CN105794102A - 自充电电力发动机 - Google Patents
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Abstract
一种与外部系统连通的自充电电力发动机系统,并且其包括配置来给自充电电力发动机系统供电的电池单元,配置来在主供电电源与自充电电力发动机系统之间切换的自动切换单元,配置来从电池单元接收电力的至少一个马达,以及配置来在主供电单元发生故障时产生要供应给外部系统的电力的至少一个发动机,其中由至少一个发动机产生的电力还供应给自动切换单元,用于执行自充电电力发动机系统的连续充电。
Description
技术领域
本发明涉及发动机系统。更具体地,本发明涉及用于使用在建筑物(例如,商场、住宅)、车辆(例如,电动车辆)中的自充电便携式电力发动机系统。
背景技术
当今,便携式纯汽油发动机通常使用在住宅中,例如,在电力故障情况下作为主电源系统的备用电源。与使用电力发动机相比,使用汽油启动发动机需要附加的费用,例如,燃料费用。并且,汽油启动发动机排出与气体燃料相关的有害烟雾。
因此,电力发动机使用作为主电源系统的备用电源更好,并且潜在地能够使用作为建筑物和车辆内的主电源系统。电力发动机将机械能转化成电能并且使电流流过外部电路。
采用板上电源单元的电动车辆也代替纯汽油启动车辆正在被使用。板上电源单元通常包括至少一个可充电电池单元,以供应电力电荷用于操作电动车辆。可充电电池在需要经由充电站充电之前通常持续非常短的时间周期。充电站设置在各个位置以使驾驶员在需要时给电动车辆的电池充电。
自充电电力发动机可以使用在建筑物和车辆中,以在必要时扩充其电源持续较长的时间周期。
发明内容
本发明涉及自充电发动机系统和用于给与发动机系统关联的外部系统供电的方法。
本发明是与外部系统连通的自充电电力发动机系统,并且其包括配置来给自充电电力发动机系统供电的电池单元,配置来在主供电电源与自充电电力发动机系统之间切换的自动切换单元,配置来从电池单元接收电力的至少一个马达,以及配置来在主供电单元发生故障时产生要供应给外部系统的电力的至少一个发动机,其中由至少一个发动机产生的电力还供应给自动切换单元,用于执行自充电电力发动机系统的连续充电。
并且,本发明是一种自充电电力发动机系统,其可以实施为使用了不可间断电源(UPS)电池单元,自备可充电电力系统,或者具有其他外部供电电源,包括可再生能源例如太阳能面板和风轮机。
附图说明
从下面在关联附图阅读时对示例实施例和权利要求的详细描述,本发明的前述和更好理解变得清晰,全部附图形成本发明公开的一部分。虽然前面和下面书写和图示的公开聚焦本发明的公开示例实施例,但是应该清楚地理解,该示例实施例是借由图示的并且仅为示例,并且本发明不限于此,其中下面简单描述附图:
图1为可以实施在本发明的一个或多个实施例内的自充电电力发动机系统的方框图。
图2为可以实施在本发明的替代实施例内的自充电电力发动机系统的方框图。
图3为可以实施在本发明的替代实施例内的自充电电力发动机系统的方框图。
图4为可以实施在本发明的替代实施例内的自充电电力发动机系统的方框图。
具体实施方式
在下面描述中,为了解释,提出多个特定细节以便提供本发明的各个实施例的全面理解。然而,本领域的技术人员可以清楚,可以在没有这些特定细节的一些的情况下实现本发明的实施例。在其他情况下,已知结构和设备以方框图形式示出。
在下面描述中给出特定细节以提供实施例的全面理解。然而,本领域的技术人员应该理解,可以没有这些特定细节地实践这些实施例。例如,系统、网络、过程、以及其他部件可以示出为方框图形式的部件,以便不在不必要的细节处妨碍实施例。并且,应该注意单个实施例可以描述为一过程,其被描述为程序框图、流程图、数据流程图、结构流程图、或者方框图。虽然程序框图可以将操作描述为顺序过程,但是许多操作可以并行或同时执行。此外,操作的顺序可以重新布置。在完成它的操作时,过程结束,但是可以具有不包括在附图中的附加步骤。过程可以对应于方法、函数、程序、子程序、子程式、等。当过程对应于函数时,它的结束可以对应于该函数返回到调用函数或主函数。
如在下面将更详细描述的本发明提供了一种自充电电力发动机系统和用于利用该系统给外部系统供电的方法。特别地,该系统包括一个或多个发动机,其供应电力到外部负载并且供应电力到自动切换单元、可充电电源单元或UPS电池单元,例如,以便在闭环配置中执行自充电。本发明提供如下所描述的各种实施例。然而应该注意本发明不限于这里描述的实施例,而是可以扩展到如本领域的技术人员已知或将会已知的其他实施例。
图1为可以实施在本发明的一个或多个实施例内的自充电电力发动机系统的方框图。自充电电力发动机系统可以使用为主供电电源或者使用为备用供电系统。在图1中,自充电电力发动机系统100包括壳体20,其包括电池单元30、转换器40、启动单元50、自动切换单元60、至少一个电动马达70和至少一个发动机80。根据一些实施例,发动机80包括发动机头部和与电动马达70连通的电动马达驱动单元,用于驱动电动马达70。虽然本公开使用在图1-图4中描述的用于相应地使用在建筑物例如住宅、以及电动车辆中的自充电电力发动机系统来描述,但是本发明的实施例不限于住宅和电动车辆,并且可以在必要时实施在任何其他合适的系统例如电力电网系统、或任何类型的结构中。本发明也可以实施在包括飞机的其他类型交通工具和燃烧天然和化工燃料的任何车辆例如火车或公共汽车中。本发明还可以实施为便携式发电站,例如,工地和仓库。
根据一个实施例,电池单元30是电连接到转换器40的孤立电池单元,用于供应直流(DC)电压到转换器40。电池单元30可以是任何类型的电池,包括可充电电池,电瓶式电池,或者适合于这里提出之目的的任何其他类型电池单元。
转换器40将DC电压转换成(AC)电压以在启动系统100时被供应到启动设备50。直流电以在120-220伏范围内的电压被供应。自动切换单元60接收从转换器30供应的AC电压,并且供应电力到电动马达70用于操作发动机80。发动机80然后在必要时供应电力到外部系统(例如,住宅或旅游车)。发动机80包括结合在其内的标准家庭电插座,以便设备(例如,AC设备)可以容易地插入其内。虽然图示了单个电动马达70和发动机80组合,但是本发明不限于任何特定数量的电动马达70和发动机80,并且可以因此改变。例如,一对发动机可以并行实施以便执行两级发动。在外部系统需要较大电源时,可以实施两级发动。两级发动的第一级可以采用较小发动机来产生电力,其电量足以在两级发动的第二级期间启动较大发动机用于操作。两级发动系统可以使用来消除具有启动较大发动机的大电池电源的需要,并且两级发动系统可以利用较小发动机切换回到操作在第一级中,以在非波峰时间段期间减少发电。
并且如图1所示,发动机80可以与自动切换单元60电耦合,以连接到外部系统(例如,住宅)的主供电电源。因此,如果在使用主电源期间产生电力输出,系统100可以自动首先供应电力到外部系统。因此,根据一个或多个实施例,一旦马达开始启动并且发动机80正在产生电力,自动切换单元60就从电池30切换到作为给电动马达70供电的发动机80。
根据本发明的实施例,系统100还可以包括位于该系统外部或内部的处理单元或其他计算设备,以进一步增强系统100的控制和操作。
并且,根据本发明的又另一个实施例,系统100,位于系统100内部或外部的变压器进一步放大或减少由系统100提供的电力电源。
图2至图4图示可以实施在本发明的替代实施例内的自充电电力发动机系统。
图2为可以实施在本发明的一个或多个替代实施例内的自充电电力发动机系统200的方框图。图2所示系统200的一些部件与图1所示系统100的一些部件相似,因此省略这些部件的详细描述。图2所示系统200包括壳体202,其包括可充电电源单元206、电动马达208、发动机210、和充电控制单元212。充电控制单元212耦合到外部电源250,其包括可再生能源(例如,多个太阳能面板或风轮机或其中的组合,或者任何其他类型的可再生能源)。
根据本发明的实施例,可充电电源单元206包括自动切换单元、多个电池(例如,12V电池)、以及将电力转化成要存储的AC的转换器,以从而能够在低功率消耗周期期间用于发动外部系统(例如,住宅或旅游车(RV)),或者在波峰操作期间启动电动马达208将发动机210转向发动外部系统。
外部电源250配置为在必要时提供可再生能源(例如,太阳能)给可充电电源单元206充电。可充电电源单元206的充电由连接在可充电电源单元206与外部电源250之间的充电控制单元212(例如,电压调节器)控制。可充电电源单元206的自动切换单元操作来在需要给可充电电源单元206充电时切换使用外部电源250。感测单元可以结合到系统200中以指示什么时候需要可充电电源单元206的充电操作。
发动机210在从发动机208接收电力时供应电力到外部系统(例如,住宅或RV)并且供应到可充电电源单元206以便可充电电源单元206从发动机210和外部电源250两者接收电力。因此,外部系统也可以由可充电电源单元206直接供电。两级发动机210(即,较小发动机和较大尺寸发动机)可以使用在本发明的一个或多个实施例中。
图3为可以实施在本发明的一个或多个替代实施例内的自充电电力发动机系统300的方框图。图3所示系统300的一些部件与图1所示系统100的一些部件相似,因此省略这些部件的详细描述。如图3所示,系统300包括壳体302,其包括不可间断电源(UPS)电池单元304、电动马达306、和至少一个发动机308。UPS电池单元304是一旦与UPS电池单元304连接的主电源故障时提供应急电力给负载的电子部件。UPS电池单元304在发生主电源故障时提供近似瞬间电力。UPS电池单元304可以与电池单元或(如图1和图2描述的)可充电电源单元一起使用以给如图3所示的发动机308供电。来自UPS电池单元304的电力供应到电动马达306,其继而启动发动机308的操作。
发动机308然后供电到外部系统(例如,住宅、RV、或电动车辆)。在电动车辆的情况下,系统300可以与电动车辆的板上电池系统的一个或多个电池连接,以促进板上电池系统的充电。在充电期间,板上电池系统的一个电池可以系统300充电,而板上电池系统的另一个电池在使用中。
图4为可以实施在本发明的一个或多个替代实施例内的自充电电力发动机系统400的方框图。图4所示系统400的一些部件与图1所示系统100的一些部件相似,因此省略这些部件的详细描述。4所示系统400包括壳体402,其包括感测单元404、至少一个切换设备406、可充电电源单元408、至少一个电动马达410、和至少一个发动机412。
可充电电源单元408包括将120V电力转化来启动电动马达410的转换器。电动马达410继而启动发动机412来产生120至220V的电力。发动机412与外部系统(例如,电动车辆)连接,以给其供电。发动机412可以与电动车辆的板上电池系统电耦合。
感测单元404与电动车辆的板上电池系统电耦合并且配置来确定板上电池系统什么时候需要充电。感测单元404发送信号给与其耦合的开关设备406,以切换可充电电源单元408到启动状态,从而启动发动机412给板上电池系统充电。根据本发明的实施例,感测单元404可以配置为确定所需充电的速率和消耗速率以便从而确定在板上电池系统的板上电池完全耗干并且需要再充电之前可以行走多少公里。替代地,在本发明的另一个实施例中,感测单元404可以实施为执行上述识别操作。
根据一个或多个实施例,可充电电源单元408可以仅保持在启动状态中以启动电动马达410。替代地,由发动机412产生的电力可以供应回到可充电电源单元408用于可充电电源单元408的连续充电。
如果电动车辆的板上电池系统包括两个电池系统,系统400可以与一个或两个电池连接以在需要时给其供电。例如,系统400可以给一个电池供电,而另一个电池由电动车辆使用,以便在电动车辆在使用中时,至少一个电池无论什么时候都由系统400完全充满。感测单元404可以连接到板上电池系统的每个电池以确定每个电池的充电状态用于确定什么时候需要给任意其中一个电池充电。并且,在车辆中可以使用手动操作系统,以使用户能够在必要时控制系统400的操作。
根据本发明的另一个实施例,发动机系统可以修改为包括电池组。根据一个或多个实施例,电池组将设置在独立壳体中。电池组可以设置在发动机系统与建筑物之间的壳体中以给建筑物供电。在发动机系统给建筑物供电时它也给电池充电。在低电力需求期间或在一段时间之后,发动机系统配置为切换到电池,从而使发动机系统能够休息一段时间直到电池功率减少到它的功率阈值的大约1/4。一旦满足阈值,发动机系统重新启动发动机并且重复该过程。
本发明的实施例提供一种与外部系统连通的自充电电力发动机系统,并且其包括配置来给自充电电力发动机系统供电的电池单元,配置来在主供电电源与自充电电力发动机系统之间切换的自动切换单元,配置来从电池单元接收电力的至少一个马达,以及配置来在主供电单元发生故障时产生要供应给外部系统的电力的至少一个发动机,其中由至少一个发动机产生的电力还供应给自动切换单元,用于执行自充电电力发动机系统的连续充电。
虽然已经考虑它的优选实施例描述了本发明,但是应该理解在不脱离本发明的精神和范围情况下,可以对其进行多种修改。旨在所有这些修改落入附属权利要求的范围内。
Claims (12)
1.一种与外部系统连通的自充电电力发动机系统,该自充电电力发动机系统包括:
配置来给自充电电力发动机系统供电的电池单元,
配置来从电池单元接收电力的至少一个马达,以及
配置来在主供电单元发生故障时产生要供应给外部系统的电力的至少一个发动机。
2.如权利要求1所述的系统,还包括:
配置来在主供电电源与自充电电力发动机系统之间切换的自动切换单元,其中由至少一个发动机产生的电力还供应给自动切换单元,用于执行自充电电力发动机系统的连续充电。
3.如权利要求1所述的系统,其中至少一个发动机包括并联连接并且配置为两级操作的多个发动机。
4.如权利要求1所述的系统,还包括:
配置来转换从电池供应的电力的转换器;以及
配置来启动自充电电力发动机系统的启动设备。
5.如权利要求1所述的系统,其中电池单元包括不可间断电源(UPS)电池单元。
6.如权利要求1所述的系统,其中电池单元包括配置来供电电力到至少一个电动马达的可充电电源单元。
7.如权利要求6所述的系统,其中可充电电源单元与耦合到用于供应电力到可充电电源单元的外部电源的充电控制单元连接。
8.如权利要求7所述的系统,其中外部电源是可再生能源。
9.如权利要求8所述的系统,其中可再生能源是多个太阳能面板或风轮机的其中一个。
10.如权利要求6所述的系统,其中外部系统是电动车辆,并且该系统还包括:
至少一个感测设备,其配置为与电动车辆的板上电池系统连接,以感测板上电池系统的充电状态;以及
开关设备,其与至少一个感测设备电耦合并且配置来切换到自充电电力发动机系统以开启可充电电源单元用于给至少一个发动机供电。
11.如权利要求10所述的系统,其中电动车辆系统包括两个或更多个电池单元,并且自充电电力发动机系统与电动车辆的每个电池单元连接并且配置来给每个电池单元充电,替代地,以给电动车辆提供连续充电。
12.如权利要求10所述的系统,其中感测设备配置为:
确定电动车辆的电池单元的充电速率;以及
确定电动车辆的电池单元的消耗速率,以从而确定在电动车辆的电池单元需要充电之前行驶的最小距离。
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