CN103368222A - 便携式电力系统 - Google Patents
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Abstract
电力系统包括电池和配置成包围电池的外壳。控制台设置在外壳的至少一侧。控制台包括配置成接收来自AC电源的充电的第一充电输入端、配置成接收来自DC电源的充电的第二充电输入端、以及配置成容纳用于设备的连接器的插座。电池管理系统包括用于调节第一充电输入端与第二充电输入端之间的电池充电的控制部。
Description
相关申请的交叉引用
不适用。
发明领域
本公开内容通常涉及电力系统,且更具体地涉及静态便携式电力系统。
背景技术
在美国专利公布No.2011/0260538中讨论了双电源自动开关电路和隔离装置。自动开关电路包括主电源电路和备用电源电路。主电源电路和备用电源电路包括安装在手动开关区中并被子隔离板隔离的手动开关。主开关包括串联耦合的元件。备用电源电路包括具有并联耦合的多个元件的备用开关。电源包括功率监控模块,该功率监控模块用于监控主电源电路和备用电源电路的异常状况并控制开关元件来执行电力供应转换。
美国专利No.7,272,464讨论了移动计算机辅助设计装置。该装置包括具有计算机辅助设计工作站的车辆。工作站耦合到具有无线通信收发机的路由器。不间断电力供应耦合到计算机辅助设计工作站、路由器和发动机。断路开关耦合在逆变器与二次电池之间。
在美国专利No.7,839,019中讨论了具有AC充电器和DC充电器的便携式电力存储和供应系统。AC和DC充电和放电可同时进行。系统包括逆变器、电池模块和控制器。DC充电可包括来自可再生能源的能量。电池模块可与系统分离来提供DC能量,该DC能量用于给汽车电池跨接电缆通电或用于给DC供电的设备通电。
在本文所要求的主题并不限于解决任何缺点或仅在例如上述环境中操作的实施例。确切地说,仅提供该背景技术来说明可以实施本文所述的一些实施例的一个示例性的技术领域。
发明内容
在本发明的一方面中,电力系统包括电池和配置成包围电池的外壳。控制台设置在外壳的至少一侧。控制台包括配置成接收来自AC电源的充电的第一充电输入端、配置成接收来自DC电源的充电的第二充电输入端、以及用于AC和DC设备的插座。电池管理系统包括用于调节第一充电输入端与第二充电输入端之间的电池充电的控制部。
在本发明的另一方面中,电力系统包括电池和配置成包围电池的外壳。控制台设置在外壳的至少一侧。控制台包括配置成接收来自AC电源的充电的第一充电输入端、配置成接收来自DC电源的充电的第二充电输入端、以及配置成容纳用于设备的连接器的插座。电池管理系统包括用于允许同时从第一充电输入端和第二充电输入端进行电池充电的控制部。
在本发明的另一方面中,电力系统包括电池和配置成包围电池的外壳。控制台设置在外壳的至少一侧。控制台包括配置成接收来自AC电源的充电的第一充电输入端、配置成接收来自DC电源的充电的第二充电输入端、以及配置成容纳用于设备的连接器的插座。主隔离开关连接到电池。主隔离开关定位成将电池与系统的输出和充电输入断开连接。
提供该发明内容,从而以简单的形式介绍了选择的构思,该选择的构思将在以下具体实施方式中进一步描述。该发明内容不旨在用来识别所要求主题的关键特征或必要特征,也不旨在用作辅助确定所要求主题的范围。
额外的特征和优点将在接下来的描述中被阐述,且根据描述在部分上将是明显的,或可通过在本文中教导的实施而被获悉。可借助于在所附权利要求中特别指出的工具和组合来实现和得到本发明的特征和优点。本发明的特征将根据下面的描述和所附权利要求变得更十分明显,或可通过如在下文中阐述的本发明的实施而被获悉。
附图说明
现在将参考附图讨论本发明的各种实施例。应认识到这些附图仅描绘了本发明的典型实施例,且因此不应被认为是对其范围的限制。
图1示出根据关于本发明的各种实施例的电力系统;
图2示出根据本发明的电力系统的控制台的顶视图;
图3示出电力系统的实施例的电路图;
图4A-4E示出在电力系统中的各种电路的详细图;
图5示出连接到电力系统的DC充电源;
图6示出连接到AC充电源的电力系统;
图7示出连接到DC充电源的电力系统;
图8示出连接到AC和DC充电源的电力系统;
图9示出连接到DC充电源和AC设备的电力系统;以及
图10示出连接到AC和DC充电源以及AC和DC设备的电力系统。
具体实施方式
本系统和方法包括便携式电力系统的各种实施例。便携式紧急能量存储设备包括多个充电输入端和电力输出端。它具有诸如分别为120V和12V的AC和DC充电输入端。充电输入端可能能够使用12V或24VDC标称可再生能源(例如太阳能、风力、水力涡轮机、手动发电机等)来给电力系统充电。电力系统可适合于从可再生电源(例如,太阳电池板、风力涡轮机和其它已知电源)接受充电,并可使用诸如氧化锂铁磷的锂离子电池技术。电力输出可包括例如可通过USB接口连接的120VAC、220VAC、5VDC、12VDC或24VDC中的一个或多个。
电力系统可以是完全独立的长期能量存储系统。它包括电池、电池控制模块、隔离开关、逆变器、二极管、充电指示器的电池状态和集成的AC充电器。该系统可具有在延长的时间段内存储电力的能力。可通过AC或DC源来给内部电池系统充电,AC或DC源尤其包括替代能源并同时能够向设备以AC、12VDC、24VDC和5V USB等形式提供电力。用户接口可使用公共和/或通用插口以及连接器来使设备与现有的AC电器和DC交流能源兼容。
电力系统可以是一体化设备,其适合于通用的、便携的、并可易于适用于各种应用。在图1中示出了电力系统的设计。电力系统10包括在外壳14中的电池12。系统还可包括携带包20,其可设计成在电力系统10周围手提。携带包20可附接到电力系统10,来作为整体部分或作为单独的部件。包20可具有完全围住电力系统20的罩。可使用附件(例如按扣、拉链、钩和环紧固件等)在电力系统10的顶部上将该罩关上。
携带包20可包括可移除的存储小袋22、24、26。可移除的小袋22、24、26可例如使用粘合剂、缝合等或诸如钩和环紧固件、按扣、拉链等可分离的紧固件来永久地附接到携带包20。小袋可用于存储与电力系统相关联的物品,例如电缆、电线和其它配件。
控制台30设置在外壳14的侧面(例如顶部),该侧面包括连接器和开关以给电力系统充电并获取来自系统的电力。控制台包括各种连接器以适应来自多个源的AC和DC充电。其它连接器允许多个配件插入到电源的系统中。下面针对图2更详细地讨论了开关和连接器。罩可用于当不在使用中时保护开关和连接器。
电力系统可包括在外壳14或箱中的通风区域。通风区域50例如可设置在电力系统10的外壳14的侧面。通风区域50提供一个通风口或多个通风口以允许空气在系统10中循环。空气可通过自然气流或通过诸如风扇等的加压空气来循环。通风区域例如可设置在相对侧并朝着箱的底部。风扇和通风区域例如也可设置在箱的前面和后面上。通风区域50也可与热恢复通风系统、热交换器、空气调节系统、过滤器系统等相关联,以维持优选的温度范围。优选的温度范围例如可以在大约40°F和大约130°F之间。
电力系统10还可包括主按键60、主隔离开关或如图1所示的开关。主按键60提供与电力系统10的电力连接或断开。可例如使用按钮、拨动开关、键控开关等将主按键60选择在“接通”或“关闭”位置之间。为了接通电力系统,例如用户将主按键插入开关中同时轻轻地将其推进,按键可随后被顺时针旋转90度到接通位置。主按键60也可用于通过将其切换到关闭位置(例如通过以逆时针旋转来旋转按键)来关闭电力系统10。用户可在运输、存储期间关闭电力系统10,或通过将主按键60转换到关闭位置并移除按键来防止不必要的干预或使用。
主按键60或主隔离开关允许通过隔离电路和系统中的寄生负载利用基于锂的电池以连续电池监控来进行长期能量存储,同时维持电池控制模块的主动操作。基于锂的电池为了安全操作和长电池寿命通常需要电池控制或保护模块,且不需要涓流充电。主按键60可在运输期间通过将所有充电以及负载电路与内部电池隔离来提供安全机制,以防止在粗率处理或运输期间发生内部短路的可能性。主按键60和电池控制模块30的配置可允许用户使用单个开关来“切断”所有输入和输出,而并不禁用必要的电池控制模块,从而给用户提供系统被禁用并准备长期存储的肯定确认。
在图2中示出控制台30的详细顶视图。控制台30包括用于将电源连接到系统10并输入电荷的充电输入端31。充电输入端31可例如用于将壁式充电线连接到电力系统10。用户可将充电线插入充电输入端31中以将电力系统10插入AC电源(例如家中、办公室中的壁装插口或其它电源插口)中来给电力系统10充电。充电输入端31可包括指示灯32。指示灯32例如可以是在单元正被充电时显示为红色,并随后在完成充电时变为绿色的LED灯。充电器可被编程以在完成充电时自动切断。每个充电输入端适于接受AC充电或DC充电。AC源例如可以是100/220VAC,而单独的输入端可适于接受诸如14.6V的低电压DC电源。
控制台30还可包括一组充电输入端33和34。充电输入33和34可具有适于容纳用于DC充电的插头的连接器。用户例如可附接DC电源,例如太阳电池板、汽车充电线或具有可直接连接到连接器或使用适配器来连接的插头的其它DC充电源。指示灯32可以以与充电输入端31类似的方式连接到充电输入端33和34。当充电源被连接时,指示灯32可变红。充电输入端33和34具有连接器以接受来自DC设备和100-240VAC主电源的充电。
充电状态指示器35或充电指示器的电池状态可设置在控制台30上。充电状态指示器35可包括用于检查电池充电状态的按钮36。用户可按下按钮36以启动充电状态指示器35,并获得关于电源10充电的读数。充电指示器例如将使所有的灯点亮以显示完全充电。当电荷耗尽时,将较少的指示灯保持亮着。当电源耗尽时,则没有指示灯是亮的。指示器35包括根据耗尽的电荷的百分比而发亮的一组灯。在系统中剩余的电荷越多,亮着的灯就越多。
系统10还包括用于将电力供应到外部设备的插座。至少一个120VAC插座37可设置在控制面板30中。AC设备可被插入120VAC插座37或插座中。可提供操作灯指示器38来指示插头是否是可工作的。操作灯指示器38例如可包括用于指示正常操作的绿色LED以及用于指示故障、短路、低电量、过载等的红色LED。可提供拨动开关39来接通或断开120VAC插座37或使插座在使用与未使用位置之间切换。当红色指示器是亮的时,用户可使用拨动开关39关闭系统,并返回接通系统以使它在故障之后复位。每个120VAC插座可具有例如最大1000W输出。
一组USB插座40也可设置在系统10中。诸如蜂窝电话、输入板、博弈设备等设备可被插入USB插座40中。每个USB插座40可例如是5V1A/2.1A最大输出。可设置指示灯41来表明USB插座是可工作的。指示灯41例如可以是指示正常工作的LED灯。可提供拨动开关42来接通或断开USB插座42或使USB插座在使用与未使用位置之间切换。
系统10还可包括在控制面板30中的一组12VDC插座43。用户可将12VDC设备插入到12VDC插座43中。12VDC插座起类似于车辆中的DC插座的作用。
系统10是具有多个充电输入端和电力输出端的便携式紧急能量存储设备。控制面板30可具有诸如分别为120V和12V的AC和DC充电输入端,从而包括了使用12V标称可再生能源(太阳能、风力、水力涡轮机、手动发电机等)进行充电的能力。充电系统包括以下能力:优化来自替代能源以及AC充电的电力输入以最大化使用可用的替代能源而同时从这两个源进行充电。电力输出可包括经由USB接口的120或220VAC、12VDC和/或24VDC和5VDC。
系统是完全独立的长期能量存储设备,其可包括具有用户接口的便携式外壳、电池、电池控制模块、主隔离开关、DC到AC功率逆变器电路、AC到DC电池充电电路、充电指示器的电池状态、以及具有最大化使用DC或替代能源而同时使用AC和DC进行充电的装置的DC充电控制电路。系统具有通过其内部电池系统在延长的时间段内存储电力的能力,能够通过AC和DC源(包括替代能源)进行充电,并同时能够向设备以AC、12VDC和5V USB的形式提供电力。为了替代能源的最大利用,DC和AC充电在用于同时充电时被调节。
电力系统10可包括具有用户接口的便携式外壳和具有电池控制模块的电池组。系统的电路包括DC到AC功率逆变器电路、AC到DC充电电路和DC充电控制电路。
在图3中示出电力系统10的实施例的电路图。电力系统10包括连接到逆变器104的诸如电池的电源102。逆变器104连接到诸如连接器的120VAC插座106。系统100还可包括充电器108。充电器108包括诸如充电输入端的120VAC输入端110。12V输入端112可并联连接到充电器108。12V输出端114还可连接到电力系统100。5V输出端116可并联连接到12V输出端114。伏特计118连接到系统100以测量电路两端的电位差。电力系统100包括电池管理系统120,以控制AC和DC输入端以及在连接器两端的电力输出。
在图4A-图4E中示出电路中的部件的细节。在图4A中示出包括电池控制电路302的电路300。电池控制电路302包括用于将电池控制电路302与充电和放电电路Vcc306断开的开关304。
图4B示出包括高电流控制电路352和功率逆变器电路354的电路350的细节。高电流控制电路352在连接点356和358处连接到电池。可使用开关360将电池在连接点358处断开。当开关360被启动时,电路350使功率逆变器电路354通电。高电流控制电路352也连接到功率逆变器电路354。功率逆变器电路354连接到AC输出端362。DC到AC功率逆变器电路将存储在电池中的12/24/48VDC转换成用户可用于给AC设备通电的100/110/220/240VAC。电路可产生正弦波AC波形或修改的正弦波AC波形。
图4C示出根据电力系统的DC输出电路。DC输出电路370连接到电池Vcc372。DC输出电路370可与多个DC插座(例如12V DC输出端374和5V DC输出端)耦合。DC充电控制电路便于同时从几个源进行DC充电,向DC充电源提供反极性保护,限制输入电流,并在电池被完全充电时断开DC充电源。当使用AC电力同时充电时,DC充电控制电路将可用DC(替代能源)的使用最大化。
在图4D中示出适于接受AC和/或DC充电的包括AC电池充电电路和DC充电控制电路的电力系统的细节。AC电池充电电路380连接到诸如100-240VAC充电输入端的AC充电输入端382。DC充电控制输入端384连接到DC充电输入端386。AC电池充电电路380和DC充电控制电路386连接到电力系统中的电池。AC和DC充电可用于使用一个源或AC和DC源两者来给电力系统充电。AC到DC充电电路将AC电源(用户将插头插入AC主电源中)转换成相对应的用于电池充电的DC电压。AC到DC充电电路利用变压器进行电流隔离。充电电路的输出对特定的电池化学性质进行优化,以提供有效的充电并使电池寿命最大化。
图4E示出电力系统中的电池充电状态指示器390和视觉指示器392。电池充电状态指示器390连接到视觉指示器392以给电力系统的用户提供观测计来确定电力系统的充电水平。电池充电状态指示器390使用开关394耦合到电源。当开关394将电池充电状态指示器390连接到电源时,视觉指示器392使相应数量的灯点亮以显示充电状态。电池充电状态指示器390给用户提供电池充电状态的大致指示,并且该电池充电状态指示器390位于用户接口上而易于接近。
图5-10示出连接到各种充电源和/或输出设备的电力系统400。在图5中,电力系统400连接到太阳电池板402。太阳电池板402包括将电池板连接到DC充电输入端406的电缆404。太阳电池板402将太阳能转换成给电力系统400中的电池充电的能量。
图6示出由AC电源充电的电力系统400。电力系统400使用AC电源线412连接到壁装插座410。电源线412连接到电力系统400上的AC充电输入端414。该线的另一端插入壁装插座410内。来自壁装插座410的电用于给电力系统400中的电池充电。
在图7中,手动曲柄发电机420用于给电力系统400充电。电缆422将手动曲柄发电机420连接到电力系统400。电缆422连接到电力系统400上的DC充电输入端406。用户转动手动曲柄发电机420以产生电并给电力系统400中的电池充电。
如图8所示,可使用多个源给电力系统400充电。如上面关于图5讨论的那样,太阳电池板402使用电缆404连接到电力系统400。也同时使用壁装插座410给电力系统400充电。如上面关于图6讨论的那样,使用AC电源线412将电力系统400连接到壁装插座410。电力系统400配置成与DC源同时从AC源接受充电。
在图9中,电力系统400连接到充电源,并同时给设备加电。太阳电池板402例如可用于通过使用电缆404将电池板一直连接到系统来给电力系统400充电。同时,设备430(例如平板显示器)可使用电缆432连接到电力系统400。设备430通过将电缆432连接到电力系统400上的120VAC插座434来获取来自系统的AC电力。可使用与系统兼容的任何AC设备,同时对系统进行充电。
图10示出由包括AC和DC源这两者的多个源进行充电并用作AC和DC设备这两者的电源的电力系统400。使用电缆404将太阳电池板402连接到系统。还使用电源线412将电力系统400连接到壁装插座410。使用电缆432将设备430连接到系统。使用电源线444将诸如智能电话或MP3播放器的另一设备440连接在USB插座442处的系统。电力系统400可由诸如太阳电池板402的DC电源和由诸如壁装插座410的AC电源来充电。当被充电时,系统也可用作诸如平板显示器430的AC设备和诸如智能电话440的DC设备的电源。
为了从AC壁装插座给电力系统充电,用户将AC充电线插入到控制面板上的AC插座连接器中,并随后将充电线插入到壁装插座中。AC充电LED在充电时亮起红色,并在充电完成时变为绿色。当完成时,用户拔出充电线。
为了从DC充电源给系统充电,用户通过旋开红端子和黑端子并将电线插到接线柱上的孔中来将红(+12)和黑(-12)电线从DC充电源连接到DC充电输入端的红侧和黑侧。端子应被紧贴地收紧。如果充电配件具有例如航空连接器,用户可将连接器插入任一个DC充电插口中,并紧贴地收紧锁定环。DC充电输入LED在充电时亮起红色。当太阳电池板作为充电源被连接时,则不需要太阳能充电控制器。DC充电连接器或插口可例如被定额为每插口最大100W太阳电池板。
电力系统可与大量的电器和电子设备相兼容。当使用AC电力连接器时,用户应将紧挨着AC连接器或插座的开关转变到“接通”位置。电力系统内部的逆变器可能花费几秒钟来加电。开关之上的绿色LED将在系统准备好时亮起。用户能够以与使用规则的壁装插座类似的方式将电器或电子设备插入AC插座中。
可通过将AC插座的输出功率切换到“关闭”位置且将红色LED亮起来指示故障。故障将指示电器短路、电力过载或低电量。为了将故障复位,用户可将AC插座开关切换到“关闭”位置并随后将它切换回到“接通”位置。
当使用USB插座或连接器时,用户插入一个或多个设备中并将电力开关切换到“接通”位置。当系统不在使用中时,用户可断开电力开关。一些插座每个可被指定提供高达2.1A。其它USB插座每个可被指定提供高达1.0A。设备应被插入到相对应的USB插座中。
为了使用12VDC插座,用户可翻开保护插座盖,并插入设备中。12VDC插座处于“接通”位置。当完成对设备供电时,用户应拔出设备,并关闭插座保护盖。每个插座可被定额为高达10A。
电池可包括由串联的单电池组成的单电池组或根据以不同的串联或并联配置所组装的多个电池组装的组,以确定期望的DC系统电压和电池容量。电池控制模块保护电池免受由于过放电(低电压断开)、过充电而导致的损坏,和/或在充电期间使电池平衡,和/或提供使电池与充电和放电电路断开的过温度装置。电池保护模块可防止危险的电池状况并最大化或延长电池寿命。
电力系统10是通用便携式独立能量系统,其可使用各种方法来充电,可在延长的时间段内存储功率,并可以几种不同的形式来提供电力。可同时从以任何组合的一系列AC源和多个DC源给系统充电。由于电池、AC充电电路、电池控制模块和二极管的配置而具有上述能力。DC充电输入端和AC充电电路之间的二极管使AC充电和DC充电能够同时出现,而不影响DC充电输入端。除了同时允许AC和DC充电以外,在每个DC输入端之间的二极管允许用户同时从多个不相同的DC源给系统充电。用户例如可同时从100W太阳电池板和35W手动发电机给电池充电。此外,充电部件的配置允许在DC与AC充电源之间的充电源自优化,并将充电源彼此隔离。系统为AC电力或DC电力出故障的任何应用立即提供用于紧急或一般使用的可用电力和/或用于容易利用替代能源并提供连续和/或备用电力的完整系统,或否则是不可用的。
在不偏离本发明精神或基本特征的情况下,本发明可体现在其它特定的形式中。所述实施例应在所有方面仅被视为说明性而非限制性的。本发明的范围因此由所附权利要求而不是由前述描述来表示。出现在权利要求的等效形式的意义和范围内的所有变化均包括在其范围内。
Claims (20)
1.一种电力系统,包括:
电池;
外壳,其配置成包围所述电池;
控制台,其设置在所述外壳的至少一侧,所述控制台包括:
第一充电输入端,其配置成接收来自AC电源的充电,
第二充电输入端,其配置成接收来自DC电源的充电,以及
插座,其配置成容纳用于设备的连接器;以及
电池管理系统,其包括用于调节所述第一充电输入端与所述第二充电输入端之间的电池充电的控制部。
2.根据权利要求1所述的电力系统,其中,所述插座是一组USB插座、一组VDC插座和一组VAC插座中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的电力系统,其中,所述插座是一组USB插座,且所述控制台还包括拨动开关。
4.根据权利要求3所述的电力系统,其中,所述控制台还包括与该组USB插座耦合的指示灯,所述指示灯用于向该组USB插座指示正确的功率。
5.根据权利要求2所述的电力系统,其中,所述插座是一组VAC插座,且所述控制器还包括拨动开关。
6.根据权利要求5所述的电力系统,其中,所述控制台还包括与该组VAC插座耦合的一组指示灯,该组指示灯用于向该组VAC插座指示正确的功率。
7.根据权利要求1所述的电力系统,其中,所述第一充电输入端是一组AC充电连接器。
8.根据权利要求1所述的电力系统,其中,所述第一充电输入端是一组DC充电连接器。
9.根据权利要求1所述的电力系统,还包括配置成围住所述电力系统的至少一部分的携带包。
10.根据权利要求9所述的电力系统,还包括附接到所述携带包的至少一个小袋。
11.一种电力系统,包括:
电池;
外壳,其配置成包围所述电池;
控制台,其设置在所述外壳的至少一侧,所述控制台包括:
第一充电输入端,其配置成接收来自AC电源的充电,
第二充电输入端,其配置成接收来自DC电源的充电,以及
插座,其配置成容纳用于设备的连接器;以及
电池管理系统,其包括用于允许同时从所述第一充电输入端和所述第二充电输入端进行电池充电的控制部。
12.根据权利要求11所述的电力系统,还包括在所述电池管理系统的电路中的二极管,所述二极管设置在所述第一充电输入端与所述第二充电输入端之间。
13.根据权利要求12所述的电力系统,其中,所述电池管理系统配置成用于所述第一充电输入端与所述第二充电输入端之间的充电源自优化。
14.根据权利要求12所述的电力系统,其中,所述电池管理系统配置成使所述第一充电输入端与所述第二充电输入端彼此隔离。
15.一种电力系统,包括:
电池;
外壳,其配置成包围所述电池;
控制台,其设置在所述外壳的至少一侧,所述控制台包括:
第一充电输入端,其配置成接收来自AC电源的充电,
第二充电输入端,其配置成接收来自DC电源的充电,以及
插座,其配置成容纳用于设备的连接器;以及
主隔离开关,其连接到所述电池,所述主隔离开关定位成将所述第一充电输入端和所述第二充电输入端以及所述插座与所述电池断开连接。
16.根据权利要求15所述的电力系统,还包括电池管理系统,所述电池管理系统包括允许同时从所述第一充电输入端和所述第二充电输入端进行电池充电的控制部。
17.根据权利要求16所述的电力系统,其中,所述主隔离开关使所述电池管理系统禁用。
18.根据权利要求16所述的电力系统,其中,电池管理系统包括用于调节所述第一充电输入端与所述第二充电输入端之间的电池充电的控制部。
19.根据权利要求16所述的电力系统,还包括在所述电池管理系统的电路中的二极管,所述二极管设置在所述第一充电输入端与所述第二充电输入端之间。
20.根据权利要求16所述的电力系统,其中,所述电池管理系统配置成用于所述第一充电输入端与所述第二充电输入端之间的充电源自优化。
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