專利名稱：來(lái)自電力饋線的熱電發(fā)電的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及熱電發(fā)電。
背景技術(shù)：
由于歐姆加熱電力饋線在電力分配系統(tǒng)中可產(chǎn)生重大的熱量。產(chǎn)生的熱量可能是不合需要的。例如，電力饋線的電阻系數(shù)可隨著溫度增加，使得電力饋線的工作不如電力饋線的溫度增加有效。產(chǎn)生的熱量也可對(duì)其他裝備或結(jié)構(gòu)發(fā)生負(fù)作用。當(dāng)電力系統(tǒng)安裝在封閉的空間中時(shí)，可提供冷卻系統(tǒng)，以便清除由電力饋線產(chǎn)生的熱量。工作的冷卻系統(tǒng)可消耗電力，其可減少利用電力饋線的系統(tǒng)的總能量功效
發(fā)明內(nèi)容

公開(kāi)了利用熱電發(fā)電機(jī)(TEG)設(shè)備從電力電纜產(chǎn)生的熱量發(fā)電的裝置、方法和系統(tǒng)。TEG設(shè)備可最接近電力電纜的外表面安置。電力電纜和周圍環(huán)境之間的溫度差異引起TEG設(shè)備發(fā)電(例如，通過(guò)塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect))。TEG設(shè)備將熱量轉(zhuǎn)變成電力，其導(dǎo)致電力電纜的某些冷卻。電力電纜可經(jīng)過(guò)具有不同周圍環(huán)境和不同周圍溫度的多個(gè)區(qū)域。電力饋線電纜和不同的周圍溫度之間的溫度差異在不同的區(qū)域可以是不同的。TEG設(shè)備的輸出電壓水平可與穿過(guò)TEG設(shè)備的溫度差異相關(guān)。因此，TEG設(shè)備在不同的區(qū)域中可輸出在不同的電壓水平上的電。將在不同的電壓水平上發(fā)電的TEG設(shè)備耦合到共同的總線上可導(dǎo)致電力的某些損失。本發(fā)明的實(shí)施例監(jiān)視由不同的TEG設(shè)備或TEG設(shè)備組產(chǎn)生的電力的電壓和電流，且可控制耦合到TEG設(shè)備上的電力轉(zhuǎn)換器，以便在它們的最大功率點(diǎn)上操作每一個(gè)TEG設(shè)備或TEG設(shè)備組，和以便將收到的TEG設(shè)備的電力轉(zhuǎn)變成公共電壓。具體的實(shí)施例中，裝置包含多個(gè)熱電發(fā)電機(jī)(TEG)設(shè)備。每一個(gè)TEG設(shè)備具有經(jīng)配置用于安置成與電力電纜的外表面熱連通的第一表面和經(jīng)配置用于在最接近電力電纜四周的周圍環(huán)境安置的第二表面(例如，和靠近電力電纜相比，更靠近周圍環(huán)境)。裝置也包含電力地耦合到TEG設(shè)備上的一組終端。當(dāng)?shù)谝槐砻婧偷诙砻嬷g存在溫度差異時(shí)，TEG設(shè)備將熱量轉(zhuǎn)變成一組終端處存在的電力。裝置可進(jìn)一步包含熱傳導(dǎo)的封套，其是可變形的，以便完全地符合電力電纜的外表面。裝置也可進(jìn)一步包含一個(gè)或更多散熱片突出，其是從電力電纜伸出來(lái)的。另一個(gè)具體的實(shí)施例中，方法包含接收第一熱電發(fā)電機(jī)(TEG)設(shè)備的第一電能，其中第一 TEG設(shè)備與電力電纜的第一部分熱連通和與電力電纜的第一部分經(jīng)過(guò)的第一周圍環(huán)境熱連通。經(jīng)過(guò)電力電纜的第一部分的電流可導(dǎo)致電力電纜的第一部分和第一周圍環(huán)境之間的第一溫度差異。第一電能是在可由第一最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備控制的第一電壓上產(chǎn)生的。方法也包括接收第二 TEG設(shè)備的第二電能，其中第二 TEG設(shè)備與電力電纜的第二部分熱連通和與電力電纜的第二部分經(jīng)過(guò)的第二周圍環(huán)境熱連通。經(jīng)過(guò)電力電纜的第二部分的電流可導(dǎo)致電力電纜的第二部分和第二周圍環(huán)境之間的第二溫度差異。第二電能是在可由第二最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備控制的第二電壓上產(chǎn)生的。方法也包含將第一電壓和第二電壓調(diào)整成第三電壓。還有另一個(gè)具體的實(shí)施例中，系統(tǒng)包含經(jīng)配置用于運(yùn)送電能穿過(guò)兩個(gè)或更多區(qū)域的電力饋線電纜，其中電能是由電能發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的。電力饋線電纜可暴露于兩個(gè)或更多區(qū)域的每一個(gè)的不同的周圍環(huán)境。系統(tǒng)也包括沿著兩個(gè)或更多區(qū)域的第一區(qū)域中的電力饋線電纜的表面安置的第一熱電發(fā)電機(jī)(TEG)設(shè)備。第一 TEG設(shè)備經(jīng)配置用于以第一區(qū)域中的電力饋線電纜和第一周圍溫度之間的第一溫度差異為基礎(chǔ)產(chǎn)生電能。系統(tǒng)也可包含第一最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備，其控制第一溫度差異上第一 TEG設(shè)備的第一工作電壓接近或處在第
一TEG設(shè)備的最大功率點(diǎn)電壓。系統(tǒng)也可包含沿著兩個(gè)或更多區(qū)域的第二區(qū)域中的電力饋線電纜的表面安置的第二 TEG設(shè)備。第二 TEG設(shè)備經(jīng)配置用于以第二區(qū)域中的電力饋線電纜和第二周圍溫度之間的第二溫度差異為基礎(chǔ)產(chǎn)生電能。系統(tǒng)可進(jìn)一步包含第二最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備，其控制第二溫度差異上第二 TEG設(shè)備的第二工作電壓接近或處在第二 TEG的最大功率點(diǎn)電壓。系統(tǒng)也可包含將第一工作電壓轉(zhuǎn)變成第三電壓的第一電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備和將 第二工作電壓轉(zhuǎn)變成第三電壓的第二電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備。在各種實(shí)施例中能獨(dú)立地獲得或可結(jié)合其他實(shí)施例獲得描述的特征、功能、和優(yōu)勢(shì)，參考下列具體實(shí)施方式
和附圖公開(kāi)它的進(jìn)一步詳細(xì)資料。


圖I是安置在電力電纜附近的熱電發(fā)電機(jī)(TEG)設(shè)備的具體的實(shí)施例的圖表；圖2是具有多個(gè)安置在電纜的外表面和周圍環(huán)境之間的TEG設(shè)備的電力電纜的橫截面圖；圖3是具有電力電纜的結(jié)構(gòu)的透視圖，其中電力電纜穿過(guò)結(jié)構(gòu)的多個(gè)不同的周圍環(huán)境延伸。圖4是在不同的溫度差異上工作的兩個(gè)不同的TEG設(shè)備的電能產(chǎn)生特征的曲線圖；和圖5是管理TEG設(shè)備的電能生產(chǎn)的方法的具體的實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖I是包含最接近電力電纜110安置的熱電發(fā)電機(jī)(TEG)設(shè)備113-118的系統(tǒng)100的圖表。TEG設(shè)備113-118的每一個(gè)可包含多樣的正-類型摻雜的到負(fù)-類型摻雜的(P-N)熱電球?qū)Α６鄠€(gè)P-N熱電球?qū)删佑诜馓變?nèi)(圖I中沒(méi)有示出)，以便形成一個(gè)TEG設(shè)備 113-118。電力電纜110可經(jīng)過(guò)不同的周圍環(huán)境，如第一周圍環(huán)境119和第二周圍環(huán)境129。例如，電力電纜110可將電能來(lái)源(例如，發(fā)電系統(tǒng))的電能運(yùn)送給結(jié)構(gòu)內(nèi)的不同的負(fù)載。這個(gè)實(shí)例中，不同的周圍環(huán)境可符合暴露于不同的環(huán)境條件的結(jié)構(gòu)的兩個(gè)或更多區(qū)域。每一個(gè)周圍環(huán)境可具有不同的周圍溫度。穿過(guò)每一個(gè)周圍環(huán)境119、129的電力電纜110的溫度幾乎是不變的，且在每一個(gè)周圍環(huán)境中可以是不同的。TEG設(shè)備的第一組112,包含TEG設(shè)備113-115,可聯(lián)合(例如,位于之內(nèi))第一周圍環(huán)境，和TEG設(shè)備的第二組122，包含TEG設(shè)備116-118，可聯(lián)合(例如，位于之內(nèi))第二周圍環(huán)境129。TEG設(shè)備的組112、122的每一個(gè)可以電力電纜110和一組TEG設(shè)備聯(lián)合的周圍環(huán)境119、129之間的溫度差異為基礎(chǔ)發(fā)電。因?yàn)榻?jīng)歷TEG設(shè)備的每一個(gè)組112、122的溫度差異可以是不同的，所以由TEG設(shè)備的每一個(gè)組112、122產(chǎn)生的電的特征可以是不同的。例如，響應(yīng)不同的溫度差異，TEG設(shè)備113-118可在不同的電壓水平上發(fā)電。TEG設(shè)備的第一組112的TEG設(shè)備113-115可以是彼此和與第一終端131電力地互相連接的(并聯(lián)的、串聯(lián)的或陣列配置)。TEG設(shè)備的第一組112可通過(guò)第一終端131耦合到第一電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備130上。第一電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備130可通過(guò)第一終端131接收TEG設(shè)備的第一組112的TEG設(shè)備113-115的電，和可在通過(guò)第三終端138將電力供給總線150之前處理(例如，轉(zhuǎn)換或其他轉(zhuǎn)變)電力。第一最大功率點(diǎn)(MPP)跟蹤設(shè)備132可通過(guò)第一控制輸入160控制第一電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備130。MPP跟蹤設(shè)備132可引起第一電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備130在第一工作電壓上，即在或接近第一溫度差異上的TEG設(shè)備的第一組112的MPP電壓上，操作TEG設(shè)備的第一組112。MPP跟蹤設(shè)備132可決定第一溫度差異上的TEG設(shè)備(如參考圖4描述的)的第一組112的最大功率點(diǎn)。例如，第一 MPP跟蹤設(shè)備132可實(shí)施MPP跟蹤程序，如擾動(dòng)觀測(cè)程序·(perturb-and-observe process)。另一個(gè)實(shí)例中，MPP跟蹤設(shè)備132可決定以MPP設(shè)備的第一組112的輸出電流或電壓和TEG設(shè)備的第一組112輸出的功率之間已知的關(guān)系為基礎(chǔ)的TEG設(shè)備的第一組112的MPP。MPP跟蹤設(shè)備132可通過(guò)感測(cè)線164感測(cè)終端131的輸出電壓，和可通過(guò)感測(cè)線162感測(cè)終端131的輸出電流。具體的實(shí)施例中，第一 MPP跟蹤設(shè)備132引起電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備130調(diào)整應(yīng)用于終端131的有效電阻，以便引起TEG設(shè)備的第一組112在或接近TEG設(shè)備的第一組112的MPP電壓上產(chǎn)生電。TEG設(shè)備的第二組122的TEG設(shè)備116-118可彼此和與第二終端141電力地互相連接(并聯(lián)、串聯(lián)、或陣列配置)。TEG設(shè)備的第二組122可通過(guò)第二終端141耦合到第二電力轉(zhuǎn)換設(shè)備140上。第二電力轉(zhuǎn)換設(shè)備140可通過(guò)第二終端141接收TEG設(shè)備的第二組122的TEG設(shè)備116-118的電，和可在通過(guò)第四終端148將電供給總線150之前加工電。第二 MPP跟蹤設(shè)備142可通過(guò)第二控制輸入170控制第二電力轉(zhuǎn)換設(shè)備140。第
二MPP跟蹤設(shè)備142可引起第二電源轉(zhuǎn)換設(shè)備140在第二工作電壓上，即在或接近第二溫度差異上的TEG設(shè)備的第二組112的MPP電壓上，操作TEG設(shè)備的第二組122。第二 MPP跟蹤設(shè)備142可決定第二溫度差異上的TEG設(shè)備的第二組122的最大功率點(diǎn)電壓(如參考圖4描述的)。由于設(shè)計(jì)或相對(duì)于TEG設(shè)備116-118的TEG設(shè)備113-155的構(gòu)造的不同，由于第一溫度差異和第二溫度差異之間的不同，或者兩者都有，TEG設(shè)備的第二組122的最大功率點(diǎn)電壓不同于TEG設(shè)備的第一組112的最大功率點(diǎn)電壓。 第二 MPP跟蹤設(shè)備142可實(shí)施MPP跟蹤程序，如擾動(dòng)觀測(cè)程序或決定以MPP設(shè)備的第二組122的輸出電流或電壓與TEG設(shè)備的第二組122輸出的功率之間已知的關(guān)系為基礎(chǔ)的TEG設(shè)備的第二組122的MPP。第二 MPP跟蹤設(shè)備142可通過(guò)感測(cè)線174感測(cè)終端141的輸出電壓，和通過(guò)感測(cè)線172感測(cè)終端141的輸出電流。MPP跟蹤設(shè)備132、142可獨(dú)立地控制TEG設(shè)備的不同的組112、122的工作電壓。因此，提供給電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備130和140的電源可以在不同的電壓水平上。具體的實(shí)施例中，在TEG設(shè)備的組112、122的每一個(gè)能夠在或接近它的MPP電壓上獨(dú)立地工作時(shí)，電源轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備130、140可實(shí)施電力轉(zhuǎn)變工作，以便與提供給總線150的電壓匹配。例如，第一電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備130可將接收的TEG設(shè)備的第一組112的電轉(zhuǎn)變到相對(duì)于TEG設(shè)備的第二組122的第二個(gè)工作電壓的完全相等的電壓水平上。另一個(gè)實(shí)例中，第一電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備130可將接收的TEG設(shè)備的第一組112的電轉(zhuǎn)變到共同的總線電壓水平，和第二電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備140也可將接收的TEG設(shè)備的第二組122的電轉(zhuǎn)變到共同的總線電壓水平。說(shuō)明性的實(shí)例中，總線150可在固定的電壓上工作，和電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備130、140可接收TEG設(shè)備113-118產(chǎn)生的電和在總線150的固定的電壓上輸出電。圖2是包含電力電纜210和電力電纜210與周圍環(huán)境230之間的多個(gè)熱電發(fā)電機(jī)(TEG)設(shè)備220的系統(tǒng)200的具體的實(shí)施例的橫截面圖。系統(tǒng)200可以是圖I的系統(tǒng)100的部分的橫截面圖。每一個(gè)TEG設(shè)備220可包含一個(gè)或更多正類型摻雜的到負(fù)類型摻雜的(P-N)熱電球?qū)?，其?jīng)配置用于將熱量轉(zhuǎn)變成電。每一個(gè)TEG設(shè)備220可具有經(jīng)配置用于安置在與電力電纜210的外表面212熱連通的位置中的第一表面和經(jīng)配置用于在最接近周圍環(huán)境230 (例如，比接近電力電纜210更接近周圍環(huán)境)安置的第二表面。電力電纜210和周圍環(huán)境230之間可存在溫度差異。例如，由于作為電力電纜210中的電流的結(jié)果的電力·電纜210的歐姆(例如，有阻力的)加熱，電力電纜210可比周圍環(huán)境熱。TEG設(shè)備220可由溫度差異驅(qū)動(dòng)，以便將熱量轉(zhuǎn)變成電。TEG設(shè)備220可安置在套管或另外的包含設(shè)備，如封套240中。封套240可具有內(nèi)表面242和外表面244。封套240是可變形的，以便能夠使TEG設(shè)備220完全地符合電力電纜210的外表面212。例如，封套240可配置成電纜電纜纏繞，其能在電力電纜210的附近纏繞，以便保護(hù)最接近電力電纜210的TEG設(shè)備220。另外，可調(diào)整TEG設(shè)備220的每一個(gè)的內(nèi)表面，以便完全地符合電力電纜210的外表面212。例如，當(dāng)電力電纜210具有圓形的橫截面時(shí)，如圖2中圖示的，可彎曲TEG設(shè)備220的每一個(gè)的內(nèi)表面，以便符合電力電纜210的外表面212。同樣地，當(dāng)電力電纜210是扁平的時(shí)(例如，像匯流條一樣的)，TEG設(shè)備220的每一個(gè)的內(nèi)表面可以是扁平的，以便符合電力電纜210的外表面212。封套240可包含開(kāi)口 246，以便促進(jìn)電力電纜210附近的封套的纏繞。一旦在部分電力電纜210的附近安裝，封套240可使用一個(gè)或更多的扣件248保護(hù)電力電纜210。因而，TEG設(shè)備220能安裝在電力電纜210的各種部分上，如穿過(guò)不同的周圍環(huán)境延伸的電力電纜210的部分。具體的實(shí)施例中，封套240的內(nèi)表面、封套240的外表面244、或者兩者都，可以是導(dǎo)熱的材料的成形的，以便促進(jìn)傳熱。這個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)熱的內(nèi)表面242和導(dǎo)熱的外表面將電力電纜210的外表面212和周圍環(huán)境230之間的溫度差異轉(zhuǎn)移到TEG設(shè)備220，以便促進(jìn)電能的產(chǎn)生。封套240的內(nèi)表面242、電力電纜210的外表面，或兩者都，可包含電力地_絕緣的材料。具體的實(shí)施例中，封套240的外表面244可包含或可耦合到散熱片突出218上或其他突出上，以便增加封套240的外表面的有效的表面區(qū)域。散熱片突出218可改進(jìn)封套240的外表面和周圍環(huán)境230之間的傳熱。例如，增加的有效的表面區(qū)域能使封套240的外表面244獲得更低的溫度，增加經(jīng)過(guò)TEG設(shè)備220的溫度差異。沿著電力電纜210的每一個(gè)截面的TEG設(shè)備220可電力地連接。例如，TEG設(shè)備220彼此可以串聯(lián)、并聯(lián)、或以陣列的方式電力地連接(例如，TEG設(shè)備220的某些以串聯(lián)的方式連接在一起，以便形成鏈條，分離的鏈條彼此之間以并聯(lián)的方式連接)?？赏ㄟ^(guò)電終端224和226將TEG設(shè)備220的電引導(dǎo)到總線上(圖2中沒(méi)有示出)。
通過(guò)TEG設(shè)備220的熱量到電流的轉(zhuǎn)變可減少電力電纜210的熱負(fù)擔(dān)(例如，可冷卻電力電纜)。因?yàn)殡娏﹄娎|210的電阻系數(shù)可隨著電力電纜210的溫度的增加而增加，減少電力電纜210的溫度可有助于減少電力電纜對(duì)電的流量的電阻，改進(jìn)電力電纜210的功效。另外，熱量到電的某些轉(zhuǎn)換清除對(duì)靠近電力電纜210安置的其他元件具有反作用的熱量。電終端224和226可耦合到電力轉(zhuǎn)變器上，其是由最大功率點(diǎn)(MPP)跟蹤設(shè)備控制的，如參考圖I描述的。例如，MPP跟蹤設(shè)備可電力地耦合到TEG設(shè)備220上，以便感測(cè)終端224、226上的輸出電流和電壓。MPP跟蹤設(shè)備可控制電力轉(zhuǎn)變器，以便引起TEG設(shè)備220在溫度差異上在接近TEG設(shè)備220的最大功率點(diǎn)的終端224、226的位置上產(chǎn)生電壓和電流。電力轉(zhuǎn)變器可經(jīng)配置用于接收終端224、226位置上的電壓和電流，和用于將電壓和電流轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變器輸出位置上的輸出電壓和輸出電流。例如，轉(zhuǎn)變器輸出可以是在共同的總線電壓上。如參考圖I描述的，因?yàn)殡娏﹄娎|210經(jīng)過(guò)不同的周圍環(huán)境，存在配置在電力電纜210附近的分離的一組TEG設(shè)備。MPP跟蹤設(shè)備可獨(dú)立地控制耦合到分離的一組TEG設(shè)備上的電力轉(zhuǎn)變器，以便能夠使一組TEG設(shè)備的每一個(gè)在MPP電壓上或接近MPP電壓工 作。圖3是具有穿過(guò)結(jié)構(gòu)的多個(gè)不同的周圍環(huán)境延伸的電力電纜310的結(jié)構(gòu)的透視圖。為了描述和作為具體的非限制的實(shí)例的目的，在圖3中結(jié)構(gòu)是作為航行器300說(shuō)明的；然而，結(jié)構(gòu)可包含可移動(dòng)的或不可移動(dòng)的結(jié)構(gòu)的另外的類型，結(jié)構(gòu)中的電力是通過(guò)電力電纜在多樣的周圍環(huán)境之間運(yùn)送的。例如，結(jié)構(gòu)可包含水上工具(例如，船或潛水艇)、太空船(例如，人造衛(wèi)星、運(yùn)載火箭或太空站)、陸上工具(例如，汽車、火車)、或另外類型的航行器(例如，直升機(jī))。另一個(gè)實(shí)例中，結(jié)構(gòu)可以是非移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，如建筑物、橋、塔，等等。圖3中，電力電纜310 (例如，電力饋線電纜)從發(fā)動(dòng)機(jī)320通過(guò)機(jī)翼322延伸，并延伸到航行器300的機(jī)身324。發(fā)動(dòng)機(jī)320，除了為航行器300提供推力之外，可耦合到發(fā)電機(jī)上以便產(chǎn)生電能，即電力電纜310攜帶的電能。也可使用其他電力產(chǎn)生配置。例如，發(fā)電機(jī)可由原動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，而不是發(fā)動(dòng)機(jī)320驅(qū)動(dòng)，例如，輔助柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。圖3中說(shuō)明的實(shí)施例僅僅是電力饋線電纜310可穿過(guò)許多不同的周圍環(huán)境的途徑的一個(gè)具體的實(shí)例。機(jī)身324內(nèi)的發(fā)電機(jī)和負(fù)載或存儲(chǔ)設(shè)備之間，電力電纜310經(jīng)過(guò)不同的周圍環(huán)境330、340、和350。電力電纜310可位于最接近每一個(gè)周圍環(huán)境330、340、350內(nèi)的一個(gè)或更多電力發(fā)電機(jī)(TEG)系統(tǒng)332、342、352。每一個(gè)TEG系統(tǒng)332、342、352可包含一個(gè)或更多TEG設(shè)備，如圖I的TEG設(shè)備113-118或圖2的TEG設(shè)備220 個(gè)或更多最大功率點(diǎn)(MPP)跟蹤設(shè)備，如圖I的MPP設(shè)備132、142 ;和一個(gè)或更多電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備，如圖I的電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備 130,140ο由于歐姆加熱，電力電纜310可在每一個(gè)周圍環(huán)境330、340、350內(nèi)維持相對(duì)不變的溫度。然而，周圍環(huán)境330、340、350可具有不同的周圍溫度。例如，第一周圍環(huán)境330可接近或在發(fā)動(dòng)機(jī)320的外殼內(nèi)。因此，第一周圍環(huán)境330可具有相對(duì)高的周圍溫度。結(jié)果，電力電纜310和第一周圍環(huán)境330之間的溫度差異可以是相對(duì)小的。第二周圍環(huán)境340可包含部分機(jī)翼322。在航行器300在高海拔下工作期間，機(jī)翼322外面的空氣可以是非常冷的。因而，第二周圍環(huán)境340的溫度可相對(duì)地冷。結(jié)果，電力電纜310和第二周圍環(huán)境340之間的溫度差異可以是相對(duì)大的。第三周圍環(huán)境350可以是在航行器300的機(jī)身324的部分之內(nèi)，如在乘客室或行李艙。因?yàn)槌丝褪一蛐欣钆摽梢允菤夂蚩刂频模谌車h(huán)境350可具有第一周圍環(huán)境330和第二周圍環(huán)境340的溫度之間的溫度。因而，電力電纜310和第三周圍環(huán)境350之間的溫度差異可以是在第一周圍環(huán)境330的溫度差異和第二周圍環(huán)境340的溫度差異之間。TEG系統(tǒng)332、342、352的TEG設(shè)備可以基于跨TEG設(shè)備的溫度差異產(chǎn)生具有不同特征的電。例如，至少部分地由于第一和第二周圍環(huán)境330、340中的溫度差異的不同，第一周圍環(huán)境330內(nèi)的第一 TEG系統(tǒng)332的TEG設(shè)備可產(chǎn)生電，其具有的特征不同于第二周圍環(huán)境340內(nèi)的第二 TEG系統(tǒng)342的TEG設(shè)備產(chǎn)生的電具有的特征。進(jìn)一步地，至少部分地由于溫度差異的不同，每一個(gè)TEG設(shè)備可具有不同的最大功率點(diǎn)(MPP)電壓。每一個(gè)TEG系統(tǒng)332、342、352可包含MPP跟蹤設(shè)備，以便決定TEG系統(tǒng)的MPP電壓。在航行器300的工作期間，可改變電力電纜310的溫度、周圍環(huán)境330、340、350的溫 度、或其組合。每一個(gè)TEG系統(tǒng)332、342、352的MPP跟蹤設(shè)備可控制TEG系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備，以便不斷地或偶爾地調(diào)整TEG系統(tǒng)的TEG設(shè)備的工作電壓，以便在或接近每一個(gè)TEG 設(shè)備的MPP電壓上維持工作電壓。因而，獨(dú)立于其他TEG系統(tǒng)332、342、352，可控制每一個(gè)TEG系統(tǒng)332、342、352在MPP上工作。每一個(gè)TEG系統(tǒng)332、342、352的電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備可將TEG系統(tǒng)的TEG設(shè)備輸出的電力轉(zhuǎn)變成共同的電壓，如總線電壓。圖4是熱電發(fā)電機(jī)(TEG)設(shè)備的電能生產(chǎn)特征的曲線圖400。曲線圖400說(shuō)明在不同的工作條件下，跟蹤兩個(gè)TEG設(shè)備或單一的TEG設(shè)備的獨(dú)立的最大功率點(diǎn)。曲線圖400在水平軸上示出電壓410和在垂直軸上示出電流420。第一 TEG設(shè)備，TEGl是在第一溫度差異，AT1上工作的，和第二 TEG設(shè)備，TEG2是在第二溫度差異，AT2上工作的。功率-電壓(P-V)曲線430代表TEGl的功率輸出，和P-V曲線450代表TEG2的功率輸出。P-V曲線430、450指示，與由TEG2產(chǎn)生的功率相比，通常由TEGl產(chǎn)生的功率更多，其可以是TEG設(shè)備的特征的函數(shù)、溫度差異ΛΤ1和ΛΤ2的差別的函數(shù)，或其組合。曲線圖400也包含代表TEGl的電流-電壓關(guān)系的電流-電壓(I_V)曲線432和代表TEG2的電流-電壓關(guān)系的I-V曲線452。TEGl的斷路電壓436和短路電壓434定義I-V曲線432和P-V曲線430的末端點(diǎn)，而TEG2的斷路電壓456和短路電壓454定義I-V曲線452和P-V曲線450的末端點(diǎn)。P-V曲線430和450指示，每一個(gè)TEG設(shè)備的最大發(fā)電是在不同的電壓上獲得的。例如，TEGl的P-V曲線430具有關(guān)聯(lián)TEGl的MPP電壓440的最大功率點(diǎn)(MPP)438，和TEG2的 P-V 曲線 450 具有關(guān)聯(lián) TEG2 的 MPP 電壓 460 的 MPP458。TEGl 的 MPP438 和 TEG2 的 MPP458在不同的MPP電壓440、460上出現(xiàn)。因此，在TEG2的MPP電壓460上工作的TEGl不如在TEGl的MPP電壓440上工作的TEGl高效，反之亦然。為了改進(jìn)包含具有不同的P-V曲線的多個(gè)TEG設(shè)備的系統(tǒng)的功效，如圖I的系統(tǒng)100、圖2的系統(tǒng)200、或圖3的航行器300，每一個(gè)TEG設(shè)備可在它的相應(yīng)的MPP電壓上工作。例如，第一 MPP跟蹤設(shè)備可控制第一電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備，以便在TEGl的MPP電壓440上操作TEG1，和第二 MPP跟蹤設(shè)備可控制第二電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備，以便在TEG2的MPP電壓460上操作TEG2。由TEG設(shè)備產(chǎn)生的電可提供給電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備，如圖I的電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備130、140，以便將提供給電力總線的電壓，如圖I的總線150，調(diào)整為總線電壓470。盡管圖4中說(shuō)明的總線電壓470不同于TEG設(shè)備的MPP電壓440、460，某些實(shí)施例中或某些情況中，總線電壓470可等于MPP電壓440、460的一個(gè)。例如，獨(dú)立于MPP電壓，可指定總線電壓470，例如，以總線支持的系統(tǒng)的具體的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)。因而，總線電壓470可比MPP電壓440、460的一個(gè)或兩個(gè)都高，或在某些特殊的情況中，等于一個(gè)或兩個(gè)MPP電壓440、460。因此，每一個(gè)TEG設(shè)備可在最高效率下工作(例如，MPP)，和能將由于在錯(cuò)配的電壓下供給電力給總線導(dǎo)致的損失最小化。曲線圖400通常將I-V曲線432和452表示為線性的。當(dāng)TEG設(shè)備的I-V曲線是線性的時(shí)，MPP電壓可在斷路電壓的50%上出現(xiàn)。在這種情 形中，可在現(xiàn)有的工作條件下(例如溫度差異)，選擇作為T(mén)EG設(shè)備的斷路電壓的一半的MPP電壓。例如，可決定TEGl的MPP電壓438為在第一溫度差異Λ Tl下工作的TEGl的斷路電壓436的O. 5倍。如果第一溫度差異△!!改變，例如，由于周圍環(huán)境變的更熱或更冷或由于電力電纜的歐姆加熱的改變，能在新的溫度差異，Λ Tnew下決定TEGl的斷路電壓436，和能在新的溫度差異下決定TEGl的MPP電壓為斷路電壓一半的。某些TEG設(shè)備的I-V曲線可以是非線性的。進(jìn)一步地，在不同的溫度差異下，具體的TEG設(shè)備的I-V曲線的形狀可不同。這些情況中，MPP與TEG設(shè)備的斷路電壓可不具有簡(jiǎn)單的關(guān)系。為了選擇這種TEG設(shè)備的MPP電壓，MPP跟蹤設(shè)備可使用另外的MPP跟蹤運(yùn)算法則，以便在具體的工作條件組下(例如，溫度差異)識(shí)別ΜΡΡ。例如，擾動(dòng)觀測(cè)程序可用于跟蹤ΜΡΡ。在具體的溫度差異下，擾動(dòng)觀測(cè)程序可反復(fù)地修改TEG設(shè)備的工作電流或電壓，和測(cè)量(或計(jì)算)TEG設(shè)備輸出的功率，直到在具體的溫度差異下觀察到峰值功率。當(dāng)?shù)谝恍「淖儗?dǎo)致功率輸出的增加和第二小改變導(dǎo)致功率輸出的減少時(shí)，可認(rèn)為要觀察峰值功率。MPP跟蹤設(shè)備可不斷地、偶爾地(例如，在決定的間隔中)、或響應(yīng)控制輸入(例如，測(cè)量溫度和溫度差異中的改變)執(zhí)行MPP跟蹤程序。圖5是管理熱電發(fā)電機(jī)(TEG)設(shè)備的電能生產(chǎn)的方法500的具體的實(shí)施例的流程圖?？捎墒褂米罱咏娏﹄娎|安置的TEG設(shè)備產(chǎn)生電的系統(tǒng)執(zhí)行方法500，如圖I的系統(tǒng)100、圖2的系統(tǒng)200、或圖3的航行器300。最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備可控制一個(gè)或更多電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備，以便操作一個(gè)或更多TEG設(shè)備在或接近TEG設(shè)備的最大功率點(diǎn)電壓上產(chǎn)生電，并且收到的每一個(gè)TEG設(shè)備的電能可轉(zhuǎn)變成共同的電壓，例如，共同的總線電壓。方法500可包含，在502上，接收來(lái)自與電力電纜的第一部分和電力電纜的第一部分經(jīng)過(guò)的第一周圍環(huán)境熱連通的第一 TEG設(shè)備的第一電能。經(jīng)過(guò)電力電纜的第一部分的電流可導(dǎo)致電力電纜的第一部分和第一周圍環(huán)境之間的第一溫度差異。第一電能是在可由第一最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備控制的第一電壓上產(chǎn)生的。例如，第一 TEG設(shè)備可包含圖I的TEG設(shè)備的第一組112，和由TEG設(shè)備的第一組112輸出的電能可由圖I的第一電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備130接收，其可由圖I的第一最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備132控制。方法500可包含，在504上，接收來(lái)自與電力電纜的第二部分和電力電纜的第二部分經(jīng)過(guò)的第二周圍環(huán)境熱連通的第二 TEG設(shè)備的第二電能。經(jīng)過(guò)電力電纜的第二部分的電流可導(dǎo)致電力電纜的第二部分和第二周圍環(huán)境之間的第二溫度差異。第二電能是在可由第二最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備控制的第二電壓上產(chǎn)生的。例如，第二 TEG設(shè)備可包含圖I的TEG設(shè)備的第二組122，由TEG設(shè)備的第二組122輸出的電能可由圖I的第二電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備140接收，其是由圖I的第二最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備142控制。
第一電壓可不同于第二電壓。例如，獨(dú)立于第二最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備控制第二電壓，第一最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備可控制第一電壓。因而，與第二最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備將第二電壓設(shè)置到的電壓水平相比，第一最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備可將第一電壓設(shè)置到不同的電壓水平上。另一個(gè)實(shí)例中，第一溫度差異可不同于第二溫度差異。為了說(shuō)明，電力電纜的第一部分的第一溫度可不同于電力電纜的第二部分的第二溫度。另外或可替換地，第一周圍環(huán)境的第一周圍溫度可不同于第二周圍環(huán)境的第二周圍溫度(和電力電纜的第一部分的第一溫度可不同于或最接近等于電力電纜的第二部分的第二溫度)。還有另一個(gè)實(shí)例中，以TEG設(shè)備的不同的工作環(huán)境為基礎(chǔ)，以TEG設(shè)備的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，或兩者都有，TEG設(shè)備可具有不同的電力輸出特征。例如，第一 TEG設(shè)備可具有完全線性的電壓電流關(guān)系和第二 TEG設(shè)備可具有完全非線性的電壓電流關(guān)系。進(jìn)一步的實(shí)例中，最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備可控制不同地依賴TEG設(shè)備的設(shè)計(jì)和工作的電壓。為了說(shuō)明，當(dāng)?shù)谝?TEG設(shè)備具有完全線性的電壓電流關(guān)系時(shí)，第一最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備可控制第一電壓等于第一 TEG設(shè)備的斷路電壓的一半。當(dāng)?shù)谝?TEG設(shè)備具有完全非線性的電壓電流關(guān)系時(shí)，第一最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備可使用擾動(dòng)觀測(cè)程序或另外的MPP跟蹤程序控制第一電壓。方法500也可包含,在506上,將第一電壓和第二電壓調(diào)整為第三電壓。例如，使 用電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備，如圖I的第一電源轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備130或第二轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備140，都可將第一電壓和第二電壓的一個(gè)或兩個(gè)調(diào)節(jié)到共同的總線電壓。因此，不同的區(qū)域中的TEG設(shè)備可在不同的電壓水平上輸出電，這些電壓水平可以處在或接近各自的TEG設(shè)備的MPP電壓。在電提供給共同的總線之前，耦合到TEG設(shè)備上的電力轉(zhuǎn)變器將電轉(zhuǎn)變成共同的電壓。此處描述的實(shí)施例的圖解傾向于提供各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的一般的理解。圖解不傾向于用作利用此處描述的結(jié)構(gòu)或方法的裝置和系統(tǒng)的所有的元素和特征的全面的描述。在審閱本發(fā)明之上，本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將顯然可見(jiàn)很多其他實(shí)施例?？衫煤涂蓮谋景l(fā)明得到其他實(shí)施例，如此以至于在沒(méi)有脫離本發(fā)明的范疇下，可做出結(jié)構(gòu)上的和邏輯的取代和改變。例如，與圖表示出的相比，可以不同的順序執(zhí)行方法步驟，或可省略一個(gè)或更多方法步驟。因此，要把本發(fā)明和圖表認(rèn)作說(shuō)明性的而不是限制性的。而且，盡管此處說(shuō)明了和描述了具體的實(shí)施例，應(yīng)該理解，任何后來(lái)設(shè)計(jì)的要獲得相同的或相似的結(jié)果的安排可取代示出的具體的實(shí)施例。本發(fā)明傾向于包括任何和所有后來(lái)的修改或各種實(shí)施例的變化。在審閱本描述之上，本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將顯然可見(jiàn)上述實(shí)施例，和此處沒(méi)有具體地描述的其他實(shí)施例的結(jié)合。應(yīng)該理解，提交的本發(fā)明的摘要不用于解釋或顯示權(quán)利要求的范疇或意義。另外，前述的具體的實(shí)施方式中，為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的目的，可集合或以單一的實(shí)施例描述各種特征。與每一個(gè)權(quán)利要求中清楚地陳述的相比，本發(fā)明不能解釋為反應(yīng)要求的實(shí)施例需要更多特征的意圖。更確切地，如下列權(quán)利要求反應(yīng)的，要求的主旨可關(guān)注的特征少于任何一個(gè)公開(kāi)的實(shí)施例的所有的特征。
權(quán)利要求
1.一種裝置，其包括 多個(gè)熱電發(fā)電機(jī)(TEG)設(shè)備，其中每個(gè)TEG設(shè)備具有配置為置于與電力電纜外表面熱連通的第一表面和配置為置于接近所述電力電纜四周的周圍環(huán)境的第二表面；和 電力地耦合到所述TEG設(shè)備的一組終端，其中當(dāng)所述第一表面和所述第二表面之間存在溫度差異時(shí)，所述TEG設(shè)備將熱量轉(zhuǎn)變成所述一組終端處存在的電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中每個(gè)所述TEG設(shè)備的第一表面被成形以便完全地符合所述電力電纜的外表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，進(jìn)一步包括圍繞一個(gè)或更多所述TEG設(shè)備的導(dǎo)熱封套，其中所述導(dǎo)熱封套促進(jìn)所述TEG設(shè)備與所述電力電纜的耦合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中每個(gè)所述TEG設(shè)備包含至少一個(gè)正型摻雜對(duì)負(fù)型摻雜(P-N)熱電球?qū)Α?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，進(jìn)一步包括電力轉(zhuǎn)變器，其經(jīng)配置用于接收所述一組終端處存在的電壓和電流，并用于將所述電壓和所述電流轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變器終端處存在的輸出電壓和輸出電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，進(jìn)一步包括最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備，其經(jīng)配置用于控制所述電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備，以便使所述TEG設(shè)備在所述溫度差異、接近或在所述TEG設(shè)備的最大功率點(diǎn)產(chǎn)生在所述一組終端處存在的電壓和電流。
7.一種方法包括 接收來(lái)自第一熱電發(fā)電機(jī)設(shè)備，即TEG設(shè)備，的第一電能，所述第一 TEG設(shè)備與電力電纜的第一部分和電力電纜的第一部分經(jīng)過(guò)的第一周圍環(huán)境熱連通，其中經(jīng)過(guò)所述電力電纜的第一部分的電流導(dǎo)致所述電力電纜的第一部分和所述第一周圍環(huán)境之間的第一溫度差異，并且其中所述第一電能是在由第一最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備控制的第一電壓產(chǎn)生的； 接收來(lái)自第二 TEG設(shè)備的第二電能，所述第二 TEG設(shè)備與所述電力電纜的第二部分和所述電力電纜的第二部分經(jīng)過(guò)的第二周圍環(huán)境熱連通，其中經(jīng)過(guò)所述電力電纜的第二部分的電流導(dǎo)致所述電力電纜的第二部分和第二周圍環(huán)境之間的第二溫度差異，并且其中所述第二電能是在由第二最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備控制的第二電壓產(chǎn)生的；和 將所述第一電壓和所述第二電壓調(diào)整為第三電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一溫度差異不同于所述第二溫度差異。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述電力電纜的第一部分的第一溫度不同于所述電力電纜的第二部分的第二溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一周圍環(huán)境的第一周圍溫度不同于所述第二周圍環(huán)境的第二周圍溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備獨(dú)立于所述第二最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備控制所述第二電壓來(lái)控制所述第一電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一TEG設(shè)備具有完全線性的電壓-電流關(guān)系，并且其中所述第一最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備控制所述第一電壓等于所述第一 TEG設(shè)備的斷路電壓的一半。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一TEG設(shè)備具有完全非線性的電壓-電流關(guān)系，并且其中所述第一最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備使用擾動(dòng)和觀測(cè)程序控制所述第一電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備控制第一電力轉(zhuǎn)變，以便引起所述第一 TEG設(shè)備以第一溫度差異為基礎(chǔ)在或接近所述第一 TEG的最大功率點(diǎn)輸出所述第一電能，并且其中所述第二最大功率點(diǎn)跟蹤設(shè)備控制第二電力轉(zhuǎn)變，以便引起所述第二 TEG設(shè)備以第二溫度差異為基礎(chǔ)在或接近所述第二 TEG的最大功率點(diǎn)輸出所述第二電能，其中所述第三電壓是耦合到所述第一電力轉(zhuǎn)變器并耦合到所述第二電力轉(zhuǎn)變器的總線的總線電壓。
15.—種系統(tǒng),包括 電力饋線電纜，其經(jīng)配置用于輸送由電能產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生的電能穿過(guò)兩個(gè)或更多區(qū)域，其中所述電力饋線暴露于所述兩個(gè)或更多區(qū)域的每一個(gè)中的不同的周圍環(huán)境； 第一熱電發(fā)電機(jī)設(shè)備，即TEG設(shè)備，其沿著所述兩個(gè)或更多區(qū)域的第一區(qū)域中的所述電力饋線電纜的表面安置，其中所述第一 TEG設(shè)備經(jīng)配置用于以所述電力饋線電纜和所述第一區(qū)域中第一周圍溫度之間的第一溫度差異為基礎(chǔ)產(chǎn)生電能； 第一最大功率跟蹤設(shè)備，其控制所述第一 TEG設(shè)備的第一工作電壓在所述第一溫度差異接近或處在所述第一 TEG設(shè)備的最大功率點(diǎn)電壓； 第二 TEG設(shè)備，其沿所述兩個(gè)或更多區(qū)域的第二區(qū)域中的所述電力饋線電纜的表面安置，其中所述第二 TEG設(shè)備經(jīng)配置用于以所述電力饋線電纜和所述第二區(qū)域中第二周圍溫度之間的第二溫度差異為基礎(chǔ)產(chǎn)生電能； 第二最大功率跟蹤設(shè)備，其控制所述第二 TEG設(shè)備的第二工作電壓在所述第二溫度差異接近或處在所述第二 TEG設(shè)備的最大功率點(diǎn)電壓； 第一電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備，其將所述第一工作電壓轉(zhuǎn)變成第三電壓；和 第二電力轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備，其將所述第二工作電壓轉(zhuǎn)變成所述第三電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了利用熱電發(fā)電機(jī)(TEG)設(shè)備從電力電纜產(chǎn)生的熱量發(fā)電的裝置、方法和系統(tǒng)。裝置包含多個(gè)熱電發(fā)電機(jī)(TEG)設(shè)備。每一個(gè)TEG設(shè)備具有經(jīng)配置用于安置在與電力電纜的外表面熱連通的位置中的第一表面和經(jīng)配置用于在最接近電力電纜四周的周圍環(huán)境安置的第二表面。該裝置也包含電力地耦合到TEG設(shè)備上的一組終端。當(dāng)?shù)谝槐砻婧偷诙砻嬷g存在溫度差異時(shí)，TEG設(shè)備將熱量轉(zhuǎn)變成該組終端處的電力。
文檔編號(hào)H02N11/00GK102904487SQ201210260728
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者L·高, S·劉, J·M·菲爾德 申請(qǐng)人:波音公司