接，據以使整流電路提供對三相發電裝置所發出的電進行整流；又，上述的三相發電裝置，可以是三相風力發電機。

本發明之又一目的係在提供一種自然能源電力的充放電裝置，其中，該整流電路具有P、N二極入電端，俾自然能源發電裝置為雙相發電裝置時，能由該整流電路的P、N二極入電端與雙相發電裝置的發出電P、N極出端電性連接，據以使整流電路提供對雙相發電裝置所發出的電進行整流；而上述的雙相發電裝置，可以是太陽能發電晶片裝置。

本發明之次再一目的係在提供一種自然能源電力的充放電裝 置，其中，該整流電路包含有R、S、T三極入電端及P、N二極入電端，俾自然能源發電裝置同時存在有三相發電裝置及雙相發電裝置時，能由整流電路的R、S、T三極入電端與三相發電裝置的發出電R、S、T極出端電性連接，及能由P、N二極入電端與雙相發電裝置的發出電P、N極出端電性連接，據以使整流電路同時提供對三相發電裝置及雙相發電裝置所發出的電進行整流；而上述的三相發電裝置及雙相發電裝置，可以是三相風力發電機及太陽能發電晶片裝置。

一種自然能源電力的充放電裝置，如圖4，是由一整流電路50與至少一自然能源發電裝置60之發出電端電性連接；該整流電路50的一極端電性連接一第一無窮級共振艙51及一第二無窮級共振艙52。該第一無窮級共振艙51與該第二無窮級共振艙52為電性並聯。該第一無窮級共振艙51透過一二極體D₁與逆變器70一端電性連接，且該二極體D₁的兩端，分別並聯的具有一第一電晶體Q₁及一第一蓄電池53與整流電路50的另一極端電性連接。該第二無窮級共振艙52透過一第二電晶體Q₂與整流電路50一極端電性連接，及透過另一二極體D₂與該逆變器70另一端電性連接，且該另一二極體D₂與逆變器70的連接線路上還並聯的具有一第二蓄電池54。其中，該第一無窮級共振艙51，至少是由一第一超級電感L₁並聯相互串接的一第一電性阻尼器Xu₁及一第一電容C₁所構成，且該第一電晶體Q₁是由一第一 IC晶片55觸發；該第二無窮級共振艙52，至少是由一第二超級電感L₂並聯相互串接的一第二電性阻尼器Xu₂及一第二電容C₂所構成，且該第二電晶體Q₂是由第二IC晶片56觸發；俾發電裝置60，發出的電透過整流電路50整流處理後，藉由第一、二無窮級共振艙51、52在整流電路50二極端所形成的共振、阻尼效應及產生電性泵的作用，而能取得較大電能，並對第一、二蓄電池53、54上充電；且由於充電與放電路徑不同，該第一、二蓄電池53、54充電過程中，還能同時放電給逆變器70輸出電源給負載；達到自然能源電力高利用率的效能。

根據上述實施例，其中，如圖4，該第一蓄電池53及第二蓄電池54，為鋰電池或為同性質的快充式蓄電池，據以使發電裝置60所發出的電得到快充儲存及直接放電使用的效果。其中，第一蓄電池53與第二蓄電池54之間為串聯連接。對第一蓄電池53充電的迴路I₁，與對第二蓄電池54充電的迴路I₂之間為各自獨立的迴路。

對放電的迴路I₃而言，其電源供應端為相互串聯的第一蓄電池53與第二蓄電池54。所述電源供應端與逆變器70，構成迴路I₃。依電流由高電位流向低電位的原理，所述相互串聯的第一蓄電池53與第二蓄電池54所構成的電源供應端自然會釋出電能，供應給逆變器70。故放電迴路I3與前述充電迴路I₁、I₂是否運作無關。故本裝置可同時作充電與放電操作。

根據上述實施例，其中，如圖4，該第一無窮級共振艙51的 第一超級電感L₁，及第二無窮級共振艙52的第二超級電感L₂，皆是由線圈與含強磁的鐵芯所構成電感器，據以在第一、二超級電感L₁、L₂上所產生的電性泵作用，能和性質為超大電容性負載的第一、二蓄電池構成匹配。

根據上述實施例，其中，如圖4，該整流電路50，具有R、S、T三極入電端，俾自然能源發電裝置60為三相發電裝置60A時，能由該整流電路50的R、S、T三極入電端與三相發電裝置60A的發出電R、S、T極出端電性連接，據以使整流電路50提供對三相發電裝置60A所發出的電進行整流；又，上述的三相發電裝置60A，實施上，可以是三相風力發電機。

根據上述實施例，其中，如圖4，該整流電路50具有P、N二極入電端，俾自然能源發電裝置60為雙相發電裝置60B時，能由該整流電路50的P、N二極入電端與雙相發電裝置60B的發出電P、N極出端電性連接，據以使整流電路50提供對雙相發電裝置60B所發出的電進行整流；而上述的雙相發電裝置60B，可以是太陽能發電晶片裝置。

根據上述實施例，其中，如圖4，該整流電路50包含有R、S、T三極入電端及P、N二極入電端，俾自然能源發電裝置60同時存在有三相發電裝置60A及雙相發電裝置60B時，能由整流電路50的R、S、T三極入電端與三相發電裝置60A的發出電R、S、T極出端電性連接，及能由P、N二極入電端與雙相發電裝置60B的發出電P、N極出端電性連接，據以使 整流電路50同時提供對三相發電裝置60A及雙相發電裝置60B所發出的電進行整流；而上述的三相發電裝置60A及雙相發電裝置60B，可以是三相風力發電機及太陽能發電晶片裝置。

以上說明，謹屬本發明方法較佳具體實施例，舉凡就上述實施例所作之等效方法簡易變更，仍應屬本發明技術範疇。

10‧‧‧充電電路

L‧‧‧電感

Q‧‧‧電晶體

D‧‧‧二極體

20‧‧‧蓄電池

30‧‧‧風力發電機

31‧‧‧剎車電阻

40‧‧‧功率因素調整處理電路

41‧‧‧IC晶片

42‧‧‧整流器

43‧‧‧逆變器

50‧‧‧整流電路

51‧‧‧第一無窮級共振艙

L₁‧‧‧第一超級電感

Xu₁‧‧‧第一電性阻尼器

C₁‧‧‧第一電容

52‧‧‧第二無窮級共振艙

L₂‧‧‧第二超級電感

Xu₂‧‧‧第二電性阻尼器

D₁、D₂‧‧‧二極體

Q₁‧‧‧第一電晶體

Q₂‧‧‧第二電晶體

53‧‧‧第一蓄電池

54‧‧‧第二蓄電池

55‧‧‧第一IC晶片

56‧‧‧第二IC晶片

60‧‧‧發電裝置

60A‧‧‧三相發電裝置

60B‧‧‧雙相發電裝置

70‧‧‧逆變器

I₁、I₂‧‧‧充電迴路

I₃‧‧‧放電迴路

圖1係習用太陽能晶片充電電路示意圖

圖2係習用風力發電機的功率因素調整處理電路示意圖

圖3係習用風力發電機的剎車電阻構造示意圖

圖4係本發明構造電路示意圖

50‧‧‧整流電路

51‧‧‧第一無窮級共振艙

L₁‧‧‧第超級一電感

Xu₁‧‧‧第一電性阻尼器

C₁‧‧‧第一電容

C₂‧‧‧第二電容

52‧‧‧第二無窮級共振艙

L₂‧‧‧第二超級電感

Xu₂‧‧‧第二電性阻尼器

D₁、D₂‧‧‧二極體

Q₁‧‧‧第一電晶體

Q₂‧‧‧第二電晶體

53‧‧‧第一蓄電池

54‧‧‧第二蓄電池

55‧‧‧第一IC晶片

56‧‧‧第二IC晶片

60‧‧‧發電裝置

60A‧‧‧三相發電裝置

60B‧‧‧雙相發電裝置

70‧‧‧逆變器

I₁、I₂‧‧‧充電迴路

I₃‧‧‧放電迴路

Claims (9)

1. 一種自然能源電力的充放電裝置，是由一整流電路與至少一自然能源發電裝置之發出電端電性連接；該整流電路的一極端電性連接一第一無窮級共振艙及一第二無窮級共振艙，該第一無窮級共振艙與該第二無窮級共振艙為電性並聯；該第一無窮級共振艙係透過一二極體與逆變器一端電性連接，且該二極體的兩端，分別並聯的具有一第一電晶體及一第一蓄電池與整流電路的另一極端電性連接；該第二無窮級共振艙係透過一第二電晶體與整流電路一極端電性連接，及透過另一二極體與該逆變器另一端電性連接，且該另一二極體與逆變器的連接線路上還並聯的具有一第二蓄電池；所述第一蓄電池與第二蓄電池之間為串聯連接；其中，該第一無窮級共振艙由一第一超級電感並聯相互串接的一第一電性阻尼器及一第一電容所構成；該第一電晶體是由一第一IC晶片觸發；該第二無窮級共振艙由一第二超級電感並聯相互串接的一第二電性阻尼器及一第二電容所構成；該第二電晶體是由第二IC晶片觸發；該發電裝置發出的電透過整流電路整流處理後，藉由第一、二無窮級共振艙在整流電路二極端所形成的共振、阻尼效應及產生電性泵的作用，可取得較大電能，並對該第一、二蓄電池上充電；且由於充電與放電路徑不同，該第一、二蓄電池充電過程中，還能同時放電給逆變器輸出電源給負載；達到自然能源電力高利用率的效能。
2. 依申請專利範圍第1項所述之自然能源電力的充放電裝置，其中，該第一蓄電池及第二蓄電池，為鋰電池或為同性質的 快充式蓄電池，據以使發電裝置所發出的電得到快充儲存及直接放電使用的效果。
3. 依申請專利範圍第1項所述之自然能源電力的充放電裝置，其中，該第一無窮級共振艙的第一超級電感，及第二無窮級共振艙的第二超級電感，皆是由線圈與含強磁的鐵芯所構成電感器，據以在第一、二超級電感上所產生的電性泵作用，能和性質為超大電容性負載的第一、二蓄電池構成匹配。
4. 依申請專利範圍第1項所述之自然能源電力的充放電裝置，其中，該整流電路，具有R、S、T三極入電端，俾自然能源發電裝置為三相發電裝置時，能由該整流電路的R、S、T三極入電端與三相發電裝置的發出電R、S、T極出端電性連接，據以使整流電路提供對三相發電裝置所發出的電進行整流。
5. 依申請專利範圍第4項所述之自然能源電力的充放電裝置，其中，該三相發電裝置，可以是三相風力發電機。
6. 依申請專利範圍第1項所述之自然能源電力的充放電裝置，其中，該整流電路具有P、N二極入電端，俾自然能源發電裝置為雙相發電裝置時，能由該整流電路的P、N二極入電端與雙相發電裝置的發出電P、N極出端電性連接，據以使整流電路提供對雙相發電裝置所發出的電進行整流。
7. 依申請專利範圍第6項所述之自然能源電力的充放電裝置，其中，該雙相發電裝置，可以是太陽能發電晶片裝置。
8. 依申請專利範圍第1項所述之自然能源電力的充放電裝 置，其中，該整流電路包含有R、S、T三極入電端及P、N二極入電端，俾自然能源發電裝置同時存在有三相發電裝置及雙相發電裝置時，能由整流電路的R、S、T三極入電端與三相發電裝置的發出電R、S、T極出端電性連接，及能由P、N二極入電端與雙相發電裝置的發出電P、N極出端電性連接，據以使整流電路同時提供對三相發電裝置及雙相發電裝置所發出的電進行整流。
9. 依申請專利範圍第8項所述之自然能源電力的充放電裝置，其中，該三相發電裝置及雙相發電裝置，可以是三相風力發電機及太陽能發電晶片裝置。