TWI829161B - 儲能裝置及其電源供應方法 - Google Patents

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Abstract

一種儲能裝置及其電源供應方法。控制電源轉換電路將預設期間的交流輸出電壓降低至預設電壓，控制電源轉換電路由輸出預設電壓轉為輸出突波電壓，而使電源轉換電路進入突波產生期間，並依據電源轉換電路的輸出端在突波產生期間是否產生突波電流來判斷是否關閉儲能裝置。

Description

儲能裝置及其電源供應方法
本發明是有關於一種電源裝置，且特別是有關於一種儲能裝置及其電源供應方法。
儲能系統是以內部電池儲存電能，當有負載需求時，透過電能轉換單元(DC/DC converter, DC/AC inverter)，將儲存於電池的直流電轉換成負載所需的交流電。在電能轉換過程中，不可避免的會產生功耗。即使在儲能系統沒有接上負載的狀態下，只要電能轉換單元在工作，就會產生功耗，而持續的功耗會將電池電能耗盡。舉例來說，當使用者使用完了負載，將負載移除，但並未將儲能系統的輸出關閉，儲能系統內部的電能轉換單元持續運作，一段時間後，若電能轉換單元的功耗將電池能量消耗殆盡，等使用者下次要使用時，電池將無電量供使用者使用。
本發明提供一種儲能裝置及其電源供應方法，可精確地判斷負載是否已自儲能裝置移除，並在負載自儲能裝置移除時自動地關閉儲能裝置，而可有效降低功率損耗。
本發明的儲能裝置包括電池模組、電源轉換電路、感測電路以及控制電路。電池模組提供直流電壓。電源轉換電路耦接電池模組，將直流電壓轉換為交流輸出電壓，以提供交流輸出電壓至電源轉換電路的輸出端對負載進行供電。感測電路耦接電源轉換電路的輸出端，感測電源轉換電路的輸出端的電流與電壓。控制電路耦接電源轉換電路與感測電路，控制電源轉換電路將預設期間的交流輸出電壓降低至預設電壓，控制電源轉換電路由輸出預設電壓轉為輸出突波電壓，而使電源轉換電路進入突波產生期間，控制電路依據電源轉換電路的輸出端在突波產生期間是否產生突波電流來判斷是否關閉儲能裝置。
在本發明的一實施例中，上述的突波電流反應負載的等效電容而產生。
在本發明的一實施例中，上述的突波產生期間的起始時間點對應交流輸出電壓達到峰值電壓的時間點。
在本發明的一實施例中，上述的預設期間為交流輸出電壓的1/4週。
在本發明的一實施例中，上述的預設電壓的電壓值接近0。
在本發明的一實施例中，上述的控制電路依據感測電路感測到的電流是否大於預設電流來判斷電源轉換電路的輸出端是否產生突波電流。
在本發明的一實施例中，上述的控制電路於該突波產生期間控制電源轉換電路產生的突波電壓為交流輸出電壓的正常峰值電壓的1.1~1.2倍。
在本發明的一實施例中，上述的控制電路於突波產生期間結束後控制電源轉換電路正常地產生交流輸出電壓。
本發明還提供一種儲能裝置的電源供應方法，該儲能裝置包括電池模組以及電源轉換電路，電源轉換電路將電池模組提供的直流電壓轉換為交流輸出電壓，以提供交流輸出電壓至電源轉換電路的輸出端對負載進行供電，儲能裝置的電源供應方法包括下列步驟。感測電源轉換電路的輸出端的電流與電壓。控制電源轉換電路將預設期間的交流輸出電壓降低至預設電壓。控制電源轉換電路由輸出預設電壓轉為輸出突波電壓，而使電源轉換電路進入突波產生期間。依據電源轉換電路的輸出端在突波產生期間是否產生突波電流來判斷是否關閉儲能裝置。
在本發明的一實施例中，上述的突波電流反應負載的等效電容而產生。
在本發明的一實施例中，上述的突波產生期間的起始時間點對應交流輸出電壓達到峰值電壓的時間點。
在本發明的一實施例中，上述的預設期間為交流輸出電壓的1/4週。
在本發明的一實施例中，上述的預設電壓的電壓值接近0。
在本發明的一實施例中，上述的儲能裝置的電源供應方法包括，依據感測電路感測到的電流是否大於預設電流來判斷電源轉換電路的輸出端是否產生突波電流。
在本發明的一實施例中，於突波產生期間控制電源轉換電路產生的突波電壓為交流輸出電壓的正常峰值電壓的1.1~1.2倍。
在本發明的一實施例中，上述的儲能裝置的電源供應方法包括，於突波產生期間結束後控制電源轉換電路正常地產生交流輸出電壓。
基於上述，本發明的實施例可控制電源轉換電路將預設期間的交流輸出電壓降低至預設電壓，控制電源轉換電路由輸出預設電壓轉為輸出突波電壓，而使電源轉換電路進入突波產生期間，並依據電源轉換電路的輸出端在突波產生期間是否產生突波電流來判斷是否關閉儲能裝置。如此可精確地判斷負載是否已自儲能裝置移除，並在負載自儲能裝置移除時自動地關閉儲能裝置，而可有效降低功率損耗。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是依照本發明實施例的一種儲能裝置的示意圖，請參考圖1。儲能裝置100可為一種電源供應的裝置，用以對負載110供電。儲能裝置100包括電池模組102、控制電路104、電源轉換電路106及感測電路108。電池模組102耦接電源轉換電路106。電源轉換電路106耦接控制電路104，且電源轉換電路106的輸出端耦接感測電路108及儲能裝置100外接的負載110。控制電路104耦接感測電路108。
電源轉換電路106可將由電池模組102提供的直流電壓轉換成交流輸出電壓VAC，以提供交流輸出電壓VAC至電源轉換電路106的輸出端對負載110進行供電。進一步來說，電源轉換電路106可如圖1所示，包括直流直流轉換電路(DC/DC converter)112及直流交流逆變器(DC/AC inverter)114，直流直流轉換電路112耦接電池模組102、控制電路104及直流交流逆變器114。直流交流逆變器114耦接控制電路104。直流直流轉換電路112可將由電池模組102提供的直流電壓轉換為直流電壓VDC，並提供直流電壓VDC至直流交流逆變器114。直流直流轉換電路112可例如為升壓轉換器，然不以此為限。直流交流逆變器114可將直流電壓VDC轉換成交流輸出電壓VAC。感測電路108可感測電源轉換電路106輸出端的交流輸出電壓VAC以及電流I1，並將感測結果提供給控制電路104。
控制電路104可控制電源轉換電路106將預設期間的交流輸出電壓VAC降低至預設電壓，並控制電源轉換電路106由輸出預設電壓轉為輸出突波電壓，而使電源轉換電路106進入突波產生期間，控制電路104依據電源轉換電路106的輸出端在突波產生期間是否產生突波電流來判斷是否關閉儲能裝置100。例如在突波產生期間產生突波電流的情形下，代表負載110為連接至儲能裝置100，因此控制電路104可不需關閉儲能裝置100。而在突波產生期間未產生突波電流的情形下，代表負載110為已自儲能裝置100移除，控制電路104可關閉儲能裝置100，例如可使儲能裝置100中的各個電路停止運作，或使儲能裝置100僅以重新回復正常運作所需的電力使必要的電路運作，以降低消耗功率，節省電池模組102的能量損耗。
由於即使在負載110的輸入電容很小的情形下，突波產生期間產生的突波電流仍可反應出負載110的存在，因此通過判斷在通過突波產生期間是否產生突波電流，可精確地判斷負載是否已自儲能裝置移除，進而可在負載自儲能裝置移除時自動地關閉儲能裝置100，有效降低功率損耗。
圖2是依照本發明一實施例的直流交流逆變器的示意圖。電源轉換電路106的直流交流逆變器114的實施方式可例如圖2所示，包括電壓轉換開關電路210及電感電容電路220。電壓轉換開關電路210耦接電感電容電路220。電感電容電路220耦接負載110的等效電容CL。詳細來說，電壓轉換開關電路210可包括電壓轉換開關211~214，電感電容電路220可包括電感L1以及輸出電容C1，電壓轉換開關211~214可以設置為全橋式電路，其中電壓轉換開關211及212串接於直流電壓VDC與參考電壓VR之間，電壓轉換開關213及214串接於直流電壓VDC與參考電壓VR之間，電感L1耦接於電壓轉換開關211、212的共同接點與負載110的等效電容CL的一端，負載110的等效電容CL的另一端耦接電壓轉換開關213與214的共同接點。
電壓轉換開關電路210可接收直流電壓VDC，並受控於控制電路104切換電壓轉換開關211~214的導通狀態，而於輸出電容C1上產生交流輸出電壓VAC。在檢測負載110時，電壓轉換開關211~214受控於控制電路104，而於預設期間將交流輸出電壓VAC降低至預設電壓，而後再進入突波產生期間轉為輸出突波電壓，其中突波產生期間的起始時間點對應交流輸出電壓VAC達到峰值電壓的時間點，於突波產生期間電源轉換電路106產生的突波電壓的峰值可例如為交流輸出電壓VAC的正常峰值電壓的1.1~1.2倍，然不以此為限。在於突波產生期間結束後電源轉換電路106正常地產生交流輸出電壓VAC，亦即產生具有固定振幅的正弦波。
舉例來說，如圖3A所示，控制電路104可控制電壓轉換開關211~214將時間點B~時間點C(預設期間)的交流輸出電壓VAC的電壓值降低至接近0，並於時間點C~時間點D(突波產生期間)轉為輸出突波電壓。其中預設期間為交流輸出電壓VAC的1/4週，然不以此為限。其中在負載110耦接至儲能裝置100的情形下，感測電路108可如圖3A所示，在時間點C~時間點D感測到突波電流。控制電路104可例如依據感測電路108感測到的電流是否大於預設電流來判斷電源轉換電路的輸出端是否產生突波電流。於突波產生期間結束後電源轉換電路106回復產生正常的交流輸出電壓VAC（例如時間點D~時間點E的交流輸出電壓VAC）。
由圖3A可看出，雖然在時間點C~時間點D以外的期間，感測電路108因負載110的等效電容CL過小而無法感測到電流I1，通過在時間點C~時間點D使直流交流逆變器114輸出突波電壓，可產生反應等效電容CL的突波電流，從而依據突波電流的產生判斷負載110為處於耦接至儲能裝置100的狀態。
值得注意的是，圖3A實施例為將預設期間設定為交流輸出電壓VAC的負半周中的時間點B~時間點C，然而在其他實施例並不以此為限，在其他實施例中，預設期間的起始時間與結束時間可任意設定。舉例來說，在圖3B實施例中，也可將預設期間設定為交流輸出電壓VAC的正半周中的時間點B~時間點C，同樣可達到產生反應等效電容CL的突波電流的效果。此外，在其他實施例中，預設期間也不限定為交流輸出電壓VAC的1/4周，設計者可依據實際需求設定預設期間的時間長度。此外，預設期間內交流輸出電壓VAC的電壓值也不限定於接近0，其也可設定為0或其他電壓值。
此外，在負載110未耦接至儲能裝置100的情形下，感測電路108可如圖4A與4B所示，控制電路104同樣控制電壓轉換開關211~214將時間點B~時間點C(預設期間)的交流輸出電壓VAC的電壓值降低至接近0，並於時間點C~時間點D(突波產生期間)轉為輸出突波電壓。然而由於負載110未耦接至儲能裝置100，直流交流逆變器114的輸出端為開路狀態，因此在時間點C~時間點D，直流交流逆變器114的輸出端不會產生突波電流，藉此，控制電路104可判斷負載110未耦接至儲能裝置100的狀態，而可關閉儲能裝置100，以降低消耗功率，節省電池模組102的能量損耗。
圖5是依照本發明的實施例的一種儲能裝置的電源供應方法的流程圖。其中儲能裝置包括電池模組以及電源轉換電路。電源轉換電路將電池模組提供的直流電壓轉換為交流輸出電壓，以提供交流輸出電壓至電源轉換電路的輸出端對負載進行供電。其中交流輸出電壓可例如產生於耦接於電源轉換電路的輸出端的輸出電容上，電源轉換電路可包括直流直流轉換電路以及直流交流逆變器，直流交流逆變器包括輸出電容。由上述實施例可知，電源供應裝置的電源供應方法可包括下列步驟。首先，感測電源轉換電路的輸出端的電流與電壓(步驟S502)，進一步來說，交流輸出電壓可例如先藉由控制直流直流轉換電路將直流電壓進行升壓，並控制直流交流逆變器轉換升壓後的直流電壓而得到。接著，控制電源轉換電路將預設期間的交流輸出電壓降低至預設電壓(步驟S504)，其中預設期間可例如為交流輸出電壓的1/4週，預設電壓的電壓值可例如為接近0，然不以此為限。然後，控制電源轉換電路由輸出預設電壓轉為輸出突波電壓，而使電源轉換電路進入突波產生期間(步驟S506)，突波產生期間的起始時間點可例如對應交流輸出電壓達到峰值電壓的時間點，於突波產生期間控制電源轉換電路產生的突波電壓可例如為交流輸出電壓的正常峰值電壓的1.1~1.2倍，然不以此為限。之後，依據電源轉換電路的輸出端在突波產生期間是否產生突波電流來判斷是否關閉儲能裝置(步驟S508)，其中突波電流為反應負載的等效電容而產生，因此可通過判斷突波電流是否產生來判斷負載是否耦接到儲能裝置，例如可依據感測電路感測到的電流是否大於預設電流來判斷電源轉換電路的輸出端是否產生突波電流，進而決定是否關閉儲能裝置。此外，在突波產生期間結束後可控制電源轉換電路正常地產生交流輸出電壓。
綜上所述，本發明的實施例可控制電源轉換電路將預設期間的交流輸出電壓降低至預設電壓，控制電源轉換電路由輸出預設電壓轉為輸出突波電壓，而使電源轉換電路進入突波產生期間，並依據電源轉換電路的輸出端在突波產生期間是否產生突波電流來判斷是否關閉儲能裝置。如此可精確地判斷負載是否已自儲能裝置移除，並在負載自儲能裝置移除時自動地關閉儲能裝置，而可有效降低功率損耗。
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。
100：儲能裝置 102：電池模組 104：控制電路 106：電源轉換電路 108：感測電路 110：負載 112：直流直流轉換電路 114：直流交流逆變器 210：電壓轉換開關電路 211~214：電壓轉換開關 220：電感電容電路 VAC：交流輸出電壓 VDC：直流電壓 I1：電流 VR：參考電壓 CL：等效電容 C1：輸出電容 L1：電感 S502~S508：儲能裝置的電源供應方法步驟
圖1是依照本發明的實施例的一種儲能裝置的示意圖。 圖2是依照本發明另一實施例的直流交流逆變器的示意圖。 圖3A~圖4B是依照本發明實施例的交流輸出電壓以及電流的示意圖。 圖5是依照本發明的實施例的一種儲能裝置的電源供應方法的流程圖。
S502~S508：儲能裝置的電源供應方法步驟

Claims (16)

  1. 一種儲能裝置，包括：一電池模組，提供一直流電壓；一電源轉換電路，耦接該電池模組，將該直流電壓轉換為一交流輸出電壓，以提供該交流輸出電壓至該電源轉換電路的輸出端對一負載進行供電；一感測電路，耦接該電源轉換電路的該輸出端，感測該電源轉換電路的該輸出端的電流與電壓；以及一控制電路，耦接該電源轉換電路與該感測電路，控制該電源轉換電路將一預設期間的該交流輸出電壓降低至一預設電壓，控制該電源轉換電路由輸出該預設電壓轉為輸出一突波電壓，而使該電源轉換電路進入一突波產生期間，該控制電路依據該電源轉換電路的該輸出端在該突波產生期間是否產生一突波電流來判斷是否關閉該儲能裝置。
  2. 如請求項1所述的儲能裝置，其中該突波電流反應該負載的等效電容而產生。
  3. 如請求項1所述的儲能裝置，其中該突波產生期間的起始時間點對應該交流輸出電壓達到峰值電壓的時間點。
  4. 如請求項1所述的儲能裝置，其中該預設期間為該交流輸出電壓的1/4週。
  5. 如請求項1所述的儲能裝置，其中該預設電壓的電壓值接近0。
  6. 如請求項1所述的儲能裝置，其中該控制電路依據該感測電路感測到的電流是否大於一預設電流來判斷該電源轉換電路的該輸出端是否產生該突波電流。
  7. 如請求項1所述的儲能裝置，其中該控制電路於該突波產生期間控制該電源轉換電路產生的該突波電壓為該交流輸出電壓的正常峰值電壓的1.1~1.2倍。
  8. 如請求項1所述的儲能裝置，其中該控制電路於該突波產生期間結束後控制該電源轉換電路正常地產生該交流輸出電壓。
  9. 一種儲能裝置的電源供應方法，該儲能裝置包括一電池模組以及一電源轉換電路，該電源轉換電路將該電池模組提供的一直流電壓轉換為一交流輸出電壓，以提供該交流輸出電壓至該電源轉換電路的輸出端對一負載進行供電，該儲能裝置的電源供應方法包括：感測該電源轉換電路的該輸出端的電流與電壓；控制該電源轉換電路將一預設期間的該交流輸出電壓降低至一預設電壓；控制該電源轉換電路由輸出該預設電壓轉為輸出一突波電壓，而使該電源轉換電路進入一突波產生期間；以及依據該電源轉換電路的該輸出端在該突波產生期間是否產生一突波電流來判斷是否關閉該儲能裝置。
  10. 如請求項9所述的儲能裝置的電源供應方法，其中 該突波電流反應該負載的等效電容而產生。
  11. 如請求項9所述的儲能裝置的電源供應方法，其中該突波產生期間的起始時間點對應該交流輸出電壓達到峰值電壓的時間點。
  12. 如請求項9所述的儲能裝置的電源供應方法，其中該預設期間為該交流輸出電壓的1/4週。
  13. 如請求項9所述的儲能裝置的電源供應方法，其中該預設電壓的電壓值接近0。
  14. 如請求項9所述的儲能裝置的電源供應方法，包括：依據感測到的電流是否大於一預設電流來判斷該電源轉換電路的該輸出端是否產生該突波電流。
  15. 如請求項9所述的儲能裝置的電源供應方法，其中於該突波產生期間控制該電源轉換電路產生的該突波電壓為該交流輸出電壓的正常峰值電壓的1.1~1.2倍。
  16. 如請求項9所述的儲能裝置的電源供應方法，包括：於該突波產生期間結束後控制該電源轉換電路正常地產生該交流輸出電壓。
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