ГЕНЕРАЦИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ
POWER GENERATION AND DISTRIBUTION

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Данная заявка испрашивает приоритет патентной заявки США № 16/800,146, поданной 25 февраля 2020, которая является частичным продолжением патентной заявки № 16/430,342, поданной 03 июня 2019.
Область техники, к которой относится изобретение
[0002] Настоящее изобретение, в общем, относится к системам и способам генерации, хранения и/или обеспечения электрической энергии.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Потребление электроэнергии по всему миру является огромным и, вероятно, будет продолжать расти по мере замены традиционных машин с неэлектрическими приводами на машины с электроприводом. Например, транспортные средства с электроприводом и, в частности, легковые автомобили становятся все более распространенными на национальных дорожных сетях. Один популярный производитель электромобилей в Соединенных Штатах с годовыми продажами примерно пятидесяти тысяч единиц в 2015-16 году заявил о своем намерении увеличить количество продаж до пятисот тысяч единиц за несколько лет.
[0004] Стимулы для перехода на электроэнергию являются многогранными. Стоимость и воздействие на окружающую среду считаются факторами, по которым генерация электроэнергии превосходит альтернативные источники энергии, такие как энергия на основе ископаемого топлива. Это превосходство усиливается правительственными и промышленными льготами потребителю за использование электроэнергии вместо неэлектрической энергии. Например, пользователи электромобиля имеют налоговые льготы, пользуются предпочтительной парковкой, предпочтительным дорожным подъездом и свободной подзарядкой, все из которых обеспечиваются вследствие использования электроэнергии вместо генерируемой ископаемым топливом энергии для их транспортных потребностей. Соответственно, существует постоянная и растущая потребность в системах генерации, хранения и распределения электроэнергии.
[0005] Все развитые страны имеют усложненные системы выработки и распределения электроэнергии, которые развернуты в национальном масштабе и иногда упоминаются как энергосеть. Несмотря на то, что сеть широко и повсеместно используется, она не всегда доступна, и может не обеспечивать наименьшую стоимость питания в течение длительного периода. Хотя перебои электроснабжения редки, однако случающиеся ураганы могут нарушать распределение электроэнергии на большие сегменты населения в течение длительных периодов. Эти перебои электроснабжения вызывают помехи ведению домашнего хозяйства и работе и могут привести к существенной потере производительности и комфортности. Кроме того, стоимость получения электроэнергии из сети может быть значительной, и имеется мало возможностей, чтобы вводить больше конкуренции в систему для снижения цен. Соответственно, существует потребность в мобильных и стационарных системах генерации электрической мощности, которые могут быть масштабированы для энергоснабжения одного дома, бизнеса и транспортного средства, и которые не зависят сильно от сети для ежедневной работы.
[0006] Соответственно, задачей некоторых, но не обязательно всех вариантов осуществления настоящего изобретения является создание систем и способов, которые генерируют электроэнергию эффективно для использования дома, в бизнесе и на транспортном средстве. Также задачей некоторых, но не обязательно всех вариантов осуществления настоящего изобретения является создание систем и способов, которые хранят и распределяют электроэнергию эффективно для использования дома, в бизнесе и на транспортном средстве. Эти и другие преимущества некоторых, но не обязательно всех вариантов осуществления настоящего изобретения будут очевидны специалистам в области генерации, хранения и распределения энергии.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] В ответ на вышеупомянутые проблемы, заявитель разработал инновационную систему электропитания, содержащую: подсистему электрических аккумуляторов; подсистему коммутации, связанную с подсистемой электрических аккумуляторов; подсистему управления функцией с электропитанием, связанную с подсистемой коммутации и подсистемой электрических аккумуляторов, причем подсистема управления функцией с электропитанием включает в себя процессор и память; подсистему конденсаторов, связанную с подсистемой управления функцией с электропитанием; электродвигатель, связанный с подсистемой управления функцией с электропитанием; подсистему электрогенератора, функционально соединенную с электродвигателем; подсистему распределения электрической мощности, связанную с подсистемой электрогенератора посредством подсистемы инвертора, причем упомянутая подсистема распределения электрической мощности включает в себя выходную линию нагрузки, выполненную с возможностью соединяться с электрической нагрузкой; подсистему индуктора, связанную с подсистемой распределения электрической мощности; и подсистему выпрямителя, связанную с подсистемой индуктора, подсистемой коммутации и подсистемой электрических аккумуляторов.
[0008] Заявитель дополнительно разработал инновационную систему электропитания, содержащую: первую и вторую подсистемы электрических аккумуляторов, каждая из которых имеет первый полюс с первой полярностью и второй полюс со второй полярностью; подсистему коммутации, связанную с первым полюсом первой подсистемы электрических аккумуляторов и первым полюсом второй подсистемы электрических аккумуляторов; подсистему управления функцией с электропитанием, связанную с подсистемой коммутации и вторыми полюсами первой и второй подсистем электрических аккумуляторов, причем упомянутая подсистема управления функцией с электропитанием включает в себя процессор и память; подсистему конденсаторов, связанную с подсистемой управления функцией с электропитанием; электродвигатель, связанный с подсистемой управления функцией с электропитанием; подсистему электрогенератора, функционально соединенную с электродвигателем; подсистему распределения электрической мощности, связанную с подсистемой электрогенератора, причем упомянутая подсистема распределения электрической мощности включает в себя выходную линию нагрузки, выполненную с возможностью соединяться с электрической нагрузкой; подсистему индуктора, связанную с подсистемой распределения электрической мощности; и подсистему выпрямителя, связанную с подсистемой индуктора, подсистемой коммутации и вторыми полюсами первой и второй подсистем электрических аккумуляторов.
[0009] Заявитель дополнительно разработал инновационную систему электропитания, содержащую: первую и вторую подсистемы электрических аккумуляторов, каждая из которых имеет первый полюс с первой полярностью и второй полюс со второй полярностью; подсистему коммутации, связанную с первым полюсом первой подсистемы электрических аккумуляторов и первым полюсом второй подсистемы электрических аккумуляторов; подсистему управления функцией с электропитанием, связанную с подсистемой коммутации и вторыми полюсами первой и второй подсистем электрических аккумуляторов, причем упомянутая подсистема управления функцией включает в себя процессор и память; подсистему конденсаторов, связанную с подсистемой управления функцией; электродвигатель, связанный с подсистемой управления функцией; электрогенератор, функционально соединенный с электродвигателем; подсистему распределения электрической мощности, связанную с подсистемой электрогенератора, причем упомянутая подсистема распределения электрической мощности включает в себя выходную линию нагрузки, выполненную с возможностью соединяться с электрической нагрузкой; подсистему индуктора, связанную с системой распределения электрической мощности; и подсистему выпрямителя, связанную с подсистемой индуктора, подсистемой коммутации и вторыми полюсами первой и второй подсистем электрических аккумуляторов.
[0010] Заявитель дополнительно разработал инновационную систему электропитания, содержащую: первую и вторую подсистемы электрических аккумуляторов, каждая из которых имеет первый полюс с первой полярностью и второй полюс со второй полярностью; подсистему коммутации, связанную с первым полюсом первой подсистемы электрических аккумуляторов и первым полюсом второй подсистемы электрических аккумуляторов; подсистему контроллера заряда аккумуляторов, связанную с подсистемой коммутации и вторыми полюсами первой и второй подсистем электрических аккумуляторов; инвертор, связанный с подсистемой коммутации и подсистемой электрических аккумуляторов; подсистему распределения электрической мощности, связанную с инвертором, причем подсистема распределения электрической мощности включает в себя выходную линию нагрузки, выполненную с возможностью соединяться с электрической нагрузкой; подсистему выпрямителя, связанную с подсистемой распределения электрической мощности; подсистему управления функцией с электропитанием, связанную с подсистемой выпрямителя, причем подсистема управления функцией с электропитанием включает в себя процессор и память; подсистему конденсаторов, связанную с подсистемой управления функцией с электропитанием; электродвигатель, связанный с подсистемой управления функцией с электропитанием; подсистему электрогенератора, включающую в себя электрогенератор, причем электрогенератор функционально соединен с электродвигателем и получает входное вращательное движение от электродвигателя, при этом выходная скорость вращения электродвигателя и входная скорость вращения, обеспечиваемая на электрогенератор, неизменны относительно друг друга; и подсистема контроллера заряда аккумуляторов связана с подсистемой электрогенератора, подсистемой коммутации, инвертором и подсистемой электрических аккумуляторов.
[0011] Заявитель дополнительно разработал инновационную систему электропитания, содержащую: первую и вторую подсистемы электрических аккумуляторов, каждая из которых имеет первый полюс с первой полярностью и второй полюс со второй полярностью; подсистему коммутации, связанную с первым полюсом первой подсистемы электрических аккумуляторов и первым полюсом второй подсистемы электрических аккумуляторов; подсистему управления функцией с электропитанием, связанную с подсистемой коммутации и вторыми полюсами первой и второй подсистем электрических аккумуляторов, причем упомянутая подсистема управления функцией включает в себя процессор и память; инвертор, связанный с подсистемой коммутации и подсистемой электрических аккумуляторов; первую подсистему распределения электрической мощности, связанную с инвертором, причем первая подсистема распределения электрической мощности включает в себя выходную линию нагрузки, выполненную с возможностью соединяться с электрической нагрузкой; подсистему выпрямителя, связанную с первой подсистемой распределения электрической мощности; подсистему управления функцией с электропитанием, связанную с подсистемой коммутации, подсистемой инвертора и подсистемой электрических аккумуляторов, причем подсистема управления функцией с электропитанием включает в себя процессор и память; подсистему конденсаторов, связанную с подсистемой управления функцией с электропитанием; электродвигатель, связанный с подсистемой управления функцией с электропитанием; подсистему электрогенератора, включающую в себя электрогенератор, причем электрогенератор функционально соединен с электродвигателем и получает входное вращательное движение от электродвигателя, при этом выходная скорость вращения электродвигателя и входная скорость вращения, обеспечиваемая на электрогенератор, являются неизменными относительно друг друга; и вторую подсистему распределения электрической мощности, связанную с подсистемой электрогенератора и подсистемой инвертора.
[0012] Заявитель дополнительно разработал инновационную систему электропитания, содержащую: первую и вторую подсистемы электрических аккумуляторов, каждая из которых имеет первый полюс с первой полярностью и второй полюс со второй полярностью; подсистему коммутации, связанную с первым полюсом первой подсистемы электрических аккумуляторов и первым полюсом второй подсистемы электрических аккумуляторов; подсистему выпрямителя/индуктора, связанную с первым и вторым полюсами первой и второй подсистем электрических аккумуляторов, подсистему выпрямителя, связанную с подсистемой электрических аккумуляторов; подсистему прерывателя, связанную с подсистемой выпрямителя; подсистему управления функцией с электропитанием, связанную с подсистемой выпрямителя, причем подсистема управления функцией с электропитанием включает в себя процессор и память; подсистему конденсаторов, связанную с подсистемой управления функцией с электропитанием; электродвигатель, связанный с подсистемой управления функцией с электропитанием; подсистему электрогенератора, включающую в себя электрогенератор, причем электрогенератор функционально соединен с электродвигателем и получает входное вращательное движение от электродвигателя, при этом выходная скорость вращения электродвигателя и входная скорость вращения, обеспечиваемая на электрогенератор, являются неизменными относительно друг друга; подсистему инвертора, связанную с подсистемой электрогенератора; подсистему распределения электрической мощности, связанную с подсистемой инвертора и системой прерывателя, причем подсистема распределения электрической мощности включает в себя выходную линию нагрузки, выполненную с возможностью соединяться с электрической нагрузкой; подсистему контроллера заряда аккумуляторов, связанную с подсистемой электрогенератора и подсистемой электрических аккумуляторов.
[0013] Заявитель дополнительно разработал инновационный способ генерации, хранения и распределения электрической мощности, содержащей: приложение электрической мощности постоянного тока от первой подсистемы электрических аккумуляторов к подсистеме управления функцией, причем упомянутая подсистема управления функцией связана с подсистемой конденсаторов; приложение электрической мощности постоянного тока от подсистемы управления функцией к двигателю постоянного тока; обеспечение входного вращательного движения от двигателя постоянного тока и генерирование выходного вращательного движения от двигателя постоянного тока; генерирование электрической мощности переменного тока из выходного вращательного движения двигателя постоянного тока; распределение первой части генерируемой электрической мощности переменного тока на выходную линию нагрузки, выполненную с возможностью соединяться с электрической нагрузкой, и второй части генерируемой электрической мощности переменного тока на подсистему индуктора; приложение электрической мощности переменного тока от подсистемы индуктора к подсистеме выпрямителя и генерирование электрической мощности постоянного тока с использованием подсистемы выпрямителя; и приложение электрической мощности постоянного тока от подсистемы выпрямителя ко второй подсистеме электрических аккумуляторов, причем отношение входного вращательного движения к выходному вращательному движению двигателя постоянного тока установлено для оптимизации истощения мощности первой подсистемы аккумуляторов для предопределенного уровня доступной мощности на выходной линии нагрузки и предопределенных длительностей первой, второй и третьей рабочих фаз.
[0014] Заявитель дополнительно разработал инновационный способ генерации, хранения и распределения электрической мощности, содержащий: приложение электрической мощности постоянного тока от подсистемы электрических аккумуляторов к подсистеме коммутации, причем подсистема коммутации связана с подсистемой инвертора; приложение электрической мощности переменного тока от подсистемы инвертора к подсистеме распределения энергии; распределение первой части электрической мощности переменного тока на выходную линию нагрузки, выполненную с возможностью соединяться с электрической нагрузкой, и второй части электрической мощности переменного тока на подсистему выпрямителя; приложение постоянного тока от подсистемы выпрямителя к подсистеме управления функцией; приложение постоянного тока от подсистемы управления функцией к двигателю постоянного тока; обеспечение входного вращательного движения от двигателя постоянного тока на электрогенератор [[постоянного тока]], при этом выходная скорость вращения двигателя постоянного тока и входная скорость вращения, обеспечиваемая на электрогенератор, являются неизменными относительно друг друга; генерацию электрической мощности постоянного тока из выходного вращательного движения двигателя постоянного тока, при этом скорость вращения установлена, чтобы оптимизировать подачу мощности для внешнего электрического распределения; приложение электрической мощности постоянного тока от подсистемы электрогенератора постоянного тока к подсистеме контроллера заряда аккумуляторов; и приложение электрической мощности постоянного тока от подсистемы контроллера заряда аккумуляторов к подсистеме коммутации, инвертору и подсистеме электрических аккумуляторов.
[0015] Заявитель дополнительно разработал инновационный способ генерации, хранения и распределения электрической мощности, содержащий: приложение электрической мощности постоянного тока от подсистемы электрических аккумуляторов к подсистеме коммутации, причем подсистема коммутации связана с подсистемой инвертора; преобразование электрической мощности постоянного тока в электрическую мощность переменного тока; распределение первой части электрической мощности переменного тока на первую систему распределения энергии, связанную с выходной линией нагрузки, выполненной с возможностью соединяться с электрической нагрузкой, и второй части электрической мощности переменного тока на вторую подсистему распределения энергии; приложение электрической мощности переменного тока от первой подсистемы распределения энергии к подсистеме выпрямителя; приложение электрической мощности постоянного тока от подсистемы выпрямителя к подсистеме управления функцией; приложение электрической мощности постоянного тока от подсистемы управления функцией к двигателю постоянного тока; обеспечение входного вращательного движения от двигателя постоянного тока на электрогенератор, при этом выходная скорость вращения двигателя постоянного тока и входная скорость вращения, обеспечиваемая на электрогенератор, являются неизменными относительно друг друга; генерацию электрической мощности переменного тока из выходного вращательного движения двигателя постоянного тока, причем скорость вращения установлена, чтобы оптимизировать подачу мощности для внешнего распределения электроэнергии; приложение электрической мощности переменного тока ко второй подсистеме распределения энергии; преобразование электрической мощности переменного тока в электрическую мощность постоянного тока; и приложение электрической мощности постоянного тока к подсистеме электрических аккумуляторов.
[0016] Заявитель дополнительно разработал инновационный способ генерации, хранения и распределения электрической мощности, содержащий: приложение электрической мощности постоянного тока от подсистемы электрических аккумуляторов к подсистеме выпрямителя; приложение мощности постоянного тока от подсистемы выпрямителя к подсистеме управления функцией, причем подсистема управления функцией связана с подсистемой конденсаторов; приложение электрической мощности постоянного тока от подсистемы управления функцией к двигателю постоянного тока; обеспечение входного вращательного движения от двигателя постоянного тока на электрогенератор, при этом выходная скорость вращения двигателя постоянного тока и входная скорость вращения, обеспечиваемая на электрогенератор, являются неизменными относительно друг друга; генерацию электрической мощности постоянного тока из выходного вращательного движения двигателя постоянного тока; преобразование электрической мощности постоянного тока в электрическую мощность переменного тока; приложение электрической мощности постоянного тока к системе распределения мощности; распределение первой части электрической мощности переменного тока от системы распределения мощности на источник нагрузки и второй части электрической мощности переменного тока от системы распределения мощности на подсистему прерывателя; приложение электрической мощности переменного тока от подсистемы прерывателя к подсистеме выпрямителя; приложение электрической мощности постоянного тока от подсистемы выпрямителя к подсистеме электрических аккумуляторов; и приложение электрического тока от электрогенератора через подсистему контроллера заряда аккумуляторов к подсистеме электрических аккумуляторов.
[0017] Следует понимать, что как приведенное выше общее описание, так и последующее подробное описание являются лишь иллюстративными и поясняющими, и не ограничивают изобретение, как заявлено.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0018] Для того чтобы способствовать пониманию настоящего изобретения, теперь будет сделана ссылка на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции относятся к подобным элементам. Чертежи приведены только в качестве примера и не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение.
[0019] Фиг. 1 - блок-схема системы генерации, распределения и хранения электрической мощности в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0020] Фиг. 2 - подробная блок-схема подсистемы аккумуляторов и подсистемы коммутации системы, проиллюстрированной на фиг. 1.
[0021] Фиг. 3 - подробная блок-схема альтернативной подсистемы коммутации для системы, проиллюстрированной на фиг. 1.
[0022] Фиг. 4 - блок-схема компонентов системы генерации, распределения и хранения электрической мощности в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, используемым для сетевого электропитания.
[0023] Фиг. 5 - блок-схема компонентов системы генерации, распределения и хранения электрической мощности в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, используемого для автономного электропитания.
[0024] Фиг. 6 - блок-схема системы генерации, распределения и хранения электрической мощности в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения, используемого для сетевого и автономного электропитания.
[0025] Фиг. 7 - блок-схема системы генерации, распределения и хранения электрической мощности в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения, используемого для сетевого и автономного электропитания.
[0026] Фиг. 8 - блок-схема системы генерации, распределения и хранения электрической мощности в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения, используемого для сетевого и автономного электропитания.
[0027] Фиг. 9 - блок-схема системы генерации, распределения и хранения электрической мощности в соответствии с седьмым вариантом осуществления настоящего изобретения, используемого для сетевого и автономного электропитания.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0028] Далее будет сделана подробная ссылка на варианты осуществления настоящего изобретения, примеры которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах.
[0029] Как показано на фиг. 1, в первом варианте осуществления изобретения, система 100 аккумуляторов постоянного тока (DC) может быть электрически соединена посредством подсистемы коммутации 200 с системой 300 генерации электрической мощности. Система 300 генерации мощности может быть электрически соединена с подсистемой 400 распределения АС мощности, которая, в свою очередь, может быть соединена с источником 500 нагрузки и системой 600 зарядки аккумуляторов. Система 600 зарядки аккумуляторов может быть соединена с системой 100 аккумуляторов через подсистему 200 коммутации.
[0030] Система 100 DC-аккумуляторов может включать в себя первую, вторую и третью подсистемы или блоки 110, 120 и 130 аккумуляторов, каждая из которых может состоять из множества отдельных аккумуляторов и аккумуляторных элементов. Отдельные аккумуляторы и аккумуляторные элементы, содержащие каждую из подсистем аккумуляторов, могут быть соединены последовательно. В одном неограничивающем примере, каждая подсистема аккумуляторов может включать в себя всего двенадцать свинцово-кислотных аккумуляторов глубокого цикла на 12 вольт, 200 ампер. Подсистемы аккумуляторов, имеющие эти параметры, могут обеспечить постоянный выход 5 кВт в течение периода 15 минут с последующими 15 минутами подзарядки (или отдыха) и 15 минутами отдыха, если непосредственно после подзарядки (или подзарядки, если непосредственно после отдыха). В одном неограничивающем примере, каждая подсистема аккумуляторов может включать в себя по меньшей мере один литий-ионный аккумулятор. Следует понимать, что тип, напряжение, сила тока в амперах и другие материалы и свойства используемых аккумуляторов могут изменяться без отклонения от предполагаемого объема изобретения.
[0031] Аккумуляторы должны иметь достаточную мощность и силу тока при объединении в подсистемы аккумуляторов для питания подсистемы коммутации 200, системы 300 генерации мощности, источника 500 нагрузки и системы 600 зарядки аккумуляторов в течение определенного периода времени без избыточного разряда. В одном варианте осуществления, каждая подсистема 110, 120 и 130 аккумуляторов может, в начале срока службы аккумуляторов, снабжать энергией всю систему в течение периодов пятнадцать (15) минут из сорока пяти (45-) минутного цикла без разряда более чем примерно на двадцать процентов (20%).
[0032] Первые положительные полюса первой, второй и третьей подсистем 110, 120 и 130 аккумуляторов могут быть электрически соединены с подсистемой 200 коммутации посредством проводников 150, 152 и 156 соответственно. В свою очередь, подсистема 200 коммутации может быть электрически соединена посредством проводника положительной полярности через точку А с системой 300 генерации мощности и посредством проводника положительной полярности через точку С с системой 600 зарядки аккумуляторов. Отрицательные полюса первой, второй и третьей подсистем 110, 120 и 130 аккумуляторов могут быть электрически соединены с системой 300 генерации мощности и системой 600 зарядки аккумуляторов посредством проводника 154 через точку B.
[0033] Один неограничивающий вариант осуществления подсистемы 200 коммутации проиллюстрирован на фиг. 2. Со ссылкой на фиг. 2, подсистема 200 коммутации может включать в себя один или более таймеров 210, которые могут быть электрически соединены с первым, вторым и третьим контакторами 220, 222 и 224 низкого напряжения. Первый контактор 220 низкого напряжения может управлять первым и вторым контакторами 231 и 232 высокого напряжения; второй контактор 222 низкого напряжения может управлять третьим и четвертым контакторами 233 и 234 высокого напряжения; и третий контактор 224 низкого напряжения может управлять пятым и шестым контакторами 235 и 230 высокого напряжения, соединенными вместе через точку D в цепи.
[0034] Под управлением таймеров 210 и первого и третьего контакторов 220 и 224 низкого напряжения, первый и шестой контакторы 231 и 230 высокого напряжения могут избирательно соединять первую подсистему 110 аккумуляторов с первой шиной 240, второй шиной 242 или ни с одной шиной. Таймеры 210 и первый и второй контакторы 220 и 222 низкого напряжения могут управлять вторым и третьим контакторами 232 и 233 высокого напряжения для избирательного соединения второй подсистемы 120 аккумуляторов с первой шиной 240, второй шиной 242 или ни с одной шиной. Аналогично, таймеры 210 и второй и третий контакторы 222 и 224 низкого напряжения могут управлять четвертым и пятым контакторами 234 и 235 высокого напряжения для избирательного соединения третьей подсистемы 130 аккумуляторов с первой шиной 240, второй шиной 242 или ни с одной шиной.
[0035] Таймеры 210 могут отправлять сигналы управления низкого напряжения на первый, второй и третий контакторы 220, 222 и 224 низкого напряжения автоматически и/или под управлением подсистемы управления функцией, обсуждаемой ниже. Такие сигналы могут активировать конкретный контактор низкого напряжения и побуждать его размыкать или замыкать соединенные с ним контакторы высокого напряжения. В результате, комбинация таймеров 210, контакторов 220, 222 и 224 низкого напряжения и контакторов 230, 231, 232, 233, 234 и 235 высокого напряжения может избирательно соединять каждую из подсистем 110, 120 и 130 аккумуляторов с первой шиной 240, второй шиной 242 или ни с одной шиной. Каскадное расположение таймеров 210, контакторов 220, 222, 224 низкого напряжения и контакторов 230-235 высокого напряжения позволяет подключать только одну из подсистем аккумуляторов к первой шине 240 и подключать только одну другую из подсистем аккумуляторов ко второй шине 242, в данное время. Однако следует принимать во внимание, что система может допускать возможность короткого промежутка времени перекрытия, в течение которого две подсистемы аккумуляторов могут быть соединены с одной и той же шиной в одно и то же время.
[0036] Со ссылкой на фиг. 1 и 2, первая шина 240 может быть соединена через точку А с системой 300 генерации мощности, а вторая шина 242 может быть соединена через точку С с системой 600 зарядки аккумуляторов. Таким образом, функционально, подсистема 200 коммутации может быть приспособлена, чтобы избирательно переключать между:
(i) соединением первого полюса первой подсистемы 110 аккумуляторов с системой 600 зарядки аккумуляторов при одновременном соединении первого полюса второй подсистемы 120 аккумуляторов с системой 300 генерации мощности во время первой рабочей фазы,
(ii) соединением первого полюса второй подсистемы 120 аккумуляторов с системой 600 зарядки аккумуляторов при одновременном соединении первого полюса третьей подсистемы 130 аккумуляторов с системой 300 генерации мощности во время второй рабочей фазы, и
(iii) соединением первого полюса третьей подсистемы 130 аккумуляторов с системой 600 зарядки аккумуляторов при одновременном соединении первого полюса первой подсистемы 1 аккумуляторов с системой 300 генерации энергии во время третьей рабочей фазы.
[0037] Альтернативный вариант осуществления подсистемы коммутации 200 проиллюстрирован на фиг. 3 схематичной диаграммой. Относительно фиг. 1 и 3, каждый из трехпозиционных переключателей 250, 252 и 254 может соединять положительный полюс ассоциированной подсистемы (110, 120 и 130) аккумуляторов с одним из: точки А или точки С в общей цепи или положения разъединения цепи (как показано). Трехпозиционные переключатели 250, 252 и 254 могут управляться одним или более таймерами 210 для обеспечения переключения аналогично варианту осуществления, представленному на фиг. 2.
[0038] Вновь со ссылкой на фиг. 1, система 300 генерации мощности может включать в себя подсистему 310 управления функцией, электрически соединенную и питаемую от системы 100 аккумуляторов через подсистему 200 коммутации. Подсистема 310 управления функцией опционально может соединяться с и управляться таймерами 210 в подсистеме 200 коммутации. Подсистема 310 управления функцией может обеспечивать питание от одной из подсистем аккумуляторов в системе 100 аккумуляторов в каждое время для приведения в действие DC электродвигателя 330, который, в свою очередь, может приводить в действие FC электрогенератор 350. Подсистема 310 управления функцией может управлять скоростью подсистемы 330 электродвигателя.
[0039] Обычные генераторы имеют высокий крутящий момент, что требует добавления коробки передач, необходимой в ранее известных системах. В этих системах, коробка передач требовалась для снижения крутящего момента и снижения мощности, потребляемой двигателем. С использованием нового специально разработанного генератора с низкими требованиями к крутящему моменту, можно удалить коробку передач из современной системы. Это удаляет из системы механический элемент, который может быть подвержен сбоям, и это дополнительно устраняет напряжение коробки передач, добавляемой в систему, и делает систему более эффективной.
[0040] Система 300 генерации мощности также может включать в себя подсистему 360 охлаждения, управляемую подсистемой 310 управления функцией. Подсистема 360 охлаждения может находиться в операционном контакте с какими-либо и/или всеми генерирующими тепло компонентами системы в целом, такими как подсистема 310 управления функцией, электродвигатель 330 и электрогенератор 350. Подсистема 360 охлаждения может поддерживать элементы системы в диапазонах оптимальных рабочих температур способом, известным специалистам в данной области техники.
[0041] Подсистема 320 конденсаторов может быть электрически соединена с подсистемой 310 управления функцией. Подсистема 320 конденсаторов может включать в себя множество конденсаторов, соединенных параллельно друг с другом. Подсистема 320 конденсаторов может быть использована для управления и коррекции характеристик системы, таких как лаг коэффициента мощности и фазовый сдвиг. Подсистема 320 конденсаторов может также увеличивать накопленную энергию и улучшать стабилизацию синусоидальной волны, генерируемой процессором в подсистеме 310 управления функцией.
[0042] Подсистема 310 управления функцией может включать в себя цифровой процессор, цифровые компоненты памяти и управляющее программирование, которое необходимо для работы всей системы способом, описанным в данном документе. Например, подсистема 310 управления функцией может включать в себя программирование, которое управляет компонентами системы для последовательности запуска, последовательности остановки, мониторинга вибрации, мониторинга перегрева и дистанционного мониторинга. Подсистема 310 управления функцией может также включать в себя или соединяться с одним или более компонентами мониторинга параметров, которые обеспечивают системные данные. Такие данные могут включать в себя, но без ограничения: уровень и емкость заряда аккумулятора, силу тока аккумулятора, напряжение аккумулятора, время использования аккумулятора, время заряда аккумулятора, текущее время, температуры элементов системы, вибрацию, нагрузку источника, крутящий момент электродвигателя, скорость вращения электродвигателя, крутящий момент электрогенератора, скорость вращения электрогенератора, нагрузку системы зарядки аккумуляторов, настройки выпрямителя и настройки индуктора.
[0043] Размер и рабочие характеристики электродвигателя 330 и электрогенератора 350 могут быть выбраны для обеспечения оптимальной генерации мощности и срока службы аккумулятора для данной ожидаемой нагрузки 500, подлежащей обслуживанию системой, а также частоты и времени подзарядки подсистем 110, 120 и 130 аккумуляторов. Для подсистем аккумуляторов описанного типа, электродвигатель 330 может требовать 144 В/100 А для поддержания работы. Скорость электродвигателя 330 предпочтительно задается равной или близкой к минимальной скорости вращения, необходимой для приведения в действие электрогенератора для обеспечения требуемой силы тока и напряжения для обслуживания нагрузки 500 и подзарядки одной подсистемы аккумуляторов, в то же время уменьшая или минимизируя крутящий момент, прикладываемый электрогенератором 350. Использование нового электрогенератора 350 с низким крутящим моментом может обеспечивать крутящий момент на электрогенераторе 350 без увеличения (и предпочтительно при уменьшении) требований крутящего момента электродвигателя 330, тем самым, снижая потребление мощности на подсистеме аккумуляторов, приводящей в движение электродвигатель и улучшая характеристики истощения аккумулятора для данной выходной мощности генератора.
[0044] Скорость электродвигателя 330 может быть автоматически установлена в реальном времени для данного момента подсистемой 310 управления функцией. Подсистема 310 управления функцией может принимать данные скорости электродвигателя 330 от датчика скорости, расположенного, например, на валу двигателя, а также требования подзарядки аккумулятора и мощности нагрузки 500 от других датчиков. Подсистема 310 управления функцией может регулировать скорость электродвигателя 330 так, чтобы электрогенератор 350 обеспечивал требуемую мощность в данный момент времени при максимальном крутящем моменте на генераторе и минимальном крутящем моменте на двигателе. Таким образом, подсистема 310 управления функцией может оптимизировать условия генерации мощности (скорость вращения электродвигателя и скорость вращения электрогенератора) в реальном времени.
[0045] Электрогенератор 350 может быть соединен через один или более электрических проводников с подсистемой 400 распределения мощности переменного тока. Подсистема распределения мощности может содержать, например, блок прерывателя переменного тока. Подсистема 400 распределения мощности может быть соединена посредством одного или более проводников с источником 500 нагрузки и системой 600 зарядки аккумуляторов. Потребности в мощности источника 500 нагрузки и системы 600 зарядки аккумуляторов могут сообщаться на подсистему 310 управления функцией по проводным или беспроводным каналам связи от датчиков, ассоциированных с подсистемой 400 распределения мощности, источником 500 нагрузки и/или системой 600 зарядки аккумуляторов. Потребности в мощности могут использоваться модулем автоматического дроссельного регулирования подсистемы 310 управления функцией для настройки электродвигателя 330, чтобы вращаться с корректной скоростью для потребностей в мощности системы.
[0046] Система 600 зарядки аккумуляторов может включать в себя подсистему 610 индуктора, электрически соединенную через один или более прерывателей 620 цепи с подсистемой 630 выпрямителя. Комбинация подсистемы 610 индуктивности и подсистемы 630 выпрямителя используются для обеспечения требуемого уровня подзарядки одной из подсистем 110, 120 или 130 аккумуляторов в течение требуемого цикла подзарядки, который в случае системы с использованием трех подсистем аккумуляторов составляет одну треть от общего времени цикла системы. Подсистема 630 выпрямителя может быть самонастраивающейся, чтобы приспосабливать подзарядку подсистемы аккумуляторов, заряжаемой в текущий момент. Другими словами, обычно в отсутствие подсистемы 610 индуктора, самонастраивающаяся подсистема 630 выпрямителя может уменьшать напряжение и/или силу тока, подаваемые на подсистему аккумуляторов, подвергающуюся подзарядке в течение цикла зарядки. В результате, без включения подсистемы 610 индуктора, подсистемы аккумуляторов могут не перезаряжаться достаточно быстро, чтобы полностью подзарядиться в течение желательного временного цикла. Добавление подсистемы 610 индуктора с регулируемым реостатом может обеспечить увеличение силы тока системы 600 зарядки аккумуляторов (и, таким образом, силы тока, доступной для подзарядки холостой подсистемы аккумуляторов) по сравнению с системой без катушки индуктивности. Предпочтительно, установка реостата подсистемы 610 индуктора может быть автоматически отрегулирована в течение цикла подзарядки под управлением блока 310 управления функцией. Установка реостата предпочтительно должна быть отрегулирована в реальном времени таким образом, что полная или почти полная подзарядка завершается в течение требуемого периода времени с использованием наименьшей величины потребляемой мощности на подсистеме аккумуляторов, используемой для питания системы в течение этого времени. В варианте осуществления, подсистема 650 контроллера заряда аккумуляторов (не показана) может соединять подсистему 350 электрогенератора и систему 100 электрических аккумуляторов.
[0047] Системы, проиллюстрированные на фиг. 1-3, могут быть использованы для генерации, хранения и распределения электрической мощности для питания источника 500 нагрузки, одновременно генерируя электрическую мощность для подзарядки обедненных подсистем 110, 120 и/или 130 аккумуляторов следующим образом. Способ использования проиллюстрированных систем может быть инициирован подсистемой 310 управления функцией, передающей проводной или беспроводной управляющий сигнал на подсистему 200 коммутации в течение первой рабочей стадии. Сигналы подсистемы 310 управления функцией могут побуждать таймер 210 отправлять управляющие сигналы низкого напряжения на первый, второй и третий контакторы 220, 222 и 224. Управляющие сигналы таймера 210 могут управлять первым и третьим контакторами 220 и 224 низкого напряжения для соединения первого положительного полюса первой подсистемы 110 аккумуляторов с первой шиной 240 через проводник 150 и контакторы 230 и/или 231 высокого напряжения. В свою очередь, первая шина 240 соединяет первую подсистему 110 аккумуляторов с блоком 310 управления функцией и электродвигателем 330. Поскольку второй отрицательный полюс первой подсистемы 110 аккумуляторов постоянно соединен с блоком 310 управления функцией и электродвигателем 330, цепь временно завершается для подачи питания на электродвигатель с использованием первой подсистемы аккумуляторов.
[0048] При этом первая подсистема аккумуляторов используется для питания электродвигателя 330 (т.е. первой рабочей фазы), управляющие сигналы, отправленные из блока 310 управления функцией на таймер 210, могут быть использованы для управления первым, вторым и третьим контакторами 220, 222 и 224 низкого напряжения для выполнения соединений и разъединений других подсистем аккумуляторов. В частности, контакторы низкого напряжения 220, 222 и 224 может быть использован для управления контакторами 232, 233, 234 и 235 высокого напряжения для временного подключения первого положительного полюса второй подсистемы 120 аккумуляторов ко второй шине 242 и временного изолирования первого положительного полюса третьей подсистемы 130 аккумуляторов от любой цепи. В результате вторая подсистема 120 аккумуляторов может быть соединена с подсистемой 630 выпрямителя, а третья подсистема 130 аккумуляторов может быть изолирована в течение первой рабочей фазы.
[0049] Во время первой рабочей фазы, электродвигатель 330 вращается при питании от первой подсистемы 110 аккумуляторов. Вращательное движение электродвигателя 330 используется для приведения в действие электрогенератора 350 посредством электродвигателя 330. Сопротивление крутящему моменту электрогенератора 350 на электродвигателе может варьироваться в зависимости от нагрузки, прикладываемой к генератору от источника 500 нагрузки и системы 600 зарядки аккумуляторов. Скорость электродвигателя 330 может избирательно регулироваться блоком 310 управления функцией, чтобы оптимизировать скорость для нагрузки, прикладываемой к электрогенератору 350.
[0050] Выходная электрическая мощность электрогенератора 350 направляется частично подсистемой 400 распределения на систему 600 зарядки аккумуляторов. Подсистема 610 индуктора и подсистема 630 выпрямителя системы 600 зарядки аккумуляторов работают совместно, предпочтительно под управлением блока 310 управления функцией, для подзарядки второй подсистемы 120 аккумуляторов во время первой рабочей фазы. Первая рабочая фаза может автоматически заканчиваться по истечении установленного времени после обнаружения установленного уровня разряда первой подсистемы 110 аккумуляторов или после установленного уровня подзарядки второй подсистемы 120 аккумуляторов.
[0051] За окончанием первой рабочей фазы следует сразу же введение второй рабочей фазы, в течение которой блок 310 управления функцией предписывает системе 200 коммутации: заменить вторую подсистему 120 аккумуляторов на первую подсистему 110 аккумуляторов, заменить третью подсистему 130 аккумуляторов на вторую подсистему 120 аккумуляторов и заменить первую подсистему 110 аккумуляторов на третью подсистему 130 аккумуляторов. Другими словами, во время второй рабочей фазы, вторая подсистема 120 аккумуляторов используется для питания, третья подсистема 130 аккумуляторов подзаряжается, и первая подсистема 110 аккумуляторов отсоединена от схем питания и подзарядки. Во время третьей рабочей фазы, третья подсистема 130 аккумуляторов питает систему, первая подсистема 110 аккумуляторов подзаряжается, и вторая подсистема 120 аккумуляторов отключена. Ротация первой, второй и третьей рабочих фаз может повторяться для обеспечения бесперебойной подачи мощности на источник 500 нагрузки.
[0052] Альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг. 4, в котором одинаковые ссылочные позиции относятся к подобным элементам, которые работают аналогично тем, которые описаны в связи с другими вариантами осуществления. Система 300 генерации мощности может быть соединена через сетевой инвертор 370 с системой 400 распределения АС мощности для питания источника 500 нагрузки. Система 300 генерации мощности также может быть соединена с системой 100 DC аккумуляторов и источника бесперебойного питания (UPS) через систему 700 выпрямителя/индуктора. Система 100 аккумуляторов/UPS может избирательно подавать питание в систему 300 генерации мощности через систему 700 выпрямителя/индуктора. Подсистема 200 коммутации может управлять переключением системы 100 аккумуляторов/UPS в общую цепь и из общей цепи для приема мощности подзарядки от системы 600 зарядки аккумуляторов, которая соединена с системой 400 распределения мощности, для завершения цепи.
[0053] С продолжающейся ссылкой на фиг. 4, вся система может быть инициирована для генерации мощности путем соединения системы 100 аккумуляторов/UPS с системой 700 выпрямителя/индуктора под управлением системы 200 коммутации. DC мощность может поступать от системы 100 аккумуляторов/UPS через индуктор 710, прерыватель 720 цепи и выпрямитель 730. DC мощность от выпрямителя 730 подается на систему 300 генерации мощности. Подсистема 310 управления функцией прикладывает DC мощность от выпрямителя 730 к подсистеме 330 DC электродвигателя. В свою очередь, DC двигатель приводит в действие DC генератор 380.
[0054] Электродвигатель 330 функционально соединен с электрогенератором 350. Подсистема 310 управления функцией может управлять скоростью подсистемы 330 электродвигателя. Система 300 генерации мощности также может включать в себя подсистему 360 охлаждения, управляемую подсистемой 310 управления функцией. Подсистема 360 охлаждения может находиться в рабочем контакте с какими-либо и/или всеми генерирующими тепло компонентами системы в целом, такими как подсистема 310 управления функцией, подсистема 330 электродвигателя и DC генератор 380. Подсистема 360 охлаждения может поддерживать элементы системы в диапазонах оптимальных рабочих температур способом, известным специалистам в данной области техники.
[0055] Подсистема 320 конденсаторов может быть электрически связана с подсистемой 310 функции управления. Подсистема 320 конденсаторов может включать в себя множество конденсаторов, соединенных параллельно друг с другом. Подсистема 320 конденсаторов может быть использована для управления и коррекции характеристик системы, таких как лаг коэффициента мощности и фазовый сдвиг. Подсистема 320 конденсаторов может также увеличивать накопленную энергию и улучшить стабилизацию синусоидального колебания, генерируемого процессором в подсистеме 310 управления функцией.
[0056] Подсистема 310 управления функцией может включать в себя цифровой процессор, цифровые компоненты памяти и управляющее программирование, которое необходимо для работы всей системы способом, описанным в данном документе. Например, подсистема 310 управления функцией может включать в себя программирование, которое управляет компонентами системы для последовательности запуска, последовательности остановки, мониторинга вибрации, мониторинга перегрева и дистанционного мониторинга. Подсистема 310 управления функцией может также включать в себя или соединяться с одним или более компонентами мониторинга параметров, которые обеспечивают данные системы. Такие данные могут включать в себя, но без ограничения: уровень и емкость заряда аккумулятора, силу тока аккумулятора, напряжение аккумулятора, время использования аккумулятора, время заряда аккумулятора, текущее время, температуры элементов системы, вибрацию, нагрузку источника, крутящий момент электродвигателя, скорость вращения электродвигателя, крутящий момент электрогенератора, скорость вращения электрогенератора, нагрузку системы зарядки аккумуляторов, настройки выпрямителя и настройки индуктора.
[0057] В предпочтительном варианте осуществления, DC генератор 380 может выводить 10 кВт мощности с относительно низкими требованиями к крутящему моменту на низких скоростях вращения (rpm). Например, DC генератор 380 может потребовать 5 футо-фунтов крутящего момента на 1 кВт выходной мощности. Выходная DC мощность от DC генератора 380 может предоставляться на сетевой (например, 10 кВт) инвертор 370, требующий для работы напряжение переменного тока (АС) 220 В. В свою очередь, АС мощность от сетевого инвертора 370 может оперативно предоставляться в локальную или национальную энергосеть, локальные выводы питания и систему 400 распределения мощности. Любая избыточная мощность может подаваться от сетевого инвертора 370 в национальную энергосеть для питания нагрузок, соединенных с сетью, таких как домашние стенные розетки 410. Эта избыточная мощность, подаваемая в национальную энергосеть, может продаваться энергетической компании или торговаться в кредит.
[0058] Как отмечено выше, система 400 распределения мощность может быть соединена с системой 600 зарядки аккумуляторов, включающей в себя выпрямитель. Система распределения мощности может быть соединена с национальной энергосетью для доставки мощности в дома, в том числе к стенным розеткам 410 и т.п. DC мощность от системы 600 зарядки аккумуляторов может быть использована для того, чтобы поддерживать систему 100 аккумуляторов/UPS полностью заряженной. Избыточная мощность, не требуемая для подзарядки, может быть направлена на систему 700 выпрямителя/индуктора, чтобы использоваться для питания DC двигателя 330. Когда система 100 аккумуляторов/UPS находится в полностью заряженном состоянии, вся мощность для приведения в движение DC двигателя 330 может обеспечиваться системой 600 зарядки аккумуляторов. Таким образом, система 100 аккумуляторов/UPS может функционировать в качестве активатора тока в противоположность поставщику тока. В варианте осуществления, подсистема 650 контроллера заряда аккумуляторов (не показана) может связывать подсистему 400 распределения мощности и систему 100 электрических аккумуляторов.
[0059] Со ссылкой на фиг. 5 проиллюстрирована система, которая почти идентична той, которая показана на фиг. 4. Система по фиг. 5 отличается от системы по фиг. 4, в которой она включает в себя (например, 8 кВт) автономный инвертор 372 вместо сетевого инвертора (370, фиг.4). Автономный инвертор 372 не соединен с национальной энергосетью. Система по фиг. 5 работает таким же образом, как и система по фиг. 4, за исключением того, что нет подключения к национальной энергосети и, таким образом, не позволяет подавать питание от автономного инвертора 372 в национальную энергосеть.
[0060] На фиг. 6 показана система, объединяющая элементы по фиг. 4 и 5, так что включены как сетевой инвертор 370, так и автономный инвертор 372. Система по фиг. 6 может быть использована для обеспечения бесперебойного питания при сбое в национальной энергосети. Система по фиг. 6 включает в себя признак, который побуждает систему использовать сетевой инвертор 370 при функционировании национальной энергосети. Однако когда национальная энергосеть выходит из строя, система переключается на использование автономного инвертора 372 для подачи питания, тем самым отключая систему от национальной энергосети.
[0061] Альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг. 7, в котором одинаковые ссылочные позиции относятся к подобным элементам, которые работают аналогично тем, которые описаны в связи с другими вариантами осуществления.
[0062] Система 100 DC аккумуляторов соединена с подсистемой 200 коммутации через проводники 150, 152 и 156. Система 200 коммутации, в свою очередь, соединена с системой 400 распределения АС мощности через DC/АС инвертор 640. Система 400 распределения АС мощности соединена как с источником 500 нагрузки, так и с системой 300 генерации мощности. Система 300 генерации мощности, в свою очередь, соединена с системой 200 коммутации через подсистему 650 контроллера заряда аккумуляторов.
[0063] В частности, первые положительные полюса первой, второй и третьей подсистем 110, 120 и 130 аккумуляторов системы 100 DC аккумуляторов могут быть электрически соединены с подсистемой 200 коммутации через проводники 150, 152 и 156, соответственно. В свою очередь, подсистема 200 коммутации может быть электрически соединена посредством проводника положительной полярности через точку А с подсистемой 650 контроллера заряда аккумуляторов и посредством проводника положительной полярности через точку С с DC/АС инвертором 640. Отрицательные полюса первой, второй и третьей подсистем 110, 120 и 130 аккумуляторов могут быть электрически соединены с подсистемой 650 контроллера заряда аккумуляторов и DC/АС инвертором 640 посредством проводника 154 через точку B.
[0064] В общем случае, контроллер заряда аккумуляторов ограничивает скорость, с которой электрический ток подается в электрические аккумуляторы или извлекается из электрических аккумуляторов. В этом применении, подсистема 650 контроллера заряда аккумуляторов останавливает зарядку аккумуляторов в подсистеме 100 электрических аккумуляторов, когда аккумуляторы превышают предопределенный и установленный высокий уровень напряжения, и повторно обеспечивает зарядку, когда напряжение аккумулятора падает ниже предопределенного уровня.
[0065] В одном варианте осуществления, подсистема 650 контроллера заряда аккумуляторов включает в себя технологии широтно-импульсной модуляции (PWM) и трекера точки максимальной мощности (MPPT), регулируя скорости зарядки в зависимости от уровня аккумулятора, чтобы обеспечить зарядку ближе к максимальной емкости аккумулятора.
[0066] Подсистема 650 контроллера заряда аккумуляторов может снижать возможность чрезмерной зарядки и может защищать от перенапряжения, которые могут снижать производительность или срок службы аккумулятора и подвергать риску безопасность. Подсистема 650 контроллера заряда аккумуляторов также может предотвращать полное истощение или глубокую разрядку аккумулятора или выполнять управляемые разряды, в зависимости от технологии аккумулятора, для защиты срока службы аккумулятора. В варианте осуществления, подсистема 650 контроллера заряда аккумуляторов прикладывает необходимую нагрузку или потребление на подсистеме 380 электрогенератора для обеспечения подзарядки подсистемы 100 электрического аккумулятора в течение предопределенного периода времени. В варианте осуществления, подсистема 650 контроллера заряда аккумуляторов прикладывает необходимую нагрузку или потребление на подсистеме 380 электрогенератора, чтобы гарантировать, что подсистема 100 электрических аккумуляторов получает требуемое напряжение и силу тока с предопределенной скоростью.
[0067] Подсистема 200 коммутации может управлять переключением системы 100 DC аккумуляторов в общую цепь и из общей цепи для приема мощности подзарядки посредством подсистемы 650 контроллера заряда аккумуляторов, которая соединена с системой 300 генерации мощности для завершения цепи.
[0068] С продолжающейся ссылкой на фиг. 7, общая система может быть инициирована для генерации мощности посредством подключения системы 100 DC аккумуляторов к DC/AC инвертору 640 посредством и под управлением системы 200 коммутации. DC мощность может поступать от системы 100 DC аккумуляторов через подсистему 200 коммутации DC/AC инвертора 640 в систему 400 распределения АС мощности.
[0069] АС мощность от системы 400 распределения АС мощности подается в систему 300 генерации мощности и источник 500 нагрузки. Подсистема 310 управления функцией прикладывает DC мощность от выпрямителя 630, который соединен с системой 400 распределения АС мощности, к подсистеме 330 DC электродвигателя.
[0070] АС мощность из 400 подается на 300 через 630. DC мощность из 630 подается на 330 через 310. В свою очередь, DC двигатель 330 приводит в действие DC электрогенератор 380. Как отмечено выше, система 400 распределения мощности может быть соединена с системой 300 генерации мощности, включающей в себя подсистему 630 выпрямителя.
[0071] Подсистема 310 управления функцией, помимо прочего, может управлять скоростью подсистемы 330 DC электродвигателя. Скорость вращения муфты (соединителя) между DC электродвигателем 330 и АС электрогенератором 350 может изменяться при необходимости, но скорость вращения муфты является неизменной по отношению к выходной скорости DC электродвигателя 330 и АС электрогенератора 350. В варианте осуществления, DC электродвигатель 330 и АС электрогенератор 350 соединены непосредственно.
[0072] Система 300 генерации мощности также может включать в себя подсистему 360 охлаждения, управляемую подсистемой 310 управления функцией. Подсистема 360 охлаждения может находиться в операционном контакте с какими-либо и/или всеми генерирующими тепло компонентами всей системы, такими как подсистема 310 управления функцией, подсистема 330 DC электродвигателя и АС электрогенератор 380. Подсистема 360 охлаждения может поддерживать элементы системы в диапазонах оптимальных рабочих температур способом, известным специалистам в данной области техники.
[0073] Подсистема 320 конденсаторов может быть электрически связана с подсистемой 310 управления функцией. Подсистема 320 конденсаторов может включать в себя множество конденсаторов, соединенных параллельно друг с другом. Подсистема 320 конденсаторов может быть использована для управления и коррекции характеристик системы, таких как лаг коэффициента мощности и фазовый сдвиг. Подсистема 320 конденсаторов может также увеличивать накопленную энергию и улучшить стабилизацию синусоидального колебания, генерируемого процессором в подсистеме 310 управления функцией.
[0074] Подсистема 310 управления функцией может включать в себя цифровой процессор, цифровые компоненты памяти и управляющее программирование, которое необходимо для работы всей системы способом, описанным в данном документе. Например, подсистема 310 управления функцией может включать в себя программирование, которое управляет компонентами системы для последовательности запуска, последовательности остановки, мониторинга вибрации, мониторинга перегрева и дистанционного мониторинга. Подсистема 310 управления функцией может также включать в себя или соединяться с одним или более компонентами мониторинга параметров, которые обеспечивают данные системы. Такие данные могут включать в себя, но без ограничения: уровень и емкость заряда аккумулятора, силу тока аккумулятора, напряжение аккумулятора, время использования аккумулятора, время заряда аккумулятора, текущее время, температуры элементов системы, вибрацию, нагрузку источника, крутящий момент электродвигателя, скорость вращения электродвигателя, крутящий момент электрогенератора, скорость вращения электрогенератора, нагрузку системы зарядки аккумуляторов, настройки выпрямителя и настройки индуктора.
[0075] В предпочтительном варианте осуществления, DC генератор 380 может выводить 10 кВт мощности с относительно низкими требованиями к крутящему моменту на низких скоростях вращения. Например, DC генератор 380 может потребовать 5 футо-фунтов крутящего момента на 1 кВт выходной мощности.
[0076] Как только общая система включена и генерирует мощность, DC/AC инвертор 640 может обеспечивать все требования по току для источника 500 нагрузки, соединенного с системой 400 распределения мощности, а также обеспечивать ток, необходимый для питания подсистемы 330 DC электродвигателя. В некоторых вариантах осуществления, инвертор 640 может выключать DC электродвигатель 330, так что система питается от подсистемы 100 аккумуляторов. Когда подсистема 100 аккумуляторов разряжается до предопределенного уровня, инвертор 640 перезапускает DC электродвигатель 330.
[0077] DC мощность, текущая от системы 300 генерации мощности через подсистему 650 контроллера заряда аккумуляторов, может быть использована для поддержания системы 100 DC аккумуляторов полностью заряженной.
[0078] Избыточная мощность, не требуемая для подзарядки, может быть направлена на подсистему 640 инвертора, подсистему 400 распределения мощности, подсистему 630 выпрямителя и блок 310 управления электрической функцией, чтобы использоваться для питания DC двигателя 330.
[0079] Когда система 100 DC аккумуляторов находится в полностью заряженном состоянии, вся мощность для приведения в движение DC двигателя 330 может подаваться системой 600 зарядки аккумуляторов. Таким образом, система 100 DC аккумуляторов может функционировать как активатор тока, в отличие от поставщика тока.
[0080] Альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг. 8, на которой одинаковые ссылочные позиции относятся к подобным элементам, которые работают аналогично тем, которые описаны в связи с другими вариантами осуществления.
[0081] Система 100 DC аккумуляторов соединена с подсистемой 200 коммутации через проводники 150, 152 и 156. Система 200 коммутации, в свою очередь, соединена с первой системой 410 распределения АС мощности и второй системой 420 распределения АС мощности через DC/AC инвертор 640. Первая система 410 распределения АС мощности соединена как с источником 500 нагрузки, так и с системой 300 генерации мощности. Система 300 генерации мощности соединена со второй системой 420 распределения АС мощности. Система 300 генерации мощности содержит подсистему выпрямителя, принимающую АС мощность от первой подсистемы распределения АС мощности. Система 300 генерации мощности также содержит подсистему 310 управления функцией, DC электродвигатель 330 и АС генератор 350, все из которых более подробно рассмотрены ниже.
[0082] В частности, первые положительные полюса первой, второй и третьей подсистем 110, 120 и 130 аккумуляторов системы 100 DC аккумуляторов могут быть электрически соединены с подсистемой 200 коммутации посредством проводников 150, 152 и 156 соответственно. В свою очередь, подсистема 200 коммутации может быть электрически соединена посредством проводника положительной полярности через точку А с подсистемой 310 управления функцией и посредством проводника положительной полярности через точку С с DC/AC инвертором 640. Отрицательные полюса первой, второй и третьей подсистем 110, 120 и 130 аккумуляторов могут быть электрически соединены с подсистемой 310 управления функцией и DC/AC инвертором 640 посредством проводника 154 через точку B.
[0083] Подсистема 200 коммутации может управлять переключением системы 100 DC аккумуляторов в общую цепь и из общей цепи для приема энергии подзарядки через подсистему 310 управления подзарядкой, которая является частью системы 300 генерации мощности, для завершения цепи.
[0084] С продолжающейся ссылкой на фиг. 8, вся система может быть инициирована для генерации мощности путем подключения системы 100 DC аккумуляторов к DC/AC инвертору 640 посредством и под управлением системы 200 коммутации. В свою очередь, АС электрическая мощность от инвертора 640 может проходить в первую подсистему 410 распределения АС мощности.
[0085] Первая часть АС мощности от первой системы 410 распределения АС мощности подается на источник 500 нагрузки, а вторая часть АС мощности подается на выпрямитель 630, который является частью системы 300 генерации мощности.
[0086] Подсистема 310 управления функцией прикладывает DC мощность от выпрямителя 630 к подсистеме 330 DC электродвигателя. В свою очередь, DC двигатель 330 приводит в действие АС электрогенератор 350. АС электрическая мощность от АС генератора 350 затем поступает во вторую систему 420 распределения АС мощности и, в свою очередь, на инвертор 640 для завершения цепи.
[0087] Подсистема 310 управления функцией, помимо прочего, может управлять скоростью подсистемы 330 DC электродвигателя, при этом скорость вращения муфты между DC двигателем 330 тока и АС электрогенератором 350 может варьироваться по мере необходимости, но скорость вращения муфты является неизменной по отношению к выходной скорости DC электродвигателя 330 и АС электрогенератора 350. В варианте осуществления, DC электродвигатель 330 и АС электрогенератор 350 соединены непосредственно.
[0088] Система 300 генерации мощности также может включать в себя подсистему 360 охлаждения, управляемую подсистемой 310 управления функцией. Подсистема 360 охлаждения может находиться в операционном контакте с какими-либо и/или всеми генерирующими тепло компонентами всей системы, такими как подсистема 310 управления функцией, подсистема 330 DC электродвигателя и АС электрогенератор 350. Подсистема 360 охлаждения может поддерживать элементы системы в диапазонах оптимальных рабочих температур способом, известным специалистам в данной области техники.
[0089] Подсистема 320 конденсаторов может быть электрически соединена с подсистемой 310 управления функцией. Подсистема 320 конденсаторов может включать в себя множество конденсаторов, соединенных параллельно друг с другом. Подсистема 320 конденсаторов может быть использована для управления и коррекции характеристик системы, таких как лаг коэффициента мощности и фазовый сдвиг. Подсистема 320 конденсаторов может также увеличивать накопленную энергию и улучшать стабилизацию синусоидального колебания, генерируемого процессором в подсистеме 310 управления функцией.
[0090] Подсистема 310 управления функцией может включать в себя цифровой процессор, цифровые компоненты памяти и управляющее программирование, которое необходимо для работы всей системы способом, описанным в данном документе. Например, подсистема 310 управления функцией может включать в себя программирование, которое управляет компонентами системы для последовательности запуска, последовательности остановки, мониторинга вибрации, мониторинга перегрева и дистанционного мониторинга. Подсистема 310 управления функцией может также включать в себя или соединяться с одним или более компонентами мониторинга параметров, которые обеспечивают данные системы. Такие данные могут включать в себя, но без ограничения: уровень и емкость заряда аккумулятора, силу тока аккумулятора, напряжение аккумулятора, время использования аккумулятора, время заряда аккумулятора, текущее время, температуры элементов системы, вибрацию, нагрузку источника, крутящий момент электродвигателя, скорость вращения электродвигателя, крутящий момент электрогенератора, скорость вращения электрогенератора, нагрузку системы зарядки аккумуляторов, настройки выпрямителя и настройки индуктора.
[0091] В предпочтительном варианте осуществления, DC генератор 380 может выводить 10 кВт мощности с относительно низкими требованиями к крутящему моменту на низких скоростях вращения. Например, DC генератор 380 может потребовать 5 футо-фунтов крутящего момента на 1 кВт выходной мощности.
[0092] Как только общая система включена и генерирует мощность, DC/AC инвертор 640 может обеспечивать все требования по току для источника 500 нагрузки, соединенного с системой 400 распределения мощности, а также обеспечивать ток, необходимый для питания подсистемы 300 генерации мощности и, в частности, подсистемы 330 DC электродвигателя. В некоторых вариантах осуществления, инвертор 640 может выключать DC электродвигатель 330, так что система питается от подсистемы 100 аккумуляторов. Когда подсистема 100 аккумуляторов разряжается до предопределенного уровня, инвертор 640 перезапускает DC электродвигатель 330.
[0093] DC мощность, текущая от системы 300 генерации мощности через подсистему 650 контроллера заряда аккумуляторов, может быть использована для поддержания системы 100 DC аккумуляторов полностью заряженной.
[0094] В этом варианте осуществления, по сравнению с показанным на фиг. 7, DC генератор 380 заменяется АС генератором 350. Это обеспечивает подачу АС тока непосредственно на вторую панель 420 распределения мощности и прикладывает АС мощность непосредственно к DC/AC инверторам, что, в свою очередь, будет иметь то же самое воздействие на инверторы, как это было бы при соединении с энергосетью. Датчики в инверторе детектируют АС мощность и позволяют ей поступать через них непосредственно на первую панель 410 распределения мощности. Кроме того, при использовании АС генератора больше не требуется подсистема 650 контроллера заряда аккумуляторов, поскольку система будет использовать контроллер заряда, содержащийся в инверторе.
[0095] Альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг. 9, в котором одинаковые ссылочные позиции относятся к подобным элементам, которые работают аналогично тем, которые описаны в связи с другими вариантами осуществления.
[0096] Система 300 генерации DC мощности может быть подключена через сетевой инвертор 370 к системе 400 распределения АС мощности для питания источника 500 нагрузки. Система 300 генерации DC мощности также может быть соединена с системой 100 DC аккумуляторов через систему 700 выпрямителя/индуктора. Система 100 аккумуляторов/UPS может избирательно подавать питание на систему 300 генерации мощности через систему 700 выпрямителя/индуктора. Подсистема 200 коммутации может управлять переключением аккумуляторов 100 в общую цепь и из общей цепи для приема мощности подзарядки от подсистемы 650 контроллера заряда аккумуляторов, которая соединена с DC генератором 380, для завершения цепи.
[0097] С продолжающейся ссылкой на фиг. 9, вся система может быть инициирована для генерации мощности путем соединения аккумуляторов 100 с системой 700 выпрямителя/индуктора под управлением системы 200 коммутации. DC мощность может поступать от системы 100 аккумуляторов/UPS через выпрямитель 730 и прерыватель 720 цепи. DC мощность от выпрямителя 730 подается в систему 300 генерации мощности. Подсистема 310 управления функцией прикладывает DC мощность от выпрямителя 730 к подсистеме 330 DC электродвигателя. В свою очередь, DC электродвигатель приводит в движение DC электрогенератор 380. Скорость вращения муфты между DC двигателем 330 и АС электрогенератором 350 может варьироваться по мере необходимости, но скорость вращения муфты является неизменной по отношению к выходной скорости DC электродвигателя 330 и AC электрогенератора 350. В варианте осуществления, DC электродвигатель 330 и АС электрогенератор 350 соединены непосредственно.
[0098] Подсистема 310 управления функцией может управлять скоростью подсистемы 3330 электродвигателя. Система 300 генерации мощности может также включать в себя подсистему 360 охлаждения, управляемую подсистемой 310 управления функцией. Подсистема 360 охлаждения может находиться в операционном контакте с какими-либо и/или всеми генерирующими тепло компонентами всей системы, такими как подсистема 310 управления функцией, подсистема 330 электродвигателя, коробка 340 передач и DC электрогенератор 380. Подсистема 360 охлаждения может поддерживать элементы системы в диапазонах оптимальных рабочих температур способом, известным специалистам в данной области техники.
[0099] Подсистема 320 конденсаторов может быть электрически соединена с подсистемой 310 функции управления. Подсистема 320 конденсаторов может включать в себя множество конденсаторов, соединенных параллельно друг с другом. Подсистема 320 конденсаторов может быть использована для управления и коррекции характеристик системы, таких как лаг коэффициента мощности и фазовый сдвиг. Подсистема 320 конденсаторов может также увеличивать накопленную энергию и улучшать стабилизацию синусоидального колебания, генерируемого процессором в подсистеме 310 управления функцией.
[00100] Подсистема 310 управления функцией может включать в себя цифровой процессор, цифровые компоненты памяти и управляющее программирование, необходимое для работы всей системы способом, описанным в данном документе. Например, подсистема 310 управления функцией может включать в себя программирование, которое управляет компонентами системы для последовательности запуска, последовательности остановки, мониторинга вибрации, мониторинга перегрева и дистанционного мониторинга. Подсистема 310 управления функцией может также включать в себя или соединяться с одним или более компонентами мониторинга параметров, которые обеспечивают данные системы. Такие данные могут включать в себя, но без ограничения: уровень и емкость заряда аккумулятора, силу тока аккумулятора, напряжение аккумулятора, время использования аккумулятора, время заряда аккумулятора, текущее время, температуры элементов системы, вибрацию, нагрузку источника, крутящий момент электродвигателя, скорость вращения электродвигателя, крутящий момент электрогенератора, скорость вращения электрогенератора, нагрузку системы зарядки аккумуляторов и настройки выпрямителя.
[00101] В предпочтительном варианте осуществления, DC генератор 380 может выводить 10 кВт мощности с относительно низкими требованиями к крутящему моменту на низких скоростях вращения. Например, DC генератор 380 может потребовать 5 футо-фунтов крутящего момента на 1 кВт выходной мощности.
[00102] DC мощность, выводимая из DC генератора 380, может быть обеспечена на сетевой (например, 10 кВт) инвертор 370, требующий 220 вольт АС для работы. В свою очередь, АС мощность от сетевого инвертора 370 может оперативно предоставляться в локальную или национальную энергосеть, локальные выводы питания и систему 400 распределения мощности. Как только общая система включается и генерирует мощность, сетевой инвертор 370 может обеспечивать все потребности по току для источника 500 нагрузки, соединенного с системой 400 распределения мощности, а также подавать ток, необходимый для питания подсистемы 330 DC электродвигателя через систему 400 распределения мощности и систему 700 выпрямителя/индуктора. Любая избыточная мощность может подаваться от сетевого инвертора 370 в национальную энергосеть для питания нагрузок, соединенных с сетью, таких как домашние стенные розетки 410. Эта избыточная мощность, подаваемая в национальную энергосеть, может продаваться энергетической компании или торговаться в кредит.
[00103] Как отмечено выше, система 400 распределения мощности может быть соединена с системой 600 зарядки аккумуляторов посредством системы 70 индуктора, которая включает в себя прерыватель 720 цепи и выпрямитель 730. Система распределения мощности может быть соединена с национальной энергосетью для подачи питания в дома, в том числе, на стенные розетки 410 и тому подобное. DC мощность, поступающая от DC генератора 380 через подсистему 650 контроллера заряда аккумуляторов, может быть использована для поддержания системы 100 аккумуляторов/UPS полностью заряженной. Избыточная мощность, не требуемая для подзарядки, может быть направлена в систему 700 выпрямителя/индуктора, чтобы использоваться для питания DC двигателя 330. Когда система 100 аккумуляторов/UPS находится в полностью заряженном состоянии, вся мощность для приведения в движение DC двигателя 330 может обеспечиваться системой 600 зарядки аккумуляторов. Таким образом, система 100 аккумуляторов/UPS может функционировать как активатор тока в противоположность поставщику тока.
[00104] Как будет понятно специалистам в данной области техники, изобретение может быть воплощено в других конкретных формах без отклонения от его сущности или существенных характеристик. Описанные выше элементы представлены в качестве иллюстративных примеров одного метода реализации изобретения. Специалисту в данной области техники будет понятно, что возможны многие другие реализации без отклонения от настоящего изобретения, как изложено в формуле изобретения. Например, типы, размеры и емкости аккумуляторов, электродвигателя, электрогенератора, индуктора и выпрямителя могут варьироваться без отклонения от предполагаемого объема изобретения. Соответственно, раскрытие настоящего изобретения предназначено для иллюстрации, но не ограничения объема изобретения. Предполагается, что настоящее изобретение охватывает все такие модификации и варианты изобретения, при условии, что они входят в объем прилагаемых пунктов формулы изобретения и их эквивалентов.