NL2020060B1 - Inrichting voor het verwerken van energie - Google Patents

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting, omvattend: 5 — een eerste batterij; — een elektromotor, elektrisch verbonden met de batterij voor het omzetten van de elektrische energie van de batterij in kinetische energie; — een generator, mechanisch verbonden met de 10 elektromotor voor het uit de kinetische energie in de elektromotor genereren van elektrische energie; en — oplaadmiddelen, elektrisch verbonden met de generator, voor het met de in de generator gegenereerde energie opladen van de eerste batterij. 15 De uitvinding heeft voorts betrekking op een combinatie van de inrichting en een elektrisch apparaat.

Description

Inrichting voor het verwerken van energie

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting.

Diverse apparaten kunnen worden gevoed door middel van een batterij, zoals een lithium-ion batterij. Hierbij zijn er enerzijds apparaten met een motor, zoals bijvoorbeeld stofzuigers of hoverboards, en anderzijds apparaten zonder motor, zoals bijvoorbeeld telefoons, computers waar tevens tabletcomputers onder worden verstaan.

Bij het gebruik van dergelijke apparaten zal de batterij als gevolg van het gebruik van de batterij naar verloop van tijd ontladen worden. Op het moment dat de batterij geheel ontladen is (of althans dusdanig ontladen dat de verdere hoeveelheid energie in de batterij benodigd is voor het nog kunnen opladen van de batterij), is het noodzakelijk om de batterij op te laden. De meest gebruikelijke methode van opladen is een verbinding met netvoeding, hetgeen veelal het nadeel met zich meebrengt dat op dat moment geen gebruik kan worden gemaakt van het apparaat, of dat het althans de mogelijkheden van verplaatsing van het apparaat tijdens het gebruik van het apparaat beperkt worden. Een alternatieve manier om de batterij op te laden is het verbinden van de batterij met een verdere batterij, zoals een powerbank. Het nadeel van een powerbank is dat deze meegenomen dient te worden en dat naarmate de capaciteit meer aansluit op de capaciteit van de batterij van het apparaat, de verdere batterij grote in volume en gewicht en daarmee minder draagbaar wordt.

Het is een doel van de uitvinding om een andere inrichting te ontwikkelen dan de inrichtingen zoals die op dit moment bekend zijn.

Dit doel wordt bereikt met een inrichting, omvattend: - een eerste batterij; - een elektromotor, elektrisch verbonden met de batterij voor het omzetten van de elektrische energie van de batterij in kinetische energie; - een generator, mechanisch verbonden met de elektromotor voor het uit de kinetische energie in de elektromotor genereren van elektrische energie; en - oplaadmiddelen, elektrisch verbonden met de generator, voor het met de in de generator gegenereerde energie opladen van de eerste batterij.

Bij de inrichting volgens de uitvinding wordt in eerste instantie elektrische energie uit de eerste batterij in de elektromotor, zoals een gelijkstroommotor, omgezet in kinetische energie (zoals bijvoorbeeld een draaiend element dat een aantal omwentelingen maakt), welke vervolgens wordt omgezet in elektrische energie via de aan de motor mechanisch verbonden of gekoppelde generator, waarmee door de oplaadmiddelen vervolgens de eerste batterij wordt opgeladen.

De inrichting kan hierbij een functioneel apparaat zijn, waarbij een functionele component wordt gevoed door de batterij. Er kan hierbij sprake zijn van elektrische voeding (door elektrische verbinding van de functionele component met bijvoorbeeld de eerste of tweede batterij, de generator of de stroomverdeler) of mechanische voeding (door mechanische koppeling met de elektromotor die ook gekoppeld is met de generator). De functionele component kan een draaiende component omvatten. In het geval de inrichting een stofzuiger is, dan kan de functionele component de propeller van de stofzuiger omvatten. In het geval de inrichting een voertuig zoals een hoverboard is, dan kan de functionele component de aandrijfas van het voertuig omvatten.

Het kan daarbij wenselijk zijn om in de elektrische verbinding tussen de eerste batterij en de elektromotor een spanningsomvormer aan te brengen om te zorgen dat de elektromotor niet meer spanning ontvangt dan de werkspanning van de elektromotor. Wanneer de laadspanning van de eerste batterij gelijk is aan of lager is dan de werkspanning, dan is een spanningomvormer niet noodzakelijk. De laadspanning van de eerste batterij is daarbij bij voorkeur gelijk of althans ongeveer gelijk aan de werkspanning van de elektromotor.

Het heeft de uitdrukkelijke voorkeur om een elektromotor te gebruiken die een aantal toeren kan bereiken waarmee de generator de laadspanning van de eerste batterij kan opwekken.

Het kan daarbij tevens wenselijk zijn om de in de generator gegenereerde energie in een verder in de inrichting opgenomen al dan niet instelbare spanningsomvormer tot een spanning te brengen die toepassing naar gelang wensen mogelijk maakt voor verder gebruik. Deze spanningsomvormer brengt de spanning bij voorkeur tot een stabiele niet-flucturerende spanning, hetgeen met name bij gelijkstroommotoren en gebruik van lithium-ion batterijen als eerste of tweede batterij voordelig is.

De oplaadmiddelen zorgen er bij voorkeur voor dat de laadspanning hoger is dan de werkspanning van de opgeladen tweede batterij, bij voorkeur ten minste 0.5 Volt. Naar gelang van de toepassing van de inrichting kunnen de oplaadmiddelen een converter, zoals een buck-converter, of een computerchip, zoals een computerchip die de energiestand van de tweede batterij kan bepalen en daarop de laadspanning kan afstemmen, zijn of omvatten. Een chip maakt het opladen daarbij efficiënt, waardoor gebruiksduur en levensduur van de eerste en tweede batterij aanzienlijk kunnen worden vergroot, met name wanneer deze batterijen lithium-ion batterijen betreffen.

Het is daarbij voordeling om kortsluitingsbeveiliging, overspanningsbeveiliging en/of aarding in de elektrische schakeling op te nemen.

In een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting omvat de inrichting verder een tweede batterij, waarbij de eerste batterij elektrisch verbonden is met de elektromotor en de tweede batterij elektrisch verbonden is met de oplaadmiddelen.

Het verdient de voorkeur om naast de eerste batterij verder een tweede batterij te verschaffen. Hierdoor wordt een buffer verschaft. Het kan daarbij mogelijk zijn om de batterijen bijvoorbeeld op een gegeven moment, al dan niet automatisch, van positie te verwisselen, zodat de eerste batterij vanaf dan de functie van de tweede batterij vervult, en vice versa.

Echter in een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting is de eerste batterij elektrisch verbonden met de tweede batterij voor het met de tweede batterij opladen van de eerste batterij.

In dit geval zal de eerste batterij de elektromotor voeden, terwijl de tweede batterij de eerste batterij oplaadt. De afgifte van de tweede batterij aan de eerste batterij is bij voorkeur variabel en instelbaar afhankelijk van energiebehoefte.

In een derde voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting is ten minste een van de eerste en tweede batterij een lithium-ion batterij.

Lithium-ion batterijen zijn op zichzelf bekend als voorbeeld van een batterij en hebben diverse voordelen, zoals een hoge energiedichtheid, geen kans op lekkages, geen significant geheugeneffeet en lange houdbaarheid. Bij het gebruik van lithium-ion batterijen bij de uitvinding is het voordelig wanneer de lithium-ion batterijen door de oplaadmiddelen met een overspanning worden aangebracht die hoger is dan de werkspanning van de betreffende batterijen.

Hierbij is het voordelig om de lithium-ion batterij steeds op te laden op of rond het moment dat deze een lading bereikt van op of rond de 70% van de maximale capaciteit, en om het opladen te stoppen op of rond een capaciteit van op of rond 90% van de maximale capaciteit, omdat is gebleken dat lithium-ion batterijen op deze wijze minder snel slijten.

In een vierde voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting omvat de inrichting een verder stroomverdeler met een ingang, een eerste uitgang en ten minste een tweede uitgang, waarbij de ingang elektrisch verbonden is met de generator, en waarbij de eerste uitgang elektrisch verbonden is met de oplaadmiddelen.

In de stroomverdeler wordt de stroom verdeeld over de eerste uitgang, waarbij de uitvoer door de eerste uitgang gebruikt kan worden om de eerste of tweede batterij met de oplaadmiddelen op te laden, en waarbij de uitvoer door de tweede uitgang wordt gebruikt kan worden om een functionele component (zoals, wanneer de inrichting een powerbank betreft, bijvoorbeeld van een telefoon) te voeden.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een combinatie van een inrichting volgens de uitvinding, en een elektrisch apparaat, welk elektrisch apparaat elektrisch verbonden is met een van de eerste batterij, de tweede batterij, de generator of de tweede uitgang van de stroomverdeler.

Deze en andere kenmerken van de uitvinding worden nader toegelicht aan de hand van de bijgaande tekeningen.

Figuur 1 toont een schematische weergave van een inrichting volgens de uitvinding.

Figuren IA, IB en 1C tonen details van de schematische weergave van figuur 1.

In figuur 1 is een inrichting 1 getoond omvattend een eerste lithium-ion batterij 2 en een tweede lithium-ion batterij 3. De tweede batterij 3 voedt de eerste batterij 2.

De eerste batterij 2 voedt een gelijkstroom elektromotor 4 via een spanningsomvormer 5. De elektromotor 4 is mechanisch verbonden met een generator 6. De in de generator 6 opgewekte energie wordt in een instelbare spanningsomvormer 7, ook wel bekend onder de Engelse term 'adjustable voltage transformer' en een spanningsomvormer 8, ook wel bekend als een 'stable voltage'. Deze spanningsomvormers 7, 8 brengen de spanning tot een stabiele niet-flucturerende spanning. Via een stroomverdeler 9 wordt vervolgens de energie afkomstig van de spanningsomvormers 7, 8 verdeeld over een eerste uitgang 10 en een tweede uitgang 11. Eerste uitgang 10 is aangesloten op oplaadmiddelen 12 en tweede uitgang 11 op een functionele component 13, die alhoewel niet getoond mogelijk ook onderdeel is van inrichting 1. Oplaadmiddelen 12 worden gebruikt om de tweede batterij 3 op te laden en daarmee eerste batterij 2, die met tweede batterij 3 verbonden is. Tweede batterij 3 vormt daarmee een buffer.

De oplaadmiddelen 12 omvatten onder meer een regelcircuit 14, een besturing 15 (getoond in figuur IA), een spanningsomvormer 16 (getoond in figuur 1B) en een pulsbreedtemodulator 17 (getoond in figuur 1C) en omvormer 21, elektrisch met elkaar verbonden.

Op diverse locaties in het circuit is kortsluitingsbeveiliging 18, overspanningsbeveiliging 19 en aarding 20 aangebracht.

Diverse elementen kunnen naast met de tweede uitgang 11 van de stroomverdeler 9 verder of alternatief elektrische verbonden zijn met een functionele component, zoals eerste batterij 2, tweede batterij 3, generator 6. Mechanische koppeling is ook mogelijk met het roterende deel van elektromotor 4.

Claims (6)

1. Inrichting, omvattend: - een eerste batterij; - een elektromotor, elektrisch verbonden met de batterij voor het omzetten van de elektrische energie van de batterij in kinetische energie; - een generator, mechanisch verbonden met de elektromotor voor het uit de kinetische energie in de elektromotor genereren van elektrische energie; en - oplaadmiddelen, elektrisch verbonden met de generator, voor het met de in de generator gegenereerde energie opladen van de eerste batterij.

2. Inrichting volgens conclusie 1, verder omvattend een tweede batterij, waarbij de eerste batterij elektrisch verbonden is met de elektromotor en de tweede batterij elektrisch verbonden is met de oplaadmiddelen.

3. Inrichting volgens conclusie 2, waarbij de eerste batterij elektrisch verbonden is met de tweede batterij voor het met de tweede batterij opladen van de eerste batterij.

4. Inrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij ten minste een van de eerste en tweede batterij een lithium-ion batterij is.

5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, verder omvattend een stroomverdeler met een ingang, een eerste uitgang en ten minste een tweede uitgang, waarbij de ingang elektrisch verbonden is met de generator, en waarbij de eerste uitgang elektrisch verbonden is met de oplaadmiddelen.

6. Combinatie van een inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, en een elektrisch apparaat, welk elektrisch apparaat elektrisch verbonden is met een van de eerste batterij, de tweede batterij, de generator of de tweede uitgang van de stroomverdeler.