CN114649595A - 用于大型功率负载应用的快速电池充电方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了可再生能量充电站、充电系统和充电方法，用于使用充电电路与多路分配器连通和高温超导电缆捕获储存大量的可再生电能量，并将大量的可再生电能量从可再生能量源传递到包括客机的交通工具，来以安全快速的充电速率并在低温下传递需要的大充电量。

Description

用于大型功率负载应用的快速电池充电方法及系统

技术领域

本公开总体上涉及对于为大型交通工具充电需求的可再生能量采集和能量分布的领域。更具体地说，本公开涉及能量捕获、储存和分布的领域。

背景技术

自纳入当今社会以来，包括内燃机的大型交通工具继续需要使用化石燃料作为可燃动力产生来源。虽然将化石燃料使用最小化或消除化石燃料使用的替代能量源在交通工具行业中已经获得一些关注，但大型交通工具，包括客机和货机的操作尚未纳入替代动力产生，大多是因为操作这些交通工具需要大量的动力，这些交通工具需要大量的能量以在长距离内长时间操作。除明确指出如此外，本文任何陈述均不可按照背景技术部分中包括的现有技术而被承认为现有技术。

发明内容

根据本发明的一方面，公开了一种系统，用于采集、储存和分配能量，其中该系统包括可再生能量收集装置，该可再生能量收集装置被配置成从可再生源收集电能量，所述可再生源包括以下各项中的至少一项：太阳能、风能和水力发电能。该系统进一步包括，高压电容器，该高压电容器与该可再生能量收集装置连通；第一高温超导电缆，该第一高温超导电缆与该电容器连通；变压器，该变压器与该第一高温超导电缆连通；第二高温超导电缆，该第二高温超导电缆与该变压器连通；以及至少一个多路分配器(即demultiplexer)，该至少一个多路分配器与该第二高温超导电缆连通，其中该至少一个多路分配器被配置成接合电路，所述电路被配置成将被转换的电能量传递到多个可再充电交通工具电池，其中该电容器被配置成处理范围从约250MW到1000MW的电压；并且其中该多路分配器被配置成传递至高约1000MW的电压。根据本发明的一方面，该电容器和该变压器中的至少一者包括集成多路选择器(即multiplexer，或称为多路复用器)，或该电容器和该变压器中的至少一者以其他方式与至少一个多路选择器连通。

在另一方面，该多路分配器被配置成将一定量的电能量(范围从约250MW到约1000MW的电能量)以范围从约25MW/小时到约100MW/小时的充电速率，从该多路分配器传递到该可再充电交通工具电池。

在另一方面，该多个可再充电交通工具电池包括至少一个锂离子电池。

在进一步方面，该多个可再充电交通工具电池包括多个锂离子电池。

在另一方面，该高压电容器包括该电能量储存组。

在另一方面，该系统在其中温度在通过该系统转移一定量的电能量期间不超过约45℃的温度的情况下操作。

在进一步方面，该系统具有范围从约－30℃到约45℃的操作温度范围。

在另一方面，在操作该系统期间并在能量从该多路分配器分布到该可再充电交通工具电池期间，实现了约25℃或更少的温度升高。

在另一方面，多路分配器包括继电器机构，所述继电器机构被配置成将预定量的电能量分布到该多个交通工具电池单格中的每一个。

根据本发明的另一方面，公开了一种用于采集、储存和分配能量的系统，其中该系统包括可再生能量收集装置，该可再生能量收集装置被配置成从可再生源收集电能量，其中该可再生源包括太阳能、风能和水力发电能中的至少一者；高压电容器，该高压电容器与该可再生能量收集装置连通；第一高温超导电缆，该第一高温超导电缆与该电容器连通；变压器，该变压器与该第一高温超导电缆连通；第二高温超导电缆，该第二高温超导电缆与该变压器连通。该系统进一步包括至少一个多路分配器，该至少一个多路分配器与该第二高温超导电缆连通，所述多路分配器被配置成接合电路，其中该电路被配置成与多个可再充电交通工具电池连通；以及交通工具，该交通工具包括与该电路连通的多个可再充电交通工具电池，所述可再充电交通工具电池被配置成经由该电路从该多路分配器接收被转换的电能量。根据本发明的一方面，该电容器和该变压器中的至少一者包括集成多路选择器，或该电容器和该变压器中的至少一者以其他方式与至少一个多路选择器连通。

在另一方面，该交通工具包括飞机。

在进一步方面，该交通工具包括以下各项中的至少一项：载人飞机、无人飞机、载人旋翼机、无人旋翼机、载人航天器、无人航天器、载人陆地交通工具、无人陆地交通工具、载人水上交通工具、无人水上交通工具、载人水下交通工具、无人水下交通工具、气垫船和它们的组合。

在另一方面，该多个可再充电交通工具电池包括锂离子电池。

在另一方面，该系统包括与该高压电容器连通的至少一个电能量储存装置。

在另一方面，至高约250MW的电能量被传递到该高压电容器，其中该电容器被配置成将至高约250MW的电能量从该电容器传递到该电能量储存装置。

在进一步方面，该电能量储存装置包括多个电能量储存单格。

在另一方面，至高约1000MW的被转换的电能量从该多路分配器被传递到该电路。

在进一步方面，温度在通过该系统转移一定量的电能量期间不超过约45℃的温度。

在另一方面，该系统具有范围从约－30℃到约45℃的操作温度范围。

在进一步方面，该电能量储存装置被配置成储存由该可再生能量收集装置收集的可再生能量。

在进一步方面，该电容器是被配置成转换至高约250MW的电压的高压电容器。

在另一方面，该多个可再充电交通工具电池中的至少一个包括多个可再充电锂离子电池单格。

在另一个方面，该多路分配器被配置成以范围从约25MW/小时到约100MW/小时的充电速率，将一定量的电能量(范围从约250MW到约100MW的电能量)从该多路分配器传递到该可再充电交通工具电池。

在另一方面，该多路分配器被配置成在范围从约10分钟到约180分钟的充电持续时间期间，将多个可再充电锂离子电池单格中的至少一个基本充满到基本满的锂离子电池单格容量。

在另一方面，该多路分配器被配置成在范围从约10分钟到约50分钟的充电持续时间期间，将多个可再充电锂离子电池单格中的至少一个基本充满到基本满的锂离子电池单格容量。

在另一方面，在电能量分配到该多个可再充电锂离子电池单格期间，该电能量在少于约45℃的温度下被从该多路分配器传递到该多个可再充电锂离子电池单格。

在进一步方面，该可再生能量源包括太阳能、风能、水力发电能和它们的组合中的至少一者。

已经讨论的特征、功能和优点可以在各个方面独立实现，或可以在其他方面组合，其进一步的细节可以参考以下的描述和附图来看出。

在另一方面，公开了一种方法，其中该方法包括，从可再生能量源收集可再生能量以形成被收集的电能量；使用至少一个电容器转换所收集的电能量以形成被转换的电能量；将被转换的电能量从该至少一个电容器经由第一高温超导电缆导向到变压器；以及将被转换的电能量从该变压器经由第二高温超导电缆导向到多路分配器。所公开的方法进一步包括，将被转换的电能量从该多路分配器分布到至少一个可再充电交通工具电池；在所转换的电能量从该多路分配器分布到该可再充电交通工具电池期间，保持范围从约－30℃到约45℃的温度；以及将该可再充电交通工具电池基本充满。根据公开的方法，一定量的电能量(范围从约250MW到约1000MW的电能量)以范围从约1MW/小时到约100MW/小时的充电速率，从该多路分配器被分布到该可再充电交通工具电池，并且该电容器和该变压器中的至少一者与至少一个多路选择器连通。

在另一方面，该多路分配器被配置成将至高约1000MW的电压传递到电池(例如，电能量)储存组和多个可再充电交通工具电池中的至少一者。

在另一方面，一种方法进一步包括，将被转换的电能量从该多路分配器分布到该电能量储存组；以及将被转换的电能量从该能量储存组分布到第二多路分配器；以及以范围从约250MW到约100MW的量、以范围从约10分钟到约50分钟的持续时间，将被转换的电能量从该能量储存组经由该多路分配器传递到多个可再充电交通工具电池。

在另一方面，该电容器包括该电能量储存组。

在进一步方面，该电能量储存组包括多个蓄电池单格。

在进一步方面，该可再充电交通工具电池包括至少一个可再充电锂离子电池单格。

在另一方面，该可再充电交通工具电池包括多个可再充电锂离子电池单格。

在另一方面，一种方法进一步包括以范围从约25MW/小时到约100MW/小时的充电速率，将该至少一个可再充电锂离子电池单格充电到基本充满的锂离子交通工具电池单格容量。

在进一步方面，一种方法进一步公开了在等于从约10分钟到约3小时的指定充电持续时间内，将所转换的电能量传递到多个可再充电锂离子电池单格，以基本充满多个可再充电锂离子交通工具电池单格。

在另一方面，一种方法进一步包括在将所转换的电能量分布到该可再充电交通工具电池的持续时间期间，在少于约45℃的温度下将被转换的电能量分布到该至少一个锂离子电池单格。

在进一步方面，公开了一种用于采集、储存和分配能量的方法，包括，从可再生能量源收集能量以形成一定量的被收集的电能量；使用电容器转换所收集的电能量以形成被转换的电能量；将一定量的所转换的电能量储存在多个电能量储存组中以形成一定量的被储存的电能量；将所转换的电能量和所储存的电中的至少一者，经由至少一个高温超导电缆分配到至少一个可再充电交通工具电池；以及以范围从约25MW/小时到约100MW/小时的充电速率将所转换的电能量和所储存的电能量中的至少一者经由多路分配器分配到至少一个可再充电交通工具电池。

根据另一方面，该电容器与至少一个多路选择器连通，而该多路分配器被配置成将至高约1000MW的电压传递到至少一个电池储存组和该多个可再充电交通工具电池。

在进一步方面，至少一个多路选择器被集成到该电容器中。

在另一方面，至少一个高温超导电缆与该多个电能量储存组连通，所述高温超导电缆进一步与该多路分配器连通。

在另一方面，该多路分配器与该多个电能量储存组连通，并且该多路分配器进一步与该多个交通工具电池单格连通。

在进一步方面，该多路分配器包括专用继电器机构，所述专用继电器机构被配置成将预定量的被转换的电能量分布到该至少一个可再充电交通工具电池单格。

在另一方面，该可再生能量源包括以下各项中的至少一项：太阳能、风能、水力发电能和它们的组合。

在另一方面，一种方法进一步包括，在储存一定量所转换的电能量的步骤之后，将电能量从该多路分配器导向到多个电路输出，所述多个电路输出单独专用于多个可再充电交通工具电池之一并与该多个可再充电交通工具电池之一连通。

进一步，本公开包括根据以下条款的示例：

条款1.一种用于为交通工具充电的系统包括：可再生能量收集装置，该可再生能量收集装置被配置成从可再生能量源收集可再生能量，所述可再生能量源包括以下各项中的至少一项：太阳能、风能和水力发电能；高压电容器，该高压电容器与该可再生能量收集装置连通；第一高温超导电缆，该第一高温超导电缆与该电容器连通；变压器，该变压器与该第一高温超导电缆连通；第二高温超导电缆，该第二高温超导电缆与该变压器连通；至少一个多路分配器，该至少一个多路分配器与该第二高温超导电缆连通，所述至少一个多路分配器被配置成接合继电器电路，所述继电器电路被配置成将被转换的电能量传递到至少一个可再充电交通工具电池，其中该高压电容器和该变压器中的至少一者与至少一个多路选择器连通；并且其中该多路分配器被配置成将至高约1000MW的电压传递到电池储存组和至少一个可再充电交通工具电池中的至少一者。

条款2.根据条款1所述的系统，进一步包括多个可再充电交通工具电池，所述多个可再充电交通工具电池包括多个锂离子电池。

条款3.根据条款1所述的系统，其中温度在通过该系统转移一定量的电能量期间不超过约45℃的温度。

条款4.根据条款1所述的系统，其中该系统具有范围从约－30℃到约45℃的操作温度范围。

条款5.根据条款1所述的系统，其中该多路分配器包括继电器机构，所述继电器机构被配置成将预定量的电能量分布到该至少一个可再充电交通工具电池。

条款6.一种用于为交通工具充电的系统包括：可再生能量收集装置，该可再生能量收集装置被配置成从可再生能量源收集可再生能量，所述可再生能量源包括以下各项中的至少一项：太阳能、风能和水力发电能；高压电容器，该高压电容器与该可再生能量收集装置连通；第一高温超导电缆，该第一高温超导电缆与该电容器连通；变压器，该变压器与该第一高温超导电缆连通；第二高温超导电缆，该第二高温超导电缆与该变压器连通；至少一个多路分配器，该至少一个多路分配器与该第二高温超导电缆连通，所述多路分配器被配置成接合继电器电路，所述继电器电路被配置成与至少一个可再充电交通工具电池连通；交通工具，该交通工具包括该至少一个可再充电交通工具电池，所述至少一个可再充电交通工具电池经由该电路与多路分配器连通，所述至少一个可再充电交通工具电池被配置成经由该电路从该多路分配器接收被转换的电能量；其中该高压电容器和该变压器中的至少一者与至少一个多路选择器连通；并且其中该多路分配器被配置成将至高约1000MW的电压传递到电池储存组和至少一个可再充电交通工具电池中的至少一者。

条款7.根据条款6所述的系统，其中该交通工具是飞机。

条款8.根据条款6所述的系统，其中该交通工具包括以下各项中的至少一项：

载人飞机；无人飞机；载人旋翼机、无人旋翼机；载人航天器；无人航天器；载人陆地交通工具；无人陆地交通工具；载人水上交通工具；无人水上交通工具；载人水下交通工具；无人水下交通工具；以及气垫船。

条款9.根据条款6所述的系统，其中该交通工具包括多个可再充电交通工具电池，所述多个可再充电交通工具电池包括多个锂离子电池。

条款10.根据条款6所述的系统，其中至高约250MW的电能量被传递到该高压电容器。

条款11.根据条款6所述的系统，其中至高约1000MW的被转换的电能量从该多路选择器被传递到该继电器电路。

条款12.根据条款6所述的系统，其中温度在通过该系统转移一定量的电能量期间不超过约45℃的温度。

条款13.根据条款6所述的系统，其中该系统具有范围从约－30℃到约45℃的操作温度范围。

条款14.根据条款6所述的系统，其中该高压电容器与该电能量储存装置连通，所述电能量储存装置被配置成储存由该可再生能量收集装置收集的可再生能量。

条款15.根据条款9所述的系统，其中该多路分配器包括该继电器电路，所述继电器电路被配置成将预定量的电能量分布到该多个可再充电交通工具电池中的每一个。

条款16.一种用于收集和分配能量的方法，该方法包括：从可再生能量源收集可再生能量以形成被收集的电能量；使用至少一个高压电容器转换所收集的电能量以形成被转换的电能量；将被转换的电能量从该至少一个高压电容器经由第一高温超导电缆导向到变压器；将被转换的电能量从该变压器经由第二高温超导电缆导向到多路分配器；将被转换的电能量从该多路分配器分布到至少一个可再充电交通工具电池；在所转换的电能量从该多路分配器分布到该至少一个可再充电交通工具电池期间，保持范围从约－30℃到约45℃的温度；将该至少一个可再充电交通工具电池基本充满；其中一定量的电能量(范围从约250MW到约1000MW的电能量)以范围从约1MW/小时到约100MW/小时的充电速率，从该多路分配器被分布到该可再充电交通工具电池，其中该高压电容器和该变压器中的至少一者与至少一个多路选择器连通；并且其中该多路分配器被配置成将至高约1000MW的电压传递到至少一个可再充电交通工具电池。

条款17.根据条款16所述的方法，进一步包括：将被转换的电能量从该多路分配器分布到该电能量储存组；将被转换的电能量从该能量储存组分布到第二多路分配器；以及以范围从约250MW到约100MW的量、以范围从约1小时到约3小时的持续时间，将被转换的电能量从该能量储存组经由该第二多路分配器传递到多个可再充电交通工具电池。

条款18.根据条款17所述的方法，其中在该变压器处与电能量储存组连通。

条款19.根据条款16所述的方法，其中该电能量储存组包括多个电池单格。

条款20.根据条款16所述的方法，其中该至少一个可再充电交通工具电池包括多个锂离子交通工具电池单格。

条款21.根据条款16所述的方法，进一步包括：将被转换的电能量分布到该至少一个可再充电交通工具电池；以及在将所转换的电能量分布到该至少一个可再充电交通工具电池的持续时间期间，保持少于约45℃的温度。

条款22.根据条款16所述的方法，其中该可再生能量源包括以下各项中的至少一项：太阳能；风能；水力发电能；以及它们的组合。

条款23.根据条款20所述的方法，进一步包括：以范围从约1MW/小时到约100MW/小时的充电速率，将该多个锂离子交通工具电池单格充电到基本充满电的锂离子交通工具电池单格容量。

条款24.根据条款20所述的方法，进一步包括：将所转换的电能量传递到该多个锂离子交通工具电池单格；以及在范围从约10分钟到约3小时的指定充电持续时间内，基本充满该多个锂离子交通工具电池单格。

条款25.一种用于为交通工具电池充电的方法包括：从可再生能量源收集能量以形成一定量的被收集的电能量；使用高压电容器转换所收集的电能量以形成被转换的电能量；将一定量的所转换的电能量储存在至少一个电能量储存组中，以形成一定量的被储存的电能量；将所转换的电能量和所储存的电能量中的至少一者经由至少一个高温超导电缆分配到至少一个可再充电交通工具电池；以及以范围从约1MW/小时到约100MW/小时的充电速率，将所转换的电能量和所储存的电能量中的至少一者经由多路分配器分配到至少一个可再充电交通工具电池；其中该高压电容器与至少一个多路选择器连通；并且其中该多路分配器被配置成将至高约1000MW的电压传递到以下各项中的至少一项：电池储存组和至少一个可再充电交通工具电池。

条款26.根据条款25所述的方法，进一步包括：将电能量从该多路分配器导向到多个电路输出，所述多个电路输出单独专用于对应可再充电交通工具电池。

条款27.根据条款25所述的方法，其中该至少一个高温超导电缆与该至少一个电能量储存组连通，所述高温超导电缆进一步与该多路分配器连通。

条款28.根据条款25所述的方法，其中该可再生能量源包括以下各项中的至少一项：太阳能、风能、水力发电能和它们的组合。

条款29.根据条款26所述的方法，其中该多路分配器与该至少一个电能量储存组连通，所述至少一个电能量储存组进一步经由该高温超导电缆与多个可再充电锂离子交通工具电池单格连通。

条款30.根据条款29所述的方法，其中该多路分配器包括继电器电路，所述继电器电路被配置成将预定量的被转换的电能量分布到该多个可再充电锂离子交通工具电池单格。

附图说明

因此，在概括性地描述了本公开的变型之后，现在将参考附图，这些附图未必按比例绘制，并且其中：

图1是根据本发明的可再生能量收集、储存和充电系统的图示；

图2是根据本发明的高温超导电缆的部分展示视图；

图3是绘出电阻率对比温度的曲线图；

图4是根据本方法使用的多路分配器的图示；

图5是根据本发明使用的多路分配器的图示；

图6是图示根据本发明的方法的流程图；

图7是图示根据本发明的方法的流程图；

图8是图示根据本发明的方法的流程图；

图9是图示根据本发明的方法的流程图；并且

图10是图示根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

本系统、方法和装置旨在将大量可再生能量(例如，以被转换的电力的形式)可持续地收集、转换、储存、快速转移并有效地传递到交通工具电池单格，包括将可再生能量收集、转换、转移并传递到可再充电锂离子交通工具电池单格和电能量储存组(例如，电池储存组等)。交通工具(包括，例如，客机或货机)可以包括可再充电锂离子交通工具电池单格(例如，锂离子交通工具电池单格等)在这样的交通工具中，其中该交通工具电池单格经由在此公开的系统和方法进行充电。根据本发明的一方面，目前公开的系统和方法包括相对于社区或地理区域的能量需求和/或能量“提取”的以“离网”电动交通工具最终使用充电的形式收集、转换和传递可再生能量。

例如，在运输工业中，对于大型交通工具(包括，例如，客机和货机)的迅速和进程敏感充电，以及地面交通工具和地面交通工具队伍(包括，例如，汽车、公共汽车、卡车等)的迅速和进程敏感充电，使用电力作为能量源面临重大实际问题。

本发明处理了先前的难题，这些难题可以包括对于在短持续时间内交通工具电池的大型交通工具充电(例如，将交通工具电池基本充电到交通工具电池容量)，在地理功率供应或功率“网”需要大量电“功率”的显著转移期间，地理区域所面临的严重功率消耗的冲击。进一步本发明处理现存的充电问题，包括，例如，针对电能量转移和储存的条件(包括，例如，涉及例如对可再充电电池的供以动力到容量、发热、充电时间、充电速率等的问题和条件)，这些条件是为大型交通工具的安全充电以及大量地上交通工具、交通工具队伍等(本文也等效地称为“地面交通工具”)的周期性和频繁充电所需要的。进一步本发明处理了一些问题，这些问题阻碍并在其他方面阻止了用于大型交通工具和大量需要频繁、预定充电的交通工具的充电设施的实际采用，并且这些问题可能需要以快速的充电速率从可再生能量源转移大量的电能量。

本公开的方面实现了一种可行的解决方案，用于从可再生能量源传递大量的电能量，而无需贡献或转移来自地理区域的功率网的电能量。以这种方式传递如此大的能量在这里被称为“离网”传递被收集的能量。

本发明进一步致力于用于为大型交通工具的快速充电并供以动力以及为大量较小的交通工具快速充电并供以动力的方法、系统和装置，特别是当这种频繁的、预定的充电必须在短时间范围内发生时(例如，对于地面交通工具从约10分钟到约50分钟，而对于较大的交通工具(包括，例如，飞机等)从约60分钟到180分钟)，而不会持续局部系统温度的显著升高，而这种温度升高通常会在相对于电功率转移的量而发生，电功率转移会在可行(比如，冷凝)充电时间内需要从电源传递到电池。

另外，在客机和货机的情况下，电动飞机必须能够依靠单次充电的远距离行驶，并且行驶到不同的目的地，这就要求在沿特定的飞机路线的多个目的地处具有充电能力(或例如，否则由于需要返回到原始充电站的位置而显著缩短行驶范围)。本发明公开了用于传递电能量以基本充满的飞机中的一组可再充电电池(例如，一组可再充电锂离子电池)的系统，该系统足以在适合于完成距离预定的飞行的范围内为飞机提供足够的功率，在约1到约3小时的短充电周期内并在不超过约45℃的充电温度下为飞机电池充电，并将被转换的电能量从可再生能量源导向来为交通工具电池充电。将电池单格“基本充满”是指将电池单格充电到电池单格充电容量的状态，该电池单格充电容量可以是少于100％充电的值，但该电池单格充电容量是超过或等于相当于约95％充电的可再充电电池充电容量。

本发明旨在成功启用使用从可再生能量源捕获的电能量的方法、系统和装置，其中该电能量被转换成被转换的电能量并且如果需要，也可以储存为被转换的电能量，被转换的电能量可以在白天或夜间被快速传递来为电动力交通工具的电池充电，例如，包括小型或大型客机和大型货机。本文阐述了方法、装置和系统，用于收集可再生能量，以及将可再生电能量转换、存储并直接传递到交通工具电池组，以及可能位于远离交通工具的储存组，而不会引起显著且具有潜在危险的热量升高，并且相反，是将充电事件期间的热量升高限制在低于环境温度以上约25℃(例如，最大热量升高为环境温度以上约25℃，比如约20℃的室温以上)。换句话说，本充电方法和系统在充电周期持续时间期间在约45℃的最高温度下发生。进一步，该充电周期可在范围从约－30℃到约45℃的操作充电温度下发生。

根据本发明的一方面，充电事件(本文等效地称为“充电周期”)将完全和基本完成的电池充电传递到可再充电电池单格，以在预定的操作范围内对大型交通工具供以动力，并同时显著将充电事件的时间减少到基本满足可接受的补给进程的时间范围(例如，基本匹配或仅略久于本客机在用化石燃料等补给飞机时的补给时间和进程，)。

本发明进一步设想了将被转换的电能量(例如，从可再生能量源转换的电能量)储存到大型储存组中，所储存的被转换的电能量可以从该大型储存组被分布到可再充电交通工具电池，来为交通工具(包括，例如，大型客机和大型货机)供以动力，甚至在夜间(例如，无法采集可再生太阳能量的时间)也是如此。这种设想的储存库包括，例如并且没有限制地，可以包括盐桶的大型地上或地下结构，或可以是大容量可再充电电池单格的其他可再充电装置等。这种储存组可以位于接近或远离可再生电能量收集装置、电容器、变压器和电能量分布的最终使用点，来迅速为交通工具(包括飞机)再充电。

根据本发明的一方面，可再生能量通过在接近(例如，从约0.1英里到约3英里内)能量释放点(例如，“充电站”)，从可再生能量资源(本文等效地称为“可再生能量源”)收集或“采集”，可再生能量资源可以是太阳能、水力发电能、风能等，以实现和促进以可以从约250MW到约1000MW的电能量收集的规模，收集、储存并传递所收集的可再生能量。

在太阳能板阵列的情况下，为了在为待使用的本公开系统中的能量储存组充电而被认为必须的规模上收集太阳能量的目的，根据本发明的一方面，该能源收集装置(例如，采取太阳能板阵列的形式)可以被配置成收集范围从约250MW到约1000MW的太阳能量。例如，在关于规模或可用能量，根据本发明的一方面，10000个太阳能板每年产生超过360万KW小时，可以为325以上个平均大小的美国家庭提供足够的电力。目前设想的太阳能量收集阵列可以包括具有预定额定程度的收集效率的任何数量太阳能板，并理解，被选择用作本公开的系统一部分的阵列收集一定量的太阳能量(范围从每小时至少约250MW到约1000MW)。

根据本发明的一方面，这些方法、系统和装置将部件集成到一个系统中，该系统收集、转换并传递使交通工具(包括，例如，飞机)的电力供能实用、方便和安全所需的大量电能量，而无需从地理电力网转移电能量。本系统与任何地理电网分立，其包括并集成能够捕获或收集可再生能量的部件，并且可以将该能量捕获和收集部件定位并处于接近能量储存和分布设施并与能量储存和分布设施连通(例如，在数英里或以下的距离内)，该能量储存和分布设施可以直接将转换的电能量从该可再生能量源传递到交通工具，用于充电目的，例如，电池操作交通工具或包含电池的混合动力交通工具。

根据本发明的一方面，合并了高温超导电缆使本系统能够将被转换的电能量安全地传递到到储存组的能力，或以高放电/充电速率将被转换的电能量安全直接地传递到最终交通工具充电使用的能力。将该高温超导电缆连同所合并的多路选择器和多路分配器合并创造了一种系统，该系统可以在持续时间相对较短的充电周期(例如，对于汽车从约10分钟至高到例如对于大型交通工具(包括，例如，飞机)从约1小时到约3小时)期间高效、迅速并在安全的充电温度下，传递为电动交通工具电池供能和充电所需的大量电能量。也就是说，根据本发明的一方面，所公开的方法，系统和装置实现了大约250MW/小时(每小时250兆瓦；其中1兆瓦等于1,000千瓦并等于1,000,000瓦)到约1000MW/小时的放电/充电速率，而局部温度升高不超过环境温度以上约25℃(且不超过约45℃的操作温度)，并同时在范围从约－30℃到约45℃的温度下操作。

因此，本方法、系统和装置处理并解决了电动交通工具充电期间的过热问题，这些电动交通工具可能需要范围从约250MW到约1000MW的电荷。在理论上尝试在不实现和引起温度显著升高(并存在系统过热的风险和随之产生的过热危险，包括系统损坏、交通工具损坏、人身伤害等)的情况下传递这个范围的电能量，在先前需要十分漫长且缓慢的充电持续时间(例如，超过24小时的充电持续时间等)。

例如，在有用和实际的时间范围内(类似于本公开的充电速率时间范围)有效和高效地传递大约250MW到1000MW的电荷所需的系统会在其他方面造成十分高的温度(例如，显著高于环境温度，例如，范围从约150℃到约560℃的温度)。相比之下，本公开的系统实现了快速充电时间和快速充电速率(例如，从约60分钟到约180分钟或以下，用于传递250MW到约1000MW，以基本充满大型飞机交通工具电池和电池组；以及从约10分钟到约50分钟或以下，用于传递25MW到约100MW，以将地面交通工具电池和地面交通工具电池组基本充电到容量)，并同时将局部系统温度(例如，在接近正在充电的交通工具的充电区域)保持在约45℃以下。

根据进一步方面，该收集装置与一个或多个高压电容器连通，以充当将太阳能电池产生的DC功率转换成AC功率的光伏逆变器，使得所收集或“采集”的可再生能量/太阳能以电荷的形式被储存(例如，在储存组中)，并且这些功率可以产生或“构建”一个大的总电压或累积电压，其中然后该电容器能够按需(包括在不能够接收太阳能量时(例如，在夜间等))，从该能量储存组分布所储存和转换的电压。

进一步根据本发明的一方面，变压器在本公开的电力系统中使用，用于在高压下无损耗地传输电力并且按照例如电磁感应原理工作，以在能源传输和分布期间将低压转换成高压，反之亦然。进一步根据本发明的一方面，电容器经由第一高温超导(HTS)电缆与功率调节装置(例如，变压器的)连通。该变压器将功率从第一(例如，输入)电压和电流级转换到预定的第二电压和电流级(例如，输出)。在进一步方面，该功率调节装置是功率减小装置，使得该变压器在将所转换的电能量转移或以其他方式导向到本系统中的进一步部件之前，促进被储存的电容器电压的“降压”。进一步根据本发明的一方面，本系统合并了可以与该变压器直接连通的第二高温超导电缆，其中该第二高温超导电缆与多路选择器进一步直接连通。至少一个多路选择器可以与该电容器和该变压器中的至少一者连通。根据进一步方面，该电容器和该变压器中的至少一者可以合并或以其他方式集成多路选择器。

本文公开的第一和第二HTS电缆包括具有同轴构型的低温电介质，包括由流过柔性空心核芯的液氮冷却的HTS导体，以及由循环液氮冷却的HTS回路导体。这些HTS电缆的存在促进从电容器到变压器的高效能源转移，以及从变压器到多路选择器、多路分配器等的高效能源转移。在本系统、装置和方法中使用这些HTS电缆的进一步优点包括紧凑尺寸中的传输容量大、传输损耗小、泄漏到电缆外部的电磁场得到加强的控制或消除、阻抗小等等优点。

相对于本公开合并的HTS电缆，在临界温度以下的温度下电阻为零，因此传输损耗非常小，其中该电缆外部没有可测量的电磁场泄漏，从而消除了来自电磁场的涡电流损耗。HTS电缆的能量损耗通常来自交流电(AC)损耗，该交流电损耗与超导体本身的磁化损耗、绝缘的介电损耗以及通过隔热管道的热量侵入相差无几。为了将本公开的HTS电缆保持在预定温度，来自冷却单元的冷却剂补偿热量增益，并且该冷却单元所需的电功率(其效率在液氮温度下的被认为约0.1)必须计为能量损失。对比66kV、3kA、350MVA级电缆，该HTS电缆的损耗大约是常规电缆的一半(大约50％)。

另外，超导材料的一个特征是操作温度越低，可以流动的电流量就越大。例如，当操作温度从77°K降低到70°K时，载流能力增加了大约30％。进一步，HTS材料在用液氮或液氦充分冷却(对于HTS电缆，低于77°K或－196℃/－321℉)时可以无电阻地导电，用于提高一些电力网的效率。HTS电缆的公差允许使用通常细长的铜核芯或“成形器”。见图3。

由该系统提供的大量能量部分来源于可再生能量收集装置(例如，太阳能板、风力涡轮机、水力发电涡轮机等)收集和采集的电压的多路选择。多路选择器在该系统中与该电容器和变压器中的至少一者连通，并且可以进一步被集成到该电容器和该变压器中的一个或多个中。被选择在本系统使用的多路选择器，并且根据本发明的一方面，是可以增加可再生电能量荷供应的多路选择器，并且与用于通过本系统转移可再生电能量的相关联的HTS电缆配合，在可再生电能量从该多路选择器被传递到相关联的多路分配器时，将能量损耗最小化。如本文进一步解释，该多路分配器负责为该可再生电能量储存组和该交通工具电池组中的至少一者处的被收集、转换和多路选择的可再生电能量导向。

如本文所述，根据目本发明，本系统可以包括至少一个被放置成经由第二HTS电缆与该变压器连通的多路分配器。多路分配器与并入到该多路分配器中或与该多路分配器连通的关联继电器电路组合，并被配置成将从该变压器接收或从该储存组接收的能量(例如，从该储存组按需释放的能量)分开到分开的电路中，并为最终使用以预定电压将电力传递到分开的接收电池单格中，以基本同时为多个分开的电池单格或电池单格“组”充电(例如，并联充电)。根据本发明的一方面，这种充电方案显著缩短了包括该电池单格组的大型待充电对象(例如，飞机等)的整体充电时间。

图1是表示根据本发明充电系统10的图示。如图1所示，可再生能量可以采取例如太阳能量、风能、水力发电能等的形式，可再生能量在可再生能量收集装置14处收集，以形成可以转换成被转换的电能量的被收集的能量。因此，可再生能量收集装置14可以是例如太阳能板阵列、风力涡轮机、水力发电涡轮机等。如本文所用，术语“可再生能量”是指不是源自化石燃料的能量，而是源自可再生能量源的能量，包括例如太阳能、风能、水/水力发电能等。进一步如图1所示，被转换的电能量经由电力线15被导向到高压电容器16。高压电容器16可以合并至少一个多路选择器或以其他方式与至少一个多路选择器连通。第一HTS电缆17与高压电容器16接触并以其他方式被配置成将高压电容器16与变压器18连接。该电容器和/或该变压器可以合并至少一个多路选择器16a、18a或以其他方式与至少一个多路选择器16a、18a连通。

系统10进一步示出了第二HTS电缆19，该第二HTS电缆与变压器18接触并以其他方式被配置成将变压器18连接到多路分配器20，其中多路分配器20进一步包括集成继电器电路系统(图1未示出)。该继电器电路系统可以是专用继电器电路系统，并被配置成将所转换的电能量经由传递电缆22传递到交通工具23(采取飞机的形式)的交通工具电池组24a。传递电缆22进一步可以是HTS电缆。如图1所示，交通工具电池组24位于飞机机翼组件24内。图1示出了该交通工具电池组的一个位置，使得该交通工具电池组可以被示出位于原本为液体燃料箱保留的空间内。也就是说，根据本发明的一方面，常规的飞机燃料箱可以作为交通工具动力供应由该交通工具电池组代替。根据本发明的一方面，该交通工具电池组的比较重量可以相对于彼此被平衡，并且该交通工具电池组的比较重量总和可以大约为加满的燃料箱的重量。因此，与具有满的液体燃料箱的交通工具相比，该交通工具电池组的重量可以被设计成，例如，不对总体交通工具重量添加重量。

在一另选方面，并且仍然如图1所示，系统10可以从可再生能量源12(以太阳能量的形式示出)捕获、收集或“采集”可再生能量，该可再生能量源在可再生能量收集装置14(采取太阳能板阵列14a的形式)处收集，以形成可以转换成被转换的电能量的被收集的能量。进一步如图1所示，被转换的电能量经由电力线15被导向到高压电容器16。第一HTS电缆17与高压电容器16接触并以其他方式被配置成将高压电容器16与变压器18连接。在一另选方面，系统10进一步示出了第二HTS电缆19a，该第二HTS电缆与变压器18接触并以其他方式被配置成将变压器18连接到储存组21(本文等效地称为“可再生能量储存组”)，其中进一步的HTS电缆21a与多路分配器20连通。在该另选方面，所转换的电能量从变压器18或(采取储存组充电周期或模式)从变压器18发送到多路分配器20再到能量储存组21(本文等效地称为“电能量储存组”)。另外，尽管在图1中没有具体示出，但变压器18可以合并至少一个多路分配器来调节和增加从变压器发送到储存组21的电荷。

当充电需求被该能量储存组识别时，储存在该储存组中的被转换的能量可以被传递到多路分配器20，然后从多路分配器20经由传递电缆22被传递到被示出为位于待充电交通工具23的机翼组件24a中的交通工具电池组24，其中图1所示的交通工具23为飞机。传递电缆22进一步可以是HTS电缆。该另选方面允许例如，在白天期间(例如，当太阳能量可以被捕获和转换时)将被转换的能量储存到储存组中，其中所转换的能量从该储存组释放到该交通工具电池组发生在白天或者夜间。这种布置允许在白天以外的时间使用本系统，因为被采集的太阳能量可以在白天收集、转换和储存，然后在白天之后被释放并传递，用于为交通工具电池充电。

图2是根据本公开的方法、系统和装置并根据本发明使用的具有代表性的HTS电缆的部分展示视图。如图2所示，从中心向外移动，HTS电缆30包括核芯32，该核芯可以是被定位成邻近HTS线带层33并在HTS线带层33内的铜核芯，该HTS线带层被高压介电层34纵向包围，该高压介电层被HTS屏蔽层线带层36纵向包围，紧接着的是铜屏蔽线层38。进一步如图2所示，铜屏蔽线层38被液氮冷却剂流40纵向包围，在操作期间，该液氮冷却剂流可以在铜屏蔽线层38和热超绝缘体42之间传递，以将HTS电缆30冷却到范围从－30℃到约45℃的温度(例如，根据本发明的一方面，所选HTS电缆的预定操作温度范围)。进一步如图2所示，HTS电缆30包括邻近外低温恒温器壁46的内低温恒温器壁44，其中外保护涂层48被示出为纵向包围外低温恒温器壁46。

在该方法、系统和装置中并根据本发明使用的HTS电缆，可以在范围从约1MW到约250MW的电压下将电能量从该电容器传递到该变压器。进一步，在该方法、系统和装置中并根据本发明使用的HTS电缆，可以在范围从至高约800MW到约1000MW的电压下将电能量从该电容器转移并传递到该变压器(并从该变压器转移并传递到该储存组，以及从该变压器和从该储存组转移并传递到该交通工具电池组)。

根据本发明的一方面，合并HTS电缆允许以高能源分布速率转移非常高的电压，因为该HTS电缆在造成电阻显著下降的低温下操作。本公开的系统能够通过该系统转移电能量并将电能量转移到对象以在指定时间范围内用于电池组(例如，蓄电池组和交通工具电池组)充电目的的分布速率对于充电系统或充电“站”的可行性重要，该充电站用于为电池充电，然后为交通工具(包括，例如，客机)中耗尽的可再充电电池再次充电。例如，本方法、系统和装置以范围约25MW/小时到约1000MW/小时的充电速率将高电压传递到交通工具电池组，使得，根据本发明的一方面，交通工具可以充满以在至少相当于使用/燃烧化石燃料的飞行范围内操作，其中根据本装置、系统和方法充电的交通工具能够实现的交通工具范围仅受该交通工具中电池组的电能量储存容量的约束。

虽然不受单一理论的约束，但相信通过为一系列或多个分开的可再充电电池单格充电，提高了系统效率和从交通工具电池储存组到为交通工具供能的电荷传递。根据一个说明性示例，如果图1所示的交通工具具有两个电池组(每个机翼一个)，则每个电池组都可以包括任意期望数量的分开的可再充电电池单格，包括可再充电锂离子电池(本文等效地称为“锂离子电池单格”)。根据本发明的一方面，如果以范围从约25MW/小时到约1000MW/小时的速率将至高约1000MW的电压传递到可再充电电池，则每个可再充电电池单格可以在范围从约60分钟到约180分钟或以下的持续时间内基本充满到充电容量。

根据本发明的一方面，在例如范围从约1小时到约3小时或以下的指定持续时间内将满电荷传递到客机交通工具的能力，有助于例如航空工业中的计划和安排，因为这些企业的盈利能力可能至少部分地取决于飞机在一定量的时间内在预定目的地之间运载一定数量的乘客，以及每架飞机在指定时间段内(例如，每天等)可以飞行的预定航线数量。

本方法、系统和装置处理并解决了有关可重复性、预定性、可靠性等方面呈现的若干问题。在短的预定持续时间内传递大量可再生能量来为大型交通工具(例如，客机)供能，使得使用可再生电能量作为能量源不仅仅是理论上的，而是可以以实用、可靠、具有成本效益和可持续的方式实现，这种方式不会影响地理电能量网。根据本发明的一方面，使用可再生能量源(例如，太阳能、风能、水力发电能等)解决了原本在有关从建立的“电网”转移大量电力并用于为某些地理区域的电力/电能需求供能方面存在的问题。

使用HTS电缆并将HTS电缆集成到本系统中允许实现，以高速率的高效能量转移将极其大量的电力从能量源(包括，例如，从能量存储设施或装置)可靠且安全地转移到乘用交通工具；以及电能量传递，该电能量传递不仅有助于在需要和预定的持续时间(类似于化石燃料补给时间)内为大型交通工具中的可再充电电池单格组充电，还可以将大量的电力传递到能量储存器(例如，能量储存组等)并从该能量储存器传递大量的电力，并从该能量储存器传递到交通工具中的可再充电电池单格组而不产生原本会出现的大量热量，否则这可能会引起重大安全忧患，或否则可能使这样的系统不实用且不安全。

根据进一步方面，在不仅满足安全忧患，而且有助于在极低电阻和此类电缆的极低操作温度下快速传递大量能量的低温下，该HTS电缆影响电能量的有效转移。图3是绘出电阻对比温度/°K的曲线图。如图3所示，在非常低的温度下，电阻显著下降。由于合并到装置和系统中的HTS电缆在范围从约－30℃到约45℃的温度下操作，因此在电荷输送周期期间，当至高约1000MW的电压经过根据本发明的系统时，实现了仅为约25℃的温度升高(与环境温度相比的温度升高变化)。也就是说，根据本发明的能量收集、能量储存和能量分配/传递系统(例如，充电系统)被设计成在需要的时间范围内以期望的充电电压传递能量总量，以基本充满乘用交通工具电池组，其中所公开的系统在范围从约－30℃到约45℃的温度范围内操作。

图4是可以实现的代表性多路分配器的图示，根据本发明的一方面，该多路分配器促进将电荷与变压器分开并将电荷从该变压器传递到分开的电池单格，这些电池单格可以组合在一起可以包括例如交通工具电池组或蓄电池组，交通工具电池组或蓄电池组两者都能够再充电。

多路分配器(或demux)是将主输入电力线带入到demux中的装置，其中然后输入功率经由若干输出线从该demux按路线输送。2ⁿ个输出的demux具有“n”数量的选择线，这些选择线用于从哪个输出线选择，以发送从该输入接收的功率。本文公开的类型的多路分配器还可以等效地称为一种类型的“功率分布器”，并被设计成分压并支路电压，该多路选择器可以是固态或机电继电器。取决于通过它们的功率量。

如图4所示，多路分配器20与将变压器18(图4中未示出，但如图1所示)和多路分配器20连接的第二HTS电缆19连通。多路分配器20进一步被示出与具有导线的单独继电器电路54的连通(或者以其他方式整体地包括单独继电器电路54作为该多路分配器的一部分)，其中这些导线可以将被转换的电能量从该多路分配器传递到交通工具电池组或位于远离交通工具的蓄电池组。

图5是代表性多路分配器的图示，该代表性多路分配器有助于将电荷与变压器分开并将电荷从该变压器传递到分开的电池单格，这些电池单格组合在一起，包括乘用交通工具电池组或蓄电池组。根据本发明的一方面，图5示出了合并到本系统中的类型的多路分配器的放大代表性视图，并在例如图1中示出。如图5所示，多路分配器20与将变压器18(图4或图5中未示出，但如图1所示)和多路分配器20连接的第二HTS电缆19连通。进一步如图5所示，多路分配器20包括集成超导分压器50(在这里等效地称为超导“分压器(splitter)”)，该集成超导分压器进一步与单独继电器电路54连通，这些继电器电路可以集成到多路分配器20中或以其他方式与多路分配器20连通。

进一步如图5所示，在该多路分配器中的单独电路可以负责将单独电荷传递到可再充电交通工具电池组24中的单独电池单格56，该可再充电交通工具电池组将占据例如在交通工具内部(例如，客机机翼内部等)中的空间，如图1所示。或者，如果需要，可以将单独电荷导向到位于远离该交通工具的电池储存组中的单独电池，并且这是整个系统的一部分并且这可以用于储存被采集/收集的可再生能量，该被采集/收集的可再生能量已经被转换成被转换的电能量的。然后，该储存组中所储存的电能量可以通过电能量传递电缆按需传递到可再充电交通工具电池，这些电能量传递电缆可以是从该储存组到该可再充电交通工具电池单格的HTS电缆。如图5所示，单独电池单格56以堆叠的方向示出以形成电池单格组24，该电池单格组未按比例绘制。

进一步根据本发明的一方面，电池单格组可以包括多个可再充电锂离子(本文也表示为“Li离子”)电池单格，这些可再充电锂离子电池单格可以采取例如堆叠或并排构型等来布置，其中Li离子电池根据预定形状制成，该形状的尺寸可以标定成使得该Li离子电池，或多个尺寸标定适当的Li离子电池单格可以容纳在电池单格腔室中，该电池单格腔室可以位于交通工具中，例如，飞机机翼的内部等(例如，原本容纳例如飞机燃料箱的腔室等)。

锂离子电池单格的尺寸可以标定成使得多个单格的尺寸相对于彼此而不同，并且单独或一致地标定尺寸，以在被组装到内部腔室、空隙或交通工具中的其他支撑空间(例如，客机机翼内部，包括例如原本容纳例如液体燃料箱的客机机翼内部等)中时，基本完全填充(或以其他方式“适合”)规则或不规则的腔室空间。换句话说，根据本发明的一方面，该交通工具电池单格组可以包括多个单独的可再充电Li离子电池单格(或可以包括一个大型电池单格)，可以成形为占据支撑空间并以其他方式将尺寸标定成占据支撑空间等。

根据本发明的一方面，表1列出了各种电池类型、其接收的电池类型的操作温度、指定充电速率以及以指定充电速率实现充电所需的持续时间。

表1

对于交通工具电池的传统充电时间需要很大的操作范围，并且其他障碍已经阻碍了电力作为用于客机燃料源的实际使用。也就是说，根据监管和操作要求，为飞机补给必须在实际时间限制内进行。根据本发明的一方面，以下示例概述了对于大型交通工具的充电事件，比如可以以代替化石燃料补给(通常发生在机场登机口处)的方式充电的客机。

根据本发明的一方面，可能在飞机到达登机口之前，一定量的辐射或太阳能量已经由该可再生能量收集装置(例如，太阳能阵列)收集，并从被收集的太阳能量被转换到被转换的电能量。所转换的电能量由电容器进一步处理，该电容器本身储存一定量的能量或与能量储存组连通。所转换的电经由HTS电缆被导向通过变压器，然后被导向到多路分配器。该多路分配器包括多个专用电路或以其他方式与多个专用电路连通，这些专用电路被设计成并以其他方式被配置成将所转换和储存的电能量的电荷从该多路选择器导向并分布到交通工具电池单格或该交通工具电池组中的多个单独交通工具电池单格(例如，单独可再充电Li离子交通工具电池单格)中。全部部件包括统称为“充电站”的装置或系统。在将充电站出口连接到交通工具充电进口时，该交通工具便能从该充电站接收电荷。在充电模式下，根据本发明的一方面，与该HTS电缆相组合的多路分配器可以以从约25MW/小时到约100MW/小时的充电速率，将电荷传递到该交通工具电池组内的多个交通工具电池单格。根据本发明的一方面，显著迅速充电持续时间会被选择为满足交通工具的充电需求并进一步被选择为用航班之间飞机的临时登机口时间满足航班之间的补给持续时间段，其中所选补给持续时间在从约1小时到约3小时之间的范围内。

当该可再生能量资源太阳能以外的资源(例如，风能、水力发电能等)时，该收集装置可以包括涡轮机，该涡轮机可以是例如风力涡轮机或水力发电涡轮机等。本文中描述的系统、装置和方法，以及本文描述的这种系统和装置的部件(例如，电容器、变压器、多路选择器、多路分配器、传递电路、HTS电缆、电池单格和电池单格组等)可以与预定的非太阳能可再生能量收集装置合并，以收集、储存并分布从预选的非太阳能可再生能量源收集的能量，其方式与针对太阳能量收集、储存和分布描述的方式类似，包括如本文所述的电压传递速率、充电时间等。

图6-图10是概述根据本发明的本方法的流程图。如图6所示，方法100包括，从可再生能量源收集102能量以形成一定量的被收集的电能量；使用至少一个电容器转换104所收集的电能量以形成被转换的电能量；将被转换的电能量从该至少一个电容器经由第一高温超导电缆导向106到变压器；将被转换的电能量从该变压器经由第二高温超导电缆导向108到多路分配器。该方法进一步包括，将被转换的电能量从该多路分配器基本平均地导向(本文等效地称为“分布”)108到多个可再充电交通工具电池。在这方面，来自该变压器的被转换的电能量经由该多路分配器被导向到该可再充电交通工具电池，而不必首先在储存组中储存能量(例如，其中该储存组位于该交通工具外部和远离该交通工具等)。

根据一另选方面，通过结合图9和图10更全面的描述，本方法可以包括至少图1、图2、图4、图5和图6所示的方面，这些方面包括，从可再生能量源收集102能量以形成一定量的被收集的电能量；使用至少一个电容器转换104所收集的电能量以形成被转换的电能量；将被转换的电能量从该至少一个电容器经由第一高温超导电缆导向106到变压器；将被转换的电能量从该变压器经由第二高温超导电缆导向108到第一多路分配器，接着将被转换的电能量从该第一多路分配器分布(本文等效地称为“分配”)到电能量储存组，然后将被转换的电能量从该电能量储存组任选地导向(并任选地导向到一个或多个额外的多路分配器)，接着将被转换的电能量从该储存组或该第二多路分配器中的至少一者导向到可再充电交通工具电池。

在例如设想在夜晚(例如，当太阳能无法实时被收集并实时导向到最终使用时)为可再充电交通工具电池充电的一另选方面，来自先前已经被收集和转换的可再生能量源的被转换的电能量被到向到并储存在储存组中。然后，所转换和储存的电能量从该储存组按需被导向到该可再充电交通工具电池。

无论所转换的能量是从该变压器、从该储存组或是从该变压器和从该储存组两者被导向到该可再充电交通工具电池，所转换的电能量都可以从至少一个多路分配器被导向到该可再充电交通工具电池，以基本充满该可再充电交通工具电池，并同时(至少如图7所示)在范围从约－30℃到约45℃的温度下保持112充电，并同时以例如范围从约25MW/小时到约100MW/小时的充电速率基本充满114可再充电交通工具电池。至少如图6所示的方法可以包括图1、图2、图4和图5中的一个或多个所示的系统和装置。

如图7所示，方法200包括图6所示方法100的步骤(102、104、106、108、110、112、114)，其中方法200还包括，在使用至少一个电容器转换104所收集的电能量以形成被转换的电能量后，将一定量的被转换的能量储存202在储存组中，其中该电容器和该变压器中的至少一者与能量储存组连通。本发明设想基本同时(在例如白天或白天小时期间转换太阳能量的情况下)，将被转换的电能量从可再生能量源导向到以下各项中的至少一项，并且如果期望导向到以下各项两者：1)可再充电交通工具电池和/或一个或多个可再充电交通工具电池组；以及2)被转换的电能量储存组(例如，位于待充电交通工具外部和远离待充电交通工具)。进一步一另选方面包括将被转换的电能量的量从处于操作中的该系统中的一者或两者(并同时可再生能量正在被捕获和转换)以及从该储存库(例如，以交替能量传递周期，或基本同时地等)传递到可再充电交通工具电池。至少如图7所示的方法可以包括图1、图2、图4、图5和图6中的一个或多个所示的系统和装置。

如图8所示，方法300可以包括图6所示的方法100，并进一步包括以范围从约1MW/小时到约100MW/小时的充电速率为多个可再充电交通工具电池充电302，并同时在能量分布周期的持续时间期间保持304整个该系统的温度低于约45℃。一定量的电能量(范围从约250MW到约1000MW的电能量)可以在充电期间从该多路分配器被分布到该多个可再充电交通工具电池，并且该可再充电交通工具电池可以包括可再充电Li离子电池，并且其中充电周期持续时间在从约1小时到约3小时的范围内。如图8所示的方法可以包括图1、图2、图4、图5、图6和图7中的一个或多个所示的系统和装置。

根据图9所示的另一个本方面，公开的方法400包括，从可再生能量源收集402能量以形成一定量的被收集的电能量；使用电容器转换404所收集的电能量以形成被转换的电能量；将一定量的所转换的电能量储存406在多个电能量储存组中以形成一定量的被储存的电能量；

以及将一定量的被储存的电能量或被转换的电能量中的至少一者，从该系统以来自该电能量储存组或变压器中的至少一者的被分配的电能量的形式，经由至少一个高温超导电缆和至少一个多路分配器分配(例如，导向)408到多个可再充电交通工具电池，其中被分配的电能量以范围从约1MW/小时到约100MW/小时的充电速率被传递到该多个可再充电交通工具电池。在另一方面，被分配的电能量以范围从约25MW/小时到约100MW/小时的充电速率被传递到该多个可再充电交通工具电池。如图9所示的方法可以包括图1、图2、图4、图5、图6、图7和图8中的一个或多个所示的系统和装置。

在另一方面，如图10所示，方法500包括方法400(图9所示)所示的步骤402、步骤404、步骤406和步骤408，并且在储存406一定量的所转换的电能量的步骤后并在分配408一定量的所储存的电能量的步骤前，该方法进一步包括，将一定量的所储存的电能量从该电能量储存组导向502到多路分配器；以及将电能量从该多路分配器导向504到电路(例如，继电器电路)，其中该电路与多个可再充电交通工具电池连通。图6、图7、图8、图9和图10中概述的方法合并了本文描述的系统和装置，包括图1、图2、图4和图5中的任一者中所呈现的那些系统和装置。

当然，在不脱离本公开的方面和特征的情况下，本发明可以以本文具体阐述的方式以外的其他方式实施。本发明的方面/一方面将在所有方面均应视为说明性的而非约束性的，并且在所附权利要求的含义和等效范围内的所有更改均应包涵在其中。

Claims (10)

1.一种用于为交通工具充电的系统(10)包括：

可再生能量收集装置(14)，所述可再生能量收集装置被配置成从可再生能量源收集可再生能量，所述可再生能量源包括以下各项中的至少一项：太阳能、风能和水力发电能；

高压电容器(16)，所述高压电容器与所述可再生能量收集装置连通；

第一高温超导电缆(17)，所述第一高温超导电缆与所述电容器连通；

变压器(18)，所述变压器与所述第一高温超导电缆连通；

第二高温超导电缆(19)，所述第二高温超导电缆与所述变压器连通；

至少一个多路分配器(20)，所述至少一个多路分配器与所述第二高温超导电缆连通，所述至少一个多路分配器被配置成接合继电器电路(54)，所述继电器电路被配置成将被转换的电能量传递到至少一个可再充电交通工具电池(24)，

其中所述高压电容器和所述变压器中的至少一者与至少一个多路选择器(16a、18a)连通；并且

其中所述多路分配器被配置成将至高约1000MW的电压传递到电池储存组和至少一个可再充电交通工具电池中的至少一者。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括多个可再充电交通工具电池，所述多个可再充电交通工具电池包括多个锂离子电池。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中温度在通过所述系统转移一定量的电能量期间不超过约45℃的温度。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述系统具有范围从约－30℃到约45℃的操作温度范围。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述多路分配器包括多个继电器电路，所述多个继电器电路被配置成将预定量的电能量分布到所述至少一个可再充电交通工具电池。

6.一种用于收集和分配能量的方法(100)，所述方法包括：

从可再生能量源收集(102)可再生能量以形成被收集的电能量；

使用至少一个高压电容器转换(104)所收集的电能量以形成被转换的电能量；

将被转换的电能量从所述至少一个高压电容器经由第一高温超导电缆导向(106)到变压器；

将被转换的电能量从所述变压器经由第二高温超导电缆导向(108)到第一多路分配器；

将被转换的电能量从所述第一多路分配器分布(110)到至少一个可再充电交通工具电池；

在所述被转换的电能量从所述第一多路分配器分布到所述至少一个可再充电交通工具电池期间，保持(112)范围从约－30℃到约45℃的温度；

将所述至少一个可再充电交通工具电池基本(114)充满；

其中范围从约250MW到约1000MW的一定量的电能量，以范围从约25MW/小时到约100MW/小时的充电速率，从所述多路分配器被分布到所述可再充电交通工具电池；

其中所述高压电容器和所述变压器中的至少一者与至少一个多路选择器连通；并且

其中所述多路分配器被配置成将至高约1000MW的电压传递到至少一个可再充电交通工具电池。

7.根据权利要求6所述的方法(100)(400)(500)，进一步包括：

将被转换的电能量从所述第一多路分配器分布(406)到电能量储存组；

将被转换的电能量从所述电能量储存组分布(502)到第二多路分配器；以及

以范围从约250MW到约100MW的量、以范围从约1小时到约3小时的持续时间，将被转换的电能量从所述电能量储存组经由所述第二多路分配器传递(408)到多个可再充电交通工具电池。

8.根据权利要求7所述的方法(300)，进一步包括：

在将所述被转换的电能量分布到所述多个可再充电交通工具电池期间，保持(304)少于约45℃的温度。

9.根据权利要求8所述的方法(300)，进一步包括：

以范围从约25MW/小时到约100MW/小时的充电速率，为所述多个锂离子交通工具电池单格充电(302)到基本充满的锂离子交通工具电池单格容量。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

将所述被转换的电能量传递(408)到所述多个锂离子交通工具电池单格；以及

在范围从约10分钟到约3小时的指定充电持续时间内基本(408)充满所述多个锂离子交通工具电池单格。

Images