CN101102050A - 发电系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种发电机组。在一个实施例中，发电机组包括内燃机、DC发电机、一个或者多个蓄电池组电池以及逆变器。DC发电机与发动机相耦接，并产生直流(“DC”)电流。蓄电池组电池释放所存贮的DC电流并能利用来自DC发电机的DC电流对其进行再次充电。逆变器与DC发电机和蓄电池组电池电连接。逆变器将DC发电机产生的DC电流以及从一个或者多个蓄电池组电池放电出的DC电流转换成交流(“AC”)电流。AC电流可用于负载。
Description
本申请要求2006年2月2日提出的申请号为60/764,707的美国临时申请的优先权，其全部内容在此引用作为参考。
技术领域
本发明涉及电力发电机。更具体的，本发明的一些实施例涉及从多重电源向负载供电的发电机。本发明其它实施例涉及包括附加集成设备的电力发电机系统。
背景技术
电力发电机组远程供电或者在不能访问标准工作功率位置处进行供电。如果发生工作电源故障，发电机组还能够提供备用能源。一些发电机组尺寸设计成它们可以从一处被搬运到另一处。这种便携式发电机组通常由与同步交流发电机或者直流(“DC”)发电机相耦接的内燃机组成。
依照传统，不论负载为何，发电机组的发动机必须恒速运行，以提供可用功率源。即使当发电机组输出的功率实际使用量很低(或者即使是无负载的)，发动机的恒速运行也能够引发额外噪音生成，并耗费燃料。
发明内容
根据一个实施例，发电机组包括内燃机、DC发电机、一个或者多个蓄电池组电池以及逆变器。DC发电机与发动机相耦接，并产生直流(“DC”)电流。一个或者多个蓄电池组电池释放所存贮的DC电流并能利用来自DC发电机的DC电流进行再次充电。逆变器与DC发电机电连接并被电连接至一个或者多个蓄电池组电池上。逆变器将由DC发电机产生的DC电流以及从一个或者多个蓄电池组电池放电而放出的DC电流转换成交流(“AC”)电流。AC电流对于负载应用是有效的。
根据另一个实施例，发电机组包括内燃机、DC发电机、一个或者多个蓄电池组电池、蓄电池充电器以及逆变器。DC发电机与发动机相耦接，并产生直流(“DC”)电流。一个或者多个蓄电池组电池释放所存贮的DC电流并能利用来自DC发电机的DC电流进行再次充电。蓄电池充电器也可对一个或者多个蓄电池组电池进行再次充电，并由外部电源进行供电。逆变器与DC发电机电连接并被电连接至一个或者多个蓄电池组电池上。逆变器将由DC发电机产生的DC电流以及从一个或者多个蓄电池组电池放电而放出的DC电流转换成交流(“AC”)电流。AC电流对于负载应用是有效的。
根据再一个实施例，发电机组包括内燃机、与产生电流的发动机相耦接的交流发电机以及与压缩液体或者气体的发动机相耦接的泵。
附图说明
图1是包含示例性混合式发电机的系统的方块图。
图2是包含示例性混合式发电机的第二系统的方块图。
图3图示出示例性的多功能发电机系统的方块图。
图4A图示出根据本发明的一个实施例的发电机组的正视图。
图4B图示出如图4A中所示出的发电机组的右侧视图。
图4C图示出如图4A中所示出的发电机组的后视图。
图4D图示出如图4A 中所示出的发电机组的左侧视图。
具体实施方式
在详细说明本发明的所有实施例之前，首先需要理解的是本发明并没有被限定在下面的描述中所阐述的或者在后面的附图中所图示出的各部件的说明细节以及配置关系的具体应用中。本发明还能够有其它的实施方式并可以以各种方式被实践或者被应用。还有，需要理解的是在这里所采用的术语和专有名词主要用作说明的目的，而不应该被当作是一种限定。在这里采用“包含”、“包括”或者“具有”以及其它类似表达指的是其构成包括随后所列出的项目以及也作为附加项目的它们的等价物。除非专用或者限定，否则广泛采用术语“安装”、“连接”、“支持”以及“耦接”和它们的类似表述，且既包含直接也包含间接地安装、连接、支持以及耦接。此外，“连接”和“耦接”并没有被限制成是物理或者机械连接或者耦接。
本发明的一些实施例通常涉及能够从复合电源向负载供电的发电机组。在实施例中，发电机组包括发动机、一个或者多个蓄电池组，其中每组蓄电池都能够提供独立的负载能量源。发动机还能够用于对蓄电池组进行充电，这样使得蓄电池组能够在发动机不运行的时候向负载供电。同样地，通过减少发电机的发动机运行的时间(如下所述)，这里所公开的实施例能够降低由常用发电机产生的噪声量。此外，发动机运行相对较短的时间能够提高效率，降低燃料损耗，还可以降低由于燃烧发动机燃料所生成的污染。
图1是包括发电机组105和负载110的系统100的方块图。图1所示出的发电机组105通常包括发动机115、DC发电机或者交流发电机/整流器120、逆变器125以及一个或者多个蓄电池组电池130。在其它实施例中，发电机组105还可以有不同的配置方式。例如，在一个实施例中，一个或者多个蓄电池组电池130可以被设置在发电机组105的外部。
发动机115的规格和容量是可变的，其取决于预定负载110的大小。相对高的负载110可能需要相对大的发动机。同样地，较小的负载110需要相对较小的发动机。此外，发动机115的规格会依赖于所期望得到的发电机组105的便携性。例如，发动机115是尺寸设计成发电机组105能够被从一个地点很容易地搬运到其它地点(也就是便携式发电机组)的内燃机。在一个具体实施例中，发动机115是产生3000瓦输出功率的2.4马力(“hp”)的发动机。也可采用其它的发动机规格(例如6hp的发动机)。在一些实施例中，发动机115被设计成以单一速度运行(例如3600转每分钟(“RPM”))。
DC发电机120利用发动机115提供的机械运动来产生DC电流。这种发电机在现有技术中通常是已知的。DC发电机120的输出至少部分依赖于发动机115的规格和运行。在一些实施例中，DC发电机以交流电(“AC”)发电机和整流器组合的方式来实现。
在一些实施例中，逆变器125将DC电流转换为60赫兹(“Hz”)、120伏的AC电源。在其它的实施例中，逆变器可以提供不同频率和/或交变电压的电源。例如，逆变器125可以将DC电流转换成50赫兹和/或240伏的AC电压源。
蓄电池组130可以有各种不同的电压级别和各种不同的化学构成。此外，蓄电池组130可以有不同式样的类别。例如，在一个实施例中，蓄电池组130是18伏镍镉可再充电池组。然而，在其它实施例中，蓄电池组130可具有其它的电压级别(例如12伏、24伏、28伏等)，也可是其它的化学构成(例如铅酸、镍金属氢化物、锂离子等)，还可以是其它的式样(例如重载、起动或者双重目的的)。蓄电池组130还可以是具有上面所描述的任何电压级、化学构成和式样的以及这里所没有具体描述到的其它电压级、化学构成和式样的电池组的组合。在一个实施例中，蓄电池组130被集成或者容纳在发电机组105之内。在其它的实施例中，蓄电池组130可以是能够添加到发电机组105或者从发电机组105中移除的模块化单元(例如可再充电的无绳电源工具电池组)。蓄电池组130存贮并释放掉大量功率。这些功率能够用于向负载110供电，还可以启动大型负载，将在下面更加详细的描述。
在使用期间，发动机115提供驱动发电机120所必需的机械力。DC发电机120向逆变器125提供DC电压，逆变器将DC电压转变成能够用于向负载110供电的120或者240伏的电源(正如前面所描述的)。在一些实施例中，还可以包括那些允许DC负载110直接从DC发电机120接收功率的电路。DC发电机120还向蓄电池组130提供DC电压，该电压对蓄电池组130进行充电直到它们达到一定容量。一旦蓄电池组130至少被部分地充电，蓄电池组130就能够向逆变器125提供DC电压，逆变器对DC电压进行转换以向负载105供电。蓄电池组130还可以具有预先存在的充电量。
在一个实施例中，DC发电机120仅仅向逆变器125提供满足负载110需求的电压，并向蓄电池组130发送任何其它剩余的电压以对其进行充电(如果蓄电池组130并没有完成充电的话)。发动机115和发电机120持续运行直到蓄电池组130被完全充电，或者被充电到另一预定状态。当蓄电池组130达到完全充足电或者其它的预定状态(例如全部容量的90％)时，不管有无负载110都停止发动机115。随后逆变器125仅从蓄电池组130向负载110供电。向负载110供电在该转换期间不会被显著地中断。对于相对小的负载110来说，与较大的负载110相比较，蓄电池组130将有能力向其供电相对更长的时间。在一些实施例中，在发电机组105中还包含这样的电路，该电路能够平衡从每一蓄电池130提取的功率。在蓄电池组130被放电到预定状态时(例如全部容量的5％)，发电机115能够被重新起动以向负载110供电并对蓄电池组130进行再次充电。至少在一个实施例中，通过逆变器125中所包含的电路来确定一个或者多个蓄电池组的状态(也就是充电的蓄电池剩余多少)。在其它的实施例中，能够通过其它机构或者电路(例如直接集成在蓄电池组130中的监控器)来确定蓄电池组的状态。
在可选的实施例中，DC发电机120不向逆变器125提供电压，并将所有的电压发送给蓄电池组130以对其进行充电。发动机115持续运行直到蓄电池组130达到预定充电水平(例如全部容量、95％容量等)。当蓄电池组130被充分充电时，发动机115就停止。在该可选实施例中，仅仅由蓄电池组130向逆变器125提供DC电压。
蓄电池组130能够存贮并释放大量功率。例如，这些功率能够被用于起动发电机105的发动机115，或者向电连接到发电机105的一个或者多个设备提供大量功率。偶尔，负载(也就是发动机115和负载110)需要大量瞬时功率，还被称作动力高峰。发电机组能够支持的“峰值等级”或者瞬时功率的量有时是受到发动机能够瞬间产生的功率量的限制的。然而，在本发明的一些实施例中，峰值等级是由蓄电池组130和逆变器125的规格和/或容量规定的。同样地，包括逆变器125以及一个或者多个蓄电池组130的发电机(例如发电机115)相对于不包括蓄电池组和逆变器的发电机可以获得相对较高的峰值等级。
图2示出了包括发电机组205、外部电源或者功率源210以及负载110的第二系统200。发电机组205包括发动机115、DC发电机120、逆变器125、蓄电池组130以及蓄电池充电器215。
和发电机组105相似地配置发电机组205。与其他手段相比，添加了外部电源210和蓄电池充电器215将允许在不运行发动机115或者发电机120的情况下就可以对发电机组205的蓄电池组130进行充电。外部电源210向对蓄电池组130进行充电的蓄电池充电器215供电。例如，当不另外采用发电机组205(例如在休息、深夜等)对一个或者多个电源工具蓄电池组130进行充电而不运行发动机115或者发电机120时，在工作地点使用发电机组205的承包人或者其它劳动者能够提供外部电源210(例如将蓄电池充电器插入到电插座中)。
在另一实施例中，蓄电池组130可以包括几种不同类型的蓄电池组，正如前面所提到的，它们可以被集成到发电机组205中也可从发电机组205中移除。同样地，具有现存充电量并被包括在蓄电池组130中的一类蓄电池能够被用于对蓄电池组130中所包含的另一类蓄电池进行充电。例如，发动机115和发电机120能够用于对蓄电池组130中的第一类蓄电池(例如密封铅-酸蓄电池)充电。利用蓄电池充电器215，但不利用发动机115和发电机120，第一类蓄电池能够随后被用于对第二类蓄电池(例如可移动、可再充电的电源工具蓄电池)进行充电。
发电机组105和205还可以具有其它特征。例如，在一个实施例中，发电机组105和205可以包括蓄电池充电启动器(未示出)。蓄电池充电启动器用于随时根据命令启动蓄电池组130的完全(或者是其它所定义的)充电。例如，用户能够在使用过发电机组105和205之后开动蓄电池充电启动器以确保蓄电池组130为下次使用而被完全充电。
发电机组105和205还可以包括一个端口，其可操作地用于接受来自车辆的输入(例如12伏的DC端口)。同样地，利用来自车辆的功率可以启动或者“跳转(jump)”发电机组205。端口还可以适用于具有逆变器的车辆(例如卡车)。
在一些实施例中，发电机组105和205还包括燃料测定仪(未示出)。燃料测定仪可用于指示出发动机115可利用的燃料量以及存储在蓄电池组130中的能量的数量。同样地，通过检验燃料测定仪，能够确定可由发电机组105和205产生的功率的量(不用补给时)。
在另外的实施例中，发电机组105和205包括向与发电机组105和205耦接的轮胎供电的电力驱动马达。通过对发电机的重新定位进行电力辅助的成果(例如自推进发电机组)，电力驱动的轮胎将提供更好的便携性。在一些实施例中，电子驱动马达从蓄电池组130吸收功率。此外，电子驱动马达还包括在发电机组掌控下的控制(例如前进、后退等)。
在其它实施例中，发电机组105和205包括控制发电机组105和205的多种运行和功能的控制器(未示出)。例如，在一个实施例中，控制器确定蓄电池组130的充电，且一旦蓄电池组130获得了预定充电量(前面所描述的)，就停止发动机115。此外，如果蓄电池130的电量降到低于预定阈值，则控制器能够启动发电机组105和205的发动机115。控制器的其它功能还包括蓄电池负载分配功能，其能够平衡从蓄电池组130吸收的功率，以及逆变器旁路功能，其使逆变器125对DC负载旁路。其它的控制器功能也是可能的。
在一些实施例中，发电机组105和205可包括如2005年9月30日提出的美国专利申请No.60/722,792以及2001年8月28日提出的美国专利申请No.09/941,192，也就是现在的美国专利No.6,806,680中所描述的发电机和蓄电池组系统，这两篇专利都在这里引用以作为参考。
本发明的其它实施例通常涉及包括其它集成设备的发电机系统。在一个实施例中，发电机系统包括电源(例如一个或者多个电插座)以及一体化的压力洗衣机。在另一实施例中，发电机系统包括电源和一体化的空气压缩机。这种具有一体化设备的发电机系统可以包括发动机、交流发电机和泵。同样地，发动机和交流发电机提供用于操作泵的电流源以及功率源。这里所公开的实施例能够减少实施多重任务所必需的单个设备的数量。例如，需要电源和压缩气体或液体的承包人能够减少他或她所需要的单个设备(也就是不需要独立的发电机和压缩设备)。此外，这里所公开的实施例可提供能够以相对低廉的成本完成多重任务的发电机系统。
图3示出了包括发动机305、交流发电机310以及泵315的多重功能的发电机系统300。在一些实施例中，发电机系统300的尺寸使其能够从一处相对容易地搬运到另一处。因此，发电机系统300可包括一个或者多个用以帮助搬运该发电机系统300的部件(例如提升吊钩、轮子、把手等)，它们并没有在图1中被具体示出。在一些实施例中，发电机系统300还包括一个或者多个能够用于例如隔开和/或者存储压缩液体和/或空气的罐。
发动机305的规格和容量是可变的，其至少部分依赖于预定负载(未示出)的大小以及泵315的大小和结构。相对大的负载和/或相对大的泵315会需要相对大的发动机305。同样，较小的负载和/或泵315需要相对较小的发动机305。此外，发动机305的规格可依赖于发电机系统300的所期望的便携性。例如，可以这样设计发动机305的规格以使得发电机系统300能够很容易的从一处搬运到另一处。
交流发电机310利用发动机305提供的机械运动产生交流(“AC”)电流。这种交流发电机在现有技术中已经被具体获知。交流发电机310的输出至少部分地依赖于发动机305的规格和运行。此外，在一些实施例中，交流发电机310能够用直流(“DC”)电源和逆变器(未示出)所代替，对它们进行组合以产生AC电流。这种组合在现有技术中也是已知的。在其它的实施例中，也可用其它的机构(例如DC电源和变换器)代替交流发电机310来实现。
泵315通常由发动机305的运行来机械驱动，正如下面更详细地描述。结果，泵315被配置成至少部分依赖于发动机305的规格。例如，相对小的发动机305或许不能操作相对大的泵315。泵315的结构还依赖于所使用的泵315的应用。例如，在一个实施例中，泵315用于为空气压缩机(未示出)压缩空气。在该实施例中，空气压缩机的附加部件能够被集成到发电机系统300之内。在另一实施例中，泵315能够被用于为压力洗衣机(未示出)压缩例如水的液体，其部件也可被集成在发电机系统300之内。在其它的实施例中，泵315能够用于压缩多种其它的气体或液体(例如密封剂、颜料、杀虫剂等)。
发动机305用于运行或向交流发电机310(例如用于产生电流)和泵315(例如，用于压缩或加压液体和/或气体)两者供电。然而，在一些实施例中，发动机305被限制成在任一给定时间单一供电的功能。例如，发动机305能够向交流发电机310或者向泵315供电，但并不同时向交流发电机310和泵315供电。在其它实施例中，发动机305能够被配置成同时运行交流发电机310和泵315。
在一些实施例中，用户能够选择对于发电机系统300所期望的功能。例如，用户或许希望利用泵315对发电机系统300的一个或者多个罐子充满某一物质(例如用压缩空气对罐进行填充)。在填充了罐之后，用户可转而使用交流发电机310产生电流。当压缩物质被消耗完时，用户可以转回到对泵315的操作。例如利用选择开关或者类似的装置可以实施这种切换功能。
在一些实施例中，发电机系统300的部件能够被用于进行多重任务。例如，在一个实施例中，发动机305的风扇用于冷却发动机305，且同时用于向一个或者多个罐(例如空气存储罐)中提供空气来源。发电机系统300的其它部件也可用于数种功能。
图4A-4D示出了根据本发明实施例的发电机组400。在一些实施例中，发电机组400能够涵盖例如图1-3中所描述的概念。
在这里所描述的实施例阐述了本发明的某些具体实施例。本发明所有可能的实施例并没有被全部阐述，所提供的实施例并不应该被当作是对本发明的限定。
Claims (19)
1.一种发电机组，包括：
内燃机；
DC发电机，其与发动机相耦接并配置成产生直流(“DC”)电流；
一个或者多个蓄电池组电池，其配置成释放所存贮的DC电流，该一个或者多个蓄电池组电池可以利用来自所述DC发电机的DC电流可操作地进行再次充电；以及
逆变器，其与DC发电机电连接并电连接至一个或者多个蓄电池组电池，所述逆变器被配置成将由DC发电机产生的DC电流和从一个或者多个蓄电池组电池放电出的DC电流转换成交流(“AC”)电流，该AC电流可被用于负载。
2.如权利要求1所述的发电机组，进一步包括充电指示器，其配置成提供所存储的DC电流量的指示，其中所述DC电流可以是由一个或者多个蓄电池组电池放电出的。
3.如权利要求1所述的发电机组，进一步包括充电限制器，其配置成当一个或者多个蓄电池组电池达到预定存储能量阈值时就限制一个或者多个蓄电池组电池的再次充电。
4.如权利要求1所述的发电机组，其中一个或者多个蓄电池组电池被配置成与便携式电源工具相兼容。
5.如权利要求4所述的发电机组，其中一个或者多个蓄电池组电池是锂离子电池。
6.如权利要求1所述的发电机组，其中一个或者多个蓄电池组电池包括第一组蓄电池组电池和第二组蓄电池组电池，且其中第一组蓄电池组电池被配置成相对永久地被集成在发电机组之内，以及第二组蓄电池组电池被配置成可以从发电机组中移除并与便携式电源工具相兼容。
7.如权利要求6所述的发电机组，其中可以与第二组蓄电池组电池相独立地利用来自DC发电机的DC电流对第一组蓄电池组电池进行再次充电，可以与第一组蓄电池组电池相独立地利用来自DC发电机的DC电流对第二组蓄电池组电池进行再次充电。
8.如权利要求1所述的发电机组，进一步包括充电启动器，其配置成启动一个或者多个蓄电池组电池的再次充电，其中充电启动器可以被用户开动。
9.如权利要求1所述的发电机组，其中所述逆变器被配置成在对来自DC发电机的DC电流进行转换之前，对来自一个或者多个蓄电池组电池的DC电流进行转换。
10.如权利要求1所述的发电机组，其中DC发电机配置成向逆变器提供DC电流的第一部分以及向一个或者多个蓄电池组电池提供DC电流的第二部分。
11.如权利要求10所述的发电机组，其中，当负载连接到逆变器时，通过负载来确定来自DC发电机的DC电流的第一部分，以及通过来自发电机的剩余可用的DC电流来确定来自DC发电机的DC电流的第二部分。
12.一种发电机组，包括：
内燃机；
与发动机相耦接，并配置成产生直流(“DC”)电流的DC发电机；
配置成释放所存贮的DC电流的一个或者多个蓄电池组电池，该一个或者多个蓄电池组电池可以利用来自DC发电机的DC电流可操作地进行再次充电；
配置成对一个或者多个蓄电池组电池进行再次充电的蓄电池充电器，该蓄电池充电器能够由外部电源进行供电；以及
与DC发电机电连接并电连接至一个或者多个蓄电池组电池的逆变器，该逆变器被配置成将DC发电机产生的DC电流和从一个或者多个蓄电池组电池放电出的DC电流转换成交流(“AC”)电流，该AC电流可用于负载。
13.如权利要求12所述的发电机组，其中蓄电池组充电器被配置成当内燃机不运行时对一个或者多个蓄电池组电池进行再次充电。
14.如权利要求12所述的发电机组，其中一个或者多个蓄电池组电池包括第一组蓄电池组电池和第二组蓄电池组电池，其中所述第一组蓄电池组电池被配置成相对永久地被集成在发电机组之内，且所述第二组蓄电池组电池被配置成可以从发电机组中移除并与便携式电源工具相兼容。
15.如权利要求14所述的发电机组，其中可以与第二组蓄电池组电池相独立地利用来自DC发电机的DC电流对所述第一组蓄电池组电池进行再次充电，且可以与所述第一组蓄电池组电池相独立地利用来自DC发电机的DC电流对所述第二组蓄电池组电池进行再次充电。
16.如权利要求14所述的发电机组，其中可以利用来自DC发电机的电流对所述第一组蓄电池组电池进行充电，以及可以利用来自电池充电器的电流对第二组蓄电池组电池进行充电。
17.一种发电机组，包括：
内燃机；
与发动机相耦接、并配置成产生电流的交流发电机；以及
与发电机相耦接、并配置成压缩液体和气体的其中一种的泵。
18.如权利要求17所述的发电机组，其中所述泵是空气压缩机的一部分，所述空气压缩机与所述发电机组一体化。
19.如权利要求17所述的发电机组，其中所述泵是压力洗衣机的一部分，所述压力洗衣机与所述发电机组一体化。
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