交通运输系统中的功率供应的制作方法

本公开的实施例总体上涉及生态电源领域，具体涉及一种用于在交通运输系统中供电的系统。

背景技术：

随着经济和技术的快速发展，对能源的需求不断增长，并且能源与环境问题之间的矛盾日益突出。为解决这样的问题，在新能源的开发和利用中，生物质能由于其绿色无污染的特点而受到关注。通常，生物质是指在诸如蔬菜、花卉、农作物、树木等植物中发现的有机物质。生物质能是一种经由基于生物质的光合作用过程而从太阳能生成的能量类型。目前，已经提出了利用植物来生成具有低电压水平(例如，3.5v)和小电流水平(例如，0.5a)的功率或电力的解决方案。

另一方面，出于节约能源和保护环境的目的，许多政府致力于制定鼓励人们以“绿色”方式出行的计划。电动自行车等作为一种典型和理想的“绿色”出行方式，如今已经成为人们日常通勤的热门之选。电动自行车通常使用可充电电池，并且在诸如家中或办公室的固定位置处利用来自电网的标准电力进行充电。然而，随着标准电力生成负担的加重，“绿色”的方式也不尽如人意。

因此，期望以方便和生态的方式向诸如电动自行车的待充电对象供电。

技术实现要素：

本公开的实施例提供了一种用于在交通运输系统中供电的系统和相关联的方法、以及一种包括用于供电的系统的交通运输系统。

在第一方面，提供了一种用于在交通运输系统中供电的系统。该系统包括发电机、功率存储装置和至少一个输出。发电机被配置为从植物经由光合作用过程所产生的能量来生成功率。功率存储装置被配置为收集由发电机生成的功率并存储该功率。该至少一个输出可操作用于：与待充电对象相连接，并且从功率存储装置向所连接的对象提供所存储的功率。

应当理解，本公开的实施例实现了许多优点。举例来说，通过采用如上文所讨论的发电机和功率存储装置，功率可以从植物生成并且被存储，以用于供应给待充电的对象。以此方式，与输出相连接的对象就可以以方便并且生态的方式进行充电。

在一些实施例中，待充电的对象可以是低速车辆，诸如电动自行车、电动滑板车等；或者可以是移动终端，诸如由交通运输系统中搭乘低速车辆的人携带的移动电话、智能手表等；或者可以是待充电的其他适当的电子设备。

在一些实施例中，该系统还可以包括第一功率转换器。第一功率转换器可以被配置为将由发电机生成的功率的第一电压转换成针对功率存储装置设计的第二电压。这样，可以对所生成的功率的电压进行调整，以适应于针对功率存储装置的电压设计。

在一些实施例中，该系统还可以包括第二功率转换器。第二功率转换器可以被配置为：响应于确定针对功率存储装置设计的第二电压不同于适合于所连接的对象的第三电压，将第二电压转换为第三电压。这样，所存储的功率的电压可以针对不同的待充电对象而被调整。

在一些实施例中，该系统还可以包括控制器，该控制器被配置为执行以下中的至少一个：将功率存储装置中功率的水平控制在预定义范围内；控制发电机的功率生成；控制从功率存储装置经由至少一个输出向所连接的对象的功率供应；控制由发电机生成的功率的第一电压到针对功率存储装置设计的第二电压的转换；以及控制第二电压到适合于所连接的对象的第三电压的转换。以此方式，可以以有效且集中的方式来控制功率生成、功率存储、功率供应、功率转换等。

在一些实施例中，如果功率存储装置中功率的水平超过预定义范围的上限，则控制器可以对功率存储装置中的功率进行放电。附加地或备选地，如果功率存储装置中功率的水平低于预定义范围的下限，则控制器可以对功率存储装置中的功率进行充电。这样，可以利用功率存储装置的容量来维持可靠性。

在一些实施例中，控制器可以利用从电网供应的标准功率来对功率存储装置进行充电。这样，可以使功率存储装置中的功率水平维持在大于预定义范围的下限，以便向待充电对象提供足够的功率。

在一些实施例中，该系统还可以包括第三功率转换器，第三功率转换器被配置为将来自电网的标准功率的第四电压转换成针对功率存储装置设计的第二电压，并且将电流从交流电转换成直流电。这样，来自电网的标准功率可以更好地适应于本发明系统的设计。

在第二方面，提供了一种用于在交通运输系统中供电的方法。该方法可以包括：在发电机处，从植物经由光合作用过程所产生的能量来生成功率；将功率存储在功率存储装置中；以及经由至少一个输出向待充电对象供应功率存储装置中存储的功率。

在第三方面，提供了一种交通运输系统。该交通运输系统包括根据第一方面的用于供电的系统。

应当理解，发明内容不旨在标识本公开的实现方式的关键或基本特征，也不旨在用于限制本公开的范围。通过下文的描述，本公开的其他特征将变得可容易理解。

附图说明

提供了本文所描述的附图，以进一步说明本公开并构成本公开的一部分。本公开的示例实施例及其说明用于说明本公开，而不是不适当地限制本公开。

图1示出了交通运输系统的示意图；

图2示出了根据本公开的实施例的用于在交通运输系统中供电的系统的示意图；

图3示出了根据本公开的实施例的发电机的示意图；以及

图4示出了根据本公开的实施例的用于在交通运输系统中供电的方法的流程图。

贯穿附图，相同或相似的附图标记将总是指示相同或相似的元件。

具体实施方式

现在将参考附图中所示的几个示例实施例来描述本公开的原理。尽管在附图中图示了本公开的示例实施例，但是应当理解，描述实施例仅是为了便于本领域技术人员更好地理解并从而实现本公开，而不是以任何方式来限制本公开的范围。

在本公开的实施例中使用的术语“包括”及其变体应当被解读为意指“包括但不限于”的开放术语。术语“基于”应当被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“实现方式”应当被解读为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应当被解读为“至少一个其他实施例”。

图1示出了城市区域100的示意图，根据本公开的实施例的交通运输系统110可以在其中实施。在本公开的上下文中，交通运输系统110也可以被称为“skyway”。

交通运输系统110包括一条或多条路径，各种车辆可在这些路径上行驶。在一些实施例中，交通运输系统110还可以包括一个或多个辅助设施(例如用于保护一条或多条路径不受外部影响的外壳)、一个或多个传感器、一个或多个控制器等等。应当理解，本文使用的短语“交通运输系统”不包括在一条或多条路径上行驶的车辆。

仅作为示例，在交通运输系统110中行驶的车辆例如可以包括低速车辆，但并不限于此。取决于交通运输系统110的安全性和/或容量要求，低速车辆可以具有例如30-50km/h的最大设计速度。低速车辆可以是专门针对交通运输系统110设计的车辆。备选地或者附加地，也可以支持通用的低速车辆。

这样的低速车辆的示例可以包括但不限于自行车120-1、电动自行车120-2、摩托车120-3等等。这样的车辆可以被统称为或单独地称为低速车辆120。交通运输系统110可以与用于最高设计速度在例如50km/h以上的高速车辆(诸如轿车、公共汽车、卡车等)的道路或路径分开。

与高速车辆相比，低速车辆120通常占用较少的空间。因此，可以在城市区域100中以灵活的方式建造交通运输系统110，以便例如为日常通勤提供更多便利并且/或者减轻城市的交通堵塞。

一些低速车辆120没有配备有遮盖物或外壳来防止诸如降雨、雾霾、噪音等极端环境条件的影响。为了缓解这个问题，例如可以借助交通运输系统110的侧壁和/或横贯侧边的屋顶，将交通运输系统110的至少一部分构建为半封闭或全封闭空间。交通运输系统110的侧壁和/或屋顶可以被设计成任何合适的形状，以提供美学效果或适应地面上方或下方的不同结构。

应当理解，尽管已经并且还将参考低速车辆120描述交通运输系统110的一些实施例，但是这仅仅是为了说明，而无意对本公开的范围提出任何限制。在一些实施例中，除了低速车辆之外或代替低速车辆，交通运输系统110可以支持具有任何合适设计速度的车辆。

此外，交通运输系统110可以支持各种类型的车辆，包括但不限于：两轮车辆、三轮车辆、单车道车辆、没有车身的车辆以及没有座位的车辆(例如具有方向盘手柄或没有方向盘手柄的踏板(也称为滑板车))。作为示例，交通运输系统110可以仅允许两轮车辆，例如自行车120-1和电动自行车120-2。在这种情况下，交通运输系统110可以不对两轮车辆的速度设限。

交通运输系统110可以被构建在空中、在地面上和/或在地面下。在一些实施例中，交通运输系统110可以延伸穿过一个或多个障碍物、诸如建筑物。可以沿交通运输系统110提供多个入口112-1、112-3和出口112-2、112-4，以允许驾驶员及其车辆在驾驶中途进出交通运输系统110。在一些实施例中，交通运输系统110可以具有一个或多个车道。

在一些实施例中，交通运输系统110可以是延伸穿过住宅区、商业区和/或办公区的高架交通运输系统。作为示例，交通运输系统110可以以隧道形式穿过建筑物、诸如购物中心，从而驾驶员可以订购和取走购物中心提供的食品、饮料和任何其他货物。交通运输系统110还可以包括在河流或道路上的桥梁，以便与城市的已有道路网络兼容。

应当理解，对城市区域100和交通运输系统110的构造和布局的描述仅仅是为了说明的目的，而无意对本公开的范围提出任何限制。本公开可以用不同的构造和/或布置来实现。备选地或另外，交通运输系统110可以在郊区中实施。

在交通运输系统110中，可能存在几种类型的待充电对象。该对象可以是低速车辆120，诸如电动自行车、电动滑板车等。备选地，该对象可以是移动终端，诸如由交通运输系统110中搭乘低速车辆120的人携带的移动电话、智能手表、平板计算机或其他电气设备。应当理解，描述待充电对象的这些示例是为了讨论而不是提出任何限制。应当理解，待充电对象可以具有其他适当的形式和/或类型。

为了以方便且生态的方式为对象充电，本公开的实施例提供了如下文所讨论的用于在交通运输系统110中供电的解决方案。图2示出了根据本公开的实施例的用于在交通运输系统110中供电的系统200的高层示意图。如图2所示，系统200包括发电机210、功率存储装置220以及两个输出231和232。

发电机210从植物经由光合作用过程所产生的能量来生成功率。在一些实施例中，发电机210可以包括一个或多个植物发电单元。植物发电单元可以从一定数量的植物(例如蔬菜、花卉、农作物、树木等)发电。例如，植物可以在交通运输系统110中或周围生长。对于植物发电单元，可以根据常规方案从植物生成功率，此处不再详述。

发电机210可以以各种方式实现，例如以植物充电阵列的形式实现。植物充电阵列可以定位在交通运输系统110的任何适当侧，例如，定位在交通运输系统110的壁上。图3示出了根据本公开的实施例的以植物充电阵列300形式的发电机210的示意图。在图3的示例中，植物充电阵列300包括多个植物发电单元(统称为“植物发电单元310”)，这些植物发电单元被并联或串联连接以提供电力。

可以以若干方式来预定义植物发电单元310的总数目。在一些实施例中，可以基于每个植物发电单元310的输出功率(w1)和待充电对象的所需功率(w2)来预定义总数目。在一个示例中，每个植物发电单元310的输出电压和输出电流分别是3.5v和0.5a，并且如果植物发电单元310以24小时不停的方式来发电(即，t＝3600秒)，则可以以如下方式确定输出功率w1：

w1＝3.5v×0.5a×24小时×3600秒/小时＝151,200j＝151.2kj(1)

在需要用36v和10a对电动自行车充电4小时的情况下，可以以如下方式确定所需功率w2：

w2＝36v×10a×4小时×3600秒/小时＝5,184,000j＝5184kj(2)

由于5184kj/151.2kj＝34.29，所以可以确定需要35个植物发电单元310来对电动自行车进行充电。因此，为了生成足够的功率来对电动自行车进行充电，植物充电阵列300至少使用35个植物发电单元310来发电。如果植物发电单元310具有的面积为10cm×10cm，则植物充电阵列300的面积可以是35×10cm×10cm＝3500cm²＝0.35m²。

在另一示例中，如果电动滑板车需要用48v和10a充电5小时，则可以以如下方式确定所需功率w2：

w2＝48v×10a×5小时×3600秒/小时＝8,640,000j＝8640kj(3)

由于8640kj/151.2kj＝57.14，因此可以确定需要58个植物发电单元310来对电动滑板车进行充电。因此，为了生成足够的功率来对电动滑板车进行充电，植物充电阵列300至少使用58个植物发电单元310来发电。在这种情况下，植物充电阵列300的面积可以至少为58×10cm×10cm＝5800cm²＝0.58m²。在一个实施例中，植物充电阵列300可以利用面积为120cm×50cm的60个植物发电单元310来构建。

应当理解，说明书中所讨论的所有数值均是示例而不是限制。本领域技术人员将理解，可以在本公开的实施例中采用任何适当的数值。

在一些实施例中，植物充电阵列300可以使用全部或部分植物发电单元310。用于发电的植物发电单元310的数目可以在操作期间被预设或调整。

在一些实施例中，发电机210可以使用植物发电单元310来生成24小时功率。作为备选方案，功率可以在预定义时间段内(例如，从上午9点到下午18点)生成。可以通过多种方式来预定义时间段，此处不再详细描述。

在一些实施例中，可以例如由下文所讨论的控制器260或其他适当设备来控制在功率生成中使用的植物发电单元的数目、预定义时间段和/或在功率生成中考虑的其他因素。

仍然参考图2，在一些实施例中，功率存储装置220可以耦合到发电机210并且被配置为：收集由发电机210生成的功率，以及存储该功率。功率存储装置220能够获取一段时间内生成的功率以供后续使用，并且例如可以被实现为蓄电池或电池。

考虑到可靠性，功率存储装置220中功率的水平可以例如通过下文所讨论的控制器260或其他适当设备而被控制在预定义范围内。预定义范围可以具有下限(例如，功率存储装置220的容量的20％)和上限(例如，功率存储装置220的容量的80％)。应当理解，描述预定义范围的下限和上限的上述示例是为了说明而不是限制。在本公开的其他实施例中，下限和上限可以是任何其他适当的值。

在一些实施例中，如果功率存储装置220中的功率水平超过预定义范围的上限，则功率存储装置220中的功率可以被放电，以便处于预定义范围内。在一个实施例中，功率可以经由用于装饰、照明等的发光设施而被放电。

备选地或另外地，如果功率存储装置220中功率的水平低于预定义范围的下限，则功率存储装置220中的功率可以例如利用供应自电网的标准功率而被充电。以此方式，可以调节功率存储装置的容量来保持可靠性。

可选地，在一些实施例中，第一功率转换器240可以被布置在发电机210与功率存储装置220之间。第一功率转换器240可以被配置为：将由发电机210生成的功率的第一电压v1转换成针对功率存储装置220设计的第二电压v2。例如，如果v1是3.5v而v2是36v，则第一功率转换器可以将v1从3.5v转换成36v，以满足功率存储装置的要求。以此方式，可以调整所生成的功率的电压，以适应于针对功率存储装置的设计。

输出231和232与待充电对象相连接，并且从功率存储装置220向所连接的对象供应所存储的功率。在一些实施例中，连接到输出231和232的对象分别是电动自行车和电动滑板车，从而36v的电压经由输出231而被供应给电动自行车，而48v的电压经由输出232而被供应给电动滑板车。这样，连接到输出的对象可以以方便且生态的方式被充电。

在一些实施例中，输出231和232是防水的。例如，输出231和232可以由防水材料制成。这样，即使为了日常操作而对植物浇水，输出231和232也可以正常工作。

可选地，在一些实施例中，第二功率转换器250可以被布置在功率存储装置220与输出端231和232之间。第二功率转换器250可以被配置为：响应于确定针对功率存储装置220设计的第二电压v2不同于适合于所连接对象的第三电压v3，将第二电压v2转换成第三电压v3。例如，如果v2是36v而v3是48v，则第二功率转换器可以将v2从36v转换成48v，以便向对象提供适当的功率。这样，所存储的功率的电压可以被调整，从而以更适当的方式来服务于不同的对象。

第一和/或第二功率转换器可以被实现为直流(dc)-dc转换器。已知dc-dc转换器是将dc电源从一个电压水平转换成另一电压水平的电子电路或机电设备。dc-dc转换器的功率水平可以从低电压变化到相对高的电压。

可选地，在一些实施例中，v1到v2的转换、v2到v3的转换、和/或经由输出231和232向所连接对象的功率供应可以被如下文所讨论的控制器260或其他适当设备来控制。

如上文所讨论的，由系统200的部件执行的操作可以由控制器集中控制，例如，被图2中所示的控制器260集中控制。在一些实施例中，控制器260可以将功率存储装置220中功率的水平控制在预定义范围内。附加地或备选地，控制器260可以控制发电机的功率生成和/或经由输出端231和232向所连接对象的功率供应。附加地或备选地，控制器260可以控制v1到v2的转换和/或v2到v3的转换。

在一些实施例中，在控制功率存储装置220中功率的水平时，如果功率存储装置220中功率的水平超过预定义范围的上限，则控制器可以对功率存储装置220中的功率进行放电。另一方面，如果功率存储装置220中功率的水平低于预定义范围的下限，则控制器可以例如通过将标准功率(例如，60v)从电网270(诸如，国家电网)引向功率存储装置220，来对功率存储装置220中的功率进行充电。这样，功率存储装置220中功率的水平可以保持大于预定义范围的下限，以便确保足够的功率来为对象充电。

由于来自电网270的标准功率通常具有带有例如60v的高电压的交流电，因此第三功率转换器280可以被布置在电网270与控制器260之间。第三功率转换器280可以被配置为：将来自电网270的标准功率的第四电压v4转换成针对功率存储装置220设计的第二电压v2，并且将电流从交流电(ac)转换成直流电(dc)。以此方式，来自电网的标准功率可以更好地适应于本发明系统的设计。

图4示出了根据本文描述的主题的实施例的、用于在交通运输系统110中供电的方法400的流程图。根据本公开的实施例，方法400可以在系统200或用于供电的任何其他适当系统中实现。

在框410处，在发电机210处，从植物经由光合作用过程所产生的能量来生成功率。

在框420处，所生成的功率被存储在功率存储装置220中。

在框430处，存储在功率存储装置220中的功率经由输出端231和/或232而被供应给待充电对象。

在一些实施例中，方法400还可以包括：将由发电机210生成的功率的第一电压v1转换成针对功率存储装置220设计的第二电压v2。

在一些实施例中，方法400还可以包括：响应于确定针对功率存储设备220设计的第二电压v2不同于适合于所连接的对象的第三电压v3，将第二电压v2转换成第三电压v3。

在一些实施例中，方法400还可以包括以下中的至少一项：将功率存储装置220中功率的水平控制在预定义范围内；控制发电机210的功率生成；控制从功率存储装置220经由所述至少一个输出231和232到所连接对象的功率供应；控制由发电机210生成的功率的第一电压v1到针对功率存储装置220设计的第二电压v2的转换；以及控制第二电压v2到适合于所连接的对象的第三电压v3的转换。

在一些实施例中，可以以多种方式来控制功率存储装置中功率的水平。在一个实施例中，响应于功率存储装置220中功率的水平超过预定义范围的上限，对功率存储装置220中的功率进行放电；并且响应于功率存储装置220中功率的水平低于预定义范围的下限，对功率存储装置220中的功率进行充电。

在一些实施例中，功率存储装置220中的功率可以通过以下方式而被充电，即利用从电网270供应的标准功率对功率存储装置220进行充电。

在一些实施例中，方法400还可以包括：将来自电网270的标准功率的第四电压v4转换成针对功率存储装置220设计的第二电压v2。方法400还可以包括：将电流从交流电转换成直流电。

应当理解，已经参照图2至图3的实施例讨论了方法400的动作和/或操作，因此在此不再详细介绍。

应当理解，本公开的上述详细实施例仅是为了例示或说明本公开的原理，而不是限制本公开。因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下的任何修改、等同替代和改进等，均应当包括在本公开的保护范围内。同时，本公开所附的权利要求旨在覆盖落入权利要求的范围和边界或者范围和边界的等同物内的所有变化和修改。