0898-56963960
一种多混合动力发电机和系统，其便于从可互换动力源进行能量采集、生成和存储。该系统包括：多个电池组；多个电力管理设备、多个电池组；第一齿轮箱、第一发电机、第二齿轮箱、第二发电机、具有允许彼此独立操作的第一曲轴和第二曲轴的曲轴、包括用于驱动第一发电机和第二发电机的多个液压电致动设备(HEAD)的多混合动力发电机，以及智能电力控制器，该智能电力控制器通信地耦接到电负载和多个电力管理设备以便选择性地控制多个电池组、至少一个电负载和多个HEAD之间的电力监控、电力生成、电力分配和电力存储或者对多个电池组、
至少一个电池组，所述至少一个电池组被电连接以接收并存储来自可互换动力源的能
多个液压电致动设备(HEAD)，所述多个HEAD最初由所述至少一个电池组提供动力，所
述HEAD通过多个活塞杆将机械能驱动到各自具有一对回缩弹簧的多个活塞，所述活塞被设
智能电力控制器，所述智能电力控制器通信地耦接到至少一个电负载和多个电力管理
其中，所述智能电力控制器控制所述至少一个电池组、所述至少一个电负载、所述可互
换动力源和所述多个HEAD之间的能量监控、能量生成、能量分配和能量存储。
2.根据权利要求1所述的多混合动力发电机系统，其中，所述智能电力控制器使所述至
少一个电池组和所述多个HEAD阶段地运行，以在至少一个电池组和/或HEAD的运行期间为
其中，在第一阶段期间，所述智能电力控制器将所述多个HEAD的第一子集控制为给第
其中，在第二阶段期间，所述智能电力控制器将所述多个HEAD的第二子集控制为给第
其中，在第三阶段期间，所述智能电力控制器将所述多个HEAD的所述第一子集和所述
多个HEAD的所述第二子集两者一致地控制为驱动所述第一发电机和所述第二发电机，并且
其中，在第四阶段期间，所述智能电力控制器从所述第一阶段到所述第二阶段交替、从
所述第一阶段到所述第三阶段交替，和/或从所述第二阶段到所述第三阶段交替，以提供高
4.根据权利要求3所述的多混合动力发电机系统，其中，所述第四阶段允许所述多混合
动力发电机系统的一部分在所述多混合动力发电机系统的替代部分作用时自身冷却。
5.根据权利要求3所述的多混合动力发电机系统，其中，在所述第三阶段和所述第四阶
6.根据权利要求3所述的多混合动力发电机系统，其中，所述多混合动力发电机系统使
7.根据权利要求3所述的多混合动力发电机系统，其中，所述曲轴在所述曲轴的每个端
部处包括加重的分离器支撑接头，所述加重的分离器支撑接头允许每个HEAD子集独立地操
8.根据权利要求1所述的多混合动力发电机系统，其中，每个回缩弹簧由弹簧材料制
9.根据权利要求8所述的多混合动力发电机系统，其中，所述HEAD由所述回缩弹簧支
10.根据权利要求9所述的多混合动力发电机系统，其中，所述HEAD包括由F/t(pV2/2σ
11.根据权利要求8所述的多混合动力发电机系统，其中，所述操作角度大约为25度。
12.根据权利要求8所述的多混合动力发电机系统，其中，所述操作角度在24.618度和
13.根据权利要求8所述的多混合动力发电机系统，其中，所述弹簧材料具有经调整的
其中，所述智能电力控制器还包括人工智能(AI)模块，所述AI模块定义并执行AI协议，
其中，所述AI模块收集并解读来自所述至少一个电池组、所述至少一个机械负载和所
其中，所述智能电力控制器利用所述AI协议以控制所述至少一个电池组、所述至少一
个电负载、所述可互换动力源和所述多个HEAD之间的能量监控、能量生成、能量分配和能量
将所述多混合动力发电机系统的多个HEAD的第一子集控制为给第一发电机提供动力；
将所述多个HEAD的所述第一子集和所述多个HEAD的所述第二子集两者一致地控制为
在三个控制步骤之间交替，以提供高效的能量生成并将所述多混合动力发电机系统的
17.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述三个步骤之间交替的步骤由包括生成AI
协议的AI模块的智能电力控制器决定，以改进所述多混合动力发电机系统的能量生成和冷
至少一个电池组，所述至少一个电池组被电连接以接收并存储来自至少一个动力源的
多个第一液压电致动设备(HEAD)，所述多个第一HEAD最初由所述至少一个电池组提供
动力，所述多个第一HEAD将机械能驱动到与第一发电机可操作地连接的第一曲轴；以及
多个第二液压电致动设备(HEAD)，所述多个第二HEAD将机械能驱动到与第二发电机可
控制器，所述控制器被配置为使所述系统在运行的第一模式和运行的第二模式下运
行，所述第一模式使得所述多个第一HEAD给所述第一发电机提供动力，而所述多个第二
HEAD是静态的以实现所述多个第二HEAD的冷却，所述第二模式使得所述多个第二HEAD给所
述第二发电机提供动力，而所述多个第一HEAD是静态的以实现所述多个第一HEAD的冷却。
所述控制器被配置成根据所述多个第一HEAD和所述多个第二HEAD中的至少一个的温
所述控制器被配置为使所述系统在运行的第三模式下运行，使得一致地操作所述多个
第一HEAD和所述多个第二HEAD以分别驱动所述第一发电机和所述第二发电机。
[0002]本申请要求于2021年7月23日提交的序列号为63/225,029的美国临时专利申请的
[0003]本发明总体上涉及动力系统，并且更具体地涉及一种能量采集和存储系统，该能
[0004]现今的新闻充斥着全球变暖、污染和其他正影响着世界居民的环境危害的媒体报
道。正对世界的环境状况及其自然资源作出可怕的预测。这些报道的一个聚焦点是电力的
全球生成、使用和消耗。电的生成涉及不同种类的资源，诸如煤、油和天然气，并且前述资源
的处理已经被认定为是有害环境影响的源头，这些有害环境影响包括污染、酸雨和温室效
应。考虑到电对于日常舒适度(包括但不限于加热、照明、通信、交通运输和计算)，以及对于
[0005]为了应对发电的已经意识到的或其他的一些不利环境影响，科学家、科研人员和
各产业近年来已经将其精力聚焦于替代和/或可再生能源，诸如太阳能、风能和潮汐能。风
能存在于某些国家，这些国家正在建立大型风电场或风电园，这些风电场或风电园由分布
在广阔地理区域上的大量的风力涡轮机组成，已知该区域长期具有频繁且持续的风。风使
涡轮机上的叶片转动，这些涡轮机将风能转换成机械动力。然后使用发电机将机械动力转
换成电。然而，风力确实受到潜在限制的影响，这些潜在限制与严重依赖于位置、季节和天
气以产生并维持发电所需的风有关。此外，获得必要的地产并在其上安装过多的风力涡轮
[0006]作为另一种上文认定的替代能源，太阳能旨在从太阳采集能量，该能量被转换成
热能或电能。典型地，以三种主要方式利用太阳能：使用光伏、太阳能加热和冷却，以及聚光
太阳能。光伏经由电子过程直接从太阳光生成电，并且通常与从单个设备(例如，计算器)到
由光伏阵列供电的离网家庭范围内的小型和/或中型应用的驱动相关联。太阳能加热和冷
却(SHC)以及聚光太阳能(CSP)应用使用由太阳生成的热来提供空间或水加热(在SHC系统
的情况下)，或者使传统的发电涡轮机运行(在CSP发电厂的情况下)。这种类型的可再生能
源通常特征在于被动式太阳能或主动式太阳能，并且这种能源技术可以被构建为分布式发
电模型(例如，位于使用点处或在使用点附近)或中心站模型(例如，类似于传统发电厂的公
用事业规模太阳能发电厂)。这些能量方法还可以使用各种太阳能存储技术来存储为了在
晚些时间(例如，在日落之后)进行分配而产生的能量。这些特征已使太阳能成为更可取的
替代可再生能源之一。然而，太阳能具有一个显著的潜在缺点，在于该技术本质上固有地存
在间歇性，并且可能受制于太阳光源不可用的时期，从而使得从该太阳光源产生的太阳能
不可用。因此，这需要将生成的太阳能存储在电池中，从而提高了纯太阳能系统的总体成
[0007]太阳能热使用是另一形式的太阳能。该方法类似于传统的发电之处在于太阳的能
量驱动发电厂，使得电间接地产生。太阳能热利用已聚焦于使燃烧化石燃料的传统发电厂
的效率协调，然而这需要复杂的设备，诸如将石油加热到非常高的温度的聚焦聚光镜。而
且，设计、建造、运行和维护太阳能热操作设备的成本非常高。除了该财务挑战之外，为此类
[0008]如前所述，许多可再生能源技术需要某种类型的能量存储容量。已经开发了许多
用于能量存储的系统和方法。一种这样的能量存储系统将水泵送到高架存贮室中，然后通
过水轮发电机将水释放。压缩空气能量存储系统用压缩机压缩空气，并且该压缩空气存储
在地质构造(例如，洞穴、蓄水层等)或其他结构中，当需要能量需求时，可以利用该压缩空
气。通常，压缩空气与天然气混合，进行燃烧并通过涡轮机膨胀以生成驱动发电机生成电的
机械能。机械齿轮箱用于将来自电源(例如，可再生能源)的速度和扭矩转换为与发电机结
合。然而，机械齿轮箱需要实质性的维护并且倾向于比它们所支撑的系统更快地损坏。直接
驱动发电机可以消除对这些昂贵的机械齿轮箱的需要，但是直接驱动发电机的复杂性及相
关联的维护使它们的成本负担也不少。此类压缩空气能量系统还受到地理限制和使用固定
体积的地质构造的挑战，并且因此通常在能量存储和回收期间在高可变压力下操作。该高
可变压力的需求降低了压缩机和涡轮机的效率，该压缩机和涡轮机在单一设计压力下以最
[0009]虽然存在各种能量存储解决方案，但是这些系统具有某些劣势，这些劣势包括在
转换过程期间的能量损失、使用需要大规模地理覆盖区的水存贮室、构造昂贵、关于可以存
储的能量的量的限制，以及存储的能量随时间的损耗。此外，将加压空气转换回电是复杂且
[0010]另一类型的能量系统是混合能量系统。混合能量系统被定义为几种类型的能量生
成装备的集成，诸如电能生成器、电能存储系统和可再生能源。混合能量系统或混合动力通
常包括一起使用以提供提高的系统效率以及更平衡的能量供应的两种或更多种可再生能
源。混合系统例如使用诸如太阳能光伏(PV)和风力涡轮机的可再生技术将两种或更多种发
电模式组合在一起。混合系统通过将发电方法混合来提供高水平的能量安全性，并且可以
并入有存储系统(例如，电池、燃料电池)或小型化石燃料发电机以确保最大供应可靠性和
安全性。此类系统的基础部件是动力源(例如，风力涡轮机、柴油发动机发电机和太阳能阵
列)和调节每个源的电力产生的电池与电力管理中心。混合能量系统的优点包括在没有任
何中断的情况下连续地提供电力，由于其中所连接的电池存储用于以后使用的能量，所以
这些电池还提高了可再生能源的利用率、降低了维护成本、提供了更高的效率并改进了负
荷管理。混合能量系统的劣势包括考虑到不同的能源类型并且必须精确地控制它们的相互
作用和协调而提高了过程控制复杂性、较高的安装成本、电池寿命和可以连接到系统的总
[0011]因此，需要多混合动力发电机系统，该多混合动力发电机系统改进了从可互换动
[0012]本发明涉及一种多混合动力发电机系统，该多混合动力发电机系统便于从可互换
[0013]在本发明的第一实施方式中，提供了一种用于从可互换动力源采集能量的多混合
动力发电机系统，该多混合动力发电机系统包括一个或多个电池组，该一个或多个电池组
被电连接以接收并存储来自最初由一个或多个电池组提供动力的液压电致动设备(HEAD)
中的可互换动力源的能量。这些HEAD将机械能通过活塞驱动到活塞杆，每个活塞杆具有与
其连接的一对回缩弹簧。活塞位于液压室内。该系统还包括由活塞驱动的曲轴和与至少一
个电负载和多个电力管理设备通信地耦接的智能电力控制器。智能电力控制器控制电池
组、电负载、可互换动力源和HEAD之间的能量监控、能量生成、能量分配和能量存储。
[0014]在本发明的第二实施方式中，提供了一种使用多混合动力发电机系统提供电力的
方法。该方法包括：将多混合动力发电机系统的HEAD的第一子集控制为给第一发电机提供
动力；将HEAD的第二子集控制为给第二发电机提供动力；将HEAD的第一子集和第二子集一
致地控制为驱动第一发电机和第二发电机；以及在三个先前控制步骤之间交替，以提供高
[0015]在本发明的第二实施方式中，提供了一种多混合动力发电机系统，该多混合动力
发电机系统包括一个或多个电池组，该一个或多个电池组被电连接以接收并存储来自最初
由电池组供电的HEAD中的可互换动力源的能量。这些HEAD将机械能通过活塞驱动到活塞
杆，每个活塞杆具有与其连接的一对回缩弹簧。每个回缩弹簧由弹簧材料制成，并且以操作
角度平衡以增强活塞对曲轴的影响。活塞设置在液压室内。该系统还包括通信地耦接到电
负载和多个电力管理设备的智能电力控制器。智能电力控制器控制电池组、电负载、可互换
[0016]从下面的附图和优选实施例的详细描述中，本发明的这些和其他目的、特征和优
[0017]下面将结合附图描述本发明的优选实施例，附图用于说明而不是限制本发明，其
[0019]图2示出了根据本发明实施例的用于图1的多混合动力发电机系统的曲轴的立体
[0020]图3示出了根据本发明实施例的用于图1的多混合动力发电机系统的齿轮箱的立
[0021]图4A示出了根据本发明实施例的用于图1的多混合动力发电机系统的图2的曲轴
[0022]图4B示出了曲轴和齿轮箱之间的示例性接合的前视图，并且示出了根据本发明实
[0024]图5示出了根据本发明的实施例的被配置用于图1的多混合动力发电机系统的示
[0025]图6示出了根据本发明实施例的用于与图1的多动力发电机系统一起使用的多混
[0026]图7示出了根据本发明实施例的被配置用于图1的多混合动力发电机系统的示例
[0027]图8示出了根据本发明实施例的使用图1的多混合动力发电机系统从可互换动力
[0029]以下详细描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制所描述的实施例或所描述的
实施例的应用和使用。如本文中所使用，词语“示例性”或“说明性”意味着“充当实例、例子
或说明”。在本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实施方式不必被解释为比其他实施
方式更优选或更有利。下面描述的所有实施方式都是示例性实施方式，其被提供以使得本
领域技术人员能够制造或使用本公开的实施例，并且不旨在限制由权利要求限定的本公开
的范围。为了描述的目的，术语“上”、“下”、“左”、“后”、“右”、“前”、“竖直”、“水平”及其派生
词将涉及如在本文附图中进行取向的本发明。此外，不旨在受前述技术领域、背景技术、发
明内容或以下具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论的约束。还应当理解，在附图
中图示出并在以下说明书中描述的具体设备和过程仅仅是在所附权利要求中限定的发明
构思的示例性实施例。因此，和本文公开的实施例有关的具体尺寸和其他物理特性不应被
[0030]如附图完整所示，本发明涉及一种多混合动力发电机系统，该多混合动力发电机
[0031]图1示出了根据本发明实施例的多混合动力发电机系统100的示意图。例如如图1
106)。多个电池组与要从可互换动力源108采集的能量类型相匹配，以便尤其向至少一个
电负载116提供电力，例如该电负载116示例性地被示出为具有使家用设备运行的电负载的
电池中的一种，包括但不限于铅酸、锂离子、镍镉(NiCd)、镍铁(NiFe)、盐水或吸收式玻璃垫
NiCd)并且具有基本上相等的尺寸和容量。虽然图示出了三个电池组，但是可以利用多于或
少于三个的电池组而不背离本发明的更广泛的方面。根据本文的实施例，可互换动力源108
可以是任何自然的、替代的和/或可再生能源，包括但不限于太阳能、风力或水力。例如，如
图1所示，可互换动力源是使用多个光伏(PV)太阳能板(即，PV太阳能板110‑1、PV太阳能板
110‑2、PV太阳能板110‑3和PV太阳能板110‑4)的太阳能，其中每个PV太阳能板包括多个光
伏电池112。示例性地，考虑到对至少一个电负载116驱动的要求，PV太阳能板中的每一个可
以被配置为12伏，1.5安培的板。如将容易理解的，光伏板由多个光伏电池组成，其中每个电
池具有将太阳光转换成电的能力。根据本文公开的实施例的原理，多混合动力发动机系统
100将采集、生成、存储并供应能量而不需要任何化石燃料，从而与其他发电系统相比提供
[0032]如图1所示，多混合动力发电机系统100还包括多个电力管理液压电致动设备
包括用于在任何特定时间测量电力的至少一个传感器单元(例如，传感器单元616；见图7)、
用于将直流电(DC)改变为交流电(AC)的至少一个逆变器单元(例如，逆变器单元614；见图
7)，以及用于管理电力分配的至少一个能量路由器单元(例如，能量路由器单元612；见图
7)。每个电力管理设备还经由通信链路150通信地耦接到智能电力控制器118。智能电力控
制器118通信地耦接到电负载116和多个电力管理设备，用于选择性地控制多个电池组(即，
控、电力生成、电力分配和电力存储。如图1所描绘的多个HEAD的配置是可以根据所公开的
[0033]参考图1，根据一个实施例，可互换动力源108的输出，例如，多个PV太阳能板(即，
114‑1来利用，并且被传递到第一电池组102，从而提供即时电力存储选项。以这种方
式，第一电池组102电连接以接收并存储来自可互换动力源108的能量，并且第一电池组102
电连接到多个电力管理设备中的第一电力管理设备(即，电力管理单元114‑1)和第二电力
如，由多个PV太阳能板输送)转换成交流电。此外，存储在第一电池组102中的该电力由第二
电力管理单元114‑2管理，并且用于初级驱动包括多个HEAD(即、HEAD
116‑4)的多混合动力发电机148。这些HEAD用于将源能量(例如，电能)
转换成机械/液压运动。在实施例中，每个HEAD包括液压电动泵。在进一步的实施例中，每个
[0034]由第一电池组102初级驱动的多个HEAD将通过多个活塞(即，活塞120‑1、活塞120‑
活塞杆122‑4)的组合来驱动机械能。第一活塞120‑1位于多个液压室中的第一液压室130‑1
内，并且机械地连接到多个活塞杆中的第一活塞杆122‑1。接着，该机械能分别传递到第一
曲轴124和第二曲轴126(每个曲轴被配置为如图2的曲轴200所示)。第一曲轴124和第二曲
轴126中的每一个都具有相应的驱动齿轮206，该驱动齿轮206位于沿着相应的曲轴的相应
的中心点212处(在图2中详细描绘出的)。第一曲轴124的第一驱动齿轮206转而机械地连接
到第一齿轮箱132的第一组齿轮134，并且第二曲轴126的第二驱动齿轮206机械地连接到第
二齿轮箱138的第二组齿轮140。每个齿轮箱和相应的齿轮组被配置为如图3的齿轮箱300所
的活塞122‑1)的液压力，并且第一活塞120‑1具有与其连接的第一对回缩弹簧128(在图4B
个具有以相同方式起作用的对应的一对回缩弹簧128。以这种方式，每个对应的活塞与活塞
杆组合组具有一对回缩弹簧128，该一对回缩弹簧128沿着活塞与活塞杆组合组的侧部延
伸，该一对回缩弹簧128帮助活塞从对应的下行冲程(沿着向下方向144)回缩，从而提高多
混合动力发电机148和多混合动力发电机系统100的总体效率。回缩弹簧128通过减小活塞
的功来提高活塞的效率，特别是在上冲程时，克服重力作用。应当理解，虽然回缩弹簧128被
[0036]在一个实施例中，使用由大约55％的高碳钢、24％的钛(Ti)和21％的钒(V)组成的
特别配制的弹簧合金来制造回缩弹簧。该配制支持反重力效应，从而提高各个曲轴的总体
效率。此外，材料的密度(见本文下面的等式(1))影响弹簧的功效(例如，弹簧效率)。本文的
实施例要求具有特定强度、延展性、抗扭转应变/应力和散热性的合金。在一个实施例中，回
缩弹簧的固有频率是施加周期性负载的频率的大约二十(20)倍。这避免了具有高达第二十
(20th)阶的所有谐波频率的阻力。在一个实施例中，如图1中配置的回缩弹簧128的固有频
[0045]应当理解的是，上述弹簧合金配制仅仅是可以与本文公开的实施例的原理相符地
[0046]此外，特别配制的弹簧合金的经调整的线性膨胀系数(α)(见下文中的等式(2))是
回缩弹簧128的重要特征，这是因为当物体被加热或冷却时，物体的长度改变了与物体的原
始长度和温度变化成比例的量。因此，考虑到由多混合动力发电机148及其组成部件生成的
预期高压和高热量，该系数是重要的设计考虑因素。根据一个实施例，回缩弹簧128的长度
[0051]α＝经调整的线性膨胀系数，其中特殊合金材料已经改变了该系数，在曲轴的上冲
[0054]本文公开的每个HEAD具体地解决了上冲程上的液压和反向弹簧运动(即，反重力
位移)向上力，该向上力在曲轴的驱动齿轮上产生特定所需的输出。系统要求驱动齿轮(在
曲轴的中心)上的最佳所需扭矩输出，以具有超过76％效率的最终产电输出(将电/压力形
式的能量转换为机械能/扭矩)。液压电致动常数最佳效率(HEACOE)由公式(3)定义：
塞120‑2具有与其连接的第二对回缩弹簧128，第二活塞120‑2位于第二液压室130‑2内并且
机械地连接多个活塞杆中的第二活塞杆120‑2，并且第一活塞杆120‑1和第二活塞杆120‑2
第三活塞120‑3具有与其连接的第三对回缩弹簧128，第三活塞120‑3位于第三液压室130‑3
内并连接到多个活塞杆中的第三活塞杆122‑3。多个HEAD中的第四HEAD
塞中的第四活塞120‑4，该第四活塞120‑4具有与其连接的第四对回缩弹簧128‑4，第四活塞
位于第四液压室130‑4内并连接到多个活塞杆中的第四活塞杆122‑4。第三活塞杆122‑3和
第四活塞杆122‑4机械地连接到第二曲轴126。根据一个实施例，第一曲轴124通过第一驱动
齿轮机械地连接到第一齿轮箱132的第一组齿轮，其中第一曲轴还包括与其连接的第一配
[0067]进一步参考图4B和图4C，回缩弹簧128可以被配置为定位在活塞/液压室130‑1、
130‑2、130‑3、130‑4内部的螺旋弹簧。在一个实施例中，弹簧128可以被配置为拉伸弹簧。
[0068]参考图2，示出了根据实施例的用于图1的多混合动力发电机系统100的曲轴200的
立体图。曲轴200具有机械地联结第一曲轴124和第二曲轴126的加重的分离器支撑接头
208。该加重的分离器支撑接头208使第一曲轴124和第二曲轴126分离并平衡，以允许彼此
130‑4形成第二HEAD组或子集。每个HEAD组通过经由特定于曲轴200的齿
轮组机械地驱动它们相应的齿轮箱来给曲轴200的相应部分提供动力。图3示出了根据本发
明实施例的用于图1的多混合动力发电机系统100的齿轮箱300的立体图。第一齿轮箱132和
第二齿轮箱138中的每一个都被配置成与包括一组齿轮302的齿轮箱300相同。这些HEAD被
描绘成处于直排取向，但是在不脱离本发明的更广泛方面的情况下，可以利用包括但不限
[0069]这样，考虑到根据实施例的曲轴部分的独立操作，每个曲轴200(即，曲轴124和曲
轴126)将通过曲轴上的相应的驱动齿轮来驱动相应的齿轮箱(即，分别是齿轮箱132和齿轮
箱138)，该相应的驱动齿轮机械地连接到相应的一组齿轮(即，第一组齿轮134和第二组齿
轮140)，使得多混合动力发电机148和多混合动力发电机系统100的效率提高，并且多混合
动力发电机148将在总体较低/较冷的操作温度下操作。如图所示，除了驱动齿轮206之外，
曲轴200还包括多个配重210，该多个配重210包括第一配重202和第二配重204，如上所述。
在一个实施例中，第一配重连接在靠近第一活塞120‑1连接到第一曲轴124的点的位置处，
并且第二配重连接在靠近第二活塞120‑2连接到第一曲轴124的点的位置处。类似地，第三
配重连接在靠近第三活塞120‑3连接到第二曲轴126的点的位置处，并且第四配重连接在靠
近第四活塞120‑4连接到第二曲轴126的点的位置处。以这种方式，在曲轴200上多个活塞杆
在向下方向144上移动这样的每个对应的点处，存在对应的配重，该配重结合活塞在向下方
向144上的下冲程上生成的现有重力而作用。这样，多个活塞杆在每个曲轴部分上的连续运
动使其相应的齿轮箱(即，齿轮箱132或齿轮箱138)旋转并机械地驱动其相应的齿轮箱。如
本文所述，结合配重上的向下重力，多个HEAD的机械向下运动提高了作为曲轴扭矩和旋转
效率两者的函数的此类活塞下冲程的效率。类似地，多个HEAD的向上方向146移动结合支撑
这种向上移动和相关联的力的相应的多对回缩弹簧将共同地和单独地增加作为曲轴扭矩
和旋转的函数的多个活塞的向上冲程的效率以及多个HEAD的总体效率。在一个实施例中，
每个活塞的下冲程所生成的力大约为16磅/平方英寸。这允许HEAD的一组或子集以大约26
磅/平方英寸的压力操作，其中两个HEAD的交替子集一致地移动到下冲程。HEAD子集的操作
[0070]回到图1，第二曲轴126经由其相应的第二驱动齿轮机械地连接到第二发电机142，
并且包括与其连接的第三配重和第四配重，该第二驱动齿轮机械地连接到第二齿轮箱138
的第二组齿轮140。因此，每个相应的齿轮箱系统机械地驱动与其连接的相应的发电机。第
电机136(在图3中详细描绘出)提供动力。以这种方式，第一发电机136机械地连接到第一齿
轮箱132并且通信地连接到多个电力管理设备中的第三电力管理设备114‑3，用于将电力供
连接以接收并存储来自第一发电机136的能量，该第一发电机136由与其电连接的多个电力
终驱动第二齿轮箱138的第二组齿轮140，用于给第二发电机142(在图3中详细描绘出)提供
电力。多个电池组中的第三电池组106电连接到第二发电机142以接收并存储来自第二发电
机142的能量，使得第三电池组电连接到多个电力管理设备中的第四电力管理设备114‑4用
于此类目的。第二发电机142机械地连接到第二齿轮箱138，并且也通信地连接到多个电力
管理设备中的第四电力管理设备114‑4。第五电力管理设备114‑5通信地耦接到电池组104
和电池组106，用于管理它们之间的电力。根据一个实施例，在智能电力控制器118的指导
下，电池组104和电池组106可以同时或交替地向多个HEAD和至少一个电负载116两者供应
电力，以优化多混合动力发电机系统100的总体效率。有利地，通过避免连续的机械运动但
没有某段限定的间歇时期，同步地、独立地或交替地机械驱动相应的齿轮箱的能力显著地
提供动力。活塞/活塞杆组合机械地驱动相应曲轴的相应驱动齿轮，其中每个驱动齿轮机械
地给相应齿轮箱的相应的一组齿轮提供动力。每个齿轮箱转而机械地给相应的发电机提供
动力，该发电机生成供应给多个电池组(例如，电池组104、106)并由多个电池组存储的电
力，该电力进一步满足至少一个电负载(例如，家庭)。这在图4A至图4C中进一步图示出，图
4A至图4C示出了用于根据本发明实施例的图1的多混合动力发电机系统的图2的曲轴和图3
的齿轮箱之间的示例性接合400的立体图。如图所示，并且如上所详述，第一曲轴124的第一
驱动齿轮206接合，并且以类似的方式，第二曲轴126的第二驱动齿轮206接合，使得活塞/活
塞杆组合机械地为相应曲轴的相应驱动齿轮提供动力，其中每个驱动齿轮机械地为相应齿
轮箱的相应的齿轮组(即，第一齿轮箱132和第一组齿轮134，以及第二齿轮箱138和第二组
齿轮140)提供动力。每个齿轮箱转而机械地给相应的发电机(即，第一发电机136和第二发
电机142)提供动力，该发电机生成供应给多个电池组并由多个电池组存储的电力，该电力
进一步满足至少一个电负载(例如，家庭)。如图2中最佳示出的，第一驱动齿轮206位于沿着
第一曲轴124的第一中心点212处，并且机械地连接到第一齿轮箱132的第一组齿轮134，用
于驱动第一齿轮箱132的第一组齿轮134。类似地，第二驱动齿轮206位于沿着第二曲轴126
的第二中心点212处，并且机械地连接到第二齿轮箱138的第二组齿轮140，用于驱动第二齿
轮箱138的第二组齿轮140。在另一方面，将齿轮滑轮或带组件(未示出)与相应的齿轮箱一
[0072]参考图5和图6，现在将更详细地讨论智能电力控制器118和多混合动力发电机应
用500。图5示出了被配置用于多混合动力发电机系统100中的示例性的智能电力控制器
与多混合动力发电机系统100相关联的信息。可以理解，本文上下文中的“智能电力控制器”
包括各种设备，诸如专用硬件设备、智能电话、膝上型计算机、服务器、平板和可穿戴设备，
仅举几个例子，它们根据本文公开的实施例的原理执行软件和/或移动应用。由电源914供
电的处理器904可以包括通用和专用微处理器两者，并且可以是设备的唯一处理器或多个
处理器中的一个。此外，处理器904可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)，并且可以以补
充或并入其中的方式包括一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或一个或多个现场可编程门
阵列(FPGA)。人工智能(AI)处理器920可以用于执行AI协议，以通过例如收集并解读由多个
电力管理单元提供的数据来增强多混合动力发电机系统100的操作，以生成由多个电力管
理单元针对电力监控而采取的各种响应和行动，从而提高多混合动力发电机系统100的总
理器904执行的计算机可读指令。主存储器906还可以用于在处理器904执行指令期间存储
临时变量或其他中间信息。智能电力控制器118还可以包括耦接到总线的只读存储器
(ROM)908或其他(一个或多个)静态存储设备。此外，诸如磁、光或固态设备的数据存储设备
发电机应用500。数据存储设备910和主存储器906可以各自包括有形的非暂时性计算机可
读存储介质和高速随机存取存储器，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储
备，并且可以包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储设备，如内部硬盘和可移动
盘、磁光盘存储设备、光盘存储设备、闪存设备；半导体存储器设备，诸如可擦除可编程只读
存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、只读光盘存储器(CD‑ROM)、数字通
[0074]智能电力控制器118还可以包括一个或多个通信接口918，用于经由网络(例如，无
电力控制器118之间此类通信覆盖通信链路150。此类通信接口可以是用于以任何数量的公
知方式交换有线通信或无线通信的接收器、收发器或调制解调器。在一些实施例中，通信接
口918是集成服务数字网络(ISDN)卡或调制解调器/路由器，用于便于各种公知类型和格式
的数据通信。此外，示例性的，通信接口918可以是用于向类似LAN提供数据通信连接的局域
网(LAN)卡。也可以实现无线的功能是发送和接收各种信号(例如，电信号、光信号或其
他信号)，该各种信号传输表示各种数据类型的数据流。智能电力控制器118还可以包括使
用户能够与智能电力控制器118交互的一个或多个输入/输出设备916(例如，照相机、显示
器、键盘、鼠标、扬声器、麦克风、按钮等)。输入/输出设备916可以包括外围设备，诸如照相
机、打印机、扫描仪、显示屏等。例如，输入/输出设备916可以包括用于向用户显示信息的显
示设备，诸如阴极射线管(CRT)、等离子或液晶显示器(LCD)监视器；键盘；以及指示设备，诸
如鼠标或轨迹球，用户可以通过该指示设备向智能电力控制器118提供输入，并且该智能电
力控制器118可以是各种硬件设备中的任一种。例如，根据图4和图5配置的网络支持的便携
[0076]如上所述，智能电力控制器118通信地耦接到电负载116和多个电力管理设备，用
116‑4)进行选择性地控制电力监控、电力生成、电力分配和电力存储。根据实施例，通
过执行多混合动力发电机应用500以便于递送前述操作，并且图6示出了用于与多混合动力
发电机系统100一起使用的多混合动力发电机应用500的示例性架构。如图所示，用于操作
应用500的示例性架构提供了若干模块和引擎，这些模块和引擎用于执行用于从可互换动
力源进行能量采集、生成和存储以及用于选择性地控制整个多混合动力发电机系统100的
电力监控、电力生成、电力分配和电力存储特性的各种功能，并且具体地，通过控制多个
混合动力发电机系统100的各个部件，如本文进一步详述。结合执行引擎502的操作，多个
HEAD的监控和控制由电力监控模块504、电力生成模块506、电力分配模块508、HEAD模块520
和电力管理模块514承担。此外，人工智能(AI)模块510可以用于通过AI处理器920来定义和
执行AI协议，以通过例如收集并解读由多个电力管理单元提供的数据来增强多混合动力发
电机系统100的操作，以生成由多个电力管理单元针对电力监控而采取的各种响应和行动，
[0077]通信和数据收集模块512便于智能电力控制器118与多个HEAD(即，HEAD
进行数据收集。以这种方式，电力分配模块508可以在整个多混合动力发电机系统100中为
电力规划路径并分配电力，如本文详述。电力管理模块514提供关于从多混合动力发电机系
统100生成的电力的总体电力管理，包括对至少一个电负载116和多个电池组(即，电池组1
还提供操作，这些操作通过测量和监控总体系统容量和所生成的电力流并将电力引导到多
个电池和/或至少一个电负载116中的一个或多个来控制和防止整个多混合动力发电机系
统100的各个部件的过载和过热状况。数据显示界面516模块与通信和数据收集模块512用
于便于电力数据和其他信息的输入/输出和将其说明性地(例如，图形用户界面)显示给整
[0078]参考图7，根据多混合动力发电机系统100的实施例，示例性的电力管理设备600被
配置用于图1的多混合动力发电机系统。示例性的电力管理设备600被配置为可以应用于如
力管理单元包括用于在任何特定时间测量电力的至少一个传感器单元616、用于将直流电
(DC)改变为交流电(AC)的至少一个逆变器单元614，以及用于管理电力分配的至少一个能
量路由器单元612。通信接口620管理通信，使得每个电力管理单元与智能电力控制器118通
信地耦接并且通信地耦接到智能电力控制器118，用于选择性地控制多个电池组(即，电池
监控、电力生成、电力分配和电力存储。电力管理设备600由电源622供电，并且还包括总线和耦接到总线，用于通过执行HEAD应用610来执行操作和处理存储在数
据存储器608中的信息。电力管理设备600还可以包括耦接到总线或其他(一
个或多个)静态存储设备。主存储器604可以各自包括有形的非瞬态计算机可读存储介质或
其他存储器设备，如上文详述的，用于存储可执行代码和/或在执行HEAD应用610方面有用
[0079]参考图8，示出了根据本发明实施例的用于使用图1的多混合动力发电机系统从可
互换动力源采集能量的说明性操作700的流程图。如图所示，操作700包括：在步骤702，从诸
太阳能板110‑4)的可互换动力源收集能量；以及在步骤704，将收集的能量存储在多个电池
组中的第一电池组102中。然后，在步骤706，根据一系列电力采集阶段，使用多个电力管理
设备和包括多个HEAD的多混合动力发电机将收集并存储在第一电池组102中的可互换动力
源能量转换成电能。如上所述，每个电力管理设备包括用于在任何特定时间测量电力的至
少一个传感器、用于将直流电(DC)改变为交流电(AC)的至少一个逆变器，以及用于管理电
[0080]方法700还包括，在步骤708，根据一系列电力采集阶段中的第一阶段，在至少第二
电力管理设备114‑2的控制下，驱动与包括第一组齿轮134的第一齿轮箱132机械地连接的
该第一活塞120‑1具有与其连接的第一对回缩弹簧128。第一活塞120‑1位于第一液压室
130‑1内，并且机械地连接到多个活塞杆中的第一活塞杆122‑1，以驱动多个HEAD中的第二
116‑2和多个活塞中的第二活塞120‑2，该第二活塞120‑2具有与其连接的第二对回缩
弹簧。第二活塞120‑2位于第二液压室130‑2内，并且机械地连接到多个活塞杆中的第二活
塞杆122‑2。第一活塞杆122‑1和第二活塞杆122‑2机械地连接到第一曲轴124，该第一曲轴
124包括与其连接的第一驱动齿轮206、第一配重202和第二配重204。第一驱动齿轮206位于
沿着第一曲轴124的第一中心点处，并且机械地连接到第一齿轮箱132的第一组齿轮134，用
活塞120‑1和活塞杆122‑1以及第二活塞120‑2和活塞杆122‑2，该第一活塞120‑1和活塞杆
122‑1以及第二活塞120‑2和活塞杆122‑2转而驱动第一曲轴124和第一驱动齿轮206，该第
一驱动齿轮206机械地连接到第一曲轴124，使得第一驱动齿轮206驱动第一齿轮箱132的第
一组齿轮134，用于给第一发电机136提供动力。第一发电机136电连接到多个电池组中的第
二电池组104并向其供应电力。第一发电机136和第二电池组104电连接到多个电力管理单
[0081]步骤710，根据该一系列电力采集阶段中的第二阶段，在第二电力管理设备114‑2
的控制下，驱动与包括第二组齿轮140的第二齿轮箱138机械地连接的第二发电机142，通过
120‑3驱动多个活塞中的第三活塞120‑3，该第三活塞120‑3具有与其
连接的第三对回缩弹簧128。第三活塞120‑3位于第三液压室130‑3内，并且机械地连接到多
第四活塞120‑4，该第四活塞120‑4具有与其连接的第四对回缩弹簧128。第四活塞120‑4位
于第四液压室130‑4内，并且机械地连接到多个活塞杆中的第四活塞杆122‑4。第三活塞杆
122‑3和第四活塞杆122‑4机械地连接到第二曲轴126，该第二曲轴126包括与其连接的第二
驱动齿轮206、第三配重和第四配重。第二驱动齿轮206位于沿着第二曲轴126的第二中心点
处，并且机械地连接到第二齿轮箱138的第二组齿轮140，用于驱动第二齿轮箱138的第二组
第四活塞120‑4和活塞杆122‑4，从而驱动第二曲轴126和与其机械地连接的第二驱动齿轮
206，使得第二驱动齿轮206驱动第二齿轮箱138的第二组齿轮140，用于给第二发电机142提
供动力。第二发电机142电连接到多个电池组中的第三电池组106并向其供应电力。如图1所
图示并如上文所讨论的，第二发电机142和第三电池组106电连接到多个电力管理单元中的
第四电力管理单元114‑4。第一曲轴124和第二曲轴126通过机械地连接的加重的分离器支
撑接头208联结，使得加重的分离器支撑接头208将第一曲轴124和第二曲轴126分离，以允
[0082]在步骤712，该方法还包括：使用通信地耦接到至少一个电负载116和多个电力管
理设备的智能电力控制器118选择性地控制分别由第一发电机136和第二发电机142生成和
供应的电能在至少一个电负载、多个电池组和多个HEAD之间的分配或向至少一个电负载、
[0083]以这种方式，这些操作允许来自可互换动力源的电力的采集、生成、存储和管理，
以用于在给电负载供能时进行分配并且用于存储在多个电池组中。具体地，智能电力控制
间为至少一个电池组和/或至少一个HEAD提供冷却循环，如图8所描绘。例如，在第一阶段
电机136提供动力。在第二阶段710期间，智能电力控制器118控制HEAD的第二子集(例如，
116‑3和116‑4)以给第二发电机142提供动力。在第三阶段期间，智能电力控制器118
136和第二发电机142。在第四阶段期间，智能电力控制器118从第一阶段到第二阶段交替
(在HEAD的第一子集和HEAD的第二子集之间交替)，从第一阶段到第三阶段(从HEAD的第一
子集到所有HEAD)交替，和/或从第二阶段到第三阶段(从HEAD的第二子集到所有HEAD)交替
以提供高效的能量生成并将多混合动力发电机系统的一部分保持在冷却循环模式下。当多
混合动力发电机系统100的替代部分通过使发电机系统100的一部分经历间歇停机时间而
作用时，第四阶段允许多混合动力发电机系统100的一部分自身冷却。也就是说，在循环中
操作HEAD，非操作时期提供允许冷却此类部件的停机时间，提高了系统的总体操作效率。在
第三阶段和第四阶段期间，多混合动力发电机系统100按需输送电力和/或向电池102、104、
106输送电力。对电池充电并向按需/有源负载供应电力的能力使得系统100足够高效，以在
白天或夜晚在有太阳能输入或没有太阳能输入的情况下运行相当长的时间。系统100在第
四阶段期间以显著减小的输入电力操作，从而允许高效的电力生成、存储和分配。智能电力
控制器118基于电力存储和电力使用容量以及需要经由开和关循环来分配电力。
[0084]在一些实施例中，多混合动力发电机系统100使第一组齿轮134和第二组齿轮140
同步地、独立地和/或交替地运行。这通过避免连续的机械运动而无需像传统发电机那样的
[0085]在一个实施例中，如在上文中所公开的，每个回缩弹簧128由弹簧材料制成，并且
以操作角度平衡，从而增强活塞120对曲轴200的影响。HEAD116由回缩弹簧128支撑，并且回
缩弹簧128设置在活塞120的内部。在一个实施例中，操作角度大约为25度(即，相对于活塞
轴线向内倾斜，从顶部移向底部)。在一个实施例中，操作角度优选地在24.618和26.973度
之间。回缩弹簧128的弹簧材料和平衡提高了活塞120的效率和预期寿命。弹簧128的构型和
寿命。弹簧128在将HEAD至活塞循环和活塞至HEAD循环回缩到原始开始位置和将其从原始
[0086]重要的是，利用存储在第一电池组102中的采集的电力以向HEAD供应适当的初始
电力。还可以利用第二电池组104和第三电池组106以在必要时同时向HEAD和负载(例如，负
载116)两者供应电力，并且可以根据电池系统的哪个部分正要求对其充电而来回切换，并
[0087]可以理解，在HEAD的操作过程中，HEAD的部件的温度至少部分地由于运动零件的
摩擦而升高。例如，当第一HEAD组的温度超过阈值温度时，控制器118实现从第一HEAD组到
另一HEAD组(例如，第二HEAD组)的切换。第一HEAD组的这种停用允许将第一HEAD组冷却直
到其达到最佳操作温度。然而，重要的是，可以连续地操作HEAD系统，使其在第一HEAD组和
第二HEAD组之间交替以在第二HEAD组维持系统操作的同时为每个HEAD组提供停机时间周
期。HEAD/HEAD组的冷却能力允许HEAD/HEAD组(液压/电气系统)的存储电力(电势)绝不会
[0088]重要的是，如以上所公开的，HEAD/HEAD组一起作用，类似于具有向上/向下运动的
自行车上的自行车脚踏板的平衡。然后HEAD/HEAD组朝向曲轴将机械能经由活塞驱动到活
塞杆。由HEAD/HEAD组产生的上冲程/下冲程力由位于活塞内部的专门设计的弹簧128支撑，
以获得最大和最佳效率、功效和寿命。这些弹簧在将HEAD至活塞循环(释放)和活塞至HEAD
循环(回缩)回缩到其原始开始位置/从其原始开始位置释放期间支持向上/向下运动。
[0089]如上文所公开的，系统100的一重要方面是HEAD/HEAD组经由分阶段的开启/关闭
循环布置(冷却循环)来尽可能最佳且高效地操作的能力，这些阶段包括：第一阶段，其中
给第一发电机136提供动力；第二阶段，其中HEAD的第二子集(例如，第二HEAD
116‑4)用于给第二组齿轮提供动力以给第二发电机142提供动力；第三阶段，其中
HEAD的第一子集和HEAD的第二子集一致地(同步地)操作以将机械能驱动到两个齿轮箱以
驱动两个发电机136、142；以及第四阶段，其中SIR单元与智能电力控制器118一起发挥作用
以使这些阶段从第一阶段到第二阶段交替、从第一阶段到第三阶段交替，和/或从第二阶段
到第三阶段交替以高效地作用，与此同时将系统100的其他部分保持在冷却循环模式(关闭
循环)下。HEAD、回缩弹簧、配重和齿轮系统的组合以及分阶段的控制操作提供了范围在
[0090]第四阶段通过允许系统自身“冷却”来提供系统的提高的机械效率。当系统的部分
在“关闭循环”模式下操作时，这允许系统的该部分静止，并且系统的正在“开启循环”模式
[0091]第三阶段提供的一个特别的益处是发电机系统100按需输送必要的电力和/或向
电池供应电力以用于以后同步或交替使用的能力。由于第四阶段的机电布置，发电和存储
效率大大提高，而对输入电力(PV板)的需求减小。此外，第四阶段或操作模式中的操作结合
SIR单元允许所生成的电力同时供应负载并同时对不同的电池组充电。由于该影响，系统以
减小的输入电力(较少量的PV板)操作。此外，对电池充电并向按需/有源负载116供应电力
的能力使得本系统高效到可以在需要太阳能输入(电力启动)之前的相当长的时间内，在有
4用作监控传感器和路由器，该监控传感器和路由器测量电池组存储附加电力和/或为用于
消耗或存储的电力规划路径的能力。电池组之间的SIR单元的另一主要功能是允许交替电
池组接受电力，以用其单元发电机或其他单元发电机对其相应的组充电，从而提高总的系
统效率。SIR单元还用作将发电引入并在整个发电系统中为所述电力规划路径的主信号检
[0093]在另外的实施例中，如上所详述，根据一系列电力采集阶段中的第一阶段和第二
阶段，可以使用存储在多个电池组中的第一电池组中的可互换动力源能量进行初始供电。
此外，在智能电力控制器的控制下，可以存在对分别由第一发电机和第二发电机生成和供
应的电能进行分配的附加步骤，用于存储在第二电池组和第三电池组中并给至少一个电负
载供能。此外，在一系列电力采集阶段的第三阶段，可以存在对第一曲轴和第二曲轴的机械
能进行驱动的步骤714，电力采集阶段中的第一阶段和第二阶段在该一系列电力采集阶段
中的第三阶段期间同步地操作。此外，在一系列电力采集阶段的第四阶段，可以存在在四个
电力采集阶段中的任何两个之间交替的步骤716。具有三(3)个电池组的循环之间的交替特
别地允许系统100顺利操作并且允许在不妨碍系统100的操作的情况下进行冷却循环。
[0094]在一些实施例中，上述一种或多种方法可以由包括有形计算机可读存储介质的计
算系统来执行或完成，该有形计算机可读存储介质在本文中也被描述为存储机器，其保存
可由逻辑机器(即，处理器或可编程控制设备)执行以提供、实现、执行和/或实施上述方法、
过程和/或任务的机器可读指令。当实现此类方法和过程时，可以改变存储机器的状态以保
存不同的数据。例如，存储机器可以包括诸如各种硬盘驱动器、CD或DVD设备的存储器设备。
逻辑机器可以经由一个或多个物理信息和/或逻辑处理设备来执行机器可读指令。例如，逻
辑机器可以被配置成执行指令以执行计算机程序的任务。逻辑机器可以包括一个或多个处
理器以执行机器可读指令。计算系统可以包括显示子系统，以显示图形用户界面(GUI)或上
述方法或过程的任何视觉元素。例如，可以集成显示子系统、存储机器和逻辑机器，使得当
在显示屏上显示所公开的系统和/或方法的视觉元素以供用户消费时，可以执行上述方法。
计算系统可以包括接收用户输入的输入子系统。该输入子系统可以被配置成连接到诸如鼠
标、键盘或游戏控制器的设备并从其接收输入。例如，用户输入可以指示要由计算系统执行
特定任务的请求，诸如请求计算系统显示上述信息中的任一个或请求用户输入更新或修改
现有存储的信息以供处理。通信子系统可以允许在计算机网络上执行或提供上述方法。例
如，通信子系统可以被配置成使计算系统能够与多个个人计算设备通信。通信子系统可以
包括有线和/或无线通信设备以便于网络通信。可以经由计算机程序产品(诸如经由应用编
程接口(API))为用户或一个或多个计算设备执行、提供或实施所描述的方法或过程。
[0095]由于可以对所描述的本发明的优选实施例进行细节上的许多修改、变化和改变，
因此在前面的描述中以及在附图中示出的所有内容都应被解释为说明性的而非具有限制
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