TWI842654B - 用於複合電力系統的控制器以及電能管理方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於複合電力系統的控制器以及電能管理方法。複合電力系統包括第一儲能裝置以及第二儲能裝置。控制器包括運算電路、低通濾波電路以及功率控制電路。運算電路產生管理函數。運算電路接收來自於複合電力系統功率需求命令以獲得當前需求功率，依據當前需求功率、第一儲能裝置以及第二儲能裝置的當前電荷狀態來提供對應於最低輸入功率的操作時間常數。低通濾波電路依據操作時間常數來提取功率需求命令的低頻部分。功率控制電路反應於低頻部分來控制第一儲能裝置提供第一電能，將功率需求命令減去低頻部分來提取功率需求命令的高頻部分，並反應於高頻部分來控制第二儲能裝置提供第二電能。

Description

用於複合電力系統的控制器以及電能管理方法

本發明是有關於一種控制器以及電能管理方法，且特別是有關於一種用於複合電力系統的控制器以及電能管理方法。

複合電力系統可例如是具有至少兩種驅動電能的載具。複合電力系統可以是電動車、電動無人載具或電動船。現行的電能管理方式可利用頻率解耦（Frequency Decoupling）法來調節複合電力系統的電能輸出分配。頻率解耦法可基於一時間常數來將功率訊號分離成高頻成分以及低頻成分，利用低頻成分來控制複合電力系統的第一儲能裝置的電能輸出，並利用高頻成分來控制複合電力系統的第二儲能裝置的電能輸出。

然而，現行的時間常數是恆定的。因此，現行的頻率解耦法並無法在複合電力系統的加速、減速或高速行駛的不同情況下提供最佳的電能輸出分配。此外，現行的頻率解耦法也無法基於複合電力系統的第一儲能裝置以及第二儲能裝置的健康狀況來調整時間常數。

由此可知，為了使複合電力系統具有更好的電能輸出分配機制。新穎的電能管理方法需要被提出。

本發明提供一種用於複合電力系統的控制器以及電能管理方法。控制器以及電能管理方法能夠提供更好的電能輸出分配機制。

本發明的控制器用於複合電力系統。複合電力系統包括第一儲能裝置以及第二儲能裝置。控制器包括運算電路、低通濾波電路以及功率控制電路。運算電路接收多個預定需求功率、第一儲能裝置的多個第一預定電荷狀態、第二儲能裝置的多個第二預定電荷狀態以及多個預定時間常數。運算電路利用所述多個預定時間常數、所述多個預定需求功率、所述多個第一預定電荷狀態以及所述多個第二預定電荷狀態來產生管理函數。運算電路接收來自於複合電力系統的功率需求命令以獲得當前需求功率，依據當前需求功率、第一儲能裝置的第一當前電荷狀態以及第二儲能裝置的第二當前電荷狀態從管理函數中獲得最低輸入功率，並從所述多個預定時間常數中提供對應於最低輸入功率的至少一操作時間常數。低通濾波電路耦接於運算電路。低通濾波電路接收至少一操作時間常數以及功率需求命令，並依據至少一操作時間常數來提取功率需求命令的低頻部分。功率控制電路耦接於低通濾波電路。功率控制電路反應於低頻部分來控制第一儲能裝置提供第一電能，將功率需求命令減去低頻部分來提取功率需求命令的高頻部分，並反應於高頻部分來控制第二儲能裝置提供第二電能。

本發明的電能管理方法用於複合電力系統。複合電力系統包括第一儲能裝置以及第二儲能裝置。電能管理方法包括：接收多個預定需求功率、第一儲能裝置的多個第一預定電荷狀態、第二儲能裝置的多個第二預定電荷狀態以及多個預定時間常數；利用所述多個預定時間常數、所述多個預定需求功率、所述多個第一預定電荷狀態以及所述多個第二預定電荷狀態來產生管理函數；接收來自於複合電力系統的功率需求命令以獲得當前需求功率，依據當前需求功率、第一儲能裝置的第一當前電荷狀態以及第二儲能裝置的第二當前電荷狀態從管理函數中獲得最低輸入功率，並從所述多個預定時間常數中提供對應於最低輸入功率的至少一操作時間常數；依據至少一操作時間常數來提取功率需求命令的低頻部分，並反應於低頻部分來控制第一儲能裝置提供第一電能；以及將功率需求命令減去低頻部分來提取功率需求命令的高頻部分，並反應於高頻部分來控制第二儲能裝置提供第二電能。

基於上述，控制器以及電能管理方法產生管理函數，依據當前需求功率、第一當前電荷狀態以及第二當前電荷狀態來獲得對應於最低輸入功率的操作時間常數。因此，控制器以及電能管理方法利用操作時間常數來進行第一儲能裝置與第二儲能裝置之間的電能輸出分配。應注意的是，操作時間常數關聯於當前需求功率、第一當前電荷狀態以及第二當前電荷狀態。因此，本發明能夠依據當前需求功率、第一儲能裝置的狀態以及第二儲能裝置的狀態來動態地進行第一儲能裝置與第二儲能裝置之間的電能輸出分配。

本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的範例。

請參考圖1，圖1是依據本發明第一實施例所繪示的複合電力系統以及控制器的示意圖。在本實施例中，複合電力系統10包括第一儲能裝置PS1以及第二儲能裝置PS2。在本實施例中，複合電力系統10可以是任意型式的電動車、電動無人載具或電動船，然本發明並不以此為限。

控制器100被設置在複合電力系統10的內部。控制器100耦接於第一儲能裝置PS1以及第二儲能裝置PS2。控制器100用於複合電力系統10。進一步來說，控制器100用於第一儲能裝置PS1以及第二儲能裝置PS2的電能輸出分配。

在本實施例中，控制器100包括運算電路110、低通濾波電路120以及功率控制電路130。運算電路110接收多個不同的預定需求功率PD(1)~PD(a)、用於第一儲能裝置PS1的多個不同的第一預定電荷狀態（state of charge，SOC）SOC1(1)~SOC1(c)、用於第二儲能裝置PS2的多個不同的第二預定電荷狀態SOC2(1)~SOC2(b)以及多個預定時間常數τ(1)~τ(d)。運算電路110利用預定時間常數τ(1)~τ(d)、預定需求功率PD(1)~PD(a)、第一預定電荷狀態SOC1(1)~SOC1(c)以及第二預定電荷狀態SOC2(1)~SOC2(b)來產生管理函數J(τ)。在本實施例中，“a”、“b”、“c”以及“d”分別是大於1的正整數。

在本實施例中，運算電路110接收來自於複合電力系統10的功率需求命令CMD以獲得當前需求功率PD。運算電路110依據當前需求功率PD、第一儲能裝置PS1的當前電荷狀態SOC1以及第二儲能裝置PS2的當前電荷狀態SOC2從管理函數J(τ)中獲得最低輸入功率Jmin。最低輸入功率Jmin是在管理函數J(τ)中對應於當前需求功率PD以及當前電荷狀態SOC1、SOC2的多個總輸入功率中的最低功率。接下來，運算電路110從預定時間常數τ(1)~τ(d)中提供對應於最低輸入功率Jmin的操作時間常數τR。

在本實施例中，低通濾波電路120耦接於運算電路110。低通濾波電路120接收操作時間常數τR以及功率需求命令CMD，並依據操作時間常數τR來提取功率需求命令CMD的低頻部分PL。

在本實施例中，功率控制電路130耦接於低通濾波電路120。功率控制電路130反應於低頻部分PL來控制第一儲能裝置PS1提供第一電能PW1。功率控制電路130將功率需求命令CMD減去低頻部分PL來提取功率需求命令CMD的高頻部分PH，並反應於高頻部分PH來控制第二儲能裝置PS2提供第二電能PW2。

基於上述，運算電路110能夠建立管理函數J(τ)並依據功率需求命令CMD以及當前電荷狀態SOC1、SOC2來提供操作時間常數τR。低通濾波電路120以及功率控制電路130依據操作時間常數τR來對第一儲能裝置PS1以及第二儲能裝置PS2進行頻率解耦（Frequency Decoupling）控制。

舉例來說，當操作時間常數τR越小時，低通濾波電路120的截止頻率越高。低頻部分PL越多，高頻部分PH則越少。因此，第一儲能裝置PS1被控制以提供具有較高比例的第一電能PW1。第二儲能裝置PS2被控制以提供具有較低比例的第二電能PW2。當操作時間常數τR越大時，低通濾波電路120的截止頻率越低。低頻部分PL越少，高頻部分PH則越多。因此，第一儲能裝置PS1被控制以提供具有較低比例的第一電能PW1。第二儲能裝置PS2被控制以提供具有較高比例的第二電能PW2。在本實施例中，當前需求功率PD等於第一電能PW1的第一輸出功率以及第二電能PW2的第二輸出功率的總和。

在此值得一提的是，操作時間常數τR關聯於當前需求功率PD以及當前電荷狀態SOC1、SOC2。如此一來，控制器100能夠依據當前需求功率PD、第一儲能裝置PS1的裝置狀態以及第二儲能裝置PS2的裝置狀態來動態地進行第一儲能裝置PS1與第二儲能裝置PS2之間的電能輸出分配。

應能理解的是，操作時間常數τR是對應於最低輸入功率Jmin。因此，上述的電能輸出分配使複合電力系統10具有用於提供當前需求功率PD的最高複合效率。

在本實施例中，第一儲能裝置PS1可以是具有高能量密度的儲能裝置。進一步來說，第一儲能裝置PS1在一單位體積內能夠儲存較高的電能。第一儲能裝置PS1可例如是鋰電子電池裝置。第二儲能裝置PS2可以是具有高功率密度的儲能裝置。進一步來說，第二儲能裝置PS2在一單位體積內能夠提供較高的功率。第二儲能裝置PS2可例如是超級電容器裝置以及鋁電子電池裝置的其中之一。

為了便於說明，本實施例以單一個操作時間常數τR來示例。然本發明並不以操作時間常數τR的數量為限。在一些實施例中，運算電路110可能提供多個不同的操作時間常數τR。運算電路110可能提供多個不同的操作時間常數τR。低通濾波電路120依據所述多個不同的操作時間常數τR來提取功率需求命令CMD的低頻部分PL。

在本實施例中，複合電力系統10還包括轉換器11。轉換器11耦接於第一儲能裝置PS1以及第二儲能裝置PS2。轉換器11將第一電能PW1以及第二電能PW2的至少其中之一轉換為驅動電能PDR。驅動電能PDR用以驅動複合電力系統10。舉例來說，驅動電能PDR可驅動複合電力系統10的馬達或其他制動裝置。轉換器11例如是由直流-直流電源轉換器來實施，然本發明並不以此為限。

在本實施例中，功率控制電路130可利用第一控制訊號SC1來控制第一儲能裝置PS1並利用第二控制訊號SC2來控制第二儲能裝置PS2。

在本實施例中，運算電路110例如是中央處理單元（Central Processing Unit，CPU），搭載人工智慧（artificial intelligence，AI）功能的裝置或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器（Microprocessor）、數位訊號處理器（Digital Signal Processor，DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits，ASIC）、可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device，PLD）或其他類似裝置或這些裝置的組合，其可載入並執行電腦程式。

請參考圖2，圖2是依據本發明第二實施例所繪示的複合電力系統以及控制器的示意圖。在本實施例中，功率控制電路130包括第一控制電路131、減法器132以及第二控制電路133。第一控制電路131耦接於低通濾波電路120。第一控制電路131依據低頻部分PL來產生第一控制訊號SC1，並將第一控制訊號SC1提供至第一儲能裝置PS1。減法器132接收功率需求命令CMD以及低頻部分PL，並將功率需求命令CMD減去低頻部分PL來提取功率需求命令CMD的高頻部分PH。第二控制電路133耦接於減法器132。第二控制電路133依據高頻部分PH來產生第二控制訊號SC2，並將第二控制訊號SC2提供至第二儲能裝置PS2。

以本實施例為例，減法器132可透過低通濾波電路120或第一控制電路131來接收低頻部分PL並接收來自於複合電力系統10的功率需求命令CMD。在一些實施例中，減法器132可透過運算電路110來接收功率需求命令CMD。

在本實施例中，第一儲能裝置PS1反應於第一控制訊號SC1來輸出第一電能PW1。第二儲能裝置PS2反應於第二控制訊號SC2來輸出第二電能PW2。

請同時參考圖1以及圖3，圖3是依據本發明一實施例所繪示的電能管理方法的流程圖。在本實施例中，電能管理方法S100適用於複合電力系統10。電能管理方法S100包括步驟S110~S150。在步驟S110中，運算電路110接收預定需求功率PD(1)~PD(a)、第一預定電荷狀態SOC1(1)~SOC1(c)、第二預定電荷狀態SOC2(1)~SOC2(b)以及預定時間常數τ(1)~τ(d)。

在步驟S120中，運算電路110利用預定時間常數τ(1)~τ(d)、預定需求功率PD(1)~PD(a)、第一預定電荷狀態SOC1(1)~SOC1(c)以及第二預定電荷狀態SOC2(1)~SOC2(b)來產生管理函數J(τ)。

在本實施例中，步驟S110、S120可以是管理函數J(τ)的建立步驟。

在步驟S130中，運算電路110接收來自於複合電力系統10的功率需求命令CMD以獲得當前需求功率PD。運算電路110依據當前需求功率PD、第一儲能裝置PS1的當前電荷狀態SOC1以及第二儲能裝置PS2的當前電荷狀態SOC2從管理函數J(τ)中獲得最低輸入功率Jmin。運算電路110在步驟S130中從預定時間常數τ(1)~τ(d)中提供對應於最低輸入功率Jmin的操作時間常數τR。

在步驟S140中，低通濾波電路120依據所述多個不同的操作時間常數τR來提取功率需求命令CMD的低頻部分PL。功率控制電路130反應於低頻部分PL來控制第一儲能裝置PS1提供第一電能PW1。在步驟S150中，功率控制電路130將功率需求命令CMD減去低頻部分PL來提取功率需求命令CMD的高頻部分PH，並反應於高頻部分PH來控制第二儲能裝置PS2提供第二電能PW2。

在本實施例中，步驟S130~S150可以是頻率解耦控制步驟。

下文將舉例說明管理函數J(τ)的產生方式。

請回到圖1的實施例。在本實施例中，第一電能PW1的第一輸出功率由預定時間常數τ(1)~τ(d)的至少其中之一以及當前需求功率PD來決定。第二電能PW2的一第二輸出功率值等於當前需求功率PD減去第一輸出功率的差值。第一輸出功率可以是由公式(1)~(3)來獲得。第二輸出功率可以是由公式(4)來獲得。 …公式(1) …公式(2) …公式(3) …公式(4)

H(s)是低通濾波電路120的轉換函數。“s”是拉普拉斯轉換（Laplace transform）的頻率參數。fc是截止頻率。τ是預定時間常數τ(1)~τ(d)的其中之一。因此，第一電能PW1的第一輸出功率PO1可以是低通濾波電路120對當前需求功率PD的轉換結果。進一步來說，功率需求命令CMD是包含高頻部分PH以及低頻部分PL的訊號。低頻部分PL是關聯於第一輸出功率PO1的驅動訊息。因此，低通濾波電路120可基於轉換函數來提取出低頻部分PL。功率控制電路130可利用第一控制訊號SC1來控制第一儲能裝置PS1，從而使第一儲能裝置PS1輸出具有第一輸出功率PO1的第一電能PW1。

高頻部分PH是關聯於第二輸出功率PO2的驅動訊息。因此，基於高頻部分PH，功率控制電路130可利用第二控制訊號SC2來控制第二儲能裝置PS2，從而使第二儲能裝置PS2輸出具有第二輸出功率PO2的第二電能PW2。

在瞭解第一輸出功率PO1以及第二輸出功率PO2的產生方式之後，管理函數J(τ)可以基於公式(5)~(8)被建立。 …公式(5) …公式(6) …公式(7) …公式(8)

Pdis1是第一輸入功率。η1是第一儲能裝置PS1的效率。η2是第二儲能裝置PS2的效率。η3是轉換器的轉換效率。φ1~φ3分別是調整函數。C1、C2分別是常數。基於公式(5)，運算電路110依據第一輸出功率PO1、第一儲能裝置PS1的效率η1、轉換器11的轉換效率η3以及調整函數φ1來獲得第一輸入功率Pdis1。

基於公式(6)，運算電路110依據第二輸出功率PO2、第二儲能裝置PS2的效率η2、轉換器11的轉換效率η3以及調整函數φ2來獲得第二輸入功率Pdis2。

基於公式(7)，運算電路110依據第二輸出功率PO2、第二儲能裝置PS2的效率η2、轉換器11的轉換效率η3以及調整函數φ3來產生充電功率Pch。

在本實施例中，第一儲能裝置PS1的效率η1以及調整函數φ1分別與第一儲能裝置PS1的電荷狀態相關聯。換言之，第一儲能裝置PS1的效率η1以及調整函數φ1會隨著第一儲能裝置PS1的電荷狀態的改變而改變。

第二儲能裝置PS2的效率η2以及調整函數φ2、φ3分別與第二儲能裝置PS2的電荷狀態相關聯。換言之，第二儲能裝置PS2的效率η2以及調整函數φ2、φ3會隨著第二儲能裝置PS2的電荷狀態的改變而改變。

基於公式(8)，運算電路110加總第一輸入功率Pdis1、第二輸入功率Pdis2以及充電功率Pch來產生管理函數J(τ)中的多個總輸入功率的其中之一。

在本實施例中，第一儲能裝置PS1的效率η1可由第一儲能裝置PS1的製造商來獲得。第二儲能裝置PS2的效率η2可由第二儲能裝置PS2的製造商來獲得。

請同時參考圖1以及圖4，圖4是依據本發明一實施例所繪示的調整函數的示意圖。在本實施例中，圖4示出了調整函數φ1與第一儲能裝置PS1的當前電荷狀態SOC1之間的關係以及調整函數φ2、φ3與第二儲能裝置PS2的當前電荷狀態SOC2之間的關係。當當前電荷狀態SOC1低於一設定值（如0.1或10%）時，調整函數φ1會隨著當前電荷狀態SOC1的下降而上升。調整函數φ2、φ3會隨著當前電荷狀態SOC2的下降而上升。應注意的是，由公式(5)~(8)可知，當調整函數φ1、φ2、φ3的至少其中之一的數值增加並且其餘調整函數的數值維持不變時，管理函數J(τ)的數值也會增加。

舉例來說，當第二儲能裝置PS2的當前電荷狀態SOC2過低時，這表示第二儲能裝置PS2不適用於供電。此時的調整函數φ2、φ3會較高。若對第二儲能裝置PS2充電，由於充電功率PO2為負值，故會使管理函數J(τ)的數值下降。因此，當當前電荷狀態SOC2過低時，對第二儲能裝置PS2充電的策略會是較為優先的策略。在另一方面，當當前電荷狀態SOC2較高（例如，0.8或80%）時，此時的調整函數φ2、φ3會較低，充電功率PO2為正值。當當前電荷狀態SOC2較高時，對第二儲能裝置PS2的供電是較為優先的策略。

舉例來說，當第一儲能裝置PS1的當前電荷狀態SOC1過低時，此時的調整函數φ1會較高。管理函數J(τ)的數值也較高。因此，當當前電荷狀態SOC1過低時，對第一儲能裝置PS1的供電的策略並不是較為優先的策略。在另一方面，當當前電荷狀態SOC1較高時，此時的調整函數φ1大致等於1。此時，對第一儲能裝置PS1的供電的策略是較為優先的策略。

基於上述，調整函數φ1、φ2、φ3的設定決定了電能輸出分配的策略。

在一些實施例中，基於實際的設計需求，調整函數φ1、φ2、φ3可以被調整。舉例來說，調整函數φ3可以隨著當前電荷狀態SOC2的下降而上升。因此，當前電荷狀態SOC2較低時，由第一儲能裝置PS1來對第二儲能裝置PS2進行充電的策略是較為優先的策略。

請回到圖1的實施例。在本實施例中，當第二儲能裝置PS2被充電時，轉換器11會接收第一電能PW1並利用第一電能PW1來對第二儲能裝置PS2進行充電。此時，常數C1等於“1”。常數C2等於“0”。因此，當第二儲能裝置PS2被充電時，第二輸入功率Pdis2等於零。當第一儲能裝置PS1輸出第一電能PW1並且第二儲能裝置PS2輸出第二電能PW2時，常數C1等於“0”。常數C2等於“1”。因此，充電功率Pch等於零。

在一些實施例中，管理函數J(τ)可以基於公式(9)被建立。相較於公式(8)，公式(9)增加了懲罰值γ。 …公式(9)

運算電路110會判斷管理函數J(τ)中的多個輸入功率是否超出一合理範圍。舉例來說，當管理函數J(τ)中的多個輸入功率中的第一輸入功率超出合理範圍時，這表示第一輸入功率是不合理的運算結果。因此，懲罰值γ例如等於“10 ⁶”（然本發明不現於此）。因此，第一輸入功率會被忽略。在另一方面，當第一輸入功率在合理範圍內時，懲罰值γ例如等於“0”。

請同時參考圖1以及圖5，圖5是依據本發明一實施例所繪示的管理函數的建立迴圈示意圖。運算電路110在迴圈L1中接收預定需求功率PD(1)~PD(a)。運算電路110在迴圈L2中接收不同的第二預定電荷狀態SOC2(1)~SOC2(b)。運算電路110在迴圈L3中接收用於第一儲能裝置PS1的多個不同的第一預定電荷狀態SOC1(1)~SOC1(c)。運算電路110在迴圈L4中接收多個預定時間常數τ(1)~τ(d)。在迴圈L4中，如公式(1)~(4)，預定時間常數τ(1)~τ(d)分別決定出關聯於預定需求功率PD(1)~PD(a)的多個第一輸出功率PO1以及多個第二輸出功率PO2。

在迴圈L5中，基於(5)~(8)或(5)~(7)、(9)，運算電路110計算出管理函數J(τ)中的多個輸入功率。在本實施例中，通過全域搜尋法(Global Search Algorithm, GSA)或演化式方法(Evolutionary Algorithm)，運算電路110利用預定時間常數τ(1)~τ(d)、預定需求功率PD(1)~PD(a)、第一預定電荷狀態SOC1(1)~SOC1(c)以及第二預定電荷狀態SOC2(1)~SOC2(b)來產生管理函數J(τ)。換言之，運算電路110利用通過全域搜尋法(Global Search Algorithm, GSA)或演化式方法(Evolutionary Algorithm)來搜索各種參數的組合，並通過評估每種組合下的輸入功率的最佳電能輸出分配結果。

綜上所述，控制器以及電能管理方法產生管理函數，依據當前需求功率、第一當前電荷狀態以及第二當前電荷狀態來獲得對應於最低輸入功率的操作時間常數。因此，控制器以及電能管理方法利用操作時間常數來進行第一儲能裝置與第二儲能裝置之間的電能輸出分配。在此應注意的是，操作時間常數關聯於當前需求功率、第一當前電荷狀態以及第二當前電荷狀態。如此一來，複合電力系統能夠依據當前需求功率、第一儲能裝置的狀態以及第二儲能裝置的狀態來動態地進行第一儲能裝置與第二儲能裝置之間的電能輸出分配。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10:複合電力系統 11:轉換器 100:控制器 110:運算電路 120:低通濾波電路 130:功率控制電路 131:第一控制電路 132:減法器 133:第二控制電路 CMD:功率需求命令 J(τ):管理函數 Jmin:最低輸入功率 L1~L5:迴圈 PD:當前需求功率 PD(1)~PD(a):預定需求功率 PDR:驅動電能 PH:功率需求命令的高頻部分 PL:功率需求命令的低頻部分 PS1:第一儲能裝置 PS2:第二儲能裝置 PW1:第一電能 PW2:第二電能 S100:電能管理方法 S110~S150:步驟 SC1:第一控制訊號 SC2:第二控制訊號 SOC1:第一儲能裝置的當前電荷狀態 SOC2:第二儲能裝置的當前電荷狀態 SOC1(1)~SOC1(c):第一預定電荷狀態 SOC2(1)~SOC2(b):第二預定電荷狀態 τ(1)~τ(d):預定時間常數 τR:操作時間常數 η1:第一儲能裝置的效率 η2:第二儲能裝置的效率 η3:轉換器的轉換效率 φ1、φ2、φ3:調整函數

圖1是依據本發明第一實施例所繪示的複合電力系統以及控制器的示意圖。 圖2是依據本發明第二實施例所繪示的複合電力系統以及控制器的示意圖。 圖3是依據本發明一實施例所繪示的電能管理方法的流程圖。 圖4是依據本發明一實施例所繪示的調整函數的示意圖。 圖5是依據本發明一實施例所繪示的管理函數的建立迴圈示意圖。

10:複合電力系統

11:轉換器

100:控制器

110:運算電路

120:低通濾波電路

130:功率控制電路

CMD:功率需求命令

J(τ):管理函數

Jmin:最低輸入功率

PD:當前需求功率

PD(1)~PD(a):預定需求功率

PDR:驅動電能

PH:功率需求命令的高頻部分

PL:功率需求命令的低頻部分

PS1:第一儲能裝置

PS2:第二儲能裝置

PW1:第一電能

PW2:第二電能

SC1:第一控制訊號

SC2:第二控制訊號

SOC1:第一儲能裝置的當前電荷狀態

SOC2:第二儲能裝置的當前電荷狀態

SOC1(1)~SOC1(c):第一預定電荷狀態

SOC2(1)~SOC2(b):第二預定電荷狀態

τ(1)~τ(d):預定時間常數

τR:操作時間常數

η1:第一儲能裝置的效率

η2:第二儲能裝置的效率

η3:轉換器的轉換效率

Claims (20)

1. 一種用於一複合電力系統的控制器，其中該複合電力系統包括一第一儲能裝置以及一第二儲能裝置，其中該控制器包括： 一運算電路，經配置以： 接收多個預定需求功率、該第一儲能裝置的多個第一預定電荷狀態、該第二儲能裝置的多個第二預定電荷狀態以及多個預定時間常數， 利用該些預定時間常數、該些預定需求功率、該些第一預定電荷狀態以及該些第二預定電荷狀態來產生一管理函數，並且 接收來自於該複合電力系統的一功率需求命令以獲得一當前需求功率，依據該當前需求功率、該第一儲能裝置的一第一當前電荷狀態以及該第二儲能裝置的一第二當前電荷狀態從該管理函數中獲得一最低輸入功率，並從該些預定時間常數中提供對應於該最低輸入功率的至少一操作時間常數； 一低通濾波電路，耦接於該運算電路，經配置以接收該至少一操作時間常數以及該功率需求命令，並依據該至少一操作時間常數來提取該功率需求命令的一低頻部分；以及 一功率控制電路，耦接於該低通濾波電路，經配置以反應於該低頻部分來控制該第一儲能裝置提供一第一電能，將該功率需求命令減去該低頻部分來提取該功率需求命令的一高頻部分，並反應於該高頻部分來控制該第二儲能裝置提供一第二電能。
2. 如請求項1所述的控制器，其中該功率控制電路包括： 一第一控制電路，耦接於該低通濾波電路，經配置以依據該低頻部分來產生一第一控制訊號，並將該第一控制訊號提供至該第一儲能裝置； 一減法器，經配置以接收該功率需求命令以及該低頻部分，並將該功率需求命令減去該低頻部分來提取該功率需求命令的該高頻部分；以及 一第二控制電路，耦接於該減法器，經配置以依據該高頻部分來產生一第二控制訊號，並將該第二控制訊號提供至該第二儲能裝置。
3. 如請求項2所述的控制器，其中： 該第一儲能裝置反應於該第一控制訊號輸出該第一電能，並且 該第二儲能裝置反應於該第二控制訊號輸出該第二電能。
4. 如請求項1所述的控制器，其中該第一電能的一第一輸出功率由該些預定時間常數的至少其中之一以及該當前需求功率來決定。
5. 如請求項4所述的控制器，其中該第二電能的一第二輸出功率值等於該當前需求功率減去該第一輸出功率的差值。
6. 如請求項5所述的控制器，其中： 該複合電力系統還包括一轉換器， 該轉換器將該第一電能以及該第二電能的至少其中之一轉換為用以驅動該複合電力系統的一驅動電能，並且 該運算電路還經配置以： 依據該第一輸出功率、該第一儲能裝置的效率、該轉換器的一轉換效率以及一第一調整函數來獲得一第一輸入功率， 依據該第二輸出功率、該第二儲能裝置的效率、該轉換器的該轉換效率以及一第二調整函數來獲得一第二輸入功率， 依據該第二輸出功率、該第二儲能裝置的效率、該轉換器的該轉換效率以及一第三調整函數來獲得一充電功率，並且 加總該第一輸入功率、該第二輸入功率以及該充電功率來產生該管理函數的多個總輸入功率的其中之一。
7. 如請求項6所述的控制器，其中： 該第一儲能裝置的效率以及該第一調整函數分別與該第一當前電荷狀態相關聯，並且 該第二儲能裝置的效率、該第二調整函數以及該第三調整函數分別與該第二當前電荷狀態相關聯。
8. 如請求項6所述的控制器，其中當該轉換器利用該第一電能對該第二儲能裝置進行充電時，該第二輸入功率等於零。
9. 如請求項6所述的控制器，其中當該第一儲能裝置輸出該第一電能並且該第二儲能裝置輸出該第二電能時，該充電功率等於零。
10. 如請求項1所述的控制器，其中該第一儲能裝置是鋰電子電池裝置。
11. 如請求項1所述的控制器，其中該第二儲能裝置是超級電容器裝置以及鋁電子電池裝置的其中之一。
12. 一種用於一複合電力系統的電能管理方法，其中該複合電力系統包括一第一儲能裝置以及一第二儲能裝置，其中該電能管理方法包括： 接收多個預定需求功率、該第一儲能裝置的多個第一預定電荷狀態、該第二儲能裝置的多個第二預定電荷狀態以及多個預定時間常數； 利用該些預定時間常數、該些預定需求功率、該些第一預定電荷狀態以及該些第二預定電荷狀態來產生一管理函數； 接收來自於該複合電力系統的一功率需求命令以獲得一當前需求功率，依據該當前需求功率、該第一儲能裝置的一第一當前電荷狀態以及該第二儲能裝置的一第二當前電荷狀態從該管理函數中獲得一最低輸入功率，並從該些預定時間常數中提供對應於該最低輸入功率的至少一操作時間常數； 依據該至少一操作時間常數來提取該功率需求命令的一低頻部分，並反應於該低頻部分來控制該第一儲能裝置提供一第一電能；以及 將該功率需求命令減去該低頻部分來提取該功率需求命令的一高頻部分，並反應於該高頻部分來控制該第二儲能裝置提供一第二電能。
13. 如請求項12所述的電能管理方法，其中該第一電能的一第一輸出功率由該些預定時間常數的至少其中之一以及該當前需求功率來決定。
14. 如請求項13所述的電能管理方法，其中該第二電能的一第二輸出功率值等於該當前需求功率減去該第一輸出功率的差值。
15. 如請求項14所述的電能管理方法，其中該複合電力系統還包括一轉換器，其中該轉換器將該第一電能以及該第二電能的至少其中之一轉換為用以驅動該複合電力系統的一驅動電能，其中利用該些預定時間常數、該些預定需求功率、該些第一預定電荷狀態以及該些第二預定電荷狀態來產生該管理函數的步驟包括： 依據該第一輸出功率、該第一儲能裝置的效率、該轉換器的一轉換效率以及一第一調整函數來產生一第一輸入功率； 依據該第二輸出功率、該第二儲能裝置的效率、該轉換器的該轉換效率以及一第二調整函數來產生一第二輸入功率； 依據該第二輸出功率、該第二儲能裝置的效率、該轉換器的該轉換效率以及一第三調整函數來產生一充電功率；以及 加總該第一輸入功率、該第二輸入功率以及該充電功率來產生該管理函數的多個總輸入功率的其中之一。
16. 如請求項15所述的電能管理方法，其中： 該第一儲能裝置的效率以及該第一調整函數分別與該第一當前電荷狀態相關聯，並且 該第二儲能裝置的效率、該第二調整函數以及該第三調整函數分別與該第二當前電荷狀態相關聯。
17. 如請求項15所述的電能管理方法，還包括： 當該第一儲能裝置對該第二儲能裝置進行充電時，使該第二輸入功率等於零。
18. 如請求項15所述的電能管理方法，還包括： 當該第一儲能裝置輸出該第一電能並且該第二儲能裝置輸出該第二電能時，使該充電功率等於零。
19. 如請求項12所述的電能管理方法，其中該第一儲能裝置是鋰電子電池裝置。
20. 如請求項12所述的電能管理方法，其中該第二儲能裝置是超級電容器裝置以及鋁電子電池裝置的其中之一。

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