Conjunto generador eléctrico híbrido.

Sistema generador portátil que proporciona energía a una fuente de carga que incluye un motor y un generador.

El motor acciona el generador para proporcionar una salida de energía eléctrica de corriente alterna (CA) del generador. Un sistema de almacenamiento de energía (ESS) proporciona una salida de energía eléctrica de corriente continua (CC) del ESS. Un primer inversor está conectado al generador para recibir la salida de energía eléctrica de CA del generador y para proporcionar una salida de energía de CC. Un segundo inversor está conectado al primer inversor y al ESS para recibir la salida de energía de CC del primer inversor y la salida de energía eléctrica de CC del ESS para proporcionar una salida de energía de CA. Un primer modo de energía incluye que el generador mantiene un primer nivel de salida de energía del generador correspondiente a un requerimiento de energía especificado de una fuente de carga, y proporcionando el ESS un primer nivel de salida de energía del ESS adicional para satisfacer el requerimiento de energía especificado de la fuente de carga.

Conjunto generador eléctrico híbrido.

Campo de la invención La presente invención se refiere en general a conjuntos generadores electrónicos, y más específicamente, a un sistema generador portátil que incluye un conjunto generador electrónico que tiene un motor y un generador.

Antecedentes de la invención Son conocidos sistemas de almacenamiento de energía y sistemas de energía portátiles (o auxiliares) para uso doméstico en general o, a mayor escala, para edificios comerciales, por ejemplo, hospitales. Además, los sistemas auxiliares de energía pueden ser utilizados para suministrar energía a muchos tipos de equipos, tales como iluminación, sistemas de sonido, atracciones de un parque de diversiones, maquinaria o herramientas in situ, o sistemas móviles de emergencia. El sistema de energía puede incluir una combinación de motor y generador (también referido como un conjunto generador) , que puede incluir un motor de gasolina o diesel que acciona un generador que produce una salida de tensión.

Otros sistemas de energía pueden incluir el uso de energía fotovoltaica utilizada directamente como una fuente de energía, y que también puede ser alimentada de nuevo a una red de energía local, por ejemplo, una red de suministro eléctrico. Otro sistema de alimentación puede incluir un conjunto de generador diesel, o conjunto de generador de motor. El generador proporciona corriente alterna (CA) a una caja de conexiones o barra de bus para accionar una fuente de carga. Estos sistemas requieren el funcionamiento del motor a una velocidad constante del motor usando un regulador o controlador, y un regulador de tensión del generador. El sistema requiere típicamente un interruptor de transferencia para desconectar la carga de la fuente de energía de la red, y conectar el generador a la carga cuando hay un fallo de alimentación. Además, típicamente los generadores requieren que el motor funcione a una velocidad predeterminada para proporcionar energía a la frecuencia apropiada. Cuando el motor no está funcionando a la velocidad óptima para una determinada carga, el motor puede tener un rendimiento muy pobre.

Por ejemplo, los conjuntos generadores síncronos típicos debe accionar el motor a una velocidad fija (normalmente 1800 ó 3600 (revoluciones por minuto) rpm) para producir una tensión de salida requerida de 60Hz de frecuencia. Cuando hay carga de salida baja, o ninguna carga de salida, se requiere una gran parte del consumo de combustible para mantener una moderada a alta velocidad del motor y, por lo tanto, hace el sistema muy ineficiente. Además, otro inconveniente de los conjuntos generadores conocidos se produce cuando el sistema de energía experimenta una gran carga instantánea, tal como de un motor grande o un elemento de calentamiento, el motor no puede responder de forma instantánea, dando lugar a una caída momentánea de la frecuencia y posiblemente también de la tensión, dependiendo del sistema de regulación de la tensión.

Por lo tanto, existe una necesidad de un sistema y un procedimiento para proporcionar energía en un conjunto generador eléctrico portátil que sea más eficiente que los sistemas existentes.

Sumario de la invención En un aspecto de la invención, un sistema generador portátil para proporcionar energía a una fuente de carga incluye un motor y un generador. El motor acciona el generador para proporcionar una corriente alterna (CA) del generador de salida de energía eléctrica. Un sistema de almacenamiento de energía (ESS) proporciona una corriente continua (CC) del ESS de salida de energía eléctrica. Un primer inversor está conectado al generador para recibir la salida de energía eléctrica de CA del generador y para proporcionar una salida de energía de CC. Un segundo inversor está conectado al primer inversor y al ESS para recibir la salida de energía de CC del primer inversor y una salida de energía eléctrica de CC del ESS para proporcionar una salida de energía de CA. Un primer modo de energía incluye el generador que mantener un primer nivel de salida del generador de energía correspondiente a un requerimiento de energía especificada de una fuente de carga, y el ESS proporciona un primer nivel de salida de energía ESS adicional para satisfacer el requerimiento de energía especificada de la fuente de carga.

Breve descripción de los dibujos Estos y otros objetivos, características y ventajas de la presente invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de realizaciones ilustrativas de la misma, que ha de leerse en conexión con los dibujos adjuntos. Las diversas características de los dibujos no están a escala, ya que las ilustraciones son por motivos de claridad para facilitar a un experto en la materia la comprensión de la invención en conjunción con la descripción detallada. En los dibujos:

La figura 1 es un diagrama de bloques esquemático de un sistema generador de acuerdo con una realización de la invención; y

La figura 2 es un diagrama de bloques esquemático del sistema generador que se muestra en la figura 1, incluyendo también componentes adicionales.

Descripción detallada de la invención Haciendo referencia a la figura 1, en una realización de la invención, un sistema generador portátil 10 proporciona energía a una fuente de carga 14. El sistema 10 incluye un generador 20 que incluye un motor 21, por ejemplo un motor diesel, que acciona un generador 22 para proporcionar una salida de energía eléctrica 24 de corriente alterna (CA) del generador 22. Por ejemplo, el generador 22 puede ser un generador de imán permanente. Un sistema de almacenamiento de energía (ESS) 30 proporciona una salida de energía eléctrica 34 de corriente continua (CC) desde el EES 30. El ESS puede incluir baterías de iones de litio. Un primer inversor 40 está conectado al generador 22 para recibir la salida de energía eléctrica de CA 24, y proporciona una salida de energía de CC 44. La salida de energía de CC 44 del primer inversor también puede recargar el ESS. De esta manera, el sistema generador puede considerarse como un generador eléctrico híbrido. El ESS también puede incluir alternativamente ultra-condensadores, baterías de plomoácido, y otros medios de almacenamiento de energía. El ultra-condensador puede incluir un condensador de doble capa eléctrica (EDLC) , también conocido como un supercondensador, o un condensador electroquímico de doble capa, que tiene un condensador electroquímico con una densidad de energía relativamente alta.

Un segundo inversor 50 está conectado al ESS 30 y al generador 22 a través de un bus eléctrico común 60 que recibe las salidas de energía de CC 44, 34 desde el primer inversor 40 y el ESS 30, y proporciona una salida combinada de energía de CA 54. El sistema 10 puede operarse en varios modos de operación. Un primer modo de energía 90 incluye que el generador 22 mantiene un primer nivel de salida de energía del generador correspondiente a un requerimiento de energía especificada de la fuente de carga 14. Alternativamente, el motor es capaz de proporcionar una rampa a un segundo nivel de salida de energía del generador correspondiente a un segundo requerimiento de energía especificada de la fuente de carga. Además, el ESS 30 proporciona un primer nivel de salida de energía del ESS adicional para el requerimiento de energía especificado de la fuente de carga 14. La salida de energía de CC 44 puede utilizarse para recargar el ESS, según sea necesario, bajo el funcionamiento normal del conjunto generador 20.

En un ejemplo, el sistema 10 incluye el conjunto generador 20 que proporciona todos los requerimientos de energía para la fuente de carga 14, mientras que el ESS 30 no es necesario para proporcionar energía a la carga 14. Sin embargo, el ESS 30 está listo para proporcionar energía adicional si una necesidad de energía transitoria, o una necesidad mayor de energía es necesaria para la fuente de carga 14. De esta manera, el sistema 10 combina un conjunto generador de velocidad variable 20 con un ESS 30 para maximizar la eficiencia del motor, manteniendo la calidad de la energía. El primer inversor 40 también puede ser denominado como un inversor generador, ya que su función es la de convertir CA en CC para el generador, y el segundo inversor 50 también puede ser denominado como un inversor de red porque el segundo inversor proporciona una energía de CC equivalente a un suministro de energía de la red.

El sistema puede incluir un controlador del sistema 80 que incluye un ordenador 82 que tiene un programa de ordenador 84 almacenado en un medio no transitorio legible por ordenador 86, incluyendo el ordenador 82 un procesador 88 para la ejecución de las etapas del programa de ordenador 84. El controlador...

1. Sistema generador portátil para proporcionar energía a una fuente de carga, caracterizado porque comprende:

un motor y un generador, accionando el motor el generador para proporcionar una salida de energía eléctrica de corriente alterna (CA) del generador;

un sistema de almacenamiento de energía (ESS) para proporcionar una salida de energía eléctrica de corriente continua (CC) del ESS;

un primer inversor conectado al generador para recibir la salida de energía eléctrica de CA del generador y para proporcionar una salida de energía de CC, y

un segundo inversor que recibe la salida de energía de CC del primer inversor y el ESS para proporcionar una salida de energía de CA;

en el que un primer modo de energía incluye que el generador mantiene un primer nivel de salida de energía del generador correspondiente a un requerimiento de energía especificado de una fuente de carga, y el ESS proporciona un primer nivel de salida de energía adicional para satisfacer el requerimiento de energía especificada de la fuente de carga.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el ESS es capaz de responder a una solicitud de energía transitoria por parte de la fuente de carga.

3. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el motor es capaz de aumentar a un segundo nivel de salida de energía del generador correspondiente a un segundo requerimiento de energía especificado de la fuente de carga.

4. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque la salida de energía de CC desde el primer inversor recarga el ESS.

5. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque también comprende:

un segundo modo de energía que incluye que el motor y el generador se apagan a un nivel de salida de energía del generador especificado y/o a una rpm especificada del motor, mientras el ESS se mantiene a un nivel de salida de energía del ESS especificado correspondiente a un requerimiento de energía específico de la fuente de carga, y encendiendo el motor y el generador cuando se alcanza un nivel de descarga del ESS predeterminado, de manera que el generador proporciona una salida de energía para recargar el ESS.

6. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el ESS incluye baterías de iones de litio, o ultracondensadores o baterías de plomo ácido.

7. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque también comprende:

un controlador del sistema que incluye un ordenador que tiene un programa informático almacenado en un medio legible por ordenador no transitorio, incluyendo el ordenador un procesador para ejecutar las etapas del programa de ordenador, siendo capaz el controlador del sistema de gestionar una salida de energía combinada desde el generador e incluyendo el ESS iniciar de forma selectiva una pluralidad de modos de energía utilizando el programa de ordenador.

8. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer modo de energía incluye que el motor tiene una primera rpm del motor dentro de un rango de rpm del motor óptimo para mantener una primer nivel de salida de energía del motor.

9. Procedimiento para proporcionar energía a una fuente de carga, caracterizado porque comprende:

generar una salida de energía eléctrica de corriente alterna (CA) de un motor y un generador;

generar una salida de energía eléctrica de corriente continua (CC) usando un sistema de almacenamiento de energía (ESS) ;

recibir la salida de energía eléctrica del generador de CA y proporcionar una salida de energía de CC utilizando un primer inversor conectado al generador;

recibir la salida de energía de CC del primer inversor y el ESS para proporcionar una salida de CA usando un segundo inversor; y

mantener un primer nivel de salida de energía del generador correspondiente a un requerimiento de energía especificado de una fuente de carga, y el ESS proporciona un primer nivel de salida de energía adicional para satisfacer el requerimiento de energía especificado de la fuente de carga, en un primer modo de energía.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque también comprende: responder a una solicitud de energía transitoria por parte de la fuente de carga usando el ESS.

11. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque también comprende:

elevar a un segundo nivel de salida de energía del generador del motor correspondiente a un segundo requerimiento de energía especificado de la fuente de carga.

12. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque también comprende: recargar el ESS usando la salida de energía de CC del primer inversor.

13. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque también comprende:

realizar la transición del motor y el generador para que se apaguen a un nivel de salida de energía del generador especificado y/o a una rpm especificada del motor en un segundo modo de energía, mientras el ESS mantiene un nivel de salida de energía del ESS especificado correspondiente a un requerimiento de energía especificado de la fuente de carga; y

realizar la transición del motor y el generador para que se enciendan cuando se alcanza un nivel de descarga del ESS predeterminado, de manera que el generador proporcione una salida de energía para recargar el ESS.

14. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque también comprende:

gestionar una salida de energía combinada desde el generador e incluyendo el ESS iniciar selectivamente una pluralidad de modos de energía mediante un programa de ordenador que se incluye en un controlador del sistema que incluye un ordenador que tiene un programa de ordenador almacenado en un medio legible por ordenador no transitorio, incluyendo el ordenador un procesador para ejecutar las etapas del programa de ordenador.

15. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque también comprende:

mantener una primera rpm del motor dentro de un rango de rpm del motor óptimo para mantener un primer nivel de salida de energía del motor.

16. Sistema generador para proporcionar energía a una fuente de carga, caracterizado porque comprende:

un motor y un generador, operando el motor dentro de su rango óptimo de rendimiento para accionar el generador para proporcionar una salida de energía eléctrica de corriente alterna (CA) del generador requerida por la fuente de carga; un sistema de almacenamiento de energía (ESS) para proporcionar una salida de energía eléctrica de corriente continua (CC) del ESS; y

un inversor para convertir la salida de energía eléctrica de CC a una salida de energía eléctrica de corriente alterna adicional;

en el que la salida de energía de CA adicional suplementa o reemplaza la salida de energía de CA del generador cuando la fuente de carga requeriría de otro modo que el motor funcionara fuera de su rango óptimo de rendimiento.

17. Sistema generador según la reivindicación 16, caracterizado porque la energía de la salida de energía de CA del generador se utiliza para recargar el ESS si el EES se descarga por debajo de un nivel predeterminado.