TWI697167B - 離並網儲能電路及方法 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種離並網儲能電路及方法，該離並網儲能電路包括有第一橋臂至第五橋臂的開關元件電路、第一電感至第四電感及第一電容至第三電容，並設有光伏端、電池端、市電端以及負載端，藉此連結不同的電能來源；並透過離並網儲能電路的不同控制方法，使該光伏端、電池端、市電端以及負載端相互之間執行不同模式的電能傳輸。本發明不僅能夠提高整體電路的集成度和電器件的利用率，有效降低電路系統的成本，且達成並網工作模式和離網工作模式之間的無縫切換作業，提高整體電路的應用範圍。

Description

離並網儲能電路及方法

本發明涉及一種離並網儲能電路及方法，特別是一種具有五橋臂拓樸電路的離並網儲能電路及其不同工作模式的控制方法。

現有離並網型態的儲能系統中，相對於傳統雙邊母線的拓撲電路架構而言，一般用的比較多的是關於三橋臂的電路拓撲，三橋臂拓撲電路主要應用於線上式中小功率不斷電供應系統系統中，是具有母線電容減半、功率管或功率開關元件減少等優勢，成為開發低成本線上式不斷電供應系統的技術研究的焦點。

一般傳統的三橋臂拓撲可以包括：一第一功率開關Q1和一第二功率開關Q2所構成的帶有有源功率因數校正高頻的整流橋臂；以及一第三功率開關Q3和一第四功率開關Q4構成整流橋臂與逆變橋臂共用的工頻橋臂；第一功率開關Q5和第六功率開關Q6則構成逆變橋臂等等。該現有技術僅僅實現了不間斷供電，單獨應用於不斷電供應系統之中，有待且必要加以改善。

本發明提出一種離並網儲能電路及方法，能夠針對現有的儲能系統於切換離網或並網時負載所會產生的不連續缺失加以改善，不僅能夠提高離並網儲能電路系統的集成度和電器件的利用率，有效地降低系統電路的成本，而且能夠實現離網工作模式和並網工作模式的無縫切換，提高整體電路系統的應用範圍。

本發明所述的一種離並網儲能電路，是包括有：一第一橋臂， 該第一橋臂由一第一開關元件與一第二開關元件串聯接所組成；一第二橋臂，與該第一橋臂並聯連接，該第二橋臂由一第三開關元件與一第四開關元件串聯接所組成；一第三橋臂，與該第一橋臂並聯連接，該第三橋臂由一第五開關元件與一第六開關元件串聯接所組成；一第四橋臂，與該第一橋臂並聯連接，該第四橋臂由一第七開關元件與一第八開關元件串聯接所組成；一第五橋臂，與該第一橋臂為並聯連接，該第五橋臂由一第九開關元件與一第十開關元件串聯接所組成；一第一電感，該第一電感的第一端為一光伏端，該第一電感的第二端耦接於該第八開關元件與該第七開關元件的串接點；一第二電感，該第二電感的第二端耦接於該第十開關元件與該第九開關元件的串接點；一第十一開關元件，該第十一開關元件的第一端為一電池端，該第十一開關元件的第二端耦接於該第二電感的第一端；一第三電感，該第三電感的第一端為一市電端，該第三電感的第二端耦接於該第一開關元件與該第二開關元件的串接點；一第四電感，該第四電感的第一端耦接於該第六開關元件與該第五開關元件的串接點，該第四電感的第二端為一負載端；一第一電容，該第一電容的第一端耦接於該負載端，該第一電容的第二端耦接於該第四開關元件與該第三開關元件的串接點；一第二電容，該第二電容的第一端耦接於該市電端，該第二電容的第二端耦接於該第四開關元件與該第三開關元件的串接點；及一第三電容，該第三電容為並聯連接於該第一橋臂。

1:母線正極

2:母線負極

11:第一橋臂

12:第二橋臂

13:第三橋臂

14:第四橋臂

15:第五橋臂

20:光伏端

22:太陽能板

30:電池端

32:電池組

40:市電端

50:負載端

Q1~Q12:第一~第十二開關元件

G:控制端

C1~C5:第一~第五電容

L1~L4:第一~第四電感

圖1為本發明實施例的電路元件連接示意圖；圖2~5為本發明實施例中市電能量從第一和第二橋臂輸入的示意圖；圖6~9為本發明實施例中光伏能量、電池能量或是兩者同時從第 一橋臂和第二橋臂到市電的示意圖；圖10~13為本發明實施例中光伏能量、電池能量或是兩者同時從第二橋臂和第三橋臂到負載的示意圖；圖14~17為本發明實施例中市電能量從第一和第二橋臂輸入，同時有能量從第二和第三橋臂輸出到負載的示意圖；圖18~21為本發明實施例中電池能量、光伏能量或是兩者同時從第一橋臂和第二橋臂輸出到市電，同時從第二橋臂和第三橋臂輸出到負載的示意圖；圖22~23為本發明實施例中光伏能量從第四橋臂輸入的示意圖；圖24~25為本發明實施例中電池能量從第五橋臂輸入的示意圖；圖26~27為本發明實施例中光伏能量、市電能量或者兩者一起從第五橋臂輸出到電池充電的示意圖。

在下文中將參閱隨附圖式，藉以更充分地描述各種例示性實施例，並在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明之概念可能以許多不同形式來加以體現，且不應解釋為僅限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示電路方塊、電路元件之大小以及相對之位置，其中對於類似數字始終指示類似元件。

應理解，雖然在本文中可能使用術語開關元件係包括有多個開關元件，是指一種切換元件的表達術語，但並不限定是採用IGBT、BJT、MOS、CMOS、JFET或是MOSFET，即此等元件不應受此等電子元件實際產品術語之限制。以及本文所出現之第一~第三開關元件Q1~Q3、第一~第三電容C1~C3或是第一~第三電感L1~L3...等等，此等術語乃用以清楚地區分一元件與另一元件，並 非具有一定的元件順序排列關係，即有可能會有第一開關、第三開關而無第二開關的元件實施態樣，乃非一定具有連續關係之序號作為元件符號之標示。

如本文中所使用術語之第一端、第二端、上端或下端、左側端或右側端等等，此等術語乃用以清楚地區分一個元件的一端點與該元件的另一端點，或為區分一元件與另一元件之間，或是一個端點與另一個端點之間係為不同，其並非用以限制該文字序號所呈現之順序關係，且非必然有數字上連續之關係。又，可能使用了術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合。再者，本文可能使用術語複數個或多個來描述具有設置多個電路元件，但此等複數個元件並不僅限於實施有二個、三個或四個及四個以上的元件數目表示所實施的技術；以上，合先敘明。

本發明公開一種離並網儲能電路及方法，藉由本發明所設置的五橋臂電路結構及其不同工作模式的控制方法，實現了光伏功率的轉換，也就是將太陽能板所產生的電能加以轉換，能夠實現並網及/或離網不同狀況下的各種工作模式的一種組合型電路，不僅能夠提高整體電路的集成度和電路器件的利用率，有效降地電路系統的成本，並且達成並網工作模式和離網工作模式之間的無縫切換作業，提高整體電路的應用範圍。

圖1所示，本發明所述之離並網儲能電路及方法，能夠應用於結合光伏能、電池及市電等不同的電能來源以驅動負載的整合型大系統中。本發明案的離並網儲能電路包括有第一橋臂~第五橋臂11~15的電路、第一~第四電感L1~L4以及第一~第三電容C1~C3等電路元件。其中，第一橋臂11由一第一開關元件Q1與一第二開關元件Q2兩者串聯接所組成，而所串聯接的串接點即為該第一橋臂11的中點；該第一橋臂11有一第一端(即如圖1所示第一橋臂11的上端)及一第二端(即如圖1所示第一橋臂11的下端)，在 一實施例中，該第一橋臂11的第一端為一母線正極1，該第一橋臂11的第二端為一母線負極2。

第二橋臂12與第一橋臂11為並聯連接，所述第二橋臂12由一第三開關元件Q3與一第四開關元件Q4串聯接所組成，而所串聯接的串接點即為該第二橋臂12的中點；同樣地，第二橋臂12也有一第一端及一第二端，個別耦接於母線正極1與母線負極2。第三橋臂13也是與第一橋臂11並聯連接，第三橋臂13是由一第五開關元件Q5與一第六開關元件Q6串聯接所組成，所串聯接的串接點即為該第三橋臂13的中點；同樣地，第三橋臂13也有一第一端及一第二端，個別耦接於母線正極1與母線負極2。以及第四橋臂14與該第一橋臂11為並聯連接，第四橋臂14由一第七開關元件Q7與一第八開關元件Q8串聯連接所組成，所串聯接的串接點即為該第四橋臂14的中點，第四橋臂14也有一第一端及一第二端，個別耦接於母線正極1與母線負極2。第五橋臂15與該第一橋臂11為並聯連接，第五橋臂15由一第九開關元件Q9與一第十開關元件Q10串聯接所組成，所串聯接的串接點即為該第五橋臂15的中點，第五橋臂15也有一第一端及一第二端，個別耦接於母線正極1與母線負極2。

本發明的第一電感L1的一第一端(即如圖1所示第一電感L1的左側端)為連接一光伏端20，第一電感L1的第二端(即如圖1所示第一電感L1的右側端)耦接於該第八開關元件Q8與該第七開關元件Q7的串接點。第二電感L2的第二端(即如圖1所示第二電感L2的右側端)耦接於第十開關元件Q10與第九開關元件Q9的串接點，第二電感L2的第一端(即如圖1所示第二電感L2的左側端)耦接有一第十一開關元件Q11的第二端(即如圖1所示第十一開關元件Q11的右側端)。所述的第十一開關元件Q11的第一端(即如圖1所示第十一開關元件Q11的左側端)為形成一電池端30，該第十一開關元件Q11的第二端如前述，耦接於該第二電感L2的第一 端。第三電感L3的第一端(即如圖1所示第三電感L3的左側端)形成為一市電端40，第三電感L3的第二端耦接於第一開關元件Q1與第二開關元件Q2的串接點，亦即，第三電感L3的第二端耦接於該第一橋臂11的中點。第四電感L4的第一端(即如圖1所示第四電感L4的左側端)耦接於該第六開關元件Q6與該第五開關元件Q5的串接點，該第四電感L4的第二端形成為一負載端50。

本發明的第一電容C1的第一端(即如圖1所示第一電容C1的上端)耦接於該負載端50，第一電容C1的第二端(即如圖1所示第一電容C1的下端)耦接於該第四開關元件Q4與該第三開關元件Q3的串接點，亦即為耦接於該第二橋臂12的中點。第二電容C2的第一端(即如圖1所示第二電容C2的上端)耦接於該市電端40，第二電容C2的第二端(即如圖1所示第二電容C2的下端)耦接於該第四開關元件Q4與該第三開關元件Q3的串接點。所述第三電容C3為並聯連接於該第一橋臂11，亦即第三電容C3的第一端(即如圖1所示第三電容C3的上端)耦接於母線正極1，第三電容C3的第二端(即如圖1所示第三電容C3的下端)耦接於母線負極2，該第三電容C3是作為一母線電容的作用。

需聲明強調者，在本發明實施例中所述的第一開關元件Q1至第十一開關元件Q11在實際電路的製作上，乃為同一種類型的開關元件，能夠是金屬氧化物半導體場效電晶體、絕緣柵雙極型電晶體或是功率電晶體，亦即為該些開關元件Q1~Q11的使用，包括但不限於IGBT、BJT、MOS、CMOS、JFET或是MOSFET，且該每一開關元件中必須設有一反並聯的二極體，實施上也可以使用例如body diode的本體二極體所構成。此外，所述的第一~第十一開關元件Q1~Q11中每一開關元件中皆有一控制端G，每一個開關元件的控制端G則是另外再連接到不同的控制電路中(圖中未標示)，該些細部的控制電路實際上可以使用積體電路IC元件的相關連接電路所達成，在此不與贅述。

在一實施例中，圖1所述離並網儲能電路還包括設有一第四電容C4以及一第五電容C5。所述第四電容C4的第一端(即如圖1所示第四電容C4的上端)耦接於該電池端30，第四電容C4的第二端(即如圖1所示第四電容C4的下端)耦接於該第一橋臂11的第二端，也就是母線負極2。第五電容C5的第一端(即如圖1所示第五電容C5的上端)耦接於該光伏端20，第五電容C5的第二端(即如圖1所示第五電容C5的下端)耦接於該第四電容C4的第二端，同樣是母線負極2。

在一實施例中，本發明圖1所述離並網儲能電路還包括設有一第十二開關元件Q12，所述第十二開關元件Q12的第一端(即如圖1所示第十二開關元件Q12的上端)耦接於第二電感L2的第一端，第十二開關元件Q12的第二端(即如圖1所示第十二開關元件Q12的下端)耦接於第四電容C4的第二端(即母線負極2)。其中所述的第十二開關元件Q12實際運用時為金屬氧化物半導體場效電晶體或絕緣柵雙極型電晶體，且必須設有一反並聯的二極體。在另一實施例中，其中所述的第十二開關元件Q12能夠為一二極體元件。

於實際電路系統的運用上，本發明所述的第一橋臂11的第一端為所述的母線正極1，第一橋臂11的第二端為所述的母線負極2。所述的光伏端20耦接有一太陽能板22，該太陽能板22用以輸出一直流電源。所述電池端30耦接有一電池組32，用以提供另一個直流的輸出電源，且該電池組32為可以反覆多次充/放電的二次電池組，在實際運用上也能採用單一顆電池使用。該市電端40耦接一市電，則是提供一交流電源供作使用，所述負載端50則是耦接一負載，該負載可以為一交流電的負載。

據此，針對其中所述市電的一火線於實際接線上，是耦接該第三電感L3的第一端，所述市電的零線耦接該第二橋臂12的中點；所述負載的火線耦接第四電感L4的第二端，所述負載的零線 接第二橋臂12的該中點。所述電池組32的正極耦接第十一開關元件Q11的第一端，所述電池的負極耦接該母線負極2。所述太陽能板22的正極耦接該第一電感L1的第一端，所述太陽能板22的負極耦接該母線負極2。

依據圖1所揭示的五橋臂電路拓樸結構，本發明提出不同對應工作模式的控制方法，則實際對應到各個橋臂電路的具體控制方法詳述如下：

一、首先，針對市電的能量從第一橋臂11和第二橋臂12輸入的控制方法，並請配合圖2~圖5之動作描述：當市電處於正向輸入時，第二開關元件Q2作為切換開關，第一開關元件Q1做為續流二極體的使用，第三開關元件Q3和第四開關元件Q4不動作。之後，當第二開關元件Q2導通時，電流流向如圖2之所示，第三電感L3儲能。又當第二開關元件Q2關斷時，電流流向如圖3所示，則第三電感L3能量釋放到母線的匯流排BUS中的母線電容-即第三電容C3之中。

當市電處於負向輸入時，第三開關元件Q3作為切換開關，第四開關元件Q4做為續流二極體使用，第一開關元件Q1和第二開關元件Q2不動作。之後，當第三開關元件Q3導通時，電流流向如圖4所示，第三電感L3再次儲能。最後當第三開關元件Q3再次關斷時，電流流向如圖5所示，第三電感L3能量再次釋放到母線匯流排中的母線電容-即第三電容C3之中。

二、由光伏能量、電池能量或是兩者一起從第一橋臂11和第二橋臂12輸出到市電中，請參閱圖6~圖9之所示：當市電處於正向輸出時，第一開關元件Q1作為切換開關，第二開關元件Q2作為續流二極體使用，此時第三開關元件Q3為常導通，第四開關元件Q4為常斷。當第一開關元件Q1導通時，電流流向如圖6的實線所示，第三電感L3儲能。之後，當第一開關 元件Q1關斷時，電流流向如圖7的實線所示，電流通過第二開關元件Q2而續流。

當市電處於負向輸出時，第二開關元件Q2作為切換開關，第一開關元件Q1作為續流二極體使用，第三開關元件Q3常斷，第四開關元件Q4常導通。接者，當第二開關元件Q2導通時，電流流向如圖8所示，此時第三電感L3儲能。之後，當第二開關元件Q2關斷時，電流流向如圖9所示，電流通過第一開關元件Q1而續流。

三、由光伏能量、電池能量或兩者一起從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，配合參閱圖10~圖13作說明：當負載處於正向輸出時，第六開關元件Q6作為切換開關，第五開關元件Q5做為續流二極體使用，此時第三開關元件Q3常導通，第四開關元件Q4為常斷開。當第六開關元件Q6導通時，電流流向如圖10所示，第四電感L4儲能，同時第三電容C3(即母線電容C3)對第一電容C1正向充電。當第六開關元件Q6關閉時，電流流向如圖11所示，則第四電感L4對第一電容C1正向充電。

當負載處於負向輸出時，第四開關元件Q4作為切換開關，第三開關元件Q3做為續流二極體使用，第五開關元件Q5為常導通，第六開關元件Q6為常斷開。當第四開關元件Q4導通時，電流流向如圖12所示，該第四電感L4儲能，同時第三電容C3對第一電容C1負向充電。當第四開關元件Q4關斷時，電流流向如圖13所示，第四電感L4對第一電容C1負向充電。

四、市電能量從第一橋臂11和第二橋臂12輸入，同時市電還有能量從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，請參閱圖14~圖17：

4-A：當市電正向輸入，負載正向輸出時，第六開關元件Q6和第二開關元件Q2作為切換開關，第一開關元件Q1和第五開關 元件Q5作為續流二極體，第四開關元件Q4常斷，第三開關元件Q3常導通。運作時，當第六開關元件Q6和第二開關元件Q2導通時，電流流向如圖14所示，第三電感L3和第四電感L4儲能，電流從第二電容C2，經過第三電容C3，最後流到第一電容C1。

上述中，圖14的第三開關元件Q3的電流方向取決於不同的工作模式：4-A-1當市電能量除了從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，還會從第五橋臂15輸出到電池端30充電，第六開關元件Q6的占空比(或稱工作週期：duty cycle)會小於第二開關元件Q2，則第三開關元件Q3的電流會是從第二端(如圖14所示第三開關元件Q3的下端)流向第一端(如圖14所示第三開關元件Q3的上端)；4-A-2當市電能量和電池能量，或者光伏能量，或者三者一起從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，第六開關元件Q6的占空比會大於第二開關元件Q2，則第三開關元件Q3的電流會是從該第一端流向該第二端；4-A-3當僅有市電能量從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，第六開關元件Q6與第二開關元件Q2的占空比相等，則第三開關元件Q3無電流。

此外，當第六開關元件Q6和第二開關元件Q2關斷時，電流流向如圖15所示，第三電感L3和第四電感L4釋放能量，第三電感L3電流流向第三電容C3，再經過第五開關元件Q5，經第四電感L4流到第一電容C1，最後再回到第二電容C2。

上述中，圖15的第三開關元件Q3的电流方向取決取決于不同的工作模式：4-A-4當市電能量除了從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，還會從第五橋臂15輸出到電池端充電，第三電感L3續流電流大於第四電感L4續流電流，則第三開關元件Q3的電流則是從該第二端(圖15中Q3的下端)流向該第一端(圖15中Q3的上端)； 4-A-5當市電能量和電池能量，或者光伏能量，或者三者一起從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，第三電感L3續流電流小於第四電感L4續流電流，則第三開關元件Q3的電流則是從該第一端流向該第二端；4-A-6當僅市電能量從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，第三電感L3續流電流等於第四電感L4續流電流，則第三開關元件Q3無電流。

4-B：當市電負向輸入，負載負向輸出時，第一開關元件Q1和第五開關元件Q5作為切換開關，第二開關元件Q2和第六開關元件Q6作為續流二極體，第四開關元件Q4常導通，第三開關元件Q3為常斷。

當第一開關元件Q1和第五開關元件Q5導通時，電流流向如圖16所示，第三電感L3和第四電感L4儲能，電流從第二電容C2，流到第一電容C1，最後通過第三電容C3再回到第二電容C2。

上述中，圖16的第四開關元件Q4的電流方向取決於不同的工作模式：4-B-1當市電能量除了從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，還會從第五橋臂15輸出到電池端30充電，第五開關元件Q5的占空比(或稱工作週期：duty cycle)會小於第一開關元件Q1，則第四開關元件Q4的電流則是從第二端(如圖16中第四開關元件Q4的下端)流向第一端(如圖16中第四開關元件Q4的上端)；4-B-2當市電能量和電池能量，或者光伏能量，或者三者一起從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，第五開關元件Q5的占空比會大於第一開關元件Q1，則第四開關元件Q4的電流則是從該第一端(如圖16中Q4的上端)流向該第二端(如圖16中Q4的下端)；4-B-3當僅市電能量從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，第五開關元件Q5與第一開關元件Q1的占空比相等，則第四 開關元件Q4無電流。

另外，當第一開關元件Q1和第五開關元件Q5關斷時，電流流向如圖17所示，第三電感L3和第四電感L4釋放能量，電流從第二電容C2，流到第一電容C1，最後通過第三電容C3再回到該第二電容C2。

上述中，圖17的第四開關元件Q4的電流方向取決取決於不同的工作模式：

4-B-4當市電能量除了從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，還會從第五橋臂15輸出到電池端30充電，第三電感L3續流電流大於第四電感L4續流電流，則第四開關元件Q4的電流則是從第四開關元件Q4的第二端(下端)流向第四開關元件Q4的第一端(上端)。

4-B-5當市電能量和電池能量，或者光伏能量，或者三者一起從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，第三電感L3續流電流小於第四電感L4續流電流，則第四開關元件Q4的電流則是從第一端(上端)流向第二端(下端)。

4-B-6當僅市電能量從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，第三電感L3續流電流等於第四電感L4續流電流，則第四開關元件Q4無電流。

五、電池能量、光伏能量或者兩者一起從第一橋臂11和第二橋臂12輸出到市電，同時從第二橋臂12和第三橋臂13輸出到負載，並請配合參閱圖18~圖21所示：當市電正向輸出，負載正向輸出時，第一開關元件Q1和第六開關元件Q6作為切換開關，第二開關元件Q2和第五開關元件Q5作為續流二極體，第四開關元件Q4為常斷開，第三開關元件Q3常導通。其中，當第一開關元件Q1和第六開關元件Q6導通時，電流流向如圖18所示，電流從第三電容C3分別流向第二電容C2 和第一電容C1，最後通過第三開關元件Q3匯合流回第三電容C3，第三電感L3和第四電感L4進行儲能。另當第一開關元件Q1和第六開關元件Q6關斷時，電流流向如圖19所示，第三電感L3和第四電感L4釋放能量，共用第三開關元件Q3的路徑，分別通過第二開關元件Q2和第五開關元件Q5進行續流。

當市電負向輸出，負載負向輸出時，第二開關元件Q2和第五開關元件Q5作為切換開關，第一開關元件Q1和第六開關元件Q6作為續流二極體，第四開關元件Q4常導通，第三開關元件Q3為常斷。其中，當第二開關元件Q2和第五開關元件Q5導通時，電流流向如圖20所示，電流從第三電容C3通過第四開關元件Q4分別流向第二電容C2和第一電容C1，最後匯合流回第三電容C3，第三電感L3和第四電感L4進行儲能。之後，當第二開關元件Q2和第五開關元件Q5關閉時，電流流向如圖21所示，第三電感L3和第四電感L4釋放能量，且共用第四開關元件Q4的路徑，分別通過第一開關元件Q1和第六開關元件Q6進行續流。

六、光伏能量從第四橋臂14輸入，請配合參閱圖22、圖23所示：第七開關元件Q7作為切換開關，第八開關元件Q8作為續流二極體。當第七開關元件Q7導通時，電流流向如圖22所示，電流從光伏端20正端，亦即太陽能板22的正端，流經第一電感L1和第七開關元件Q7回到光伏端20的負端，亦即回到太陽能板22的負端。當第七開關元件Q7關斷時，電流流向如圖23所示，電流從太陽能板22的正端流經電感第一電感L1和第八開關元件Q8，經過第三電容C3，再回到太陽能板22的負端。

七、電池能量從第五橋臂15輸入，請配合參閱圖24、圖25所示：第九開關元件Q9作為切換開關，第十開關元件Q10作為續 流二極體，第十一開關元件Q11為常導通。當第九開關元件Q9導通時，電流流向如圖24所示，電流從電池組32的正端流經第十一開關元件Q11，第二電感L2和第九開關元件Q9回到電池組32的負端。此外，當第九開關元件Q9為關斷時，電流流向如圖25所示，電流從電池組32的正端流經第十一開關元件Q11，第二電感L2，流過第十開關元件Q10，再流經過第三電容C3，再回到電池組32的負端。

八、光伏能量、市電能量或者兩者一起從第五橋臂15輸出到電池組32進行充電，請參閱圖26、圖27所示：第十開關元件Q10作為切換開關，第九開關元件Q9作為續流二極體，第十一開關元件Q11作為二極體導通。其中，當第十開關元件Q10導通時，電流流向如圖26所示，電流從第三電容C3流經第十開關元件Q10和第二電感L2，以及流過第十一開關元件Q11到電池組32的正端，再由電池組32的負端回到第三電容C3。另外，當第十開關元件Q10關斷時，電流流向如圖27所示，電流從電池組32的負端流經第九開關元件Q9和第二電感L2，流過第十一開關元件Q11，再回到電池組32的正端。

透過上述一至八點的不同實施例說明，本發明亦公開一種離並網儲能電路的方法，主要是運用且使用於如圖1所述的離並網儲能電路的電路拓樸結構中。所述的離並網儲能電路的控制方法，主要包括有十八種工作模式，配合圖1電路說明如下：

第一工作模式

由光伏端20輸出電能至該負載端50： 執行將光伏端20所產生的電能從第四橋臂14輸入該離並網儲能電路中，且從第二橋臂12及第三橋臂13的電路輸出電能到負載端50。

第二工作模式

由光伏端20輸出電能至市電端40：執行將光伏端20所產生的電能從第四橋臂14輸入該離並網儲能電路中，且從第一橋臂11及第二橋臂12的電路輸出電能到負載端50。

第三工作模式

由光伏端20輸出電能至電池端30：執行將光伏端20所產生的電能從第四橋臂14輸入該離並網儲能電路中，且從第五橋臂15的電路輸出電能到電池端30。

第四工作模式

由電池端30輸出電能至市電端40：執行將電池端30所產生的電能從第五橋臂15輸入，且從第一橋臂11及第二橋臂12的電路輸出電能到市電端40。

第五工作模式

由電池端30輸出電能至負載端50：執行將電池端30所產生的電能從第五橋臂15輸入，且從第二橋臂12及第三橋臂13的電路輸出電能到負載端50。

第六工作模式

由光伏端20輸出電能到電池端30，且同時該光伏端20輸出電能到負載端50：實現將該光伏端20所產生的電能從第四橋臂14輸入，並從第五橋臂15輸出電能對電池端30作充電動作，並且同時從該第二橋臂12和該第三橋臂13輸出電能到負載端50。

第七工作模式

由光伏端20輸出電能到負載端50，且同時光伏端20輸出電能到市電端40：實現將光伏端20所產生的電能從第四橋臂14輸入，並從該第一橋臂11和該第二橋臂12輸出電能到市電端40，並同時從該第二橋臂12和該第三橋臂13輸出電能到負載端50。

第八工作模式

由光伏端20輸出電能到30電池端，且同時光伏端20輸出電能到市電端40：實現了將光伏端20所產生的電能從第四橋臂14輸入，並從第五橋臂15輸出對電池端30作充電，並同時從該第一橋臂11和該第二橋臂12輸出電能到市電端40。

第九工作模式

由光伏端20輸出電能到負載端50，且同時由電池端30輸出電能到負載端50：實現將光伏端20所產生的電能從第四橋臂14輸入，同時電池端30所輸出的電能從第五橋臂15輸入，兩者的電能一起從該第二橋臂12及該第三橋臂13輸出電能到負載端50。

第十工作模式

由光伏端20輸出電能到市電端40，且同時由電池端30輸出電能到市電端40；主要是執行將光伏端20所產生的電能從第四橋臂14輸入，同時電池端30所輸出的電能從第五橋臂15輸入，兩者的電能一起再從該第一橋臂11及該第二橋臂12輸出電能傳送到市電端40。

第十一工作模式

由光伏端20輸出電能到負載端50，且同時由市電端40輸出電能到負載端50：執行將光伏端20所產生的電能從第四橋臂14輸入，同時市電端40所輸出的電能從該第一橋臂11及該第二橋臂12輸入，兩者的電能一起再從該第二橋臂12及該第三橋臂13輸出電能傳送到負載端50。

第十二工作模式

由光伏端20輸出電能到電池端30，且同時由市電端40輸出電能到電池端30： 主要是執行將光伏端20所產生的電能從第四橋臂14輸入，同時市電端40所輸出的電能從該第一橋臂11及該第二橋臂12輸入，兩者的電能再一起從該第五橋臂15輸出電能傳送到電池端30作充電。

第十三工作模式

由電池端30輸出電能到負載端50，且同時由市電端40輸出電能到負載端50：用以執行將電池端30所產生的電能從該第五橋臂15輸入，同時市電端40所輸出的電能從該第一橋臂11和該第二橋臂12輸入，兩者的電能再一起從該第二橋臂12及該第三橋臂13輸出電能到負載端50。

第十四工作模式

由市電端40輸出電能到負載端50，且同時由市電端40輸出電能到電池端30：執行將市電端40所產生的電能從該第一橋臂11及該第二橋臂12輸入，再從該第二橋臂12及該第三橋臂13輸出電能到負載端50，同時也從該第五橋臂15輸出電能至電池端30作充電的動作。

第十五工作模式

由光伏端20輸出電能到電池端30，同時該光伏端20輸出電能到市電端40，且同時光伏端20輸出電能到負載端50之中：主要為執行將光伏端20所產生的電能從第四橋臂14輸入，並從第五橋臂15輸出電能對於該電池端30作充電，同時從該第一橋臂11和該第二橋臂12輸出電能到市電端40，並同時從該第二橋臂12和該第三橋臂13輸出電能到負載端50之中。

第十六工作模式

由光伏端20輸出電能到電池端30，同時該光伏端20輸出電能到負載端50，且同時由市電端40輸出電能到負載端50： 主要是執行將光伏端20所產生的電能從第四橋臂14輸入，同時市電端40所產生的電能從該第一橋臂11和該第二橋臂12輸入；所述的光伏端20的電能從第五橋臂15輸出電能傳送到電池端30作充電，同時光伏端20的電能和市電端40的電能一起從該第二橋臂12和該第三橋臂13輸出電能至負載端50。

第十七工作模式

由光伏端20輸出電能到電池端30，同時由市電端40輸出電能到電池端30，且同時由市電端40輸出電能到負載端50：乃是執行將光伏端20所產生的電能從第四橋臂14輸入，同時將市電端40的電能從該第一橋臂11和該第二橋臂12輸入；光伏端20的電能以及市電端40的電能一起再從該第五橋臂15輸出電能到電池端30作充電的動作，同時市電端40的電能從該第二橋臂12和該第三橋臂13輸出電能至負載端50。

第十八工作模式：

由光伏端20輸出電能到負載端50，同時電池端30輸出電能至負載端50，且同時由市電端40輸出電能到負載端50：該第十八工作模式是用以執行將光伏端20所產生的電能從該第四橋臂14輸入，同時電池端30所產生的電能從該第五橋臂15輸入，且市電端40的電能從該第一橋臂11和該第二橋臂12輸入；三者的電能一起從該第二橋臂12和該第三橋臂13輸出電能至負載端50之中。

綜上所述，本發明提出一種離並網儲能電路及方法，能夠針對現有的儲能系統於切換離網或並網時負載會產生斷電現象的缺失加以改善，不僅能夠提高離並網儲能電路系統的集成度和電器件的利用率，有效地降低系統的成本，而且能夠實現離網工作模式和並網工作模式的無縫切換，提高整體電路系統的應用範圍；顯見，本發明案的技術特徵內容極具備申請專利之要件。

然，本發明說明內容所述，僅為較佳實施例之舉例說明，當 不能以之限定本發明所保護之範圍，任何局部變動、修正或增加之技術，仍不脫離本發明所保護之範圍中。

1:第一線

2:第二線

11:第一橋臂

12:第二橋臂

13:第三橋臂

14:第四橋臂

15:第五橋臂

20:光伏端

22:太陽能板

30:電池端

32:電池

40:市電端

50:負載端

Q1~Q12:第一~第十二開關元件

G:控制端

C1~C5:第一~第五電容

L1~L4:第一~第四電感

Claims (10)

1. 一種離並網儲能電路，包括有：一第一橋臂，該第一橋臂由一第一開關元件與一第二開關元件串聯接所組成；一第二橋臂，與該第一橋臂並聯連接，該第二橋臂由一第三開關元件與一第四開關元件串聯接所組成；一第三橋臂，與該第一橋臂並聯連接，該第三橋臂由一第五開關元件與一第六開關元件串聯接所組成；一第四橋臂，與該第一橋臂並聯連接，該第四橋臂由一第七開關元件與一第八開關元件串聯接所組成；一第五橋臂，與該第一橋臂為並聯連接，該第五橋臂由一第九開關元件與一第十開關元件串聯接所組成；一第一電感，該第一電感的第一端為一光伏端，該第一電感的第二端耦接於該第八開關元件與該第七開關元件的串接點；一第二電感，該第二電感的第二端耦接於該第十開關元件與該第九開關元件的串接點；一第十一開關元件，該第十一開關元件的第一端為一電池端，該第十一開關元件的第二端耦接於該第二電感的第一端；一第三電感，該第三電感的第一端為一市電端，該第三電感的第二端耦接於該第一開關元件與該第二開關元件的串接點；一第四電感，該第四電感的第一端耦接於該第六開關元件與該第五開關元件的串接點，該第四電感的第二端為一負載端；一第一電容，該第一電容的第一端耦接於該負載端，該第一電容的第二端耦接於該第四開關元件與該第三開關元件的串接點；一第二電容，該第二電容的第一端耦接於該市電端，該第二電容的第二端耦接於該第四開關元件與該第三開關元件的串接點；及 一第三電容，該第三電容為並聯連接於該第一橋臂。
2. 如請求項1所述離並網儲能電路，還包括有：一第四電容，該第四電容的第一端耦接於該電池端，該第四電容的第二端耦接於該第一橋臂的第二端；及一第五電容，該第五電容的第一端耦接於該光伏端，該第五電容的第二端耦接於該第四電容的第二端。
3. 如請求項1所述離並網儲能電路，還包括有一第十二開關元件，該第十二開關元件的第一端耦接於第二電感的第一端，該第十二開關元件的第二端耦接於該第四電容的第二端。
4. 如請求項1所述離並網儲能電路，其中所述的第一開關元件至第十一開關元件為同一種類型的開關元件，為金屬氧化物半導體場效電晶體、絕緣柵雙極型電晶體或是功率電晶體，且該每一開關元件中必須設有一反並聯的二極體。
5. 如請求項3所述離並網儲能電路，其中所述的第十二開關元件為金屬氧化物半導體場效電晶體或絕緣柵雙極型電晶體，且必須設有一反並聯的二極體。
6. 如請求項3所述離並網儲能電路，其中所述的第十二開關元件為一二極體元件。
7. 如請求項1所述離並網儲能電路，其中所述的第一橋臂的第一端為一母線正極，該第一橋臂的第二端為一母線負極；該光伏端耦接有一太陽能板，該電池端耦接有一電池組，該市電端耦接一市電，該負載端耦接一負載；其中，所述市電的火線耦接該第三電感的第一端，所述市電的零線耦接該第二橋臂的一中點；所述負載的火線耦接第四電感的第二端，所述負載的零線接第二橋臂的該中點；其中，所述電池組的正極耦接該第十一開關元件的第一端，所述電池的負極耦接該母線負極； 其中，所述太陽能板的正極耦接該第一電感的第一端，所述太陽能板的負極耦接該母線負極。
8. 一種離並網儲能電路的方法，是運用且使用於如請求項1所述的離並網儲能電路中，該離並網儲能電路的方法包括有：由該光伏端輸出電能至該負載端，為執行將光伏端所產生的電能從該第四橋臂輸入，且從該第二橋臂及該第三橋臂的電路輸出電能到該負載端；由該光伏端輸出電能至該市電端，為執行將光伏端所產生的電能從該第四橋臂輸入，且從該第一橋臂及該第二橋臂的電路輸出電能到該負載端；由該光伏端輸出電能至該電池端，為執行將光伏端所產生的電能從該第四橋臂輸入，且從該第五橋臂的電路輸出電能到該電池端；由該電池端輸出電能至該市電端，為執行將電池端所產生的電能從該第五橋臂輸入，且從該第一橋臂及該第二橋臂的電路輸出電能到該市電端；及由該電池端輸出電能至該負載端，為執行將電池端所產生的電能從該第五橋臂輸入，且從該第二橋臂及該第三橋臂的電路輸出電能到該負載端。
9. 如請求項8所述離並網儲能電路的方法，其中該離並網儲能電路的方法還包括有：由該光伏端輸出電能到該電池端，且同時該光伏端輸出電能到該負載端；為執行將該光伏端所產生的電能從該第四橋臂輸入，並從該第五橋臂輸出電能對該電池端作充電，並同時從該第二橋臂和該第三橋臂輸出電能到該負載端；由該光伏端輸出電能到該負載端，且同時該光伏端輸出電能到該市電端；為執行將該光伏端所產生的電能從該第四橋臂輸 入，並從該第一橋臂和該第二橋臂輸出電能到該市電端，並同時從該第二橋臂和該第三橋臂輸出電能到該負載端；由該光伏端輸出電能到該電池端，且同時該光伏端輸出電能到該市電端；為執行將該光伏端所產生的電能從該第四橋臂輸入，並從該第五橋臂輸出對該電池端作充電，並同時從該第一橋臂和該第二橋臂輸出電能到該市電端；由該光伏端輸出電能到該負載端，且同時由該電池端輸出電能到該負載端；為執行將該光伏端所產生的電能從該第四橋臂輸入，同時該電池端所輸出的電能從該第五橋臂輸入，兩者的電能一起從該第二橋臂及該第三橋臂輸出電能到該負載端；由該光伏端輸出電能到該市電端，且同時由該電池端輸出電能到該市電端；為執行將該光伏端所產生的電能從該第四橋臂輸入，同時該電池端所輸出的電能從該第五橋臂輸入，兩者的電能一起從該第一橋臂及該第二橋臂輸出電能到該市電端；由該光伏端輸出電能到該負載端，且同時由該市電端輸出電能到該負載端；為執行將該光伏端所產生的電能從該第四橋臂輸入，同時該市電端所輸出的電能從該第一橋臂及該第二橋臂輸入，兩者的電能一起從該第二橋臂及該第三橋臂輸出電能到該負載端；由該光伏端輸出電能到該電池端，且同時由該市電端輸出電能到該電池端；為執行將該光伏端所產生的電能從該第四橋臂輸入，同時該市電端所輸出的電能從該第一橋臂及該第二橋臂輸入，兩者的電能一起從該第五橋臂輸出電能到該電池端作充電；由該電池端輸出電能到該負載端，且同時由該市電端輸出電能到該負載端；為執行將該電池端所產生的電能從該第五橋臂 輸入，同時該市電端所輸出的電能從該第一橋臂和該第二橋臂輸入，兩者的電能一起從該第二橋臂及該第三橋臂輸出電能到該負載端；及由該市電端輸出電能到該負載端，且同時由該市電端輸出電能到該電池端；為執行將該市電端所產生的電能從該第一橋臂及該第二橋臂輸入，再從該第二橋臂及該第三橋臂輸出電能到該負載端，同時也從該第五橋臂輸出電能至電池端作充電。
10. 如請求項8所述離並網儲能電路的方法，其中該離並網儲能電路的方法還包括有：由該光伏端輸出電能到該電池端，同時該光伏端輸出電能到該市電端，且同時該光伏端輸出電能到該負載端；為執行將該光伏端所產生的電能從該第四橋臂輸入，並從該第五橋臂輸出電能對該電池端作充電，同時從該第一橋臂和該第二橋臂輸出電能到該市電端，並同時從該第二橋臂和該第三橋臂輸出電能到該負載端；由該光伏端輸出電能到該電池端，同時該光伏端輸出電能到該負載端，且同時由該市電端輸出電能到該負載端；為執行將該光伏端所產生的電能從該第四橋臂輸入，同時該市電端所產生的電能從該第一橋臂和該第二橋臂輸入；該光伏端的電能從該第五橋臂輸出電能到該電池端作充電，同時該光伏端的電能和該市電端的電能一起從該第二橋臂和該第三橋臂輸出電能至該負載端；由該光伏端輸出電能到該電池端，同時由該市電端輸出電能到該電池端，且同時由該市電端輸出電能到該負載端；為執行將該光伏端所產生的電能從該第四橋臂輸入，同時將該市電端的電能從該第一橋臂和該第二橋臂輸入；該光伏端的電能以及該市電端的電能一起再從該第五橋臂輸出電能到該電 池端作充電，同時該市電端的電能從該第二橋臂和該第三橋臂輸出電能至該負載端；及由該光伏端輸出電能到該負載端，同時該電池端輸出電能到該負載端，且同時由該市電端輸出電能到該負載端；為執行將該光伏端所產生的電能從該第四橋臂輸入，同時該電池端所產生的電能從該第五橋臂輸入，且該市電端的電能從該第一橋臂和該第二橋臂輸入；三者的電能一起從該第二橋臂和該第三橋臂輸出電能至該負載端。

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