TWI840223B - 充放電控制系統及其方法 - Google Patents

Abstract

一種充放電控制系統及其方法，前述方法包含：在一充電狀態中：一控制單元控制取得來自一綠能或一市電的電力，並控制對電壓較低的一電池供給來自該市電或該綠能的電力；在一放電狀態中：該控制單元控制以來自該市電或該綠能的電力供給至一用電端，當該市電異常且該綠能的電壓不大於一第二預設電壓時，該控制單元控制以電壓較高的該電池供給電力至該用電端。藉此，在充電狀態確保電壓較低的電池可以被確實充電，而在放電狀態透過市電、綠能、電池的選擇，確保用電端維持不斷電。

Description

充放電控制系統及其方法

本發明係關於一種充放電控制系統及其方法。

隨著環境保護意識的提升，綠色能源在電力網的重要性也逐漸提升。然而，以太陽能為例，受限於日照的有無，仍需適當切換市電與太陽能電池的電力供給。

具體例如中國專利公開號CN102810902A所提供的一種家庭用混合型供電管理系統及供電管理方法，其特徵是：光伏板通過串接的MPPT控制器和直流斬波器連接蓄電池，所述蓄電池連接光伏控制器，所述蓄電池通過充放電系統連接逆變電路，所述光伏控制器還連接所述MPPT控制器，所述市電輸入電路連接市電輸出控制電路，所述市電輸出控制電路連接所述光伏控制器，所述逆變電路連接隔離變壓器，所述市電輸出控制電路和隔離變壓器都連接AC輸出接口。前述專利案集光伏、市電和蓄電池供電為一體；具有邏輯控制功能；逆變輸出純正的正弦波；同時具有電壓調整功能，輸出電壓穩定。

然而，對於不斷電需求較高的產業來說，可能會使用多個蓄電池，前述專利案並未提供多個蓄電池之間進行充電及供電的管理方法。

爰此，本發明人提出一種充放電控制系統，包含：一控制單元，訊號連接一市電及一綠能；一第一充電器，用於轉換來自該市電的電力；一第二充電器，用於轉換來自該綠能的電力；一第一多工器，電性連接該第一充電器及該第二充電器，該第一多工器訊號連接該控制單元；一解多工器，電性連接該第一多工器，該解多工器訊號連接該控制單元；至少二電池，分別電性連接該解多工器；以及一第二多工器，電性連接該市電、該綠能及所述電池，該第二多工器訊號連接該控制單元；在一充電狀態中：該控制單元比較該綠能的電壓與一第一預設電壓；若該綠能的電壓大於該第一預設電壓時，該控制單元透過一第一選擇訊號控制該第一多工器選擇自該第二充電器取得來自該綠能的電力；若該綠能的電壓不大於該第一預設電壓，且該市電正常時，該控制單元透過該第一選擇訊號控制該第一多工器選擇自該第一充電器取得來自該市電的電力；該第一多工器取得來自該市電或該綠能的電力後，該控制單元比較所述電池的電壓；若其中一電池的電壓低於其餘電池的電壓，該控制單元透過一第二選擇訊號控制該解多工器選擇對該其中一電池供給來自該市電或該綠能的電力；在一放電狀態中：當該市電正常時，該控制單元透過一第三選擇訊號控制該第二多工器選擇取得來自該市電的電力並供給至一用電端；當該市電異常時，該控制單元比較該綠能的電壓與一第二預設電壓；若該綠能的電壓大於該第二預設電壓時，該控制單元透過該第三選擇訊號控制該第二多工器選擇取得來自該綠能的電力並供給至該用電端；若該綠能的電壓不大於該第二預設電壓時，該控制單元比較所述電池的電壓；若該其中一電池的電壓高於其餘電池的電壓，該控制單元透過該第三選擇訊號控制該第二多工器選擇取得來自該其中一電池的電力並供給至該用電端。

本發明人並提出一種充放電控制方法，包含：在一充電狀態中：一控制單元比較一綠能的電壓與一第一預設電壓；若該綠能的電壓大於該第一預設電壓時，該控制單元透過一第一選擇訊號控制一第一多工器選擇自一第二充電器取得來自該綠能的電力；若該綠能的電壓不大於該第一預設電壓，且一市電正常時，該控制單元透過該第一選擇訊號控制該第一多工器選擇自一第一充電器取得來自該市電的電力；該第一多工器取得來自該市電或該綠能的電力後，該控制單元比較至少二電池的電壓；若其中一電池的電壓低於其餘電池的電壓，該控制單元透過一第二選擇訊號控制一解多工器選擇對該其中一電池供給來自該市電或該綠能的電力；在一放電狀態中：當該市電正常時，該控制單元透過一第三選擇訊號控制一第二多工器選擇取得來自該市電的電力並供給至一用電端；當該市電異常時，該控制單元比較該綠能的電壓與一第二預設電壓；若該綠能的電壓大於該第二預設電壓時，該控制單元透過該第三選擇訊號控制該第二多工器選擇取得來自該綠能的電力並供給至該用電端；若該綠能的電壓不大於該第二預設電壓時，該控制單元比較所述電池的電壓；若該其中一電池的電壓高於其餘電池的電壓，該控制單元透過該第三選擇訊號控制該第二多工器選擇取得來自該其中一電池的電力並供給至該用電端。

進一步，該第一充電器係為交流/直流充電器，該第二充電器係為直流/直流充電器，該綠能及所述電池分別經由一直流/交流逆變器電性連接至該第二多工器。

進一步，在該充電狀態中，若該其中一電池的電壓，被充至比另一電池的電壓高出一領先值時，該控制單元透過該第二選擇訊號控制該解多工器選擇對該另一電池供給電力。

進一步，在該充電狀態中，若所有電池的電壓，皆被充至一最大值時，該控制單元透過該第二選擇訊號控制該解多工器停止對所述電池充電。

進一步，在該放電狀態中，若該其中一電池的電壓，被放至不大於一最小值時，該控制單元透過該第三選擇訊號控制該第二多工器選擇取得來自另一電池的電力並供給至該用電端，該控制單元並發出一第一警示訊息。

在該放電狀態中，若所有電池的電壓，皆被放至不大於一最小值時，該控制單元透過該第三選擇訊號控制該第二多工器停止取得所述電池的電力，該控制單元並發出一第二警示訊息。

其中，該控制單元係為現場可程式化邏輯閘陣列控制器。

根據上述技術特徵較佳地可達成以下功效：

1.當市電與綠能皆可以對電池充電時，透過控制單元判斷綠能的電壓是否充足，以切換由市電或由綠能對電池充電，確保電池可以被確實充電。

2.透過市電或綠能優先對多個電池中電壓較低的電池充電，與其他電池的電壓差達到領先值後，再對下一個電壓較低的電池充電，確保可以在最短時間內提高所有電池的電壓。

3.控制單元採用現場可程式化邏輯閘陣列控制器，可以即時控制電池、市電及綠能的充放電邏輯。

4.當市電無法穩定進行供電時，控制單元會控制綠能或較高電壓的電池供應電力，並經由直流/交流逆變器輸出穩定的交流電，確保用電端維持不斷電。

5.先進行供電的電池沒電時，先發出第一警示訊息，提醒人員注意，以在其餘電池也沒電之前儘快處理。

1:控制單元

2:AC/DC充電器

3:DC/DC充電器

4:第一多工器

5:解多工器

6:第一電池

7:第二電池

8:第二多工器

9:DC/AC逆變器

A:市電

B:綠能

C:用電端

S1:第一選擇訊號

S2:第二選擇訊號

S3:第三選擇訊號

[第一圖]係本發明實施例於充電狀態下之功能方塊圖。

[第二圖]係本發明實施例於放電狀態下之功能方塊圖。

[第三圖]係本發明實施例於充電狀態下之流程方塊圖一，示意選擇充電來源。

[第四圖]係本發明實施例於充電狀態下之流程方塊圖二，示意選擇充電對象。

[第五圖]係本發明實施例於放電狀態下之流程方塊圖一，示意選擇放電來源。

[第六圖]係本發明實施例於放電狀態下之流程方塊圖二，示意選擇第一電池或第二電池作為放電來源。

綜合上述技術特徵，本發明充放電控制系統及其方法的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

請參閱第一圖及第二圖，係揭示本發明實施例充放電控制系統，可以用於執行本發明之一充放電控制方法。

該充放電控制系統包含：一控制單元1，訊號連接一市電A及一綠能B，該控制單元1較佳地是現場可程式化邏輯閘陣列控制器(Field Programmable Gate Array,FPGA)。該綠能B指的可以是來自太陽能、水力、風力等綠色能源的電力，本發明之較佳實施例以太陽能電池為例。

一第一充電器，用於轉換來自該市電A的電力，本發明之較佳實施例以一AC/DC充電器2(交流/直流充電器)為例。

一第二充電器，用於轉換來自該綠能B的電力，本發明之較佳實施例以一DC/DC充電器3(直流/直流充電器)為例。

一第一多工器4，電性連接該AC/DC充電器2及該DC/DC充電器3，且該第一多工器4訊號連接該控制單元1。

一解多工器5，電性連接該第一多工器4，且該解多工器5訊號連接該控制單元1。

至少二電池，分別電性連接該解多工器5。於本發明之較佳實施例中，僅以一第一電池6及一第二電池7共兩個電池為例，於實際實施時，所述電池的數量不限於此。

一第二多工器8，電性連接該市電A，並經由一DC/AC逆變器9(直流/交流逆變器)電性連接該綠能B及所述電池，且該第二多工器8訊號連接該控制單元1。

執行該充放電控制方法時，主要分為兩個狀態：一充電狀態及一放電狀態。

請參閱第一圖及第三圖，在該充電狀態中，該控制單元1先比較該綠能B的電壓與一第一預設電壓，該第一預設電壓例如60伏特。

若該綠能B的電壓大於該第一預設電壓時，該控制單元1透過一第一選擇訊號S1控制該第一多工器4選擇自該DC/DC充電器3取得來自該綠能B的電力。

若該綠能B的電壓不大於該第一預設電壓，且該市電A正常時，該控制單元1透過該第一選擇訊號S1控制該第一多工器4選擇自該AC/DC充電器2取得來自該市電A的電力。

由於該第一多工器4的輸入側僅有該綠能B及該市電A，可以設定該第一選擇訊號S1為0時取得該綠能B的電力，該第一選擇訊號S1為1時取得該市電A的電力。

請參閱第一圖及第四圖，該第一多工器4取得來自該市電A或該綠能B的電力後，該控制單元1接著比較所述電池的電壓。

假設該第一電池6的電壓低於該第二電池7的電壓，該控制單元1就會透過一第二選擇訊號S2控制該解多工器5選擇對該第一電池6供給來自該市電A或該綠能B的電力；而若是該第二電池7的電壓低於該第一電池6的電壓，則是對該第二電池7供給來自該市電A或該綠能B的電力。

相似地，可以設定該第二選擇訊號S2為0時對該第一電池6充電，而該第二選擇訊號S2為1時對該第二電池7充電。

於實際實施時，當有第三電池、第四電池...等更多的所述電池時，則可以增加該第二選擇訊號S2的位元數，例如00代表對該第一電池6充電、01代表對該第二電池7充電等等。甚至，可以設定有代表不充電的該第二選擇訊號S2，本發明不加以限制。

當選擇對該第一電池6充電後，若該第一電池6的電壓，被充至比該第二電池7的電壓高出一領先值時，例如2至4伏特，或者，該第一電池6的電壓被充至一最大值時，例如54伏特，該控制單元1透過該第二選擇訊號S2控制該解多工器5選擇對該第二電池7充電。

而當選擇對該第二電池7充電後，相似地，若該第二電池7的電壓，被充至比該第一電池6的電壓高出該領先值時，或者，該第二電池7的電壓被充至該最大值時，該控制單元1透過該第二選擇訊號S2控制該解多工器5選擇對該第一電池6充電。

直到該第一電池6及該第二電池7的電壓皆被充至該最大值時，該控制單元1透過該第二選擇訊號S2控制該解多工器5停止對所述電池充電。

請參閱第二圖、第五圖及第六圖，在該放電狀態中，當該市電A正常時，該控制單元1透過一第三選擇訊號S3控制該第二多工器8選擇取得來自該市電A的電力並供給至一用電端C，例如家庭、工廠等等。

當該市電A異常時，該控制單元1比較該綠能B的電壓與一第二預設電壓，該第二預設電壓可以跟該第一預設電壓一樣是60伏特。

若該綠能B的電壓大於該第二預設電壓時，該控制單元1透過該第三選擇訊號S3控制該第二多工器8選擇取得來自該綠能B的電力，並經由該DC/AC逆變器9轉換後供給至該用電端C。

若該綠能B的電壓不大於該第二預設電壓時，該控制單元1比較所述電池的電壓。

若該第一電池6的電壓高於第二電池7的電壓，該控制單元1透過該第三選擇訊號S3控制該第二多工器8選擇取得來自該第一電池6的電力並供給至該用電端C；而當該第二電池7的電壓高於第一電池6的電壓時，則是由該第二電池7供電。

當一開始選擇由該第一電池6供電後，若該第一電池6的電壓，被放至不大於一最小值時，例如48伏特，該控制單元1透過該第三選擇訊號S3控制 該第二多工器8選擇取得來自該第二電池7的電力，並經由該DC/AC逆變器9轉換後供給至該用電端C，該控制單元1並發出一第一警示訊息。

而當一開始選擇由該第二電池7供電後，相似地，若該第二電池7的電壓，被放至不大於該最小值時，該控制單元1透過該第三選擇訊號S3控制該第二多工器8選擇取得來自該第一電池6的電力並供給至該用電端C，該控制單元1同樣發出該第一警示訊息。

直到該第一電池6及該第二電池7的電壓，皆被放至不大於該最小值時，該控制單元1透過該第三選擇訊號S3控制該第二多工器8停止取得所述電池的電力，該控制單元1並發出一第二警示訊息。

於實際實施時，該第二警示訊息可以是比該第一警示訊息高頻的聲音、閃爍頻率較高的閃光等等，以供附近的管理人員、維修人員分辨該充放電控制系統的狀態，並在該第一警示訊息被發出時，以在該第一電池6及該第二電池7都停止供電之前儘快處理異常狀態。

該第三選擇訊號S3同樣可以採用多個位元的方式，以例如00代表由該市電A供電等等，或者，由000代表都不供電等等。

復請參閱第一圖及第二圖，藉由該控制單元1，可以即時控制該第一電池6、該第二電池7、該市電A及該綠能B的充放電邏輯，在該充電狀態中確保在最短時間內確實提高所有電池的電壓，並在該放電狀態中，儘可能地輸出穩定的交流電，確保該用電端C維持不斷電。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此 限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

1:控制單元

2:AC/DC充電器

3:DC/DC充電器

4:第一多工器

5:解多工器

6:第一電池

7:第二電池

A:市電

B:綠能

S1:第一選擇訊號

S2:第二選擇訊號

Claims (10)

1. 一種充放電控制系統，包含：一控制單元，訊號連接一市電及一綠能；一第一充電器，用於轉換來自該市電的電力；一第二充電器，用於轉換來自該綠能的電力；一第一多工器，電性連接該第一充電器及該第二充電器，該第一多工器訊號連接該控制單元；一解多工器，電性連接該第一多工器，該解多工器訊號連接該控制單元；至少二電池，分別電性連接該解多工器；以及一第二多工器，電性連接該市電、該綠能及所述電池，該第二多工器訊號連接該控制單元；在一充電狀態中：該控制單元比較該綠能的電壓與一第一預設電壓；若該綠能的電壓大於該第一預設電壓時，該控制單元透過一第一選擇訊號控制該第一多工器選擇自該第二充電器取得來自該綠能的電力；若該綠能的電壓不大於該第一預設電壓，且該市電正常時，該控制單元透過該第一選擇訊號控制該第一多工器選擇自該第一充電器取得來自該市電的電力；該第一多工器取得來自該市電或該綠能的電力後，該控制單元比較所述電池的電壓；若其中一電池的電壓低於其餘電池的電壓，該控制單元透過一第二選擇訊號控制該解多工器選擇對該其中一電池供給來自該市電或該綠能的電力；在一放電狀態中： 當該市電正常時，該控制單元透過一第三選擇訊號控制該第二多工器選擇取得來自該市電的電力並供給至一用電端；當該市電異常時，該控制單元比較該綠能的電壓與一第二預設電壓；若該綠能的電壓大於該第二預設電壓時，該控制單元透過該第三選擇訊號控制該第二多工器選擇取得來自該綠能的電力並供給至該用電端；若該綠能的電壓不大於該第二預設電壓時，該控制單元比較所述電池的電壓；若該其中一電池的電壓高於其餘電池的電壓，該控制單元透過該第三選擇訊號控制該第二多工器選擇取得來自該其中一電池的電力並供給至該用電端。
2. 如請求項1所述之充放電控制系統，進一步，該第一充電器係為交流/直流充電器，該第二充電器係為直流/直流充電器，該綠能及所述電池分別經由一直流/交流逆變器電性連接至該第二多工器。
3. 如請求項1所述之充放電控制系統，進一步，在該充電狀態中，若該其中一電池的電壓，被充至比另一電池的電壓高出一領先值時，該控制單元透過該第二選擇訊號控制該解多工器選擇對該另一電池供給電力。
4. 如請求項1所述之充放電控制系統，進一步，在該充電狀態中，若所有電池的電壓，皆被充至一最大值時，該控制單元透過該第二選擇訊號控制該解多工器停止對所述電池充電。
5. 如請求項1所述之充放電控制系統，進一步，在該放電狀態中，若該其中一電池的電壓，被放至不大於一最小值時，該控制單元透過該第三選擇訊號控制該第二多工器選擇取得來自另一電池的電力並供給至該用電端，該控制單元並發出一第一警示訊息。
6. 如請求項1所述之充放電控制系統，進一步，在該放電狀態中，若所有電池的電壓，皆被放至不大於一最小值時，該控制單元透過該第三選擇訊號控制該第二多工器停止取得所述電池的電力，該控制單元並發出一第二警示訊息。
7. 如請求項1所述之充放電控制系統，其中，該控制單元係為現場可程式化邏輯閘陣列控制器。
8. 一種充放電控制方法，包含：在一充電狀態中：一控制單元比較一綠能的電壓與一第一預設電壓；若該綠能的電壓大於該第一預設電壓時，該控制單元透過一第一選擇訊號控制一第一多工器選擇自一第二充電器取得來自該綠能的電力；若該綠能的電壓不大於該第一預設電壓，且一市電正常時，該控制單元透過該第一選擇訊號控制該第一多工器選擇自一第一充電器取得來自該市電的電力；該第一多工器取得來自該市電或該綠能的電力後，該控制單元比較至少二電池的電壓；若其中一電池的電壓低於其餘電池的電壓，該控制單元透過一第二選擇訊號控制一解多工器選擇對該其中一電池供給來自該市電或該綠能的電力；在一放電狀態中：當該市電正常時，該控制單元透過一第三選擇訊號控制一第二多工器選擇取得來自該市電的電力並供給至一用電端；當該市電異常時，該控制單元比較該綠能的電壓與一第二預設電壓；若該綠能的電壓大於該第二預設電壓時，該控制單元透過該第三選擇訊號控制 該第二多工器選擇取得來自該綠能的電力並供給至該用電端；若該綠能的電壓不大於該第二預設電壓時，該控制單元比較所述電池的電壓；若該其中一電池的電壓高於其餘電池的電壓，該控制單元透過該第三選擇訊號控制該第二多工器選擇取得來自該其中一電池的電力並供給至該用電端。
9. 如請求項8所述之充放電控制方法，進一步，在該充電狀態中，若該其中一電池的電壓，被充至比另一電池的電壓高出一領先值時，該控制單元透過該第二選擇訊號控制該解多工器選擇對該另一電池供給電力；若所有電池的電壓，皆被充至一最大值時，該控制單元透過該第二選擇訊號控制該解多工器停止對所述電池充電。
10. 如請求項8所述之充放電控制方法，進一步，在該放電狀態中，若該其中一電池的電壓，被放至不大於一最小值時，該控制單元透過該第三選擇訊號控制該第二多工器選擇取得來自另一電池的電力並供給至該用電端，該控制單元並發出一第一警示訊息；若所有電池的電壓，皆被放至不大於該最小值時，該控制單元透過該第三選擇訊號控制該第二多工器停止取得所述電池的電力，該控制單元並發出一第二警示訊息。

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