TWI502845B - 具有執行珍惜能源與回收能源概念之光電打嗝充電器之光電系統及其充電方法 - Google Patents

具有執行珍惜能源與回收能源概念之光電打嗝充電器之光電系統及其充電方法 Download PDF

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Description

具有執行珍惜能源與回收能源概念之光電打嗝充電器之光電系統及其充電方法
本發明涉及一具一第一充電器、一第一、一第二與一第三電池和一充電管理控制器之光電系統(photovoltaic system)，尤指一種執行珍惜能源與回收能源概念之光電打嗝充電器。
今日再生能源對面臨尋求日漸枯竭之石油的替代能源的我們是更具吸引力了。除了直接使用再生能源的應用，例如直接運用再生能源於電力網之外，透過間接的再生能源轉換之運用，例如可移動式的太陽能充電器等，也是現今受到矚目的應用。在適於裝置使用的再生能源中，風力與太陽能在上述之間接轉換的運用中是極具優勢的。但是在再生能源與轉換器之間，維持可靠度的最重要的緩衝器還是電池；特別是鉛酸電池，由於其高可靠度與低廉的成本，目前仍然是最普遍與受到廣泛使用的電池之一。但是依據鉛酸電池的特性，當鉛酸電池的充電趨近於充電狀態(SOC)85-95%時，該電池之電壓有可能超過該電池所含大量之硫化鉛(PbSO4 )的汽化電壓(gassing voltage)，而在負電極產生氫氣，且在正電極產生氧氣，此一不受歡迎的現象會產生熱，延長充電時間，以及縮短電池的壽命。此外，當電池經歷多次放電時，一些硫化鉛可能會結晶在正電極上，減低其可用表面積與其電化學反應性，而兩者均攸關電池之延續使用。以脈波電流充電可以有效的延展上述結晶化的進程，並在循環過程中極小化氧化鉛層的生成。而打嗝充電法，則是以一正脈波充電，並以一負脈波放電以改善充電時間與延長電池壽命。但是如何兼顧電池壽命與珍惜能源與能源回收的概念，例如，放電時其能量之回收，則是一個值得思考的問題。
職是之故，發明人鑒於習知技術之缺失，乃思及改良發明之意念，終能發明出本案之「具有執行珍惜能源與回收能源概念之光電打嗝充電器之光電系統及其充電方法」。
本案之主要目的在於提供一種光電打嗝充電器及其充電方法，該光電打嗝充電器包含一充電管理控制器，用以分別於一個主要電池及兩個輔助電池進行一光電打嗝充電與兩個脈波充電，以延長電池壽命與落實珍惜能源及回收能源之概念。
本案之又一主要目的在於提供一種光電系統(photovoltaic system)，包含一第一充電器，產生一第一脈波列，一第一電池，在一第一時段中接收該第一脈波列以進行一第一充電，且於一第二時段中的一第一部份進行一強制放電(intense discharge)，俾產生一第二脈波列，一第二電池，在該第二時段中，接收該第一脈波列以進行一第二充電，一第三電池，在該第二時段中的該第一部份，藉由該第二脈波列以進行一第三充電，以及一充電管理控制器，用以控制該第一電池之該第一充電與該強制放電、該第二電池之該第二充電與該第三電池之該第三充電。
本案之另一主要目的在於提供一種光電系統(photovoltaic system)，包含一第一電池，在一第一時段中，接收一第一脈波列以進行一第一充電，且在一第二時段中的一第一部份，進行一強制放電(intense discharge)，以產生一第二脈波列，一第二電池，在該第二時段中，接收該第一脈波列以進行一第二充電，一第三電池，在該第二時段中的該第一部份，藉由該第二脈波列以進行一第三充電，以及一充電管理控制器，用以控制該第一電池之該第一充電與該強制放電、該第二電池之該第二充電與該第三電池之該第三充電。
本案之再一主要目的在於提供一種光電系統(photovoltaic system)，包含一第一電池，在一第一時段中，接收一第一脈波列以進行一第一充電，且在一第二時段中的一第一部份，進行一放電，以產生一第二脈波列，以及一第二電池，在該第二時段中，藉由該第二脈波列以進行一第二充電。
本案之下一主要目的在於提供一種用於一光電系統之充電方法，包含下列之步驟：提供一產生一第一脈波列之第一充電器，一第一電池、一第二電池與一第三電池；使該第一電池接收該第一脈波列以在一第一時段中進行一第一充電；使該第一電池在一第二時段中的一第一部份進行一強制放電(intense discharge)，以產生一第二脈波列；使該第二電池在該第二時段中，接收該第一脈波列以進行一第二充電；以及使該第三電池在該第二時段中的該第一部份，藉由該第二脈波列以進行一第三充電。
本案之又一主要目的在於提供一種光電系統充電方法，包含提供一第一脈波列，在一第一時段中，接收該第一脈波列以對一第一電池進行一第一充電，以及在一第二時段中的一第一部份，使該第一電池進行一強制放電，以產生一第二脈波列，俾對一第二電池進行一第二充電。
為了讓本發明之上述目的、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：
第一圖(a)為依據本發明構想之較佳實施例之具光電打嗝充電器之光電系統的電路示意圖。在第一圖(a)中，該具光電打嗝充電器之光電系統包括一PV陣列、一交錯式返馳轉換器IFC-1、一主電池(第一電池)B1、一第一輔助電池(第二電池)B2、一第二輔助電池(第三電池)B3、一交錯式返馳轉換器IFC-2與三個傳輸開關QT1 、QT2 與QT3 ，其中該IFC-1包括兩個並聯的返馳轉換器：返馳(1)與返馳(2)，該交錯式返馳轉換器IFC-1輸出交錯式高頻微小脈波列(一第一脈波列)。該第一電池B1，在一第一時段(tp1)中接收該第一脈波列以進行一第一充電(打嗝充電)，且B1於一第二時段中的一第一部份(tp3)進行一強制放電(intense discharge)，俾產生一第二脈波列，該第二電池B2，在該第二時段(tp2)中，接收該第一脈波列以進行一第二充電，一第三電池，在該第二時段中的該第一部份(tp3)，藉由該第二脈波列以進行一第三充電。
第一圖(b)是顯示一典型之打嗝脈波的波形圖。在第一圖(b)之一充電週期Ts2 中，該第一時段(tp1)顯示一正脈波，該第二時段中的一第一部份(tp3)，顯示一負脈波，而後是一短暫休息時間Td。
第二圖(a)是顯示一依據本發明構想之較佳實施例之具光電打嗝充電器且為增量電導最大功率點追蹤控制器所引導之光電系統的電路示意圖。
在第二圖(a)中該光電系統包括該第一、該第二與該第三傳輸開關QT1 、QT2 與QT3 和一第二充電器IFC-2(包括一開關QF3 )，其中該第二充電器電連接於該第三電池B3與該第三傳輸開關QT3 間，用於接收該第二脈波列，並產生一充電脈波列，用以對該第三電池B3充電，該第一傳輸開關QT1 電連接於該第一充電器IFC-1與該第一電池B1間，該第二傳輸開關QT2 電連接於該第一充電器FC-1與該第二電池B2間，該第三傳輸開關QT3 電連接於該第一電池B1，且該充電管理控制器產生一第一、一第二與一第三控制訊號VTgs1 、VTgs2 與VTgs3 ，用於控制該第一、該第二與該第三傳輸開關QT1 、QT2 與QT3 之一導通與一關斷，及用以控制該第一電池B1何時進行該第一充電與該強制放電、該第二電池B2何時進行該第二充電與該第三電池何時進行該第三充電，該第一電池B1、該第二電池B2與該第三電池B3各產生一第一、一第二與一第三汽化電壓偵測值Vd1、Vd2與Vd3，該第一、該第二與該第三傳輸開關各包括一閘極，該充電管理控制器包括一傳輸開關控制器與一汽化電壓監控器(gassing voltage monitor)，該傳輸開關控制器輸出該第一、該第二與該第三控制訊號至各該閘極，用以控制該第一、該第二與該第三傳輸開關QT1 、QT2 與QT3 之該導通與該關斷，該汽化電壓監控器，接收該第一、該第二與該第三汽化電壓偵測值Vd1、Vd2與Vd3，並分別輸出一致能訊號至該傳輸開關控制器與該最大功率點追蹤控制器，當該第一、該第二與該第三汽化電壓偵測值Vd1、Vd2與Vd3均未達一汽化電壓(gassing voltage)值時，使該傳輸開關控制器進行一正常運作，與使該最大功率點追蹤控制器進行該最大功率點追蹤，而當該第一、該第二與該第三汽化電壓偵測值Vd1、Vd2與Vd3的至少其中之一達到該汽化電壓值時，則使該傳輸開關控制器停止該正常運作，且使該最大功率點追蹤控制器停止該最大功率點追蹤，此時即應更換該汽化電池(gassing battery)。其中，該最大功率點追蹤控制器為一增量電導最大功率點追蹤控制器(INC MPPT controller)。該光電系統更包括一具VFCD(變動頻率固定責任週期)之PWM-1控制器、二極體D1 /DT1 /DT2 與電容CB 。該PWM-1控制器接收來自該INC MPPT控制器之一控制訊號，並輸出一脈波寬調變(PWM)訊號至該IFC-1之一反閘A2。該兩個並聯的返馳轉換器：返馳(1)與返馳(2)各包括一開關QF1 /QF2 、一變壓器T1 /T2 、一電感Lm /Lm 與一二極體DFs1 /DFs2 。
第二圖(b)是顯示一習知之汽化電壓監控器。該汽化電壓監控器共包括三個子電路，各包括一運算放大器(A1/A2/A3)、一電晶體(Tr1/Tr2/Tr3)、一發光二極體(LED1/LED2/LED3)與兩個電阻。該第一、該第二與該第三汽化電壓偵測值Vd1、Vd2與Vd3分別輸入至各個子電路之一端。一旦任何一電池達到該氣化電壓，該偵測器即會點亮該發光二極體(LED)，以指示該氣化電池，此時充電管理控制器CMC就會使IFC-1與傳輸開關之所有功能失能，此時即應適時更換該氣化電池。
第二圖(c)是顯示如第二圖(a)所示電路之所有驅動訊號，包括用於傳導開關QT1 、QT2 與QT3 之閘極的VTgs1 、VTgs2 與VTgs3 以及用於QF1 、QF2 與QF3 之閘極的VFgs1 、VFgs2 與VFgs3 。
第三圖(a)是顯示一依據本發明構想之較佳實施例之具光電打嗝充電器之光電系統。當打嗝正脈波(BPP)在tp1 時段充電到電池B1，而B2與B3則休息的動態狀態圖。
第三圖(b)是顯示一依據本發明構想之較佳實施例之具光電打嗝充電器之光電系統，正脈波(PP)在tp2 時段充電到電池B2，但在t2時暫時停止，B1在tp3 時段強制放電到B3，等同於打嗝負脈波(BNP)充電的動態狀態圖。
第三圖(c)是顯示一依據本發明構想之較佳實施例之具光電打嗝充電器之光電系統，B1與B3在td時段休息，其中B2從t2 到t3 以至於tp2 持續正脈波充電直到充電週期Ts2 終了的動態狀態圖。
第四圖(a)是顯示一IFC-1之等效半電路。假設變壓器的內電阻rLm 可忽略，且假定該兩個返馳轉換器彼此間的所有參數都是一樣的，以利分析。
第四圖(b)是顯示QF1 與QF2 之預測的交錯狀態之波形圖。一次側電流i p1,2 來自PV陣列，二次測電流i s1,2 對電池充電。PV陣列的尖峰電流通過IFC-1的單一返馳轉換器，可知為
在抽取期間T s1 之平均電流I pv1 可得為
d 是責任週期，L m 是磁化電感，且f s1 是切換頻率。如果IFC-1之該兩個返馳轉換器的特性假定是一樣的，從PV陣列來的I pv1 與I pv2 是相等的，且總平均PV電流I pv 可從(2)得知為
如果功率效益η被考量，輸出功率P o 與輸入功率P pv 的關係在以一電池V B 為負載時，可知ηI pv V pv =I s V B 　(4)
其中，V o =V B ，P o =I s V B ，且P pv =I pv V pv 。輸出電流I s 及功率P o 可由(3)與(4)而獲得
且
從第(5)式，在IFC-1與PV陣列間的控制到輸出的轉換函數，可被代表為
第四圖(c)是顯示一在最大功率轉換下之控制至輸出之模組(自PV陣列至充電電流)之等效電路圖。輸出電流I s 與控制頻率f s1 成反比，且被設計為適用於第八圖的控制圖表。用於控制至輸出之模組之模擬與實驗(由設計的實例)顯示於第五圖(a)-(b)中。第五圖(a)-(b)分別顯示如四圖(c)所示之控制至輸出之模組在不同之太陽光度下的輸出電流對切換頻率f s1 以及輸出功率對切換頻率f s1 之模擬與實驗結果之波形圖。PV陣列的阻抗是電容性的(CPV )。為得到最大的I s ，PV陣列的共軛阻抗應當等於IFC-1的電感阻抗，即
其中
Z IFC =j 2πf s 1 L m 　(9)
且
PV陣列與IFC-1是與頻率相依的，INC MPPT使用頻率控制來引導IFC-1是可行的。如果PV陣列與IFC-1的內阻被忽略以利於分析，L m C pv 與切換頻率f s1 相關，在最大功率轉換時可被代表為
傳輸開關QT1 與QT2 的週期T s2 可被估計為
T s 2 =t p 1 +t d 1 =t d 2 +t p 2 =(m 1 +m 2 )T s 1 =t d 31 +t d 32 +t p 3 　(12)
其中，
t p 1 =m 1 T s 1 ，t d 1 =m 2 T s 1 ,t p 1 =t d 2 ，t p 2 =t d 1 ，且t p 3 =m 3 T s 3 。
為使易於分析，及綜合充電電流，從PV陣列來的瞬間電流i pl 與i p2 被重新定義為
且
從IFC-1來的兩個平均電流i s1 與i s2 ，在被綜合以前，從式(5)可得知為
在區間t p1 =m 1 T s1 中，當QT1 導通時，運用於電池B1之視窗化的脈波列電流i B1 是流通的。第六圖是顯示一依據本發明構想之較佳實施例之具光電打嗝充電器之光電系統的預測動態狀態的波形圖。如第六圖所示，在低頻充電的T s2 期間，平均的i B1 可被代表為
當Q T2 ，互補於Q T1 ，在t p2 =m 2 T s1 期間導通，平均電流i B2 對B2充電，可得知為
來自B1的尖峰放電電流是
為易於分析，假設所有IFC-2的參數與IFC-1是一樣的；IFC-2的動態狀況與第四圖(b)是一樣的。從公式(18)可知，平均放電電流I p3 是
據此，在每一個充電週期T s 中，透過IFC-2對B3充電的平均電流I s3 是
對B3充電的平均充電電流是
第七圖(a)所示為一典型太陽電池單元等效電路，其中D為光二極體，Rsh 為並聯內阻，Rs 為串聯內阻，Iph 為太陽電池的輸出電流。
增量電導法則是藉由太陽能板在最大功率輸出點時輸出功率對電壓之變化率為零的這個原則，直接在如第七圖(b)的電流-電壓特性曲線上相對應於dP/dV =0處找到
此處I 為太陽電池電流，V 為太陽電池電壓，ΔV 為電壓增量，ΔI 為電流增量，藉由量測ΔI/ΔV 的電導值與瞬間太陽能板的-I/V 電導相比較，判斷是否大於、小於或等於，以決定下一次的增量變動是否繼續，當增量電導值符合公式(23)時，則太陽能板可以確定工作於最大功率點，即不再進行下一次增量。此法藉著修改邏輯判斷式來進行追蹤，不會有在最大功率點附近的震盪現象，使其更能適應瞬息萬變的大氣條件。增量電導法可以較精確做到MPPT，並減小如擾動觀察法的震盪問題。
依據第七圖(a)，太陽能電池單元的電流與電壓特性可以表示如下：
及
其中I ph ：光產生電流，I pvo ：黑暗飽合電流，I pv ：PV電流，V pv ：PV電壓，R s ：串聯電阻，A ：非理想因數,k ：Boltzman常數，T ：溫度，q ：電荷。而一太陽能板(或一PV陣列)的輸出功率可表示為
PV陣列的最大功率點(MPP)發生於當
亦即，
根據公式(28)，使用INC-MPPT技術之PV陣列的最大功率點的標準是
參考第七圖(b),在P pv - V pv 曲線上之dP pv /dV pv =0是等於在i pv -v pv 特性曲線上之MPP點dI pv /dV pv =-I pv /V pv 。在穩態時，一個增量可以簡化其表達為
設計考量 一、充電考量
如第一圖(b)所示，兩個互補的傳輸開關QT1 與QT2 涉及對電池B1與B2充電，是用於珍惜能源的。第三個傳輸開關QT3 是用於使電池B1被強制放電，且透過IFC2，以對電池B3充電，等同於BNP充電，是用於能源回收的。在本發明之實驗設計中，BPP透過QT1 充電到B1，被程式化為使用80%的打嗝週期，10%是有關以一BNP強制B1放電至B3，而10%是休息期間。B2透過QT2 接受一視窗化的正脈波，用於在打嗝週期的20%期間來充電，不包括用於QT1 的80%，以確保INC MPPT的連續，以及增加PV陣列的利用率。三個汽化電壓的偵測，是以13.8V的汽化參考電壓，持續在線上監測電池(KAWASAKI NF50B24LS 45-AH電池)的即時的充電行為。
二、交錯式IFC
IFC-1依據使用變頻固定責任週期控制的INC MPPT的追蹤而設計。而IFC-2是用於B1執行BNP放電到B3，可以是單一的或交錯式的返馳轉換器，使用固定頻率控制。此外，該兩個IFCs，是設計於運作在不連續導通模式(DCM)，以在鄰近的微小脈波間避免重疊，以降低在鉛酸電池正電極的硫化結晶。
三、INCMPPT演算法
INC MPPT的演算法是由微晶片dsPIC33FJ06GS202依據第九圖(a)-(b)的流程圖執行。第八圖的控制圖表，是該演算法的主要參考。
設計與實驗
按照第二圖(a)的電路結構建立一個實驗的具有光電打嗝充電器之光電系統的組合，其裝備有260W兩個串接的PV陣列，以及三個45AH之KAWASAKI NF50B24LS鉛酸電池；該光電充電器具有24A之最大峰值電流用於太陽照度1Kw/m2 時之微小脈波列，以及一個38A峰值電流，用於強制放電脈波，其中該IFC-1與IFC-2具有責任週期0.26運作在14.6 kHz，而傳輸開關QT1 、QT2 與QT3 運作在550Hz。用於B1之BPP期間，tp1 ，為Ts2 的80%。用於B2的PP，tp2 ，是Ts2 的20%。用於BNP等效於強制從B1放電是Ts2 的10%。每一Kyocera KC130T光電陣列，在太陽照度1Kw/m2 時，具有一開路電壓21.9V以及一短路電流8.2A。第七圖(b)，在T=25℃(55℃)時，以不同的太陽照度，提呈PV陣列之Ipv-Vpv和Ppv-Vpv特性曲線之波形圖。
第十圖(a)是顯示來自交錯式返馳轉換器IFC-1之閘源極電壓VFgs1 與VFgs2 和一次側電流ip1 與ip2 之波形圖。
第十圖(b)是顯示來自交錯式返馳轉換器IFC-1之經量測的閘源極電壓VFgs1 與VFgs2 和二次側電流is1 與is2 之波形圖。
第十一圖(a)是顯示經量測的用於QT1 、QT2 、QF1 、QF2 與QF3 之閘極驅動訊號，其中QT1 與QT2 在550Hz的低頻，QF1 、QF2 與QF3 在19kHz的高頻。
第十一圖(b)是顯示經量測的用於QT1 與QT2 之閘極驅動訊號VTgs1 與VTgs2 、用於B1的充電電流iB1 與用於B2的充電電流IB2 的波形圖。
第十一圖(c)是顯示用於QT1 與QT2 之閘極驅動訊號VTgs1 與VTgs2 和用於B1 的打嗝充電iB1 和iP3 的波形圖，顯示B1打嗝充電的行為，包括BPP充電以及BNP強制放電都近似於第一圖(a)、第三圖(a)-(c)與第六圖的預測。
第十二圖(a)是顯示一所提議之光電打嗝充電器經量測的軌跡，提呈三個電池在光電打嗝充電的過程中的充電狀態(SOC)，以比較用於打嗝充電之主電池B1和均用於脈波充電之B2和B3的充電狀態。
第十二圖(b)是顯示一所提議之光電打嗝充電器經量測的軌跡，以比較打嗝充電與CC/CV充電，各自具有平均充電率0.2C，其中在太陽光照水準1kW/m2 時，1C=45Ah。要達到85%的SOC，當充電到同一電池時，打嗝充電需要85分鐘，而CC/CV充電需要105分鐘。打嗝充電的充電時間較CC/CV充電少了20%。此外，使用打嗝充電的熱度較低，在環境溫度20℃時量測，打嗝充電的熱度較使用CC/CV充電時約低了2℃。上述實驗成功的確認，使用具有光電打嗝充電器的光電系統，可以提供較快的充電與較低的熱度給電池，有利於電池壽命的延長。
實施例：
1.一種光電系統(photovoltaic system)，包含：一第一充電器，產生一第一脈波列；一第一電池，在一第一時段中接收該第一脈波列以進行一第一充電，且於一第二時段中的一第一部份進行一強制放電(intense discharge)，俾產生一第二脈波列；一第二電池，在該第二時段中，接收該第一脈波列以進行一第二充電；一第三電池，在該第二時段中的該第一部份，藉由該第二脈波列以進行一第三充電；以及一充電管理控制器，用以控制該第一電池之該第一充電與該強制放電、該第二電池之該第二充電與該第三電池之該第三充電。
2.根據實施例1所述之系統，更包括一最大功率點追蹤控制器與一光電陣列，其中該最大功率點追蹤控制器電連接於該光電陣列，使該光電陣列進行一最大功率點追蹤，該光電陣列電連結於該第一充電器，其中該第一充電器是一交錯式返馳轉換器，且包括一第一返馳式轉換器與一第二返馳式轉換器，該第一返馳式轉換器並聯電連接於該第二返馳式轉換器，且該第一與該第二返馳轉換器分別產生一第三脈波列與一第四脈波列，該第三與該第四脈波列經綜合後產生該第一脈波列。
3.根據實施例1或2所述之系統，更包括一第一、一第二與一第三傳輸開關與一第二充電器，其中該第二充電器電連接於該第三電池與該第三傳輸開關間，用於接收該第二脈波列，並產生一充電脈波列，用以對該第三電池充電，該第一傳輸開關電連接於該第一充電器與該第一電池間，該第二傳輸開關電連接於該第一充電器與該第二電池間，該第三傳輸開關電連接於該第一電池，且該充電管理控制器產生一第一、一第二與一第三控制訊號，用於控制該第一、該第二與該第三傳輸開關之一導通與一關斷，及用以控制該第一電池何時進行該第一充電與該強制放電、該第二電池何時進行該第二充電與該第三電池何時進行該第三充電，該第一、該第二與該第三電池各產生一第一、一第二與一第三汽化電壓偵測值，該第一、該第二與該第三傳輸開關各包括一閘極，該充電管理控制器包括一傳輸開關控制器與一汽化電壓監控器(gassing voltage monitor)，該傳輸開關控制器輸出該第一、該第二與該第三控制訊號至各該閘極，用以控制該第一、該第二與該第三傳輸開關之該導通與該關斷，該汽化電壓監控器，接收該第一、該第二與該第三汽化電壓偵測值，並分別輸出一致能訊號至該傳輸開關控制器與該最大功率點追蹤控制器，當該第一、該第二與該第三汽化電壓偵測值均未達一汽化電壓(gassing voltage)值時，使該傳輸開關控制器進行一正常運作，與使該最大功率點追蹤控制器進行該最大功率點追蹤，而當該第一、該第二與該第三汽化電壓偵測值的至少其中之一達到該汽化電壓值時，則使該傳輸開關控制器停止該正常運作，且使該最大功率點追蹤控制器停止該最大功率點追蹤，其中該最大功率點追蹤控制器為一增量電導法最大功率點追蹤控制器(INC MPPT controller)。
4.根據以上任一實施例所述之系統，更包括一脈波寬調變控制器，其中該脈波寬調變控制器使用一變頻固定責任週期控制(VFCD)，且輸出一脈波調變訊號至該第一充電器，該第一充電器具有一充電週期，各該充電週期包括該第一時段、該第二時段與一短暫休息(brief break)時段，而該第一充電為一打嗝充電(burp charge)。
5.一種光電系統(photovoltaic system)，包含：一第一電池，在一第一時段中，接收一第一脈波列以進行一第一充電，且在一第二時段中的一第一部份，進行一強制放電(intense discharge)，以產生一第二脈波列；一第二電池，在該第二時段中，接收該第一脈波列以進行一第二充電；一第三電池，在該第二時段中的該第一部份，藉由該第二脈波列以進行一第三充電；以及一充電管理控制器，用以控制該第一電池之該第一充電與該強制放電、該第二電池之該第二充電與該第三電池之該第三充電。
6.一種光電系統(photovoltaic system)，包含：一第一電池，在一第一時段中，接收一第一脈波列以進行一第一充電，且在一第二時段中的一第一部份，進行一放電，以產生一第二脈波列；以及一第二電池，在該第二時段中，接收該第一脈波列以進行一第二充電。
7.一種光電系統(photovoltaic system)，包含：一第一電池，在一第一時段中，接收一第一脈波列以進行一第一充電，且在一第二時段中的一第一部份，進行一放電，以產生一第二脈波列；以及一第二電池，在該第二時段中的該第一部份，藉由該第二脈波列以進行一第二充電。
8.一種用於一光電系統之充電方法，包含下列之步驟：提供一產生一第一脈波列之第一充電器，一第一電池、一第二電池與一第三電池；使該第一電池接收該第一脈波列以在一第一時段中進行一第一充電；使該第一電池在一第二時段中的一第一部份進行一強制放電(intense discharge)，以產生一第二脈波列；使該第二電池在該第二時段中，接收該第一脈波列以進行一第二充電；以及使該第三電池在該第二時段中的該第一部份，藉由該第二脈波列以進行一第三充電。
9.根據實施例8所述之方法，其中該光電系統包括一控制器與一第二充電器，且該方法更包括下列之步驟：透過該控制器以控制該第一電池之該第一充電與該強制放電、該第二電池之該第二充電與該第三電池之該第三充電；以及使該第二充電器接收該第二脈波列並輸出一第三脈波列，並以該第三脈波列對該第三電池充電。
10.一種光電系統充電方法，包含：提供一第一脈波列；在一第一時段中，接收該第一脈波列以對一第一電池進行一第一充電；以及在一第二時段中的一第一部份，使該第一電池進行一強制放電，以產生一第二脈波列，俾對一第二電池進行一第二充電。
綜上所述，本發明在於提供一種光電打嗝充電器及其充電方法，該光電打嗝充電器包含一充電管理控制器，用以分別於一個主要電池及兩個輔助電池進行一光電打嗝充電與兩個脈波充電，以延長電池壽命與落實珍惜能源及回收能源之概念，故其確實具有進步性與新穎性。
是以，縱使本案已由上述之實施例所詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
第一圖(a)：其係顯示一依據本發明構想之較佳實施例之具光電打嗝充電器之光電系統的電路示意圖；
第一圖(b)：其係顯示一典型之打嗝脈波的波形圖；
第二圖(a)：其係顯示一依據本發明構想之較佳實施例之具光電打嗝充電器且為增量電導最大功率點追蹤控制器所引導之光電系統的電路示意圖；
第二圖(b)：其係顯示一習知之汽化電壓監控器；
第二圖(c)：其係顯示如第二圖(a)所示電路之所有驅動訊號，包括用於傳導開關QT1 、QT2 與QT3 之閘極的VTgs1 、VTgs2 與VTgs3 以及用於QF1 、QF2 與QF3 之閘極的VFgs1 、VFgs2 與VFgs3 ；
第三圖(a)：其係顯示一依據本發明構想之較佳實施例之具光電打嗝充電器之光電系統，當打嗝正脈波在tp1 時段充電到電池B1，而B2與B3則休息的動態狀態圖；
第三圖(b)：其係顯示一依據本發明構想之較佳實施例之具光電打嗝充電器之光電系統，正脈波在tp2 時段充電到電池B2，但在t2時暫時停止，B1在tp3 時段強制放電到B3，等同於打嗝負脈波充電的動態狀態圖；
第三圖(c)：其係顯示一依據本發明構想之較佳實施例之具光電打嗝充電器之光電系統，B1與B3在td時段休息，其中B2從t2 到t3 以至於tp2 持續正脈波充電直到充電週期Ts2 終了的動態狀態圖；
第四圖(a)：其係顯示一IFC-1之等效半電路；
第四圖(b)：其係顯示QF1 與QF2 之預測的交錯狀態之波形圖；
第四圖(c)：其係顯示一在最大功率轉換下之控制至輸出之模組(自PV陣列至充電電流)之等效電路圖；
第五圖(a)-(b)：分別顯示如第四圖(c)所示之控制至輸出之模組在不同之太陽光度下的輸出電流對切換頻率以及輸出功率對切換頻率之模擬與實驗結果之波形圖；
第六圖：其係顯示一依據本發明構想之較佳實施例之具光電打嗝充電器之光電系統的預測動態狀態的波形圖；
第七圖(a)：其係顯示一典型太陽電池單元之等效電路圖；
第七圖(b)：其係顯示兩個串聯之光電陣列(Kyocera KC1301)之Ipv-Vpv和Ppv-Vpv特性曲線之波形圖；
第八圖：其係顯示一依據本發明構想之較佳實施例之具光電打嗝充電器之光電系統的INC MPPT控制器的控制圖表之波形圖；
第九圖(a)：其係顯示一依據本發明構想之較佳實施例的具光電打嗝充電器之光電系統的INC MPPT控制器之演算法的主程式之流程圖；
第九圖(b)：其係顯示一依據本發明構想之較佳實施例的具光電打嗝充電器之光電系統的INC MPPT控制器之演算法的副程式之流程圖；
第十圖(a)：其係顯示來自交錯式返馳轉換器IFC-1之閘源極電壓VFgs1 與VFgs2 和一次側電流ip1 與ip2 之波形圖；
第十圖(b)：其係顯示來自交錯式返馳轉換器IFC-1之經量測的閘源極電壓VFgs1 與VFgs2 和二次側電流is1 與is2 之波形圖；
第十一圖(a)：其係顯示經量測的用於QT1 、QT2 、QF1 、QF2 與QF3 之閘極驅動訊號；
第十一圖(b)：其係顯示經量測的用於QT1 與QT2 之閘極驅動訊號VTgs1 與VTgs2 、用於B1的充電電流iB1 與用於B2的充電電流IB2 的波形圖；
第十一圖(c)：其係顯示用於QT1 與QT2 之閘極驅動訊號VTgs1 與VTgs2 和用於B1 的打嗝充電iB1 與iP3 的波形圖；
第十二圖(a)：其係顯示一所提議之光電打嗝充電器經量測的軌跡，以比較用於打嗝充電之主電池B1和均用於脈波充電之B2和B3的充電狀態；以及
第十二圖(b)：其係顯示一所提議之光電打嗝充電器經量測的軌跡，以比較打嗝充電與CC/CV充電，各自具有平均充電率0.2C，其中在太陽光照水準1kW/m2 時，1C=45Ah。

Claims (10)

  1. 一種光電系統(photovoltaic system)，包含：一第一充電器，產生一第一脈波列；一第一電池，在一第一時段中接收該第一脈波列以進行一第一充電，且於一第二時段中的一第一部份進行一強制放電(intense discharge)，俾產生一第二脈波列；一第二電池，在該第二時段中，接收該第一脈波列以進行一第二充電；一第三電池，在該第二時段中的該第一部份，藉由該第二脈波列以進行一第三充電；以及一充電管理控制器，用以控制該第一電池之該第一充電與該強制放電、該第二電池之該第二充電與該第三電池之該第三充電。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包括一最大功率點追蹤控制器與一光電陣列，其中該最大功率點追蹤控制器電連接於該光電陣列，使該光電陣列進行一最大功率點追蹤，該光電陣列電連結於該第一充電器，其中該第一充電器是一交錯式返馳轉換器，且包括一第一返馳式轉換器與一第二返馳式轉換器，該第一返馳式轉換器並聯電連接於該第二返馳式轉換器，且該第一與該第二返馳轉換器分別產生一第三脈波列與一第四脈波列，該第三與該第四脈波列經綜合後產生該第一脈波列。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之系統，更包括一第一、一第二與一第三傳輸開關與一第二充電器，其中該第二充電器電連接於該第三電池與該第三傳輸開關間，用於接收該第二脈波列，並產生一充電脈波列，用以對該第三電池充電，該第一傳輸開關電連接於該第一充電器與該第一電池間，該第二傳輸開關電連接於該第一充電器與該第二電池間，該第三傳輸開關電連接於該第一電池，且該充電管理控制器產生一第一、一第二與一第三控制訊號，用於控制該第一、該第二與該第三傳輸開關之一導通與一關斷，及用以控制該第一電池何時進行該第一充電與該強制放電、該第二電池何時進行該第二充電與該第三電池何時進行該第三充電，該第一、該第二與該第三電池各產生一第一、一第二與一第三汽化電壓偵測值，該第一、該第二與該第三傳輸開關各包括一閘極，該充電管理控制器包括一傳輸開關控制器與一汽化電壓監控器(gassing voltage monitor)，該傳輸開關控制器輸出該第一、該第二與該第三控制訊號至各該閘極，用以控制該第一、該第二與該第三傳輸開關之該導通與該關斷，該汽化電壓監控器，接收該第一、該第二與該第三汽化電壓偵測值，並分別輸出一致能訊號至該傳輸開關控制器與該最大功率點追蹤控制器，當該第一、該第二與該第三汽化電壓偵測值均未達一汽化電壓(gassing voltage)值時，使該傳輸開關控制器進行一正常運作，與使該最大功率點追蹤控制器進行該最大功率點追蹤，而當該第一、該第二與該第三汽化電壓偵測值的至少其中之一達到該汽化電壓值時，則使該傳輸開關控制器停止該正常運作，且使該最大功率點追蹤控制器停止該最大功率點追蹤，其中該最大功率點追蹤控制器為一增量電導最大功率點追蹤控制器(INC MPPT controller)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包括一脈波寬調變控制器，其中該脈波寬調變控制器使用一變頻固定責任週期控制(VFCD)，且輸出一脈波調變訊號至該第一充電器，該第一充電器具有一充電週期，各該充電週期包括該第一時段、該第二時段與一短暫休息(brief break)時段，而該第一充電為一打嗝充電(burp charge)。
  5. 一種光電系統(photovoltaic system)，包含：一第一電池，在一第一時段中，接收一第一脈波列以進行一第一充電，且在一第二時段中的一第一部份，進行一強制放電(intense discharge)，以產生一第二脈波列；一第二電池，在該第二時段中，接收該第一脈波列以進行一第二充電；一第三電池，在該第二時段中的該第一部份，藉由該第二脈波列以進行一第三充電；以及一充電管理控制器，用以控制該第一電池之該第一充電與該強制放電、該第二電池之該第二充電與該第三電池之該第三充電。
  6. 一種光電系統(photovoltaic system)，包含：一第一電池，在一第一時段中，接收一第一脈波列以進行一第一充電，且在一第二時段中的一第一部份，進行一放電，以產生一第二脈波列；以及一第二電池，在該第二時段中，接收該第一脈波列以進行一第二充電。
  7. 一種光電系統(photovoltaic system)，包含：一第一電池，在一第一時段中，接收一第一脈波列以進行一第一充電，且在一第二時段中的一第一部份，進行一放電，以產生一第二脈波列；以及一第二電池，在該第二時段中的該第一部份，藉由該第二脈波列以進行一第二充電。
  8. 一種用於一光電系統之充電方法，包含下列之步驟：提供一產生一第一脈波列之第一充電器，一第一電池、一第二電池與一第三電池；使該第一電池接收該第一脈波列以在一第一時段中進行一第一充電；使該第一電池在一第二時段中的一第一部份進行一強制放電(intense discharge)，以產生一第二脈波列；使該第二電池在該第二時段中，接收該第一脈波列以進行一第二充電；以及使該第三電池在該第二時段中的該第一部份，藉由該第二脈波列以進行一第三充電。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該光電系統包括一控制器與一第二充電器，且該方法更包括下列之步驟：透過該控制器以控制該第一電池之該第一充電與該強制放電、該第二電池之該第二充電與該第三電池之該第三充電；以及使該第二充電器接收該第二脈波列並輸出一第三脈波列，並以該第三脈波列對該第三電池充電。
  10. 一種光電系統充電方法，包含：提供一第一脈波列；在一第一時段中，接收該第一脈波列以對一第一電池進行一第一充電；以及在一第二時段中的一第一部份，使該第一電池進行一強制放電，以產生一第二脈波列，俾對一第二電池進行一第二充電。
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