专利名称：混合式智能型电源管理器与方法
技术领域：
本发明系一种智能型电源管理技术，尤指一种可输入多种电源，并可自动判断最佳供电模式之智能型电源管理器与方法。
背景技术：
自公元1975年能源危机爆发后，找寻替代能源以减少过度依赖石化燃料便成为世界各国所共同努力的目标之一。相较于核能及火力发电具有高污染及潜在的危险性，再生能源则具有取之不尽、用之不竭及无污染的特色，因而再生能源发电技术成为新一代的发电方式。台湾位于亚热带邻近赤道，特别是在夏季日照充足，拥有充分的日光， 且在冬季东北风盛行，蕴含大量风能，目前主要是以太阳能、风力、生质能及水力等生生不息的天然资源作为发电来源。然，虽然再生能源有比传统发电更多的优点，但是各别运用上受限于发电量密度太低，且会随着季节环境变化导致发电量不稳定(例如当时的日照强度、风力强度)，并无法稳定的提供负载稳定的电力。是以，要如何解决上述习用之问题与缺失，即为本发明之发明人与从事此行业之相关厂商所亟欲研究改善之方向所在者。
发明内容
故，本发明之发明人有鉴于上述缺失，乃搜集相关资料，经由多方评估及考虑，并以从事于此行业累积之多年经验，经由不断试作及修改，始设计出此种可输入多种电源，并可自动判断最佳供电模式之智能型电源管理器与方法发明专利者。本发明之主要目的在于提供一种可自动判断最佳供电模式之智能型电源管理器与方法。为了达到上述之目的，本发明智能型电源管理器系可供应电力至负载，包括有至少一电源，系可供电至该负载，包括有至少二再生能源、一市电以及一电池；至少一转换模块，系可将该电源转换为可供电至该负载之电力，该转换模块系电性连接于该电源；以及一中央处理模块，系电性连接于该电源，包括有一取样单元，系可供侦测该再生能源与该电池之输出状态而产生模拟讯号，并将侦测结果转换为数字讯号并传出；一切换单元，系可供切换为该再生能源供电至该负载之绿能模式、切换为该再生能源充电至该电池并由电池供电至该负载之电池模式或是切换为该市电供电至该负载之市电模式；以及一控制单元，系可供接收该取样单元之数字讯号，并根据该数字讯号控制该切换单元，若该再生能源输出状态足以供电至该负载，则令该切换单元切换为绿能模式，若该再生能源输出状态不足以供电至该负载，则令该切换单元切换为电池模式，若该再生能源与该电池之输出状态皆不足以供电至该负载，则令该切换单元切换为市电模式。其中，由于本发明包括有中央处理模块，该中央处理模块包括取样单元、切换单元以及控制单元。该取样单元系可供侦测该再生能源与该电池之输出状态而产生模拟讯号，并将侦测结果转换为数字讯号并传出；该切换单元系可供切换为该再生能源供电至该负载之绿能模式、切换为该再生能源充电至该电池并由电池供电至该负载之电池模式或是切换为该市电供电至该负载之市电模式；而该控制单元系可供接收该取样单元之数字讯号，并根据该数字讯号控制该切换单元切换为绿能模式、电池模式或是市电模式。藉此，本发明可以根据目前的电源输入状态来选择最佳的电源供应模式，有效的针对习用电源管理器无法智能判断电源供应模式之问题加以突破，为确实具有实用进步性。本发明智能型电源管理方法系可供应电力至负载，包括有提供至少一再生能源、一市电以及一电池；将该再生能源、该市电或该电池转换为可供电至该负载之电力；侦测该再生能源与该电池之输出状态并根据该输出状态进行控制；若该再生能源输出状态足以供电至该负载，则令该再生能源供电至该负载；若该再生能源输出状态不足以供电至该负载，则令该再生能源充电至该电池并由电池供电至该负载；以及若该再生能源与该电池之输出状态皆不足以供电至该负载，则令该市电供电至该负载。其中，由于本发明电源管理方法系依据下列步骤进行，侦测该再生能源与该电池之输出状态并根据该输出状态进行控制；若该再生能源输出状态足以供电至该负载，则令该再生能源供电至该负载；若该再生能源输出状态不足以供电至该负载，则令该再生能源充电至该电池并由电池供电至该负载；以及若该再生能源与该电池之输出状态皆不足以供电至该负载，则令该市电供电至该负载。藉此，本发明可以根据目前的电源输入状态来选择最佳的电源供应模式，有效的针对习用电源管理方法无法智能判断电源供应模式之问题加以突破，为确实具有实用进步性。
图I系为本发明较佳实施例之方块图。图2系为本发明较佳实施例之流程图。图3系为本发明较佳实施例之架构图。主要组件符号说明I再生能源21转换模块11转换模块3电池12风力发电机31电压控制器121切换开关4中央处理模块122切换电路41取样单元13太阳能电池板42切换单元131切换电路43控制单元2市电5负载
具体实施例方式为达成上述目的及功效，本发明所采用之技术手段及构造，兹绘图就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能如下，俾利完全了解。请参阅图I与图2所示，系为本发明较佳实施例之方块图与流程图，如图1，由图中可清楚看出，本发明混合式智能型电源管理器系可供应电力至负载5，包括有至少一电源，系可供电至该负载5，包括有至少二再生能源I、一市电2以及一电池3，其中该再生能源I为太阳能发电、风力发电、地热发电或是水力发电；至少一转换模块11，系可将该电源转换为可供电至该负载5之电力，每一电源不一定都需要设置转换模块11，若该电源可直接供应至负载5即不需要设置转换模块11，该转换模块11系电性连接于该电源，该转换模块11为变压器、整流器或是整流变压器；以及
—中央处理模块4,系电性连接于该电源,可为一单芯片微电脑,包括有取样单兀41、切换单元42与控制单元43。取样单元41，系可供侦测该再生能源I与该电池3之输出状态而产生模拟讯号，并将侦测结果转换为数字讯号并传出；于本实施例中，系可利用微电脑来进行处理，由于曰常生活中所遇到的各种物理量(例如温度、亮度、重量、电压)大都是模拟的信号。因此，须先将模拟信号转换成数字信号才能输入微电脑。例如透过模拟/数字转换器(analog todigital converter)简称为A/D转换器(A/D converter)。目前较常用的A/D转换器是ADC0801 系列，编号为 ADC0801、ADC0802、ADC0803、ADC0804、ADC0805，它们的接脚及特性皆兼容，可以互相代换使用。切换单元42，系可供切换为该再生能源I供电至该负载5之绿能模式、切换为该再生能源I充电至该电池3并由电池3供电至该负载5之电池3模式或是切换为该市电2供电至该负载5之市电2模式，该切换单元42为一固态继电器；于本实施例中，该切换单元42是采用固态继电器(solid state relay, SSR),固态继电器是一种由固态电子元件所组成的无触点开关。该无触点开关利用电子元件(如开关三极管、双向可控硅等半导体元件)的开关特性，来达到无触点与无火花，而能接通和断开电路之目的，因此又被称为"无触点开关"。SSR没有任何可动的机械零件，于工作中也没有任何机械动作，具有反应快、可靠性高、寿命长、无动作噪声、耐震、耐机械冲击、具有良好的防潮防霉防腐等特性。控制单元43，系可供接收该取样单元41之数字讯号，并根据该数字讯号控制该切换单元42，若该再生能源I输出状态足以供电至该负载5，则令该切换单元42切换为绿能模式，若该再生能源I输出状态不足以供电至该负载5，则令该切换单元42切换为电池3模式，若该再生能源I与该电池3之输出状态皆不足以供电至该负载5，则令该切换单元42切换为市电2模式；于本实施例中，是使用单芯片微电脑ATMEL公司所制造的89C51 (以下简述为89C51),此单芯片微电脑(single chip microcomputer)主要是用于控制整个电源管理，所以亦被称为微控制器(microcontroller)。单芯片微电脑就是将微电脑的结构安置于同一个芯片而成的微电脑。功能较强的单芯片微电脑，内部除CPU、内存、1/0等基本结构外，更将计时器、计数器、串行传输接口、A/D与D/A转换器等皆制作在内部。显示模块，系可供显示再生能源I之发电量、市电2之耗电量、电池3之电量、电源之供电状态以及负载5之耗电状态，于本实施例中由于已将侦测电压值转换为数字信号，若能搭配转码即可将数字信号显示于LED七段显示器上。手动开关(图中未示)，该手动开关可操作为手动模式，系可强制关闭该再生能源I输出，可以强制令再生能源I对电池进行充电。如图2，本发明混合式智能型电源管理方法，系可供应电力至负载5，包括有(101)提供至少一再生能源、一市电以及一电池；(102)将该再生能源、该市电或该电池转换为可供电至该负载5之电力；(103)侦测该再生能源与该电池之输出状态并根据该输出状态进行控制；
(104)若该再生能源输出状态足以供电至该负载，则令该再生能源供电至该负载；(105)若该再生能源输出状态不足以供电至该负载，则令该再生能源充电至该电池并由电池供电至该负载；以及(106)若该再生能源与该电池之输出状态皆不足以供电至该负载，则令该市电供电至该负载。其中，该再生能源I充电至该电池3经过一预定时间充满电池3后，即停止充电至该电池3，且本发明可进一步包括有一手动模式，系可强制关闭该再生能源I输出，并令该市电2充电至该电池3以及供电至该负载5。请参阅图I与图3所示，系为本发明较佳实施例之方块图与架构图，本发明具体实施架构如下所述于具体实施架构，本发明的取样单元41与显示模块(图中未示)将使用89C51单芯片，并藉由ADC0804取样电压与串行端口传输给控制单元43，然后再对电流取样。而显示模块系利用汇编语言将功率计算与转码，实时功率显示于七段显示器。再者，在电流取样方面，本文将电流藉由霍尔电流传感器转换为电压，再利用ADC0804转换特性，将数字信号传送至89C51内。当负责取样及显示的89C51完成工作后，可藉由模拟信号转换成数字信号，并同时撷取数字信号，进而再借着89C51串行端口，将数据传送到负责控制固态继电器(切换单元42)动作的89C51(控制单元43)去分析及判断当时的负载5用电情形，最后再选择适当的供电模式。如图3，本发明之再生能源I包括有风力发电机12与太阳能电池板13，其中，额定输出IkW风力发电机12经由中央处理模块4判断功率大小，若能量足以供应给负载5使用，则切换至负载5。反之，若功率不足供给负载5使用，则经过转换模块11对电池3充电。风力发电机12经由转换模块11的输出电压在19V 72V之间,低电压输入转换模块11 (例如整流器)启动并对电池3充电，若风力机经由转换模块11的输出电压在72V 144V之间，高电压输入转换模块11(例如整流器)启动并对电池3充电，若经由转换模块11的输出电压高于144V，则经由转换模块11 (例如降压变压器)，并启动高电压输入转换模块11对电池3充电。系可透过一切换开关121来进行切换，并经过一切换电路122进行输出至电池3或负载5。太阳能电池板13部分，经过一切换电路131进行输出至电池3对电池3充电，以提供稳定能量予负载5使用；其中，经由转换模块11转换过后之电力为DC24 26V，可对电池3进行充电。而该市电2同样透过一转换模块11(例如变压器)连接至中央处理模块4，藉以将原本三相220V之电力转换为单相IlOV电力；中央处理模块4之判断可根据下述原则进行判断一、绿能模式当风力发电机12 (Vg)及电池3 (Vb)电压皆足够时(Ve > 220VAC、Vb> 24VDC)。此时，风力发电机12不再对电池3充电，以避免电池3过充降低电池3寿命，直接供电给负载5使用。二、电池模式若风力发电机12因环境因素降低 发电而使输出电压降至220VAC以下，中央处理模块4判断电池3电压足够时(VB > 24VDC)，由风力发电机12对电池3充电并且由电池3供电给负载5使用。三、市电模式若风力发电机12及电池3电压不足(Ve < 220VAC、Vb < 24VDC)，则回送讯号给中央处理模块4判断，此时由风力发电机12对电池3充电且市电2供电给负载5运作。四、保护模式风力发电机12对电池3充电两小时后，主机判断风力发电机12电力足够及电池3电压充饱时(VG > 220VAC、Vb > 27VDC)，则透过电压控制器31停止风力发电机12对电池3充电，避免电池3过充降低电池3寿命。请参阅全部附图所示，相较于习用技术，本发明具有以下优点一般市面上之电源管理产品，大多价格昂贵或功能简单，故用户采纳使用情况仍不普遍，本文使用微电脑单芯片为主要架构，不仅程序撰写弹性大，也可大幅地降低研制成本。在再生能源I (太阳能、风能)、电池3及市电2各种不同的供电方式下，可自动侦测再生能源I之发电量进而去判断何种供电方式较佳。在供电过程中，也可同时显示再生能源I发电量、电池3实时供电量及负载5实时耗电量，且希望尽量以再生能源I来提供负载5所需要的电力，以减少对市电2的依赖，进而达到节能减碳及降低电费之目标。透过上述之详细说明，即可充分显示本发明之目的及功效上均具有实施之进步性，极具产业之利用性价值，且为目前市面上前所未见之新发明，完全符合发明专利要件，爰依法提出申请。唯以上所述着仅为本发明之较佳实施例而已，当不能用以限定本发明所实施之范围。即凡依本发明专利范围所作之均等变化与修饰，皆应属于本发明专利涵盖之范围内，谨请贵审查委员明鉴，并祈惠准，是所至祷。
权利要求
1.一种混合式智能型电源管理器，系可供应电力至一预设负载，包括有 至少一电源，系可供电至该负载，包括有至少二再生能源、一市电以及一电池； 至少一转换模块，系可将该电源转换为可供电至该负载之电力，该转换模块系电性连接于该电源；以及 一中央处理模块，系电性连接于该电源，包括有 一取样单元，系可供侦测该再生能源与该电池之输出状态而产生模拟讯号，并将侦测结果转换为数字讯号并传出； 一切换单元，系可供切换为该再生能源供电至该负载之绿能模式、切换为该再生能源充电至该电池并由电池供电至该负载之电池模式或是切换为该市电供电至该负载之市电模式；以及 一控制单元，系可供接收该取样单元之数字讯号，并根据该数字讯号控制该切换单元，若该再生能源输出状态足以供电至该负载，则令该切换单元切换为绿能模式，若该再生能源输出状态不足以供电至该负载，则令该切换单元切换为电池模式，若该再生能源与该电池之输出状态皆不足以供电至该负载，则令该切换单元切换为市电模式。
2.如权利要求I所述之混合式智能型电源管理器，其中该再生能源为太阳能发电、风力发电、地热发电或是水力发电。
3.如权利要求I所述之混合式智能型电源管理器，其中该转换模块为变压器、整流器或是整流变压器。
4.如权利要求I所述之混合式智能型电源管理器，其中该中央处理模块为一单芯片微电脑。
5.如权利要求I所述之混合式智能型电源管理器，其中该切换单元为一固态继电器。
6.如权利要求I所述之混合式智能型电源管理器，进一步包括有一显示模块，系可供显示再生能源之发电量、市电之耗电量、电池之电量、电源之供电状态以及负载之耗电状态。
7.如权利要求I所述之混合式智能型电源管理器，进一步包括有一手动开关，该手动开关可操作为手动模式。
8.一种混合式智能型电源管理方法，系可供应电力至一预设负载，包括有 提供至少一再生能源、一市电以及一电池； 将该再生能源、该市电或该电池转换为可供电至该负载之电力； 侦测该再生能源与该电池之输出状态并根据该输出状态进行控制； 若该再生能源输出状态足以供电至该负载，则令该再生能源供电至该负载； 若该再生能源输出状态不足以供电至该负载，则令该再生能源充电至该电池并由电池供电至该负载；以及 若该再生能源与该电池之输出状态皆不足以供电至该负载，则令该市电供电至该负载。
9.如权利要求8所述之混合式智能型电源管理方法，其中该再生能源充电至该电池充满电池后，即停止充电至该电池。
10.如权利要求8所述之混合式智能型电源管理方法，进一步包括有一手动模式，系可强制关闭该再生能源输出，并令该市电充电至该电池以及供电至该负载。
全文摘要
本发明为一种混合式智能型电源管理器与方法，包括有至少二再生能源、市电、电池、至少一转换模块以及中央处理模块，其中该中央处理模块包括有取样单元、切换单元与控制单元。本发明藉由上述混合式智能型电源管理器以及其管理方法，可自动侦测再生能源之发电量进而去判断何种供电方式较佳，可以有效的提供负载稳定的电力，同时减少对市电的依赖，进而达到节能减碳及降低电费之目标。
文档编号H02J9/06GK102810903SQ20111014376
公开日2012年12月5日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者李建兴, 张维仁, 李健豪, 张育涵, 徐士贤, 萧舜文 申请人:李建兴