[发明专利]包括低压电源的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用低压电源为电负载供电的装置。更具体而言，本发明涉及利用产生的电压远低于电负载所需电压的电源为电负载供电。该装置将电压升高到电负载的工作点，而没有显著的电能损失。

背景技术

由于化石燃料的高成本和对燃烧化石燃料时产生二氧化碳造成的全球变暖的关注，对通过再生能量工作的电源的兴趣越来越高。这种电源的例子包括光生伏打电池、热伏打电池、氢燃料电池、生物燃料电池等。

许多这种电源产生大约一伏特或者更低的低压电能。例如，光生伏打电池提供0.35V至0.65V的电压，典型地为约0.45V。对于大多数应用情况，需要以高得多的电压来提供电能，例如12V直流电，或110伏特或230伏特的交流电。一个原因在于，对于一定量的电能，电流与电压成反比，因此远距离传输低压电能是不现实的。高电流需要非常粗的电缆，并且会带来过热和着火的高风险。

因此，通常提供这样一种组件，其中，相当多个低压电源被串联起来，从而在组件的接线端处提供合适的较高电压。因为多个低压电源被串联，组件的性能受制于电路中最弱的环节。这种组件将仅在所有单个单元都提供同样的性能时才有最优的执行性能。实际上，实际情况从不会是这样的。例如，各个生物燃料电池中的酶的性能各不相同。组件中的光生伏打电池的电输出可能不同。通常存在5％的制造容差，这意味着即使是接收到的光辐射量相同的电池，也会具有不同的电能输出。此外，例如由于某些电池上覆盖有阴影或碎屑，组件内的电池可能接收到不同的光辐射量。这种事件可能会使串联的光生伏打电池组件的输出减少30％至70％。某种程度上，可通过结合旁路二极管，以便使表现欠佳的电池可被旁通来减少这种损耗。

因为这个原因，串联电池的组件中总存在较弱的电池。这些较弱的电池使组件的性能变差，因为这些较弱的电池成为系统的负载，而不是对电池的性能有所帮助的贡献者。

本发明的目的是在不具有现有系统的缺点的情况下将低压电源的电压升高至电负载所需的电压。

发明内容

本发明涉及利用低压电源为电负载供电的装置，该装置包括：

a)提供输出电压Vp的低压电源；

b)第一电能蓄能器，其与低压电源串联连接，并且工作在第一电压V1；

c)第二电能蓄能器，其与第一蓄能器并联，并且工作在第二电压V2；

其中，V1+Vp＝V2。

低压电源的例子包括光生伏打电池、热伏打电池、氢燃料电池和生物燃料电池。

在本发明的装置中所用的电能蓄能器的例子包括飞轮、电容器和化学电池。

附图说明

图1为本发明的装置的第一实施例的示意图；

图2为本发明的装置的第二实施例的示意图；

图3为本发明的装置的第三实施例的示意图；

图4为本发明的装置的第四实施例的示意图，该实施例组合了第二和第三实施例的特征；

图5为本发明的装置的第五实施例的示意图。

具体实施方式

本发明涉及利用低压电源为电负载供电的装置，该装置包括：

a)提供输出电压Vp的低压电源；

b)第一电能蓄能器，其与低压电源串联，并且工作在第一电压V1；

c)第二电能蓄能器，其与第一蓄能器并联，并且工作在第二电压V2；

其中，V1+Vp＝V2。

在本发明的装置中使用的低压电源可以是产生的电压Vp低于为电负载供电所需电压的任何电源。低压电源可以由化石燃料提供能量，或者由非化石燃料提供能量，优选地由可再生能源提供能量。优选的例子包括光生伏打电池、热伏打电池、氢燃料电池或生物燃料电池。

以下将利用其中的低压电源包括至少一个光生伏打电池的装置的实施例来对本发明进行进一步说明。应理解，这些实施例阐明的原理可适用于其它任何低压电源。

图1中示出了装置1的第一实施例，该装置1包括光生伏打电源2。光生伏打电源2可由单个光生伏打电池组成，或者由多个光生伏打电池组成。在光生伏打电源2由多个光生伏打电池组成的情况下，各个电池可串联连接，也可并联连接，或者光生伏打电源2可由m个光生伏打电池子组件构成，每个子组件包含了n个串联的光生伏打电池。实际上，n是从1到20的整数，优选为从1到10，更优选地为从1到5。整数m的值是由对n的值的选择和组件能够容纳的光生伏打电池的数目决定的。光生伏打电池的总数为n×m。