KR102637683B1 - Power generation and distribution - Google Patents

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KR102637683B1
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로버트 제이. 피더리
루돌프 엠. 톤치크
제이 콜로스트
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에너지 프로듀싱 시스템스 오브 아메리카 엘엘씨
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Abstract

전력을 생성, 저장, 및/또는 분배하는 시스템들 및 방법들이 개시된다. 시스템은 2개 이상의 직류 배터리 서브시스템들, 직류 모터/교류 생성기 결합, 전력 분배 네트워크, 및 배터리 재충전 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 하나의 배터리 서브시스템은 교류 생성기에 전력을 공급할 수 있는 한편, 다른 배터리 서브시스템은 생성된 전력의 일부분을 사용하여 충전한다. 초과 전력은 다른 전기 부하들을 서비스할 수 있다. 배터리 서브시스템들의 역할들은 충전과 전력 공급 사이에서 주기적으로 반복적으로 스위칭될 수 있다.Systems and methods for generating, storing, and/or distributing power are disclosed. The system may include two or more direct current battery subsystems, a direct current motor/alternating current generator combination, a power distribution network, and battery recharging elements. One battery subsystem can power the alternating current generator while the other battery subsystem uses a portion of the generated power to charge it. Excess power can service other electrical loads. The roles of the battery subsystems may be periodically and repeatedly switched between charging and power supply.

Description

전력 생성 및 분배Power generation and distribution

[0001] 본 출원은, 2019년 6월 3일자로 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 제16/430,342호의 부분 계속 출원(continuation-in-part)인 2020년 2월 25일자로 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 제16/800,146호의 우선권을 주장한다.[0001] This application is a series of U.S. patent applications filed on February 25, 2020, which are a continuation-in-part of U.S. Patent Application Serial No. 16/430,342, filed on June 3, 2019 Priority is claimed for No. 16/800,146.

[0002] 본 발명은 일반적으로 전기 에너지를 생성, 저장, 및/또는 제공하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.[0002] The present invention generally relates to systems and methods for generating, storing, and/or providing electrical energy.

[0003] 전 세계적인 전력의 소비는 방대하고, 전통적으로 비전기 구동식 기계들이 전기 구동식 상응부(counterpart)들로 대체됨에 따라 계속 증가할 가능성이 있다. 예컨대, 전기 구동식 차량들, 및 특히 승용차들이 국가들의 도로 시스템들에서 점점 더 널리 퍼지고 있다. 2015-16 년에 대략 5 만대의 연매출을 기록한 미국의 한 인기 있는 전기 자동차 제조업체는 단 수 년 내에 판매 수를 50 만대로 증가시키려는 의도를 발표했다.[0003] Worldwide consumption of electricity is vast and is likely to continue to increase as traditionally non-electrically driven machines are replaced by their electrically driven counterparts. For example, electrically driven vehicles, and especially passenger cars, are becoming increasingly prevalent in countries' road systems. A popular American electric vehicle manufacturer, which recorded annual sales of approximately 50,000 units in 2015-16, has announced its intention to increase sales to 500,000 units within just a few years.

[0004] 전력으로의 스위칭을 위한 추동력은 다면적이다. 전력을 생성하는 비용 및 환경적 영향은 화석 연료 기반 전력과 같은 대체 전력 소스들의 비용 및 환경적 영향보다 우수한 것으로 간주된다. 이러한 우수성은 소비자가 비전력(non-electrical power) 대신 전력을 활용하도록 하는 정부 및 산업 인센티브들에 의해 증폭된다. 예컨대, 전기 자동차 사용자들은 세금 감면, 우대 주차, 우선 도로 접근, 및 무료 충전 등을 누려왔는데, 이 모든 것들은 그들의 운송에 필요한 화석 연료 생성 전력과는 대조적으로 전력의 사용으로 인해 제공되는 것이다. 따라서 전력을 생성, 저장, 및 분배하기 위한 시스템들에 대한 필요성이 계속 증가하고 있다.[0004] The driving forces for switching to electric power are multifaceted. The cost and environmental impact of generating electricity is considered superior to that of alternative power sources such as fossil fuel-based power. This superiority is amplified by government and industry incentives that encourage consumers to utilize electric power instead of non-electrical power. For example, electric vehicle users have enjoyed tax breaks, preferential parking, priority road access, and free charging, all provided through their use of electricity as opposed to the fossil fuel-generated electricity needed for their transportation. Accordingly, the need for systems for generating, storing, and distributing power continues to increase.

[0005] 선진국들은 모두 때때로 "전력 그리드(power grid)"로 지칭되는 전국에 배치된 정교한 전력 생성 및 분배 시스템들을 갖는다. 그리드는 널리 사용되고 유비쿼터스이지만, 항상 이용가능한 것은 아니며, 장기간에 걸쳐 가장 낮은 전력 비용을 제공하지 않을 수 있다. 정전들은 드물지만, 때때로의 폭풍들이 장기간 동안 인구의 상당 부분들에 대한 전력 분배를 중단시킬 수 있다. 이러한 정전들은 가정 생활 및 업무를 방해하고, 생산성 및 편안함을 상당히 잃게 할 수 있다. 추가로, 그리드로부터 전력을 획득하는 비용이 상당할 수 있고, 가격들을 낮추기 위해 시스템에 많은 경쟁을 주입할 능력이 거의 없다. 따라서, 단일 가정, 사업체, 및 차량에 전력을 공급할 수 있는 규모이고, 일상적 동작을 위해 그리드에 크게 의존하지 않는 이동식 및 고정식 전력 생성 시스템들 둘 모두에 대한 필요성이 존재한다.[0005] Developed countries all have sophisticated power generation and distribution systems deployed throughout the country, sometimes referred to as “power grids.” Although the grid is widely used and ubiquitous, it is not always available and may not provide the lowest power costs over the long term. Power outages are rare, but occasional storms can disrupt power distribution to significant portions of the population for extended periods of time. These power outages can disrupt home and work life and cause significant loss of productivity and comfort. Additionally, the cost of obtaining power from the grid can be significant, and there is little ability to inject much competition into the system to drive down prices. Accordingly, a need exists for both mobile and stationary power generation systems that are large enough to power a single home, business, and vehicle and do not rely heavily on the grid for day-to-day operations.

[0006] 따라서, 본 발명의 일부 실시예들(그러나 반드시 전부는 아님)의 목적은, 가정, 사업체, 및 차량용으로 전력을 효율적으로 생성하는 시스템들 및 방법들을 제공하는 것이다. 본 발명의 일부 실시예들(그러나 반드시 전부는 아님)의 목적은 또한, 가정, 사업체, 및 차량용으로 전력을 효율적으로 저장 및 분배하는 시스템들 및 방법들을 제공하는 것이다. 본 발명의 일부 실시예들(그러나 반드시 전부는 아님)의 이러한 그리고 다른 이점들은 전력 생성, 저장, 및 분배 분야들에서 통상의 기술을 갖는 자들에게 명백할 것이다.[0006] Accordingly, it is an object of some (but not necessarily all) embodiments of the present invention to provide systems and methods for efficiently generating power for homes, businesses, and vehicles. It is also an object of some (but not necessarily all) embodiments of the present invention to provide systems and methods for efficiently storing and distributing power for homes, businesses, and vehicles. These and other advantages of some (but not necessarily all) embodiments of the present invention will be apparent to those skilled in the arts of power generation, storage, and distribution.

[0007] 전술된 과제들에 대응하여, 출원인은 혁신적인 전력 시스템을 개발하였으며, 이 혁신적인 전력 시스템은, 전기 배터리 서브시스템; 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 스위칭 서브시스템; 스위칭 서브시스템 및 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 전기 구동식 기능 제어 서브시스템 ― 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 프로세서 및 메모리를 포함함 ―; 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 커패시터 서브시스템; 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 전기 모터; 전기 모터에 동작가능하게 연결된 전기 생성기 서브시스템; 인버터 서브시스템에 의해 전기 생성기 서브시스템에 커플링된 전력 분배 서브시스템 ― 상기 전력 분배 서브시스템은 전기 부하에 연결되도록 구성된 아웃렛 부하 라인(outlet load line)을 포함함 ―; 전력 분배 서브시스템에 커플링된 인덕터 서브시스템; 및 인덕터 서브시스템, 스위칭 서브시스템, 및 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 정류기 서브시스템을 포함한다.[0007] In response to the above-described challenges, the applicant has developed an innovative power system comprising: an electric battery subsystem; a switching subsystem coupled to the electric battery subsystem; an electrically powered function control subsystem coupled to the switching subsystem and the electrical battery subsystem, the electrically powered function control subsystem comprising a processor and a memory; a capacitor subsystem coupled to the electrically driven function control subsystem; an electric motor coupled to an electrically driven function control subsystem; an electric generator subsystem operably connected to an electric motor; a power distribution subsystem coupled to the electric generator subsystem by an inverter subsystem, the power distribution subsystem comprising an outlet load line configured to be coupled to an electrical load; an inductor subsystem coupled to the power distribution subsystem; and a rectifier subsystem coupled to the inductor subsystem, switching subsystem, and electric battery subsystem.

[0008] 출원인은 혁신적인 전력 시스템을 추가로 개발하였으며, 이 혁신적인 전력 시스템은, 제1 및 제2 전기 배터리 서브시스템들 ― 각각은 제1 극성을 갖는 제1 극 및 제2 극성을 갖는 제2 극을 가짐 ―; 제1 전기 배터리 서브시스템의 제1 극에 커플링되고 제2 전기 배터리 서브시스템의 제1 극에 커플링된 스위칭 서브시스템; 스위칭 서브시스템 및 제1 및 제2 전기 배터리 서브시스템들의 제2 극들에 커플링된 전기 구동식 기능 제어 서브시스템 ― 상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 프로세서 및 메모리를 포함함 ―; 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 커패시터 서브시스템; 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 전기 모터; 전기 모터에 동작가능하게 연결된 전기 생성기 서브시스템; 전기 생성기 서브시스템에 커플링된 전력 분배 서브시스템 ― 상기 전력 분배 서브시스템은 전기 부하에 연결되도록 구성된 아웃렛 부하 라인을 포함함 ―; 전력 분배 서브시스템에 커플링된 인덕터 서브시스템; 및 인덕터 서브시스템, 스위칭 서브시스템, 및 제1 및 제2 전기 배터리 서브시스템들의 제2 극들에 커플링된 정류기 서브시스템을 포함한다.[0008] The applicant has further developed an innovative power system comprising first and second electric battery subsystems - each with a first pole having a first polarity and a second pole having a second polarity. Having -; a switching subsystem coupled to a first pole of the first electric battery subsystem and coupled to a first pole of the second electric battery subsystem; an electrically driven function control subsystem coupled to the switching subsystem and second poles of the first and second electric battery subsystems, the electrically driven function control subsystem comprising a processor and a memory; a capacitor subsystem coupled to the electrically driven function control subsystem; an electric motor coupled to an electrically driven function control subsystem; an electric generator subsystem operably connected to an electric motor; a power distribution subsystem coupled to the electrical generator subsystem, the power distribution subsystem including an outlet load line configured to connect to an electrical load; an inductor subsystem coupled to the power distribution subsystem; and an inductor subsystem, a switching subsystem, and a rectifier subsystem coupled to second poles of the first and second electric battery subsystems.

[0009] 출원인은 혁신적인 전력 시스템을 추가로 개발하였으며, 이 혁신적인 전력 시스템은, 제1 및 제2 전기 배터리 서브시스템들 ― 각각은 제1 극성을 갖는 제1 극 및 제2 극성을 갖는 제2 극을 가짐 ―; 제1 전기 배터리 서브시스템의 제1 극에 커플링되고 제2 전기 배터리 서브시스템의 제1 극에 커플링된 스위칭 서브시스템; 스위칭 서브시스템 및 제1 및 제2 전기 배터리 서브시스템들의 제2 극들에 커플링된 전기 구동식 기능 제어 서브시스템 ― 상기 기능 제어 서브시스템은 프로세서 및 메모리를 포함함 ―; 기능 제어 서브시스템에 커플링된 커패시터 서브시스템; 기능 제어 서브시스템에 커플링된 전기 모터; 전기 모터에 동작가능하게 연결된 전기 생성기; 전기 생성기 서브시스템에 커플링된 전력 분배 서브시스템 ― 상기 전력 분배 서브시스템은 전기 부하에 연결되도록 적응된 아웃렛 부하 라인을 포함함 ―; 전력 분배 시스템에 커플링된 인덕터 서브시스템; 및 인덕터 서브시스템, 스위칭 서브시스템, 및 제1 및 제2 전기 배터리 서브시스템들의 제2 극들에 커플링된 정류기 서브시스템을 포함한다.[0009] The applicant has further developed an innovative power system comprising first and second electric battery subsystems - each with a first pole having a first polarity and a second pole having a second polarity. Having -; a switching subsystem coupled to a first pole of the first electric battery subsystem and coupled to a first pole of the second electric battery subsystem; an electrically driven function control subsystem coupled to the switching subsystem and second poles of the first and second electric battery subsystems, the function control subsystem comprising a processor and a memory; a capacitor subsystem coupled to the function control subsystem; an electric motor coupled to a function control subsystem; an electric generator operably connected to an electric motor; a power distribution subsystem coupled to the electrical generator subsystem, the power distribution subsystem including an outlet load line adapted to be connected to an electrical load; an inductor subsystem coupled to a power distribution system; and an inductor subsystem, a switching subsystem, and a rectifier subsystem coupled to second poles of the first and second electric battery subsystems.

[0010] 출원인은 혁신적인 전력 시스템을 추가로 개발하였으며, 이 혁신적인 전력 시스템은, 제1 및 제2 전기 배터리 서브시스템들 ― 각각은 제1 극성을 갖는 제1 극 및 제2 극성을 갖는 제2 극을 가짐 ―; 제1 전기 배터리 서브시스템의 제1 극에 커플링되고 제2 전기 배터리 서브시스템의 제1 극에 커플링된 스위칭 서브시스템; 스위칭 서브시스템 및 제1 및 제2 전기 배터리 서브시스템들의 제2 극들에 커플링된 배터리 충전 제어기 서브시스템; 스위칭 서브시스템 및 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 인버터; 인버터에 커플링된 전력 분배 서브시스템 ― 전력 분배 서브시스템은 전기 부하에 연결되도록 구성된 아웃렛 부하 라인을 포함함 ―; 전력 분배 서브시스템에 커플링된 정류기 서브시스템; 정류기 서브시스템에 커플링된 전기 구동식 기능 제어 서브시스템 ― 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 프로세서 및 메모리를 포함함 ―; 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 커패시터 서브시스템; 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 전기 모터; 전기 생성기를 포함하는 전기 생성기 서브시스템 ― 전기 생성기는 전기 모터에 동작가능하게 연결되고, 전기 모터로부터 입력 회전 모션을 수신하고, 전기 모터의 출력 회전 속도 및 전기 생성기에 제공되는 입력 회전 속도는 서로에 대해 불변함 ―; 및 전기 생성기 서브시스템, 스위칭 서브시스템, 인버터, 및 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 배터리 충전 제어기 서브시스템을 포함한다.[0010] The applicant has further developed an innovative power system comprising first and second electric battery subsystems - each with a first pole having a first polarity and a second pole having a second polarity. Having -; a switching subsystem coupled to a first pole of the first electric battery subsystem and coupled to a first pole of the second electric battery subsystem; a battery charge controller subsystem coupled to the switching subsystem and second poles of the first and second electric battery subsystems; an inverter coupled to the switching subsystem and the electric battery subsystem; a power distribution subsystem coupled to the inverter, the power distribution subsystem comprising an outlet load line configured to be connected to an electrical load; a rectifier subsystem coupled to the power distribution subsystem; an electrically driven function control subsystem coupled to the rectifier subsystem, the electrically driven function control subsystem comprising a processor and a memory; a capacitor subsystem coupled to the electrically driven function control subsystem; an electric motor coupled to an electrically driven function control subsystem; an electric generator subsystem comprising an electric generator, the electric generator being operably connected to an electric motor, receiving an input rotational motion from the electric motor, wherein the output rotational speed of the electric motor and the input rotational speed provided to the electric generator are relative to each other. Invariant to ―; and a battery charge controller subsystem coupled to an electric generator subsystem, a switching subsystem, an inverter, and an electric battery subsystem.

[0011] 출원인은 혁신적인 전력 시스템을 추가로 개발하였으며, 이 혁신적인 전력 시스템은, 제1 및 제2 전기 배터리 서브시스템들 ― 각각은 제1 극성을 갖는 제1 극 및 제2 극성을 갖는 제2 극을 가짐 ―; 제1 전기 배터리 서브시스템의 제1 극에 커플링되고 제2 전기 배터리 서브시스템의 제1 극에 커플링된 스위칭 서브시스템; 스위칭 서브시스템 및 제1 및 제2 전기 배터리 서브시스템들의 제2 극들에 커플링된 전기 구동식 기능 제어 서브시스템 ― 상기 기능 제어 서브시스템은 프로세서 및 메모리를 포함함 ―; 스위칭 서브시스템 및 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 인버터; 인버터에 커플링된 제1 전력 분배 서브시스템 ― 제1 전력 분배 서브시스템은 전기 부하에 연결되도록 구성된 아웃렛 부하 라인을 포함함 ―; 제1 전력 분배 서브시스템에 커플링된 정류기 서브시스템; 스위칭 서브시스템, 인버터 서브시스템, 및 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 전기 구동식 기능 제어 서브시스템 ― 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 프로세서 및 메모리를 포함함 ―; 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 커패시터 서브시스템; 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 전기 모터; 전기 생성기를 포함하는 전기 생성기 서브시스템 ― 전기 생성기는 전기 모터에 동작가능하게 연결되고, 전기 모터로부터 입력 회전 모션을 수신하고, 전기 모터의 출력 회전 속도 및 전기 생성기에 제공되는 입력 회전 속도는 서로에 대해 불변함 ―; 및 전기 생성기 서브시스템 및 인버터 서브시스템에 커플링된 제2 전력 분배 서브시스템을 포함한다.[0011] The applicant has further developed an innovative power system comprising first and second electric battery subsystems - each with a first pole having a first polarity and a second pole having a second polarity. Having -; a switching subsystem coupled to a first pole of the first electric battery subsystem and coupled to a first pole of the second electric battery subsystem; an electrically driven function control subsystem coupled to the switching subsystem and second poles of the first and second electric battery subsystems, the function control subsystem comprising a processor and a memory; an inverter coupled to the switching subsystem and the electric battery subsystem; a first power distribution subsystem coupled to the inverter, the first power distribution subsystem comprising an outlet load line configured to be coupled to an electrical load; a rectifier subsystem coupled to the first power distribution subsystem; an electrically powered function control subsystem coupled to the switching subsystem, the inverter subsystem, and the electrical battery subsystem, the electrically powered function control subsystem comprising a processor and a memory; a capacitor subsystem coupled to the electrically driven function control subsystem; an electric motor coupled to an electrically driven function control subsystem; an electric generator subsystem comprising an electric generator, the electric generator being operably connected to an electric motor, receiving an input rotational motion from the electric motor, wherein the output rotational speed of the electric motor and the input rotational speed provided to the electric generator are relative to each other. Invariant to ―; and a second power distribution subsystem coupled to the electric generator subsystem and the inverter subsystem.

[0012] 출원인은 혁신적인 전력 시스템을 추가로 개발하였으며, 이 혁신적인 전력 시스템은, 제1 및 제2 전기 배터리 서브시스템들 ― 각각은 제1 극성을 갖는 제1 극 및 제2 극성을 갖는 제2 극을 가짐 ―; 제1 전기 배터리 서브시스템의 제1 극에 커플링되고 제2 전기 배터리 서브시스템의 제1 극에 커플링된 스위칭 서브시스템; 제1 및 제2 전기 배터리 서브시스템들의 제1 및 제2 극들에 커플링된 정류기/인덕터 서브시스템, 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 정류기 서브시스템; 정류기 서브시스템에 커플링된 차단기 서브시스템; 정류기 서브시스템에 커플링된 전기 구동식 기능 제어 서브시스템 ― 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 프로세서 및 메모리를 포함함 ―; 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 커패시터 서브시스템; 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 전기 모터; 전기 생성기를 포함하는 전기 생성기 서브시스템 ― 전기 생성기는 전기 모터에 동작가능하게 연결되고, 전기 모터로부터 입력 회전 모션을 수신하고, 전기 모터의 출력 회전 속도 및 전기 생성기에 제공되는 입력 회전 속도는 서로에 대해 불변함 ―; 전기 생성기 서브시스템에 커플링된 인버터 서브시스템; 인버터 서브시스템 및 차단기 시스템에 커플링된 전력 분배 서브시스템 ― 전력 분배 서브시스템은 전기 부하에 연결되도록 구성된 아웃렛 부하 라인을 포함함 ―; 전기 생성기 서브시스템 및 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 배터리 충전 제어기 서브시스템을 포함한다.[0012] The applicant has further developed an innovative power system comprising first and second electric battery subsystems - each with a first pole having a first polarity and a second pole having a second polarity. Having -; a switching subsystem coupled to a first pole of the first electric battery subsystem and coupled to a first pole of the second electric battery subsystem; a rectifier/inductor subsystem coupled to the first and second poles of the first and second electric battery subsystems, a rectifier subsystem coupled to the electric battery subsystem; a breaker subsystem coupled to the rectifier subsystem; an electrically driven function control subsystem coupled to the rectifier subsystem, the electrically driven function control subsystem comprising a processor and a memory; a capacitor subsystem coupled to the electrically driven function control subsystem; an electric motor coupled to an electrically driven function control subsystem; an electric generator subsystem comprising an electric generator, the electric generator being operably connected to an electric motor, receiving an input rotational motion from the electric motor, wherein the output rotational speed of the electric motor and the input rotational speed provided to the electric generator are relative to each other. Invariant to ―; an inverter subsystem coupled to the electric generator subsystem; a power distribution subsystem coupled to the inverter subsystem and the breaker system, the power distribution subsystem including an outlet load line configured to be connected to an electrical load; It includes a battery charge controller subsystem coupled to an electric generator subsystem and an electric battery subsystem.

[0013] 출원인은 전력을 생성, 저장, 및 분배하는 혁신적인 방법을 추가로 개발하였으며, 이 혁신적인 방법은, 제1 전기 배터리 서브시스템으로부터의 직류 전력을 기능 제어 서브시스템에 인가하는 단계 ― 상기 기능 제어 서브시스템은 커패시터 서브시스템에 커플링됨 ―; 기능 제어 서브시스템으로부터의 직류 전력을 직류 모터에 인가하는 단계; 직류 모터로부터의 입력 회전 모션을 제공하고, 직류 모터로부터 출력 회전 모션을 생성하는 단계; 직류 모터의 출력 회전 모션으로부터 교류 전력을 생성하는 단계; 생성된 교류 전력의 제1 부분을 전기 부하에 연결되도록 적응된 아웃렛 부하 라인에 분배하고, 생성된 교류 전력의 제2 부분을 인덕터 서브시스템에 분배하는 단계; 인덕터 서브시스템으로부터의 교류 전력을 정류기 서브시스템에 인가하고, 정류기 서브시스템을 사용하여 직류 전력을 생성하는 단계; 및 정류기 서브시스템으로부터의 직류 전력을 제2 전기 배터리 서브시스템에 인가하는 단계를 포함하며, 직류 모터의 출력 회전 모션과 입력 회전 모션의 관계는 제1, 제2, 및 제3 동작 페이즈(phase)들의 사전 결정된 듀레이션들 및 아웃렛 부하 라인에 대한 이용가능한 전력의 사전 결정된 레벨에 대해 제1 배터리 서브시스템의 전력 고갈을 최적화하도록 세팅된다.[0013] Applicant has further developed an innovative method of generating, storing, and distributing power, comprising applying direct current power from a first electric battery subsystem to a function control subsystem - said function control The subsystem is coupled to the capacitor subsystem -; applying direct current power from the function control subsystem to the direct current motor; providing an input rotational motion from a direct current motor and generating an output rotational motion from the direct current motor; generating alternating current power from the output rotational motion of the direct current motor; distributing a first portion of the generated alternating current power to an outlet load line adapted to be connected to an electrical load and distributing a second portion of the generated alternating current power to an inductor subsystem; applying alternating current power from the inductor subsystem to a rectifier subsystem and using the rectifier subsystem to generate direct current power; and applying direct current power from the rectifier subsystem to the second electric battery subsystem, wherein the relationship between the output rotational motion of the direct current motor and the input rotational motion comprises first, second, and third operating phases. and is set to optimize power depletion of the first battery subsystem for predetermined durations of power and a predetermined level of available power for the outlet load line.

[0014] 출원인은 전력을 생성, 저장, 및 분배하는 혁신적인 방법을 추가로 개발하였으며, 이 혁신적인 방법은, 전기 배터리 서브시스템으로부터의 직류 전력을 스위칭 서브시스템에 인가하는 단계 ― 스위칭 서브시스템은 인버터 서브시스템에 커플링됨 ―; 인버터 서브시스템으로부터의 교류 전력을 에너지 분배 서브시스템에 인가하는 단계; 교류 전력의 제1 부분을 전기 부하에 연결되도록 구성된 아웃렛 부하 라인에 분배하고, 교류 전력의 제2 부분을 정류기 서브시스템에 분배하는 단계; 정류기 서브시스템으로부터의 직류를 기능 제어 서브시스템에 인가하는 단계; 기능 제어 서브시스템으로부터의 직류를 직류 모터에 인가하는 단계; 직류 모터로부터의 입력 회전 모션을 전기 생성기에 제공하는 단계 ― 직류 모터의 출력 회전 속도 및 전기 생성기에 제공되는 입력 회전 속도는 서로에 대해 불변함 ―; 직류 모터의 출력 회전 모션으로부터 직류 전력을 생성하는 단계 ― 회전 속도는 외부 전기 분배를 위한 와트 공급을 최적화하도록 세팅됨 ―; 직류 전기 생성기 서브시스템으로부터의 직류 전력을 배터리 충전 제어기 서브시스템에 인가하는 단계; 및 배터리 충전 제어기 서브시스템으로부터의 직류 전력을 스위칭 서브시스템, 인버터, 및 전기 배터리 서브시스템에 인가하는 단계를 포함한다.[0014] Applicant has further developed an innovative method of generating, storing, and distributing power, comprising applying direct current power from an electric battery subsystem to a switching subsystem—the switching subsystem comprising an inverter subsystem. Coupled to system -; applying alternating current power from the inverter subsystem to the energy distribution subsystem; distributing a first portion of alternating current power to an outlet load line configured to be coupled to an electrical load and distributing a second portion of alternating current power to a rectifier subsystem; applying direct current from the rectifier subsystem to the function control subsystem; applying direct current from the function control subsystem to the direct current motor; providing an input rotational motion from the direct current motor to the electric generator, wherein the output rotational speed of the direct current motor and the input rotational speed provided to the electric generator are constant with respect to each other; generating direct current power from the output rotational motion of the direct current motor, the rotational speed being set to optimize wattage supply for external electrical distribution; applying direct current power from the direct current electric generator subsystem to the battery charge controller subsystem; and applying direct current power from the battery charge controller subsystem to the switching subsystem, inverter, and electric battery subsystem.

[0015] 출원인은 전력을 생성, 저장, 및 분배하는 혁신적인 방법을 추가로 개발하였으며, 이 혁신적인 방법은, 전기 배터리 서브시스템으로부터의 직류 전력을 스위칭 서브시스템에 인가하는 단계 ― 스위칭 서브시스템은 인버터 서브시스템에 커플링됨 ―; 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 단계; 교류 전력의 제1 부분을 전기 부하에 연결되도록 구성된 아웃렛 부하 라인에 커플링된 제1 에너지 분배 시스템에 분배하고, 교류 전력의 제2 부분을 제2 에너지 분배 서브시스템에 분배하는 단계; 제1 에너지 분배 서브시스템으로부터의 교류 전력을 정류기 서브시스템에 인가하는 단계; 정류기 서브시스템으로부터의 직류 전력을 기능 제어 서브시스템에 인가하는 단계; 기능 제어 서브시스템으로부터의 직류 전력을 직류 모터에 인가하는 단계; 직류 모터로부터의 입력 회전 모션을 전기 생성기에 제공하는 단계 ― 직류 모터의 출력 회전 속도 및 전기 생성기에 제공되는 입력 회전 속도는 서로에 대해 불변함 ―; 직류 모터의 출력 회전 모션으로부터 교류 전력을 생성하는 단계 ― 회전 속도는 외부 전기 분배를 위한 와트 공급을 최적화하도록 세팅됨 ―; 교류 전력을 제2 에너지 분배 서브시스템에 인가하는 단계; 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 단계; 및 직류 전력을 전기 배터리 서브시스템에 인가하는 단계를 포함한다.[0015] Applicant has further developed an innovative method of generating, storing, and distributing power, comprising applying direct current power from an electric battery subsystem to a switching subsystem—the switching subsystem comprising an inverter subsystem. Coupled to system -; converting direct current power to alternating current power; distributing a first portion of alternating current power to a first energy distribution system coupled to an outlet load line configured to be coupled to an electrical load, and distributing a second portion of alternating current power to a second energy distribution subsystem; applying alternating current power from the first energy distribution subsystem to a rectifier subsystem; applying direct current power from the rectifier subsystem to the function control subsystem; applying direct current power from the function control subsystem to the direct current motor; providing an input rotational motion from the direct current motor to the electric generator, wherein the output rotational speed of the direct current motor and the input rotational speed provided to the electric generator are constant with respect to each other; generating alternating current power from the output rotational motion of the direct current motor, the rotational speed being set to optimize wattage supply for external electrical distribution; applying alternating current power to a second energy distribution subsystem; converting alternating current power to direct current power; and applying direct current power to the electric battery subsystem.

[0016] 출원인은 전력을 생성, 저장, 및 분배하는 혁신적인 방법을 추가로 개발하였으며, 이 혁신적인 방법은, 전기 배터리 서브시스템으로부터의 직류 전력을 정류기 서브시스템에 인가하는 단계; 정류기 서브시스템으로부터의 직류 전력을 기능 제어 서브시스템에 인가하는 단계 ― 기능 제어 서브시스템은 커패시터 서브시스템에 커플링됨 ―; 기능 제어 서브시스템으로부터의 직류 전력을 직류 모터에 인가하는 단계; 직류 모터로부터의 입력 회전 모션을 전기 생성기에 제공하는 단계 ― 직류 모터의 출력 회전 속도 및 전기 생성기에 제공되는 입력 회전 속도는 서로에 대해 불변함 ―; 직류 모터의 출력 회전 모션으로부터 직류 전력을 생성하는 단계; 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 단계; 직류 전력을 전력 분배 시스템에 인가하는 단계; 전력 분배 시스템으로부터 부하 소스에 교류 전력의 제1 부분을 분배하고, 전력 분배 시스템으로부터 차단기 서브시스템에 교류 전력의 제2 부분을 분배하는 단계; 차단기 서브시스템으로부터의 교류 전력을 정류기 서브시스템에 인가하는 단계; 정류기 서브시스템으로부터의 직류 전력을 전기 배터리 서브시스템에 인가하는 단계; 및 전기 생성기로부터의 전류를 배터리 충전 제어기 서브시스템을 통해 전기 배터리 서브시스템에 인가하는 단계를 포함한다.[0016] Applicants have further developed an innovative method for generating, storing, and distributing power, comprising applying direct current power from an electric battery subsystem to a rectifier subsystem; applying direct current power from the rectifier subsystem to the function control subsystem, the function control subsystem being coupled to the capacitor subsystem; applying direct current power from the function control subsystem to the direct current motor; providing an input rotational motion from the direct current motor to the electric generator, wherein the output rotational speed of the direct current motor and the input rotational speed provided to the electric generator are constant with respect to each other; generating direct current power from the output rotational motion of the direct current motor; converting direct current power to alternating current power; Applying direct current power to a power distribution system; distributing a first portion of alternating current power from the power distribution system to the load source and distributing a second portion of alternating current power from the power distribution system to the breaker subsystem; applying alternating current power from the breaker subsystem to the rectifier subsystem; applying direct current power from the rectifier subsystem to the electric battery subsystem; and applying current from the electric generator to the electric battery subsystem through the battery charge controller subsystem.

[0017] 전술된 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 둘 모두는 본 발명의 예시적이고 설명적일 뿐이며, 청구되는 것으로 본 발명을 제한하는 것은 아니라는 것을 이해할 것이다.[0017] It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and do not limit the invention to what is claimed.

[0018] 본 발명의 이해를 돕기 위해, 유사한 참조 부호들이 유사한 엘리먼트(element)들을 지칭하는 첨부된 도면들이 이제 참조될 것이다. 도면들은 단지 예시일 뿐이며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
[0019] 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 생성, 분배, 및 저장 시스템의 개략적 다이어그램이다.
[0020] 도 2는 도 1에 예시된 시스템의 배터리 서브시스템 및 스위칭 서브시스템의 상세한 개략적 다이어그램이다.
[0021] 도 3은 도 1에 예시된 시스템에 대한 대안적인 스위칭 서브시스템의 상세한 개략적 다이어그램이다.
[0022] 도 4는 온-그리드(on-grid) 전력 공급을 위해 사용되는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 생성, 분배, 및 저장 시스템의 컴포넌트(component)들의 개략적 다이어그램이다.
[0023] 도 5는 오프-그리드(off-grid) 전력 공급을 위해 사용되는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 생성, 분배, 및 저장 시스템의 컴포넌트들의 개략적 다이어그램이다.
[0024] 도 6은 온-그리드 및 오프-그리드 전력 공급을 위해 사용되는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전력 생성, 분배, 및 저장 시스템의 개략적 다이어그램이다.
[0025] 도 7은 온-그리드 및 오프-그리드 전력 공급을 위해 사용되는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전력 생성, 분배, 및 저장 시스템의 개략적 다이어그램이다.
[0026] 도 8은 온-그리드 및 오프-그리드 전력 공급을 위해 사용되는 본 발명의 제6 실시예에 따른 전력 생성, 분배, 및 저장 시스템의 개략적 다이어그램이다.
[0027] 도 9는 온-그리드 및 오프-그리드 전력 공급을 위해 사용되는 본 발명의 제7 실시예에 따른 전력 생성, 분배, 및 저장 시스템의 개략적 다이어그램이다.
[0018] To facilitate understanding of the present invention, reference will now be made to the accompanying drawings where like reference numerals refer to like elements. The drawings are illustrative only and should not be construed as limiting the invention.
[0019] Figure 1 is a schematic diagram of a power generation, distribution, and storage system according to a first embodiment of the present invention.
[0020] FIG. 2 is a detailed schematic diagram of the battery subsystem and switching subsystem of the system illustrated in FIG. 1.
[0021] Figure 3 is a detailed schematic diagram of an alternative switching subsystem to the system illustrated in Figure 1;
[0022] Figure 4 is a schematic diagram of components of a power generation, distribution, and storage system according to a second embodiment of the present invention used for on-grid power supply.
[0023] Figure 5 is a schematic diagram of components of a power generation, distribution, and storage system according to a third embodiment of the invention used for off-grid power supply.
[0024] Figure 6 is a schematic diagram of a power generation, distribution, and storage system according to a fourth embodiment of the present invention used for on-grid and off-grid power supply.
[0025] Figure 7 is a schematic diagram of a power generation, distribution, and storage system according to a fifth embodiment of the present invention used for on-grid and off-grid power supply.
[0026] Figure 8 is a schematic diagram of a power generation, distribution, and storage system according to a sixth embodiment of the present invention used for on-grid and off-grid power supply.
[0027] Figure 9 is a schematic diagram of a power generation, distribution, and storage system according to a seventh embodiment of the present invention used for on-grid and off-grid power supply.

[0028] 본 발명의 실시예들이 이제 상세하게 참조될 것이며, 이들의 예들이 첨부된 도면들에서 예시된다.[0028] Reference will now be made in detail to embodiments of the invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

[0029] 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에서, 직류(DC) 배터리 시스템(100)은 스위칭 서브시스템(200)에 의해 전력 생성 시스템(300)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전력 생성 시스템(300)은 AC 전력 분배 서브시스템(400)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이는 차례로 부하 소스(500) 및 배터리 충전 시스템(600)에 연결될 수 있다. 배터리 충전 시스템(600)은 스위칭 서브시스템(200)을 통해 배터리 시스템(100)에 연결될 수 있다.[0029] Referring to FIG. 1, in a first embodiment of the present invention, a direct current (DC) battery system 100 may be electrically connected to a power generation system 300 by a switching subsystem 200. Power generation system 300 may be electrically coupled to AC power distribution subsystem 400, which in turn may be coupled to load source 500 and battery charging system 600. Battery charging system 600 may be connected to battery system 100 through switching subsystem 200.

[0030] DC 배터리 시스템(100)은 복수의 개별 배터리들 및 배터리 셀들로 각각 구성될 수 있는 제1, 제2, 및 제3 배터리 서브시스템들 또는 뱅크들(110, 120, 및 130)을 포함할 수 있다. 배터리 서브시스템들 각각을 포함하는 개별 배터리들 및 배터리 셀들은 직렬로 연결될 수 있다. 하나의 비제한적 예에서, 각각의 배터리 서브시스템은 총 12개의 납축전지(lead-acid) 12 볼트, 200 암페어, 딥 사이클 배터리들을 포함할 수 있다. 이러한 파라미터들을 갖는 배터리 서브시스템들은 15 분의 기간 동안 5 kW의 일정한 출력을 제공할 수 있고, 이후에 15 분의 재충전(또는 휴식) 및 단지 재충전된 경우 15 분의 휴식(또는 단지 휴식된 경우 15 분의 재충전)을 제공할 수 있다. 하나의 비제한적 예에서, 각각의 배터리 서브시스템은 적어도 하나의 리튬 이온 배터리를 포함할 수 있다. 사용되는 배터리들의 타입, 전압, 전류량(amperage), 및 다른 재료들 및 품질들이 본 발명의 의도된 범위를 벗어나지 않으면서 변할 수 있다는 것을 인식한다.[0030] DC battery system 100 includes first, second, and third battery subsystems or banks 110, 120, and 130, which can each be comprised of a plurality of individual batteries and battery cells. can do. The individual batteries and battery cells comprising each of the battery subsystems may be connected in series. In one non-limiting example, each battery subsystem may include a total of twelve lead-acid 12 volt, 200 amp, deep cycle batteries. Battery subsystems with these parameters can provide a constant output of 5 kW for a period of 15 minutes, followed by 15 minutes of recharge (or rest) and 15 minutes of rest if only recharged (or 15 minutes of rest if only rested). minutes of recharge) can be provided. In one non-limiting example, each battery subsystem may include at least one lithium ion battery. It is recognized that the type, voltage, amperage, and other materials and qualities of batteries used may vary without departing from the intended scope of the invention.

[0031] 배터리들은, 과도한 방전 없이 정의된 시간 기간 동안 스위칭 서브시스템(200), 전력 생성 시스템(300), 부하 소스(500), 및 배터리 충전 시스템(600)에 전력을 공급하기 위해 배터리 서브시스템들에 결합될 때, 충분한 전력 및 전류량을 가져야 한다. 일 실시예에서, 각각의 배터리 서브시스템(110, 120 및 130)은, 배터리 수명의 시작 시에, 약 20 % 초과의 방전 없이, 45 분 사이클 중 15 분 기간들 동안 전체 시스템에 전력을 공급할 수 있다.[0031] The batteries are used in the battery subsystem to power the switching subsystem 200, power generation system 300, load source 500, and battery charging system 600 for a defined period of time without excessive discharge. When combined with devices, it must have sufficient power and current. In one embodiment, each battery subsystem 110, 120, and 130 is capable of powering the entire system for 15-minute periods of a 45-minute cycle, at the beginning of the battery's life, without discharging more than about 20%. there is.

[0032] 제1, 제2, 및 제3 배터리 서브시스템들(110, 120, 및 130)의 제1 양극(positive pole)들은 전도체들(150, 152, 및 156)을 통해 스위칭 서브시스템(200)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 차례로, 스위칭 서브시스템(200)은 양극성 전도체를 경유하여 포인트 A를 통해 전력 생성 시스템(300)에 그리고 양극성 전도체를 경유하여 포인트 C를 통해 배터리 충전 시스템(600)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 배터리 서브시스템들(110, 120, 및 130)의 음극(negative pole)들은 전도체(154)를 경유하여 포인트 B를 통해 전력 생성 시스템(300) 및 배터리 충전 시스템(600)에 전기적으로 연결될 수 있다.[0032] First positive poles of the first, second, and third battery subsystems 110, 120, and 130 are connected to the switching subsystem 200 via conductors 150, 152, and 156. ) can be electrically connected to each. In turn, switching subsystem 200 may be electrically coupled to power generation system 300 via point A via a positive polarity conductor and to battery charging system 600 via point C via a positive conductor. The negative poles of the first, second, and third battery subsystems 110, 120, and 130 are connected to the power generation system 300 and the battery charging system via point B via conductor 154. 600) can be electrically connected.

[0033] 스위칭 서브시스템(200)의 하나의 비제한적 실시예가 도 2에 예시된다. 도 2를 참조하면, 스위칭 서브시스템(200)은 제1, 제2, 및 제3 저전압 접촉기들(220, 222, 및 224)에 전기적으로 연결될 수 있는 하나 이상의 타이머들(210)을 포함할 수 있다. 제1 저전압 접촉기(220)는 제1 및 제2 고전압 접촉기들(231및 232)을 제어할 수 있고; 제2 저전압 접촉기(222)는 제3 및 제4 고전압 접촉기들(233 및 234)을 제어할 수 있고; 그리고 제3 저전압 접촉기(224)는 회로의 포인트(D)를 통해 함께 연결된 제5 및 제6 고전압 접촉기들(235 및 230)을 제어할 수 있다.[0033] One non-limiting embodiment of the switching subsystem 200 is illustrated in FIG. 2. 2, switching subsystem 200 may include one or more timers 210 that may be electrically connected to first, second, and third low voltage contactors 220, 222, and 224. there is. The first low voltage contactor 220 can control the first and second high voltage contactors 231 and 232; The second low voltage contactor 222 can control the third and fourth high voltage contactors 233 and 234; And the third low-voltage contactor 224 can control the fifth and sixth high-voltage contactors 235 and 230 connected together through the point D of the circuit.

[0034] 타이머들(210) 및 제1 및 제3 저전압 접촉기들(220 및 224)의 제어 하에, 제1 및 제6 고전압 접촉기들(231 및 230)은 선택적으로, 제1 배터리 서브시스템(110)을 제1 버스(240) 또는 제2 버스(242)에 연결할 수 있거나 또는 어느 버스에도 연결하지 않을 수 있다. 타이머들(210) 및 제1 및 제2 저전압 접촉기들(220 및 222)은 제2 및 제3 고전압 접촉기들(232 및 233)을 제어하여 선택적으로 제2 배터리 서브시스템(120)을 제1 버스(240) 또는 제2 버스(242)에 연결할 수 있거나, 또는 어느 버스에도 연결하지 않을 수 있다. 유사하게, 타이머들(210) 및 제2 및 제3 저전압 접촉기들(222 및 224)은 제4 및 제5 고전압 접촉기들(234 및 235)을 제어하여 선택적으로 제3 배터리 서브시스템(130)을 제1 버스(240) 또는 제2 버스(242)에 연결할 수 있거나, 또는 어느 버스에도 연결하지 않을 수 있다.[0034] Under the control of the timers 210 and the first and third low voltage contactors 220 and 224, the first and sixth high voltage contactors 231 and 230 are optionally connected to the first battery subsystem 110. ) may be connected to the first bus 240, the second bus 242, or may not be connected to any bus. Timers 210 and first and second low voltage contactors 220 and 222 control the second and third high voltage contactors 232 and 233 to selectively connect the second battery subsystem 120 to the first bus. It may be connected to 240 or a second bus 242, or may be connected to neither bus. Similarly, timers 210 and second and third low voltage contactors 222 and 224 control fourth and fifth high voltage contactors 234 and 235 to selectively turn off third battery subsystem 130. It may be connected to the first bus 240, the second bus 242, or to neither bus.

[0035] 타이머들(210)은 저전압 제어 신호들을 제1, 제2, 및 제3 저전압 접촉기들(220, 222, 및 224)에 자동으로 그리고/또는 아래에서 논의되는 기능 제어 서브시스템의 제어 하에 전송할 수 있다. 그러한 신호들은 특정 저전압 접촉기를 활성화시킬 수 있고, 특정 저전압 접촉기로 하여금, 그에 연결된 고전압 접촉기들을 개방 또는 폐쇄하게 할 수 있다. 결과적으로, 타이머들(210), 저전압 접촉기들(220, 222, 및 224), 및 고전압 접촉기들(230, 231, 232, 233, 234, 및 235)의 결합은 선택적으로, 배터리 서브시스템들(110, 120, 및 130) 각각을 제1 버스(240) 또는 제2 버스(242)에 연결할 수 있거나, 또는 어느 버스에도 연결하지 않을 수 있다. 타이머들(210), 저전압 접촉기들(220, 222, 224), 및 고전압 접촉기들(230-235)의 캐스케이드 어레인지먼트(cascade arrangement)는 한번에, 배터리 서브시스템들 중 오직 하나만이 제1 버스(240)에 연결될 수 있게 하고, 배터리 서브시스템들 중 오직 다른 하나만이 제2 버스(242)에 연결될 수 있게 한다. 그러나, 시스템은 2개의 배터리 서브시스템들이 동시에 동일한 버스에 연결될 수 있는 짧은 듀레이션의 오버랩 시간의 가능성을 용인할 수 있다는 것을 인식한다.[0035] Timers 210 may send low-voltage control signals to the first, second, and third low-voltage contactors 220, 222, and 224 automatically and/or under the control of a function control subsystem discussed below. Can be transmitted. Such signals can activate specific low-voltage contactors and cause specific low-voltage contactors to open or close high-voltage contactors connected to them. As a result, the combination of timers 210, low voltage contactors 220, 222, and 224, and high voltage contactors 230, 231, 232, 233, 234, and 235 optionally provides battery subsystems ( 110, 120, and 130) may each be connected to the first bus 240, the second bus 242, or to neither bus. A cascade arrangement of timers 210, low voltage contactors 220, 222, 224, and high voltage contactors 230-235 is such that only one of the battery subsystems is connected to first bus 240 at any one time. and allows only one other of the battery subsystems to be connected to the second bus 242. However, the system recognizes that it can tolerate the possibility of short duration overlap times where two battery subsystems may be connected to the same bus at the same time.

[0036] 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 버스(240)는 포인트 A를 통해 전력 생성 시스템(300)에 연결될 수 있고, 제2 버스(242)는 포인트 C를 통해 배터리 충전 시스템(600)에 연결될 수 있다. 따라서, 기능적으로, 스위칭 서브시스템(200)은: 다음 사이에서 선택적으로 스위칭하도록 적응될 수 있다.[0036] Referring to FIGS. 1 and 2, a first bus 240 may be coupled to the power generation system 300 through point A, and a second bus 242 may be coupled to the battery charging system 600 through point C. ) can be connected to. Thus, functionally, switching subsystem 200 may be adapted to selectively switch between:

(i) 제1 동작 페이즈 동안, 제1 배터리 서브시스템(110)의 제1 극을 배터리 충전 시스템(600)에 연결하는 동시에, 제2 배터리 서브시스템(120)의 제1 극을 전력 생성 시스템(300)에 연결하는 것,(i) During the first phase of operation, the first pole of the first battery subsystem 110 is connected to the battery charging system 600 while the first pole of the second battery subsystem 120 is connected to the power generation system ( 300),

(ii) 제2 동작 페이즈 동안, 제2 배터리 서브시스템(120)의 제1 극을 배터리 충전 시스템(600)에 연결하는 동시에, 제3 배터리 서브시스템(130)의 제1 극을 전력 생성 시스템(300)에 연결하는 것, 및(ii) During the second phase of operation, connect the first pole of the second battery subsystem 120 to the battery charging system 600 while simultaneously connecting the first pole of the third battery subsystem 130 to the power generation system ( 300), and

(iii) 제3 동작 페이즈 동안, 제3 배터리 서브시스템(130)의 제1 극을 배터리 충전 시스템(600)에 연결하는 동시에, 제1 배터리 서브시스템(110)의 제1 극을 전력 생성 시스템(300)에 연결하는 것.(iii) during the third operation phase, connecting the first pole of the third battery subsystem 130 to the battery charging system 600 while simultaneously connecting the first pole of the first battery subsystem 110 to the power generation system ( 300).

[0037] 스위칭 서브시스템(200)의 대안적인 실시예는 도 3의 개략적 다이어그램에 의해 예시된다. 도 1 및 도 3과 관련하여, 3-웨이 스위치들(250, 252, 및 254)은 각각 연관된 배터리 서브시스템(110, 120, 및 130)의 양극을 회로 연결해제 포지션(도시된 바와 같음) 또는 전체 회로의 포인트 A 또는 포인트 C 중 하나에 연결할 수 있다. 3-웨이 스위치들(250, 252, 및 254)은 도 2 실시예에 의해 제공되는 것과 유사한 스위칭을 제공하기 위해 하나 이상의 타이머들(210)에 의해 제어될 수 있다.[0037] An alternative embodiment of the switching subsystem 200 is illustrated by the schematic diagram in FIG. 3. 1 and 3, three-way switches 250, 252, and 254 respectively position the anode of the associated battery subsystem 110, 120, and 130 in the off-circuit position (as shown) or It can be connected to either point A or point C of the entire circuit. Three-way switches 250, 252, and 254 may be controlled by one or more timers 210 to provide switching similar to that provided by the FIG. 2 embodiment.

[0038] 도 1을 다시 참조하면, 전력 생성 시스템(300)은 스위칭 서브시스템(200)을 통해 배터리 시스템(100)에 전기적으로 연결되고 그에 의해 전력을 공급받는 기능 제어 서브시스템(310)을 포함할 수 있다. 기능 제어 서브시스템(310)은 선택적으로, 스위칭 서브시스템(200) 내의 타이머들(210)에 연결되어 이를 제어할 수 있다. 기능 제어 서브시스템(310)은 한번에 배터리 시스템(100) 내의 배터리 서브시스템들 중 하나로부터의 전력을 제공하여 DC 전기 모터(330)를 구동할 수 있으며, 이는 차례로 AC 전기 생성기(350)를 구동할 수 있다. 기능 제어 서브시스템(310)은 전기 모터 서브시스템(330)의 속도를 제어할 수 있다.[0038] Referring back to FIG. 1, power generation system 300 includes a function control subsystem 310 that is electrically connected to and powered by battery system 100 through switching subsystem 200. can do. Function control subsystem 310 may optionally be connected to and control timers 210 in switching subsystem 200. Function control subsystem 310 may provide power from one of the battery subsystems within battery system 100 at a time to drive a DC electric motor 330, which in turn may drive an AC electric generator 350. You can. Function control subsystem 310 may control the speed of electric motor subsystem 330.

[0039] 정규 생성기들은 높은 토크 요건을 가지며, 이는 이전에 알려진 시스템들에서 필요한 기어 박스의 추가를 이루어지게 하였다. 이러한 시스템들에서, 모터에 의해 소비되는 전력을 낮추고 토크를 낮추기 위해 기어 박스가 요구되었다. 낮은 토크 요건들을 갖는 신규한 특수 설계된 생성기를 사용함으로써, 기어 박스는 전류 시스템으로부터 제거된다. 이것은 장애(failure)를 겪을 수 있는 기계적 엘리먼트를 시스템으로부터 제거하고, 기어 박스가 시스템에 추가한 스트레스(stress)를 추가로 제거하고, 시스템을 더 효율적이게 한다.[0039] Regular generators have high torque requirements, which led to the addition of gear boxes necessary in previously known systems. In these systems, gearboxes are required to reduce the power consumed by the motor and reduce torque. By using a new specially designed generator with low torque requirements, the gear box is removed from the current system. This removes mechanical elements from the system that can fail, further removing the stress the gear box adds to the system, and making the system more efficient.

[0040] 전력 생성 시스템(300)은 또한, 기능 제어 서브시스템(310)에 의해 제어되는 냉각 서브시스템(360)을 포함할 수 있다. 냉각 서브시스템(360)은 전체 시스템의 임의의 그리고/또는 모든 열 생성 컴포넌트들, 이를테면, 기능 제어 서브시스템(310), 전기 모터(330), 및 전기 생성기(350)와 동작가능하게 접촉할 수 있다. 냉각 서브시스템(360)은 당업자들에 알려진 방식으로 최적의 동작 온도 범위들에서 시스템 엘리먼트들을 유지할 수 있다.[0040] The power generation system 300 may also include a cooling subsystem 360 that is controlled by the function control subsystem 310. Cooling subsystem 360 may operably contact any and/or all heat generating components of the overall system, such as function control subsystem 310, electric motor 330, and electric generator 350. there is. Cooling subsystem 360 may maintain system elements at optimal operating temperature ranges in a manner known to those skilled in the art.

[0041] 커패시터 서브시스템(320)은 기능 제어 서브시스템(310)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 서로 병렬로 상호 연결된 복수의 커패시터들을 포함할 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 역률 래그(power factor lag) 및 페이즈 시프트와 같은 시스템 특성들을 제어 및 정정하는 데 사용될 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 또한, 저장된 에너지를 증가시킬 수 있고, 기능 제어 서브시스템(310) 내의 프로세서에 의해 생성된 사인파의 안정화를 개선할 수 있다.[0041] Capacitor subsystem 320 may be electrically coupled to function control subsystem 310. Capacitor subsystem 320 may include a plurality of capacitors interconnected in parallel with each other. Capacitor subsystem 320 may be used to control and correct system characteristics such as power factor lag and phase shift. Capacitor subsystem 320 may also increase stored energy and improve stabilization of the sine wave generated by the processor within function control subsystem 310.

[0042] 기능 제어 서브시스템(310)은 본원에서 설명된 방식으로 전체 시스템을 동작시키기 위해 필요에 따라, 디지털 프로세서, 디지털 메모리 컴포넌트들, 및 제어 프로그래밍을 포함할 수 있다. 예컨대, 기능 제어 서브시스템(310)은 시작 시퀀스(start-up sequence), 셧다운 시퀀스(shut-down sequence), 진동 모니터링, 과열 모니터링, 및 원격 모니터링을 위한 시스템 컴포넌트들을 제어하는 프로그래밍을 포함할 수 있다. 기능 제어 서브시스템(310)은 또한, 시스템 데이터를 제공하는 하나 이상의 파라미터 모니터링 컴포넌트들을 포함하거나 또는 이들에 연결될 수 있다. 그러한 데이터는 배터리 충전 레벨 및 용량, 배터리 전류량, 배터리 전압, 배터리 사용 시간, 배터리 충전 시간, 전류 시간(current time), 시스템 엘리먼트 온도들, 진동, 소스 부하, 전기 모터 토크, 전기 모터 rpm, 전기 생성기 토크, 전기 생성기 rpm, 배터리 충전 시스템 부하, 정류기 세팅들 및 인덕터 세팅들을 포함할 수 있다(그러나 이들에 제한되지 않음).[0042] Functional control subsystem 310 may include a digital processor, digital memory components, and control programming, as needed to operate the overall system in the manner described herein. For example, function control subsystem 310 may include programming to control system components for start-up sequence, shutdown sequence, vibration monitoring, overheating monitoring, and remote monitoring. . Function control subsystem 310 may also include or be coupled to one or more parameter monitoring components that provide system data. Such data may include battery charge level and capacity, battery amperage, battery voltage, battery usage time, battery charge time, current time, system element temperatures, vibration, source load, electric motor torque, electric motor rpm, electric generator May include (but are not limited to) torque, electrical generator rpm, battery charging system load, rectifier settings, and inductor settings.

[0043] 전기 모터(330) 및 전기 생성기(350)의 사이즈 및 동작 특성들은 시스템에 의해 서비스될 주어진 예상 부하(500)에 대한 최적의 전력 생성 및 배터리 수명뿐만 아니라, 배터리 서브시스템들(110, 120, 및 130)에 대한 재충전 레이트 및 시간을 제공하도록 선택될 수 있다. 설명된 타입의 배터리 서브시스템들의 경우, 전기 모터(330)는 동작을 유지하기 위해 144V/100A를 요구할 수 있다. 전기 모터(330)의 속도는 바람직하게는, 부하(500)를 서비스하고 하나의 배터리 서브시스템을 재충전하기 위해 요구되는 전류량 및 전압을 제공하도록 전기 생성기를 구동하는 데 필요한 최소 rpm 또는 그 근처에서 세팅되는 동시에, 전기 생성기(350)에 의해 부과되는 토크를 감소시키거나 또는 최소화한다. 신규한 낮은 토크 요건 전기 생성기(350)의 사용은 전기 모터(330)의 토크 요건들을 증가(그리고 바람직하게는 감소)시키지 않으면서 토크를 전기 생성기(350)에 제공할 수 있어, 그에 의해, 전기 모터를 구동하는 배터리 서브시스템 상의 전력 드레인을 낮추고 생성기의 주어진 전력 출력에 대한 배터리 고갈 특성들을 개선할 수 있다.[0043] The size and operating characteristics of the electric motor 330 and electric generator 350 determine optimal power generation and battery life for a given expected load 500 to be served by the system, as well as battery subsystems 110, 120, and 130) may be selected to provide recharge rates and times. For battery subsystems of the type described, electric motor 330 may require 144V/100A to maintain operation. The speed of the electric motor 330 is preferably set at or near the minimum rpm required to drive the electric generator to provide the required amperage and voltage to service the load 500 and recharge one battery subsystem. while simultaneously reducing or minimizing the torque imposed by the electric generator 350. The use of the novel low torque requirement electric generator 350 can provide torque to the electric generator 350 without increasing (and preferably decreasing) the torque requirements of the electric motor 330, thereby generating electricity. It can lower the power drain on the battery subsystem driving the motor and improve battery depletion characteristics for a given power output of the generator.

[0044] 전기 모터(330)의 속도는 기능 제어 서브시스템(310)에 의해 실시간으로 매순간 자동으로 세팅될 수 있다. 기능 제어 서브시스템(310)은 예컨대, 모터의 샤프트 상에 위치된 속도 센서로부터 전기 모터(330) 속도 데이터를 수신할 수 있을 뿐만 아니라 다른 센서들로부터 배터리 재충전 및 부하(500) 전력 요건들을 수신할 수 있다. 기능 제어 서브시스템(310)은 전기 생성기(350)가 그 시점에서 요구되는 전력을 생성기에 최대 토크로, 그리고 모터 상에 최소 토크로 제공하도록 전기 모터(330) 속도를 조정할 수 있다. 이러한 방식으로, 기능 제어 서브시스템(310)은 실시간으로 전력 생성 조건들(전기 모터 rpm 속도 및 전기 생성기 rpm 속도)을 최적화할 수 있다.[0044] The speed of the electric motor 330 can be automatically set at every moment in real time by the function control subsystem 310. Function control subsystem 310 may receive electric motor 330 speed data, for example, from a speed sensor located on the shaft of the motor, as well as battery recharge and load 500 power requirements from other sensors. You can. Function control subsystem 310 may adjust the speed of electric motor 330 so that electric generator 350 provides the power required at that time, with maximum torque on the generator and minimum torque on the motor. In this way, functional control subsystem 310 can optimize power generation conditions (electric motor rpm speed and electric generator rpm speed) in real time.

[0045] 전기 생성기(350)는 하나 이상의 전기 전도체들을 통해 AC 전력 분배 서브시스템(400)에 연결될 수 있다. 전력 분배 서브시스템은, 예컨대, AC 차단기 박스를 포함할 수 있다. 전력 분배 서브시스템(400)은 하나 이상의 전도체들을 통해 부하 소스(500) 및 배터리 충전 시스템(600)에 연결될 수 있다. 부하 소스(500) 및 배터리 충전 시스템(600)의 전력 수요들은 전력 분배 서브시스템(400), 부하 소스(500), 및/또는 배터리 충전 시스템(600)과 연관된 센서들로부터 유선 또는 무선 통신 채널들을 통해 기능 제어 서브시스템(310)에 통신될 수 있다. 전력 수요들은 시스템의 전력 수요들에 대해 정확한 rpm으로 작동하도록 전기 모터(330)를 세팅하기 위해 기능 제어 서브시스템(310)의 자동 스로틀 제어 모듈에 의해 사용될 수 있다.[0045] Electrical generator 350 may be connected to AC power distribution subsystem 400 through one or more electrical conductors. The power distribution subsystem may include, for example, an AC breaker box. Power distribution subsystem 400 may be coupled to load source 500 and battery charging system 600 via one or more conductors. Power demands of load source 500 and battery charging system 600 may be received via wired or wireless communication channels from sensors associated with power distribution subsystem 400, load source 500, and/or battery charging system 600. It can be communicated to the function control subsystem 310 through. The power demands may be used by the automatic throttle control module of the function control subsystem 310 to set the electric motor 330 to operate at the correct rpm for the power demands of the system.

[0046] 배터리 충전 시스템(600)은 하나 이상의 회로 차단기들(620)을 경유하여 정류기 서브시스템(630)에 전기적으로 연결된 인덕터 서브시스템(610)을 포함할 수 있다. 인덕터 서브시스템(610) 및 정류기 서브시스템(630)의 결합은 원하는 재충전 사이클에 걸쳐 요구되는 재충전 레벨을 유휴 배터리 서브시스템들(110, 120, 또는 130) 중 하나에 제공하는 데 사용되며, 이는, 3개의 배터리 서브시스템들을 사용하는 시스템의 경우 전체 시스템 사이클 시간의 1/3이다. 정류기 서브시스템(630)은 현재 충전 중인 배터리 서브시스템의 재충전 드로우(draw)를 수용하기 위해 자기-조정될 수 있다. 다시 말해서, 통상적으로, 인덕터 서브시스템(610)의 부재 시에, 자기-조정 정류기 서브시스템(630)은 충전 사이클의 과정에 걸쳐 재충전을 겪는 배터리 서브시스템에 공급되는 전압 및/또는 전류량을 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 인덕터 서브시스템(610)을 포함하지 않고는, 배터리 서브시스템들은 원하는 사이클 시간에 완전히 재충전되기에 충분히 빨리 재충전되지 않을 수 있다. 조정가능한 레오스탯(rheostat)을 갖는 인덕터 서브시스템(610)의 추가는 유도 코일이 없는 시스템과 비교하여 배터리 충전 시스템(600)의 전류량 드로우(amperage draw)(및 그에 따라 유휴 배터리 서브시스템을 재충전하는 데 이용가능한 전류량)의 증가를 가능하게 할 수 있다. 바람직하게, 인덕터 서브시스템(610)의 레오스탯 세팅은 기능 제어부(310)의 제어 하에 재충전 사이클의 과정에 걸쳐 자동으로 조정될 수 있다. 레오스탯 세팅은 바람직하게, 그 시간 동안 시스템에 전력을 공급하는 데 사용되는 배터리 서브시스템 상의 최소량의 총 전력 드레인을 사용하여 원하는 시간량에 걸쳐 완전한 또는 거의 완전한 재충전이 완료되도록 실시간으로 조정되어야 한다. 일 실시예에서, 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)(도시되지 않음)은 전기 생성기 서브시스템(350) 및 전기 배터리 시스템(100)을 커플링할 수 있다.[0046] Battery charging system 600 may include an inductor subsystem 610 electrically coupled to a rectifier subsystem 630 via one or more circuit breakers 620. The combination of inductor subsystem 610 and rectifier subsystem 630 is used to provide one of idle battery subsystems 110, 120, or 130 with the required recharge level over a desired recharge cycle, which includes: For a system using three battery subsystems, this is 1/3 of the total system cycle time. Rectifier subsystem 630 can self-adjust to accommodate the recharge draw of the currently charging battery subsystem. In other words, typically, in the absence of inductor subsystem 610, self-regulating rectifier subsystem 630 will reduce the amount of voltage and/or current supplied to the battery subsystem undergoing recharging over the course of a charge cycle. You can. As a result, without including inductor subsystem 610, battery subsystems may not recharge fast enough to fully recharge in the desired cycle time. The addition of the inductor subsystem 610 with an adjustable rheostat reduces the amperage draw of the battery charging system 600 (and thus the ability to recharge the idle battery subsystem) compared to a system without an induction coil. It is possible to increase the amount of current available for use. Preferably, the rheostat setting of the inductor subsystem 610 can be automatically adjusted over the course of a recharge cycle under the control of the function controller 310. The rheostat setting should preferably be adjusted in real time to ensure that a full or near complete recharge is completed over a desired amount of time with the least amount of total power drain on the battery subsystem used to power the system during that time. In one embodiment, battery charge controller subsystem 650 (not shown) may couple electric generator subsystem 350 and electric battery system 100.

[0047] 도 1-도 3에 예시된 시스템들은, 부하 소스(500)에 전력을 공급하기 위해 전기를 생성, 저장, 및 분배하는 동시에, 고갈된 배터리 서브시스템들(110, 120, 및/또는 130)을 재충전하기 위한 전력을 다음의 방식으로 생성하는 데 사용될 수 있다. 예시된 시스템들을 사용하는 방법은 기능 제어 서브시스템(310)이 제1 동작 스테이지 동안 스위칭 서브시스템(200)에 유선 또는 무선 제어 신호를 송신함으로써 개시될 수 있다. 기능 제어 서브시스템(310) 신호들은, 타이머(210)로 하여금, 저전압 제어 신호들을 제1, 제2, 및 제3 저전압 접촉기들(220, 222, 및 224)에 전송하게 할 수 있다. 타이머(210) 제어 신호들은 제1 배터리 서브시스템(110)의 제1 양극을 전도체(150) 및 고전압 접촉기들(230 및/또는 231)을 통해 제1 버스(240)에 커플링하도록 제1 및 제3 저전압 접촉기들(220 및 224)로 지향될 수 있다. 차례로, 제1 버스(240)는 제1 배터리 서브시스템(110)을 기능 제어부(310) 및 전기 모터(330)에 연결한다. 제1 배터리 서브시스템(110)의 제2 음극이 기능 제어부(310) 및 전기 모터(330)에 영구적으로 커플링되기 때문에, 제1 배터리 서브시스템을 사용하여 전기 모터에 전력을 공급하기 위한 회로가 일시적으로 완성된다.[0047] The systems illustrated in FIGS. 1-3 generate, store, and distribute electricity to power a load source 500 while simultaneously discharging depleted battery subsystems 110, 120, and/or 130) can be used to generate power for recharging in the following manner. A method of using the illustrated systems can begin with function control subsystem 310 transmitting a wired or wireless control signal to switching subsystem 200 during a first stage of operation. Function control subsystem 310 signals may cause timer 210 to send low voltage control signals to first, second, and third low voltage contactors 220, 222, and 224. Timer 210 control signals are configured to couple the first anode of first battery subsystem 110 to first bus 240 via conductor 150 and high voltage contactors 230 and/or 231. It may be directed to third low voltage contactors 220 and 224. In turn, the first bus 240 connects the first battery subsystem 110 to the function control unit 310 and the electric motor 330. Because the second cathode of the first battery subsystem 110 is permanently coupled to the function control 310 and the electric motor 330, a circuit for powering the electric motor using the first battery subsystem is provided. It is completed temporarily.

[0048] 제1 배터리 서브시스템이 전기 모터(330)에 전력을 공급하는 데 사용되는 것과 동시에(즉, 제1 동작 페이즈), 기능 제어부(310)로부터 타이머(210)에 전송되는 제어 신호들은 다른 배터리 서브시스템 연결들 및 연결해제들을 수행하도록 제1, 제2, 및 제3 저전압 접촉기들(220, 222, 및 224)을 제어하는 데 사용될 수 있다. 구체적으로, 저전압 접촉기들(220, 222, 및 224)은 제2 배터리 서브시스템(120)의 제1 양극을 제2 버스(242)에 일시적으로 연결하기 위해 그리고 임의의 회로로부터 제3 배터리 서브시스템(130)의 제1 양극을 일시적으로 격리하기 위해 고전압 접촉기들(232, 233, 234, 및 235)을 제어하는 데 사용될 수 있다. 결과적으로, 제2 배터리 서브시스템(120)은 정류기 서브시스템(630)에 연결될 수 있고, 제3 배터리 서브시스템(130)은 제1 동작 페이즈 동안 격리될 수 있다.[0048] At the same time that the first battery subsystem is being used to power the electric motor 330 (i.e., the first operating phase), control signals sent from the function control 310 to the timer 210 are sent to other It may be used to control the first, second, and third low voltage contactors 220, 222, and 224 to perform battery subsystem connections and disconnections. Specifically, low-voltage contactors 220, 222, and 224 are used to temporarily connect the first anode of the second battery subsystem 120 to the second bus 242 and to the third battery subsystem from any circuit. It can be used to control high voltage contactors 232, 233, 234, and 235 to temporarily isolate the first anode of 130. As a result, the second battery subsystem 120 can be coupled to the rectifier subsystem 630 and the third battery subsystem 130 can be isolated during the first phase of operation.

[0049] 제1 동작 페이즈 동안, 전기 모터(330)는 제1 배터리 서브시스템(110)의 전력 하에 회전한다. 전기 모터(330)의 회전 모션은 전기 모터(330)를 통해 전기 생성기(350)를 구동하는 데 사용된다. 전기 모터 상의 전기 생성기(350)의 토크 저항은 부하 소스(500) 및 배터리 충전 시스템(600)으로부터 생성기에 인가되는 부하에 따라 변할 수 있다. 전기 모터(330)의 속도는 전기 생성기(350)에 인가되는 부하에 대한 속도를 최적화하기 위해 기능 제어부(310)에 의해 선택적으로 조정될 수 있다.[0049] During the first phase of operation, the electric motor 330 rotates under power from the first battery subsystem 110. The rotational motion of electric motor 330 is used to drive electric generator 350 through electric motor 330 . The torque resistance of the electric generator 350 on the electric motor may vary depending on the load applied to the generator from the load source 500 and the battery charging system 600. The speed of the electric motor 330 may be selectively adjusted by the functional control unit 310 to optimize the speed for the load applied to the electric generator 350.

[0050] 전기 생성기(350)의 전력 출력은 분배 서브시스템(400)에 의해 배터리 충전 시스템(600)으로 부분적으로 지향된다. 배터리 충전 시스템(600)의 인덕터 서브시스템(610) 및 정류기 서브시스템(630)은, 바람직하게는 기능 제어부(310)의 제어 하에 함께 작동하여, 제1 동작 페이즈 동안 제2 배터리 서브시스템(120)을 재충전한다. 제1 동작 페이즈는 세팅된 경과 시간 이후에, 제1 배터리 서브시스템(110)의 세팅된 방전 레벨을 검출한 이후에, 또는 제2 배터리 서브시스템(120)의 세팅된 재충전 레벨 이후에 자동으로 종료될 수 있다.[0050] The power output of the electric generator 350 is directed in part to the battery charging system 600 by the distribution subsystem 400. The inductor subsystem 610 and rectifier subsystem 630 of the battery charging system 600 preferably operate together under the control of the function control 310 to control the second battery subsystem 120 during the first phase of operation. Recharge. The first operation phase automatically ends after a set elapsed time, after detecting a set discharge level of the first battery subsystem 110, or after a set recharge level of the second battery subsystem 120. It can be.

[0051] 제1 동작 페이즈의 종료 직후에, 제2 동작 페이즈의 시행(institution)이 뒤따르며, 이 제2 동작 페이즈 동안, 기능 제어부(310)는, 제1 배터리 서브시스템(110)을 제2 배터리 서브시스템(120)으로 대체하도록, 제2 배터리 서브시스템(120)을 제3 배터리 서브시스템(130)으로 대체하도록, 그리고 제3 배터리 서브시스템(130)을 제1 배터리 서브시스템(110)으로 대체하도록 스위칭 시스템(200)에 지시한다. 다시 말해서, 제2 동작 페이즈 동안, 제2 배터리 서브시스템(120)은 전력을 공급하는 데 사용되고, 제3 배터리 서브시스템(130)은 재충전되고, 제1 배터리 서브시스템(110)은 전력 및 재충전 회로들로부터 연결해제된다. 제3 동작 페이즈 동안, 제3 배터리 서브시스템(130)은 시스템에 전력을 공급하고, 제1 배터리 서브시스템(110)은 재충전되고, 그리고 제2 배터리 서브시스템(120)은 연결해제된다. 무정전 전력을 부하 소스(500)에 제공하기 위해 제1, 제2, 및 제3 동작 페이즈들을 통한 회전이 반복될 수 있다.[0051] The end of the first operational phase is immediately followed by the institution of a second operational phase, during which the function control unit 310 switches the first battery subsystem 110 to the second operational phase. to replace the battery subsystem 120, to replace the second battery subsystem 120 with the third battery subsystem 130, and to replace the third battery subsystem 130 with the first battery subsystem 110. Instructs the switching system 200 to replace. In other words, during the second phase of operation, the second battery subsystem 120 is used to provide power, the third battery subsystem 130 is recharged, and the first battery subsystem 110 is used to provide power and recharge circuitry. disconnected from the During the third phase of operation, the third battery subsystem 130 supplies power to the system, the first battery subsystem 110 is recharged, and the second battery subsystem 120 is disconnected. Rotation through the first, second, and third operating phases may be repeated to provide uninterruptible power to the load source 500.

[0052] 본 발명의 대안적인 실시예가 도 4에 예시되며, 여기서 유사한 참조 부호들은 다른 실시예들과 관련하여 설명된 것들과 유사한 방식으로 동작하는 유사한 엘리먼트들을 지칭한다. 전력 생성 시스템(300)은 온-그리드 인버터(370)를 통해, 부하 소스(500)에 전력을 공급하기 위한 AC 전력 분배 시스템(400)에 연결될 수 있다. 전력 생성 시스템(300)은 또한, 정류기/인덕터 시스템(700)을 통해 UPS(Uninterruptible Power Supply) 시스템(100) 및 DC 배터리에 연결될 수 있다. 배터리/UPS 시스템(100)은 정류기/인덕터 시스템(700)을 통해 전력 생성 시스템(300)에 선택적으로 전력을 공급할 수 있다. 스위칭 서브시스템(200)은 회로를 완성하기 위해 전력 분배 시스템(400)에 연결된 배터리 충전 시스템(600)으로부터 재충전 전력을 수신하도록 전체 회로 내외로의 배터리/UPS 시스템(100)의 스위칭을 제어할 수 있다.[0052] An alternative embodiment of the invention is illustrated in Figure 4, where like reference numbers refer to like elements that operate in a similar manner to those described with respect to other embodiments. The power generation system 300 may be connected, through an on-grid inverter 370, to the AC power distribution system 400 for supplying power to the load source 500. Power generation system 300 may also be connected to an uninterruptible power supply (UPS) system 100 and a DC battery through a rectifier/inductor system 700. Battery/UPS system 100 may selectively supply power to power generation system 300 through rectifier/inductor system 700. Switching subsystem 200 may control switching of battery/UPS system 100 into and out of the overall circuit to receive recharge power from battery charging system 600 connected to power distribution system 400 to complete the circuit. there is.

[0053] 도 4를 계속 참조하면, 전체 시스템은 스위칭 시스템(200)의 제어 하에 배터리/UPS 시스템(100)을 정류기/인덕터 시스템(700)에 연결함으로써 전력을 생성하도록 개시될 수 있다. DC 전력은 배터리/UPS 시스템(100)으로부터 인덕터(710), 회로 차단기(720), 및 정류기(730)를 통해 흐를 수 있다. 정류기(730)로부터의 DC 전력은 전력 생성 시스템(300)에 제공된다. 기능 제어 서브시스템(310)은 정류기(730)로부터의 DC 전력을 DC 전기 모터 서브시스템(330)에 인가한다. 차례로, DC 모터는 DC 생성기(380)를 구동한다.[0053] Still referring to FIG. 4, the overall system can be initiated to generate power by connecting battery/UPS system 100 to rectifier/inductor system 700 under control of switching system 200. DC power may flow from battery/UPS system 100 through inductor 710, circuit breaker 720, and rectifier 730. DC power from rectifier 730 is provided to power generation system 300. Function control subsystem 310 applies DC power from rectifier 730 to DC electric motor subsystem 330. In turn, the DC motor drives DC generator 380.

[0054] 전기 모터(330)는 전기 생성기(350)에 동작가능하게 연결된다. 기능 제어 서브시스템(310)은 전기 모터 서브시스템(330)의 속도를 제어할 수 있다. 전력 생성 시스템(300)은 또한, 기능 제어 서브시스템(310)에 의해 제어되는 냉각 서브시스템(360)을 포함할 수 있다. 냉각 서브시스템(360)은 전체 시스템의 임의의 그리고/또는 모든 열 생성 컴포넌트들, 이를테면, 기능 제어 서브시스템(310), 전기 모터 서브시스템(330), 및 DC 생성기(380)와 동작가능하게 접촉할 수 있다. 냉각 서브시스템(360)은 당업자들에 알려진 방식으로 최적의 동작 온도 범위들에서 시스템 엘리먼트들을 유지할 수 있다.[0054] The electric motor 330 is operably connected to the electric generator 350. Function control subsystem 310 may control the speed of electric motor subsystem 330. Power generation system 300 may also include a cooling subsystem 360 that is controlled by function control subsystem 310. Cooling subsystem 360 is in operative contact with any and/or all heat generating components of the overall system, such as function control subsystem 310, electric motor subsystem 330, and DC generator 380. can do. Cooling subsystem 360 may maintain system elements at optimal operating temperature ranges in a manner known to those skilled in the art.

[0055] 커패시터 서브시스템(320)은 기능 제어 서브시스템(310)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 서로 병렬로 상호 연결된 복수의 커패시터들을 포함할 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 역률 래그 및 페이즈 시프트와 같은 시스템 특성들을 제어 및 정정하는 데 사용될 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 또한, 저장된 에너지를 증가시킬 수 있고, 기능 제어 서브시스템(310) 내의 프로세서에 의해 생성된 사인파의 안정화를 개선할 수 있다.[0055] Capacitor subsystem 320 may be electrically coupled to function control subsystem 310. Capacitor subsystem 320 may include a plurality of capacitors interconnected in parallel with each other. Capacitor subsystem 320 may be used to control and correct system characteristics such as power factor lag and phase shift. Capacitor subsystem 320 may also increase stored energy and improve stabilization of the sine wave generated by the processor within function control subsystem 310.

[0056] 기능 제어 서브시스템(310)은 본원에서 설명된 방식으로 전체 시스템을 동작시키기 위해 필요에 따라, 디지털 프로세서, 디지털 메모리 컴포넌트들, 및 제어 프로그래밍을 포함할 수 있다. 예컨대, 기능 제어 서브시스템(310)은 시작 시퀀스, 셧다운 시퀀스, 진동 모니터링, 과열 모니터링, 및 원격 모니터링을 위한 시스템 컴포넌트들을 제어하는 프로그래밍을 포함할 수 있다. 기능 제어 서브시스템(310)은 또한, 시스템 데이터를 제공하는 하나 이상의 파라미터 모니터링 컴포넌트들을 포함하거나 또는 이들에 연결될 수 있다. 그러한 데이터는 배터리 충전 레벨 및 용량, 배터리 전류량, 배터리 전압, 배터리 사용 시간, 배터리 충전 시간, 전류 시간, 시스템 엘리먼트 온도들, 진동, 소스 부하, 전기 모터 토크, 전기 모터 rpm, 전기 생성기 토크, 전기 생성기 rpm, 배터리 충전 시스템 부하, 정류기 세팅들 및 인덕터 세팅들을 포함할 수 있다(그러나 이들에 제한되지 않음).[0056] Functional control subsystem 310 may include a digital processor, digital memory components, and control programming, as needed to operate the overall system in the manner described herein. For example, function control subsystem 310 may include programming to control system components for startup sequences, shutdown sequences, vibration monitoring, overheating monitoring, and remote monitoring. Function control subsystem 310 may also include or be coupled to one or more parameter monitoring components that provide system data. Such data may include battery charge level and capacity, battery amperage, battery voltage, battery usage time, battery charge time, current time, system element temperatures, vibration, source load, electric motor torque, electric motor rpm, electric generator torque, electric generator May include (but are not limited to) rpm, battery charging system load, rectifier settings, and inductor settings.

[0057] 바람직한 실시예에서, DC 생성기(380)는 낮은 rpm들에서 비교적 낮은 토크 요건들로 10 kw의 전력을 출력할 수 있다. 예컨대, DC 생성기(380)는 1 kW의 출력 전력당 5 피트-파운드의 토크를 요구할 수 있다. DC 생성기(380)로부터 출력된 DC 전력은 동작하기 위해 220 AC 볼트를 요구하는 온-그리드(예컨대, 10 kw) 인버터(370)에 제공될 수 있다. 차례로, 온-그리드 인버터(370)로부터의 AC 전력은 로컬 또는 국가 전력 그리드, 로컬 전력 아웃렛들, 및 전력 분배 시스템(400)에 온라인으로 제공될 수 있다. 일단 전체 시스템이 가동되고 전력을 생성하면, 온-그리드 인버터(370)는 전력 분배 시스템(400)에 연결된 부하 소스(500)에 대한 모든 전류 수요들을 공급할 뿐만 아니라 DC 전기 모터 서브시스템(330)에 전력을 공급하는 데 필요한 전류를 공급할 수 있다. 가정 벽 아웃렛들(410)과 같은 그리드에 연결된 부하들에 전력을 공급하기 위해, 임의의 초과 전력이 온-그리드 인버터(370)로부터 국가 그리드에 공급될 수 있다. 국가 그리드에 전달되는 이러한 초과 전력은 전력 회사에 판매될 수 있거나, 또는 신용을 위해 거래될 수 있다.[0057] In the preferred embodiment, DC generator 380 is capable of outputting 10 kw of power at low rpms and with relatively low torque requirements. For example, DC generator 380 may require 5 foot-pounds of torque per 1 kW of output power. DC power output from DC generator 380 may be provided to an on-grid (e.g., 10 kw) inverter 370, which requires 220 AC volts to operate. In turn, AC power from on-grid inverter 370 may be provided online to the local or national power grid, local power outlets, and power distribution system 400. Once the entire system is up and running and generating power, the on-grid inverter 370 supplies all current demands for the load sources 500 connected to the power distribution system 400 as well as the DC electric motor subsystem 330. It can supply the current needed to provide power. Any excess power may be supplied from the on-grid inverter 370 to the national grid to power grid-connected loads, such as household wall outlets 410. This excess power delivered to the national grid can be sold to power companies, or traded for credit.

[0058] 위에서 서술된 바와 같이, 전력 분배 시스템(400)은 정류기를 포함하는 배터리 충전 시스템(600)에 연결될 수 있다. 전력 분배 시스템은 벽 아웃렛들(410) 등을 포함하여 가정들에 전력을 전달하기 위해 국가 그리드에 연결될 수 있다. 배터리 충전 시스템(600)으로부터의 DC 전력은 배터리/UPS 시스템(100)을 완전히 충전된 상태로 유지하는 데 사용될 수 있다. 재충전을 위해 필요하지 않은 초과 전력은 DC 모터(330)에 전력을 공급하는 데 사용되도록 정류기/인덕터 시스템(700)으로 지향될 수 있다. 배터리/UPS 시스템(100)이 완전히 충전된 상태에 있을 때, DC 모터(330)를 구동하기 위한 모든 전력은 배터리 충전 시스템(600)에 의해 공급될 수 있다. 이러한 방식으로, 배터리/UPS 시스템(100)은 전류 제공자와는 대조적으로 전류 촉매로서 기능할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)(도시되지 않음)은 전력 분배 서브시스템(400) 및 전기 배터리 시스템(100)을 커플링할 수 있다.[0058] As described above, power distribution system 400 may be connected to a battery charging system 600 that includes a rectifier. The power distribution system may be connected to the national grid to deliver power to homes, including wall outlets 410 and the like. DC power from battery charging system 600 can be used to keep battery/UPS system 100 fully charged. Excess power not needed for recharging may be directed to rectifier/inductor system 700 for use in powering DC motor 330. When the battery/UPS system 100 is in a fully charged state, all power to drive the DC motor 330 may be supplied by the battery charging system 600. In this way, the battery/UPS system 100 can function as a current catalyst as opposed to a current provider. In one embodiment, battery charge controller subsystem 650 (not shown) may couple power distribution subsystem 400 and electric battery system 100.

[0059] 도 5를 참조하면, 도 4에 도시된 것과 거의 동일한 시스템이 예시된다. 도 5의 시스템은 그것이 온-그리드 인버터(370, 도 4) 대신에, (예컨대, 8 kw) 오프-그리드 인버터(372)를 포함한다는 점에서 도 4의 시스템과 상이하다. 오프-그리드 인버터(372)는 국가 전력 그리드에 연결되지 않는다. 도 5의 시스템은, 국가 전력 그리드에 대한 어떠한 연결도 존재하지 않고 그에 따라 오프-그리드 인버터(372)로부터 국가 전력 그리드에 전력을 공급하기 위한 능력이 없다는 점을 제외하고는, 도 4의 시스템과 동일한 방식으로 동작한다.[0059] Referring to Figure 5, a system substantially identical to that shown in Figure 4 is illustrated. The system of FIG. 5 differs from the system of FIG. 4 in that it includes an off-grid inverter 372 (e.g., 8 kw) instead of an on-grid inverter 370 (FIG. 4). Off-grid inverter 372 is not connected to the national power grid. The system of FIG. 5 is similar to the system of FIG. 4 except that there is no connection to the national power grid and thus no ability to supply power to the national power grid from off-grid inverter 372. It works the same way.

[0060] 도 6은 온-그리드 인버터(370) 및 오프-그리드 인버터(372) 둘 모두가 포함되도록 도 4 및 도 5의 엘리먼트들을 결합하는 시스템을 예시한다. 도 6의 시스템은, 국가 그리드가 다운될(go down) 때, 무정전 전력을 제공하는 데 사용될 수 있다. 도 6의 시스템은, 국가 전력 그리드가 기능하고 있을 때, 시스템으로 하여금, 온-그리드 인버터(370)를 사용하게 하는 특징을 포함한다. 그러나, 국가 전력 그리드에 장애가 발생할 때, 시스템은 전력을 공급하기 위해 오프-그리드 인버터(372)를 사용하는 것으로 스위칭하여, 그에 의해 국가 전력 그리드로부터 시스템을 연결해제한다.[0060] FIG. 6 illustrates a system combining elements of FIGS. 4 and 5 to include both an on-grid inverter 370 and an off-grid inverter 372. The system of Figure 6 can be used to provide uninterrupted power when the national grid goes down. The system of FIG. 6 includes features that allow the system to use an on-grid inverter 370 when the national power grid is functioning. However, when the national power grid fails, the system switches to using the off-grid inverter 372 to provide power, thereby disconnecting the system from the national power grid.

[0061] 본 발명의 대안적인 실시예가 도 7에 예시되며, 여기서 유사한 참조 부호들은 다른 실시예들과 관련하여 설명된 것들과 유사한 방식으로 동작하는 유사한 엘리먼트들을 지칭한다.[0061] An alternative embodiment of the invention is illustrated in Figure 7, where like reference numbers refer to like elements that operate in a similar manner to those described with respect to other embodiments.

[0062] DC 배터리 시스템(100)은 전도체들(150, 152, 및 156)을 통해 스위칭 서브시스템(200)에 연결된다. 스위칭 시스템(200)은 차례로, DC/AC 인버터(640)를 통해 AC 전력 분배 시스템(400)에 연결된다. AC 전력 분배 시스템(400)은 부하 소스(500) 및 전력 생성 시스템(300) 둘 모두에 연결된다. 전력 생성 시스템(300)은 차례로, 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)을 통해 스위칭 시스템(200)에 연결된다.[0062] DC battery system 100 is connected to switching subsystem 200 through conductors 150, 152, and 156. Switching system 200 is, in turn, connected to AC power distribution system 400 via DC/AC inverter 640. AC power distribution system 400 is coupled to both load source 500 and power generation system 300. Power generation system 300 is, in turn, coupled to switching system 200 via battery charge controller subsystem 650.

[0063] 구체적으로, DC 배터리 시스템(100)의 제1, 제2, 및 제3 배터리 서브시스템들(110, 120, 및 130)의 제1 양극들은 전도체들(150, 152, 및 156)을 통해 스위칭 서브시스템(200)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 차례로, 스위칭 서브시스템(200)은 양극성 전도체를 경유하여 포인트 A를 통해 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)에 그리고 양극성 전도체를 경유하여 포인트 C를 통해 DC/AC 인버터(640)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 배터리 서브시스템들(110, 120, 및 130)의 음극들은 전도체(154)를 경유하여 포인트 B를 통해 배터리 충전 제어기 서브시스템(650) 및 DC/AC 인버터(640)에 전기적으로 연결될 수 있다.[0063] Specifically, the first anodes of the first, second, and third battery subsystems 110, 120, and 130 of the DC battery system 100 have conductors 150, 152, and 156. Each can be electrically connected to the switching subsystem 200 through. In turn, switching subsystem 200 may be electrically connected to battery charge controller subsystem 650 via point A via a positive conductor and to DC/AC inverter 640 via point C via a positive conductor. . The cathodes of the first, second, and third battery subsystems 110, 120, and 130 are connected to the battery charge controller subsystem 650 and DC/AC inverter 640 via point B via conductor 154. ) can be electrically connected to.

[0064] 일반적으로, 배터리 충전 제어기는 전류가 전기 배터리들에 추가되거나 또는 전기 배터리들로부터 드로우되는 레이트를 제한한다. 이 애플리케이션에서, 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)은 배터리들이 사전 결정된 그리고 세팅된 고전압 레벨을 초과할 때 전기 배터리 서브시스템(100)에서 배터리들의 충전을 정지시키고, 배터리 전압이 그 사전 결정된 레벨 미만으로 다시 떨어질 때 충전을 다시 가능하게 한다.[0064] Generally, a battery charge controller limits the rate at which current is added to or drawn from the electric batteries. In this application, battery charge controller subsystem 650 stops charging of the batteries in electric battery subsystem 100 when the batteries exceed a predetermined and set high voltage level and when the battery voltage falls below that predetermined level. When it falls again, charging becomes possible again.

[0065] 일 실시예에서, 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)은 배터리의 최대 용량에 더 가깝게 충전할 수 있도록 배터리의 레벨에 따라 충전 레이트들을 조정하는 PWM(pulse width modulation) 및 MPPT(maximum power point tracker) 기술들을 포함한다.[0065] In one embodiment, the battery charge controller subsystem 650 includes pulse width modulation (PWM) and maximum power point (MPPT) controls that adjust charging rates depending on the level of the battery to allow charging closer to the battery's maximum capacity. tracker) technologies.

[0066] 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)은 과충전의 가능성을 감소시킬 수 있고, 과전압으로부터 보호할 수 있으며, 이는 배터리 성능 또는 수명을 감소시킬 수 있고, 안전 위험을 제기할 수 있다. 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)은 또한, 배터리의 완전한 소모 또는 심방전(deep discharging)을 방지할 수 있거나, 또는 배터리 기술에 따라 제어된 방전들을 수행하여 배터리 수명을 보호할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)은 전기 배터리 서브시스템(100)이 사전 결정된 시간 기간 내에 재충전되도록 보장하기 위해 전기 생성기 서브시스템(380) 상에서 요구되는 부하 또는 드로우를 인가한다. 일 실시예에서, 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)은 전기 배터리 서브시스템(100)이 사전 결정된 레이트로, 요구되는 전압 및 전류량을 수신하도록 보장하기 위해 전기 생성기 서브시스템(380) 상에서 요구되는 부하 또는 드로우를 인가한다.[0066] The battery charge controller subsystem 650 can reduce the likelihood of overcharging and protect against overvoltage, which can reduce battery performance or lifespan and pose a safety risk. Battery charge controller subsystem 650 may also prevent complete exhaustion or deep discharging of the battery, or may perform controlled discharges depending on battery technology to protect battery life. In one embodiment, battery charge controller subsystem 650 applies the required load or draw on electric generator subsystem 380 to ensure that electric battery subsystem 100 is recharged within a predetermined period of time. In one embodiment, battery charge controller subsystem 650 controls the load or load required on electric generator subsystem 380 to ensure that electric battery subsystem 100 receives the required amount of voltage and current at a predetermined rate. Authorize the draw.

[0067] 스위칭 서브시스템(200)은 회로를 완성하기 위해 전력 생성 시스템(300)에 연결된 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)을 통해 재충전 전력을 수신하도록 전체 회로 내외로의 DC 배터리 시스템(100)의 스위칭을 제어할 수 있다.[0067] The switching subsystem 200 switches the DC battery system 100 into and out of the overall circuit to receive recharge power through the battery charge controller subsystem 650, which is coupled to the power generation system 300 to complete the circuit. Switching can be controlled.

[0068] 도 7을 계속 참조하면, 전체 시스템은 스위칭 시스템(200)을 통해 그리고 스위칭 시스템(200)의 제어 하에 DC 배터리 시스템(100)을 DC/AC 인버터(640)에 연결함으로써 전력을 생성하도록 개시될 수 있다. DC 전력은 DC 배터리 시스템(100)으로부터 스위칭 서브시스템(200) DC/AC 인버터(640)를 통해 AC 전력 분배 시스템(400)으로 흐를 수 있다.[0068] Still referring to FIG. 7, the overall system is configured to generate power by connecting DC battery system 100 to DC/AC inverter 640 through and under the control of switching system 200. can be initiated. DC power may flow from DC battery system 100 through switching subsystem 200 DC/AC inverter 640 to AC power distribution system 400.

[0069] AC 전력 분배 시스템(400)으로부터의 AC 전력은 전력 생성 시스템(300) 및 부하 소스(500)에 제공된다. 기능 제어 서브시스템(310)은 AC 전력 분배 시스템(400)에 연결된 정류기(630)로부터의 DC 전력을 DC 전기 모터 서브시스템(330)에 인가한다.[0069] AC power from AC power distribution system 400 is provided to power generation system 300 and load source 500. Function control subsystem 310 applies DC power from rectifier 630 coupled to AC power distribution system 400 to DC electric motor subsystem 330.

[0070] 400으로부터의 AC 전력은 630을 통해 300에 제공된다. 630으로부터의 DC 전력은 310을 통해 330에 제공된다. 차례로, DC 모터(330)는 DC 전기 생성기(380)를 구동한다. 위에서 서술된 바와 같이, 전력 분배 시스템(400)은 정류기 서브시스템(630)을 포함하는 전력 생성 시스템(300)에 연결될 수 있다.[0070] AC power from 400 is provided to 300 through 630. DC power from the 630 is provided to the 330 through the 310. In turn, DC motor 330 drives DC electricity generator 380. As described above, power distribution system 400 may be coupled to power generation system 300 including rectifier subsystem 630.

[0071] 그 중에서도, 기능 제어 서브시스템(310)은 DC 전기 모터 서브시스템(330)의 속도를 제어할 수 있다. DC 모터(330)와 AC 전기 생성기(350) 사이의 커플러의 회전 속도는 필요에 따라 변할 수 있지만, 커플러의 회전 속도는 DC 전기 모터(330) 및 AC 전기 생성기(350)의 출력 속도에 대해 불변한다. 일 실시예에서, DC 전기 모터(330) 및 AC 전기 생성기(350)는 직접 커플링된다.[0071] Among other things, the function control subsystem 310 may control the speed of the DC electric motor subsystem 330. The rotational speed of the coupler between the DC motor 330 and the AC electric generator 350 may vary as needed, but the rotational speed of the coupler is invariant with respect to the output speed of the DC electric motor 330 and the AC electric generator 350. do. In one embodiment, DC electric motor 330 and AC electric generator 350 are directly coupled.

[0072] 전력 생성 시스템(300)은 또한, 기능 제어 서브시스템(310)에 의해 제어되는 냉각 서브시스템(360)을 포함할 수 있다. 냉각 서브시스템(360)은 전체 시스템의 임의의 그리고/또는 모든 열 생성 컴포넌트들, 이를테면, 기능 제어 서브시스템(310), DC 전기 모터 서브시스템(330), 및 DC 전기 생성기(380)와 동작가능하게 접촉할 수 있다. 냉각 서브시스템(360)은 당업자들에 알려진 방식으로 최적의 동작 온도 범위들에서 시스템 엘리먼트들을 유지할 수 있다.[0072] The power generation system 300 may also include a cooling subsystem 360 that is controlled by the function control subsystem 310. Cooling subsystem 360 is operable with any and/or all heat generating components of the overall system, such as function control subsystem 310, DC electric motor subsystem 330, and DC electric generator 380. can be contacted. Cooling subsystem 360 may maintain system elements at optimal operating temperature ranges in a manner known to those skilled in the art.

[0073] 커패시터 서브시스템(320)은 기능 제어 서브시스템(310)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 서로 병렬로 상호 연결된 복수의 커패시터들을 포함할 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 역률 래그 및 페이즈 시프트와 같은 시스템 특성들을 제어 및 정정하는 데 사용될 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 또한, 저장된 에너지를 증가시킬 수 있고, 기능 제어 서브시스템(310) 내의 프로세서에 의해 생성된 사인파의 안정화를 개선할 수 있다.[0073] Capacitor subsystem 320 may be electrically coupled to function control subsystem 310. Capacitor subsystem 320 may include a plurality of capacitors interconnected in parallel with each other. Capacitor subsystem 320 may be used to control and correct system characteristics such as power factor lag and phase shift. Capacitor subsystem 320 may also increase stored energy and improve stabilization of the sine wave generated by the processor within function control subsystem 310.

[0074] 기능 제어 서브시스템(310)은 본원에서 설명된 방식으로 전체 시스템을 동작시키기 위해 필요에 따라, 디지털 프로세서, 디지털 메모리 컴포넌트들, 및 제어 프로그래밍을 포함할 수 있다. 예컨대, 기능 제어 서브시스템(310)은 시작 시퀀스, 셧다운 시퀀스, 진동 모니터링, 과열 모니터링, 및 원격 모니터링을 위한 시스템 컴포넌트들을 제어하는 프로그래밍을 포함할 수 있다. 기능 제어 서브시스템(310)은 또한, 시스템 데이터를 제공하는 하나 이상의 파라미터 모니터링 컴포넌트들을 포함하거나 또는 이들에 연결될 수 있다. 그러한 데이터는 배터리 충전 레벨 및 용량, 배터리 전류량, 배터리 전압, 배터리 사용 시간, 배터리 충전 시간, 전류 시간, 시스템 엘리먼트 온도들, 진동, 소스 부하, 전기 모터 토크, 전기 모터 rpm, 전기 생성기 토크, 전기 생성기 rpm, 배터리 충전 시스템 부하, 정류기 세팅들 및 인덕터 세팅들을 포함할 수 있다(그러나 이들에 제한되지 않음).[0074] Functional control subsystem 310 may include a digital processor, digital memory components, and control programming, as needed to operate the overall system in the manner described herein. For example, function control subsystem 310 may include programming to control system components for startup sequences, shutdown sequences, vibration monitoring, overheating monitoring, and remote monitoring. Function control subsystem 310 may also include or be coupled to one or more parameter monitoring components that provide system data. Such data may include battery charge level and capacity, battery amperage, battery voltage, battery usage time, battery charge time, current time, system element temperatures, vibration, source load, electric motor torque, electric motor rpm, electric generator torque, electric generator May include (but are not limited to) rpm, battery charging system load, rectifier settings, and inductor settings.

[0075] 바람직한 실시예에서, DC 생성기(380)는 낮은 rpm들에서 비교적 낮은 토크 요건들로 10 kw의 전력을 출력할 수 있다. 예컨대, DC 생성기(380)는 1 kW의 출력 전력당 5 피트-파운드의 토크를 요구할 수 있다.[0075] In the preferred embodiment, DC generator 380 is capable of outputting 10 kw of power at low rpms and with relatively low torque requirements. For example, DC generator 380 may require 5 foot-pounds of torque per 1 kW of output power.

[0076] 일단 전체 시스템이 가동되고 전력을 생성하면, DC/AC 인버터(640)는 전력 분배 시스템(400)에 연결된 부하 소스(500)에 대한 모든 전류 수요들을 공급할 뿐만 아니라 DC 전기 모터 서브시스템(330)에 전력을 공급하는 데 필요한 전류를 공급할 수 있다. 일부 실시예들에서, 인버터(640)는 시스템이 배터리 서브시스템(100)에 의해 전력을 공급받도록 DC 전기 모터(330)를 셧다운할 수 있다. 배터리 서브시스템(100)이 사전 결정된 레벨로 방전될 때, 인버터(640)는 DC 전기 모터(330)를 재시작할 것이다.[0076] Once the entire system is up and running and generating power, the DC/AC inverter 640 supplies all current demands for the load sources 500 connected to the power distribution system 400 as well as the DC electric motor subsystem ( 330) can supply the current necessary to power the device. In some embodiments, inverter 640 may shut down DC electric motor 330 so that the system is powered by battery subsystem 100. When battery subsystem 100 discharges to a predetermined level, inverter 640 will restart DC electric motor 330.

[0077] 전력 생성 시스템(300)으로부터 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)을 통해 흐르는 DC 전력은 DC 배터리 시스템(100)을 완전히 충전된 상태로 유지하는 데 사용될 수 있다.[0077] DC power flowing from power generation system 300 through battery charge controller subsystem 650 may be used to maintain DC battery system 100 in a fully charged state.

[0078] 재충전을 위해 필요하지 않은 초과 전력은 DC 모터(330)에 전력을 공급하는 데 사용되도록 인버터 서브시스템(640), 전력 분배 서브시스템(400), 정류기 서브시스템(630), 및 전기 기능 제어부(310)로 지향될 수 있다.[0078] Excess power not needed for recharging is used to power the DC motor 330, the inverter subsystem 640, the power distribution subsystem 400, the rectifier subsystem 630, and the electrical functions. It may be directed to the control unit 310.

[0079] DC 배터리 시스템(100)이 완전히 충전된 상태에 있을 때, DC 모터(330)를 구동하기 위한 모든 전력은 배터리 충전 시스템(600)에 의해 공급될 수 있다. 이러한 방식으로, DC 배터리 시스템(100)은 전류 제공자와는 대조적으로 전류 촉매로서 기능할 수 있다.[0079] When the DC battery system 100 is in a fully charged state, all power for driving the DC motor 330 may be supplied by the battery charging system 600. In this way, DC battery system 100 can function as a current catalyst as opposed to a current provider.

[0080] 본 발명의 대안적인 실시예가 도 8에 예시되며, 여기서 유사한 참조 부호들은 다른 실시예들과 관련하여 설명된 것들과 유사한 방식으로 동작하는 유사한 엘리먼트들을 지칭한다.[0080] An alternative embodiment of the invention is illustrated in Figure 8, where like reference numbers refer to like elements that operate in a similar manner to those described with respect to other embodiments.

[0081] DC 배터리 시스템(100)은 전도체들(150, 152, 및 156)을 통해 스위칭 서브시스템(200)에 연결된다. 스위칭 시스템(200)은 차례로, DC/AC 인버터(640)를 통해 제1 AC 전력 분배 시스템(410) 및 제2 AC 전력 분배 시스템(420)에 연결된다. 제1 AC 전력 분배 시스템(410)은 부하 소스(500) 및 전력 생성 시스템(300) 둘 모두에 연결된다. 전력 생성 시스템(300)은 제2 AC 전력 분배 시스템(420)에 연결된다. 전력 생성 시스템(300)은 제1 AC 전력 분배 서브시스템으로부터 AC 전력을 수신하는 정류기 서브시스템을 포함한다. 전력 생성 시스템(300)은 또한 기능 제어 서브시스템(310), DC 전기 모터(330), 및 AC 생성기(350)를 포함하며, 이들 모두는 아래에서 더 상세하게 논의된다.[0081] DC battery system 100 is connected to switching subsystem 200 through conductors 150, 152, and 156. Switching system 200 is, in turn, connected to first AC power distribution system 410 and second AC power distribution system 420 via DC/AC inverter 640. First AC power distribution system 410 is coupled to both load source 500 and power generation system 300. Power generation system 300 is connected to a second AC power distribution system 420. Power generation system 300 includes a rectifier subsystem that receives AC power from a first AC power distribution subsystem. Power generation system 300 also includes a functional control subsystem 310, a DC electric motor 330, and an AC generator 350, all of which are discussed in more detail below.

[0082] 구체적으로, DC 배터리 시스템(100)의 제1, 제2, 및 제3 배터리 서브시스템들(110, 120, 및 130)의 제1 양극들은 전도체들(150, 152, 및 156)을 통해 스위칭 서브시스템(200)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 차례로, 스위칭 서브시스템(200)은 양극성 전도체를 경유하여 포인트 A를 통해 기능 제어 서브시스템(310)에 그리고 양극성 전도체를 경유하여 포인트 C를 통해 DC/AC 인버터(640)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 배터리 서브시스템들(110, 120, 및 130)의 음극들은 전도체(154)를 경유하여 포인트 B를 통해 기능 제어 서브시스템(310) 및 DC/AC 인버터(640)에 전기적으로 연결될 수 있다.[0082] Specifically, the first anodes of the first, second, and third battery subsystems 110, 120, and 130 of the DC battery system 100 have conductors 150, 152, and 156. Each can be electrically connected to the switching subsystem 200 through. In turn, switching subsystem 200 may be electrically connected to function control subsystem 310 via point A via a positive conductor and to DC/AC inverter 640 via point C via a positive conductor. The cathodes of the first, second, and third battery subsystems 110, 120, and 130 are connected to the function control subsystem 310 and DC/AC inverter 640 via point B via conductor 154. can be electrically connected to.

[0083] 스위칭 서브시스템(200)은 회로를 완성하기 위해 전력 생성 시스템(300)의 일부인 기능 제어 서브시스템(310)을 통해 재충전 전력을 수신하도록 전체 회로 내외로의 DC 배터리 시스템(100)의 스위칭을 제어할 수 있다.[0083] Switching subsystem 200 switches DC battery system 100 into and out of the overall circuit to receive recharge power through function control subsystem 310, which is part of power generation system 300, to complete the circuit. can be controlled.

[0084] 도 8을 계속 참조하면, 전체 시스템은 스위칭 시스템(200)을 통해 그리고 스위칭 시스템(200)의 제어 하에 DC 배터리 시스템(100)을 DC/AC 인버터(640)에 연결함으로써 전력을 생성하도록 개시될 수 있다. 차례로, 인버터(640)로부터의 AC 전력은 제1 AC 전력 분배 서브시스템(410)으로 흐를 수 있다.[0084] Still referring to FIG. 8, the overall system is configured to generate power by connecting the DC battery system 100 to the DC/AC inverter 640 through and under the control of switching system 200. can be initiated. In turn, AC power from inverter 640 may flow to first AC power distribution subsystem 410.

[0085] 제1 AC 전력 분배 시스템(410)으로부터의 AC 전력의 제1 부분은 부하 소스(500)에 제공되고, AC 전력의 제2 부분은 전력 생성 시스템(300)의 일부인 정류기(630)에 제공된다.[0085] A first portion of the AC power from the first AC power distribution system 410 is provided to the load source 500 and a second portion of the AC power is provided to a rectifier 630 that is part of the power generation system 300. provided.

[0086] 기능 제어 서브시스템(310)은 정류기(630)로부터의 DC 전력을 DC 전기 모터 서브시스템(330)에 인가한다. 차례로, DC 모터(330)는 AC 전기 생성기(350)를 구동한다. 그런 다음, AC 생성기(350)로부터의 AC 전력은 회로를 완성하기 위해 제2 AC 전력 분배 시스템(420)으로 그리고 차례로, 인버터(640)로 흐른다.[0086] Function control subsystem 310 applies DC power from rectifier 630 to DC electric motor subsystem 330. In turn, DC motor 330 drives AC electricity generator 350. AC power from AC generator 350 then flows to second AC power distribution system 420 and, in turn, to inverter 640 to complete the circuit.

[0087] 그 중에서도, 기능 제어 서브시스템(310)은 DC 전기 모터 서브시스템(330)의 속도를 제어할 수 있다. DC 모터(330)와 AC 전기 생성기(350) 사이의 커플러의 회전 속도는 필요에 따라 변할 수 있지만, 커플러의 회전 속도는 DC 전기 모터(330) 및 AC 전기 생성기(350)의 출력 속도에 대해 불변한다. 일 실시예에서, DC 전기 모터(330) 및 AC 전기 생성기(350)는 직접 커플링된다.[0087] Among other things, the function control subsystem 310 may control the speed of the DC electric motor subsystem 330. The rotational speed of the coupler between the DC motor 330 and the AC electric generator 350 may vary as needed, but the rotational speed of the coupler is invariant with respect to the output speed of the DC electric motor 330 and the AC electric generator 350. do. In one embodiment, DC electric motor 330 and AC electric generator 350 are directly coupled.

[0088] 전력 생성 시스템(300)은 또한, 기능 제어 서브시스템(310)에 의해 제어되는 냉각 서브시스템(360)을 포함할 수 있다. 냉각 서브시스템(360)은 전체 시스템의 임의의 그리고/또는 모든 열 생성 컴포넌트들, 이를테면, 기능 제어 서브시스템(310), DC 전기 모터 서브시스템(330), 및 AC 전기 생성기(350)와 동작가능하게 접촉할 수 있다. 냉각 서브시스템(360)은 당업자들에 알려진 방식으로 최적의 동작 온도 범위들에서 시스템 엘리먼트들을 유지할 수 있다.[0088] The power generation system 300 may also include a cooling subsystem 360 that is controlled by the function control subsystem 310. Cooling subsystem 360 is operable with any and/or all heat generating components of the overall system, such as function control subsystem 310, DC electric motor subsystem 330, and AC electric generator 350. can be contacted. Cooling subsystem 360 may maintain system elements at optimal operating temperature ranges in a manner known to those skilled in the art.

[0089] 커패시터 서브시스템(320)은 기능 제어 서브시스템(310)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 서로 병렬로 상호 연결된 복수의 커패시터들을 포함할 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 역률 래그 및 페이즈 시프트와 같은 시스템 특성들을 제어 및 정정하는 데 사용될 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 또한, 저장된 에너지를 증가시킬 수 있고, 기능 제어 서브시스템(310) 내의 프로세서에 의해 생성된 사인파의 안정화를 개선할 수 있다.[0089] Capacitor subsystem 320 may be electrically coupled to function control subsystem 310. Capacitor subsystem 320 may include a plurality of capacitors interconnected in parallel with each other. Capacitor subsystem 320 may be used to control and correct system characteristics such as power factor lag and phase shift. Capacitor subsystem 320 may also increase stored energy and improve stabilization of the sine wave generated by the processor within function control subsystem 310.

[0090] 기능 제어 서브시스템(310)은 본원에서 설명된 방식으로 전체 시스템을 동작시키기 위해 필요에 따라, 디지털 프로세서, 디지털 메모리 컴포넌트들, 및 제어 프로그래밍을 포함할 수 있다. 예컨대, 기능 제어 서브시스템(310)은 시작 시퀀스, 셧다운 시퀀스, 진동 모니터링, 과열 모니터링, 및 원격 모니터링을 위한 시스템 컴포넌트들을 제어하는 프로그래밍을 포함할 수 있다. 기능 제어 서브시스템(310)은 또한, 시스템 데이터를 제공하는 하나 이상의 파라미터 모니터링 컴포넌트들을 포함하거나 또는 이들에 연결될 수 있다. 그러한 데이터는 배터리 충전 레벨 및 용량, 배터리 전류량, 배터리 전압, 배터리 사용 시간, 배터리 충전 시간, 전류 시간, 시스템 엘리먼트 온도들, 진동, 소스 부하, 전기 모터 토크, 전기 모터 rpm, 전기 생성기 토크, 전기 생성기 rpm, 배터리 충전 시스템 부하, 정류기 세팅들 및 인덕터 세팅들을 포함할 수 있다(그러나 이들에 제한되지 않음).[0090] Functional control subsystem 310 may include a digital processor, digital memory components, and control programming, as needed to operate the overall system in the manner described herein. For example, function control subsystem 310 may include programming to control system components for startup sequences, shutdown sequences, vibration monitoring, overheating monitoring, and remote monitoring. Function control subsystem 310 may also include or be coupled to one or more parameter monitoring components that provide system data. Such data may include battery charge level and capacity, battery amperage, battery voltage, battery usage time, battery charge time, current time, system element temperatures, vibration, source load, electric motor torque, electric motor rpm, electric generator torque, electric generator May include (but are not limited to) rpm, battery charging system load, rectifier settings, and inductor settings.

[0091] 바람직한 실시예에서, DC 생성기(380)는 낮은 rpm들에서 비교적 낮은 토크 요건들로 10 kw의 전력을 출력할 수 있다. 예컨대, DC 생성기(380)는 1 kW의 출력 전력당 5 피트-파운드의 토크를 요구할 수 있다.[0091] In the preferred embodiment, DC generator 380 is capable of outputting 10 kw of power at low rpms and with relatively low torque requirements. For example, DC generator 380 may require 5 foot-pounds of torque per 1 kW of output power.

[0092] 일단 전체 시스템이 가동되고 전력을 생성하면, DC/AC 인버터(640)는 전력 분배 시스템(400)에 연결된 부하 소스(500)에 대한 모든 전류 수요들을 공급할 뿐만 아니라 전력 생성 서브시스템(300) 및 특히, DC 전기 모터 서브시스템(330)에 전력을 공급하는 데 필요한 전류를 공급할 수 있다. 일부 실시예들에서, 인버터(640)는 시스템이 배터리 서브시스템(100)에 의해 전력을 공급받도록 DC 전기 모터(330)를 셧다운할 수 있다. 배터리 서브시스템(100)이 사전 결정된 레벨로 방전될 때, 인버터(640)는 DC 전기 모터(330)를 재시작할 것이다.[0092] Once the entire system is operational and generating power, the DC/AC inverter 640 supplies all current demands for the load sources 500 connected to the power distribution system 400 as well as the power generation subsystem 300. ) and, in particular, can supply the current necessary to power the DC electric motor subsystem 330. In some embodiments, inverter 640 may shut down DC electric motor 330 so that the system is powered by battery subsystem 100. When battery subsystem 100 discharges to a predetermined level, inverter 640 will restart DC electric motor 330.

[0093] 전력 생성 시스템(300)으로부터 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)을 통해 흐르는 DC 전력은 DC 배터리 시스템(100)을 완전히 충전된 상태로 유지하는 데 사용될 수 있다.[0093] DC power flowing from power generation system 300 through battery charge controller subsystem 650 may be used to maintain DC battery system 100 in a fully charged state.

[0094] 이 실시예에서, 도 7에 도시된 것과 비교하여, DC 생성기(380)는 AC 생성기(350)로 대체된다. 이것은 AC 전류를 제2 전력 분배 패널(420)로 직접 흐르게 하는 것을 가능하게 한다. 그리고 AC 전력을 DC/AC 인버터들에 직접 인가하며, 이는 차례로, 그리드 타이(grid tie)의 경우에서와 인버터들에 대해 동일한 효과를 가질 것이다. 인버터 내의 센서들은 AC 전력을 검출할 것이고, AC 전력이 이들을 통해 제1 전력 분배 패널(410)로 직접 흐를 수 있게 할 것이다. 또한, AC 생성기를 사용함으로써, 시스템이 인버터에 포함된 충전 제어기를 활용할 것이므로, 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)에 대한 요건이 더이상 존재하지 않는다.[0094] In this embodiment, compared to that shown in FIG. 7, the DC generator 380 is replaced with an AC generator 350. This allows AC current to flow directly to the second power distribution panel 420. It then applies AC power directly to the DC/AC inverters, which in turn will have the same effect on the inverters as in the case of a grid tie. Sensors within the inverter will detect AC power and allow AC power to flow through them directly to the first power distribution panel 410. Additionally, by using the AC generator, there is no longer a requirement for a battery charge controller subsystem 650 since the system will utilize the charge controller included in the inverter.

[0095] 본 발명의 대안적인 실시예가 도 9에 예시되며, 여기서 유사한 참조 부호들은 다른 실시예들과 관련하여 설명된 것들과 유사한 방식으로 동작하는 유사한 엘리먼트들을 지칭한다.[0095] An alternative embodiment of the invention is illustrated in Figure 9, where like reference numbers refer to like elements that operate in a similar manner to those described with respect to other embodiments.

[0096] DC 전력 생성 시스템(300)은 온-그리드 인버터(370)를 통해, 부하 소스(500)에 전력을 공급하기 위한 AC 전력 분배 시스템(400)에 연결될 수 있다. DC 전력 생성 시스템(300)은 또한, 정류기/인덕터 시스템(700)을 통해 DC 배터리 시스템(100)에 연결될 수 있다. 배터리/UPS 시스템(100)은 정류기/인덕터 시스템(700)을 통해 전력 생성 시스템(300)에 선택적으로 전력을 공급할 수 있다. 스위칭 서브시스템(200)은 회로를 완성하기 위해 DC 생성기(380)에 연결된 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)으로부터 재충전 전력을 수신하도록 전체 회로 내외로의 배터리(100)의 스위칭을 제어할 수 있다.[0096] The DC power generation system 300 may be connected, through an on-grid inverter 370, to the AC power distribution system 400 for supplying power to the load source 500. DC power generation system 300 may also be coupled to DC battery system 100 through a rectifier/inductor system 700. Battery/UPS system 100 may selectively supply power to power generation system 300 through rectifier/inductor system 700. Switching subsystem 200 may control switching of battery 100 into and out of the overall circuit to receive recharge power from battery charge controller subsystem 650 coupled to DC generator 380 to complete the circuit.

[0097] 도 9를 계속 참조하면, 전체 시스템은 스위칭 시스템(200)의 제어 하에 배터리(100)를 정류기/인덕터 시스템(700)에 연결함으로써 전력을 생성하도록 개시될 수 있다. DC 전력은 배터리/UPS 시스템(100)으로부터 정류기(730) 및 회로 차단기(720)를 통해 흐를 수 있다. 정류기(730)로부터의 DC 전력은 전력 생성 시스템(300)에 제공된다. 기능 제어 서브시스템(310)은 정류기(730)로부터의 DC 전력을 DC 전기 모터 서브시스템(330)에 인가한다. 차례로, DC 모터는 DC 전기 생성기(380)를 구동한다. DC 모터(330)와 AC 전기 생성기(350) 사이의 커플러의 회전 속도는 필요에 따라 변할 수 있지만, 커플러의 회전 속도는 DC 전기 모터(330) 및 AC 전기 생성기(350)의 출력 속도에 대해 불변한다. 일 실시예에서, DC 전기 모터(330) 및 AC 전기 생성기(350)는 직접 커플링된다.[0097] Still referring to FIG. 9, the overall system can be initiated to generate power by connecting battery 100 to rectifier/inductor system 700 under control of switching system 200. DC power may flow from battery/UPS system 100 through rectifier 730 and circuit breaker 720. DC power from rectifier 730 is provided to power generation system 300. Function control subsystem 310 applies DC power from rectifier 730 to DC electric motor subsystem 330. In turn, the DC motor drives the DC electricity generator 380. The rotational speed of the coupler between the DC motor 330 and the AC electric generator 350 may vary as needed, but the rotational speed of the coupler is invariant with respect to the output speed of the DC electric motor 330 and the AC electric generator 350. do. In one embodiment, DC electric motor 330 and AC electric generator 350 are directly coupled.

[0098] 기능 제어 서브시스템(310)은 전기 모터 서브시스템(330)의 속도를 제어할 수 있다. 전력 생성 시스템(300)은 또한, 기능 제어 서브시스템(310)에 의해 제어되는 냉각 서브시스템(360)을 포함할 수 있다. 냉각 서브시스템(360)은 전체 시스템의 임의의 그리고/또는 모든 열 생성 컴포넌트들, 이를테면, 기능 제어 서브시스템(310), 전기 모터 서브시스템(330), 기어 박스(340), 및 DC 전기 생성기(380)와 동작가능하게 접촉할 수 있다. 냉각 서브시스템(360)은 당업자들에 알려진 방식으로 최적의 동작 온도 범위들에서 시스템 엘리먼트들을 유지할 수 있다.[0098] The function control subsystem 310 may control the speed of the electric motor subsystem 330. Power generation system 300 may also include a cooling subsystem 360 that is controlled by function control subsystem 310. Cooling subsystem 360 may include any and/or all heat generating components of the overall system, such as function control subsystem 310, electric motor subsystem 330, gear box 340, and DC electrical generator ( 380) and can be operatively contacted. Cooling subsystem 360 may maintain system elements at optimal operating temperature ranges in a manner known to those skilled in the art.

[0099] 커패시터 서브시스템(320)은 기능 제어 서브시스템(310)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 서로 병렬로 상호 연결된 복수의 커패시터들을 포함할 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 역률 래그 및 페이즈 시프트와 같은 시스템 특성들을 제어 및 정정하는 데 사용될 수 있다. 커패시터 서브시스템(320)은 또한, 저장된 에너지를 증가시킬 수 있고, 기능 제어 서브시스템(310) 내의 프로세서에 의해 생성된 사인파의 안정화를 개선할 수 있다.[0099] Capacitor subsystem 320 may be electrically coupled to function control subsystem 310. Capacitor subsystem 320 may include a plurality of capacitors interconnected in parallel with each other. Capacitor subsystem 320 may be used to control and correct system characteristics such as power factor lag and phase shift. Capacitor subsystem 320 may also increase stored energy and improve stabilization of the sine wave generated by the processor within function control subsystem 310.

[00100] 기능 제어 서브시스템(310)은 본원에서 설명된 방식으로 전체 시스템을 동작시키기 위해 필요에 따라, 디지털 프로세서, 디지털 메모리 컴포넌트들, 및 제어 프로그래밍을 포함할 수 있다. 예컨대, 기능 제어 서브시스템(310)은 시작 시퀀스, 셧다운 시퀀스, 진동 모니터링, 과열 모니터링, 및 원격 모니터링을 위한 시스템 컴포넌트들을 제어하는 프로그래밍을 포함할 수 있다. 기능 제어 서브시스템(310)은 또한, 시스템 데이터를 제공하는 하나 이상의 파라미터 모니터링 컴포넌트들을 포함하거나 또는 이들에 연결될 수 있다. 그러한 데이터는 배터리 충전 레벨 및 용량, 배터리 전류량, 배터리 전압, 배터리 사용 시간, 배터리 충전 시간, 전류 시간, 시스템 엘리먼트 온도들, 진동, 소스 부하, 전기 모터 토크, 전기 모터 rpm, 전기 생성기 토크, 전기 생성기 rpm, 배터리 충전 시스템 부하, 및 정류기 세팅들을 포함할 수 있다(그러나 이들에 제한되지 않음).[00100] Functional control subsystem 310 may include a digital processor, digital memory components, and control programming, as necessary to operate the overall system in the manner described herein. For example, function control subsystem 310 may include programming to control system components for startup sequences, shutdown sequences, vibration monitoring, overheating monitoring, and remote monitoring. Function control subsystem 310 may also include or be coupled to one or more parameter monitoring components that provide system data. Such data may include battery charge level and capacity, battery amperage, battery voltage, battery usage time, battery charge time, current time, system element temperatures, vibration, source load, electric motor torque, electric motor rpm, electric generator torque, electric generator May include (but are not limited to) rpm, battery charging system load, and rectifier settings.

[00101] 바람직한 실시예에서, DC 생성기(380)는 낮은 rpm들에서 비교적 낮은 토크 요건들로 10 kw의 전력을 출력할 수 있다. 예컨대, DC 생성기(380)는 1 kW의 출력 전력당 5 피트-파운드의 토크를 요구할 수 있다.[00101] In the preferred embodiment, DC generator 380 is capable of outputting 10 kw of power at low rpms and with relatively low torque requirements. For example, DC generator 380 may require 5 foot-pounds of torque per 1 kW of output power.

[00102] DC 생성기(380)로부터 출력된 DC 전력은 동작하기 위해 220 AC 볼트를 요구하는 온-그리드(예컨대, 10 kw) 인버터(370)에 제공될 수 있다. 차례로, 온-그리드 인버터(370)로부터의 AC 전력은 로컬 또는 국가 전력 그리드, 로컬 전력 아웃렛들, 및 전력 분배 시스템(400)에 온라인으로 제공될 수 있다. 일단 전체 시스템이 가동되고 전력을 생성하면, 온-그리드 인버터(370)는 전력 분배 시스템(400)에 연결된 부하 소스(500)에 대한 모든 전류 수요들을 공급할 뿐만 아니라 전력 분배 시스템(400) 및 정류기/인덕터 시스템(700)을 통해 DC 전기 모터 서브시스템(330)에 전력을 공급하는 데 필요한 전류를 공급할 수 있다. 가정 벽 아웃렛들(410)과 같은 그리드에 연결된 부하들에 전력을 공급하기 위해, 임의의 초과 전력이 온-그리드 인버터(370)로부터 국가 그리드에 공급될 수 있다. 국가 그리드에 전달되는 이러한 초과 전력은 전력 회사에 판매될 수 있거나, 또는 신용을 위해 거래될 수 있다.[00102] DC power output from DC generator 380 may be provided to an on-grid (e.g., 10 kw) inverter 370, which requires 220 AC volts to operate. In turn, AC power from on-grid inverter 370 may be provided online to the local or national power grid, local power outlets, and power distribution system 400. Once the entire system is up and running and generating power, the on-grid inverter 370 supplies all current demands for the load sources 500 connected to the power distribution system 400 as well as the power distribution system 400 and the rectifier/ Inductor system 700 can provide the current needed to power DC electric motor subsystem 330. Any excess power may be supplied from the on-grid inverter 370 to the national grid to power grid-connected loads, such as household wall outlets 410. This excess power delivered to the national grid can be sold to power companies, or traded for credit.

[00103] 위에서 서술된 바와 같이, 전력 분배 시스템(400)은 회로 차단기(720) 및 정류기(730)를 포함하는 인덕터 시스템(70)을 통해 배터리 충전 시스템(600)에 연결될 수 있다. 전력 분배 시스템은 벽 아웃렛들(410) 등을 포함하여 가정들에 전력을 전달하기 위해 국가 그리드에 연결될 수 있다. DC 생성기(380)로부터 배터리 충전 제어기 서브시스템(650)을 통해 흐르는 DC 전력은 배터리/UPS 시스템(100)을 완전히 충전된 상태로 유지하는 데 사용될 수 있다. 재충전을 위해 필요하지 않은 초과 전력은 DC 모터(330)에 전력을 공급하는 데 사용되도록 정류기/인덕터 시스템(700)으로 지향될 수 있다. 배터리/UPS 시스템(100)이 완전히 충전된 상태에 있을 때, DC 모터(330)를 구동하기 위한 모든 전력은 배터리 충전 시스템(600)에 의해 공급될 수 있다. 이러한 방식으로, 배터리/UPS 시스템(100)은 전류 제공자와는 대조적으로 전류 촉매로서 기능할 수 있다.[00103] As described above, power distribution system 400 may be coupled to battery charging system 600 through inductor system 70, which includes circuit breaker 720 and rectifier 730. The power distribution system may be connected to the national grid to deliver power to homes, including wall outlets 410 and the like. DC power flowing from DC generator 380 through battery charge controller subsystem 650 may be used to keep battery/UPS system 100 fully charged. Excess power not needed for recharging may be directed to rectifier/inductor system 700 for use in powering DC motor 330. When the battery/UPS system 100 is in a fully charged state, all power to drive the DC motor 330 may be supplied by the battery charging system 600. In this way, the battery/UPS system 100 can function as a current catalyst as opposed to a current provider.

[00104] 당업자들에 의해 이해될 바와 같이, 본 발명은 본 발명의 사상 또는 본질적인 특성들을 벗어나지 않으면서 다른 특정 형태들로 구현될 수 있다. 위에서 설명된 엘리먼트들은 본 발명을 구현하기 위한 하나의 기법의 예시적인 예들로서 제공된다. 당업자는 청구항들에 언급된 본 발명을 벗어나지 않으면서 많은 다른 구현들이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 예컨대, 사용되는 배터리들, 전기 모터, 전기 생성기, 인덕터, 및 정류기의 타입들, 사이즈들, 용량들은 본 발명의 의도된 범위를 벗어나지 않으면서 변할 수 있다. 따라서, 본 발명의 개시내용은 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다. 본 발명은, 본 발명의 그러한 모든 수정들 및 변형들이 첨부된 청구항들 및 이들의 등가물들의 범위 내에 속한다면, 본 발명의 그러한 모든 수정들 및 변형들을 커버하는 것으로 의도된다.[00104] As will be understood by those skilled in the art, the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics of the invention. The elements described above are provided as an illustrative example of one technique for implementing the invention. Those skilled in the art will recognize that many other implementations are possible without departing from the invention as recited in the claims. For example, the types, sizes, and capacities of batteries, electric motors, electrical generators, inductors, and rectifiers used may vary without departing from the intended scope of the invention. Accordingly, the present disclosure is intended to be illustrative rather than limiting in scope. The present invention is intended to cover all such modifications and variations of the invention, provided that they come within the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims (40)

전력 시스템으로서,
전기 배터리 서브시스템;
상기 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 스위칭 서브시스템;
상기 스위칭 서브시스템 및 상기 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 인버터;
상기 인버터에 커플링된 전력 분배 서브시스템 ― 상기 전력 분배 서브시스템은 전기 부하에 연결되도록 구성된 아웃렛 부하 라인을 포함함 ―;
상기 전력 분배 서브시스템에 커플링된 정류기 서브시스템;
상기 정류기 서브시스템에 커플링된 전기 구동식 기능 제어 서브시스템 ― 상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 프로세서 및 메모리를 포함함 ―;
상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 커패시터 서브시스템;
상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 전기 모터;
전기 생성기를 포함하는 전기 생성기 서브시스템 ― 상기 전기 생성기는 상기 전기 모터에 동작가능하게 연결되고, 상기 전기 모터로부터 입력 회전 모션을 수신하고, 상기 전기 모터의 출력 회전 속도 및 상기 전기 생성기에 제공되는 입력 회전 속도는 서로에 대해 불변함 ―; 및
상기 전기 생성기 서브시스템, 상기 스위칭 서브시스템, 상기 인버터, 및 상기 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 배터리 충전 제어기 서브시스템을 포함하는,
전력 시스템.
As a power system,
electric battery subsystem;
a switching subsystem coupled to the electric battery subsystem;
an inverter coupled to the switching subsystem and the electric battery subsystem;
a power distribution subsystem coupled to the inverter, the power distribution subsystem comprising an outlet load line configured to be coupled to an electrical load;
a rectifier subsystem coupled to the power distribution subsystem;
an electrically driven function control subsystem coupled to the rectifier subsystem, the electrically driven function control subsystem comprising a processor and a memory;
a capacitor subsystem coupled to the electrically driven function control subsystem;
an electric motor coupled to the electrically driven function control subsystem;
an electric generator subsystem comprising an electric generator, the electric generator operably connected to the electric motor, receiving an input rotational motion from the electric motor, an output rotational speed of the electric motor and an input provided to the electric generator. The rotational speeds are invariant to each other; and
comprising a battery charge controller subsystem coupled to the electric generator subsystem, the switching subsystem, the inverter, and the electric battery subsystem,
power system.
제1항에 있어서,
상기 전기 배터리 서브시스템은, 제1 극성을 갖는 제1 극 및 제2 극성을 갖는 제2 극을 갖고; 상기 스위칭 서브시스템은 상기 전기 배터리 서브시스템의 제1 극에 커플링되고; 상기 배터리 충전 제어기 서브시스템은 상기 스위칭 서브시스템 및 상기 전기 배터리 서브시스템의 제2 극에 커플링되고; 상기 인버터는 상기 스위칭 서브시스템, 및 상기 전기 배터리 서브시스템의 제2 극에 커플링되는,
전력 시스템.
According to paragraph 1,
The electric battery subsystem has a first pole having a first polarity and a second pole having a second polarity; the switching subsystem is coupled to a first pole of the electric battery subsystem; the battery charge controller subsystem is coupled to the switching subsystem and a second pole of the electric battery subsystem; the inverter is coupled to the switching subsystem and a second pole of the electric battery subsystem,
power system.
제1항에 있어서,
상기 전기 모터의 회전 속도는 상기 아웃렛 부하 라인에 대한 이용가능한 전력의 사전 결정된 레벨에 대해 상기 전기 배터리 서브시스템의 전력 고갈을 최적화하도록 세팅되는,
전력 시스템.
According to paragraph 1,
wherein the rotational speed of the electric motor is set to optimize power depletion of the electric battery subsystem for a predetermined level of available power for the outlet load line,
power system.
제1항에 있어서,
상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 상기 전기 모터의 상대 회전 속도의 자동 조정을 제공하는,
전력 시스템.
According to paragraph 1,
wherein the electrically driven function control subsystem provides automatic adjustment of the relative rotational speed of the electric motor.
power system.
제1항에 있어서,
상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 상기 전기 생성기의 전력 출력 및 상기 전기 배터리 서브시스템의 재충전 요건들에 기초하여 상기 아웃렛 부하 라인에 대한 이용가능한 전력에 대한 상한을 자동으로 세팅하는,
전력 시스템.
According to paragraph 1,
wherein the electrically driven function control subsystem automatically sets an upper limit on the available power for the outlet load line based on the power output of the electrical generator and the recharge requirements of the electrical battery subsystem.
power system.
제1항에 있어서,
상기 인버터는 상기 전력 시스템이 상기 전기 배터리 서브시스템에 의해 전력을 공급받는 전기 모터를 셧다운하고,
상기 전기 배터리 서브시스템이 사전 결정된 레벨로 방전될 때, 상기 인버터는 상기 전기 모터를 재시작하는,
전력 시스템.
According to paragraph 1,
the inverter shuts down the electric motor from which the power system is powered by the electric battery subsystem;
When the electric battery subsystem discharges to a predetermined level, the inverter restarts the electric motor.
power system.
제6항에 있어서,
상기 전기 배터리 서브시스템은, 제1 극성을 갖는 제1 극 및 제2 극성을 갖는 제2 극을 갖고; 상기 스위칭 서브시스템은 상기 전기 배터리 서브시스템의 제1 극에 커플링되고; 상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 상기 스위칭 서브시스템 및 상기 전기 배터리 서브시스템의 제2 극에 커플링되고; 상기 인버터는 상기 스위칭 서브시스템, 및 상기 전기 배터리 서브시스템의 제2 극에 커플링되는,
전력 시스템.
According to clause 6,
The electric battery subsystem has a first pole having a first polarity and a second pole having a second polarity; the switching subsystem is coupled to a first pole of the electric battery subsystem; the electrically driven function control subsystem is coupled to a second pole of the switching subsystem and the electric battery subsystem; the inverter is coupled to the switching subsystem and a second pole of the electric battery subsystem,
power system.
전력 시스템으로서,
전기 배터리 서브시스템;
상기 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 스위칭 서브시스템;
상기 스위칭 서브시스템 및 상기 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 인버터;
상기 인버터에 커플링된 제1 전력 분배 서브시스템 ― 상기 제1 전력 분배 서브시스템은 전기 부하에 연결되도록 구성된 아웃렛 부하 라인을 포함함 ―;
상기 제1 전력 분배 서브시스템에 커플링된 정류기 서브시스템;
상기 스위칭 서브시스템, 상기 인버터, 및 상기 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 전기 구동식 기능 제어 서브시스템 ― 상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 프로세서 및 메모리를 포함함 ―;
상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 커패시터 서브시스템;
상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 전기 모터;
전기 생성기를 포함하는 전기 생성기 서브시스템 ― 상기 전기 생성기는 상기 전기 모터에 동작가능하게 연결되고, 상기 전기 모터로부터 입력 회전 모션을 수신하고, 상기 전기 모터의 출력 회전 속도 및 상기 전기 생성기에 제공되는 입력 회전 속도는 서로에 대해 불변함 ―; 및
상기 전기 생성기 서브시스템 및 상기 인버터에 커플링된 제2 전력 분배 서브시스템을 포함하는,
전력 시스템.
As a power system,
electric battery subsystem;
a switching subsystem coupled to the electric battery subsystem;
an inverter coupled to the switching subsystem and the electric battery subsystem;
a first power distribution subsystem coupled to the inverter, the first power distribution subsystem comprising an outlet load line configured to be coupled to an electrical load;
a rectifier subsystem coupled to the first power distribution subsystem;
an electrically driven function control subsystem coupled to the switching subsystem, the inverter, and the electric battery subsystem, the electrically driven function control subsystem comprising a processor and a memory;
a capacitor subsystem coupled to the electrically driven function control subsystem;
an electric motor coupled to the electrically driven function control subsystem;
an electric generator subsystem comprising an electric generator, the electric generator operably connected to the electric motor, receiving an input rotational motion from the electric motor, an output rotational speed of the electric motor and an input provided to the electric generator. The rotational speeds are invariant to each other; and
comprising a second power distribution subsystem coupled to the electric generator subsystem and the inverter,
power system.
제8항에 있어서,
상기 전기 모터의 회전 속도는 상기 아웃렛 부하 라인에 대한 이용가능한 전력의 사전 결정된 레벨에 대해 상기 전기 배터리 서브시스템의 전력 고갈을 최적화하도록 세팅되는,
전력 시스템.
According to clause 8,
wherein the rotational speed of the electric motor is set to optimize power depletion of the electric battery subsystem for a predetermined level of available power for the outlet load line,
power system.
제8항에 있어서,
상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 상기 전기 모터의 상대 회전 속도의 자동 조정을 제공하는,
전력 시스템.
According to clause 8,
wherein the electrically driven function control subsystem provides automatic adjustment of the relative rotational speed of the electric motor.
power system.
제8항에 있어서,
상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 상기 전기 생성기의 전력 출력 및 상기 전기 배터리 서브시스템의 재충전 요건들에 기초하여 상기 아웃렛 부하 라인에 대한 이용가능한 전력에 대한 상한을 자동으로 세팅하는,
전력 시스템.
According to clause 8,
wherein the electrically driven function control subsystem automatically sets an upper limit on the available power for the outlet load line based on the power output of the electrical generator and the recharge requirements of the electrical battery subsystem.
power system.
제8항에 있어서,
상기 인버터는 상기 전력 시스템이 상기 전기 배터리 서브시스템에 의해 전력을 공급받는 전기 모터를 셧다운하고, 그리고
상기 전기 배터리 서브시스템이 사전 결정된 레벨로 방전될 때, 상기 인버터는 상기 전기 모터를 재시작하는,
전력 시스템.
According to clause 8,
The inverter shuts down the electric motor from which the power system is powered by the electric battery subsystem, and
When the electric battery subsystem discharges to a predetermined level, the inverter restarts the electric motor.
power system.
전력 시스템으로서,
전기 배터리 서브시스템;
상기 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 스위칭 서브시스템;
상기 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 정류기 서브시스템;
상기 정류기 서브시스템에 커플링된 차단기 서브시스템;
상기 정류기 서브시스템에 커플링된 전기 구동식 기능 제어 서브시스템 ― 상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 프로세서 및 메모리를 포함함 ―;
상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 커패시터 서브시스템;
상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템에 커플링된 전기 모터;
전기 생성기를 포함하는 전기 생성기 서브시스템 ― 상기 전기 생성기는 상기 전기 모터에 동작가능하게 연결되고, 상기 전기 모터로부터 입력 회전 모션을 수신하고, 상기 전기 모터의 출력 회전 속도 및 상기 전기 생성기에 제공되는 입력 회전 속도는 서로에 대해 불변함 ―;
상기 전기 생성기 서브시스템에 커플링된 인버터 서브시스템;
상기 인버터 서브시스템 및 상기 차단기 서브시스템에 커플링된 전력 분배 서브시스템 ― 상기 전력 분배 서브시스템은 전기 부하에 연결되도록 구성된 아웃렛 부하 라인을 포함함 ―; 및
상기 전기 생성기 서브시스템 및 상기 전기 배터리 서브시스템에 커플링된 배터리 충전 제어기 서브시스템을 포함하는,
전력 시스템.
As a power system,
electric battery subsystem;
a switching subsystem coupled to the electric battery subsystem;
a rectifier subsystem coupled to the electric battery subsystem;
a breaker subsystem coupled to the rectifier subsystem;
an electrically driven function control subsystem coupled to the rectifier subsystem, the electrically driven function control subsystem comprising a processor and a memory;
a capacitor subsystem coupled to the electrically driven function control subsystem;
an electric motor coupled to the electrically driven function control subsystem;
an electric generator subsystem comprising an electric generator, the electric generator operably connected to the electric motor, receiving an input rotational motion from the electric motor, an output rotational speed of the electric motor and an input provided to the electric generator. The rotational speeds are invariant to each other;
an inverter subsystem coupled to the electric generator subsystem;
a power distribution subsystem coupled to the inverter subsystem and the breaker subsystem, the power distribution subsystem including an outlet load line configured to be coupled to an electrical load; and
a battery charge controller subsystem coupled to the electric generator subsystem and the electric battery subsystem,
power system.
제13항에 있어서,
상기 전기 배터리 서브시스템은, 제1 극성을 갖는 제1 극 및 제2 극성을 갖는 제2 극을 갖고; 상기 스위칭 서브시스템은 상기 전기 배터리 서브시스템의 제1 극에 커플링되고; 상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 상기 스위칭 서브시스템 및 상기 전기 배터리 서브시스템의 제2 극에 커플링되고; 상기 인버터 서브시스템은 상기 스위칭 서브시스템 및 상기 전기 배터리 서브시스템의 제2 극에 커플링되는,
전력 시스템.
According to clause 13,
The electric battery subsystem has a first pole having a first polarity and a second pole having a second polarity; the switching subsystem is coupled to a first pole of the electric battery subsystem; the electrically driven function control subsystem is coupled to a second pole of the switching subsystem and the electric battery subsystem; wherein the inverter subsystem is coupled to a second pole of the switching subsystem and the electric battery subsystem,
power system.
제13항에 있어서,
상기 전기 모터의 회전 속도는 상기 아웃렛 부하 라인에 대한 이용가능한 전력의 사전 결정된 레벨에 대해 상기 전기 배터리 서브시스템의 전력 고갈을 최적화하도록 세팅되는,
전력 시스템.
According to clause 13,
wherein the rotational speed of the electric motor is set to optimize power depletion of the electric battery subsystem for a predetermined level of available power for the outlet load line,
power system.
제13항에 있어서,
상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 상기 전기 모터의 상대 회전 속도의 자동 조정을 제공하는,
전력 시스템.
According to clause 13,
wherein the electrically driven function control subsystem provides automatic adjustment of the relative rotational speed of the electric motor.
power system.
제13항에 있어서,
상기 전기 구동식 기능 제어 서브시스템은 상기 전기 생성기의 전력 출력 및 상기 전기 배터리 서브시스템의 재충전 요건들에 기초하여 상기 아웃렛 부하 라인에 대한 이용가능한 전력에 대한 상한을 자동으로 세팅하는,
전력 시스템.
According to clause 13,
wherein the electrically driven function control subsystem automatically sets an upper limit on the available power for the outlet load line based on the power output of the electrical generator and the recharge requirements of the electrical battery subsystem.
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