[发明专利]独立型发电系统的蓄电池充电装置及其方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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，即缩短电池寿命。

传统蓄电池充电方法主要包含：定电流充电法(constant current charging  method)、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。

一般而言，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)。