專利名稱：充電控制系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種充電控制系統(tǒng)及其方法，特別是涉及一種適用于備援電力系統(tǒng)的充電控制系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是利用電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茌敵龅囊环N電池裝置。燃料電池的工作原理是利用含有氫的燃料與氧化劑(空氣或者是氧氣)分別輸送到燃料電池的陽極與陰極，其中在陽極處燃料會(huì)分解成氫離子與電子，氫離子從陽極通過質(zhì)子交換膜而傳導(dǎo)至陰極，并與經(jīng)外電路傳導(dǎo)至陰極的電子發(fā)生反應(yīng)結(jié)合產(chǎn)生水。只要連續(xù)不斷地供應(yīng)燃料， 燃料電池就可以不斷地發(fā)電。由于燃料電池的反應(yīng)產(chǎn)物是水，因此對環(huán)境沒有任何的污染， 藉由其高效率與低污染的兩大特點(diǎn)，使得此技術(shù)開發(fā)以來一直廣受矚目。由于燃料電池的供電過程涉及到燃料濃度、反應(yīng)溫度、燃料的傳送與電子流的移動(dòng)，因此其輸出電壓電流受到負(fù)載裝置的影響很大。當(dāng)動(dòng)態(tài)負(fù)載裝置瞬間需要大電流的電能時(shí)，必須立刻降低燃料電池的反應(yīng)電壓，以便提供需要的電流給負(fù)載。然而，因受限于燃料電池的反應(yīng)機(jī)制，很難在瞬間提供大功率的電能給負(fù)載。除此之外，燃料電池在每次供應(yīng)燃料的過程中，其反應(yīng)會(huì)因?yàn)槿剂蠞舛人p而產(chǎn)生暫態(tài)發(fā)電不穩(wěn)定的現(xiàn)象。為了避免負(fù)載變動(dòng)而瞬間需要高電力需求或者因?yàn)槿剂想姵胤磻?yīng)所產(chǎn)生的電力不穩(wěn)定的現(xiàn)象，在習(xí)用技術(shù)中，燃料電池經(jīng)常會(huì)搭配電容器或者是二次電池組來因應(yīng)前述的問題。其中，二次電池組的充電方式包括定電壓充電法及定電流充電法。使用定電壓充電法對二次電池組進(jìn)行充電時(shí)，在充電初期，由于二次電池組的電壓較低，造成充電電流過大，而此過大的充電電流易造成二次電池組本身溫度升高，進(jìn)而造成二次電池組的損壞。而使用定電流充電法對二次電池組進(jìn)行充電時(shí)，因?yàn)槎坞姵亟M的充電電流并不會(huì)隨著二次電池組的電壓上升而改變，因此雖然不會(huì)有于充電初期充電電流過大的顧慮， 但在充電末期，充電電壓卻會(huì)超出二次電池組的限制，而造成二次電池組的損壞。此外，由于充電電流始終保持固定，相對的充電時(shí)間會(huì)較長。由此可見，上述現(xiàn)有的充電控制系統(tǒng)及其方法在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切結(jié)構(gòu)能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新型的充電控制系統(tǒng)及其方法，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種充電控制系統(tǒng)及其方法，將實(shí)際反饋信號(hào)加上一定電壓作為控制雙向轉(zhuǎn)換器運(yùn)作的參考電壓，致使雙向轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與穩(wěn)壓電池的電壓之間的壓差小，因而降低初始充電電流，進(jìn)而避免啟動(dòng)電流(即，充電初期的充電電流)過大的問題。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種充電控制系統(tǒng)及其方法，可在充電電壓大于穩(wěn)壓電池的飽和電壓時(shí)，控制切換開關(guān)切斷PWM(脈沖寬度調(diào)變)產(chǎn)生器的輸出，以致使雙向轉(zhuǎn)換器停止對穩(wěn)壓電池進(jìn)行充電，進(jìn)而避免充電末期的電壓過充的問題。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種充電控制系統(tǒng)，適用于一備援電力系統(tǒng)，該備援電力系統(tǒng)包括一燃料電池供電系統(tǒng)以及用以維持該備援電力系統(tǒng)的穩(wěn)定電力輸出的一穩(wěn)壓電池，該充電控制系統(tǒng)包括一雙向轉(zhuǎn)換器，電性連接于該燃料電池供電系統(tǒng)與該穩(wěn)壓電池之間；一反饋電路，用以產(chǎn)生相應(yīng)于該雙向轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的一反饋信號(hào)；一電壓控制器，電性連接于該反饋電路，以根據(jù)該反饋信號(hào)與一定電壓產(chǎn)生一控制電壓；一脈沖寬度調(diào)變產(chǎn)生器，電性連接于該電壓控制器，以根據(jù)該控制電壓產(chǎn)生一 PWM信號(hào)；一切換開關(guān)，電性連接于該雙向轉(zhuǎn)換器與該脈沖寬度調(diào)變產(chǎn)生器之間，其中當(dāng)該切換開關(guān)導(dǎo)通該雙向轉(zhuǎn)換器與該脈沖寬度調(diào)變產(chǎn)生器時(shí)，該雙向轉(zhuǎn)換器依據(jù)該P(yáng)WM信號(hào)將該燃料電池供電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力充入該穩(wěn)壓電池中；以及一過充保護(hù)電路，電性連接于該反饋電路與該切換開關(guān)之間，以根據(jù)該反饋信號(hào)與該穩(wěn)壓電池的飽和電壓控制該切換開關(guān)的運(yùn)作。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的充電控制系統(tǒng)，其中所述的電壓控制器包括一電壓輸入端，用以接收該定電壓；一加法器，該加法器的二輸入端分別電性連接至該電壓輸入端與該反饋電路，以加總該反饋信號(hào)與該定電壓；一減法器，該減法器的二輸入端分別電性連接至該加法器的輸出端與該反饋電路，以將該加法器的輸出與該反饋信號(hào)相減；以及一補(bǔ)償單元，電性連接于該減法器的輸出端與該脈沖寬度調(diào)變產(chǎn)生器之間，以根據(jù)該減法器的輸出產(chǎn)生該控制電壓， 其中該減法器的該輸出相應(yīng)于該補(bǔ)償單元相繼產(chǎn)生的二該控制電壓的壓差。前述的充電控制系統(tǒng)，其中所述的脈沖寬度調(diào)變產(chǎn)生器包括一比較器，該比較器的輸入端電性連接至該電壓控制器，且該比較器的輸出端電性連接至該切換開關(guān)，該比較器用以根據(jù)該控制電壓與一三角波的比較結(jié)果產(chǎn)生該P(yáng)WM信號(hào)。前述的充電控制系統(tǒng)，其中所述的過充保護(hù)電路包括一比較器，該比較器的輸入端電性連接至該反饋電路，且該比較器的輸出端電性連接至該切換開關(guān)的控制端，該比較器用以根據(jù)該反饋信號(hào)與一閥值信號(hào)的比較結(jié)果控制該切換開關(guān)，其中該閥值信號(hào)相應(yīng)于該穩(wěn)壓電池的該飽和電壓，且當(dāng)該反饋信號(hào)大于該閥值信號(hào)時(shí)，該比較器致使該切換開關(guān)斷開。前述的充電控制系統(tǒng)，其中所述的反饋電路包括一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端電性連接至該雙向轉(zhuǎn)換器，且該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端電性連接至該電壓控制器與該過充保護(hù)電路，該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器用以將衰減后的該雙向轉(zhuǎn)換器的該輸出電壓由模擬型態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)字型態(tài)以產(chǎn)生該反饋信號(hào)。前述的充電控制系統(tǒng)，其更包括一濾波電路，電性串接于該雙向轉(zhuǎn)換器的輸出。前述的充電控制系統(tǒng)，其中所述的雙向轉(zhuǎn)換器的工作周期相應(yīng)于該P(yáng)WM信號(hào)。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種充電控制方法，適用于一備援電力系統(tǒng)，該備援電力系統(tǒng)包括一燃料電池供電系統(tǒng)以及用以維持該備援電力系統(tǒng)的穩(wěn)定電力輸出的一穩(wěn)壓電池，該充電控制方法包括利用一雙向轉(zhuǎn)換器以相應(yīng)于一 PWM信號(hào)的工作周期將該燃料電池供電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力充入該穩(wěn)壓電池中；根據(jù)該雙向轉(zhuǎn)換器的輸出電壓產(chǎn)生一反饋信號(hào)；根據(jù)該反饋信號(hào)與一定電壓產(chǎn)生該P(yáng)WM信號(hào)；以及根據(jù)該反饋信號(hào)與該穩(wěn)壓電池的飽和電壓控制一切換開關(guān)的運(yùn)作，以決定該P(yáng)WM信號(hào)與該雙向轉(zhuǎn)換器之間的電性連接導(dǎo)通與否。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的充電控制方法，其中所述的根據(jù)該反饋信號(hào)與一定電壓產(chǎn)生該P(yáng)WM信號(hào)的步驟包括根據(jù)該反饋信號(hào)與該定電壓產(chǎn)生一控制電壓，其中該定電壓相應(yīng)于該補(bǔ)償單元相繼產(chǎn)生的二該控制電壓的壓差；以及根據(jù)該控制電壓與一三角波的比較結(jié)果產(chǎn)生該P(yáng)WM 信號(hào)。前述的充電控制方法，其中所述的根據(jù)該反饋信號(hào)與該穩(wěn)壓電池的飽和電壓控制該切換開關(guān)的運(yùn)作的步驟包括比較該反饋信號(hào)與一閥值信號(hào)，其中該閥值信號(hào)相應(yīng)于該穩(wěn)壓電池的該飽和電壓；當(dāng)該反饋信號(hào)大于該閥值信號(hào)，斷開該切換開關(guān)，以中斷該P(yáng)WM信號(hào)與該雙向轉(zhuǎn)換器之間的電性連接；以及當(dāng)該反饋信號(hào)不大于該閥值信號(hào)，利用該切換開關(guān)導(dǎo)通該P(yáng)WM信號(hào)與該雙向轉(zhuǎn)換器之間的電性連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明充電控制系統(tǒng)及其方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果1、將相應(yīng)于雙向轉(zhuǎn)換器的輸出的實(shí)際反饋信號(hào)加上相對小額的一定電壓作為控制雙向轉(zhuǎn)換器運(yùn)作的參考電壓，藉以降低初始充電電流，進(jìn)而避免啟動(dòng)電流過大。2、在充電電壓大于穩(wěn)壓電池的飽和電壓時(shí)，控制切換開關(guān)切斷PWM產(chǎn)生器的輸出，以致使雙向轉(zhuǎn)換器停止對穩(wěn)壓電池進(jìn)行充電，進(jìn)而避免充電末期的電壓過充。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的充電控制系統(tǒng)的應(yīng)用示意圖。圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的充電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例的充電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4顯示在應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的充電控制系統(tǒng)下，在充電過程中穩(wěn)壓電池的電壓的變化。圖5為本發(fā)明第三實(shí)施例的充電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明第一實(shí)施例的充電控制方法的流程圖。圖7為一實(shí)施例的步驟S330的流程圖。10:充電控制系統(tǒng)20:備援電力系統(tǒng)30:市電供應(yīng)端40:切換開關(guān)50:負(fù)載110:雙向轉(zhuǎn)換器130:控制模塊131:反饋電路131a 反饋線路131b 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器133:電壓控制器133a:電壓輸入端
133b 加法器133c 減法器133d:補(bǔ)償單元135:PWM產(chǎn)生器135a:比較器137 切換開關(guān)139:過充保護(hù)電路139a:比較器150:濾波電路170 變壓器210:燃料電池供電系統(tǒng)211 燃料電池213 直流/直流轉(zhuǎn)換器215 直流/交流換流器230 穩(wěn)壓電池Vx:定電壓Vo:反饋信號(hào)Vref:參考電壓Pref:參考脈波PWM PWM信號(hào)Vsat 閥值信號(hào)L 電感C 電容
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的充電控制系統(tǒng)及其方法其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的充電控制系統(tǒng)的應(yīng)用示意圖。圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的充電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例的充電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4顯示在應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的充電控制系統(tǒng)下，在充電過程中穩(wěn)壓電池的電壓的變化。圖 5為本發(fā)明第三實(shí)施例的充電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，充電控制系統(tǒng)10適用于一備援電力系統(tǒng)20。備援電力系統(tǒng)20與市電供應(yīng)端30可通過一切換開關(guān)40與負(fù)載50連接。也就是說，通過切換開關(guān)40的切換可決定將備援電力系統(tǒng)20所輸出的交流電力和/或市電供應(yīng)端30所提供的市電提供給負(fù)載 50。其中，備援電力系統(tǒng)20包括燃料電池供電系統(tǒng)210以及穩(wěn)壓電池230。燃料電池供電系統(tǒng)210包括一燃料電池211、一直流/直流轉(zhuǎn)換器213以及一直流/交流換流器215。燃料電池211的輸出端電性連接至直流/直流轉(zhuǎn)換器213的輸入端，并且直流/ 直流轉(zhuǎn)換器213的輸出端電性連接至直流/交流換流器215的輸入端。而直流/交流換流器215的輸出端則經(jīng)由切換開關(guān)40連接至負(fù)載50。充電控制系統(tǒng)10包括一雙向轉(zhuǎn)換器110以及一控制模塊130。雙向轉(zhuǎn)換器110電性連接于燃料電池供電系統(tǒng)210與穩(wěn)壓電池230之間。在此， 穩(wěn)壓電池230可經(jīng)由雙向轉(zhuǎn)換器110電性連接至燃料電池供電系統(tǒng)210的直流/直流轉(zhuǎn)換器213的輸出端以及直流/交流換流器215的輸入端之間。雙向轉(zhuǎn)換器110可將直流/直流轉(zhuǎn)換器213產(chǎn)生的多余電力充入穩(wěn)壓電池230中。 此外，雙向轉(zhuǎn)換器110亦可將穩(wěn)壓電池230中所儲(chǔ)備的電力輸出至直流/交流換流器215， 以補(bǔ)足燃料電池211不足的部份并達(dá)到負(fù)載50所需的電力需求。也就是說，穩(wěn)壓電池230可用以維持備援電力系統(tǒng)20的穩(wěn)定電力輸出。當(dāng)燃料電池211剛啟動(dòng)或是負(fù)載50增加時(shí)，燃料電池211需要有反應(yīng)時(shí)間才能夠產(chǎn)出電力，此時(shí)則可由穩(wěn)壓電池230提供電力給負(fù)載50，藉以使備援電力系統(tǒng)20維持穩(wěn)定的電力輸出。
而在進(jìn)行穩(wěn)壓電池230的充電時(shí)，則可由控制模塊130控制雙向轉(zhuǎn)換器110的運(yùn)作，以將燃料電池供電系統(tǒng)210產(chǎn)生的電力充入穩(wěn)壓電池230中。其中，控制模塊130可由
一數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)。 參照圖2，控制模塊130包括一反饋電路131、一電壓控制器133、一 PWM (脈沖寬度調(diào)變)產(chǎn)生器135、一切換開關(guān)137以及一過充保護(hù)電路139。反饋電路131電性連接于雙向轉(zhuǎn)換器110的輸出端與電壓控制器133的輸入端之間，而電壓控制器133的輸出端電性連接至PWM產(chǎn)生器135的輸入端。切換開關(guān)137電性連接于雙向轉(zhuǎn)換器110與PWM產(chǎn)生器135的輸出端之間，并且過充保護(hù)電路139電性連接于反饋電路131與切換開關(guān)137之間。請同時(shí)參照圖1及圖2，反饋電路131擷取雙向轉(zhuǎn)換器110對穩(wěn)壓電池230的輸出，以產(chǎn)生相應(yīng)于雙向轉(zhuǎn)換器Iio的輸出電壓的一反饋信號(hào)。然后，電壓控制器133可根據(jù)反饋信號(hào)與一定電壓Vx產(chǎn)生一控制電壓，并且PWM產(chǎn)生器135可根據(jù)控制電壓產(chǎn)生一 PWM 信號(hào)PWM。在此，過充保護(hù)電路139可根據(jù)反饋信號(hào)與穩(wěn)壓電池230的飽和電壓控制切換開關(guān)137的運(yùn)作。當(dāng)切換開關(guān)137導(dǎo)通雙向轉(zhuǎn)換器110與PWM產(chǎn)生器135時(shí)，雙向轉(zhuǎn)換器110 依據(jù)PWM產(chǎn)生器135產(chǎn)生的PWM信號(hào)PWM將燃料電池供電系統(tǒng)210產(chǎn)生的直流電力充入穩(wěn)壓電池230中。換句話說，在進(jìn)行穩(wěn)壓電池230的充電時(shí)，雙向轉(zhuǎn)換器110的輸出電壓會(huì)隨著每次的反饋控制，以定電壓Vx的壓差等差增加。當(dāng)過充保護(hù)電路139藉由反饋信號(hào)偵測到雙向轉(zhuǎn)換器110的輸出電壓大于穩(wěn)壓電池230的飽和電壓時(shí)，過充保護(hù)電路139會(huì)控制切換開關(guān)137切斷雙向轉(zhuǎn)換器110與PWM產(chǎn)生器135之間的電性連接。此時(shí)，雙向轉(zhuǎn)換器110所接收到的控制信號(hào)會(huì)從PWM產(chǎn)生器135所產(chǎn)生的PWM信號(hào)PWM轉(zhuǎn)變?yōu)榱悖蚨Ｖ惯M(jìn)行穩(wěn)壓電池230的充電。換言之，當(dāng)雙向轉(zhuǎn)換器110接收到PWM產(chǎn)生器135所產(chǎn)生的PWM信號(hào)PWM時(shí)，雙向轉(zhuǎn)換器Iio會(huì)以相應(yīng)于PWM信號(hào)PWM的工作周期將燃料電池供電系統(tǒng)210產(chǎn)生的直流電力充入穩(wěn)壓電池230中，而當(dāng)接收到的信號(hào)由PWM信號(hào)PWM轉(zhuǎn)為零時(shí)，雙向轉(zhuǎn)換器110的工作周期響應(yīng)接收到的信號(hào)即為零，因而停止進(jìn)行穩(wěn)壓電池230的充電。如此一來，即可避免充電末期的電壓過充的問題。在此，定電壓Vx可為一相對小額的電壓值。較佳地，定電壓Vx 可為雙向轉(zhuǎn)換器110的初始充電電壓的十分的一。換句話說，控制模塊130將相應(yīng)于雙向轉(zhuǎn)換器110的輸出電壓(充電電壓)的實(shí)際反饋信號(hào)加上相對小額的一定電壓Vx作為控制雙向轉(zhuǎn)換器110運(yùn)作的參考電壓，因此可降低初始充電電流，進(jìn)而避免啟動(dòng)電流過大。參照圖3，反饋電路131可包括反饋線路131a與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器131b。反饋線路131a將雙向轉(zhuǎn)換器110的輸出與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器131b電性相連。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器131b將反饋線路131a傳送相應(yīng)于雙向轉(zhuǎn)換器110的輸出電壓的反饋信號(hào)由模擬型態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)字型態(tài)，并將數(shù)字型態(tài)的反饋信號(hào)Vo提供給電壓控制器 133。此外，在反饋線路131a中可設(shè)置有分壓電阻(圖中未顯示)，用以將雙向轉(zhuǎn)換器110的輸出電壓衰減至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器131b的電壓限制范圍。然后，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器 131b再將衰減后的雙向轉(zhuǎn)換器110的輸出電壓由模擬型態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)字型態(tài)以產(chǎn)生數(shù)字型態(tài)的反饋信號(hào)Vo。參照圖2及圖3，電壓控制器133可包括電壓輸入端133a、加法器133b、減法器 133c以及補(bǔ)償單元133d。電壓輸入端133a電性連接至定電壓供應(yīng)端。加法器13 的二輸入端分別電性連接至電壓輸入端133a以及模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器131b。減法器133c的正輸入端電性連接至加法器13 的輸出端，而減法器133c的負(fù)輸入端則電性連接至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器131b。補(bǔ)償單元133d則電性連接于減法器133c的輸出端與PWM產(chǎn)生器135之間。電壓輸入端133a接收定電壓供應(yīng)端所提供的定電壓Vx。而加法器13 接收模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器131b輸出的數(shù)字型態(tài)的反饋信號(hào)Vo以及經(jīng)由電壓輸入端133a所接收到的定電壓Vx，并且加總接收到的反饋信號(hào)Vo與定電壓Vx以產(chǎn)生參考電壓Vref。減法器133c 將加法器13 的輸出(即參考電壓Vref)與反饋信號(hào)Vo相減。補(bǔ)償單元133d則根據(jù)減法器133c的輸出產(chǎn)生控制電壓。其中，減法器133c的輸出相應(yīng)于補(bǔ)償單元133d相繼產(chǎn)生的二控制電壓的壓差。換言的，補(bǔ)償單元133d相繼產(chǎn)生的二控制電壓的壓差是相應(yīng)于定電壓Vx。因此，根據(jù)控制電壓所產(chǎn)生的PWM信號(hào)PWM會(huì)隨著控制電壓而改變，以致使雙向轉(zhuǎn)換器110的輸出電壓會(huì)隨著每次的反饋控制，以定電壓Vx的壓差等差增加。PWM產(chǎn)生器135可包括比較器13fe。比較器13 的負(fù)輸入端電性連接至電壓控制器133的補(bǔ)償單元133d，且比較器13 的正輸入端則電性連接至參考脈波供應(yīng)端，而比較器13 的輸出端電性連接至切換開關(guān)137。比較器13 的負(fù)輸入端接收電壓控制器133的補(bǔ)償單元133d所輸出的控制電壓，而比較器13 的正輸入端則接收來自參考脈波供應(yīng)端所提供的參考脈波I^ref。在此， 參考脈波I^ref可采用一三角波。比較器13 將接收到的控制電壓與參考脈波I^ref相比較，并且根據(jù)控制電壓與參考脈波I^ref的比較結(jié)果產(chǎn)生PWM信號(hào)PWM。過充保護(hù)電路139可包括比較器139a。比較器139a的正輸入端電性連接至反饋電路131的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器131b，而比較器139a的負(fù)輸入端電性連接至閥值信號(hào)供應(yīng)端，且比較器139a的輸出端則電性連接至切換開關(guān)137的控制端。切換開關(guān)137的二輸入端分別電性連接比較器13 的輸出端以及斷開端(即， PWM信號(hào)PWM為零)，而切換開關(guān)137的輸出端則電性連接至雙向轉(zhuǎn)換器110的控制端。比較器139a的正輸入端接收模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器131b輸出的數(shù)字型態(tài)的反饋信號(hào) Vo，而比較器139a的負(fù)輸入端則接收閥值信號(hào)供應(yīng)端所提供的閥值信號(hào)Vsat0在此，閥值信號(hào)Vsat相應(yīng)于穩(wěn)壓電池230的飽和電壓。比較器139a將接收到的反饋信號(hào)Vo與閥值信號(hào)Vsat相比較，并且根據(jù)反饋信號(hào) Vo與閥值信號(hào)Vsat的比較結(jié)果控制切換開關(guān)137的運(yùn)作。在常態(tài)下，切換開關(guān)137將比較器13 的輸出端電性連接至雙向轉(zhuǎn)換器110的控制端，致使雙向轉(zhuǎn)換器110以相應(yīng)于PWM信號(hào)PWM的工作周期提供輸出電壓給穩(wěn)壓電池 230，也就是以相應(yīng)于PWM信號(hào)PWM的工作周期將燃料電池供電系統(tǒng)210所產(chǎn)生的直流電力
9充入穩(wěn)壓電池230中。當(dāng)比較器139a得到比較結(jié)果為反饋信號(hào)Vo大于閥值信號(hào)Vsat時(shí)， 比較器139a會(huì)致使切換開關(guān)137斷開比較器13 與雙向轉(zhuǎn)換器110之間的電性連接。此時(shí)，由切換開關(guān)137輸出的PWM信號(hào)PWM則為零，因此雙向轉(zhuǎn)換器110則停止穩(wěn)壓電池230 的充電運(yùn)作。其中，在穩(wěn)壓電池230的充電過程中，參考電壓Vref與穩(wěn)壓電池230的電壓的變化如圖4所示。另外，在雙向轉(zhuǎn)換器110的輸出端可先串接濾波電路150，以對雙向轉(zhuǎn)換器110的輸出進(jìn)行濾波。此濾波電路150可為由電感L與電容C所組成的LC濾波器。再者，參照圖5，當(dāng)雙向轉(zhuǎn)換器110采用隔離型架構(gòu)時(shí)，于切換開關(guān)137的輸出端與雙向轉(zhuǎn)換器110的控制端之間可設(shè)置有變壓器170，以隔離不同的接地架構(gòu)。此外，根據(jù)上述電路架構(gòu)，本發(fā)明可提供一種充電控制方法。圖6為本發(fā)明第一實(shí)施例的充電控制方法的流程圖。圖7為一實(shí)施例的步驟S330 的流程圖。參照圖1、圖2圖6，此充電控制方法適用于備援電力系統(tǒng)20。此備援電力系統(tǒng)20 包括燃料電池供電系統(tǒng)210以及穩(wěn)壓電池230。穩(wěn)壓電池230可用以維持備援電力系統(tǒng)20 的穩(wěn)定電力輸出。當(dāng)燃料電池供電系統(tǒng)210剛啟動(dòng)或是負(fù)載50增加時(shí)，燃料電池供電系統(tǒng) 210中的燃料電池211需要有反應(yīng)時(shí)間才能夠產(chǎn)出電力，此時(shí)則可由穩(wěn)壓電池230提供電力給負(fù)載50，藉以使備援電力系統(tǒng)20維持穩(wěn)定的電力輸出。此充電控制方法包括利用雙向轉(zhuǎn)換器110以相應(yīng)于PWM信號(hào)PWM的工作周期將燃料電池供電系統(tǒng)210產(chǎn)生的電力充入穩(wěn)壓電池230中(S310)；根據(jù)雙向轉(zhuǎn)換器110的輸出電壓產(chǎn)生反饋信號(hào)Vo(S320)；根據(jù)反饋信號(hào)Vo與定電壓Vx產(chǎn)生PWM信號(hào)PWM(S330)；以及根據(jù)反饋信號(hào)Vo與穩(wěn)壓電池230的飽和電壓控制切換開關(guān)137的運(yùn)作，以決定PWM信號(hào) PWM與雙向轉(zhuǎn)換器110之間的電性連接導(dǎo)通與否(S340)、(S342)、(S344)。其中，根據(jù)反饋信號(hào)與穩(wěn)壓電池的飽和電壓控制切換開關(guān)的運(yùn)作的步驟可包括 比較反饋信號(hào)Vo與閥值信號(hào)Vsat (S340)；當(dāng)反饋信號(hào)Vo大于閥值信號(hào)Vsat，斷開切換開關(guān)137，以中斷PWM信號(hào)PWM與雙向轉(zhuǎn)換器110之間的電性連接(S342)；以及當(dāng)反饋信號(hào)Vo 不大于閥值信號(hào)Vsat，利用切換開關(guān)137導(dǎo)通PWM信號(hào)PWM與雙向轉(zhuǎn)換器110之間的電性連接(S344)。在此，閥值信號(hào)Vsat相應(yīng)于穩(wěn)壓電池230的飽和電壓。再者，參照圖7，步驟S330可包括根據(jù)反饋信號(hào)與定電壓產(chǎn)生一控制電壓(S332)， 以及根據(jù)控制電壓與三角波的比較結(jié)果產(chǎn)生PWM信號(hào)(S334)。其中，定電壓相應(yīng)于補(bǔ)償單元相繼產(chǎn)生的二控制電壓的壓差。綜上所述，藉由本發(fā)明的實(shí)施，可將相應(yīng)于雙向轉(zhuǎn)換器的輸出的實(shí)際反饋信號(hào)加上相對小額的一定電壓作為控制雙向轉(zhuǎn)換器運(yùn)作的參考電壓，藉以降低初始充電電流，進(jìn)而避免啟動(dòng)電流過大。另外，當(dāng)充電電壓大于穩(wěn)壓電池的飽和電壓時(shí)，亦可控制切換開關(guān)以切斷PWM產(chǎn)生器的輸出，以致使雙向轉(zhuǎn)換器停止對穩(wěn)壓電池進(jìn)行充電，進(jìn)而避免充電末期的電壓過充。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種充電控制系統(tǒng)，適用于一備援電力系統(tǒng)，該備援電力系統(tǒng)包括一燃料電池供電系統(tǒng)以及用以維持該備援電力系統(tǒng)的穩(wěn)定電力輸出的一穩(wěn)壓電池，其特征在于該充電控制系統(tǒng)包括一雙向轉(zhuǎn)換器，電性連接于該燃料電池供電系統(tǒng)與該穩(wěn)壓電池之間；一反饋電路，用以產(chǎn)生相應(yīng)于該雙向轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的一反饋信號(hào)；一電壓控制器，電性連接于該反饋電路，以根據(jù)該反饋信號(hào)與一定電壓產(chǎn)生一控制電壓；一脈沖寬度調(diào)變產(chǎn)生器，電性連接于該電壓控制器，以根據(jù)該控制電壓產(chǎn)生一 PWM信號(hào)；一切換開關(guān)，電性連接于該雙向轉(zhuǎn)換器與該脈沖寬度調(diào)變產(chǎn)生器之間，其中當(dāng)該切換開關(guān)導(dǎo)通該雙向轉(zhuǎn)換器與該脈沖寬度調(diào)變產(chǎn)生器時(shí)，該雙向轉(zhuǎn)換器依據(jù)該P(yáng)WM信號(hào)將該燃料電池供電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力充入該穩(wěn)壓電池中；以及一過充保護(hù)電路，電性連接于該反饋電路與該切換開關(guān)之間，以根據(jù)該反饋信號(hào)與該穩(wěn)壓電池的飽和電壓控制該切換開關(guān)的運(yùn)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制系統(tǒng)，其特征在于其中所述的電壓控制器包括 一電壓輸入端，用以接收該定電壓；一加法器，該加法器的二輸入端分別電性連接至該電壓輸入端與該反饋電路，以加總該反饋信號(hào)與該定電壓；一減法器，該減法器的二輸入端分別電性連接至該加法器的輸出端與該反饋電路，以將該加法器的輸出與該反饋信號(hào)相減；以及一補(bǔ)償單元，電性連接于該減法器的輸出端與該脈沖寬度調(diào)變產(chǎn)生器之間，以根據(jù)該減法器的輸出產(chǎn)生該控制電壓，其中該減法器的該輸出相應(yīng)于該補(bǔ)償單元相繼產(chǎn)生的二該控制電壓的壓差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制系統(tǒng)，其特征在于其中所述的脈沖寬度調(diào)變產(chǎn)生器包括一比較器，該比較器的輸入端電性連接至該電壓控制器，且該比較器的輸出端電性連接至該切換開關(guān)，該比較器用以根據(jù)該控制電壓與一三角波的比較結(jié)果產(chǎn)生該P(yáng)WM信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制系統(tǒng)，其特征在于其中所述的過充保護(hù)電路包括 一比較器，該比較器的輸入端電性連接至該反饋電路，且該比較器的輸出端電性連接至該切換開關(guān)的控制端，該比較器用以根據(jù)該反饋信號(hào)與一閥值信號(hào)的比較結(jié)果控制該切換開關(guān)，其中該閥值信號(hào)相應(yīng)于該穩(wěn)壓電池的該飽和電壓，且當(dāng)該反饋信號(hào)大于該閥值信號(hào)時(shí)，該比較器致使該切換開關(guān)斷開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制系統(tǒng)，其特征在于其中所述的反饋電路包括 一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端電性連接至該雙向轉(zhuǎn)換器，且該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端電性連接至該電壓控制器與該過充保護(hù)電路，該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器用以將衰減后的該雙向轉(zhuǎn)換器的該輸出電壓由模擬型態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)字型態(tài)以產(chǎn)生該反饋信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制系統(tǒng)，其特征在于其更包括 一濾波電路，電性串接于該雙向轉(zhuǎn)換器的輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制系統(tǒng)，其特征在于其中所述的雙向轉(zhuǎn)換器的工作周期相應(yīng)于該P(yáng)WM信號(hào)。
8.一種充電控制方法，適用于一備援電力系統(tǒng)，該備援電力系統(tǒng)包括一燃料電池供電系統(tǒng)以及用以維持該備援電力系統(tǒng)的穩(wěn)定電力輸出的一穩(wěn)壓電池，其特征在于該充電控制方法包括利用一雙向轉(zhuǎn)換器以相應(yīng)于一 PWM信號(hào)的工作周期將該燃料電池供電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力充入該穩(wěn)壓電池中；根據(jù)該雙向轉(zhuǎn)換器的輸出電壓產(chǎn)生一反饋信號(hào)；根據(jù)該反饋信號(hào)與一定電壓產(chǎn)生該P(yáng)WM信號(hào)；以及根據(jù)該反饋信號(hào)與該穩(wěn)壓電池的飽和電壓控制一切換開關(guān)的運(yùn)作，以決定該P(yáng)WM信號(hào)與該雙向轉(zhuǎn)換器之間的電性連接導(dǎo)通與否。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充電控制方法，其特征在于其中所述的根據(jù)該反饋信號(hào)與一定電壓產(chǎn)生該P(yáng)WM信號(hào)的步驟包括根據(jù)該反饋信號(hào)與該定電壓產(chǎn)生一控制電壓，其中該定電壓相應(yīng)于該補(bǔ)償單元相繼產(chǎn)生的二該控制電壓的壓差；以及根據(jù)該控制電壓與一三角波的比較結(jié)果產(chǎn)生該P(yáng)WM信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充電控制方法，其特征在于其中所述的根據(jù)該反饋信號(hào)與該穩(wěn)壓電池的飽和電壓控制該切換開關(guān)的運(yùn)作的步驟包括比較該反饋信號(hào)與一閥值信號(hào)，其中該閥值信號(hào)相應(yīng)于該穩(wěn)壓電池的該飽和電壓；當(dāng)該反饋信號(hào)大于該閥值信號(hào)，斷開該切換開關(guān)，以中斷該P(yáng)WM信號(hào)與該雙向轉(zhuǎn)換器之間的電性連接；以及當(dāng)該反饋信號(hào)不大于該閥值信號(hào)，利用該切換開關(guān)導(dǎo)通該P(yáng)WM信號(hào)與該雙向轉(zhuǎn)換器之間的電性連接。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種充電控制系統(tǒng)及其方法，其適用于包括有燃料電池供電系統(tǒng)及穩(wěn)壓電池的備援電力系統(tǒng)。在充電控制系統(tǒng)中，反饋電路擷取雙向轉(zhuǎn)換器的輸出電壓以產(chǎn)生相應(yīng)于雙向轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的反饋信號(hào)，且電壓控制器根據(jù)反饋信號(hào)與一定電壓產(chǎn)生控制電壓，致使脈沖寬度調(diào)變(PWM)產(chǎn)生器根據(jù)控制電壓產(chǎn)生PWM信號(hào)。其中，過充保護(hù)電路根據(jù)反饋信號(hào)與穩(wěn)壓電池的飽和電壓控制切換開關(guān)的運(yùn)作。當(dāng)切換開關(guān)導(dǎo)通雙向轉(zhuǎn)換器與PWM產(chǎn)生器時(shí)，雙向轉(zhuǎn)換器依據(jù)PWM信號(hào)將燃料電池供電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力充入穩(wěn)壓電池中。
文檔編號(hào)H02H7/18GK102468659SQ20101053984
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者吳啟斌, 吳岳霖, 孫禹銘 申請人:中興電工機(jī)械股份有限公司