TWI416844B - Classification of solar energy charging control method - Google Patents

Description

分級式太陽能充電控制方法

本發明係關於一種充電控制方法，尤指一種依據太陽能電池發電量及蓄電池電量而選定一適當大小之充電電流，使充電作業更有效率完成之充電方式。

近年來綠色再生能源日漸受到視人重視，其中太陽能產業之相關研究更是極度熱門。一般以太陽能電池(solar cell)進行光電轉換時，會面臨到能源轉換效率低、易受日照強度影響發電量等缺點，因此針對前述缺點提出相對應的改善之道。例如可對日光進行照射角度的追蹤，以自動將太陽能電池時時刻刻維持在接收最大日照強度，以期能產生最大發電量。

此種最大功率追蹤法除了系統成本高，且必須選用合適的設置場地之外，當日照強度轉弱時，太陽能電源轉換系統係無法提升電力儲存的效率，這是因為當太陽能電池將光能轉換為電能而欲對蓄電池組進行充電時，傳統的充電控制方式均是對整體蓄電池組加以充電，電力係無法有效分配，導致充電時間冗長，若蓄電池組中的充電電池其蓄電量不一致，亦無法因應具不同蓄電量的充電電池而給予適合的充電電流，故充電效率低落。

鑑於現有太陽能之充電方式均是對蓄電池組整體充電，無法根據電池電量及日照強度進行有效率地充電安排，本發明之主要目的係提供一種高效率太陽能充電方法，依據太陽能電池之發電量與蓄電池之剩餘電力進行綜合分析判斷，適時執行最佳的充電模式。

為達成前述目的，本發明高效率太陽能充電方法係包含有：定義變數，係對太陽能電池之發電量、充電電池之蓄電量、充電電流三種變數分別定義出其級距，各變數係依據強弱關係而劃分出四個級距，其中太陽能電池之發電量係具有充足、中等、不足與極弱四級距；建立充電規則，係根據太陽能電池之發電量與充電電池之蓄電量其級距組合態樣，制定在各種組合態樣下所應執行之充電電流大小；偵測太陽能電池之發電量，以確認太陽能電池之發電量屬於何種級距，其中：若太陽能電池之發電量為充足，係可對全部充電電池進行充電；若太陽能電池之發電量為中等，係可對非具有最大蓄電量之其餘充電電池進行充電；若太陽能電池之發電量為不足，係可對具有最低蓄電量之充電電池進行充電；若太陽能電池之發電量為極弱，係以市電對充電電池進行充電。

本發明依據太陽能電池發電量及充電電池蓄電量之級距而預先定義複數種充電電流強度，在實際充電時係根據偵測到的實際太陽能電池發電量及充電電池蓄電量而選定最適合的充電電流，且更進一步考量充電電池之溫度，若溫度高於臨界值則不對電池充電，以避免充電過程發生意外，藉此，本發明可根據太陽能電池發電量對各充電電池進行有效率的充電作業，於最短時間內對系統內之所有充電電池完成充電程序。

請參考第一圖所示，本發明高效率太陽能充電方法係可應用於一太陽能充電系統，該太陽能充電系統包含有：一太陽能電池(solar cell)(10)，係負責將接收到的光能轉換為直流電壓；一直流/直流轉換器(20)，其接收太陽能電池所輸出之直流電壓，進行電壓準位升壓或降壓的調節，並使之穩定在所設定的電壓數值；一充電電路(30)，係接收該直流/直流轉換器(20)輸出的穩定電壓，在充電過程中提供保護作用，防止過度充電及過度放電等；一蓄電池組(40)，係連接該充電電路(30)以進行充電作業，在本實施例中蓄電池組(40)是由複數個充電電池構成，該充電電池可為鋰電池；一微控制器(50)，係偵測前述各元件之電壓信號，包含太陽能電池(10)轉換出之直流電壓以及蓄電池組中(40)各個充電電池的蓄電量，於取得所需之電壓信號後，係控制該充電電路(30)應進行何種充電模式，該微控制器(50)亦監測充電電池的溫度，當判斷溫度過高時，即控制充電電路(30)停止充電作業。

請參考第二圖所示，為本發明之方法流程圖，包含有以下步驟：定義變數(101)，係針對太陽能電池(10)之發電量(W)、充電電池之蓄電量(AH)、充電電流(I)三種變數分別定義出不同級距，如下所列：太陽能電池之發電量(W)係定義有{極弱、不足、中等、充足}，分別表示為{ZE、PS、PM、PL}；充電電池之蓄電量(AH)係定義有{空、少量、中等、充足}，分別表示為{ZE、PS、PM、PL}；充電電流大小(I)係定義有{零、小、中、大}，分別表示為{ZE、PS、PM、PL}；建立充電規則(102)，係根據太陽能電池之發電量(W)、充電電池之蓄電量(AH)而決定應選用何種充電電流對電池進行充電，三者之間的關係說明如下：1.若電池電量是PS而太陽能電池發電量是ZE，則充電電流為PL；2.若電池電量是PS而太陽能電池發電量是PS，則充電電流為PL；3.若電池電量是PS而太陽能電池發電量是PM，則充電電流為PM；4.若電池電量是PS而太陽能電池發電量是PL，則充電電流為PS；5.若電池電量是PM而太陽能電池發電量是ZE，則充電電流為PM；6.若電池電量是PM而太陽能電池發電量是PS，則充電電流為PM；7.若電池電量是PM而太陽能電池發電量是PM，則充電電流為PM；8.若電池電量是PM而太陽能電池發電量是PL，則充電電流為PS；9.若電池電量是PL而太陽能電池發電量是ZE，則充電電流為PS；10.若電池電量是PL而太陽能電池發電量是PS，則充電電流為PS；11.若電池電量是PL而太陽能電池發電量是PM，則充電電流為ZE；12.若電池電量是PL而太陽能電池發電量是PL，則充電電流為ZE。

偵測太陽能電池發電量(W)(103)，在本實施例中係以4W、9.5W、13W做為臨界點而將太陽能電池發電量(W)劃分成四個級距，當偵測到太陽能電池發電量後係判斷其落入於哪一個級距；若太陽能電池發電量大於13W，代表電量為“充足(PL)”，則執行第一副程式(200)，首先分別偵測各充電電池溫度是否大於一臨界值(如40℃)(201)，溫度大於臨界值之充電電池係不充電(202)，若溫度低於臨界值，該充電電池係可被充電，欲對充電電池充電之前再進一步判斷充電電池之蓄電量是否低於一預充電壓(如2.93V)(203)，若未低於該預充電壓則執行正常充電(204)，若是低於該預充電壓則降低充電電流而進行充電(205)，藉此可在充電電池之蓄電量很小時，避免初期以較大的充電電流進入電池，而導致電池燒毀；若太陽能電池發電量介於9.5W~13W之間，代表電量為“中等(PM)”，則執行第二副程式(300)，首先比較各充電電池之蓄電量(301)，判斷是否全部充電電池蓄電量均小於浮充電壓(如4.1V)(302)，若未皆小於浮充電壓(即部分充電電池高於浮充電壓，部分低於浮充電壓)，則代表全部的充電電池皆可接受浮充(303)，此時再進一步判斷各充電電池溫度是否高於臨界值(304)，若高於臨界值，則該充電電池係不充電(305)，若溫度低於臨界值，則該充電電池係可接受充電(306)；在步驟(302)中若判斷全部充電電池均小於浮充電壓，係再進一步判斷充電電池蓄電量是否為最大(307)，其中蓄電量為最大者，亦是不對其進行充電(305)，反之，其它非最大蓄電量的充電電池則接受充電(306)；若太陽能電池發電量介於4W~9.5W之間，代表電量為“不足(PS)”，則執行第三副程式(400)，首先比較各充電電池之蓄電量(401)，判斷充電電池是否小於浮充電壓且不是電量最小的(402)，若判斷結果為是，即代表該充電電池其電量非為最小或是其電量高於浮充電壓，則該充電電池不充電(403)；若判斷結果為否，即代表該充電電池為電量最小且低於浮充電壓，則再偵測該充電電池溫度是否高於臨界值(404)，若該充電電池的溫度高於臨界值，該充電電池不充電(403)，若其溫度未高於臨界值，該充電電池則可充電(405)；若太陽能電池發電量低於4W，代表電量為極弱(ZE)，此時，係切換成由市電供電(104)，而不由太陽能電池提供充電能源。

在對電池進行充電或不充電作業後，係執行延遲(105)動作，該延遲時間可為30秒，於延遲(105)後係再次偵測太陽能電池發電量(103)，再度執行前述判斷流程。

本發明將太陽能電池發電量及充電電池蓄電量分別劃分成數個不同級距，以不同級距之組合方式而定義適當的充電電流強度，在實際充電時更監測充電電池之溫度，若溫度高於臨界值則不對電池充電，以避免充電過程發生意外，藉此，本發明可根據太陽能電池發電量對充電電池進行有效率的充電作業，於最短時間內對系統內之充電電池完成充電程序。

(10)．．．太陽能電池

(20)．．．直流/直流轉換器

(30)．．．充電電路

(40)．．．蓄電池組

(50)．．．微控制器

第一圖：係執行本發明高效率太陽能充電方法之一太陽能充電系統架構圖。

第二圖：係本發明充電方法之流程圖。

Claims (11)

1. 一種分級式太陽能充電控制方法，包含有：定義變數，係對太陽能電池之發電量、充電電池之蓄電量、充電電流三種變數分別定義出其級距，各變數係依據強弱關係而劃分出四個級距，其中太陽能電池之發電量係具有充足、中等、不足與極弱四級距；建立充電規則，係根據太陽能電池之發電量與充電電池之蓄電量其級距組合態樣，制定在各種組合態樣下所應執行之充電電流大小；偵測太陽能電池之發電量，以確認太陽能電池之發電量屬於何種級距，其中：若太陽能電池之發電量為充足，係可對全部充電電池進行充電；若太陽能電池之發電量為中等，係可對非具有最大蓄電量之其餘充電電池進行充電；若太陽能電池之發電量為不足，係可對具有最低蓄電量之充電電池進行充電；若太陽能電池之發電量為極弱，係以市電對充電電池進行充電。
2. 如申請專利範圍第1項所述之分級式太陽能充電控制方法，其中：該充電電池之蓄電量係劃分有充足、中等、少量與空四個級距；該充電電流係劃分有大、中、小與零四個級距；於該建立充電規則之步驟中，係建立有十二種充電規則：(1)若充電電池電量是“少量”而太陽能電池發電量是“極弱”，則充電電流為“大”；(2)若充電電池電量是“少量”而太陽能電池發電量是“不足”，則充電電流為“大”；(3)若充電電池電量是“少量”而太陽能電池發電量是“中等”，則充電電流為“中”；(4)若充電電池電量是“少量”而太陽能電池發電量是“充足”，則充電電流為“小”；(5)若充電電池電量是“中等”而太陽能電池發電量是“極弱”，則充電電流為“中”；(6)若充電電池電量是“中等”而太陽能電池發電量是“不足”，則充電電流為“中”；(7)若充電電池電量是“中等”而太陽能電池發電量是“中等”，則充電電流為“中”；(8)若充電電池電量是“中等”而太陽能電池發電量是“充足”，則充電電流為“小”；(9)若充電電池電量是“充足”而太陽能電池發電量是“極弱”，則充電電流為“小”；(10)若充電電池電量是“充足”而太陽能電池發電量是“不足”，則充電電流為“小”；(11)若充電電池電量是“充足”而太陽能電池發電量是“中等”，則充電電流為“零”；(12)若充電電池電量是“充足”而太陽能電池發電量是“充足”，則充電電流為“零”。
3. 如申請專利範圍第2項所述之分級式太陽能充電控制方法，若太陽能電池之發電量為充足時，係進一步執行下列步驟：分別偵測各充電電池溫度是否大於一臨界值，若溫度大於臨界值之充電電池係不充電；若充電電池之溫度低於臨界值，係再進一步判斷該充電電池之蓄電量是否低於一預充電壓，若未低於該預充電壓則執行正常充電，若是低於該預充電壓則降低充電電流而進行充電。
4. 如申請專利範圍第2項所述之分級式太陽能充電控制方法，若太陽能電池之發電量為中等時，係進一步執行下列步驟：比較各充電電池之蓄電量，判斷是否全部充電電池蓄電量均小於浮充電壓；若未皆小於浮充電壓，則代表全部的充電電池皆可接受浮充，係再進一步判斷各充電電池溫度是否高於臨界值，若高於臨界值，則該充電電池係不充電，若溫度低於臨界值，則該充電電池係可接受充電；若判斷全部充電電池均小於浮充電壓，係再進一步判斷充電電池蓄電量是否為最大，其中蓄電量為最大者，不對其進行充電；而其它非最大蓄電量的充電電池則接受充電。
5. 如申請專利範圍第3項所述之分級式太陽能充電控制方法，若太陽能電池之發電量為中等時，係進一步執行下列步驟： 比較各充電電池之蓄電量，判斷是否全部充電電池蓄電量均小於浮充電壓；若未皆小於浮充電壓，則代表全部的充電電池皆可接受浮充，係再進一步判斷各充電電池溫度是否高於臨界值，若高於臨界值，則該充電電池係不充電，若溫度低於臨界值，則該充電電池係可接受充電；若判斷全部充電電池均小於浮充電壓，係再進一步判斷充電電池蓄電量是否為最大，其中蓄電量為最大者，不對其進行充電；而其它非最大蓄電量的充電電池則接受充電。
6. 如申請專利範圍第2項所述之分級式太陽能充電控制方法，若太陽能電池之發電量為不足時，係進一步執行下列步驟：比較各充電電池之蓄電量，並判斷充電電池是否小於浮充電壓且不是電量最小的；若前述判斷結果為是，則該充電電池不充電；若前述判斷結果為否，則再偵測該充電電池溫度是否高於臨界值，若該充電電池的溫度高於臨界值，該充電電池不充電，若其溫度未高於臨界值，該充電電池則可充電。
7. 如申請專利範圍第3項所述之分級式太陽能充電控制方法，若太陽能電池之發電量為不足時，係進一步執行下列步驟：比較各充電電池之蓄電量，並判斷充電電池是否小於浮充電壓且不是電量最小的；若前述判斷結果為是，則該充電電池不充電； 若前述判斷結果為否，則再偵測該充電電池溫度是否高於臨界值，若該充電電池的溫度高於臨界值，該充電電池不充電，若其溫度未高於臨界值，該充電電池則可充電。
8. 如申請專利範圍第4項所述之分級式太陽能充電控制方法，若太陽能電池之發電量為不足時，係進一步執行下列步驟：比較各充電電池之蓄電量，並判斷充電電池是否小於浮充電壓且不是電量最小的；若前述判斷結果為是，則該充電電池不充電；若前述判斷結果為否，則再偵測該充電電池溫度是否高於臨界值，若該充電電池的溫度高於臨界值，該充電電池不充電，若其溫度未高於臨界值，該充電電池則可充電。
9. 如申請專利範圍第5項所述之分級式太陽能充電控制方法，若太陽能電池之發電量為不足時，係進一步執行下列步驟：比較各充電電池之蓄電量，並判斷充電電池是否小於浮充電壓且不是電量最小的；若前述判斷結果為是，則該充電電池不充電；若前述判斷結果為否，則再偵測該充電電池溫度是否高於臨界值，若該充電電池的溫度高於臨界值，該充電電池不充電，若其溫度未高於臨界值，該充電電池則可充電。
10. 如申請專利範圍第1至9項任一項所述之分級式太陽能充電控制方法，該充電電池係為鋰電池。
11. 如申請專利範圍第3至9項任一項所述之分級式太陽能充電控制方法，於判斷充電電池之溫度是否低於臨界 值之步驟中，該臨界值係為40℃。