用于能量傳輸?shù)难b置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及用于能量傳輸?shù)难b置。所公開(kāi)的裝置包括但不限于：純直流(DC)能量傳輸電路、能量傳輸控制器、純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)、在這樣的電路中使用的部件、從包括和/或使用所述全DC能量傳輸設(shè)備受益的應(yīng)用裝置、以及根據(jù)本實(shí)用新型對(duì)上述這些進(jìn)行操作的方法。本申請(qǐng)的裝置可以包括但不限于混合動(dòng)力電動(dòng)交通工具、電動(dòng)交通工具、和/或太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，特別是混合動(dòng)力電動(dòng)/內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于能量傳輸?shù)难b置
[0001 ] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2015年8月26日，申請(qǐng)?zhí)枮?01520651965.7，實(shí)用新型名稱(chēng)為“DC能量傳輸裝置”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002 ]本申請(qǐng)公開(kāi)了純直流(DC)能量傳輸設(shè)備、能量傳輸控制器、純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)、在這樣的電路中使用的部件、從包括和/或使用純DC能量傳輸設(shè)備和/或網(wǎng)絡(luò)受益的裝置以及根據(jù)本實(shí)用新型對(duì)如上進(jìn)行操作的方法。部件可以包括但不限于至少一個(gè)電容性器件、開(kāi)關(guān)器件和/或電感性器件，每個(gè)器件在【實(shí)用新型內(nèi)容】中和詳細(xì)的公開(kāi)中進(jìn)行定義和公開(kāi)。本應(yīng)用裝置可以包括但不限于混合動(dòng)力電動(dòng)交通工具、電動(dòng)交通工具和/或太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。交通工具可以是汽車(chē)、貨車(chē)、公共汽車(chē)、電車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)、用于水面或水下行駛的船只、衛(wèi)星和/或宇宙飛船。優(yōu)選的交通工具可以是汽車(chē)、貨車(chē)或公共汽車(chē)。交通工具可以是有人駕駛的或無(wú)人駕駛的。太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備可以包括但不限于來(lái)自太陽(yáng)能陣列和/或太陽(yáng)能存儲(chǔ)器的能量傳輸設(shè)備，這些設(shè)備是基于電網(wǎng)的或是離網(wǎng)型的。
【背景技術(shù)】
[0003]至少?gòu)亩兰o(jì)初開(kāi)始，從一個(gè)電壓到另一個(gè)電壓的直流(DC)能量轉(zhuǎn)換就已經(jīng)是許多電力系統(tǒng)和電子系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)功能。
[0004]如本文所使用的動(dòng)態(tài)電狀態(tài)(DES)表示電路中至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于第二節(jié)點(diǎn)的電壓、電流或電感中的一個(gè)或多個(gè)。電壓和/或電流可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間的測(cè)量結(jié)果確定，測(cè)量結(jié)果可能隨著時(shí)間變化。關(guān)于電感器討論了電感。電流可被考慮成從節(jié)點(diǎn)流入第二節(jié)點(diǎn)的電荷隨時(shí)間的變化率。該文獻(xiàn)中的標(biāo)準(zhǔn)單位，對(duì)于電壓是伏特(V)，對(duì)于電流是安培(Amp)，對(duì)于電荷是庫(kù)倫(C)。在本文中認(rèn)為電壓與電位差同義。
[0005]電路通?？梢园ǖ幌抻诎ǘ俗印⒍鄠€(gè)節(jié)點(diǎn)、一些而非全部端子和/或一些而非全部節(jié)點(diǎn)之間的電連接的設(shè)備。電路與其包括的設(shè)備以及電連接一起形成多個(gè)DES。每個(gè)DES可以具有可在與單獨(dú)的第二節(jié)點(diǎn)有關(guān)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間共享的電狀態(tài)。在其它情況中，一個(gè)或多個(gè)DES可具有相對(duì)于第二節(jié)點(diǎn)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)可測(cè)量地改變的電狀態(tài)。
[0006]在電路中發(fā)現(xiàn)的一些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備包括但不限于電容器、電阻器、電感器、二極管和/或開(kāi)關(guān)?，F(xiàn)在將根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)簡(jiǎn)要討論這些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。
[0007]電容器通常是兩端子器件，其主要電屬性是電容器的兩個(gè)端子之間的電容。電容通常被視為將被存儲(chǔ)在設(shè)備中的電荷的水平，并且因此被視為電能的水平。電容器通常建模和/或構(gòu)造成由電介質(zhì)分隔的兩個(gè)平行導(dǎo)電板。電容通常被建模為與導(dǎo)電板的表面積成正比且與導(dǎo)電板之間的分隔距離成反比。電容還被認(rèn)為是板的幾何形狀和電介質(zhì)的介電常數(shù)的函數(shù)。本文所使用的電容的單位是法拉。充電一庫(kù)倫的一法拉的電容器被定義為在電容器的板之間具有一伏特的電位差。電容的常用模型是C = ereQA/d，其中C是以法拉為單位的電容。A是平行板的重疊部分的面積。er是電介質(zhì)的介電常數(shù)。eQ是電學(xué)常數(shù)(約是8.854*10一12法/米)，且d是以米為單位的板的間距。能量以焦耳(J)為單位測(cè)量，且當(dāng)能量存儲(chǔ)在電容器中時(shí)，通常被定義將電容器充電到其當(dāng)前狀態(tài)的工作已經(jīng)完成。存儲(chǔ)在電容器中的能量通常估計(jì)為CV2/2并且以焦耳報(bào)告。
[0008]電感器通常是兩端子器件，其主要電磁屬性是電感器的兩個(gè)端子之間的電感。電感器通常包括往往被稱(chēng)為導(dǎo)線(xiàn)的導(dǎo)電材料的線(xiàn)圈。導(dǎo)線(xiàn)連接電感器的兩個(gè)端子。在端子之間的導(dǎo)線(xiàn)往往繞著軸。在一些情況中，繞組實(shí)質(zhì)上是關(guān)于軸對(duì)稱(chēng)的。線(xiàn)圈的內(nèi)部可以包括或可以不包括金屬芯。電感往往被定義為導(dǎo)線(xiàn)的電磁屬性，由此流經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)的電流中的變化在導(dǎo)線(xiàn)本身(自感應(yīng))和在任何附近的導(dǎo)線(xiàn)中(互感應(yīng))中感生電壓(電動(dòng)勢(shì))。電感往往被測(cè)量為線(xiàn)圈對(duì)隨時(shí)間變化的、往往是正弦的、施加到它的端子之間的給定頻率的電壓的響應(yīng)。在本文獻(xiàn)中的電感的單位是亨利(用符號(hào)H表示)，其為標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際(SI)單位。換算到基本SI單位，一亨利等于一千克平方米每二次方秒每二次方安培(kg m2s—2A—2)。對(duì)電感器常見(jiàn)的是在特定頻率(往往是千赫茲)的正弦測(cè)試模式下以亨利為單位進(jìn)行評(píng)定。
[0009]電阻器通常是兩端子器件，其主要電屬性是電阻器的兩個(gè)端子之間的電阻。電阻以SI單位歐姆為單位測(cè)量。如本文所使用的，歐姆定義為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的電阻，當(dāng)一伏特的恒定電位差施加到這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生一安培電流。
[0010]二極管通常是兩端子器件，其主要電屬性是其阻止從第一端子到第二端子的電流流動(dòng)，而允許通過(guò)導(dǎo)通電阻從第二端子到第一端子的電流流動(dòng)。
[0011]開(kāi)關(guān)是指以下項(xiàng)中的任意一種或多種:機(jī)械開(kāi)關(guān)、固態(tài)開(kāi)關(guān)和/或合并的固態(tài)和機(jī)械開(kāi)關(guān)。如本文所使用的開(kāi)關(guān)包括第一和第二端子以及控制端子。當(dāng)控制端子處于閉合狀態(tài)時(shí)，第一和第二端子是連接的或閉合的。當(dāng)控制端子處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，第一和第二端子是斷開(kāi)的或非連接的。
[0012]系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)電路和/或一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。例如，汽車(chē)被認(rèn)為是可以包括被操作以協(xié)助驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的傳輸電路和被操作以協(xié)助汽車(chē)的乘客艙內(nèi)的氣候控制的空調(diào)設(shè)備的系統(tǒng)。
[0013]直流電(DC)DES在本文中是指其電流只在節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)方向上流動(dòng)的DES。交流電(AC) DES是指其電流隨著時(shí)間從節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)以及從第二節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)流動(dòng)的DES。
[0014]如本文所使用的，能量傳輸設(shè)備將指的是包括輸入DC端子、輸出DC端子以及控制端子的電路，且適于接收來(lái)自輸入DC端子的DC DES且生成至少一個(gè)輸出DC DES。輸入DCDES具有作為其第一節(jié)點(diǎn)的輸入DC端子。輸出DC DES具有作為其第一節(jié)點(diǎn)的輸出DC端子。輸入和輸出DC DES共享作為其第二節(jié)點(diǎn)的公共端子。
[0015]促進(jìn)能量傳輸設(shè)備實(shí)現(xiàn)為DC到DC轉(zhuǎn)換器是幾十年的傳統(tǒng)知識(shí)。這些DC到DC轉(zhuǎn)換器使用響應(yīng)于AC定時(shí)DES的逆變器以將DC輸入DES變換為驅(qū)動(dòng)變壓器的主線(xiàn)圈的AC內(nèi)部電力DES。變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈生成至少一個(gè)次級(jí)AC DES。然后將次級(jí)AC DES濾波和整流以產(chǎn)生DC到DC轉(zhuǎn)換器的輸出DC DES。需要注意的是，一些或全部AC DES特別是次級(jí)AC DES往往由一對(duì)導(dǎo)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0016]本申請(qǐng)公開(kāi)了純直流(DC)能量傳輸電路、能量傳輸控制器、純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)、在這樣的電路中使用的部件、從包括和/或使用能量傳輸設(shè)備受益的裝置和操作裝置的方法、根據(jù)本實(shí)用新型的部件和/或裝置。如本文所使用的，本實(shí)用新型的電路中使用的部件也可以是其它應(yīng)用中使用的部件。
[0017]根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供了一種DC能量傳輸裝置，包括純DC能量傳輸設(shè)備，所述純DC能量傳輸設(shè)備包括輸入DC端子、公共端子和輸出DC端子；
[0018]所述純DC能量傳輸設(shè)備適于響應(yīng)于所述輸入DC端子處的輸入DC動(dòng)態(tài)電狀態(tài)DES，以將電能通過(guò)至少一個(gè)內(nèi)部DES傳輸?shù)剿鲚敵鯠C端子處的輸出DC動(dòng)態(tài)電狀態(tài)DES;所述內(nèi)部DES中的每個(gè)內(nèi)部DES實(shí)質(zhì)上由適于只在一個(gè)方向上流動(dòng)電流的DC DES構(gòu)成；
[0019]所述純DC能量傳輸設(shè)備包括第一電容性器件、第二電容性器件、開(kāi)關(guān)和電感性器件；
[0020]其中，所述第一電容性器件、所述第二電容性器件、所述開(kāi)關(guān)和所述電感性器件中的每個(gè)包括第一端子和第二端子；
[0021 ]其中，所述開(kāi)關(guān)還包括控制端子，并且所述開(kāi)關(guān)適于在閉合狀態(tài)下閉合所述開(kāi)關(guān)的第一端子和第二端子之間的連接，并且在斷開(kāi)狀態(tài)下斷開(kāi)所述連接，其中，所述閉合狀態(tài)和所述斷開(kāi)狀態(tài)是對(duì)所述控制端子相對(duì)于所述公共端子的控制DES的響應(yīng)；
[0022]所述純DC能量傳輸設(shè)備還包括:
[0023]所述輸入DC端子被連接到所述第一電容性器件的第一端子且連接到所述開(kāi)關(guān)的第一端子；
[0024]所述第一電容性器件的第二端子被連接到所述公共端子；
[0025]所述開(kāi)關(guān)的第二端子被連接到所述電感性器件的第一端子；
[0026]所述電感性器件的第二端子被連接到所述第二電容性器件的第一端子并且連接到所述輸出DC端子；以及
[0027]所述第二電容性器件的第二端子被連接到所述公共端子；
[0028]其中，所述純DC能量傳輸設(shè)備適于滿(mǎn)足或超過(guò)以下項(xiàng)中的每一項(xiàng):所述輸入DCDES具有至少36伏特的電壓、所述輸出DC DES具有至少十二伏特的電壓、所述第一電容性器件具有至少500微法的電容和至少800伏特的工作電壓、所述第二電容性器件具有至少1500微法的電容，并且所述純DC能量傳輸設(shè)備適用于所述輸入DC端子和所述輸出DC端子之間的能量傳輸，所述能量傳輸?shù)男手辽偈?(%，其中，K至少是65。
[0029]在一些實(shí)施例中，所述純DC能量傳輸設(shè)備可適于滿(mǎn)足或超過(guò)所述K至少是75。
[0030]在一些實(shí)施例中，所述純DC能量傳輸設(shè)備可適于滿(mǎn)足或超過(guò)所述K至少是83。
[0031]在一些實(shí)施例中，所述純DC能量傳輸設(shè)備可適于滿(mǎn)足或超過(guò)以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng):
[0032]所述輸入DC DES具有至少1000伏特的電壓，
[0033]所述輸出DC DES具有至少100伏特的電壓，
[0034]所述第一電容性器件具有至少0.5法拉的電容和至少1000伏特的工作電壓，和/或
[0035]所述第二電容性器件具有至少1.0法拉的電容。
[0036]在一些實(shí)施例中，所述純DC能量傳輸設(shè)備可適于滿(mǎn)足或超過(guò)以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng):
[0037]所述輸入DC DES具有至少2000伏特的電壓，
[0038]所述輸出DC DES具有至少200伏特的電壓，
[0039]所述第一電容性器件具有至少1.0法拉的電容和至少2000伏特的工作電壓，和/或
[0040]所述第二電容性器件具有至少2.0法拉的電容。
[0041]在一些實(shí)施例中，所述純DC能量傳輸設(shè)備可適于滿(mǎn)足或超過(guò)以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng):
[0042]所述輸入DC DES具有至少3000伏特的電壓，
[0043]所述輸出DC DES具有至少300伏特的電壓，
[0044]所述第一電容性器件具有至少3000伏特的工作電壓，和/或[0045 ]所述第二電容性器件具有至少4.0法拉的電容。
[0046]在一些實(shí)施例中，所述DC能量傳輸裝置還可包括純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)，所述純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)可包括高能量端子、服務(wù)端子、所述公共端子、以及適于貢獻(xiàn)在所述高能量端子和所述服務(wù)端子之間的至少一百萬(wàn)焦耳的能量傳輸?shù)乃黾僁C能量傳輸設(shè)備的至少一個(gè)實(shí)例。
[0047]在一些實(shí)施例中，所述高能量端子和所述服務(wù)端子之間的能量傳輸可以是至少二百萬(wàn)焦耳。
[0048]在一些實(shí)施例中，所述高能量端子和所述服務(wù)端子之間的能量傳輸可以是至少四百萬(wàn)焦耳。
[0049]在一些實(shí)施例中，所述高能量端子和所述服務(wù)端子之間的能量傳輸可以具有至少所述百分之K的能量效率。
[0050]在一些實(shí)施例中，所述K可至少是75。
[0051 ] 在一些實(shí)施例中，所述K可至少是83。
[0052]在一些實(shí)施例中，所述DC能量傳輸裝置還可包括響應(yīng)于所述純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)的所述能量傳輸進(jìn)行操作的系統(tǒng)。
[0053]在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)可包括電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)可耦合到所述服務(wù)端子以使用所述純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)的所述能量傳輸。
[0054]在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還可包括耦合到所述高能量端子以給用于所述能量傳輸?shù)乃黾僁C能量傳輸網(wǎng)絡(luò)提供能量的燃料單元和/或太陽(yáng)能單元和/或發(fā)電機(jī)。
[0055]在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還可包括所述純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)。
[0056]在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)可至少部分地實(shí)現(xiàn)交通工具。
[0057]在一些實(shí)施例中，所述交通工具可以是電動(dòng)交通工具和/或混合動(dòng)力交通工具。
[0058]在一些實(shí)施例中，所述混合動(dòng)力交通工具可以是混合動(dòng)力電動(dòng)/內(nèi)燃機(jī)(ICE)交通工具。
[0059]在一些實(shí)施例中，所述交通工具可以是汽車(chē)。
[0060]如本文所使用的，純DC能量傳輸設(shè)備可以包括輸入DC端子、輸出DC端子以及公共端子，并且，通過(guò)這些端子接收來(lái)自輸入DC端子的DC DES并且生成通過(guò)輸出端子的至少一個(gè)輸出DC DES，公共端子充當(dāng)兩個(gè)DES的第二節(jié)點(diǎn)。純DC能量傳輸設(shè)備包括至少一個(gè)內(nèi)部DES，其促進(jìn)實(shí)質(zhì)上構(gòu)成DC DES的輸出DC DES的生成，在本文是指內(nèi)部DC DES。術(shù)語(yǔ)內(nèi)部DES是指純DC能量傳輸設(shè)備設(shè)備內(nèi)的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)不是用于傳輸輸入DC端子和輸出DC端子之間的大部分和可能全部能量的輸入端子或輸出端子中的一個(gè)。
[0061]本公開(kāi)首先討論純DC能量傳輸設(shè)備的三個(gè)基本實(shí)現(xiàn)。第一個(gè)實(shí)現(xiàn)展示了本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的基本操作和性能。第二和第三個(gè)實(shí)現(xiàn)可以用在各種應(yīng)用中，例如，混合動(dòng)力電動(dòng)/內(nèi)燃機(jī)(ice)汽車(chē)。純DC能量傳輸設(shè)備的第二個(gè)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)選實(shí)施例可以支持維持每加侖至少100英里的燃料使用，或以公制單位，每公升燃料(如汽油)至少43公里的燃料使用的混合動(dòng)力電動(dòng)/ICE汽車(chē)。純DC能量傳輸設(shè)備的第三個(gè)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)選實(shí)施例可以支持維持每加侖至少200英里或每公升至少86公里的燃料使用的混合動(dòng)力電動(dòng)/ice汽車(chē)。純DC能量傳輸設(shè)備的第二個(gè)實(shí)現(xiàn)和第三個(gè)實(shí)現(xiàn)可以?xún)?yōu)選地包括在用于諸如混合動(dòng)力電動(dòng)/ice汽車(chē)的裝置中的純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)中。
[0062]返回純DC能量傳輸設(shè)備，在一些實(shí)現(xiàn)中，DC能量傳輸設(shè)備的每個(gè)內(nèi)部DES還可以認(rèn)為是主要的DC DES。如本文所使用的，主要的DC DES是其電壓和電流可隨著時(shí)間改變而其任何短時(shí)間窗中的功率譜被集中在DC或接近于O頻率分量的DC DES ο如本文所使用的，短時(shí)間窗可以具有為以下項(xiàng)中的至少一個(gè)的持續(xù)時(shí)間:64分鐘、32分鐘、16分鐘、8分鐘、4分鐘、2分鐘、I分鐘、30秒、15秒、8秒、4秒、2秒、I秒、0.5秒、0.25秒、125暈秒、63暈秒、32暈秒、或16毫秒。
[0063]在一些實(shí)現(xiàn)中，裝置可以包括能量傳輸控制器，其適于響應(yīng)輸入DC DES和/或輸出DC DES以生成被純DC能量傳輸設(shè)備接收的至少一個(gè)控制DES，從而通過(guò)響應(yīng)于控制DES來(lái)引導(dǎo)其操作?？刂艱ES可以表示布爾邏輯值諸如“O”和“I”，這可以以在詳細(xì)描述中所討論的幾個(gè)不同方式實(shí)現(xiàn)。
[0064]本申請(qǐng)的裝置可以包括但不限于混合動(dòng)力電動(dòng)交通工具、電動(dòng)交通工具和/或太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。交通工具可以是汽車(chē)、貨車(chē)、公共汽車(chē)、電車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)、用于水面或水下行駛的船只、衛(wèi)星和/或宇宙飛船。優(yōu)選的交通工具可以是汽車(chē)、貨車(chē)或公共汽車(chē)。這些交通工具中的任意一種可以是有人駕駛的或無(wú)人駕駛的。太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備可以包括但不限于太陽(yáng)能發(fā)電單元和/或太陽(yáng)能儲(chǔ)存器，這些設(shè)備是基于電網(wǎng)的或離網(wǎng)型的。
[0065]部件可以包括但不限于電容性器件、開(kāi)關(guān)器件和/或電感性器件中的至少一種。
【附圖說(shuō)明】
[0066]圖1示出了與包括純DC能量傳輸設(shè)備和能量傳輸控制器的系統(tǒng)的前三個(gè)示例實(shí)現(xiàn)有關(guān)的簡(jiǎn)化的示例。
[0067]圖2示出了使用和包括純DC能量傳輸設(shè)備和能量傳輸控制器以根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)交通工具，特備是混合動(dòng)力電動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)(ice)汽車(chē)的圖1的系統(tǒng)。
[0068]圖3示出了在道路的右側(cè)提供了一單位的燃料的圖2中的交通工具和/或汽車(chē)，該交通工具和/或汽車(chē)行駛了一定距離，且因此消耗了該單位的燃料。
[0069]圖4-圖12示出了適于在支持圖1中的純DC能量傳輸設(shè)備的第二和/或第三實(shí)現(xiàn)的交通工具和/或混合動(dòng)力電動(dòng)-內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)內(nèi)傳輸能量的圖2中的純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)的一些細(xì)節(jié)。
[0070]圖13示出了包括純DC能量傳輸設(shè)備和純DC降壓(SD)級(jí)的純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)可具有在任何一個(gè)時(shí)間只有一個(gè)降壓級(jí)被操作用于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的方面的優(yōu)勢(shì)。
[0071 ]圖14示出了包括純DC能量傳輸設(shè)備和純DC SD級(jí)的3個(gè)實(shí)例的純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)可具有在任何一個(gè)時(shí)間只有一個(gè)降壓級(jí)被操作用于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的方面的優(yōu)勢(shì)。
[0072] 圖15A-15I示出了至少第一個(gè)電容性器件的一些特征，這些特征也可適用于一個(gè)或多個(gè)其他電容性器件。
[0073]圖16總結(jié)了可以根據(jù)或被調(diào)整為滿(mǎn)足本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例和/或?qū)崿F(xiàn)的需求而單獨(dú)制造的本實(shí)用新型的一些裝置。
[0074]圖17示出了至少一個(gè)能量傳輸控制器，其可以包括由控制器、計(jì)算機(jī)、配置和包括至少一個(gè)存儲(chǔ)內(nèi)容的永久存儲(chǔ)器構(gòu)成的組中的至少一項(xiàng)的至少一個(gè)實(shí)例。
[0075]圖18示出了圖17的程序部件的一些示例，這些部件中的任何一種都可以實(shí)現(xiàn)操作和/或使用純DC能量傳輸設(shè)備、純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)和/或系統(tǒng)，特別是混合動(dòng)力電動(dòng)/1 CE汽車(chē)中的至少一個(gè)的至少一部分的方法的至少一個(gè)部件。
【具體實(shí)施方式】
[0076]本申請(qǐng)公開(kāi)了純直流(DC)能量傳輸電路、能量傳輸控制器、純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)、在這樣的電路中使用的部件、從包括和/或使用純DC能量傳輸設(shè)備受益的裝置、以及根據(jù)本實(shí)用新型對(duì)上述電路、控制器、網(wǎng)絡(luò)、部件和裝置進(jìn)行操作的方法。詳細(xì)的描述通過(guò)定義與權(quán)利要求的解釋和由本說(shuō)明書(shū)對(duì)這些權(quán)利要求的可實(shí)施性的闡述潛在相關(guān)的一些術(shù)語(yǔ)開(kāi)始。討論了純DC能量傳輸設(shè)備的三個(gè)基本實(shí)現(xiàn)。還包括公開(kāi)的本實(shí)用新型的各個(gè)組合和備選方案的細(xì)節(jié)。
[0077]定義一些術(shù)語(yǔ):在以上本實(shí)用新型的【實(shí)用新型內(nèi)容】、本實(shí)用新型的該詳細(xì)描述、以下的權(quán)利要求以及附圖中，參考了本實(shí)用新型的特定特征。例如，這些特征可以是部件、成分、元件、設(shè)備、裝置、系統(tǒng)、組、范圍、方法步驟、測(cè)試結(jié)果、以及包括程序指令的指令。
[0078]應(yīng)該理解的是，在該說(shuō)明書(shū)中的本實(shí)用新型的公開(kāi)包括這些特定特征的全部可能的組合。例如，在特定的方面、特定的實(shí)施例、特定的權(quán)利要求或特定圖的上下文中公開(kāi)了特定特征時(shí)，該特征通常還可以結(jié)合本實(shí)用新型中的其他特定方面、實(shí)施例、權(quán)利要求和圖而使用，除非上下文排除了該可能性。
[0079]在此公開(kāi)的實(shí)用新型和權(quán)利要求包括不在本文中具體描述的實(shí)施例，并且，例如可以利用未在本文具體描述，但是卻提供了與在本文具體公開(kāi)的特征相同、等同或相似的功能的特征。
[0080]術(shù)語(yǔ)“包括(comprises)”以及其語(yǔ)法上的同解詞用在本文意指除了具體確定的特征之外，還可選地存在其他特征。例如，“包括(comprising)”(或“其包括”)部件A、B和C的組合或設(shè)備可以只包括部件A、B和C，或者不止包括A、B和C而還包括一個(gè)或多個(gè)其他部件。類(lèi)似地解釋術(shù)語(yǔ)“包含”和“含有”。
[0081]術(shù)語(yǔ)“實(shí)質(zhì)上由…組成”以及其語(yǔ)法上的同解詞用在本文意指除了具體確定的特征之外，可以存在實(shí)質(zhì)上不改變所要求保護(hù)的本實(shí)用新型的其他特征。
[0082]其后接著數(shù)字的術(shù)語(yǔ)“至少(atleast)”用在本文表示以該數(shù)字開(kāi)始的范圍的開(kāi)始(根據(jù)定義的不同，可以是具有上限或也可以是不具有上限的范圍)。例如，“至少I(mǎi)個(gè)”意指I個(gè)或多于I個(gè)，而“至少80%”意指80%或多于80%。
[0083]其后接著數(shù)字的術(shù)語(yǔ)“至多(atmost)”用在本文表示以該數(shù)字結(jié)束的范圍的結(jié)束(根據(jù)定義的不同，可以是以I或O作為其下限的范圍或是沒(méi)有下限的范圍)。例如，“至多4個(gè)”意指4個(gè)或少于4個(gè)，而“至多40%”意指40%或少于40%。當(dāng)范圍給定為“(第一個(gè)數(shù))到(第二個(gè)數(shù))”或“(第一個(gè)數(shù))_(第二個(gè)數(shù))”，這意指其下限是第一個(gè)數(shù)且其上限是第二個(gè)數(shù)的范圍。例如“從8到20個(gè)碳原子”或“8-20個(gè)碳原子”意指其下限是8個(gè)碳原子且其上限是20個(gè)碳原子的范圍。術(shù)語(yǔ)“幾個(gè)(plural)”、“multiple(多個(gè))”、“幾個(gè)(plurality)”和“多個(gè)(multiplicity)”用在本文表示兩個(gè)或多于兩個(gè)的特征。
[0084]當(dāng)在本文中引用包括兩個(gè)或多于兩個(gè)所定義的步驟的方法時(shí)，所定義的步驟可以以任何的順序或同時(shí)執(zhí)行(除了上下文排除該可能性外)，并且該方法可選地包括在任何定義的步驟之前、兩個(gè)定義的步驟之間或全部定義的步驟之后執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)其他步驟，除了上下文排除了該可能性之外。
[0085]當(dāng)在本文中引用“第一”和“第二”特征時(shí)，其通常用于識(shí)別的目的；除非上下文另有要求，否則第一和第二特征可以相同或不同，且引用第一特征不是意指第二特征必然存在(盡管其可能是存在的)。
[0086]當(dāng)在本文中引用“一個(gè)(a)”或“一個(gè)(an)”特征時(shí)，這包括存在兩個(gè)或多于兩個(gè)這樣的特征的可能性(除了上下文排除該可能性之外)。因此，可以存在單個(gè)這樣的特征或多個(gè)這樣的特征。當(dāng)在本文中引用兩個(gè)或多于兩個(gè)特征時(shí)，這包括所述兩個(gè)或多于兩個(gè)特征被提供相同功能的更少數(shù)量的特征或更多數(shù)量的特征替換的可能性，除了上下文排除了該可能性之外。
[0087]本文中給定的數(shù)字應(yīng)該用適于其上下文和表達(dá)的范圍來(lái)解釋?zhuān)焕?，每個(gè)數(shù)字根據(jù)在本說(shuō)明書(shū)提交的日期由本領(lǐng)域的技術(shù)人員常規(guī)使用的方法能夠測(cè)量的精確度而變化。
[0088]術(shù)語(yǔ)“和/或”用在本文意指在“和/或”之前和之后闡述的兩種可能性中的任何一個(gè)的存在或者兩者都存在。例如，可能性可以是部件、成分、元件、設(shè)備、裝置、系統(tǒng)、組、范圍以及步驟。例如，“項(xiàng)A和/或項(xiàng)B”揭示三種可能性，S卩⑴只存在項(xiàng)A，(2)只存在項(xiàng)B，以及(3)項(xiàng)A和項(xiàng)B兩者都存在。類(lèi)似地，A、B和/或C將解釋為意指(A和/或B)和/或C，其被認(rèn)為等于A和/或(B和/或C)，除非另有說(shuō)明。
[0089]根據(jù)35USC 112的規(guī)定，如果本說(shuō)明書(shū)的權(quán)利要求中的任何元件被認(rèn)為是權(quán)利要求中用于表示為執(zhí)行具體功能的裝置或步驟的組合的元件，而沒(méi)有在權(quán)利要求中詳述支持其的結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作，則因此被解釋為覆蓋說(shuō)明書(shū)中所描述的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作及其等同物，那么，所考慮的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作不僅包括說(shuō)明書(shū)中明確描述的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作及所述相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作的等同物，還包括由本文通過(guò)引用并入的美國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)中描述的這樣的結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作和這樣的結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作的等同物。類(lèi)似地，如果本申請(qǐng)的權(quán)利要求中的任何元件(雖然未明確地使用術(shù)語(yǔ)“裝置”)被正確地解釋為等同于執(zhí)行具體功能的術(shù)語(yǔ)裝置或步驟，而無(wú)需在權(quán)利要求中詳述支持其的結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作，則所考慮的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作不僅包括說(shuō)明書(shū)中明確描述的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作和所述結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作的等同物，還包括通過(guò)引用并入本文的美國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)中描述的這樣的結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作和這樣的結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作的等同物。
[0090]本說(shuō)明書(shū)通過(guò)引用并入了本文通過(guò)申請(qǐng)數(shù)據(jù)單引用的所有文獻(xiàn)，以及與本說(shuō)明書(shū)同時(shí)提交或與本申請(qǐng)相關(guān)的先前提交的所有文獻(xiàn)，其中包括但不限于與本說(shuō)明書(shū)一同對(duì)公眾公開(kāi)接受檢查的同類(lèi)文獻(xiàn)。
[0091]純DC能量傳輸設(shè)備的前三個(gè)實(shí)現(xiàn)可概括如下:第一個(gè)實(shí)現(xiàn)展示了本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的基本操作和性能。第二和第三個(gè)實(shí)現(xiàn)可以用在各種應(yīng)用中，例如，混合動(dòng)力電動(dòng)/內(nèi)燃機(jī)(ice)汽車(chē)。純DC能量傳輸設(shè)備的第二個(gè)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)選實(shí)施例可以支持維持每加侖至少100英里的燃料使用，或以公制單位，維持每公升燃料(如汽油)至少43公里的燃料使用的混合動(dòng)力電動(dòng)/i ce汽車(chē)。純DC能量傳輸設(shè)備的第三個(gè)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)選實(shí)施例可以支持維持每加侖至少200英里或每公升至少86公里的燃料使用的混合動(dòng)力電動(dòng)/ice汽車(chē)。
[0092]圖1示出了與包括純DC能量傳輸設(shè)備100和能量傳輸控制器170的系統(tǒng)180的前三個(gè)示例實(shí)現(xiàn)有關(guān)的簡(jiǎn)化的示例。
[0093]在其最簡(jiǎn)化的形式中，純DC能量傳輸設(shè)備100如在上述能量傳輸設(shè)備的定義中提到的包括輸入DC端子102、輸出DC端子104、以及公共端子106。純DC能量傳輸設(shè)備100適于響應(yīng)于在輸入DC端子102處的輸入DC DES 110以將電能通過(guò)至少一個(gè)內(nèi)部DES 114傳輸?shù)皆谳敵鯠C端子104處的輸出DC DES 112;每個(gè)內(nèi)部DES 114實(shí)質(zhì)上由DC DES組成。通過(guò)定義回顧，DC DES適于只在一個(gè)方向上流動(dòng)電流。在該示例中，內(nèi)部DC DES 114具有第一節(jié)點(diǎn)I和第二節(jié)點(diǎn)2，第一節(jié)點(diǎn)I連接到開(kāi)關(guān)SWl 140的第二端子2，其第二節(jié)點(diǎn)2連接到電感器LI 150的第一端子I。
[0094]純DC能量傳輸設(shè)備100可以包括第一電容性器件Cl 130、第二電容性器件C2 160、開(kāi)關(guān)SWl 140、以及電感性器件LI 150。第一電容性器件Cl 130、第二電容性器件C2 160、開(kāi)關(guān)SWl 140、以及電感性器件LI 150的每個(gè)都包括第一端子I和第二端子2。開(kāi)關(guān)SWl 140還包括控制端子C。開(kāi)關(guān)SWl 130適于在閉合狀態(tài)174閉合開(kāi)關(guān)的第一端子I和第二端子2之間的連接，并且在斷開(kāi)狀態(tài)176斷開(kāi)連接，其中的閉合狀態(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)可以通過(guò)控制端子108根據(jù)對(duì)控制端子(作為節(jié)點(diǎn)I)相對(duì)于作為節(jié)點(diǎn)2的公共端子的控制DES 182的響應(yīng)提供。
[0095]在一些實(shí)現(xiàn)中，純DC能量傳輸設(shè)備100還包括以下項(xiàng)。
[0096]輸入DC端子102連接到第一電容性器件Cl 130的第一端子I并且連接到開(kāi)關(guān)SWl140的第一端子I。
[0097]第一電容性器件Cl 130的第二端子2連接到公共端子106。
[0098]開(kāi)關(guān)SWl 140的第二端子2連接到電感性器件LI 150的第一端子I。
[0099]電感性器件LI150的第二端子2連接到第二電容性器件C2 160的第一端子I并且連接到輸出DC端子104。
[0100]第二電容性器件C2 160的第二端子2連接到公共端子106。
[0101]圖1還示出了能量傳輸控制器170，其適于響應(yīng)于感測(cè)到輸入DCDESllO和/或輸出DC DES 112，通過(guò)生成控制DES 182以將閉合狀態(tài)174或斷開(kāi)狀態(tài)176通過(guò)控制端子108提供給開(kāi)關(guān)SWl 140來(lái)操作純DC能量傳輸設(shè)備100。在一些實(shí)現(xiàn)中，能量傳輸控制器170還可以包括估計(jì)的輸入DES 178和/或估計(jì)的輸出DES 181。
[0102]在一些實(shí)現(xiàn)中，DC能量傳輸設(shè)備可以包括能量傳輸控制器，其適于響應(yīng)輸入DCDES和至少輸出DC DES以生成被純DC能量傳輸設(shè)備接收來(lái)引導(dǎo)其配置的至少一個(gè)控制DES。DC能量傳輸設(shè)備適于響應(yīng)控制DES以配置其操作?？刂艱ES可以表示布爾邏輯值諸如“O”和“I”，這可以以幾個(gè)不同的方式實(shí)現(xiàn)。
[0103]例如，常見(jiàn)的手段是將這些布爾值實(shí)現(xiàn)為兩個(gè)不重疊的電壓范圍，例如，“O”可以表示從O到I伏特的電壓范圍而“I”表示從2到3.4伏特的電壓范圍。
[0104]對(duì)于另一個(gè)示例，同樣很常見(jiàn)的手段是將“O”表示為負(fù)值范圍，諸如-1.5至-0.75伏特，而將“I”表示為正電壓范圍，諸如0.75至1.5伏特。這種信號(hào)表示有時(shí)稱(chēng)為差分信號(hào)表不O
[0105]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到，這樣的控制DES的規(guī)定不影響純DC能量傳輸設(shè)備的內(nèi)部DES，與存在一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部DES無(wú)關(guān)。
[0106]在一些實(shí)現(xiàn)中，可以通過(guò)轉(zhuǎn)換能量傳輸控制器170內(nèi)的控制DES182的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)和用在純DC能量傳輸設(shè)備100中以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)SWl 140的控制端子C的實(shí)現(xiàn)的接口電路來(lái)生成控制DES 182。這樣的接口電路可包括但不限于，放大器、電平位移器和/或?yàn)V波器。
[0107]例如，能量傳輸控制器170可以包括數(shù)字邏輯電路，其以O(shè)伏特到3伏特之間的邏輯信號(hào)使用10毫安電流在能量傳輸控制器170內(nèi)對(duì)每個(gè)控制DES 182進(jìn)行操作。然而，控制DES182可能需要從-12V到+ 12V的電壓范圍以及至少1000毫安的電流來(lái)實(shí)際上驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)SWl140的控制端子C。
[0108]圖1還示出了在系統(tǒng)180的一些實(shí)現(xiàn)中，公共端子106連接到可能的濾波公共端產(chǎn)生器，其可以進(jìn)一步將濾波后的公共端提供給能量傳輸控制器170?？梢蕴峁V波的公共端來(lái)使能量傳輸控制器170免受噪聲影響，這些噪聲可能不影響純DC能量傳輸設(shè)備100的供電電路。
[0109]現(xiàn)在將討論純DC能量傳輸設(shè)備100的三個(gè)實(shí)現(xiàn)。第一個(gè)實(shí)現(xiàn)展示了如在圖1中所不的測(cè)試電路系統(tǒng)180，開(kāi)關(guān)SWl 140的第二端子2與電感性器件LI 150的第一端子I之間的連接同時(shí)還包括了第一二極管Dl。電感器LI 150的第二端子2和第二電容器C2 160的第一端子I之間的連接還包括第二二極管D2。二極管Dl和D2衰減來(lái)自開(kāi)關(guān)SWl 140的斷開(kāi)和閉合的可能的負(fù)脈沖信號(hào)，以進(jìn)一步地確保內(nèi)部DES 114本質(zhì)上是DC DES，因?yàn)檫@些二極管確保電流只在一個(gè)方向上流動(dòng)。
[0110]電容性器件Cl和C2中所使用的電容器全都是額定為1800微(10—6)法拉和450伏特的電容器。然而，對(duì)這些電容器中的每一個(gè)的測(cè)試顯示其中的單個(gè)電容在1600微法的范圍中。使用電阻、電容和電感(RCL)測(cè)量?jī)x測(cè)試它們。這些電容器中的每個(gè)用其測(cè)量的電容來(lái)
ο
[0111]第一電容性器件Cl130使用三個(gè)串聯(lián)布置的電容器制成以具有530.76微法的電容且支持大至1000伏特的工作電壓。
[0112]第二電容性器件C2160結(jié)合幾個(gè)并聯(lián)布置的電容器進(jìn)行測(cè)試，所述電容器的編號(hào)從I到5，且與約為1600微法的集總電容并聯(lián)。
[0113]開(kāi)關(guān)SWl 140是機(jī)械開(kāi)關(guān)，其適于在超過(guò)1000V操作并且能夠處理純DC能量傳輸設(shè)備100的電流。
[0114]對(duì)這些測(cè)試進(jìn)行總結(jié)，輸入DCDES被測(cè)量為40伏特。輸出DC DES約為15.65伏特。從第一電容性器件Cl 130傳輸?shù)降诙娙菪云骷﨏2的能量是0.2379焦耳。能量傳輸效率估計(jì)值為大約83.34%。因此，純DC能量傳輸設(shè)備可以具有至少1(%的能量傳輸效率，其中K是至少65，Κ還可能是至少75%，Κ還可以能是至少83，上述內(nèi)容基于發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
[0115]執(zhí)行最初的測(cè)試以建立基準(zhǔn)。使用了DC計(jì)量等級(jí)表，從而使得不同電壓的測(cè)量結(jié)果精確到10—6焦耳的單位。對(duì)于大部分，記錄4位十進(jìn)制有效數(shù)字。同時(shí)使用內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)和來(lái)自最近獲得的由銷(xiāo)售商的認(rèn)證校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)置為制造商的技術(shù)規(guī)范的儀器的比較電壓讀數(shù)來(lái)校準(zhǔn)這些儀器。
[0116]圖2示出了使用和包括純DC能量傳輸設(shè)備100和能量傳輸控制器170以根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)交通工具200，特別是實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力電動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)(ice)汽車(chē)210的圖1的系統(tǒng)180。該汽車(chē)210包括圖1的系統(tǒng)180的元件以及可控制的給I CE 222提供的燃料214。操作I CE222以給發(fā)電機(jī)230提供能量，該發(fā)電機(jī)的電力輸出被提供給純DC能量傳輸設(shè)備100的輸入DC端子102。在該簡(jiǎn)化的示意圖中，輸出DC端子104連接到電動(dòng)機(jī)250，該電動(dòng)機(jī)250驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)車(chē)軸以轉(zhuǎn)動(dòng)汽車(chē)的車(chē)輪。
[0117]圖3示出了在道路330右側(cè)配備有一單位的燃料214的圖2的交通工具200和/或汽車(chē)210。交通工具200和/或汽車(chē)210如箭頭所示從附圖的右邊向左邊行進(jìn)，在附圖左邊示出了在耗盡了該單位的燃料214并行進(jìn)一段距離310之后的交通工具200和/或汽車(chē)210。
[0118]第二個(gè)實(shí)現(xiàn)使純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220中的能量傳輸設(shè)備100適于在混合動(dòng)力電動(dòng)/內(nèi)燃機(jī)(ice)汽車(chē)210中操作，從而支持維持每加侖至少100英里的燃料使用，或以公制單位表示，維持每公升燃料(如汽油)至少43公里的燃料使用的汽車(chē)。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)單位320是一加侖時(shí)，期望行進(jìn)的距離超過(guò)100英里。當(dāng)單位320是一公升時(shí)，期望行進(jìn)的距離超過(guò)43公里。
[0119]第三個(gè)實(shí)現(xiàn)使在純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220中的能量傳輸設(shè)備100適于在汽車(chē)210中操作，從而維持每加侖至少200英里的燃料使用或每公升至少86公里的燃料使用。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)單位320是一加侖時(shí)，期望行進(jìn)的距離超過(guò)200英里。當(dāng)單位320是一公升時(shí)，期望行進(jìn)的距離超過(guò)86公里。
[0120]圖4-圖11示出了適于在支持圖1中的純DC能量傳輸設(shè)備100的第二個(gè)和/或第三個(gè)實(shí)現(xiàn)的圖2的交通工具200和/或混合動(dòng)力電動(dòng)-內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)210內(nèi)傳輸能量的圖2中的純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的一些細(xì)節(jié)。首先將單獨(dú)討論這些圖，然后關(guān)于對(duì)第二和/或第三實(shí)現(xiàn)的支持，對(duì)其進(jìn)行集中討論。
[0121]圖4示出了圖2的純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220，其包括圖1的純DC能量傳輸設(shè)備100以及在圖5中示出另外的細(xì)節(jié)的純DC降壓(SD)級(jí)的兩個(gè)例子400-1和400-2。純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220可以包括高能量端子202、公共端子106以及如首先在圖2中示出的服務(wù)端子204。純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220還可以包括標(biāo)記為208A到208E的多個(gè)控制端子，其也是首先在圖2中示出。
[0122]在圖4中，每個(gè)控制端子208A-208E處相對(duì)于公共端子106的控制DES將在斷開(kāi)或閉合相關(guān)部件中的開(kāi)關(guān)方面進(jìn)行討論。
[0123]例如，控制DESA是“閉合的”是指給控制端子208A提供斷開(kāi)如圖1中示出的純DC能量傳輸設(shè)備100內(nèi)的開(kāi)關(guān)SWl 140的條件。
[0124]在另一個(gè)示例中，控制DESB是“斷開(kāi)的”是指給控制端子208B提供斷開(kāi)如圖5所示的第一純DC降壓級(jí)400中的開(kāi)關(guān)SW4 540的條件。
[0125]在第三個(gè)示例中，控制DESC是“閉合的”是指給控制端子208C提供閉合SW2 410-2的條件。
[0126]圖5示出了圖4中的純DC降壓(SD)級(jí)400-1和/或400-2的一個(gè)或多個(gè)例子的一些細(xì)節(jié)。每個(gè)純DC SD級(jí)包括如首先在圖4中示出的輸入DC端子402、輸出DC端子404、控制端子408、以及公共端子106。純DC SD級(jí)還包括開(kāi)關(guān)SW4 540、第二電感器L2 550、以及第三電容性器件C3 560。
[0127]為了簡(jiǎn)化圖4到圖11的討論和分析的目的，控制端子208C和209E的控軸)ES將假設(shè)為從不同時(shí)閉合。這將允許對(duì)圖2中的服務(wù)端子204處的DES條件的分析在以下假設(shè)下進(jìn)行:這些條件可以通過(guò)存儲(chǔ)在如在圖5中示出的第三電容性器件C3 560中的能量來(lái)獲取(address)。雖然該簡(jiǎn)化有助于理解本實(shí)用新型的操作和分析，但是這并不排除通過(guò)圖2中的能量控制器280以所發(fā)現(xiàn)的任何有用的組合的形式操作這些控制DES。
[0128]圖6示出了圖4中的純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的改進(jìn)，現(xiàn)在純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220包括第三和第四純DC SD級(jí)400-3和400-4。該純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220還包括四個(gè)附加的控制端子208F到2081。類(lèi)似于先前的討論，在任何時(shí)間，開(kāi)關(guān)SW2 410_2、SW3 410-3^Sff6 410-6或SW5410-5中的至多一個(gè)是閉合的。雖然該簡(jiǎn)化有助于理解本實(shí)用新型的操作和分析，但是這并不排除通過(guò)圖2中的能量控制器280以所發(fā)現(xiàn)的任何有用的組合的形式操作這些控制DES。然而，與純DC SD級(jí)400-1到400-4的4個(gè)例子的控制端子C 408相關(guān)的控制DES可以或可以不同時(shí)是“閉合的”。閉合純DC SD級(jí)中的這些內(nèi)部開(kāi)關(guān)中的兩個(gè)允許同時(shí)對(duì)圖5中的兩個(gè)第三電容性器件C3 560進(jìn)行充電，然而這些電容性器件中的每個(gè)單獨(dú)進(jìn)行放電可能是有用的，對(duì)第三實(shí)現(xiàn)特別有用。
[0129]圖7示出了對(duì)圖4的改進(jìn)，其中純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220還包括第五純DC SD 400-5。雙級(jí)純DC能量傳輸設(shè)備700包括第一純DC能量傳輸設(shè)備100-1以及第五純DC降壓(SD)級(jí)400-5。雙級(jí)純DC能量傳輸設(shè)備700的端子包括(如之前所述)輸入DC端子102和公共端子106。為了避免混淆，輸出端子標(biāo)記為404以與該圖一致。如圖所示，第一純DC能量傳輸設(shè)備100-1的輸出DC端子104連接到純DC降壓(SD)級(jí)的第五個(gè)例子的輸入DC端子402。雙級(jí)純DC能量傳輸設(shè)備700在第五個(gè)例子中支持兩級(jí)降壓、中間電壓，因此降低了在一些實(shí)現(xiàn)中對(duì)先前示出的純DC降壓級(jí)的常規(guī)第一到第四例子的且如由該圖的第一和第二純DC SD級(jí)400-1和400-2實(shí)現(xiàn)的服務(wù)DES的需求。
[0130]圖8示出通過(guò)使用雙級(jí)能量傳輸設(shè)備700替換第一純DC能量傳輸設(shè)備100-1而獲得的對(duì)圖6的純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的改進(jìn)。這種替換引起如結(jié)合如上所討論的關(guān)于圖6的潛在優(yōu)點(diǎn)關(guān)于圖7所討論的相似潛在優(yōu)點(diǎn)。
[0131]圖9A到圖9C示出了具有共享輸出電感器L3950的純DC能量傳輸設(shè)備900的四個(gè)可能的實(shí)現(xiàn)。
[0132]在圖9A和圖9B中，具有共享電感器900的純DC能量傳輸設(shè)備包括純DC能量傳輸設(shè)備100的例子。
[0133]在圖9A中，純DC能量傳輸設(shè)備100的輸出DC端子104連接到第三電感性器件L3950的第一端子I。第三電感性器件L3 950的第二端子2連接到共享輸出DC端子904。
[0134]在圖9B中，純DC能量傳輸設(shè)備100的輸出DC端子104通過(guò)第五二極管D5連接到第三電感性器件L3 950的第一端子I。第三電感性器件L3950的第二端子2通過(guò)第六二極管D6連接到共享輸出DC端子904。
[0135]在圖9C和圖9D中，具有共享電感器900的純DC能量傳輸設(shè)備包括雙純DC能量傳輸設(shè)備700的實(shí)例。
[0136]在圖9C中，雙純DC能量傳輸設(shè)備700的輸出DC端子404連接到第三電感性器件L3950的第一端子I。第三電感性器件L3 950的第二端子2連接到共享輸出DC端子904。
[0137]在圖9D中，雙純DC能量傳輸設(shè)備700的輸出DC端子104通過(guò)第七二極管D7連接到第三電感性器件L3 950的第一端子I。第三電感性器件L3 950的第二端子2通過(guò)第八二極管D8連接到共享輸出DC端子904。
[0138]圖10示出了先前的各圖的純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的實(shí)現(xiàn)，其中包括具有共享電感器的純DC能量傳輸設(shè)備900、純DC電容級(jí)的兩個(gè)實(shí)例1000-1和1000-2、以及兩個(gè)開(kāi)關(guān)SW2410-2和SW3 410-3。通過(guò)如在圖9A到圖9D中所示地共享第三電感器L3 950，純DC電容級(jí)1000-1和1000-2不需要電感器，如在圖11中所示。該實(shí)現(xiàn)可能在純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的一些實(shí)現(xiàn)中是有用的。
[0139]圖11示出了根據(jù)在圖9A到圖9D中示出的具有共享電感器的純DC能量傳輸設(shè)備900的純DC電容級(jí)的示例。
[0140]圖12改進(jìn)了圖10的純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220以進(jìn)一步地包括純DC電容級(jí)的第三和第四實(shí)例1000-3和100-4。
[0141]對(duì)于圖2和圖3的混合動(dòng)力電動(dòng)-內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)210的之前的各種變化，做出如下假設(shè)。汽車(chē)210重約3,000鎊或重約1361千克。電動(dòng)機(jī)250將需要大致接近50千瓦的電力的連續(xù)傳輸以維持汽車(chē)210在正常使用中的操作，諸如能夠以每小時(shí)70英里緩緩行駛且以每小時(shí)55英里爬上5%的斜坡。汽車(chē)210將通過(guò)啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)(ICE)222運(yùn)行發(fā)電機(jī)230以生成能量，該能量通過(guò)高能量端子204提供給純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220，從而反復(fù)循環(huán)對(duì)純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220充電。啟動(dòng)ICE 222將消耗燃料214，從而為純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220充電，以支持通過(guò)服務(wù)端子204向電動(dòng)機(jī)250提供電力。
[0142]圖13示出了包括純DC能量傳輸設(shè)備100和純DC降壓(SD)級(jí)400的純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220，其中純DC SD級(jí)400的輸入DC端子402連接到高能量端子202，有效地與圖5的第四開(kāi)關(guān)SW4的第一端子I共享存儲(chǔ)在圖1的第一電容性器件Cl 130中的能量。該網(wǎng)絡(luò)220可在任意時(shí)刻僅使一個(gè)降壓級(jí)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中操作方面具有優(yōu)勢(shì)。
[0143]圖14示出了包括純DC能量傳輸設(shè)備100和純DC降壓(SD)級(jí)的3個(gè)實(shí)例400-1、400-2和400-3的純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220，其中純DC SD級(jí)400-1、400_2和400-3中的每一級(jí)的輸入DC端子402都連接到高能量端子202，有效地與純DC SD級(jí)的每個(gè)實(shí)例400-1、400_2和400-3中的圖5的第四開(kāi)關(guān)SW4的第一端子I共享存儲(chǔ)在圖1的第一電容性器件Cl 130中的能量。該網(wǎng)絡(luò)220可在任意時(shí)刻僅使一個(gè)降壓級(jí)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中操作方面具有優(yōu)勢(shì)。
[0144]純DC能量傳輸設(shè)備100和純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的一個(gè)商業(yè)目標(biāo)是增加消耗單位320燃料214時(shí)的行進(jìn)距離310。能量效率被認(rèn)為是ICE運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)度與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)度之間的比率。燃料效率將是多個(gè)單位320的燃料214與行進(jìn)距離310的比率。
[0145]第二個(gè)實(shí)現(xiàn)要求純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220中的能量傳輸設(shè)備100支持汽車(chē)維持每加侖至少100英里的燃料使用，或以公制單位表示，維持每公升燃料(如汽油)至少43公里的燃料使用。
[0146]假設(shè)ICE 222運(yùn)行了30秒以生成50千瓦被傳送以對(duì)純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220進(jìn)行充電的電力，在ICE再次啟動(dòng)并重復(fù)能量傳輸循環(huán)之前，在純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220中將50千瓦電力存儲(chǔ)起來(lái)并且在上述驅(qū)動(dòng)條件下在至少100秒內(nèi)對(duì)電動(dòng)機(jī)250放電。在一小時(shí)內(nèi)存在36個(gè)100秒的間隔，所以ICE將在一小時(shí)內(nèi)運(yùn)行18分鐘。對(duì)于時(shí)速70英里的汽車(chē)210，每加侖運(yùn)行40英里的話(huà)，行進(jìn)70英里大約消耗1.75加侖。使用純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220，ICE在一小時(shí)內(nèi)只運(yùn)行18分鐘，因此，每小時(shí)消耗約0.5加侖，其燃料效率為每加侖大約140英里或每公升大約60公里。應(yīng)注意的是，以較低的速度駕駛汽車(chē)210有可能增加燃料效率。還要注意的是，在設(shè)置每加侖100英里的目標(biāo)時(shí)，在該分析中為目前不可見(jiàn)和尚未實(shí)現(xiàn)的商業(yè)目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)因素留出了空間。
[0147]第二實(shí)現(xiàn)的部件的演變。回故圖1。假設(shè)第一開(kāi)關(guān)SWl140是斷開(kāi)的。當(dāng)存儲(chǔ)在第一電容性器件130的能量達(dá)到其充電的閾值時(shí)，來(lái)自輸入DC端子102的能量傳輸開(kāi)始。當(dāng)存儲(chǔ)在第一電容性器件的能量超過(guò)其充電的閾值時(shí)，第一開(kāi)關(guān)SWl被閉合，并且能量開(kāi)始從第一電容性器件經(jīng)過(guò)電感性器件LI 150流到第二電容性器件C2 160?？梢詮拈_(kāi)始存儲(chǔ)在第一電容性器件Cl 130中的能量的大小與在開(kāi)關(guān)SWl 140斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的端子I和2之間的連接之前傳輸?shù)降诙娙菪云骷﨏2 160的能量的大小之間的差，看出能量傳輸設(shè)備100的能量效率。
[0148]圖15A-15I示出了至少第一個(gè)電容性器件1310的一些特征，這些特征也可適于其他電容性器件C2 160、C3 560、和/或C4 1160中的一個(gè)或多個(gè)。
[0149]為了將5-6兆焦耳存儲(chǔ)在第一電容性器件Cl130中，將要求電容在I到1.4法拉的范圍中且電壓在2，700-3，000伏特的范圍中。回顧現(xiàn)有技術(shù)< =&6(^/(1，其中(:是以法拉為單位的電容，A是平行板的重疊部分的面積，er是電介質(zhì)的介電常數(shù)，eo是電學(xué)常數(shù)(約是8.854*10—12法/米)，且d是以米為單位的板的間距。
[0150]圖15A示出了第一電容性器件Cl130的俯視圖。第一電容性器件可以包括形狀像圓或圓的一部分，諸如四分之一圓的電極板。第一電容性器件Cl 130可以包括4個(gè)獨(dú)立的電容性四分之一圓區(qū)域Cll到C14。這些電容性四分之一圓區(qū)域可以電耦合且綁定在一起以形成第一電容性器件C1130。電容性器件的直徑Dl可以是由1.2米、I米、0.75米、0.5米和0.25米組成的組中的至多一個(gè)成員。需注意的是，板的重疊面積A約為0.25*pi*Dl2。
[0151]圖15B示出了關(guān)于例如圖15A的C14的其中一個(gè)電容性四分之一圓的橫截面的簡(jiǎn)化示例。該橫截面可以包括層和板的集合。在該示例中，層是電介質(zhì)1330的層。電介質(zhì)1330可以是陶瓷，可能實(shí)質(zhì)上由包括鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇或鈦酸鍶的組中的一個(gè)或多個(gè)成員構(gòu)成。電介質(zhì)1330可以被提供為可能經(jīng)過(guò)高度壓縮或處理的粉末以排除造成電容損失的空隙和/或濕氣。這樣的粉末可以成為是“燒結(jié)的”。電介質(zhì)1330的層可以具有實(shí)質(zhì)上為d的厚度，其中d被建模為板I和板2之間的距離。電極I 1310可以包括板I的全部。電極2 1320可以包括板2的全部。電極I 1310和電極2 1320可以實(shí)質(zhì)上由相同的物質(zhì)組成，諸如金屬元素的合金，其中所述金屬元素還可以是由錫和鋁構(gòu)成的組的成員。
[0152]圖15C示出了還包括電池1340層、電阻1350層和/或二極管1360層中的至少一層的圖15B的層狀圖的改進(jìn)。電池1340層可以用來(lái)額外地存儲(chǔ)可能在比板I和板2以及電介質(zhì)層之間釋放的能量釋放更長(zhǎng)的時(shí)間的能量。電阻1350層可以消除對(duì)于作為純DC能量傳輸設(shè)備100中的獨(dú)立部件的一個(gè)或多個(gè)電阻器的需要。二極管1360層可以起到保護(hù)第一電容性器件Cl 130避免純DC能量傳輸設(shè)備100中的負(fù)脈沖信號(hào)條件的作用。
[0153]圖MD示出了來(lái)自圖15A的電容性部件C14的橫截面A-A。
[0154]圖15E不出了第一電極1310的各個(gè)板的親合以形成第一電極，第二電極1320的各個(gè)板的耦合以形成第二電極，以及在圖1?的A-A橫截面中分離兩個(gè)電極1310和1320的板的電介質(zhì)1330的布置。
[0155]圖15F到圖15H示出包括如放置和/或形成在板的側(cè)面上的碳納米管的指狀物的一個(gè)或多個(gè)電極的一個(gè)或多個(gè)板的一個(gè)或多個(gè)側(cè)面的一些示例。指狀物，如碳納米管可以增加表面的有效面積，可能增加了至少110%、150%、175%、200%、250%的系數(shù)或超過(guò)了板的宏觀(guān)面積更多。這些特征可以將電容性器件諸如Cl、C2、C3和/或C4的電容提高相同的系數(shù)同時(shí)減小設(shè)備所需要的大小和重量。
[0156]圖15F示出了包括第一表面的第一電極I1310的示例板，碳納米管1312放置和/或形成在第一表面上。
[0157]圖15G示出了包括第一表面的第二電極21320的示例板，碳納米管1312放置和/或形成在第一表面上。
[0158]圖15H示出了具有放置和/或形成在板的兩個(gè)面上的碳納米管1312的一個(gè)電極1310。需注意的是，該圖也可以應(yīng)用到第二電極2 1320。
[0159]圖151示出了包括將其第一端子連接以形成第一電容性器件Cl130的第一端子I的m個(gè)實(shí)例Cl.1 130.1到Cl.m 130.m的第一電容性器件Cl 130的示例。同樣將Cl.1到Cl.m的第二端子2連接以形成Cl 130的第二端子2。這樣的電路耦合往往被稱(chēng)為部件的并聯(lián)電路。如本文所使用的，m至少是二。
[0160]第二電容性器件C2150的實(shí)現(xiàn)可以包括如在圖151中示出的電路，其中m是6。在第二個(gè)實(shí)現(xiàn)中，服務(wù)端子和公共端子之間的服務(wù)電壓是64伏特或64伏特的小倍數(shù)。暫時(shí)假設(shè)服務(wù)電壓是64伏特且需要第二電容性器件C2來(lái)存儲(chǔ)2百萬(wàn)焦耳或多于2百萬(wàn)焦耳。在該實(shí)現(xiàn)中的部件，C2.1到C2.m可以是大容量電容器的堆疊(串聯(lián)電路)，每個(gè)堆疊可能實(shí)現(xiàn)64伏特和125法拉。如今，這樣的部件處于大規(guī)模的生產(chǎn)中。
[0161]需注意的是，在各個(gè)實(shí)現(xiàn)中，電容性器件Cl130的任何或全部特征的組合都可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)其他電容性器件C2 160、C3 560和/或C4 1160中的任何一個(gè)或全部。
[0162]在純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的一些第二實(shí)現(xiàn)中，如在圖4、圖7以及圖10中示出的，優(yōu)選的組件可以包括雙輸出級(jí)，雙輸出級(jí)中的每個(gè)可以單獨(dú)進(jìn)行充電和放電可能是有益的。
[0163]在純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的一些第二實(shí)現(xiàn)中，單級(jí)純DC能量傳輸設(shè)備100可能是優(yōu)選的，如在圖4和圖6中所示出的。
[0164]在純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的一些第二實(shí)現(xiàn)中，雙級(jí)純DC能量傳輸設(shè)備700可能是優(yōu)選的，如在圖7和圖8中所示出的。
[0165]在純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的一些第二實(shí)現(xiàn)中，純DC能量傳輸設(shè)備900、共享的輸出電感器可能是優(yōu)選的，如在圖10和圖12中所示出的。在這些圖中，純DC電容級(jí)可以按照?qǐng)D11中所示出的實(shí)現(xiàn)。
[0166]具有共享電感器的純DC能量設(shè)備900可以使用如在圖9A和圖9B中示出的單級(jí)純DC能量傳輸設(shè)備100來(lái)實(shí)現(xiàn)，或使用如在圖9C和圖9D中示出的雙級(jí)純DC能量傳輸設(shè)備700來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0167]如在圖9A中所示，共享的電感器L3 950可以直接連接在輸出DC端子104和共享輸出DC端子904之間，如在圖9A中所示?？蛇x地，如在圖9B中所示，共享的電感器L3 950可以分別通過(guò)第五二極管D5和/或通過(guò)第六二極管D6而連接在輸出DC端子104和共享輸出DC端子904之間。
[0168]如在圖9C中所示，共享的電感器L3 950可以直接連接在輸出DC端子404和共享輸出DC端子904之間?？蛇x地，如在圖9D中所示，共享的電感器L3 950可以分別通過(guò)第七二極管D7和/或通過(guò)第八二極管D8而連接在輸出DC端子404和共享輸出DC端子904之間。
[0169]回顧純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的第三個(gè)實(shí)現(xiàn)，其使純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220中的能量傳輸設(shè)備100適于在汽車(chē)210中進(jìn)行操作，從而維持每加侖至少200英里的燃料使用或每公升至少86公里的燃料使用。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)單位320是一加侖時(shí)，期望行進(jìn)的距離超過(guò)200英里。當(dāng)單位320是一公升時(shí)，期望行進(jìn)的距離超過(guò)86公里。
[0170]假定生產(chǎn)成本有可能是汽車(chē)制造中普遍關(guān)心的問(wèn)題，那么找到可靠的更簡(jiǎn)單的電路將是優(yōu)選的。然而，能夠投產(chǎn)具有二倍燃料效率的第二種版本的汽車(chē)210具有巨大的商業(yè)價(jià)值，如果這樣的部署具有快速的上市時(shí)間則更是如此。
[0171]如果通過(guò)使用如在圖4或圖7中所示出的兩個(gè)純DC SD級(jí)400-1和400-2，滿(mǎn)足了純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的第二個(gè)實(shí)現(xiàn)的需求，則使用如在圖6或圖8中所示的純DC SD級(jí)的四個(gè)實(shí)例400-1到400-4的純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的第三個(gè)實(shí)現(xiàn)可能是優(yōu)選的。
[0172]如果純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的第二個(gè)實(shí)現(xiàn)的需求由如在圖10中所示出的純DC電容級(jí)的兩個(gè)實(shí)例1000-1和1000-2來(lái)滿(mǎn)足，則使用如圖12中所示的純DC電容級(jí)的四個(gè)實(shí)例1000-1到1000-4的純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的第三個(gè)實(shí)現(xiàn)可能是優(yōu)選的。
[0173]電感性器件LI150、L2 550以及L3 950在最初可以用市場(chǎng)上可買(mǎi)到的電感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0174]然而，可能存在對(duì)電感器的冷卻和校準(zhǔn)的改進(jìn)的需求。
[0175]針對(duì)其在純DC能量傳輸設(shè)備100和/或純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220中的其它部分中的各個(gè)實(shí)現(xiàn)中的性能，確定電感器的特征可能是優(yōu)選的，這是因?yàn)?，其性能的設(shè)計(jì)將同時(shí)反映穿過(guò)它們的高能量以及其通常操作所涉及的低頻率。
[0176]適合在本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)現(xiàn)中使用的電感器可能還需要或許是液體電介質(zhì)(如礦物油)的冷卻層。
[0177]開(kāi)關(guān)SWl140、SW2 410-2 ^Sff3 410-3^Sff4 540^Sff5 410-5和/或SW6 410-6可以由早已生產(chǎn)的固態(tài)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0178]然而，存在對(duì)可靠的機(jī)械開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)的需求，例如，包括電樞腔的繼電器，電樞可以在電樞腔內(nèi)在端子I和端子2的斷開(kāi)連接和閉合連接之間移動(dòng)。
[0179]可以將電樞腔用液體電介質(zhì)填滿(mǎn)以抑制當(dāng)電樞斷開(kāi)和閉合開(kāi)關(guān)端子I和2之間的連接時(shí)的電弧效應(yīng)。
[0180]機(jī)械開(kāi)關(guān)還可以包括活塞，該活塞適于在開(kāi)關(guān)被閉合時(shí)，抽動(dòng)液體電介質(zhì)遠(yuǎn)離電樞和端子觸點(diǎn)之間的間隙，并在開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)時(shí)，將液體電介質(zhì)推入間隙。
[0181]盡管兩級(jí)以上的純DC能量傳輸設(shè)備被認(rèn)為落入本實(shí)用新型的范圍內(nèi)，但是為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，它們的討論僅限于本段。
[0182]盡管純DCSD級(jí)400的四個(gè)以上實(shí)例被認(rèn)為落入本實(shí)用新型的范圍內(nèi)，但是為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，它們的討論僅限于本段。純DC SD級(jí)400的實(shí)例數(shù)可以至少是一，并且不受限于2的倍數(shù)。例如，電動(dòng)機(jī)250的三級(jí)循環(huán)可能是優(yōu)選的，導(dǎo)致純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220中的3個(gè)實(shí)例。
[0183]圖16總結(jié)了可以根據(jù)或適于滿(mǎn)足本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例和/或?qū)崿F(xiàn)的需求而單獨(dú)制造的本實(shí)用新型的某種裝置10。裝置10包括但不限于，純DC能量傳輸設(shè)備100、雙級(jí)純DC能量傳輸設(shè)備700、能量傳輸控制器170和/或280、純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220、在這樣的電路中使用的部件1400、從包括和/或使用純DC能量傳輸設(shè)備和/或網(wǎng)絡(luò)受益的裝置以及根據(jù)本實(shí)用新型對(duì)如上進(jìn)行操作的方法。
[0184]部件1400可以包括但不限于，電容性器件Cl到C4中的至少一個(gè)、開(kāi)關(guān)器件SWl到SW6中的至少一個(gè)、電感性器件LI到L3中的至少一個(gè)、全SD級(jí)400中的至少一個(gè)、和/或純DC電容性器件1000中的至少一個(gè)，這些設(shè)備的每一個(gè)都在【實(shí)用新型內(nèi)容】中和詳細(xì)的公開(kāi)中定義和公開(kāi)。
[0185]應(yīng)用裝置可以包括但不限于混合動(dòng)力電動(dòng)交通工具、電動(dòng)交通工具和/或太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。
[0186]所述交通工具中的任何一個(gè)可以是有人駕駛的或無(wú)人駕駛的汽車(chē)、貨車(chē)、公共汽車(chē)、電車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)、用于水面或水下行駛的船只，衛(wèi)星和/或宇宙飛船。
[0187]優(yōu)選的交通工具可以是汽車(chē)、貨車(chē)或公共汽車(chē)。
[0188]太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備可以包括但不限于來(lái)自太陽(yáng)能發(fā)電陣列和/或太陽(yáng)能存儲(chǔ)器的能量傳輸設(shè)備，這些設(shè)備是基于電網(wǎng)的或離網(wǎng)型的。
[0189]在本公開(kāi)中特別關(guān)注的是混合動(dòng)力電動(dòng)/內(nèi)燃機(jī)(ICE)汽車(chē)210。
[0190]圖17示出了能量傳輸控制器170和/或280可以包括由控制器1500、計(jì)算機(jī)1510、配置1520和包括至少一個(gè)存儲(chǔ)內(nèi)容1540的永久存儲(chǔ)器1530構(gòu)成的組的至少一個(gè)成員的至少一個(gè)實(shí)例。
[0191]控制器1500可以包括至少一個(gè)輸入端、至少一個(gè)輸出端、以及可能包括至少一個(gè)內(nèi)部狀態(tài)。控制器1500可以通過(guò)改變內(nèi)部狀態(tài)來(lái)響應(yīng)輸入?？刂破?500可以基于輸入端的至少一個(gè)值和/或至少一個(gè)內(nèi)部狀態(tài)的至少一個(gè)值，生成輸出。內(nèi)部狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)永久存儲(chǔ)器1530、存儲(chǔ)內(nèi)容1540和/或配置1520的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例。
[0192]計(jì)算機(jī)1500包括至少一個(gè)指令處理器和至少一個(gè)數(shù)據(jù)處理器。每個(gè)數(shù)據(jù)處理器由至少一個(gè)指令處理器指示。計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)永久存儲(chǔ)器1530、存儲(chǔ)內(nèi)容1540和/或配置1520的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例。
[0193]存儲(chǔ)內(nèi)容1540可以被保留在永久存儲(chǔ)器1530、控制器1500和/或計(jì)算機(jī)1510中。
[0194]存儲(chǔ)內(nèi)容1540可以包括下載1550、安裝包1552、操作系統(tǒng)1554中的至少一個(gè)和/或至少一個(gè)程序部件1556的至少一個(gè)實(shí)例，其中的任何一個(gè)都可實(shí)現(xiàn)操作本實(shí)用新型的一些元件的方法的至少部分。
[0195]如本文所使用的，無(wú)論裝置10目前是否正致力于生成供純DC能量傳輸設(shè)備100和/或純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220使用的電力，永久存儲(chǔ)器1530都可以包括至少一個(gè)非易失性存儲(chǔ)器部件和/或至少一個(gè)易失性存儲(chǔ)器部件，所述易失性存儲(chǔ)器部件提供了適于在例行操作中消除其易失性的電源。無(wú)論是否給存儲(chǔ)器提供電力，非易失性存儲(chǔ)器都適于保持其存儲(chǔ)內(nèi)容1540。在一段時(shí)間內(nèi)不提供任何電力的情況下，易失性存儲(chǔ)器可能丟失其存儲(chǔ)內(nèi)容1540 ο
[0196]圖18示出了圖17的程序部件1556的一些示例，所述程序部件中的任何一個(gè)都可以實(shí)現(xiàn)操作純DC能量傳輸設(shè)備100、純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220、包括和/或使用100和/或220中的至少一個(gè)的系統(tǒng)180、特別是混合動(dòng)力電動(dòng)/ICE汽車(chē)210中的至少一個(gè)的至少一部分的方法的至少一個(gè)部件。與方法包括一個(gè)或多個(gè)步驟非常類(lèi)似，程序部件1556包括所指示的下列操作中的一個(gè)或多個(gè):
[0197]程序操作1600支持操作純DC能量傳輸設(shè)備100以響應(yīng)于相對(duì)于公共端子106對(duì)輸入DC端子102和/或輸出DC端子104的感測(cè)。能量傳輸控制器170可以改變控制狀態(tài)172以向第一開(kāi)關(guān)SWl 140的控制端子C提供閉合狀態(tài)174或斷開(kāi)狀態(tài)176中的一個(gè)。
[0198]通過(guò)示例的方式，輸入DC端子可以連接到如在圖1中所示的第一電容性器件Cl130，其具有被估計(jì)為Cestl的電容且輸入DC DES在t0時(shí)刻具有Vin_est0伏特的電壓而在tl時(shí)刻具有Vin_estl伏特的電壓。由Cl在tO時(shí)刻存儲(chǔ)的估計(jì)能量可以計(jì)算為l/2*Cestl*Vin_estO2。由Cl在tl時(shí)刻存儲(chǔ)的估計(jì)能量可以計(jì)算為1/2*0681:1*￥;[11_681:12。從1:0時(shí)刻到1:1時(shí)刻自Cl傳輸?shù)哪芰康囊环N估計(jì)可以計(jì)算為l/2*Cestl*(Vin_estl2-Vin_est02)。
[0199]第二個(gè)示例也基于圖1。假設(shè)第二電容性器件C2160具有Cest2的估計(jì)電容。假設(shè)輸出DC DES在tO時(shí)刻具有Vout_est0的電壓以及在tl時(shí)刻具有Vout_estl的電壓。類(lèi)似地，從1:0時(shí)刻到1:1時(shí)刻傳輸?shù)哪芰康囊环N估計(jì)可以計(jì)算為1/2*06 8丨2*(￥0111:_6 81:12-￥0111:_estO2)ο
[0200]操作純DC能量傳輸設(shè)備100可以包括，當(dāng)Cl存儲(chǔ)的估計(jì)能量在閾值之下時(shí)或當(dāng)輸ADC DES的估計(jì)電壓在第二閾值之下時(shí)，充電第一電容性器件100。假設(shè)在Cl處的最大電壓是3000伏特并且電容是一法拉。第一閾值在最大操作電壓是3000伏特時(shí)，可以是在Cl處存儲(chǔ)的能量的I /4或者第二閾值可以是3000伏特的I /2。
[0201]tO和tl之間的能量傳輸效率可以通過(guò)在C2處傳輸?shù)哪芰砍栽贑l處傳輸?shù)哪芰康谋嚷蕘?lái)估計(jì)，其可以計(jì)算為 Cest2*(Vout_estl2_Vout_est02)/ (Cestl*(Vin_estl2_Vin_estO2))ο
[0202]程序操作1610支持操作純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220以響應(yīng)于相對(duì)于公共端子106對(duì)高能量端子202和/或服務(wù)端子204的感測(cè)。
[0203]程序操作1620支持操作雙級(jí)純DC能量傳輸設(shè)備700以相對(duì)于公共端子106感測(cè)其端子102和/或404中的至少一個(gè)。這些操作可以包括改變兩個(gè)控制狀態(tài)172-1和172-2以通過(guò)控制端子108和408分別控制雙級(jí)純DC能量傳輸設(shè)備700中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)。
[0204]程序操作1630支持操作至少一個(gè)降壓(SD)級(jí)400以響應(yīng)于相對(duì)于公共端子106對(duì)高能量端子202和/或服務(wù)端子204的感測(cè)。
[0205]程序操作1640支持操作至少一個(gè)電容(Cap)級(jí)100以響應(yīng)于相對(duì)于公共端子106對(duì)高能量端子202和/或服務(wù)端子204的感測(cè)。
[0206]程序操作1650支持操作至少一部分系統(tǒng)180以響應(yīng)于純DC能量傳輸設(shè)備100和/或至少部分純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220中的至少一個(gè)的至少一個(gè)感測(cè)的DES。
[0207]程序操作1660支持操作混合動(dòng)力電動(dòng)/ICE汽車(chē)210以響應(yīng)于至少部分純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)220的至少一個(gè)感測(cè)的DES。
[0208]雖然提出這些示例和討論用來(lái)公開(kāi)和允許在多個(gè)國(guó)家的本申請(qǐng)的權(quán)利要求和未來(lái)的分案申請(qǐng)和接續(xù)申請(qǐng)的權(quán)利要求，但是涉及本文的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識(shí)到本實(shí)用新型的范圍超過(guò)了這些話(huà)語(yǔ)能夠表達(dá)的范圍。
[0209]例如，最簡(jiǎn)單的純DC能量傳輸設(shè)備100可以由所定義的能量傳輸設(shè)備的元件之外的至少一個(gè)內(nèi)部DES構(gòu)成，該至少一個(gè)內(nèi)部DES促進(jìn)實(shí)質(zhì)上由DC DES構(gòu)成的輸出DC DES的生成，其在本文被稱(chēng)為內(nèi)部DC DES0
[0210]在另一個(gè)示例中，如在圖1中示出的純DC能量傳輸設(shè)備100的部件之間的一個(gè)或多個(gè)連接可以不包括二極管Dl或D2，雖然圖中示出了二極管Dl和D2。
[0211]在另一個(gè)示例中，在圖1和后續(xù)的圖的任何連接之間，可以耦合額外的部件，舉一些例子，諸如電阻器、電容器、二極管和/或電感器，假設(shè)這些額外的部件不破壞促進(jìn)DC能量傳輸?shù)膬?nèi)部DC DES0
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于能量傳輸?shù)难b置，包括純DC能量傳輸設(shè)備，所述純DC能量傳輸設(shè)備包括輸入DC端子、公共端子和輸出DC端子； 所述純DC能量傳輸設(shè)備適于響應(yīng)于所述輸入DC端子處的輸入DC動(dòng)態(tài)電狀態(tài)DES，以將能量通過(guò)至少一個(gè)內(nèi)部DES傳輸?shù)剿鲚敵鯠C端子處的輸出DC DES;所述內(nèi)部DES中的每個(gè)內(nèi)部DES實(shí)質(zhì)上由適于只在一個(gè)方向上流動(dòng)電流的DC DES構(gòu)成；其中所述輸入DC動(dòng)態(tài)電狀態(tài)DES和所述輸出DC DES是相對(duì)于所述公共端子的。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括: 所述純DC能量傳輸設(shè)備包括第一電容性器件、第二電容性器件、開(kāi)關(guān)和電感性器件；其中，所述第一電容性器件、所述第二電容性器件、所述開(kāi)關(guān)和所述電感性器件中的每個(gè)包括第一端子和第二端子； 其中，所述開(kāi)關(guān)還包括控制端子，并且所述開(kāi)關(guān)適于在閉合狀態(tài)下閉合所述開(kāi)關(guān)的第一端子和第二端子之間的連接，并且在斷開(kāi)狀態(tài)下斷開(kāi)所述連接，其中，所述閉合狀態(tài)和所述斷開(kāi)狀態(tài)是對(duì)所述控制端子相對(duì)于所述公共端子的控制DES的響應(yīng)； 所述純DC能量傳輸設(shè)備還包括: 所述輸入DC端子被連接到所述第一電容性器件的第一端子且連接到所述開(kāi)關(guān)的第一端子； 所述第一電容性器件的第二端子被連接到所述公共端子； 所述開(kāi)關(guān)的第二端子被連接到所述電感性器件的第一端子； 所述電感性器件的第二端子被連接到所述第二電容性器件的第一端子并且連接到所述輸出DC端子；以及 所述第二電容性器件的第二端子被連接到所述公共端子。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述純DC能量傳輸設(shè)備適于滿(mǎn)足或超過(guò)以下項(xiàng)中的每一項(xiàng): 所述輸入DC動(dòng)態(tài)電狀態(tài)DES具有至少36伏特的電壓， 所述輸出DC DES具有至少十二伏特的電壓， 所述第一電容性器件具有至少500微法的電容和至少800伏特的工作電壓， 所述第二電容性器件具有至少1500微法的電容;并且 其中所述純DC能量傳輸設(shè)備適用于所述輸入DC端子和所述輸出DC端子之間的能量傳輸，所述能量傳輸?shù)男手辽偈?(%，其中，K至少是65。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述能量傳輸?shù)乃鲂适窃谒龅诙娙菪云骷哪芰孔兓栽谒龅谝浑娙菪云骷乃瞿芰孔兓谋嚷省?.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，具有C法拉電容且在第一時(shí)刻具有Vl伏特和在第二時(shí)刻具有V2伏特的電容器的所述能量變化具有V2C*(V2*V2-V1*V1)的能量變化估計(jì)值。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述純DC能量傳輸設(shè)備適于滿(mǎn)足或超過(guò)所述K至少是75。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述純DC能量傳輸設(shè)備適于滿(mǎn)足或超過(guò)所述K至少是83。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述純DC能量傳輸設(shè)備適于滿(mǎn)足或超過(guò)以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng): 所述輸入DC動(dòng)態(tài)電狀態(tài)DES具有至少1000伏特的電壓， 所述輸出DC DES具有至少100伏特的電壓， 所述第一電容性器件具有至少0.5法拉的電容和至少1000伏特的工作電壓，和/或 所述第二電容性器件具有至少1.0法拉的電容。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述純DC能量傳輸設(shè)備適于滿(mǎn)足或超過(guò)以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng): 所述輸入DC動(dòng)態(tài)電狀態(tài)DES具有至少2000伏特的電壓， 所述輸出DC DES具有至少200伏特的電壓， 所述第一電容性器件具有至少1.0法拉的電容和至少2000伏特的工作電壓，和/或 所述第二電容性器件具有至少2.0法拉的電容。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述純DC能量傳輸設(shè)備適于滿(mǎn)足或超過(guò)以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng): 所述輸入DC動(dòng)態(tài)電狀態(tài)DES具有至少3000伏特的電壓， 所述輸出DC DES具有至少300伏特的電壓， 所述第一電容性器件具有至少3000伏特的工作電壓，和/或 所述第二電容性器件具有至少4.0法拉的電容。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)，所述純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)包括高能量端子、服務(wù)端子、所述公共端子、以及適于貢獻(xiàn)在所述高能量端子和所述服務(wù)端子之間的至少一百萬(wàn)焦耳的能量傳輸?shù)乃黾僁C能量傳輸設(shè)備的至少一個(gè)實(shí)例。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述高能量端子和所述服務(wù)端子之間的所述能量傳輸是至少二百萬(wàn)焦耳。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述高能量端子和所述服務(wù)端子之間的所述能量傳輸是至少四百萬(wàn)焦耳。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述高能量端子和所述服務(wù)端子之間的所述能量傳輸具有至少百分之K的能量效率，其中所述K至少是65。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述K至少是75。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述K至少是83。17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，還包括響應(yīng)于所述純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)的所述能量傳輸進(jìn)行操作的系統(tǒng)。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)耦合到所述服務(wù)端子以使用所述純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)的所述能量傳輸。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述系統(tǒng)還包括耦合到所述高能量端子以給用于所述能量傳輸?shù)乃黾僁C能量傳輸網(wǎng)絡(luò)提供能量的燃料單元和/或太陽(yáng)能單元和/或發(fā)電機(jī)。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述系統(tǒng)還包括所述純DC能量傳輸網(wǎng)絡(luò)。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述系統(tǒng)至少部分地實(shí)現(xiàn)交通工具。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中，所述交通工具是電動(dòng)交通工具和/或混合動(dòng)力交通工具。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述混合動(dòng)力交通工具是混合動(dòng)力電動(dòng)/內(nèi)燃機(jī)ICE交通工具。24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中，所述交通工具是汽車(chē)。25.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，還包括能量傳輸控制器，其適于響應(yīng)于感測(cè)到所述輸入DC動(dòng)態(tài)電狀態(tài)DES和/或所述輸出DC DES中的至少一個(gè)，通過(guò)生成所述控制DES以將所述閉合狀態(tài)或所述斷開(kāi)狀態(tài)提供給所述開(kāi)關(guān)來(lái)操作所述純DC能量傳輸設(shè)備。26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述能量傳輸控制器被配置為響應(yīng)于所述輸入DC端子上的輸入DES和/或所述輸出DC端子上的輸出DES以生成所述控制DES。27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述能量傳輸控制器適于響應(yīng)于低于第二高電壓閾值的高電壓狀態(tài)以生成作為斷開(kāi)狀態(tài)的所述控制DES。28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，所述能量傳輸控制器還包括時(shí)鐘計(jì)數(shù)器； 其中所述時(shí)鐘計(jì)數(shù)器響應(yīng)于高于第一高電壓閾值的高電壓狀態(tài)，通過(guò)重置和初始化所述時(shí)鐘計(jì)數(shù)器來(lái)生成時(shí)鐘狀態(tài)； 其中所述能量傳輸控制器適于響應(yīng)于高于第一時(shí)鐘閾值的所述時(shí)鐘狀態(tài)以生成作為所述斷開(kāi)狀態(tài)的所述控制DES。29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，所述能量傳輸控制器適于響應(yīng)于高于第一服務(wù)閾值的服務(wù)電壓狀態(tài)以生成作為所述斷開(kāi)狀態(tài)的所述控制DES。
【文檔編號(hào)】H02M3/00GK205490136SQ201620052527
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年8月26日
【發(fā)明人】布萊恩·P·艾弗曼
【申請(qǐng)人】理查德·謝拉特