独立型发电系统的蓄电池充电装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种具最大功率追踪功能的独立型发电系统的蓄电池充电装置及其方法。其装置包含直流－直流转换器及控制电路，该控制电路控制该直流－直流转换器；其蓄电池充电方法为：当独立型发电系统的输出功率较小时，启动最大功率追踪功能，其充电电流为连续电流；当独立型发电系统的输出功率较大时，采用脉冲充电方法，并在未超过负载功率及预定蓄电池最大脉冲充电功率的总和下，持续执行最大功率追踪功能；一旦独立型发电系统的输出功率大于负载功率及预定最大脉冲充电功率的总和时，中止执行最大功率追踪功能；一旦当该蓄电池电压超过预定的定电压充电电压时，采用定电压充电。本发明专利技术可有效提升独立型发电系统输出功率的利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具最大功率追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)功能的 独立型(stand-alone)发电系统的蓄电池充电装置及其方法，特别是关于应用于风力、太 阳能发电或其他再生能源发电等需要具最大功率追踪功能的独立型发电系统的蓄电池充 电装置及其方法。
技术介绍
传统小型独立型风力或太阳能发电系统是指将该发电系统所产生的电力直接输 出供应至负载使用，而再将多余电力储存于电池。当该发电系统的输出电力不足时，则由该 电池进行供电。此类型发电系统通常采用较小设备容量，故其相对适用于输配电系统无法 供电的偏远地区，且使用此类型发电系统的区域也大部份处于缺乏电力资源供应的环境， 故有必要尽可能提高此类型发电系统的能量利用率。 由于独立型风力或太阳能发电系统的输出功率不稳定，且有些时间可能低于负载 所需，因此一般独立型风力或太阳能发电系统均配备有蓄电池及其充电装置。为了有效运 用蓄电池在发电系统内储存能量的功能，因而必须充分利用发电系统产生的能量进行快速 充电至该蓄电池，以做为负载的电源。然而，若蓄电池进行不当快速充电时，易导致损坏蓄 电池，即縮短电池寿命。 传统蓄电池充电方法主要包含定电流充电法(constant current chargingmethod)、定电压充电法(constant voltage charging method)、混合定电流/电 压充电法(constant current/constant voltage charging method)及脉冲电流充电法 (pulse current charging method)等。 事实上，前述充电方法各自具有技术优点及缺点。例如小电流定电流充电法有充 电时间过长的缺点；大电流定电流充电法有因过度充电而损坏蓄电池的缺点。定电压充电 法有如因过度放电而导致蓄电池端电压过低时，在开始充电时，因产生过大充电电流而损 坏蓄电池的缺点。混合定电流/电压充电法仍无法改善因大电流充电导致损坏蓄电池的缺 点。至于脉冲电流充电法，其对蓄电池的损坏较小。 —般而言，习用具最大功率追踪功能的独立型发电系统(例如风力或太阳能发 电系统)的蓄电池大都采用定电流与定电压两段式充电，即采用混合定电流/电压充电法。 当该发电系统的输出电能小于负载所需能量Pa(负载功率)及蓄电池充电所需能量Pb(蓄 电池最大定电流的充电功率)时，该发电系统进入最大功率追踪模式；当该发电系统的输 出电能大于负载所需能量及蓄电池充电所需能量的总和Pa+Pb时，为了防止过大的充电电 流损害蓄电池，将该发电系统的输出电能限制低于该负载所需能量及最大充电电流的设定 值之和，亦即必须停止该发电系统的最大功率追踪机制；此时，该发电系统无法输出最大功 率，其所能产生的多余能量无法完全有效的被输出利用。 图1揭示习用具最大功率追踪功能的独立型发电系统的输出功率曲线图。当该独 立型发电系统为太阳能发电系统时，其输出功率特性曲线P1、P2、P3及P4分别代表在不同日照度下该太阳能发电系统输出功率与其输出端电压的关系，其中曲线P4的日照度最强， 而曲线P1的日照度最弱。另外，当该独立型发电系统为风力发电系统时，其输出功率特性 曲线P1、P2、P3及P4分别代表在不同风力下该风力发电系统输出功率与其发电机的转速关 系，其中曲线P4的风速最强、曲线P3的风速次强、曲线P2的风速次弱及曲线P1的风速最 弱。请参照图1所示，其中当曲线P3及P4的最大功率区域大于负载所需能量及蓄电池充 电所需能量的总和Pa+Pb时，将限制该独立型发电系统的输出功率在负载所需能量及蓄电 池充电所需能量的总和Pa+Pb，因而导致其无法完全有效利用该独立型发电系统的输出功 率(如图1中的网格区域所示)。 另一习用太阳能脉冲式充电装置，如中国台湾专利公告第566745号，其揭示的充 电方法与前述充电方法相似。另一习用具最大功率追踪功能的充电装置的充电方法，如美 国公开专利2006/0174939号揭示了太阳能发电系统充电装置的充电方法，其将太阳能经 一充电装置输出一稳定电压后，再输出至蓄电池及负载。当其输出功率小于蓄电池充电及 负载消耗功率的总和时，该充电装置可执行最大功率追踪机制；反之，当其输出功率大于蓄 电池充电及负载消耗功率的总和时，该充电装置停止执行最大功率追踪机制，并将其输出 功率设定于蓄电池充电及负载消耗功率的总和，以维持输出一固定电压，该充电方法为定 电压法。 显然，该2006/0174939号专利虽然可输出稳定电压，以避免该输出电压的剧烈变 动而损害负载，并进一步简化系统结构，但是当蓄电池处于低储能状态时，其电压较低；此 时，若充电装置开始启动在定电压充电模式时，由于蓄电池与充电装置的电压差距过大，因 而产生过大的充电电流，该过大充电电流除了縮短蓄电池的使用寿命之外，亦可能损坏该 充电装置。简言之，该2006/0174939号专利的充电方法仍有必要进一步改善其缺点，以避 免损坏该充电装置及蓄电池；换言之，当将具最大功率追踪功能的充电装置的充电法与其 他充电方法进行整合时，亦仍有必要适当改善其缺点。 中国台湾专利公开公报第200825278号揭示具最大功率追踪功能的风力发电系 统的蓄电池充电方法，但该方法需使用一直流-直流转换器及一脉冲控制(产生)电路，且 该风力发电系统的蓄电池充电方法包含五种工作模式。因此，无论硬件控制电路或控制方 式皆具有较复杂的缺点。
技术实现思路
有鉴于此，为了改良上述缺点，本专利技术的主要目的是提供一种具最大功率追踪功能的独立型发电系统的蓄电池充电装置，该蓄电池充电装置包含一直流-直流转换器及一控制电路；该控制电路控制该直流-直流转换器，以便该直流-直流转换器具有四个工作模 式，该四个工作模式包含最大功率追踪功能、脉冲充电功能、定电压充电功能或其组合，以 达成简化硬件电路及充电模式的目的。 本专利技术的另一目的是提供一种具最大功率追踪功能的独立型发电系统的蓄电池 充电方法，当该独立型发电系统的输出功率较小时，启动最大功率追踪功能，其充电电流为 一连续电流；当该独立型发电系统的输出功率较大时，其采用脉冲充电方法，并在未超过负 载功率及预定蓄电池最大脉冲充电功率的总和下，其能持续执行该最大功率追踪功能；一 旦该独立型发电系统的输出功率大于负载功率及预定最大脉冲充电功率的总和时，中止执行该最大功率追踪功能；及一旦当该蓄电池电压超过一预定的定电压充电电压时，采用定电压充电。 本专利技术的另一目的是提供一种具最大功率追踪功能的独立型发电系统的蓄电池充电方法，其提供四个工作模式，当独立型发电系统的输出功率较小时，启动最大功率追踪功能，其蓄电池的充电电流为一连续电流，若该发电系统的输出功率小于负载功率时，由该发电系统及蓄电池共同供应电力至该负载，当该电池电压低于一预定最小放电电压值时，切离该负载；当该独立型发电系统的输出功率大于该负载功率及蓄电池最大定电流的充电功率的总和时，其改采用脉冲充电方法，并在未超过该负载功率及预定蓄电池最大脉冲充电功率的总和下，其能持续执行该最大功率追踪功能；一旦该独立型发电系统的输出功率超过该负载功率及预定蓄电池最大脉冲充电功率的总和时，中止执行该最大功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种独立型发电系统的蓄电池充电装置，其特征在于包含：直流－直流转换器，其具有数个电力电子开关元件；控制电路，其控制所述直流－直流转换器的电力电子开关元件；其中，独立型发电系统的输出功率等于或大于第一限制功率但小于第二限制功率时，该控制电路控制该直流－直流转换器执行最大功率追踪功能；而当该独立型发电系统的输出功率小于第一限制功率时，该控制电路控制该直流－直流转换器执行最大功率追踪功能，此时该独立型发电系统与该蓄电池共同供应电力至负载；当独立型发电系统的输出功率大于第二限制功率但小于第三限制功率时，该控制电路控制该直流－直流转换器执行脉冲充电方法，并持续执行最大功率追踪功能；当该独立型发电系统的输出功率大于第三限制功率时，该控制电路中止执行最大功率追踪功能，该控制电路控制该直流－直流转换器，将该独立型发电系统的输出功率限制在该负载的功率及蓄电池的预定最大脉冲充电功率的总和，该控制电路仍持续执行脉冲充电功能，以脉冲方式对该蓄电池进行充电。

【技术特征摘要】
一种独立型发电系统的蓄电池充电装置，其特征在于包含直流-直流转换器，其具有数个电力电子开关元件；控制电路，其控制所述直流-直流转换器的电力电子开关元件；其中，独立型发电系统的输出功率等于或大于第一限制功率但小于第二限制功率时，该控制电路控制该直流-直流转换器执行最大功率追踪功能；而当该独立型发电系统的输出功率小于第一限制功率时，该控制电路控制该直流-直流转换器执行最大功率追踪功能，此时该独立型发电系统与该蓄电池共同供应电力至负载；当独立型发电系统的输出功率大于第二限制功率但小于第三限制功率时，该控制电路控制该直流-直流转换器执行脉冲充电方法，并持续执行最大功率追踪功能；当该独立型发电系统的输出功率大于第三限制功率时，该控制电路中止执行最大功率追踪功能，该控制电路控制该直流-直流转换器，将该独立型发电系统的输出功率限制在该负载的功率及蓄电池的预定最大脉冲充电功率的总和，该控制电路仍持续执行脉冲充电功能，以脉冲方式对该蓄电池进行充电。2. 如权利要求1所述的独立型发电系统的蓄电池充电装置，其特征在于 当该蓄电池的电压大于预定定电压充电电压值时，该控制电路终止脉冲充电功能，该控制电路控制该直流_直流转换器执行定电压充电功能，以定电压对该蓄电池进行充电。3. 如权利要求1所述的独立型发电系统的蓄电池充电装置，其特征在于 该独立型发电系统经该直流-直流转换器连接至该蓄电池，该蓄电池经由开关供应电能至该负载。4. 如权利要求1所述的独立型发电系统的蓄电池充电装置，其特征在于 该控制电路连接至该直流_直流转换器，以控制该直流_直流转换器具有最大功率追踪功能、定电压充电、脉冲充电功能或其组合。5. 如权利要求1所述的独立型发电系统的蓄电池充电装置，其特征在于 当该独立型发电系统的输出功率小于该负载功率时，其启动该最大功率追踪功能，该蓄电池及独立型发电系统共同供电至该负载，并判断该蓄电池的电压是否低于预定最小放 电电压值，若该蓄电池的电压低于该预定最小放电电压值时，藉由控制一开关形成开路，而 切离该负载。6. 如权利要求5所述的独立型发电系统的蓄电池充电装置，其特征在于 该预定最小放电电压值为该蓄电池的最低放电电压值。7. 如权利要求1所述的独立型发电系统的蓄电池充电装置，其特征在于 该控制电路采用责任周期扰动方式追踪该独立型发电系统的最大功率。8. 如权利要求7所述的独立型发电系统的蓄电池充电装置，其特征在于 该控制电路的最大功率追踪系读取该独立型发电系统的输入电压及电流，并计算其功率，再经由前一次功率和本次计算功率的比较方式判断其责任周期扰动方向；当本次计算 功率大于前一次功率时，责任周期扰动方向正确，不须改变责任周期扰动方向；当本次计算 功率小...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴坤德，戴宏原，李玠庭，吴长举，冯雅聪，
申请(专利权)人：盈正豫顺电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]