專利名稱：獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置及其方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種具最大功率追蹤(Maximum Power Point Tracking,MPPT)功能的 獨立型(stand-alone)發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置及其方法，特別是關(guān)于應用于風力、太 陽能發(fā)電或其他再生能源發(fā)電等需要具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充 電裝置及其方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)小型獨立型風力或太陽能發(fā)電系統(tǒng)是指將該發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的電力直接輸 出供應至負載使用，而再將多余電力儲存于電池。當該發(fā)電系統(tǒng)的輸出電力不足時，則由該 電池進行供電。此類型發(fā)電系統(tǒng)通常采用較小設備容量，故其相對適用于輸配電系統(tǒng)無法 供電的偏遠地區(qū)，且使用此類型發(fā)電系統(tǒng)的區(qū)域也大部份處于缺乏電力資源供應的環(huán)境， 故有必要盡可能提高此類型發(fā)電系統(tǒng)的能量利用率。 由于獨立型風力或太陽能發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率不穩(wěn)定，且有些時間可能低于負載 所需，因此一般獨立型風力或太陽能發(fā)電系統(tǒng)均配備有蓄電池及其充電裝置。為了有效運 用蓄電池在發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)儲存能量的功能，因而必須充分利用發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的能量進行快速 充電至該蓄電池，以做為負載的電源。然而，若蓄電池進行不當快速充電時，易導致?lián)p壞蓄 電池，即縮短電池壽命。 傳統(tǒng)蓄電池充電方法主要包含定電流充電法(constant current chargingmethod)、定電壓充電法(constant voltage charging method)、混合定電流/電 壓充電法(constant current/constant voltage charging method)及脈沖電流充電法 (pulse current charging method)等。 事實上，前述充電方法各自具有技術(shù)優(yōu)點及缺點。例如小電流定電流充電法有充 電時間過長的缺點；大電流定電流充電法有因過度充電而損壞蓄電池的缺點。定電壓充電 法有如因過度放電而導致蓄電池端電壓過低時，在開始充電時，因產(chǎn)生過大充電電流而損 壞蓄電池的缺點。混合定電流/電壓充電法仍無法改善因大電流充電導致?lián)p壞蓄電池的缺 點。至于脈沖電流充電法，其對蓄電池的損壞較小。 —般而言，習用具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)(例如風力或太陽能發(fā) 電系統(tǒng))的蓄電池大都采用定電流與定電壓兩段式充電，即采用混合定電流/電壓充電法。 當該發(fā)電系統(tǒng)的輸出電能小于負載所需能量Pa(負載功率)及蓄電池充電所需能量Pb(蓄 電池最大定電流的充電功率)時，該發(fā)電系統(tǒng)進入最大功率追蹤模式；當該發(fā)電系統(tǒng)的輸 出電能大于負載所需能量及蓄電池充電所需能量的總和Pa+Pb時，為了防止過大的充電電 流損害蓄電池，將該發(fā)電系統(tǒng)的輸出電能限制低于該負載所需能量及最大充電電流的設定 值之和，亦即必須停止該發(fā)電系統(tǒng)的最大功率追蹤機制；此時，該發(fā)電系統(tǒng)無法輸出最大功 率，其所能產(chǎn)生的多余能量無法完全有效的被輸出利用。 圖1揭示習用具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率曲線圖。當該獨 立型發(fā)電系統(tǒng)為太陽能發(fā)電系統(tǒng)時，其輸出功率特性曲線P1、P2、P3及P4分別代表在不同日照度下該太陽能發(fā)電系統(tǒng)輸出功率與其輸出端電壓的關(guān)系，其中曲線P4的日照度最強， 而曲線P1的日照度最弱。另外，當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)為風力發(fā)電系統(tǒng)時，其輸出功率特性 曲線P1、P2、P3及P4分別代表在不同風力下該風力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率與其發(fā)電機的轉(zhuǎn)速關(guān) 系，其中曲線P4的風速最強、曲線P3的風速次強、曲線P2的風速次弱及曲線P1的風速最 弱。請參照圖1所示，其中當曲線P3及P4的最大功率區(qū)域大于負載所需能量及蓄電池充 電所需能量的總和Pa+Pb時，將限制該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率在負載所需能量及蓄電 池充電所需能量的總和Pa+Pb，因而導致其無法完全有效利用該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功 率(如圖1中的網(wǎng)格區(qū)域所示)。 另一習用太陽能脈沖式充電裝置，如中國臺灣專利公告第566745號，其揭示的充 電方法與前述充電方法相似。另一習用具最大功率追蹤功能的充電裝置的充電方法，如美 國公開專利2006/0174939號揭示了太陽能發(fā)電系統(tǒng)充電裝置的充電方法，其將太陽能經(jīng) 一充電裝置輸出一穩(wěn)定電壓后，再輸出至蓄電池及負載。當其輸出功率小于蓄電池充電及 負載消耗功率的總和時，該充電裝置可執(zhí)行最大功率追蹤機制；反之，當其輸出功率大于蓄 電池充電及負載消耗功率的總和時，該充電裝置停止執(zhí)行最大功率追蹤機制，并將其輸出 功率設定于蓄電池充電及負載消耗功率的總和，以維持輸出一固定電壓，該充電方法為定 電壓法。 顯然，該2006/0174939號專利雖然可輸出穩(wěn)定電壓，以避免該輸出電壓的劇烈變 動而損害負載，并進一步簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但是當蓄電池處于低儲能狀態(tài)時，其電壓較低；此 時，若充電裝置開始啟動在定電壓充電模式時，由于蓄電池與充電裝置的電壓差距過大，因 而產(chǎn)生過大的充電電流，該過大充電電流除了縮短蓄電池的使用壽命之外，亦可能損壞該 充電裝置。簡言之，該2006/0174939號專利的充電方法仍有必要進一步改善其缺點，以避 免損壞該充電裝置及蓄電池；換言之，當將具最大功率追蹤功能的充電裝置的充電法與其 他充電方法進行整合時，亦仍有必要適當改善其缺點。 中國臺灣專利公開公報第200825278號揭示具最大功率追蹤功能的風力發(fā)電系 統(tǒng)的蓄電池充電方法，但該方法需使用一直流-直流轉(zhuǎn)換器及一脈沖控制(產(chǎn)生)電路，且 該風力發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電方法包含五種工作模式。因此，無論硬件控制電路或控制方 式皆具有較復雜的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了改良上述缺點，本發(fā)明的主要目的是提供一種具最大功率追蹤功
能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置，該蓄電池充電裝置包含一直流-直流轉(zhuǎn)換器及一
控制電路；該控制電路控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器，以便該直流-直流轉(zhuǎn)換器具有四個工作模 式，該四個工作模式包含最大功率追蹤功能、脈沖充電功能、定電壓充電功能或其組合，以 達成簡化硬件電路及充電模式的目的。 本發(fā)明的另一目的是提供一種具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池 充電方法，當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率較小時，啟動最大功率追蹤功能，其充電電流為 一連續(xù)電流；當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率較大時，其采用脈沖充電方法，并在未超過負 載功率及預定蓄電池最大脈沖充電功率的總和下，其能持續(xù)執(zhí)行該最大功率追蹤功能；一 旦該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率大于負載功率及預定最大脈沖充電功率的總和時，中止執(zhí)行該最大功率追蹤功能；及一旦當該蓄電池電壓超過一預定的定電壓充電電壓時，采用定電壓充電。 本發(fā)明的另一目的是提供一種具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池
充電方法，其提供四個工作模式，當獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率較小時，啟動最大功率追蹤
功能，其蓄電池的充電電流為一連續(xù)電流，若該發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率小于負載功率時，由該
發(fā)電系統(tǒng)及蓄電池共同供應電力至該負載，當該電池電壓低于一預定最小放電電壓值時，
切離該負載；當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率大于該負載功率及蓄電池最大定電流的充
電功率的總和時，其改采用脈沖充電方法，并在未超過該負載功率及預定蓄電池最大脈沖
充電功率的總和下，其能持續(xù)執(zhí)行該最大功率追蹤功能；一旦該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功
率超過該負載功率及預定蓄電池最大脈沖充電功率的總和時，中止執(zhí)行該最大功率追蹤功
能，當該蓄電池電壓超過預定定電壓充電電壓時，采用定電壓充電，以防止該蓄電池過度充
電，以達成有效提升獨立型發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的利用率的目的。 為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 —種具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置，包含直流-直流轉(zhuǎn)換器，其具有數(shù)個電力電子開關(guān)元件；控制電路，其控制所述直流_直流轉(zhuǎn)換器的電力電子開關(guān)元件。 其蓄電池充電方法包含 當發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率較小時，該控制電路控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器啟動最大功率追蹤功能，其蓄電池的充電電流為一連續(xù)電流，若該發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率小于負載功率時，由該發(fā)電系統(tǒng)及蓄電池共同供應電力至該負載，當該蓄電池電壓低于一預定最小放電電壓值時，切離該負載； 當該發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率大于該負載功率及蓄電池最大定電流的充電功率的總
和時，該控制電路控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器采用脈沖充電方法，并在未超過該負載功率及
預定蓄電池最大脈沖充電功率的總和下，其能持續(xù)執(zhí)行該最大功率追蹤功能； —旦該發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率大于該負載功率及預定蓄電池最大脈沖充電功率的
總和時，該控制電路控制該直流_直流轉(zhuǎn)換器中止執(zhí)行該最大功率追蹤功能，該控制電路
亦控制該直流_直流轉(zhuǎn)換器維持在該預定蓄電池最大脈沖充電功率下進行充電；及 當該蓄電池電壓超過一預定定電壓充電電壓時，該控制電路控制該直流_直流轉(zhuǎn)
換器采用定電壓充電，以防止該蓄電池過度充電。 本發(fā)明的優(yōu)點在于 本發(fā)明的充電方法利用該控制電路及直流-直流轉(zhuǎn)換器依該發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率及蓄電池狀態(tài)選擇最大功率追蹤功能、脈沖充電功能、定電壓充電功能或其組合，從而有效提升獨立型發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的利用率。


圖1為習用具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率曲線圖。
圖2為本發(fā)明較佳實施例的具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)及蓄電池充
電裝置的方塊圖。 圖2A至圖2C為本發(fā)明較佳實施例的具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置中采用直流_直流轉(zhuǎn)換器的電路圖。 圖3為本發(fā)明較佳實施例的具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電方法輸出功率曲線圖。 圖4為本發(fā)明較佳實施例的具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電方法的流程圖。 圖5為本發(fā)明較佳實施例的具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)采用最大功率追蹤方法的流程圖。
具體實施例方式
為了充分了解本發(fā)明，下文將例舉較佳實施例并配合所附圖式作詳細說明，且其并非用以限定本發(fā)明。 本發(fā)明較佳實施例的具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置可應用于風力發(fā)電、太陽能發(fā)電或其他再生能源發(fā)電，其并非用以限定本發(fā)明。
圖2揭示本發(fā)明較佳實施例的具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)及蓄電池充電裝置的方塊圖。請參照圖2所示，本發(fā)明較佳實施例具的最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的電池充電裝置包含獨立型發(fā)電系統(tǒng)1、直流_直流轉(zhuǎn)換器2、控制電路3、蓄電池4及開關(guān)6。該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1用以提供直流電源，該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1選擇為太陽能蓄電池或經(jīng)整流的風力發(fā)電系統(tǒng)。該直流_直流轉(zhuǎn)換器2的輸入連接至該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出，該直流_直流轉(zhuǎn)換器2的輸出則并聯(lián)連接至該蓄電池4，該蓄電池4經(jīng)該開關(guān)6并聯(lián)連接至負載5，以供應電能至該負載5。該控制電路3連接至該直流_直流轉(zhuǎn)換器2，其用以控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器2，使其具有最大功率追蹤功能、脈沖充電功能及定電壓充電功能等。該控制電路3依該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率及該蓄電池4的狀態(tài)選擇執(zhí)行最大功率追蹤功能、脈沖充電功能、定電壓充電功能或其組合，以達成有效提升獨立型發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的利用率的目的。該蓄電池4可用以儲存或釋放電能。當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)l的輸出功率較小時，該控制電路3控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器2執(zhí)行該最大功率追蹤功能，以期利用該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的最大輸出功率；此時，該蓄電池4的充電功率為該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的最大輸出功率與該負載5的功率之差，其充電電流為連續(xù)電流；此時，采用連續(xù)電流對該蓄電池4充電可較脈沖充電充入更大的能量，而若該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率小于該負載5的功率時，則由該蓄電池4與該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1共同供應電力至該負載5，當該蓄電池4的電壓低于預定最小放電電壓值時，則打開該開關(guān)6切離該負載5。當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率大于該蓄電池4的最大定電流的充電功率及該負載5的功率的總和時，該控制電路3控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器2執(zhí)行脈沖充電方法，并在未超過該負載5的功率及蓄電池4的預定最大脈沖充電功率下，執(zhí)行最大功率追蹤功能，以期充分利用該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的最大輸出功率。 一旦該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率大于該負載5的功率及蓄電池4的預定最大脈沖充電功率的總和時，該控制電路3控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器2中止執(zhí)行該最大功率追蹤功能，該控制電路3亦控制該直流_直流轉(zhuǎn)換器2將該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率限制在該負載5的功率及蓄電池4的預定最大脈沖充電功率的總和，此時該控制電路3控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器2仍持續(xù)執(zhí)行脈沖充電功能，以脈沖方式對該蓄電池4充電。當該蓄電池4的電壓大于預定的定電壓充電電壓值時，該控制電路3終止脈沖充電功能，此時該控制電路3控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器2執(zhí)行定電壓充電功能，以定電壓對該蓄電池4進行充電。 圖2A至圖2C揭示本發(fā)明較佳實施例的具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置中采用直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路圖。請參照圖2A至圖2C所示，本發(fā)明可采用非隔離式直流_直流轉(zhuǎn)換器充電架構(gòu)，其選自圖2A的降壓式轉(zhuǎn)換器(buckconverter)、圖2B的升壓式轉(zhuǎn)換器(boost converter)或圖2C的升-降壓式轉(zhuǎn)換器(buck-boostconverter)等，其并非用以限定本發(fā)明的范圍。該降壓式轉(zhuǎn)換器、升壓式轉(zhuǎn)換器及升_降壓式轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)系屬習用直流-直流轉(zhuǎn)換器充電架構(gòu)，于此不予贅述。所述控制電路3即用以控制該直流_直流轉(zhuǎn)換器2 (降壓式轉(zhuǎn)換器、升壓式轉(zhuǎn)換器或升_降壓式轉(zhuǎn)換器)的電力電子開關(guān)元件，以執(zhí)行最大功率追蹤、脈沖充電、定電壓充電等功能或其組合。
圖3揭示本發(fā)明較佳實施例的具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電方法輸出功率曲線圖。當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1為太陽能發(fā)電系統(tǒng)時，其輸出功率特性曲線P1、P2、P3及P4分別代表在不同日照度下該太陽能發(fā)電系統(tǒng)輸出功率與其輸出端電壓的關(guān)系，其中曲線P4的日照度最強，而曲線Pl的日照度最弱。另外，當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1為風力發(fā)電系統(tǒng)時，其輸出功率特性曲線P1、P2、P3及P4分別代表在不同風力下該風力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率與其發(fā)電機的轉(zhuǎn)速關(guān)系，其中曲線P4的風速最強，而曲線P1的風速最弱。請參照圖3所示，其標示第一限制功率Pa、第二限制功率Pa+Pb及第三限制功率Pa+Pc ;其中Pa為負載功率、Pb為蓄電池最大定電流的充電功率，Pc為預定蓄電池最大脈沖充電功率，且第三限制功率Pa+Pc大于第二限制功率Pa+Pb。在曲線P4的最大功率區(qū)域(如圖3的網(wǎng)格區(qū)域所示)大于該第三限制功率Pa+Pc，因而其僅在太陽光照度或風力很強導致產(chǎn)生的功率曲線P4時，無法執(zhí)行最大功率追蹤功能。將圖3與圖1比較時，本發(fā)明無法完全有效利用該獨立型發(fā)電系統(tǒng)l的輸出功率部分遠小于習用獨立型發(fā)電系統(tǒng)的充電裝置(如圖l所示)；因此，本發(fā)明的具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置相對于習用獨立型發(fā)電系統(tǒng)的充電裝置更能有效利用該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出能量，以加速蓄電池充電速率及縮短蓄電池充電時間。 請再參照圖2及圖3所示，本發(fā)明較佳實施例的具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置提供四個工作模式，以執(zhí)行最大功率追蹤、脈沖充電、定電壓充電或其組合。當獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率等于或大于該第一限制功率Pa、但小于第二限制功率Pa+Pb時，執(zhí)行第一工作模式，控制電路3控制直流_直流轉(zhuǎn)換器2執(zhí)行最大功率追蹤功能，以期利用該獨立型發(fā)電系統(tǒng)l的最大輸出功率；此時，開關(guān)6閉合，輸出一功率至負載5，蓄電池4的充電功率為獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的最大輸出功率與負載5功率之差，其充電電流為連續(xù)電流，此時采用連續(xù)電流對蓄電池4充電可較脈沖充電充入更大的能量；而當獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率小于第一限制功率Pa時，控制電路3控制直流-直流轉(zhuǎn)換器2執(zhí)行最大功率追蹤功能，此時獨立型發(fā)電系統(tǒng)1與蓄電池4共同供應電力至負載5。 一旦蓄電池4的電壓低于預定最小放電電壓值時，藉由控制開關(guān)6形成開路，而切離負載5，以避免蓄電池4過度放電；在切離負載5后，仍利用獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率充電至蓄電池4，蓄電池4的較佳預定最小電壓值由蓄電池廠建議的最低放電電壓值獲得。
請再參照圖2及圖3所示，當獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率大于第二限制功率Pa+Pb、但小于第三限制功率Pa+Pc時，執(zhí)行第二工作模式，此時蓄電池4不宜再采用連續(xù)電
8流充電，否則蓄電池4可能過熱而影響壽命，在第二工作模式下控制電路3控制直流_直流轉(zhuǎn)換器2執(zhí)行脈沖充電方法，并持續(xù)執(zhí)行最大功率追蹤功能，以期利用獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的最大輸出功率；此時，開關(guān)6閉合，以輸出一功率至負載5。 請再參照圖2及圖3所示，當獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率大于第三限制功率Pa+Pc時，執(zhí)行第三工作模式，此時不宜再執(zhí)行最大功率追蹤功能，否則會縮短蓄電池4的壽命。在第三工作模式下，控制電路3中止執(zhí)行最大功率追蹤功能，控制電路3控制直流_直流轉(zhuǎn)換器2將獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率限制在負載5的功率及蓄電池4的預定最大脈沖充電功率的總和，此時控制電路3仍持續(xù)執(zhí)行脈沖充電功能，以脈沖方式對蓄電池4進行充電；此時，開關(guān)6閉合，以輸出一功率至負載5。 請再參照圖2所示，當蓄電池4的電壓大于等于預定定電壓充電電壓值Al時，執(zhí)行第四工作模式，此時不宜再利用脈沖充電或連續(xù)電流充電方式對蓄電池4充電，否則造成蓄電池4過充電而縮短蓄電池4的壽命。在第四工作模式下，控制電路3終止脈沖充電功能，此時控制電路3控制直流-直流轉(zhuǎn)換器2執(zhí)行定電壓充電功能，以定電壓對蓄電池4進行充電。該較佳預定定電壓充電電壓值A1由蓄電池廠的建議值獲得。此時，開關(guān)6閉合，以輸出-功率至負載5。 圖4揭示本發(fā)明較佳實施例的具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電方法的流程圖。 請再參照第2至4圖所示，首先，本發(fā)明較佳實施例的具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電方法判斷蓄電池4的電壓是否小于預定定電壓充電電壓值Al 。
若蓄電池4的電壓不小于預定定電壓充電電壓值A1時，直接執(zhí)行第四工作模式，控制電路3控制直流_直流轉(zhuǎn)換器2執(zhí)行定電壓充電功能，以定電壓對蓄電池4進行充電；
若蓄電池4的電壓小于預定定電壓充電電壓值Al時，選擇執(zhí)行第一工作模式或第二工作模式或第三工作模式。其中 當蓄電池4的電壓小于預定定電壓充電電壓值A1時，判斷獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率是否小于第二限制功率Pa+Pb ;若獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率小于第二限制功率Pa+Pb時，執(zhí)行第一工作模式，由控制電路3控制直流_直流轉(zhuǎn)換器2執(zhí)行最大功率追蹤功能，以期利用獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的最大輸出功率；此時開關(guān)6閉合，輸出一功率至負載5，蓄電池4的充電功率為獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的最大輸出功率與負載5的功率之差，其充電電流為連續(xù)電流，若該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率小于第一限制功率Pa時，蓄電池4進行放電，蓄電池4與獨立型發(fā)電系統(tǒng)1共同提供負載5所需的功率。因此，在執(zhí)行第一工作模式時，判斷蓄電池4的電壓是否低于預定最小電壓值；若蓄電池4的電壓低于該預定最小電壓值時，藉由控制開關(guān)6形成開路，而切離負載5，以避免蓄電池4過度放電，并利用獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率向蓄電池4充電。 若獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率大于或等于第二限制功率Pa+Pb時，接著再判斷獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率是否小于第三限制功率Pa+Pc。其中 若獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率小于第三限制功率Pa+Pc時，執(zhí)行第二工作模式，在第二工作模式下該控制電路3控制直流_直流轉(zhuǎn)換器2執(zhí)行脈沖充電方法，并持續(xù)執(zhí)行最大功率追蹤功能，以期利用獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的最大輸出功率；此時開關(guān)6閉合，輸出一功率至負載5。除了脈沖充電功能外，控制電路3仍控制直流_直流轉(zhuǎn)換器2執(zhí)行最大功率
9追蹤功能。 反之，若獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率大于或等于第三限制功率Pa+Pc時，執(zhí)行第三工作模式，在第三工作模式下，控制電路3中止執(zhí)行最大功率追蹤功能，控制電路3控制直流_直流轉(zhuǎn)換器2將獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出功率限制在負載5功率及蓄電池4的預定最大脈沖充電功率的總和，此時控制電路3仍持續(xù)執(zhí)行脈沖充電功能，以脈沖方式對蓄電池4進行充電；此時開關(guān)6閉合，輸出一功率至負載5。 接著，在執(zhí)行第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式及第四工作模式后，再返回判斷蓄電池4的電壓是否小于預定定電壓充電電壓值Al，以重新執(zhí)行工作模式的判斷。 圖5揭示本發(fā)明較佳實施例的具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置中控制電路使用的最大功率追蹤流程機制，其采用責任周期(duty cycle)擾動方式來追蹤該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的最大功率，責任周期為該直流-直流轉(zhuǎn)換器2的電力電子開關(guān)導通時間與切換周期之比，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍。請參照圖5所示，最大功率追蹤流程機制首先讀取該獨立型發(fā)電系統(tǒng)1的輸出電壓Vs。，及電流13。 _，并計算
其功率P，M(n)，再經(jīng)由前一次功率P，Jn-l)和本次計算功率P，M(n)的比較方式判斷其責任周期擾動方向，當本次計算功率Ps。u^(n)大于前一次功率Ps。u^(n-l)時，表示責任周期擾動方向正確，不須改變責任周期擾動方向，即D(k+l) =D(k) + AD。 (D為責任周期，AD為責任周期的變化量)當本次計算功率Ps。，(n)小于前一次功率Ps。u^(n-l)時，表示責任周期擾動方向不正確，需改變責任周期擾動方向，因此先執(zhí)行ADX(-l)，即D(k+l)=D (k) - A D，如此一直重復以上步驟便可順利達到最大功率點，并停留在最大功率點附近來回擾動。 前述較佳實施例僅舉例說明本發(fā)明及其技術(shù)特征，該實施例的技術(shù)仍可適當進行各種實質(zhì)等效修飾及/或替換方式于以實施；因此，本發(fā)明的權(quán)利范圍應視權(quán)利要求書所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
一種獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置，其特征在于包含直流-直流轉(zhuǎn)換器，其具有數(shù)個電力電子開關(guān)元件；控制電路，其控制所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的電力電子開關(guān)元件；其中，獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率等于或大于第一限制功率但小于第二限制功率時，該控制電路控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器執(zhí)行最大功率追蹤功能；而當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率小于第一限制功率時，該控制電路控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器執(zhí)行最大功率追蹤功能，此時該獨立型發(fā)電系統(tǒng)與該蓄電池共同供應電力至負載；當獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率大于第二限制功率但小于第三限制功率時，該控制電路控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器執(zhí)行脈沖充電方法，并持續(xù)執(zhí)行最大功率追蹤功能；當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率大于第三限制功率時，該控制電路中止執(zhí)行最大功率追蹤功能，該控制電路控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器，將該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率限制在該負載的功率及蓄電池的預定最大脈沖充電功率的總和，該控制電路仍持續(xù)執(zhí)行脈沖充電功能，以脈沖方式對該蓄電池進行充電。
2. 如權(quán)利要求1所述的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置，其特征在于 當該蓄電池的電壓大于預定定電壓充電電壓值時，該控制電路終止脈沖充電功能，該控制電路控制該直流_直流轉(zhuǎn)換器執(zhí)行定電壓充電功能，以定電壓對該蓄電池進行充電。
3. 如權(quán)利要求1所述的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置，其特征在于 該獨立型發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)該直流-直流轉(zhuǎn)換器連接至該蓄電池，該蓄電池經(jīng)由開關(guān)供應電能至該負載。
4. 如權(quán)利要求1所述的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置，其特征在于 該控制電路連接至該直流_直流轉(zhuǎn)換器，以控制該直流_直流轉(zhuǎn)換器具有最大功率追蹤功能、定電壓充電、脈沖充電功能或其組合。
5. 如權(quán)利要求1所述的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置，其特征在于 當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率小于該負載功率時，其啟動該最大功率追蹤功能，該蓄電池及獨立型發(fā)電系統(tǒng)共同供電至該負載，并判斷該蓄電池的電壓是否低于預定最小放 電電壓值，若該蓄電池的電壓低于該預定最小放電電壓值時，藉由控制一開關(guān)形成開路，而 切離該負載。
6. 如權(quán)利要求5所述的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置，其特征在于 該預定最小放電電壓值為該蓄電池的最低放電電壓值。
7. 如權(quán)利要求1所述的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置，其特征在于 該控制電路采用責任周期擾動方式追蹤該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的最大功率。
8. 如權(quán)利要求7所述的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置，其特征在于 該控制電路的最大功率追蹤系讀取該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸入電壓及電流，并計算其功率，再經(jīng)由前一次功率和本次計算功率的比較方式判斷其責任周期擾動方向；當本次計算 功率大于前一次功率時，責任周期擾動方向正確，不須改變責任周期擾動方向；當本次計算 功率小于前一次功率時，責任周期擾動方向不正確，需改變責任周期擾動方向。
9. 一種獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電方法，其特征在于包含以下步驟 當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率小于負載功率及蓄電池最大定電流的充電功率的總和時，控制電路控制直流-直流轉(zhuǎn)換器執(zhí)行啟動最大功率追蹤功能，其充電電流為連續(xù)電流；當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率大于負載功率及蓄電池最大定電流的充電功率的總 和時，該控制電路控制該直流_直流轉(zhuǎn)換器執(zhí)行脈沖充電方法，并在該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的 輸出功率未超過該負載功率及蓄電池最大脈沖充電功率的總和下，其持續(xù)執(zhí)行該最大功率 追蹤功能；當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率大于負載功率及蓄電池最大脈沖充電功率的總和時， 該控制電路控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器中止執(zhí)行該最大功率追蹤功能，且將該獨立型發(fā)電系 統(tǒng)的輸出功率維持控制在該負載功率及蓄電池最大脈沖充電功率的總和，并進行脈沖充 電。
10. 如權(quán)利要求9所述的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電方法，其特征在于 當該蓄電池的電壓大于預定定電壓充電電壓值時，該控制電路終止脈沖充電功能，該控制電路控制該直流_直流轉(zhuǎn)換器執(zhí)行定電壓充電功能，以定電壓對該蓄電池進行充電。
11. 如權(quán)利要求9所述的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電方法，其特征在于 該獨立型發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)該直流-直流轉(zhuǎn)換器連接至該蓄電池，該蓄電池經(jīng)由一開關(guān)供應電能至該負載。
12. 如權(quán)利要求9所述的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電方法，其特征在于 該控制電路連接至該直流_直流轉(zhuǎn)換器，以控制該直流_直流轉(zhuǎn)換器具有最大功率追蹤功能、定電壓充電、脈沖充電功能或其組合。
13. 如權(quán)利要求9所述的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電方法，其特征在于 當該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率小于該負載功率時，其啟動該最大功率追蹤功能，該蓄電池及獨立型發(fā)電系統(tǒng)共同供電至該負載，并判斷該蓄電池的電壓是否低于預定最小放 電電壓值，若該蓄電池的電壓低于該預定最小放電電壓值時，藉由控制一開關(guān)形成開路，而 切離該負載。
14. 如權(quán)利要求13所述的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電方法，其特征在于 該預定最小放電電壓值為該蓄電池的最低放電電壓值。
15. 如權(quán)利要求9所述的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電方法，其特征在于 采用責任周期擾動方式來追蹤該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的最大功率。
16. 如權(quán)利要求15所述的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電方法，其特征在于該控制電路的最大功率追蹤系讀取該獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸入電壓及電流，并計算其功 率，再經(jīng)由前一次功率和本次計算功率的比較方式判斷其責任周期擾動方向；當本次計算 功率大于前一次功率時，責任周期擾動方向正確，不須改變責任周期擾動方向；當本次計算 功率小于前一次功率時，責任周期擾動方向不正確，需改變責任周期擾動方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具最大功率追蹤功能的獨立型發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充電裝置及其方法。其裝置包含直流-直流轉(zhuǎn)換器及控制電路，該控制電路控制該直流-直流轉(zhuǎn)換器；其蓄電池充電方法為當獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率較小時，啟動最大功率追蹤功能，其充電電流為連續(xù)電流；當獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率較大時，采用脈沖充電方法，并在未超過負載功率及預定蓄電池最大脈沖充電功率的總和下，持續(xù)執(zhí)行最大功率追蹤功能；一旦獨立型發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率大于負載功率及預定最大脈沖充電功率的總和時，中止執(zhí)行最大功率追蹤功能；一旦當該蓄電池電壓超過預定的定電壓充電電壓時，采用定電壓充電。本發(fā)明可有效提升獨立型發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的利用率。
文檔編號H01M10/44GK101752879SQ20081018049
公開日2010年6月23日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者馮雅聰, 吳坤德, 吳長舉, 戴宏原, 李玠庭 申請人:盈正豫順電子股份有限公司