涡轮发动机混合电源制造技术

公开了一种用于控制混合动力机器的方法。混合动力机器可配备有涡轮发动机(102)、与涡轮发动机(102)串联连接的发电机(120)、电能储存装置(130)以及驱动地连接到混合动力机器的功率输出部件的马达(140)。控制器(250)可接收功率需求信号，确定电能储存装置(130)中的功率水平，确定至少储存在涡轮发动机(102)和发电机(120)的旋转部件中的可用的惯性能量，以及提供一个或多个控制信号以选择性地控制向涡轮发动机(102)供电以达到全功率，选择性地切断对涡轮发动机(102)的全部燃料供应，通过捋来自发电机(120)的过剩电能引导至电能储存装置(130)来选择性地储存过剩能量作为电能，以及选择性地储存过剩能量作为惯性能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及一种电源，并且更具体地说，涉及一种涡轮发动机混合电源。
技术介绍
期望的是减少来自目前的电源的碳基排放物，而同时提高电源的燃料效率。除了提供每单位燃料可以做更多功的电源以外，如果电源能够从多种不同燃料得到能量也将是有利的。电源大小的减小也将符合提高燃料效率和减少排放物的目标，特别是符合移动电源。与常规电源相关联的一个问题是：当常规电源在接近或等于额定工况下运行时，所述常规电源具有最佳效率。然而，在许多应用期间并不需要电源的全额定功率，并且因此电源在导致燃料被电源低效使用的功率水平下运行，或者电源产生浪费掉的过剩能量。1980年4月22日授予White的美国专利第4,199,037(’037专利)号中公开了一种提高混合动力车辆效率的尝试。’037专利提供了一种电动车辆，所述电动车辆具有涡轮发动机、涡轮发动机驱动的发电机、用于储存电能的电池和用于驱动车辆轮子的马达。马达由可从发电机或从电池直接获得的电能供电。每当储存在电池中的可用能量的量下降到低于第一预定水平时，控制器开启涡轮发动机。’037专利还公开了将涡轮的速度保持在恒定水平以使其效率最大化。虽然’037专利的混合系统可提高所公开车辆的效率，但其可能并非最佳。具体地，’037专利的所公开的混合系统未提供电池之外用于储存能量的任何装置。当电池中储存的能量上升到高于预定水平时，关闭涡轮发动机并且唯一能量源变成电池，直到涡轮发动机重新开启以驱动直流发电机并且给电池再充电。因此，’037专利的系统可不允许涡轮发动机在其最大效率点处操作，并且在某些情况下可能无法像所期望的那样快速地提供能量。本专利技术的系统和方法解决了上述的一个或多个问题和/或现有技术中的其他问题。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术涉及一种涡轮发动机混合电源。混合电源可以包括涡轮发动机、通过驱动轴与涡轮发动机串联连接的发电机、经连接以接收由发电机产生的电能的电能储存装置以及连接到涡轮发动机、发电机和电能储存装置的控制器。控制器可被配置成接收功率需求信号，确定电能储存装置中的功率水平，确定至少储存在涡轮发动机和发电机的旋转部件中的可用的惯性能量，并且提供一个或多个控制信号以选择性地控制一种或多种功能的执行。所述功能可以包括选择性地给涡轮发动机供电以达到全功率，选择性地关闭至涡轮发动机的全部燃料，选择性地将来自发电机的过剩电能引导到电能储存装置以及选择性储存过剩能量作为惯性能量。在另一个方面，本专利技术涉及一种控制混合动力机器的方法，该混合动力机器配备有涡轮发动机、与涡轮发动机串联连接的发电机、电能储存装置以及驱动地连接到用于混合动力机器的功率输出部件的马达。该方法可包括接收功率需求信号，确定电能储存装置中的功率水平，确定至少储存在涡轮发动机和发电机的旋转部件中的可用的惯性能量，以及提供一个或多个控制信号以选择性地控制一种或多种功能的执行。所述功能可以包括选择性地给涡轮发动机供电以使其达到全功率，选择性地切断对涡轮发动机的全部燃料供应，通过将来自发电机的过剩电能引导到电能储存装置来选择性地储存过剩能量作为电能，以及选择性储存过剩能量作为惯性能量。附图说明图1是示例性的所公开的涡轮发动机混合电源的示意图；图2是另一个示例性的所公开的涡轮发动机混合电源的示意图；图3是描绘示例性的所公开的功率储存和传输方法的流程图，该方法可由图1和图2的涡轮发动机混合电源执行；以及图4是描绘示例性的所公开的功率储存和传输方法的另一个流程图，该方法可由图1和图2的涡轮发动机混合电源执行。具体实施方式参照图1，根据本专利技术的涡轮发动机混合电源的示例性实施方式可以包括涡轮发电机128，涡轮发电机128包括通过驱动轴110机械地耦合到发电机120的涡轮发动机102。发电机120可以电耦合到电能储存装置130，诸如一组锂离子电池。发电机120可以是例如由涡轮发动机102机械驱动以产生电力的交流感应发电机、永久磁铁发电机、交流同步发电机或开关磁阻发电机。在一个实施方式中，发电机120可以包括多个配对的极(未示出)，每个配对的极具有布置在定子(未示出)的圆周上以产生交流电的三相。由发电机120产生的电力可电耦合到至少一个电动马达140，电动马达140可以给各种功率输出部件提供驱动转矩。这些功率输出部件可以给各种不同的应用提供功率。此类应用可以包括静态发电系统，诸如在建筑物中的功率需求，或提供给安装在车辆诸如列车机车、运土设备、农业设备、采矿设备或重型施工设备上的轮子或其它牵引装置提供的功率。也可提供附加的输电装置诸如齿轮箱，连续可变驱动器和变矩器，以控制来自至少一个马达140的机械能传输到功率输出部件，以使车辆运动，从而满足静态功率输出需求或以其他方式执行工作。在操作期间，涡轮发动机102和发电机120的转动部件诸如旋转涡轮叶片和发电机转子可以达到每分钟40,000到60,000转(RPM)或更高的速度，并且因此可以储存显著量的能量作为转动惯量。涡轮发电机在供以燃料时作为一个旋转单元自由转动，并且然后在切断燃料供应相当长的时间周期后，由于涡轮和发电机的旋转部件的高惯性以及旋转部件所经历的相对低的摩擦损耗，涡轮发电机可以保持高速旋转。如图1所示，由发电机120产生的电力可直接提供给一个或多个电动马达140，或当电能储存装置130中的可用的储存能量已经下降到低于第一水平时，由发电机120产生的电力的至少一部分可以储存在电能储存装置130中。当涡轮发动机102的转速已经下降到低于一定阈值时，储存在储存装置130中的电能可以反过来供应给发电机120，以便使发电机120充当涡轮发动机102的起动马达。根据本专利技术的各种实施方式的涡轮发动机混合电源储存可用于启动涡轮发动机102并且向至少一个电动马达140供电以使车辆运动或者执行其他期望工作的能量。储存在涡轮102和发电机120的高速旋转部件中的惯性能量可以充当主能量储存机构，其中该惯性能量在需要时可用于提供即时功率。也可通过添加一个或多个飞轮提高涡轮发电机128的旋转部件的惯性能量储存能力。电能储存装置130可作为次能量储存装置，并且可包括电池、电容性装置或其他形式的电能储存，所述其他形式的电能储存与旋转部件的惯性能量储存相此，可提供更长期的能量储存机构。惯性能量储存其可以允许快速储存诸如可在再生或动态制动期间或涡轮发动机102产生超过功率需求的能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合电源，其包括：涡轮发动机(102)，所述涡轮发动机(102)包括一个或多个旋转部件；驱动轴(110)；发电机(120)，所述发电机(120)通过所述驱动轴(110)与所述涡轮发动机(102)串联连接，所述发电机(120)包括一个或多个旋转部件；电能储存装置(130)，所述电能储存装置(130)经连接以接收由所述发电机(120)产生的电能；控制器(250)，所述控制器(250)连接到所述涡轮发动机(102)、所述发电机(120)和所述电能储存装置(130)，所述控制器(250)被配置成：接收功率需求信号；确定所述电能储存装置(130)中的功率水平；确定至少储存在所述涡轮发动机(102)和所述发电机(120)的所述旋转部件中的可用的惯性能量；以及基于所述功率需求信号、所述电能储存装置中的所述功率水平和所述可用的惯性能量中的一者或多者提供一个或多个控制信号，以选择性地控制以下所述功能中的一个或多个的所述执行：选择性地向所述涡轮发动机(102)供电以使其达到全功率；选择性地切断对所述涡轮发动机(102)的全部燃料供应；选择性地将来自所述发电机(120)的过剩电能引导至所述电能储存装置(130)；以及选择性地储存过剩能量作为惯性能量。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.01.18 US 13/7452281.一种混合电源，其包括：
涡轮发动机(102)，所述涡轮发动机(102)包括一个或多个旋转部
件；
驱动轴(110)；
发电机(120)，所述发电机(120)通过所述驱动轴(110)与所述涡
轮发动机(102)串联连接，所述发电机(120)包括一个或多个旋转部件；
电能储存装置(130)，所述电能储存装置(130)经连接以接收由所
述发电机(120)产生的电能；
控制器(250)，所述控制器(250)连接到所述涡轮发动机(102)、
所述发电机(120)和所述电能储存装置(130)，所述控制器(250)被配
置成：
接收功率需求信号；
确定所述电能储存装置(130)中的功率水平；
确定至少储存在所述涡轮发动机(102)和所述发电机(120)的所述
旋转部件中的可用的惯性能量；以及
基于所述功率需求信号、所述电能储存装置中的所述功率水平和所述
可用的惯性能量中的一者或多者提供一个或多个控制信号，以选择性地控
制以下所述功能中的一个或多个的所述执行：
选择性地向所述涡轮发动机(102)供电以使其达到全功率；
选择性地切断对所述涡轮发动机(102)的全部燃料供应；
选择性地将来自所述发电机(120)的过剩电能引导至所述电能储存
装置(130)；以及
选择性地储存过剩能量作为惯性能量。
2.根据权利要求1所述的混合电源，其中所述控制器(250)被配置
成当所述电能储存装置(130)中所述所确定的功率水平下降到低于第一
阈值时，提供控制信号以选择性地将来自所述发电机(120)的过剩电能
引导至所述电能储存装置(130)。
3.根据权利要求1所述的混合电源，其中所述控制器(250)被配置
成当所述涡轮发动机(102)和所述发电机(120)的所述旋转部件的转速
下降到低于第二阈值时，提供控制信号以选择性地储存过剩能量作为惯性
能量。
4.根据权利要求3所述的混合电源，其中所述控制器(250)被配置
成当所述涡轮发动机(102)和所述发电机(120)的所述旋转部件的转速
下降到低于所述第二阈值时，提供控制信号以给所述涡轮发动机(102)
供电使其从燃料切断模式达到全功率。
5.根据权利要求1所述的混合电源，其中所述控制器(25...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·G·拉莫斯，D·E·亨德森，J·A·罗尔，J·瓦，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国;US