TWI755107B - 儲能系統 - Google Patents
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一種儲能系統，其包括有電性連接之一太陽能發電模組、一電池組、一超級電容組、一充放電控制器及一電源管理模組，其中太陽能發電模組係由數個薄膜太陽能板組成；電池組與超級電容組並聯，充放電控制器可控制以太陽能發電模組所發的電或市電對電池組及超級電容組進行充電，且充放電控制器可控制電池組及超級電容組輸出直流電或交流電；電源管理模組分別以一電池/電容管理控制器連接電池組及超級電容組，俾供管理太陽能發電模組的充、放電時機，及管理電池組與超級電容組的充、放電順序。
Description
本發明與儲存電能之裝置有關，尤指一種結合鋰電池與超級電容的混合儲能系統。
目前在地面的電動汽車、空中的無人飛行器或太空中的衛星等各種負載裝置，都以各式鋰離子電池做為儲存電能的主要載體，並利用太陽能來對電池進行充電，以維持較長的運行時間。有些靠電力運作的負載裝置的工作環境常常在0℃以下，然而現有的單一鋰電池儲能系統在室溫時（0至40℃）擁有較佳的充放電效率，但在低溫下（0℃以下）會發生充放電效能急速下降的情形，因此習知的鋰電池儲能系統通常會搭配一個加熱系統，讓電池組維持在0至40℃之間以提高其運作效率。惟此加熱系統也會消耗電池組中儲存的電力，以致影響負載裝置的續航能力，同時減低鋰電池儲能系統的使用壽命。
有鑑於此，如何改進上述問題即為本發明所欲解決之首要課題。
本發明之主要目的在於提供一種儲能系統，其利用鋰電池與超級電容混合儲能系統結合可彎曲太陽能板充電，可有效提高儲能容量及輸出功率，並延長整個儲能系統的使用壽命。
為達前述之目的，本發明提供一種儲能系統，其包括有電性連接之一太陽能發電模組、一電池組、一超級電容組、一充放電控制器及一電源管理模組，其中該太陽能發電模組係由數個薄膜太陽能板組成；該電池組與該超級電容組並聯，該充放電控制器可控制以該太陽能發電模組所發的電或市電對該電池組及該超級電容組進行充電，且該充放電控制器可控制該電池組及該超級電容組輸出直流電或交流電；該電源管理模組分別以一電池/電容管理控制器連接該電池組及該超級電容組，俾供管理該太陽能發電模組的充、放電時機，及管理該電池組與該超級電容組的充、放電順序。
較佳地，該充放電控制器電性連接一逆變器以控制交流電的充、放電。
較佳地，該充放電控制器電性連接一直流負載及一交流負載，該交流負載為雙向輸出與輸入。
較佳地，該充放電控制器以一匯流排電性連接該電池組及該超級電容組。
較佳地，該充放電控制器與該電池組之間、該充放電控制器與該超級電容組之間及該充放電控制器與該太陽能發電模組之間分別設有一電流/電壓監測器及一過電流/過電壓保護器。
較佳地，該太陽能發電模組包括有銅銦鎵硒太陽能電池、矽薄膜太陽能電池、碲化鎘太陽能電池、砷化鎵太陽能電池或鈣鈦礦結構之薄膜太陽能電池。
較佳地，該超級電容組為使用含有奈米碳材料之電極所製成之超級電容串列，並聯該超級電容串列而使電容量在100法拉到5000法拉之間者。
本發明之上述目的與優點，不難從以下所選用實施例之詳細說明與附圖中獲得深入了解。
請參閱第１圖，所示者為本發明提供之儲能系統的第一實施例，其包括有電性連接之一太陽能發電模組１、一電池組２、一超級電容組３、一充放電控制器４及一電源管理模組５。
上述該太陽能發電模組１係由數個薄膜太陽能板組成，包括有銅銦鎵硒（CIGS）太陽能電池、矽薄膜太陽能電池、碲化鎘（CdTe）太陽能電池、砷化鎵（GaAs）太陽能電池或鈣鈦礦結構之薄膜太陽能電池。
上述該電池組２為電壓3.6V的鋰電池。該超級電容組３為使用含有奈米碳材料之電極所製成之超級電容串列，且並聯該超級電容串列而使電容量在100法拉到5000法拉之間者；於本實施例中，該超級電容組３之電壓為2.7V，電容量為350法拉。該電池組２與該超級電容組３並聯。
上述該充放電控制器４以一匯流排４１電性連接該電池組２及該超級電容組３，且可控制以該太陽能發電模組１所發的電或市電對該電池組２及該超級電容組３進行充電。該充放電控制器４電性連接一直流負載６１及一交流負載６２，其中該交流負載６２為雙向輸出與輸入，且該充放電控制器４可控制該電池組２及該超級電容組３對直流負載６１或交流負載６２輸出直流電或交流電。較佳地，該充放電控制器４電性連接一逆變器７以控制交流電的充、放電。
上述該充放電控制器４與該電池組２之間、該充放電控制器４與該超級電容組３之間及該充放電控制器４與該太陽能發電模組１之間分別設有一電流/電壓監測器８１及一過電流/過電壓保護器８２，以保護用電安全。
上述該電源管理模組５分別以一電池/電容管理控制器５１、５２連接該電池組２及該超級電容組３，俾供管理該太陽能發電模組１的充、放電時機，及管理該電池組２與該超級電容組３的充、放電順序。
藉由上述結構，本發明利用該超級電容組３較為寬廣的工作溫度範圍，使諸如電動汽車、空中的無人飛行器或太空中的衛星等各種負載裝置能在低溫環境下操作，特別是在0℃至-30℃的環境，無須透過會消耗額外電力的加熱器提升工作溫度即可維持正常運作，據此可以擴展負載裝置的操作溫度範圍、提供較大的瞬間輸出電容與功率、降低過度使用加熱器導致的電能損失、提供總發電功率與延長儲能系統使用壽命。本發明也使用輕量可彎曲的太陽能組件來進行儲能電池組２的充電，以增加負載裝置的操作時間。
再者，第２圖所示者為本發明之第二實施例。本實施例係將該電池組２與該超級電容組３連接於變流器/逆變器７上，以將所輸出的直流電轉換成交流電，此變流器/逆變器７上的交流電輸出接點可供交流負載６２所使用；也可利用變流器/逆變器７上的交流電輸入接點，以市電對該電池組２與該超級電容組３進行充電。
惟以上實施例之揭示僅用以說明本發明，並非用以限制本發明，舉凡等效元件之置換仍應隸屬本發明之範疇。
綜上所述，可使熟知本領域技術者明瞭本發明確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰依法提出申請。
１:太陽能發電模組
２:電池組
３:超級電容組
４:充放電控制器
４１:匯流排
５:電源管理模組
５１、５２:電池/電容管理控制器
６１:直流負載
６２:交流負載
７:逆變器
８１:電流/電壓監測器
８２:過電流/過電壓保護器
第１圖為本發明第一實施例之架構示意圖；
第２圖為本發明第二實施例之架構示意圖。
1:太陽能發電模組
2:電池組
3:超級電容組
4:充放電控制器
41:匯流排
5:電源管理模組
51、52:電池/電容管理控制器
61:直流負載
62:交流負載
7:逆變器
81:電流/電壓監測器
82:過電流/過電壓保護器
Claims (7)
- 一種儲能系統，其包括有電性連接之一太陽能發電模組、一電池組、一超級電容組、一充放電控制器及一電源管理模組，其中該太陽能發電模組係由數個薄膜太陽能板組成；該電池組與該超級電容組並聯，該充放電控制器可控制以該太陽能發電模組所發的電或市電對該電池組及該超級電容組進行充電，且該充放電控制器可控制該電池組及該超級電容組輸出直流電或交流電；該電源管理模組分別以一電池/電容管理控制器連接該電池組及該超級電容組，俾供管理該太陽能發電模組的充、放電時機，及管理該電池組與該超級電容組的充、放電順序。
- 如請求項１所述之儲能系統，其中，該充放電控制器電性連接一逆變器以控制交流電的充、放電。
- 如請求項１所述之儲能系統，其中，該充放電控制器電性連接一直流負載及一交流負載，該交流負載為雙向輸出與輸入。
- 如請求項１所述之儲能系統，其中，該充放電控制器以一匯流排電性連接該電池組及該超級電容組。
- 如請求項１所述之儲能系統，其中，該充放電控制器與該電池組之間、該充放電控制器與該超級電容組之間及該充放電控制器與該太陽能發電模組之間分別設有一電流/電壓監測器及一過電流/過電壓保護器。
- 如請求項１所述之儲能系統，其中，該太陽能發電模組包括有銅銦鎵硒太陽能電池、矽薄膜太陽能電池、碲化鎘太陽能電池、砷化鎵太陽能電池或鈣鈦礦結構之薄膜太陽能電池。
- 如請求項１所述之儲能系統，其中，該超級電容組為使用含有奈米碳材料之電極所製成之超級電容串列，並聯該超級電容串列而使電容量在100法拉到5000法拉之間者。
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Citations (3)
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| US20140210275A1 (en) * | 2013-01-31 | 2014-07-31 | General Electric Company | Photovoltaic power generation system including apparatus and method to buffer power fluctuations |
| TWM574750U (zh) * | 2018-11-05 | 2019-02-21 | 修平學校財團法人修平科技大學 | 智慧監控的超級電容儲能裝置 |
| CN210927119U (zh) * | 2019-09-27 | 2020-07-03 | 山西潞安环保能源开发股份有限公司 | 一种光伏并网混合储能控制系统 |
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2020
- 2020-10-22 TW TW109136645A patent/TWI755107B/zh active
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