CN104756270A - 多电源单元 - Google Patents
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Abstract
一种电源单元，包括向可变的一个或多个负载提供功率的多个发电机。发电机可以在例如发电容量、它们的输出可以改变的速率、维护需要和/或不同容量转化效率方面不同。控制单元根据数字实现的算法独立地将发电机节流，该算法可以(但不需要)在向负载提供功率时，使用一个或多个区别。在一些情况下，控制器调节被传递到一个或多个负载的被监控功率。功率组合器连接到发电机的输出。如果期望的话，可以在发电机和一个或多个负载之间使用缓冲器以提供能量贮存器，该能量贮存器允许一个或多个负载以比发电机被节流的速率更快的速率改变，并且允许临时超过发电机的容量的峰值负载。
Description
技术领域
本技术领域包括机器、制造、物品、过程、和由此产生的产品，以及必要的媒介，其在某些情况下关于电源及其单元等。
发明内容
取决于实现方式，存在关于电源及其单元等的机器、制造物品、用途方法和制造方法，和由此产生的对应的产品、以及必要媒介。在现在对其进行引用的权利要求中限定实施例。
附图说明
为了更完整的理解，对下列描述和附图进行参考，其中：
图1是表示实施例的框图；
图2示出具有三个发电机的实施例的算法，可以将每一个发电机节流为发电机的容量的一半；
图3示出具有三个发电机的实施例的算法，可以通过将发电机断开而将每一个发电机节流；
图4示出具有四个发电机加上一个缓冲器的再一实施例的算法；
图5示出具有三个发电机的实施例的算法，每一个发电机可以被节流为发电机的容量的一半，其中具有较小容量的发电机具有较低操作成本；
图6(a)示出具有三个发电机的实施例的算法，其中全部发电机具有类似的操作时间，使得可以同时维持发电机。图6(b)示出具有三个发电机的实施例的算法，其中操作发电机，使得一次仅一个发电机达到一个发电机的维持寿命。
图7示出具有三个发电机的实施例的算法，其中操作发电机，使得一次仅一个发电机达到该一个发电机的维持寿命。
图8是计算机系统的实施例的图示。
图9是电磁发射的化学加热热发射器发电机的实施例的图示；以及
图10是电磁发射的化学加热热发射器发电机的实施例的图示。
具体实施方式
总的来说，这里的实施例针对包括多个电源(例如发电机)的一个或多个单元，这些电源可以结合或互连在一起以便协作地工作以通过如这里随后讨论的单一和完整的方式组合电源。因此，示例性地，使用发电机作为电源的单元的实现方式可以包括至少两个发电机、三个发电机、四个发电机等。发电机可以例如在单元的外壳内物理地或电地或以另外方式连接，如一个实现方式或另一实现方式中可以优选的。
多个发电机中的至少两个可以具有至少一个区别，例如发电容量、响应时间常数和/或能量转化效率方面的区别，使得单元通过考虑(多个)区别地操作以结合发电机。例如，发电机可以具有唯一的容量，并且在一些实施例中，单元可以考虑容量的比例。例如，在不同容量的至少任何两个发电机之间的容量的比例可以，但不需要，大于或等于1.5的系数；并且单元可以协作地组合发电机地考虑该比例。当考虑(多个)区别时，一些实现方式可以利用二进制容量(1、2、4、8、16……)。
总的来说，发电机是将一种类型的能量转化为另一种能量的装置或制造物品。发电机可以，但不需要，使用相同能源，例如与能源相同的燃料。存在可以被用作发电机的能源的多种类型的能量：化学能、核能、重力势能、动能、热能、电磁场(静态波和传播波两者)。一些能源可以是这些的组合，例如海浪是动能和重力势能的组合。能源可以直接将一种类型的能量转化为另一种能量，或间接地这样做。示例是典型的发电站，其首先直接将化学能或核能转化为热能，并且随后直接将热能转化为机械能，并且最后直接将机械能转化为电能，从而经由三个直接转化步骤间接将化学能或核能转化为电能。另一示例是水电站，其直接将重力势能转化为机械能，并且随后直接将机械能转化为电能，从而间接将重力势能转化为电能。与间接转化系统相反，热电发电机直接从热能转化为电能，并且燃料电池直接从化学能转到电能，虽然一些实施例也可以直接使用热能。取决于特定应用所优选的实现方式，这里的实施例可以包括或缺乏能源中的一种或多种，并且可以包括或缺乏直接或间接转化。在一些而并非全部实施例中，电源可以使用相同能源。在一些而并非全部实施例中，可以存在主发电机和从发电机。
单元可以包括控制器，其将这些发电机节流以匹配可以但并不总是需要变化的一个或多个公共负载。对于可以被节流为小于它们的完全发电容量的发电机，可以，但不需要，选择具有类似能量转化效率的每一个发电机的发电容量，使得具有较小发电容量的全部发电机的发电容量的总和将等于所述发电机的动态范围的低端。该实现方式将允许发电机集合匹配最小发电机的最低非零节流容量与全部发电机的容量的总和之间的任何负载。对于小于全部发电机的容量的总和的负载，控制器可以根据算法操作，以选择将哪些发电机节流到小于全容量(full capacity)，其可以包括完全节流(即，断开)。
控制器例如可以通过限制对发电机可用的能源量、通过将电信号发送到发电机以使得发电机接通、断开或接通到小于它的全容量的水平等，来将发电机节流。
发电机的输出通过功率组合器来组合。可选地，一个或多个缓冲器例如可以被包括在发电机和负载之间，以便给予比被节流的发电机更快地使负载变化的能力，以及临时满足超过单元的净发电容量的峰值负载的能力。缓冲器的示例包括，但不限于：电容器、电感器、电池、压缩气体、诸如在较高和较低贮液器之间被泵送的水之类的升降质量块(elevated mass)、诸如在某些燃料电池中使用的可逆化学过程、热贮存器以及连接到马达发电机的调速轮。在一些实施例中，控制器可以从缓冲器接收输入信息和/或向缓冲器发送控制信号。
功率组合器可以从发电机向一个或多个负载传送在某些情况下可以变化的功率。负载可以是一种或多种类型的负载：电负载、化学负载、机械负载和/或热负载。电负载例如可以是公用电网、照明、电器(计算机、通信设备等)、充电(电池；电容器；磁体)、传输(无线电等)等。化学负载例如可以是油或铝精炼物等。热负载例如可以是加热、冷却或熔炼设备。机械负载例如可以是马达、音频扬声器、运输工具、起重器、改变物料(挖掘、钻孔、抵抗重力(水上坡)、抵抗摩擦(例如，在管道中)的泵送、压缩气体(例如，在空调压缩机中)等。负载可以直接的，如直接从组合器向公用电网提供电功率(electrical power)，并且负载可以是间接的，如在从组合器经由公用电网向家庭提供电功率。一些负载落入若干类型，例如空调压缩机在机械(泵送)负载和热负载之下。
一些发电机具有有限动态范围的功率输出，或在有限动态范围上最高效。在极端情况下，可以仅通过将发电机接通或断开来将发电机节流，而没有可用的中间功率输出。发电机还可以在效率和对它们的输出功率进行改变的它们的时间常数方面不同。在一些实施例中，这里讨论的单元可以被适配为使用具有比一个或两个这种发电机的高效动态范围更快变化的负载的这种发电机，或具有比发电机中的一些可以响应的速度更快改变的负载的这种发电机。
一些发电机的高效率版本(当消耗给定量的燃料时，产生更多功率的发电机)比低效率版本生产更贵。示例(在当前价格下)是包括化学加热热发射器和将发射辐射转化为电功率的光伏电池的发电机，其中更高效率的光伏电池可以比更低效率的光伏电池更贵。关于包括化学加热(通过火焰和/或其他放热化学反应加热)热发射器和将发射辐射转化为功率的一个或多个光伏电池的发电机，在US专利申请60/833,335、60/900,866、11/828,311和12/375,176中公开了非限制性示例，就像在这里完全重新陈述一样将其全部通过引用合并于此。可以使这种发电机具有不同发电容量、不同效率、高效地节流到小于全容量的不同能力和/或不同响应时间常数。这(以及这里的其他实现方式)允许这里讨论的单元对于不同应用不同地被优化。例如，使得单元包括一些产生典型的负载的功率的高效率发电机以及满足峰值负载需要的低成本、低效率的发电机更具成本效益，只要低效率发电机的占空系数足够低。在一些实施例中，这里讨论的单元可以被适配为使用具有需要基本上在典型的功率需要之上的峰值功率的负载的这种发电机。该类型的功率单元可以满足的峰值负载的示例将是爬长坡或爬山的车辆的负载。
取决于发电机的设计和构造，可以从一个输出向另一输出将发电机接通、断开或节流的速度可以显著变化。具有快速接通和快速响应于节流信号的能力的发电机可能在产生和/或操作方面比具有较慢时间常数的发电机更贵。在一些实施例中，这里讨论的单元可以被适配为协作地使用这种发电机的组合从而一起作为单个单元操作。具有广泛变化的负载的应用的示例包括向例如家庭的建筑物供电和向车辆供电。
在确定哪些发电机在多发电机单元中操作时，维护可能是重要的考虑。例如，可能重要的是确保在任何给定时间不超过某一部分的发电容量应被维护，或可能重要的是同时维护全部发电机。在具有不相同的发电机的单元中，一些发电机比其他发电机可能维护更贵，因此将有利的是较不昂贵的发电机比较昂贵的发电机的占空比更高。在一些实施例中，这里讨论的单元可以被适配为运行这种发电机的组合以解决该问题。
在单元的一些实施例中，发电机中的至少一些(以及实际上单元本身)可以被构造为模块化的并且与其他模块化构造的发电机和/或单元可互换。因此，一些实施例可以具有被配置为适应可互换性的配件(mountings)。例如，通过适应发电机的模块化，发电机可以被滑入具有将单元引导到某一位置的配件的地点。如果需要的话，发电机可以通过插入连接接合；钳夹或钳子或其他固定机构可以用于固定发电机处于一位置处。在一些情况下，弹簧或其他偏置设备可以用在将发电机定位在一位置处中。一些实现方式可以使用可固定和可释放而不需要使用工具(例如，使用具有对应的翼形螺母和锁紧垫圈的一个或多个螺钉等)的固定部件。在实施例中其他可互换方式包括咬合、夹紧和扭曲。取决于期望的实现方式，单元可以因此从可互换的发电机集合提供基本上相同或不同特性。发电机可以被布置为独立节流、与机器连接、断开、或交换为另一发电机，从而改变或维护单元的发电容量，例如以便允许对交换出的发电机进行服务，同时操作其他发电机模块。可替换的应用是对机器的输出增加或减少单个模块的输出(1)导致或(2)不导致由机器生成的功率和负载之间的平衡的物料改变(material change)。如在其他实施例中，功率组合器组合发电机的输出并且控制器将发电机节流例如以匹配可变负载。
因此为了示例，混合动力车辆动力系统可以包括可互换功率(即，发电机)模块和控制器，其中功率模块能够生成电功率、存储电功率、存储燃料或它们的任何组合。示例功率模块包括超级电容器、电池、燃料电池、化学加热热发射器电池(即，如通过引用合并的)、马达发电机和燃料容器。经由模块化以及接受交换模块的可接受的配置，可以将放电后的电池与充电后的电池交换以及重新配置系统以将其优化用于不同主要目的(例如，短途通勤对长途通勤对自驾游对用于牵引或爬山的额外发电容量)。这种模块可以被合并在租赁(或等效)系统中以使交换更容易，和/或可以存在包括剩余电量和/或循环次数的折价值等，以及用于执行该操作的计算机支持。
在一些实施例中，可以存在对离开缓冲器的功率和进入缓冲器的功率的测量，使得控制器将保持缓冲器被充电。在其他实施例中，可以存在对输出电压的监控并且调节电压。另一实施例是使得一个或多个负载与控制器通信。再一方式是用于控制器监测一个或多个负载，使得控制器预计对功率的需要。例如，单元可以被配置为监测冰箱的温度以预计压缩机将何时接通。
取决于配置，单元可以使用监控到的功率的指示或相应的指示(在算法中)，以将监控到的功率调节或匹配到一个或多个负载。也就是说，功率监控器或传感器(或者对于每一个单元，多个功率监控器或传感器)测量单元提供多少功率并且匹配或调节传递到一个或多个负载的功率。例如，考虑负载是灯泡。灯泡的额定值为特定功率。如果单元并未被提供足够功率，则输出的电压将下降到期望电压以下，并且控制器将使(多个)发电机增流(throttleup)。因此，输出上的传感器可以用于测量实际传递的功率。在缓冲器的情况下，控制器将发电机节流以匹配该情况并且保持缓冲器被充电。在任何时刻，取决于期望配置，传递的功率不需要完全匹配，但是偏差将会被平均。
作为另一示例，考虑分布式发电的情况，其中机器是在建筑物处的发电机集合，负载在建筑物中，并且组合器是电网。可以经由相应的传感器监控每一个建筑物中的负载，并且控制器可以选择将发电机中的哪一个节流以供应负载。在这个意义上说，控制器可以考虑的“区别”变量是从相应的发电机到负载的距离。
更具体地，为了教导的目的，考虑图1(图1是表示单元[99]的实施例的图)，在该情况下涉及三个或更多发电机[100]。发电机[100]可以，但不需要，包括Bloom Energy ES-5400Energy Server。发电机[100]由控制器[101]控制。如随后关于图8讨论的，控制器[101]可以(但不需要)是计算机。控制器[101]根据将发电机[100]节流以匹配或控制一个或多个负载[103]的算法来运行或操作。发电机[100]的输出可以与组合器[102]组合。
组合器[102]可以(但不需要)是导体(如果发电机正好产生负载需要的类型的电功率)或诸如逆变器之类的功率转化器。功率流可以由控制器[101]控制，并且在一些实施例中，通过使用一个或多个功率传感器[105]，例如(多个)仪表来控制。取决于期望的配置，可以仅存在传感器[105]，但是在任何情况下，传递到一个或多个负载的被监控功率的一个或多个指示被传送以由控制器[101]接收。
在一些实现方式中，缓冲器[104]位于发电机[100]和负载[103]之间。缓冲器[104]可以(但不需要)是超级电容器，例如Maxwell Technologies’K2系列或Beacon Power Smart Energy 25Flywheel。在一些实施例中，缓冲器[104]可以在发电机[100]和功率组合器[102]之间。如果期望的话，假负载[106]可以占用负载[103]不能使用的多余的生成的功率。假负载[106]可以诸如占用多余的发电容量(例如，如果发电机[100]不能节流以完全匹配负载，或如果负载比将发电机节流更快地减少)。在一些实施例中，假负载[106]可以向一个或多个发电机[100]提供能量以在某种意义上以缓冲的形式“回收”能量。在一些实施例中，控制器可以从假负载接收输入信息和/或向假负载发送控制信号。在一些实施例中，控制器可以从假负载接收输入信息和/或向假负载发送控制信号。
如果负载[103]使用生成的全部功率，使得负载跟随发电机[100]，则功率传感器[105]是不需要的。其示例将是在通过将发电机单元[99]节流来改变车辆的加速度的车辆中。可替换地，负载[103]所需的功率可以与发电机单元[99]独立地控制，在该情况下发电机单元[99]可以例如通过功率传感器[105]感知传递到负载的功率，并且可以将发电机[100]节流以匹配所需的功率。
功率组合器[102]的实施例可以取决于负载需要的功率类型和由发电机[100]产生的功率类型。例如，如果发电机[100]产生DC电功率并且负载[103]需要AC电功率，则组合器[102]可以是逆变器。可替换地，优选的是每一个发电机[100]具有它自己的逆变器，在该情况下，功率组合器[102]将是导体加上控制器以使每一个发电机[100]上的逆变器同步。
对于小于所有发电机[100]的容量的总和的负载，控制器[101]可以使用算法来选择哪些发电机[100]被接通和哪些发电机[100]被节流到小于全容量(包括哪些发电机[100]被完全节流到断开)。
在一些实施例中，组成单元[99]的组件并非全部在相同地理位置处，使得单元[99]是逻辑单元而非物理单元。例如，发电机[100]可以位于包含负载[103]的独立建筑物处，其中组合器[102]是连接到发电机[100]的电网。控制器[101]可以是监控负载[103]并且协作地控制发电机[100]的、联网在一起的多个计算机。
图2示出如何控制三个发电机[100]来生成0.5和0.9单位之间的任何输出的示例算法，该三个发电机[100]即(分别)具有相应的容量1、2和6个单位的1、2和6，每一个发电机[100]可被节流到容量的50％。通过添加具有18单位的容量的第四发电机，可以将发电容量增加到27单位。可以在没有限制的情况下添加额外的单元以增加发电容量。
图3示出三个发电机[100]可以如何用于生成高达7单位的整数单位的功率的示例算法，该三个发电机[100]即具有容量1、2和4单位(分别)的1、2和4，每一个发电机[100]接通或断开。添加具有8单位的容量的第四发电机将允许生成高达15单位的任何整数单位的功率。可以添加额外的发电机，以遵循二进制序列2N，从而将生成功率增加为更大的整数单位。可选的假负载可以用于将整数生成的功率与非整数负载匹配。
图4示出四个发电机[100]可以如何用于生成高达8单位的功率的示例算法，该四个发电机[100]即具有容量1、1、2和4单位(分别)的1b、1、2和4，每一个发电机[100]接通或断开。这四个发电机可以用于生成高达8单位的功率，并且可以添加额外的发电机以遵循二进制序列2N，从而将生成功率增加为更大的整数单位。可以与缓冲器(图1中的[104])一起使用这些发电机以匹配非整数负载，其中如插图中所示，发电机1b以由非整数负载确定的占空系数周期性地接通和断开。
图5示出如何控制三个发电机[100]来生成0.5和0.9单位之间的任何输出的示例算法，该三个发电机[100]即具有相应的容量1、2和6单位(分别)的1、2和6，每一个发电机[100]可被节流到容量的50％。这与图2中示出的示例算法类似，除了在这里具有较低容量的发电机具有较低操作成本，因此它们优先运行具有较高容量和较高操作成本的发电机。
图6是示出用于管理发电机的维护计划的算法的顶部时间线。顶部图上示出的算法用于具有三个发电机[100](即1、2和3)，的实施例，其中所有发电机将具有类似操作时间，使得可以同时维护它们。底部时间线(b)示出用于具有三个发电机的实施例的算法，其中操作发电机以便一次仅一个发电机达到它的维护寿命。
图7示出用于具有至少两个发电机[100](即1和2)的实施例的算法，其中发电机1可以比发电机2更快地改变它的输出。发电机1将典型小于它的全容量地操作，并且其将跟踪负载的改变(增加或减少)，而发电机2将以更慢的速率被节流，以将发电机1保持为尽可能接近它的标称中间操作水平。
现在转到图8，控制器[104]可以是计算机，例如数字电计算机。如这里使用的，“计算机”可以被视为具有全部功能的至少一个计算机或具有分开的功能以共同协作来得到该功能的多个计算机。这里的实施例可以被实现为硬件或软件、或两者的组合。因此，计算机方面可以被实现在一个或多个通用计算机或专用设备或两者上，并且可以电操作、光操作或者以任何其他方式操作，但是通常，计算机系统可以包括具有一个或多个处理器的任何系统，该处理器诸如例如数字信号处理器(DSP)、微控制器、专用集成电路(ASIC)、可编程片上系统现场可编程门阵列(FPGA)、或微处理器。逻辑流可以表示通过被实现在分立电路、编程计算机或其等效物中的逻辑流或逻辑部件的信号处理，诸如数字数据处理，包括电信号的变换。
包括软件或一个或多个程序的实施例可以被实现为在可编程系统上执行的一个或多个计算机程序，该可编程系统包括至少一个处理器、数据存储系统(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)、至少一个输入设备和至少一个输出设备。程序代码可以应用于输入数据以执行这里描述的功能并生成输出。可以经由一个或多个输出设备应用输出。(多个)程序可以以高级过程或面向对象编程语言实现以与处理系统通信。如果需要的话，(多个)程序还可以以汇编或机器语言实现。事实上，实施例不限于任何特定编程语言的范围。在任何情况下，语言可以是编译或解释语言。
(多个)程序可以被存储在可由通用或专用可编程处理系统读取的存储介质或设备上(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、只读存储器(ROM)、CD-ROM设备、闪存设备、数字多功能盘(DVD)或其他存储设备)，用于当存储介质或设备由处理系统读取以执行这里描述的过程时，配置和操作处理系统。实施例还可以被认为是被实现为被配置用于与计算机系统一起使用的机器可读存储介质，其中配置存储介质使得计算机系统以具体和预定义方式操作以执行这里描述的功能。因此，如这里使用的，计算机可读介质可以包括RAM、ROM、盘、ASIC、FPGA和PROM中的至少一个，并且可以包括非瞬时介质。
从描述中清楚工业或技术适用性。更具体地，可以存在计算机系统[12]，(例如，在计算机系统的上下文中在图8中所示，该计算机系统诸如IBM、Hewlett Packard或具有输入和输出设备的其他个人计算机，但是取决于正在讨论的实施例，计算机系统可以具有任何或所有组件)。计算机系统[12]可以具有一个或多个处理器[13](例如，Intel或AMD系列处理器等)、存储器[16](例如，硬盘驱动器、盘驱动器等)、计算机可读介质[17]、输入设备[14](例如，键盘、鼠标或调制解调器[15B]等)、以及一个或多个输出设备[15](例如，Hewlett Packard打印机[15]、Dell显示器[15A]、调制解调器[15B]或其他这种输出设备)。注意，调制解调器[15B]表示可以作为输入/输出设备操作的计算机到计算机通信设备。作为该实施例的控制器[101]，计算机系统[12]将向发电机[100]以及可选地缓冲器[104]和假负载[106]发送出控制信号[19]，并且将可选地从发电机[100]、缓冲器[104]、假负载[106]和功率传感器[105]接收进信号。
取决于期望的实施例，计算机系统[12]可以与一个或多个其他计算机通信，该其他计算机可以(但不需要)是与计算机或计算机系统[12]等效的计算机或计算机系统。
计算机系统[12]可以实现一个或多个算法，诸如图2-图7中所示的那些算法，可以(如果期望的话)被合并在可由计算机执行以实现实施例的指令的计算机可读程序中的算法例如如下：图2示出三个发电机[100]可以如何用于匹配高达所有发电机[100]的发电容量的总和的任何负载，该三个发电机[100]即分别具有相应的容量1、2和6单位的1、2和6，每一个发电机[100]可被节流到它的发电容量的一半。该特定算法可以以更复杂的方式实现，例如以最小化操作成本(燃料成本、维护和作为生成的功率量的函数增长的任何其他成本)。图2中所示的算法将最小化操作成本，如果较大的发电机[100]比较小的发电机[100]具有较低操作成本。图5中所示的算法将最小化操作成本，如果较小的发电机比较大的发电机具有较低操作成本。图3示出可以用于三个发电机[100]的实施例的算法，该三个发电机[100]即分别具有发电容量1、2和4的1、2和4，并且可以仅通过将发电机接通或断开来将发电机节流。该算法在满足所需的负载需要的功率过量时最小化生成的功率量。图4示出用于增加了具有缓冲器的第四发电机1b的类似实施例的算法，使得生成的功率在不生成多余功率的情况下匹配负载。
图6是示出用于控制具有三个发电机[100]的实施例的算法的顶部时间线(a)，每一个发电机[100]在三个时间单位之后需要维护。算法将三个发电机[100]中的每一个的总操作时间保持为基本相同，使得所有发电机将近似同时需要维护。底部时间线(b)示出用于控制具有三个发电机[100]的实施例的算法。算法导致交错维护，使得一次仅一个发电机需要维护，并且可以将一个发电机停止服务以维护，同时其他发电机向负载提供功率。
图7示出用于具有至少两个发电机[100](即1和2)的实施例的算法，其中发电机1可以比发电机2更快地改变它的输出。发电机1通常在小于它的全容量处操作，并且其将跟踪负载的改变(增加或减少)，而发电机2将以更慢的速率被节流，以将发电机1保持为尽可能接近它的标称中间操作水平。
在一些(但并非全部)实施例中，算法可以在选择将哪一个或多个发电机节流时使用发电机[100]之间的区别。考虑这里呈现的样本算法来理解可以存在通过区别(效率、尺寸等)分类的发电机列表[100]。可以存在用于循环通过发电机[100]的迭代器(iterator)，以便将这些发电机[100]节流。这如何使用的细节取决于在特定实现方式中正在讨论中的哪一个或哪些区别。例如，更高效的发电机[100]将首先使用，如果这是期望的实现方式的话。当区别是响应速度时，最快的发电机[100](即图7中的1)将典型被节流为中间输出值(所以，其可以快速升高或下降)，并且然后将尽可能使用较慢的发电机[100](即图7中的2)来跟踪改变，仅在需要时改变最快的发电机[100](即1)并且总是使用较慢的发电机[100](即2)来尝试使快的发电机[100](即1)回到它的设置点。
图9和图10示出可以在单元[99]的实施例中使用的电磁发射的化学加热热发射器发电机的示例。化学加热来自放热化学反应，取决于实施例，该反应可能涉及火焰、等离子体等。在该实施例中，输入空气[22]被输入风扇[23](我们用风扇指代风扇、送风机、泵或用于移动物质的其他部件)推入空气分流器[24]中，其中输入空气[22]被空气分流器[24]分流为不具有燃料的空气[26]和具有燃料的空气[27]，其中每一种空气的比例由流动调节器[25]确定。注意，输入空气[22]不限于大气；在一些实施例中，输入空气[22]富有氧气，其可以是纯氧气或某种其他混合或化学配方，并且在一些实施例中，化学反应物不是氧气。在一些实施例中，输入空气[22]和/或输入燃料[28]不是气体。具有燃料的空气[27]与输入燃料[28]在歧管(manifold)[29]中混合以形成空气/燃料混合物[30]。不具有燃料的空气[26]和空气/燃料混合物[30]两者在混合器[32]中混合之前在热交换器[31]中被加热。该燃烧输入[33]进入燃烧室[34]，在其中燃烧输入[33]反应并且加热热发射表面[35]。该发射表面[35]发射电磁发射物[37]，在一些实施例中，该发射表面[35]通过氧气耗尽区[36]发射电磁发射物[37]，取决于实施例，该氧气耗尽区[36]包括真空、空气/燃料混合物[30]、废气[45]或一些其他氧气耗尽的气体。在一些实施例中，电磁发射物[37]通过可以(但不需要)向发射表面[35]返回一些反射的发射物[39]并且向产生输出功率[42]的光伏元件[41]传递选择的透射的发射物[40]的光学滤波器[38]。在一些实施例中，光学滤波器[38]和/或光伏元件[41]被冷却，并且热量可以(但不需要)返回输入空气[22]、不具有燃料的空气[26]和/或空气/燃料混合物[30]。来自燃烧室[34]和发射表面[35]的具有污染物的废气[44]可以进入催化转化器[47]，其中移除一些污染物。还通过用于加热不具有燃料的空气[26]和空气/燃料混合物[30]的热交换器[31]移除热量。在一些实施例中，废气[45]的部分被再循环为不具有燃料的空气[26]、空气/燃料混合物[30]或两者。在一些实施例中，额外的空气[49]被提供到催化转化器[47]。在催化转化器[47]之后，由排气扇[46]移除废气[45]。发电机[100]的燃烧处理和操作可以由一个或多个传感器(例如，氧气传感器[52]、温度测量仪[51]、煤烟传感器[50]和/或碳氢化合物传感器[53])监控，并且使用控制电路[54]控制。一些实施例具有额外的传感器，包括相同类型的多个传感器。
热交换器[31]可以被配置为采用来自废气[45]的热量以产生可以在加热氧气传感器[52]时采用的温度梯度。单元[99]中的废气[45]的温度可以非常高，使得在一些实施例中，例如氧气传感器[52]位于热交换器[31]的热端附近，单元[99]完全不需向氧气传感器[52]供电(其在其他情况下将常规被需要以将氧气传感器[52]维持在操作温度)。在其他实施例中，氧气传感器[52]可以隔开在热交换器[31]的热端和冷端之间，其中温度小于氧气传感器[52]的操作温度，但是高于排出的温度，从而影响氧气传感器[52]的操作所需的功率，并且从而控制和影响由单元[99]输出的功率的程度。因此，本发明的实施例可以使用氧气传感器[52]，其被定位使得其从废气[45]接收热量以达到操作温度。氧气传感器[52]可以足够的热量，使得需要减少的额外功率量以达到可操作温度。在一些实施例中，氧气传感器[52]可以被放置为使得其在不需要被提供外部的功率的情况下达到操作温度。
为了进一步教导的目的，下文是在一些实施例中可以被控制器[101]采用的算法片段的示例。这些示例意图示出可以用于控制发电机的可能的输入、计算出的值和条件测试中的一些但并非全部。这些示例不意图是以任何特定计算机语言，而是用作示出一些算法可以如何被构造为完成特定目的的指导。一些细节已经被省略，特别是如果它们取决于特定实施例的具体细节。
用于处理燃料成本的算法的示例
用于确保多个发电机将大约同时需要维护的算法的示例。
用于确保当一个发电机需要维护时，对于多个发电机大部分将具有最大可操作寿命的算法的示例。
转换算法的示例
这同样不是完整的程序，但是它教导对于基本负载设置发电机，将最快的发电机设置为它的中点，并且随后使用慢地发电机匹配当前负载。然后，存在读取负载的转换速率并且将其与发电机匹配的循环。更完整的算法可以包括更多的错误检查以确保单元不会将发电机用完，可以包括知道发电机何时转换为它们的极限并且切换为另一发电机，并且可以在正和负转换之间进行区分等。
另一算法方式使用从单元[99]的使用中学习的算法，该算法在将其应用于一个发电机的它的最简单的情况下描述，虽然应理解对单元[99]的发电机[100]的扩展。然后，示例性地，在用于操作例如混动车辆或电动车辆的机动车以优化效率、范围、性能和/或其他操作特性的方法中考虑这种自适应算法。车辆可以包括至少一个电能存储系统，至少一个电能生成系统(其可以是例如这里描述的单元[99])、电动推进系统和控制器，该控制器被编程为自适应地控制哪一个或多个电源在任何给定时刻向车辆的推进系统提供电能，以及何时使用(多个)电能生成系统将功率转移为例如对(多个)电能存储系统充电。所述方法可以包括：测量一个或多个存储系统中存储的能量的量；使用来自前面的行程的历史信息、关于当前状况的信息和/或地图计划沿路径所需的能量的量；优化一个或多个能量存储系统和能量生成系统之间的能量平衡；控制一个或多个能量存储系统的充电状态并将一个或多个能量生成系统节流；将沿路径的能量负载需要记录为位置和/或当前状况的函数。来自前面的旅行的信息可以是该车辆本地的或使用来自其他车辆的遥测的多个来源的等。当然，该车辆的使用仅教导可应用于其他负载的概念，并且类似地，算法可以应用于具有不同效率或其他区别的多个发电机[100]，如上所述。类似地，可以存在具有不同特性(最大电流、电容)的多个能量存储系统，例如超级电容、电池等。
这里诸如“学习算法”之类的算法还可以被适配为考虑当前状况，诸如交通、天气、速度、加速度、一天中的时间、车辆负载等。并且，如果期望的话，实现方式可以记录沿公用路径的遥测结果以便定制车辆的动力系统用于最佳性能。这里的任何实施例可以组合，例如“学习算法”系统还可以将上述实施例与可以交换的模块化组件结合，并且对应地，其他组件可以模块化地交换，例如更多的电池用于更少的电容器，或更高效率的发电机用于更不昂贵的更低效率的发电机等，并且控制器接收指示交换的输入，如果交换对算法控制是重要的。
单元[99]可以被适配为存在于车辆、汽车、卡车、房车、单个住宅楼、工业设施或例如空调的由设备定义的负载中或在其附近或以其他方式向其提供电功率。这种单元的燃料通常将是天然气、丙烷、诸如发热燃油(heating oil)或汽油之类的液体燃料、或诸如煤之类的固体燃料。电功率可以诸如通过车辆的非传统燃料推进车辆、汽车、卡车、房车等。例如，单元[99]可以通过使用非易燃的燃料，例如非汽油、非柴油，推进汽车。
可以配置实施例，使得单元[99]和/或发电机[100]不具有旋转(revolving)组件，例如在磁场和导体之间没有旋转，虽然旋转组件可以用于向单元[99]和/或发电机[100]提供燃料、空气和/或冷却等。可以配置实施例，使得单元[99]和/或发电机[100]不产生在人类听觉范围内的声音，就像太阳能电池发电机[100]一样。类似地，虽然这种声音可以在提供燃料和/或冷却等时产生。
可以配置实施例，使得单元[99]和/或发电机[100]没有一种类型的上述能量源，和/或没有直接或间接转化，例如在从另一形式的能量转化为电能的转化中没有机械能或化学能的直接转化——同样除了提供燃料、空气和/或冷却等之外。可以配置实施例，使得单元[99]和/或发电机[100]不具有用于生成功率的移动部件(例如电刷)，虽然移动部件可以用于提供燃料、空气和/或冷却等。可以配置实施例，其中不存在由单元[99]和/或发电机[100]发射的废气，诸如就像太阳能电池实现方式一样。并且类似地，同样除了提供燃料、空气和/或冷却等之外，可以类似地配置实施例，使得浪费的能量的量低于某一指定范围，诸如小于50％、20％、10％，如分别由一些联合循环蒸汽涡轮机、一些燃料电池和一些水涡轮机例示。
总的来说，需要理解对于出自这里教导的可能性的鲁棒范围。然而，更广泛地说，这里采用的术语和表示被用作教导而非限制的术语，并且不意图在使用这种术语和表示时排除示出的和描述的特征或其部分的等效物，要理解在这里考虑和提出的实施例的范围内各种修改是可能的。此外，实现一般教导的各种实施例被视为被包括在这里，因为出于教导目的参考具体实施例描述了这里的公开，使得该公开意图是示例性的并且不意图是限制性的。在不背离权利要求定义的真正精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以想到各种修改和应用。
因此，虽然上面仅详细描述了少数示例实施例，但是本领域技术人员将容易理解，在不显著背离这里的新的教导和优点的情况下，在示例性实施例中许多修改是可能的。相应地，尊敬地请求全部这种修改被包括在由权利要求限定的范围内。在权利要求中，装置加功能权利要求(若有)意图覆盖执行所描述的功能的这里描述的结构，并且不意图仅覆盖结构等效物，而且还意图覆盖等效结构。因此，虽然钉子和螺丝可能不是结构等效物，因为钉子采用圆柱面来将木头部分固定在一起，而螺丝采用螺旋表面，但是在紧固木头部分的环境中，钉子和螺丝可以是等效结构。
Claims (32)
1.一种机器或电源制造品，其在组合地向一个或多个负载提供电功率时，独立地和协作地将多个发电机中的每一个节流，所述机器包括：
·多个发电机，每一个发电机具有产生电功率的容量，其中
-发电机结合或互连到一起，以便作为单个单元操作，
-发电机使用能量源以每个产生电功率，以及
-发电机中的至少两个每个包括热发射器和光伏电池，该光伏电池将来自热发射器的发射辐射转化为所述电功率；
·功率组合器，定位为从发电机向一个或多个负载传递电功率；以及
·控制器，配置为实现算法，该算法在组合地向一个或多个负载提供电功率时，独立地和协作地将每一个发电机节流。
2.如权利要求1所述的机器或电源制造品，进一步包括至少一个传感器，每一个所述传感器被布置为产生被传递到一个或多个负载的被监控功率的指示，其中：
·一个或多个负载变化；以及
·控制器被布置为接收被监控功率的每一个所述指示，并且被配置为使得在所述组合地向一个或多个负载提供功率时，独立地和协作地将每一个发电机节流时，该算法使用被监控功率的每一个所述指示。
3.如权利要求1或2所述的机器或电源制造品，其中在发电机中的至少两个之间存在至少一个区别，并且控制器被配置为使得该算法在选择将发电机中的哪一个节流时，使用所述至少一个区别。
4.如权利要求3所述的机器或电源制造品，其中在发电机之间的至少一个区别包括功率容量、响应时间常数、效率和可维护性中的至少一个、至少两个、或至少三个。
5.如权利要求3或4所述的机器或电源制造品，其中发电机中的至少两个之间的容量的比例大于或等于1.5的系数，和/或发电机中的任何两个的容量的比例大于或等于1.5的系数。
6.如任何前述权利要求所述的机器或电源制造品，其中发电机的容量具有与任意负载匹配的瞬时发电容量。
7.如任何前述权利要求所述的机器或电源制造品，其中发电机的容量具有与小于或等于全部发电机的容量的与任意负载匹配的瞬时发电容量。
8.如任何前述权利要求所述的机器或电源制造品，其中通过接通发电机中被选定的发电机，发电机的容量具有在最大差内的与任意负载匹配的瞬时发电容量。
9.如权利要求3到5中的任何一项所述的机器或电源制造品，其中通过接通发电机中被选定的发电机，发电机的容量具有在最大差内的通过控制器与任意负载匹配的瞬时发电容量，其中发电机具有遵循以最小的发电机为单位的二进制序列1,2,…，2N的容量，其中N是大于1的整数。
10.如任何前述权利要求所述的机器或电源制造品，其中发电机的容量具有在最大差内的通过控制器与高达所有发电机的容量的总和的任意负载匹配的瞬时发电容量，加上至少与最大差一样大的能量缓冲器和额外的发电机的容量，其中额外的发电机被控制器循环接通和断开，以便对所述缓冲器进行充电。
11.如任何前述权利要求所述的机器或电源制造品，其中发电机的容量具有在最大差内的通过控制器与高达所有发电机的容量的总和的任意负载匹配的瞬时发电容量，加上至少等于最大差的假负载的容量。
12.如权利要求3到7中的任何一项所述的机器或电源制造品，其中发电机中的一个可以被节流在其内的动态范围存在在1/x(对于x>1)和1乘一个发电机的容量之间，并且一个发电机的容量不大于x乘具有更低的容量的发电机的容量的总和。
13.如权利要求12所述的机器或电源制造品，其中x对于全部发电机是相同的，并且发电机容量具有允许连续输出范围的最大值，容量是1,x,x*(x+1)，…，x*(x+1)^N，其中N是正整数。
14.如任何前述权利要求所述的机器或电源制造品，其中发电机中的至少两个具有不同效率并且该算法更频繁地使用发电机中更高效的发电机并且更不频繁地使用发电机中更不高效的发电机。
15.如任何前述权利要求所述的机器或电源制造品，其中发电机中的至少两个具有不同响应时间常数并且该算法使用发电机中更快响应的发电机跟踪比发电机中更慢响应的发电机的响应时间常数更快变化的负载改变。
16.如任何前述权利要求所述的机器或电源制造品，其中能量缓冲器连接在至少一个发电机和组合器之间，或连接在组合器和负载之间。
17.如权利要求16所述的机器或电源制造品，其中缓冲器包括以下组中的一个或多个：电容器、电感器、电池、附接到马达发电机的调速轮、压缩气体、升降质量块、热贮存器和可逆化学贮存器。
18.如任何前述权利要求所述的机器或电源制造品，其中发电机中的至少两个每个包括化学加热热发射器和将来自化学加热热发射器的发射辐射转化为所述电功率的光伏电池。
19.一种使得机器组合来自发电机的功率以向一个或多个负载提供功率的方法，所述方法包括：
·可操作地将多个发电机相关联，发电机中的每一个具有产生电功率的容量，使得
-发电机连接或互连到一起，以便作为单个单元操作，
-发电机使用能量源以每个产生电功率，以及
-发电机中的至少两个每个包括热发射器和光伏电池，该光伏电池将来自热发射器的发射辐射转化为所述电功率；
·将功率组合器定位为从发电机向一个或多个负载传递电功率；以及
·将控制器配置为实现算法，该算法在组合地向一个或多个负载提供电功率时，独立地和协作地将每一个发电机节流。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括将至少一个传感器布置为产生对被传递到一个或多个负载的被监控功率的一个或者多个指示，其中：
·一个或多个负载变化；以及
·所述方法进一步包括将控制器配置为接收被监控功率的每一个所述指示，并且在组合地向一个或多个负载提供功率时，独立地和协作地将每一个发电机节流时，使用被监控功率的每一个所述指示。
21.如权利要求19或20所述的方法，其中在发电机中的至少两个之间存在至少一个区别，并且所述方法进一步包括将控制器配置为使得该算法在选择将发电机中的哪一个节流时，使用所述至少一个区别。
22.一种使用机器组合来自发电机的功率以向一个或多个负载提供功率的方法，所述方法包括：
·使用多个发电机产生电功率，发电机中的每一个具有产生电功率的容量，使得
-发电机连接或互连到一起，以便作为单个单元操作，
-发电机使用能量源以每个产生电功率，以及
-发电机中的至少两个每个包括热发射器和光伏电池，该光伏电池将来自热发射器的发射辐射转化为所述电功率；
·经由功率组合器向一个或多个负载传递来自发电机的电功率；以及
·通过控制器实现算法，该算法在组合地向一个或多个负载提供电功率时，独立地和协作地将每一个发电机节流。
23.如权利要求22所述的方法，进一步包括使用至少一个传感器监控传递到一个或多个负载的功率，每一个所述传感器被布置为产生对被传递到一个或多个负载的被监控功率的指示，其中：
·一个或多个负载变化；以及
·所述方法进一步包括通过控制器接收被监控功率的每一个所述指示，并且在组合地向一个或多个负载提供功率时，独立地和协作地将每一个发电机节流时，通过控制器使用被监控功率的每一个所述指示。
24.如权利要求22或23所述的方法，其中在发电机中的至少两个之间存在至少一个区别，并且所述方法进一步包括在选择将发电机中的哪一个节流时，使用所述至少一个区别。
25.一种使用机器组合来自发电机的功率以向一个或多个负载提供功率的方法，所述方法包括：
·操作多个发电机，发电机中的每一个具有产生电功率的容量，使得
-发电机连接或互连到一起，以便作为单个单元操作，
-发电机使用能量源以每个产生电功率，以及
-发电机中的至少两个每个包括热发射器和光伏电池，该光伏电池将来自热发射器的发射辐射转化为所述电功率；
·通过功率组合器向一个或多个负载传递来自发电机的电功率；以及
·通过控制器实现算法，该算法在组合地向一个或多个负载提供电功率时，独立地和协作地将每一个发电机节流。
26.如权利要求25所述的方法，进一步包括使用至少一个传感器监控传递到一个或多个负载的功率，每一个所述传感器被布置为产生对被传递到一个或多个负载的被监控功率的指示，其中：
·一个或多个负载变化；以及
·所述方法进一步包括通过控制器接收被监控功率的每一个所述指示，并且在组合地向一个或多个负载提供功率时，独立地和协作地将每一个发电机节流时，通过控制器使用被监控功率的每一个所述指示。
27.如权利要求25或26所述的方法，其中在发电机中的至少两个之间存在至少一个区别，并且控制器被配置为使得该算法在选择将发电机中的哪一个节流时，使用所述至少一个区别。
28.一种包含指令的计算机程序，当由控制器执行所述指令时，该指令使得控制器执行下列操作：
·使得机器能够组合来自发电机的功率以向一个或多个负载提供功率，该机器包括：
-多个发电机，发电机中的每一个具有产生电功率的容量，其中：
*发电机连接或互连到一起，以便作为单个单元操作，
*发电机使用能量源以每个产生电功率，以及
*发电机中的至少两个每个包括热发射器和光伏电池，该光伏电池将来自热发射器的发射辐射转化为所述电功率；
·通过功率组合器向一个或多个负载传递来自发电机的电功率；以及
·在组合地向一个或多个负载提供功率时，独立地和协作地将每一个发电机节流。
29.如权利要求28所述的计算机程序，其中该指令进一步使得控制器使用至少一个传感器监控传递到一个或多个负载的功率，每一个所述传感器被布置为产生对被传递到一个或多个负载的被监控功率的指示，其中：
·一个或多个负载变化；以及
·所述指令进一步使得控制器接收被监控功率的每一个所述指示，并且在组合地向一个或多个负载提供功率时，独立地和协作地将每一个发电机节流时，使用被监控功率的每一个所述指示。
30.如权利要求28至29所述的计算机程序，其中在发电机中的至少两个之间存在至少一个区别，并且控制器在选择将发电机中的哪一个节流时，使用所述至少一个区别。
31.一种其中存储根据权利要求28到30中的任何一项的计算机程序的非临时性计算机可读介质，所述介质优选地是ROM、盘、ASIC、FPGA和PROM。
32.如权利要求19到27中的任何一项所述的方法，或如权利要求28或29所述的计算机程序，其中发电机中的至少两个每个包括化学加热热发射器和光伏电池，该光伏电池将来自火焰加热发射器的发射辐射转化为所述电功率。
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