TWM521845U - 供電儲能管理裝置 - Google Patents

Description

供電儲能管理裝置

本創作係有關於一種供電儲能管理裝置，尤指涉及一種具備發電與儲能之高效可變飛輪裝置，並將新型二次電池管理模組、及電力轉換裝置(Power Conversion System,PCS)整合成一套可多用途應用之可持續發電並儲能之先進多功能再生能源裝置。

由於全世界對石化原料之長時間依賴使用下，造成全球之污染嚴重及生態之破壞，二氧化碳之持續增加導致地球產生溫室效應，發生全球暖化現象，並有逐漸惡化之趨勢。全球暖化所造成之氣候變遷已開始威脅到人類及生態，並已在各方面造成重大之損失。有鑑於此，為了解決能源安全、減少環境污染、及降低二氧化碳排放等目的，各國投入再生能源之開發與應用不餘遺力，目標皆是朝向零排放永續能源之發展方向前進，期待可以取代對石化能源之依賴。隨著再生能源之快速發展，如太陽能、風能已開始在各國有大規模之示範及應用。但由於這些再生能源容易受到氣候之影響而有不穩定及不連續之特性，併入電網時會造成電力品質之下降。因此，儲能技術與裝置之開發與應用變成了除了再生能源外，另一個重要之議題與發展。

目前全世界各式之儲能技術仍在持續發展中，一般儲能技術依照儲能方式大致可分成以下幾種類型：機械儲能、化學儲能、電化 學儲能、電場儲能、磁場儲能、及熱儲能。其中飛輪儲能(Flywheel Energy Storage)係屬於機械儲能之其中一種。飛輪儲能係一種短暫之能源儲存裝置，其操作係將動能儲存在具先進高強度材料之一個旋轉中的轉子，經由裡面的一個電機變化，在充電時電機以電動機形式運轉，由外部電源驅動電機帶動飛輪高速旋轉；放電時，電機以發電機狀態運轉，轉換動能成電能，在飛輪帶動下對外輸出電能。當飛輪儲能放電後，飛輪轉速會逐漸降低。飛輪具有非常快之反應時間在4毫秒或更短，可持續時間至1小時，且飛輪儲能設備能經由更多之飛輪模組來作放大，功率最高可達93%，具有非常高之效能表現，而其壽命預估有20年。

目前飛輪裝置之發展主要係以儲能為主，然而，以發電及儲能兼具之飛輪裝置尚未有相關論文提出，並且與其他二次電池及電池管理裝置、電力轉換裝置整合形成一個應用範圍廣泛之兼具發電及儲能之再生能源裝置也尚未有相關報告或論文提出。故，一般習用者係無法符合其於實際使用時之所需。

本創作之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題，並提供開發一套具備發電與儲能之高效可變飛輪裝置，並將新型二次電池管理模組及電力轉換裝置，整合成一套可多用途應用之可持續發電並儲能之供電儲能管理裝置。

本創作之次要目的係在於，提供一種可依同時具備發電與儲能功能之高效可變飛輪裝置而發展出多種之應用模式：應用模式一，當有持續供電需求時，係以高效可變飛輪裝置作為飛輪發電裝置 ，其所產生之電力可直接提供給負載使用，或儲存於任一種新型二次電池作為備用電源，其後再提供給負載使用；應用模式二，當有儲能需求時，係以高效可變飛輪裝置作為飛輪儲能裝置，可與任一種新型二次電池串並聯作為一複合式儲能裝置，結合如太陽能或風能等再生能源併網，或應用於電動汽車儲能設備、家用或工廠大樓等之備用電源、電動汽車之太陽能儲能充電站等之供電儲能管理裝置。

本創作之另一目的係在於，提供一種利用飛輪慣性電力放大之發電與儲能雙重作用，整合新型二次電池之儲能功能，以形成裝置發電儲能之永續循環，將慣性動能有效率轉換為穩定、且供應規模自小型個人不斷電裝置，至家用型、社區型自主性供電儲能裝置，再至大型儲電站、電網，範圍分布極為廣泛之另一效率化綠能形式，並具有有效整合管理其他能源形式之供電儲能管理裝置。

為達以上之目的，本創作係一種供電儲能管理裝置，其主體結構主要包括一高效可變飛輪裝置、一新型二次電池管理模組、以及一電力轉換裝置，形成一可持續發電並儲能之自體循環、相互補給、支援與調控之智慧型整合電力串並聯應用裝置，以提供裝置本身與前端電力來源及後端電力輸出整合之核心平台，其中：該高效可變飛輪裝置係設於該新型二次電池管理模組之前端，其兼具發電與儲能作用，當有電力需求時，係作為飛輪發電裝置，可直接並持續產生電力，所產生之電力可直接提供給負載使用，或儲存至一組以上之新型二次電池作為備用電源，其後再提供給負載使用；當有儲能需求時，係作為飛輪儲能裝置，與一組以上之 新型二次電池結合成一複合式儲能裝置，儲存本身所產生之電力或來自市電或再生能源所產生之電力；該新型二次電池管理模組係由一電池管理裝置(Battery Management System,BMS)與多組新型二次電池構成，該電池管理裝置管控各組新型二次電池，以準確估測各組新型二次電池之剩餘能量與電荷狀態(State of Charge,SOC)，除供應後端電力穩定效率化輸出，亦反饋前端高效可變飛輪裝置作適當充電與分配電力，以維持各組新型二次電池間之電力分配均衡，並避免對各組新型二次電池過充與過放電；該電力轉換裝置係設於該新型二次電池管理模組之終端，並與該高效可變飛輪裝置電性連接，係接收該高效可變飛輪裝置所產生之電力或該多組新型二次電池所儲存之電力，將接收到之總體直流交流電力，依後端負載需求之電力直流交流形式與用電量，進行智能化電頻、電壓及功率之統合轉換及合理分配，以配適負載之需求使用。

於本創作上述實施例中，該高效可變飛輪裝置係由一直流動力馬達、一飛輪轉動軸及一直流發電機構成，該直流動力馬達接受前端直流電力帶動後端之飛輪轉動軸轉動，該飛輪轉動軸受力後藉由力矩離心慣性作用力，在極小化摩擦耗損下，產生動能放大之效果，再將此放大之動能驅動後端連接之直流發電機，將放大之動能轉換回電能，而產生較輸入該直流動力馬達之直流電力更為放大倍數之直流電力，並通過一DC/DC轉換之整流器，透過該電池管理裝置進行分配，合理充填於該多組新型二次電池之中，此時該高效可變飛輪裝置係作為飛輪發電裝置。

於本創作上述實施例中，該多組新型二次電池可進行同類型電池 之串並聯，或不同類型之組合設計，其型態可以包含鎳鎘電池、鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池、空氣電池、液流電池、超級電容、超級電池(Ultrabattery)、水溶性離子電池、液態金屬電池、飛輪儲能、及任何具可回充特性之二次電池。

於本創作上述實施例中，該高效可變飛輪裝置所產生之電力之輸出，係經由一DC/DC轉換之整流器輸出直流電力供予該多組新型二次電池持續充電，亦或經由一DC/AC轉換之逆變器，將直流電力轉換為一般市電負載適用之交流電力，直接提供後端負載利用。

於本創作上述實施例中，該電力轉換裝置接收該多組新型二次電池儲存之電力，依後端負載需求分配作直流交流電力之電頻、電壓及功率之統合轉換，同時，該電力轉換裝置亦接收該高效可變飛輪裝置直接生成之交流電力，對其進行直接之利用，並在負載交流電力用量需求不足時，統籌調配電力轉化之來源，轉而利用該多組新型二次電池所儲備之蓄電進行DC/AC轉換；其餘時候當後端需求為直流負載時，則直接利用該多組新型二次電池直接輸出之直流電力，俾使後端直流、交流負載皆能獲得合理分配並且無虞使用。

於本創作上述實施例中，該自體循環之首發電力來源，係可源於該電池管理裝置管控下之多組新型二次電池，亦或源於一般市電經AC/DC轉換成直流電力，提供該高效可變飛輪裝置，擴大輸出直流電力重新回充於各組新型二次電池間，進一步反覆提供該高效可變飛輪裝置需求之直流電力，直至各組新型二次電池受該電池管理裝置之最高安全水位全然充滿為止。

於本創作上述實施例中，該電池管理裝置偵測出該多組新型二次電池電能含量低於最低安全水位蓄電量時，係以至少一組以上之新型二次電池或一般市電經AC/DC轉換成之直流電力，立即重新啟動該高效可變飛輪裝置，擴大輸出直流電力重新回充於各組新型二次電池間，通過反覆運轉而完成整體裝置供電儲能之永續循環。

於本創作上述實施例中，該電池管理裝置為整體裝置之核心中控，當整體裝置進一步整合一前置外接電力來源時，經過該電池管理裝置之支配調整，轉化該高效可變飛輪裝置作為飛輪儲能裝置，使其與一組以上之新型二次電池整合成一複合式儲能裝置，並以自體循環之方式，經由該電池管理裝置之管控，將接收該前置外接電力來源之電力，透過該高效可變飛輪裝置將電力放大後，分配儲存於該多組新型二次電池與該高效可變飛輪裝置整合形成之複合式儲能裝置。

於本創作上述實施例中，該前置外接電力來源係可為太陽能發電發電器、風力發電發電器、地熱發電、水力位能發電、及任何形式之直流電源來源，作為不穩定電源之效率化儲能穩定設備，抑或可為外接市電做AC/DC轉換或外加電池以作緊急狀況之應變，以驅動直流動力馬達。

於本創作上述實施例中，該前置外接電力來源係透過該電池管理裝置，利用一充電控制器，將來源電力首先充入該高效可變飛輪裝置作電力放大後，再透過該電池管理裝置合理分配儲存於其管控下之各組新型二次電池與該高效可變飛輪裝置整合形成之複合式儲能裝置。

於本創作上述實施例中，該自體循環之方式，在該高效可變飛輪裝置作為飛輪發電裝置使用時，該電池管理裝置僅在該多組新型二次電池與該電力轉換裝置之間進行偵測、調節與控管，並在該多組新型二次電池電力水位未滿時，回饋供應該高效可變飛輪裝置擴大產生電力，以持續供給該多組新型二次電池電力之充填。

於本創作上述實施例中，該整體裝置整合該前置外接電力來源，且該高效可變飛輪裝置作為飛輪儲能裝置使用時，該高效可變飛輪裝置受該電池管理裝置之管控，而該電池管理裝置係針對各組新型二次電池之間進行偵測、調節與控管，並對於各種型式之前置外接電力來源進行統收管理、穩定與放大應用。

於本創作上述實施例中，該前置外接電力來源係經由一充電控制器之分配，間歇性供應整體裝置之擴大電能需求，並利用一逆變器將多餘電力直接供應交流負載利用。

於本創作上述實施例中，該前置外接電力來源之多餘電力，係透過一匯流箱匯集導入一逆變器集中轉換為交流電力，聯合該電池管理裝置終端之電力轉換裝置所轉換出之交流電力，串接通入一電網，匯集而成為一般市電交流負載之智慧電網裝置。

於本創作上述實施例中，在該智慧電網裝置設計中，經由該電力轉換裝置所分配出之直流電力，亦可導回該高效可變飛輪裝置，令其持續作飛輪電力之反覆擴大，以供應後端負載之大量需求。

10、10a、10b‧‧‧高效可變飛輪裝置

11‧‧‧直流動力馬達

12‧‧‧飛輪轉動軸

13‧‧‧直流發電機

14‧‧‧整流器

15‧‧‧逆變器

16‧‧‧交流負載

20‧‧‧新型二次電池管理模組

21‧‧‧新型二次電池

22‧‧‧電池管理裝置

30‧‧‧電力轉換裝置

31‧‧‧直流負載

32‧‧‧交流負載

40‧‧‧太陽能發電發電器

41‧‧‧充電控制器

42‧‧‧逆變器

43‧‧‧交流負載

45‧‧‧匯流箱

50‧‧‧風力發電發電器

51‧‧‧充電控制器

52‧‧‧逆變器

53‧‧‧交流負載

55‧‧‧匯流箱

60‧‧‧電網

61‧‧‧交流負載

第1圖，係本創作之主體結構示意圖。

第2圖，係本創作第一實施例之裝置方塊示意圖。

第3圖，係本創作第二實施例之裝置方塊示意圖。

第4圖，係本創作第三實施例之裝置方塊示意圖。

第5圖，係本創作第四實施例之裝置方塊示意圖。

請參閱『第1圖』所示，係本創作之主體結構示意圖。如圖所示：本創作係一種供電儲能管理裝置，其主體結構主要區分為一高效可變飛輪裝置10、一新型二次電池管理模組20、以及一電力轉換裝置(Power Conversion System,PCS)30。

上述所提之高效可變飛輪裝置10係設於該新型二次電池管理模組20之前端，主要係由一直流動力馬達11、一飛輪轉動軸12及一直流發電機13構成主體。該直流動力馬達11接受前端直流電力帶動後端之飛輪轉動軸12轉動，該飛輪轉動軸12受力後藉由力矩離心慣性作用力，在極小化摩擦耗損下，產生動能放大之效果，再將此放大之動能驅動後端連接之直流發電機13，將放大之動能轉換回電能，而產生較輸入該直流動力馬達11之直流電力更為放大之直流電力。

該新型二次電池管理模組20係由多組新型二次電池21與一套特化設計之電池管理裝置(Battery Management System,BMS)22建構而成。現代化之電池應用，因考量到環保、能量密度、使用壽命、安全性、充電效率、保電能力及價格需求等因素，新型之二次電池一日千里而有不同之發展形式，本創作所提之新型二次電池21可進行同類型電池之串並聯，或不同類型之組合設計，其型態可以係任何具可回充特性之二次電池，涵蓋早期之鎳 鎘電池，其後之鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池、空氣電池、液流電池、超級電容、超級電池(Ultrabattery)、水溶性離子電池、液態金屬電池等，乃至於飛輪儲能均可為此新型二次電池管理模組20中新型二次電池21之應用形式，但不僅限於上述類型之二次電池形式，其餘目前及未來可能之二次電池形式均涵蓋於本創作之應用範圍內。而多組新型二次電池21中，只以其中幾組作為該高效可變飛輪裝置10之電力供給，其餘幾組新型二次電池21則作為儲能用途，儲存來自該高效可變飛輪裝置10所轉換輸出之電力，其中並經由該電池管理裝置22來做供需之分配。該電池管理裝置22係管控各組新型二次電池21，以準確估測各組新型二次電池21之剩餘能量與電荷狀態(State of Charge,SOC)，除供應後端電力穩定效率化輸出，亦反饋前端高效可變飛輪裝置作適當充電與分配電力，以維持各組新型二次電池21間之電力分配均衡，並避免過充與過放電對各組新型二次電池21造成損傷，而減損電池壽命。

該電力轉換裝置30係設於該新型二次電池管理模組20之終端，並與該高效可變飛輪裝置10電性連接，係接收該高效可變飛輪裝置10所產生之電力或該多組新型二次電池21所儲存之電力，將接收到之總體直流交流電力，依後端直流負載31、交流負載32需求之電力直流交流形式與用電量，進行智能化電頻、電壓及功率之統合轉換及合理分配，以配適直流負載31、交流負載32之需求使用。如是，藉由上述揭露之結構構成一全新之供電儲能管理裝置。

當運作時，於運作初始須由該電池管理裝置22管控下具備足以 驅動該飛輪轉動軸12極佳化運轉效率之電力之專用組數之新型二次電池21(亦或源於一般市電經AC/DC轉換成直流電力)，作為裝置啟動之首發電力來源。當該飛輪轉動軸12開始極速運轉，其驅動之直流發電機13所產生之放大直流電力，透過一DC/DC轉換之整流器14，並經過該電池管理裝置22之統轄分配，快速、均勻而安全地填充該電池管理裝置22管控下所有待蓄電之不飽和新型二次電池21。該新型二次電池21所蓄得之電力，進一步反覆提供該高效可變飛輪裝置10需求之電力，直至該新型二次電池21受該電池管理裝置22管理之最高安全水位全然充滿為止。一旦該電池管理裝置22偵測出該新型二次電池21電能含量低於最低安全水位之蓄電量，裝置即重新啟動該高效可變飛輪裝置10，再次開啟一個無須外接電力之蓄電循環。如此反覆運轉，理想則能完成發電與儲電之永續循環。

該高效可變飛輪裝置10之電力輸出，除經由該DC/DC轉換之整流器14輸出直流電力供予該些新型二次電池21持續充電外，為避免儲能過程之能量損耗，另設有一DC/AC轉換之逆變器15，將直流電力轉換為一般市電負載適用之交流電力，直接提供後端負載利用。

而該些新型二次電池21中所儲存之電力，則藉由該電池管理裝置22終端配置之電力轉換裝置30，進行後端直流負載31、交流負載32需求電力之直交流形式與用電量之智能化電頻、電壓及功率之統合轉換及合理分配。為達交流電力之穩定供應，並顧及該些新型二次電池21在儲能與直流轉換交流過程中可能之多次耗損，該電力轉換裝置30亦接收由該高效可變飛輪裝置1 0直接產出之交流電力輸出，對其進行直接之利用，並在負載交流電力用量需求不足時，統籌管理最佳化分配前端電力形式來源，轉而利用該些新型二次電池21所儲備之蓄電進行DC/AC轉換；其餘時候當後端需求為直流負載時，則直接利用該些新型二次電池21直接輸出之直流電力，俾使後端直流負載31、交流負載32皆能獲得合理分配並且無虞使用，以節省能源在無謂的轉換中不當耗損。

請參閱『第2圖』所示，係本創作第一實施例之裝置方塊示意圖。如圖所示：為本創作供電儲能管理裝置之創作核心，此時兼具發電與儲能之高效可變飛輪裝置10a係作為飛輪發電裝置，可直接並持續產生電力，所產生之直流電力可經由逆變器15DC/AC轉換後直接提供給交流負載16使用，該電池管理裝置22僅在該多組新型二次電池21與該電力轉換裝置30之間進行偵測、調節與控管，並在該多組新型二次電池21電力水位未滿時，回饋供應該高效可變飛輪裝置10a擴大產生電力，以持續供給該多組新型二次電池21電力之充填。

本創作整體發電儲能之永續循環之高效可變飛輪裝置10、新型二次電池21、電池管理裝置22，及後端電力轉換裝置30，為本創作之主體核心，而該電池管理裝置22亦為整體裝置之核心中控，當慮及設置場合與實際電力需求，主體核心亦可進一步外接其他綠能來源，如太陽能發電發電器、風力發電發電器、地熱發電、水力位能發電、及任何形式之直流電源來源，作為統收管理、穩定與放大應用所有不穩定電源之效率化儲能穩定設備，具有消峰填谷、及穩定電力品質之功用；抑或可外接市電AC/DC 轉換或外加電池以作緊急狀況應變，進而驅動直流動力馬達，但不僅含於上述所及之電力來源，其餘可能之電力來源均涵蓋於本創作之應用範圍內。

當整體裝置進一步整合一前置外接電力來源時，經過該電池管理裝置22之支配調整，此時高效可變飛輪裝置10b係轉化作為飛輪儲能裝置(請參第3圖)，為該電池管理裝置22之其中一環，與其餘新型二次電池21整合成為一複合式儲能裝置，並以自體循環之方式，經由該電池管理裝置22之管控，將接收該前置外接電力來源之電力，透過該高效可變飛輪裝置10b作為電力之快速吸收與釋放，而該新型二次電池21則作為長時間之儲能運用，進而安全且合理地分配於該些新型二次電池21與該高效可變飛輪裝置10b之間。其中，該前置外接電力來源無論以何種型式之供電裝置，均透過該電池管理裝置22，利用一充電控制器，將來源電力首先充入該高效可變飛輪裝置10b作電力放大後，再透過該電池管理裝置22合理分配儲存於其管控下之各組新型二次電池21與該高效可變飛輪裝置10b整合形成之複合式儲能裝置。

請參閱『第3圖』所示，係本創作第二實施例之裝置方塊示意圖。如圖所示：為本創作第一實施例之延伸應用，前端來源電力來自前置外接之太陽能發電發電器40與其充電控制器41、風力發電發電器50與其充電控制器51，或可外接任一其他環保綠能來源，此時兼具發電與儲能之高效可變飛輪裝置10b係作為另一二次電池之形式-飛輪儲能裝置，來統收管理、穩定與放大應用各種電力之來源供應，並經由該電池管理裝置22管理複合 式儲能裝置之充放電平衡；抑或可於該新型二次電池21緊急消耗殆盡，如：後端直流負載31、交流負載32過度、電池管理裝置22故障、或高效可變飛輪裝置10b來源電力短路等狀況發生時，以外接市電AC/DC轉換或外加電池以作緊急狀況之應變。此裝置應用形式也可應用於家用、工廠或商場之備用電源、孤島之電力運行，或電動車之光儲充電站等。

請參閱『第4圖』所示，係本創作第三實施例之裝置方塊示意圖。如圖所示：為本創作第一實施例之另一延伸應用，外接之前置綠能來源，如太陽能發電發電器40與風力發電發電器50，除各自藉由其充電控制器41、51之分配，間歇性將電能導入該高效可變飛輪裝置10b作進一步電力之擴大，並由該電池管理裝置22管理複合式儲能裝置之充放電平衡；並且將多餘電力透過一逆變器42、52直接供應交流負載43、53利用，較佳之應用模式亦是導入電力轉換裝置30中統一做後端直流負載31、交流負載32之統合分配與轉換。

請參閱『第5圖』所示，係本創作第四實施例之裝置方塊示意圖。如圖所示：當裝置需求超越某一規模程度，如企業整體用電管理，與國家級電力供應與儲備之規模考量時，第4圖所述之整合外接供電來源之型式，則因應智慧電網之整體設計考量，轉換為第5圖之型式規劃。經由本創作之可持續發電並儲能之供電儲能管理裝置，將再生能源及市電電網整併時之整合應用，係透過一匯流箱45、55將透過充電控制器41、51導入本供電儲能管理裝置後仍多餘之前置綠能來源電力，匯集導入逆變器42、52集中轉換為交流電力，聯合該電池管理裝置22終端之電力 轉換裝置30所轉換出之交流電力，串接通入儲能電網60，匯集而成為一般市電交流負載61之智慧電網。而該電力轉換裝置30分配出之直流電力，亦可導回該高效可變飛輪裝置10b，令其持續作飛輪電力之反覆擴大，儲存於該高效可變飛輪裝置10b與新型二次電池22整合形成之複合式儲能裝置，再釋放至電網60中，穩定電網60之供電品質，以供應後端交流負載61之大量電力與品質之需求，如此以達大幅減少非潔淨能源產出與消峰填谷、穩定市電品質之目標性，進而達到未來非核家園之理想目標。

本裝置各部件設施之建置需求，或串接或並聯，決定於末端整體直流負載31、交流負載32所需電力之整體安全性供電評估。原則上，經由飛輪發電裝置或飛輪儲能裝置統合放大產出電力之速度，應大於末端整體直流負載31、交流負載32所需電力之消耗速度，此乃在裝置建置前即應審慎而具體計算、評估，並設定未來使用安全用量之限制。

藉此，本創作利用飛輪慣性電力放大之發電與儲能雙重作用，整合新型二次電池之儲能功能，利用電池管理裝置，準確估測多組新型二次電池之剩餘能量與電荷狀態，維持各組新型二次電池間之電力分配均衡，並避免過充與過放電對電池造成損傷，減損電池壽命；進一步電池管理裝置則回報予前端電力產生單元供給發電之充電分配需求，此電力產生單元依主體結構設計為一高效可變飛輪裝置，如此利用飛輪電力擴大之特性，有效率地將所產生之電力均衡儲存於各組新型二次電池間，再由新型二次電池分配一直流供電予高效可變飛輪裝置前端之直流動力馬達，驅動飛輪 發電機再次擴大產生電力，完成裝置發電儲能之永續循環。而在此電池管理裝置終端則配置有電力轉換裝置，不只接收各組新型二次電池來源之直流電力，亦接收由高效可變飛輪裝置直接生成之交流電力，將接收到之總體直流交流電力，依後端需求分配作直流交流電力之電頻、電壓及功率之統合轉換，以智能化節約化管理來源電力形式之合理分配、轉換與輸出。此一整體裝置發電儲能之永續循環，及後端電力控制分配裝置，為本創作之主體核心，慮及設置場合、及實際電力需求，主體核心亦可外接其他綠能來源統收管理、穩定與放大應用所有不穩定之乾淨能源，抑或外接市電AC/DC轉換或外加電池以作緊急狀況應變，此時該高效可變飛輪裝置則作為飛輪儲能裝置，為電池管理裝置之其中一環。

綜上所述，本創作係一種供電儲能管理裝置，可有效改善習用之種種缺點，利用兼具發電與儲能之高效可變飛輪裝置，當有電力需求時，係作為飛輪發電裝置，可直接並持續產生電力；當有儲能需求時，能轉變成為飛輪儲能裝置，並整合多組新型二次電池，儲存本身所產生之電力或來自市電或再生能源所產生之電力，再經由本創作所整合之電池管理裝置之監控，及電力轉換裝置將所發或所儲存之電力準確提供給負載所需使用；如此裝置能獨立運轉，兼可獨立或連接外界電力發電與儲能，具有廣泛之市場應用價值，進而使本創作之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合新型專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍；故，凡依本創作申請專利範圍及新型說明書 內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本創作專利涵蓋之範圍內

10‧‧‧高效可變飛輪裝置

11‧‧‧直流動力馬達

12‧‧‧飛輪轉動軸

13‧‧‧直流發電機

14‧‧‧整流器

15‧‧‧逆變器

20‧‧‧新型二次電池管理模組

21‧‧‧新型二次電池

22‧‧‧電池管理裝置

30‧‧‧電力轉換裝置

31‧‧‧直流負載

32‧‧‧交流負載

Claims (15)

1. 一種供電儲能管理裝置，其主體結構主要包括一高效可變飛輪裝置、一新型二次電池管理模組、以及一電力轉換裝置(Power Conversion System,PCS)，形成一可持續發電並儲能之自體循環、相互補給、支援與調控之智慧型整合電力串並聯應用裝置，以提供裝置本身與前端電力來源及後端電力輸出整合之核心平台，其中：該高效可變飛輪裝置係設於該新型二次電池管理模組之前端，其兼具發電與儲能作用，當有電力需求時，係作為飛輪發電裝置，可直接並持續產生電力，所產生之電力可直接提供給負載使用，或儲存至一組以上之新型二次電池作為備用電源，其後再提供給負載使用；當有儲能需求時，係作為飛輪儲能裝置，與一組以上之新型二次電池結合成一複合式儲能裝置，儲存本身所產生之電力或來自市電或再生能源所產生之電力；該新型二次電池管理模組係由一電池管理裝置(Battery Management System,BMS)與多組新型二次電池構成，該電池管理裝置管控各組新型二次電池，以準確估測各組新型二次電池之剩餘能量與電荷狀態(State of Charge,SOC)，除供應後端電力穩定效率化輸出，亦反饋前端高效可變飛輪裝置作適當充電與分配電力，以維持各組新型二次電池間之電力分配均衡，並避免對各組新型二次電池過充與過放電；該電力轉換裝置係設於該新型二次電池管理模組之終端，並與該 高效可變飛輪裝置電性連接，係接收該高效可變飛輪裝置所產生之電力或該多組新型二次電池所儲存之電力，將接收到之總體直流交流電力，依後端負載需求之電力直流交流形式與用電量，進行智能化電頻、電壓及功率之統合轉換及合理分配，以配適負載之需求使用。
2. 依申請專利範圍第1項所述之供電儲能管理裝置，其中，該高效可變飛輪裝置係由一直流動力馬達、一飛輪轉動軸及一直流發電機構成，該直流動力馬達接受前端直流電力帶動後端之飛輪轉動軸轉動，該飛輪轉動軸受力後藉由力矩離心慣性作用力，在極小化摩擦耗損下，產生動能放大之效果，再將此放大之動能驅動後端連接之直流發電機，將放大之動能轉換回電能，而產生較輸入該直流動力馬達之直流電力更為放大倍數之直流電力，並通過一DC/DC轉換之整流器，透過該電池管理裝置進行分配，合理充填於該多組新型二次電池之中，此時該高效可變飛輪裝置係作為飛輪發電裝置。
3. 依申請專利範圍第1項所述之供電儲能管理裝置，其中，該多組新型二次電池可進行同類型電池之串並聯，或不同類型之組合設計，其型態可以包含鎳鎘電池、鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池、空氣電池、液流電池、超級電容、超級電池(Ultrabattery)、水溶性離子電池、液態金屬電池、飛輪儲能、及任何具可回充特性之二次電池。
4. 依申請專利範圍第1項所述之供電儲能管理裝置，其中，該高效可變飛輪裝置所產生之電力之輸出，係經由一DC/DC轉換之整流器輸出直流電力供予該多組新型二次電池持續充電，亦或經由一DC/AC轉換之逆變器，將直流電力轉換為一般市電負載適用之交 流電力，直接提供後端負載利用。
5. 依申請專利範圍第1或4項所述之供電儲能管理裝置，其中，該電力轉換裝置接收該多組新型二次電池儲存之電力，依後端負載需求分配作直流交流電力之電頻、電壓及功率之統合轉換，同時，該電力轉換裝置亦接收該高效可變飛輪裝置直接生成之交流電力，對其進行直接之利用，並在負載交流電力用量需求不足時，統籌調配電力轉化之來源，轉而利用該多組新型二次電池所儲備之蓄電進行DC/AC轉換；其餘時候當後端需求為直流負載時，則直接利用該多組新型二次電池直接輸出之直流電力，俾使後端直流、交流負載皆能獲得合理分配並且無虞使用。
6. 依申請專利範圍第1或2項所述之供電儲能管理裝置，其中，該自體循環之首發電力來源，係可源於該電池管理裝置管控下之多組新型二次電池，亦或源於一般市電經AC/DC轉換成直流電力，提供該高效可變飛輪裝置，擴大輸出直流電力重新回充於各組新型二次電池間，進一步反覆提供該高效可變飛輪裝置需求之直流電力，直至各組新型二次電池受該電池管理裝置之最高安全水位全然充滿為止。
7. 依申請專利範圍第1或2項所述之供電儲能管理裝置，其中，該電池管理裝置偵測出該多組新型二次電池電能含量低於最低安全水位蓄電量時，係以至少一組以上之新型二次電池或一般市電經AC/DC轉換成之直流電力，立即重新啟動該高效可變飛輪裝置，擴大輸出直流電力重新回充於各組新型二次電池間，通過反覆運轉而完成整體裝置供電儲能之永續循環。
8. 依申請專利範圍第1或2項所述之供電儲能管理裝置，其中，該電池管理裝置為整體裝置之核心中控，當整體裝置進一步整合一 前置外接電力來源時，經過該電池管理裝置之支配調整，轉化該高效可變飛輪裝置作為飛輪儲能裝置，使其與一組以上之新型二次電池整合成一複合式儲能裝置，並以自體循環之方式，經由該電池管理裝置之管控，將接收該前置外接電力來源之電力，透過該高效可變飛輪裝置將電力放大後，分配儲存於該多組新型二次電池與該高效可變飛輪裝置整合形成之複合式儲能裝置。
9. 依申請專利範圍第8項所述之供電儲能管理裝置，其中，該前置外接電力來源係可為太陽能發電發電器、風力發電發電器、地熱發電、水力位能發電、及任何形式之直流電源來源，作為不穩定電源之效率化儲能穩定設備，抑或可為外接市電做AC/DC轉換或外加電池以作緊急狀況之應變，以驅動直流動力馬達。
10. 依申請專利範圍第8項所述之供電儲能管理裝置，其中，該前置外接電力來源係透過該電池管理裝置，利用一充電控制器，將來源電力首先充入該高效可變飛輪裝置作電力放大後，再透過該電池管理裝置合理分配儲存於其管控下之各組新型二次電池與該高效可變飛輪裝置整合形成之複合式儲能裝置。
11. 依申請專利範圍第1或2項所述之供電儲能管理裝置，其中，該自體循環之方式，在該高效可變飛輪裝置作為飛輪發電裝置使用時，該電池管理裝置僅在該多組新型二次電池與該電力轉換裝置之間進行偵測、調節與控管，並在該多組新型二次電池電力水位未滿時，回饋供應該高效可變飛輪裝置擴大產生電力，以持續供給該多組新型二次電池電力之充填。
12. 依申請專利範圍第8項所述之供電儲能管理裝置，其中，該整體裝置整合該前置外接電力來源，且該高效可變飛輪裝置作為飛輪儲能裝置使用時，該高效可變飛輪裝置受該電池管理裝置之管控 ，而該電池管理裝置係針對各組新型二次電池之間進行偵測、調節與控管，並對於各種型式之前置外接電力來源進行統收管理、穩定與放大應用。
13. 依申請專利範圍第8項所述之供電儲能管理裝置，其中，該前置外接電力來源係經由一充電控制器之分配，間歇性供應整體裝置之擴大電能需求，並利用一逆變器將多餘電力直接供應交流負載利用。
14. 依申請專利範圍第8項所述之供電儲能管理裝置，其中，該前置外接電力來源之多餘電力，係透過一匯流箱匯集導入一逆變器集中轉換為交流電力，聯合該電池管理裝置終端之電力轉換裝置所轉換出之交流電力，串接通入一電網，匯集而成為一般市電交流負載之智慧電網裝置。
15. 依申請專利範圍第14項所述之供電儲能管理裝置，其中，在該智慧電網裝置設計中，經由該電力轉換裝置所分配出之直流電力，亦可導回該高效可變飛輪裝置，令其持續作飛輪電力之反覆擴大，以供應後端負載之大量需求。