专利名称：来自电力馈线的热电发电的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及热电发电。
背景技术：
由于欧姆加热电力馈线在电力分配系统中可产生重大的热量。产生的热量可能是不合需要的。例如，电力馈线的电阻系数可随着温度增加，使得电力馈线的工作不如电力馈线的温度增加有效。产生的热量也可对其他装备或结构发生负作用。当电力系统安装在封闭的空间中时，可提供冷却系统，以便清除由电力馈线产生的热量。工作的冷却系统可消耗电力，其可减少利用电力馈线的系统的总能量功效
发明内容
公开了利用热电发电机(TEG)设备从电力电缆产生的热量发电的装置、方法和系统。TEG设备可最接近电力电缆的外表面安置。电力电缆和周围环境之间的温度差异引起TEG设备发电(例如，通过塞贝克效应(Seebeck effect))。TEG设备将热量转变成电力，其导致电力电缆的某些冷却。电力电缆可经过具有不同周围环境和不同周围温度的多个区域。电力馈线电缆和不同的周围温度之间的温度差异在不同的区域可以是不同的。TEG设备的输出电压水平可与穿过TEG设备的温度差异相关。因此，TEG设备在不同的区域中可输出在不同的电压水平上的电。将在不同的电压水平上发电的TEG设备耦合到共同的总线上可导致电力的某些损失。本发明的实施例监视由不同的TEG设备或TEG设备组产生的电力的电压和电流，且可控制耦合到TEG设备上的电力转换器，以便在它们的最大功率点上操作每一个TEG设备或TEG设备组，和以便将收到的TEG设备的电力转变成公共电压。具体的实施例中，装置包含多个热电发电机(TEG)设备。每一个TEG设备具有经配置用于安置成与电力电缆的外表面热连通的第一表面和经配置用于在最接近电力电缆四周的周围环境安置的第二表面(例如，和靠近电力电缆相比，更靠近周围环境)。装置也包含电力地耦合到TEG设备上的一组终端。当第一表面和第二表面之间存在温度差异时，TEG设备将热量转变成一组终端处存在的电力。装置可进一步包含热传导的封套，其是可变形的，以便完全地符合电力电缆的外表面。装置也可进一步包含一个或更多散热片突出，其是从电力电缆伸出来的。另一个具体的实施例中，方法包含接收第一热电发电机(TEG)设备的第一电能，其中第一 TEG设备与电力电缆的第一部分热连通和与电力电缆的第一部分经过的第一周围环境热连通。经过电力电缆的第一部分的电流可导致电力电缆的第一部分和第一周围环境之间的第一温度差异。第一电能是在可由第一最大功率点跟踪设备控制的第一电压上产生的。方法也包括接收第二 TEG设备的第二电能，其中第二 TEG设备与电力电缆的第二部分热连通和与电力电缆的第二部分经过的第二周围环境热连通。经过电力电缆的第二部分的电流可导致电力电缆的第二部分和第二周围环境之间的第二温度差异。第二电能是在可由第二最大功率点跟踪设备控制的第二电压上产生的。方法也包含将第一电压和第二电压调整成第三电压。还有另一个具体的实施例中，系统包含经配置用于运送电能穿过两个或更多区域的电力馈线电缆，其中电能是由电能发电系统产生的。电力馈线电缆可暴露于两个或更多区域的每一个的不同的周围环境。系统也包括沿着两个或更多区域的第一区域中的电力馈线电缆的表面安置的第一热电发电机(TEG)设备。第一 TEG设备经配置用于以第一区域中的电力馈线电缆和第一周围温度之间的第一温度差异为基础产生电能。系统也可包含第一最大功率点跟踪设备，其控制第一温度差异上第一 TEG设备的第一工作电压接近或处在第
一TEG设备的最大功率点电压。系统也可包含沿着两个或更多区域的第二区域中的电力馈线电缆的表面安置的第二 TEG设备。第二 TEG设备经配置用于以第二区域中的电力馈线电缆和第二周围温度之间的第二温度差异为基础产生电能。系统可进一步包含第二最大功率点跟踪设备，其控制第二温度差异上第二 TEG设备的第二工作电压接近或处在第二 TEG的最大功率点电压。系统也可包含将第一工作电压转变成第三电压的第一电力转变设备和将 第二工作电压转变成第三电压的第二电力转变设备。在各种实施例中能独立地获得或可结合其他实施例获得描述的特征、功能、和优势，参考下列具体实施方式
和附图公开它的进一步详细资料。
图I是安置在电力电缆附近的热电发电机(TEG)设备的具体的实施例的图表；图2是具有多个安置在电缆的外表面和周围环境之间的TEG设备的电力电缆的横截面图；图3是具有电力电缆的结构的透视图，其中电力电缆穿过结构的多个不同的周围环境延伸。图4是在不同的温度差异上工作的两个不同的TEG设备的电能产生特征的曲线图；和图5是管理TEG设备的电能生产的方法的具体的实施例的流程图。
具体实施例方式图I是包含最接近电力电缆110安置的热电发电机(TEG)设备113-118的系统100的图表。TEG设备113-118的每一个可包含多样的正-类型掺杂的到负-类型掺杂的(P-N)热电球对。多个P-N热电球对可居于封套内(图I中没有示出)，以便形成一个TEG设备 113-118。电力电缆110可经过不同的周围环境，如第一周围环境119和第二周围环境129。例如，电力电缆110可将电能来源(例如，发电系统)的电能运送给结构内的不同的负载。这个实例中，不同的周围环境可符合暴露于不同的环境条件的结构的两个或更多区域。每一个周围环境可具有不同的周围温度。穿过每一个周围环境119、129的电力电缆110的温度几乎是不变的，且在每一个周围环境中可以是不同的。TEG设备的第一组112,包含TEG设备113-115,可联合(例如,位于之内)第一周围环境，和TEG设备的第二组122，包含TEG设备116-118，可联合(例如，位于之内)第二周围环境129。TEG设备的组112、122的每一个可以电力电缆110和一组TEG设备联合的周围环境119、129之间的温度差异为基础发电。因为经历TEG设备的每一个组112、122的温度差异可以是不同的，所以由TEG设备的每一个组112、122产生的电的特征可以是不同的。例如，响应不同的温度差异，TEG设备113-118可在不同的电压水平上发电。TEG设备的第一组112的TEG设备113-115可以是彼此和与第一终端131电力地互相连接的(并联的、串联的或阵列配置)。TEG设备的第一组112可通过第一终端131耦合到第一电力转变设备130上。第一电力转变设备130可通过第一终端131接收TEG设备的第一组112的TEG设备113-115的电，和可在通过第三终端138将电力供给总线150之前处理(例如，转换或其他转变)电力。第一最大功率点(MPP)跟踪设备132可通过第一控制输入160控制第一电力转变设备130。MPP跟踪设备132可引起第一电力转变设备130在第一工作电压上，即在或接近第一温度差异上的TEG设备的第一组112的MPP电压上，操作TEG设备的第一组112。MPP跟踪设备132可决定第一温度差异上的TEG设备(如参考图4描述的)的第一组112的最大功率点。例如，第一 MPP跟踪设备132可实施MPP跟踪程序，如扰动观测程序·(perturb-and-observe process)。另一个实例中，MPP跟踪设备132可决定以MPP设备的第一组112的输出电流或电压和TEG设备的第一组112输出的功率之间已知的关系为基础的TEG设备的第一组112的MPP。MPP跟踪设备132可通过感测线164感测终端131的输出电压，和可通过感测线162感测终端131的输出电流。具体的实施例中，第一 MPP跟踪设备132引起电力转变设备130调整应用于终端131的有效电阻，以便引起TEG设备的第一组112在或接近TEG设备的第一组112的MPP电压上产生电。TEG设备的第二组122的TEG设备116-118可彼此和与第二终端141电力地互相连接(并联、串联、或阵列配置)。TEG设备的第二组122可通过第二终端141耦合到第二电力转换设备140上。第二电力转换设备140可通过第二终端141接收TEG设备的第二组122的TEG设备116-118的电，和可在通过第四终端148将电供给总线150之前加工电。第二 MPP跟踪设备142可通过第二控制输入170控制第二电力转换设备140。第
二MPP跟踪设备142可引起第二电源转换设备140在第二工作电压上，即在或接近第二温度差异上的TEG设备的第二组112的MPP电压上，操作TEG设备的第二组122。第二 MPP跟踪设备142可决定第二温度差异上的TEG设备的第二组122的最大功率点电压(如参考图4描述的)。由于设计或相对于TEG设备116-118的TEG设备113-155的构造的不同，由于第一温度差异和第二温度差异之间的不同，或者两者都有，TEG设备的第二组122的最大功率点电压不同于TEG设备的第一组112的最大功率点电压。 第二 MPP跟踪设备142可实施MPP跟踪程序，如扰动观测程序或决定以MPP设备的第二组122的输出电流或电压与TEG设备的第二组122输出的功率之间已知的关系为基础的TEG设备的第二组122的MPP。第二 MPP跟踪设备142可通过感测线174感测终端141的输出电压，和通过感测线172感测终端141的输出电流。MPP跟踪设备132、142可独立地控制TEG设备的不同的组112、122的工作电压。因此，提供给电力转变设备130和140的电源可以在不同的电压水平上。具体的实施例中，在TEG设备的组112、122的每一个能够在或接近它的MPP电压上独立地工作时，电源转变设备130、140可实施电力转变工作，以便与提供给总线150的电压匹配。例如，第一电力转变设备130可将接收的TEG设备的第一组112的电转变到相对于TEG设备的第二组122的第二个工作电压的完全相等的电压水平上。另一个实例中，第一电力转变设备130可将接收的TEG设备的第一组112的电转变到共同的总线电压水平，和第二电力转变设备140也可将接收的TEG设备的第二组122的电转变到共同的总线电压水平。说明性的实例中，总线150可在固定的电压上工作，和电力转变设备130、140可接收TEG设备113-118产生的电和在总线150的固定的电压上输出电。图2是包含电力电缆210和电力电缆210与周围环境230之间的多个热电发电机(TEG)设备220的系统200的具体的实施例的横截面图。系统200可以是图I的系统100的部分的横截面图。每一个TEG设备220可包含一个或更多正类型掺杂的到负类型掺杂的(P-N)热电球对，其经配置用于将热量转变成电。每一个TEG设备220可具有经配置用于安置在与电力电缆210的外表面212热连通的位置中的第一表面和经配置用于在最接近周围环境230 (例如，比接近电力电缆210更接近周围环境)安置的第二表面。电力电缆210和周围环境230之间可存在温度差异。例如，由于作为电力电缆210中的电流的结果的电力·电缆210的欧姆(例如，有阻力的)加热，电力电缆210可比周围环境热。TEG设备220可由温度差异驱动，以便将热量转变成电。TEG设备220可安置在套管或另外的包含设备，如封套240中。封套240可具有内表面242和外表面244。封套240是可变形的，以便能够使TEG设备220完全地符合电力电缆210的外表面212。例如，封套240可配置成电缆电缆缠绕，其能在电力电缆210的附近缠绕，以便保护最接近电力电缆210的TEG设备220。另外，可调整TEG设备220的每一个的内表面，以便完全地符合电力电缆210的外表面212。例如，当电力电缆210具有圆形的横截面时，如图2中图示的，可弯曲TEG设备220的每一个的内表面，以便符合电力电缆210的外表面212。同样地，当电力电缆210是扁平的时(例如，像汇流条一样的)，TEG设备220的每一个的内表面可以是扁平的，以便符合电力电缆210的外表面212。封套240可包含开口 246，以便促进电力电缆210附近的封套的缠绕。一旦在部分电力电缆210的附近安装，封套240可使用一个或更多的扣件248保护电力电缆210。因而，TEG设备220能安装在电力电缆210的各种部分上，如穿过不同的周围环境延伸的电力电缆210的部分。具体的实施例中，封套240的内表面、封套240的外表面244、或者两者都，可以是导热的材料的成形的，以便促进传热。这个实施例中，导热的内表面242和导热的外表面将电力电缆210的外表面212和周围环境230之间的温度差异转移到TEG设备220，以便促进电能的产生。封套240的内表面242、电力电缆210的外表面，或两者都，可包含电力地_绝缘的材料。具体的实施例中，封套240的外表面244可包含或可耦合到散热片突出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区域。散热片突出218可改进封套240的外表面和周围环境230之间的传热。例如，增加的有效的表面区域能使封套240的外表面244获得更低的温度，增加经过TEG设备220的温度差异。沿着电力电缆210的每一个截面的TEG设备220可电力地连接。例如，TEG设备220彼此可以串联、并联、或以阵列的方式电力地连接(例如，TEG设备220的某些以串联的方式连接在一起，以便形成链条，分离的链条彼此之间以并联的方式连接)。可通过电终端224和226将TEG设备220的电引导到总线上(图2中没有示出)。
通过TEG设备220的热量到电流的转变可减少电力电缆210的热负担(例如，可冷却电力电缆)。因为电力电缆210的电阻系数可随着电力电缆210的温度的增加而增加，减少电力电缆210的温度可有助于减少电力电缆对电的流量的电阻，改进电力电缆210的功效。另外，热量到电的某些转换清除对靠近电力电缆210安置的其他元件具有反作用的热量。电终端224和226可耦合到电力转变器上，其是由最大功率点(MPP)跟踪设备控制的，如参考图I描述的。例如，MPP跟踪设备可电力地耦合到TEG设备220上，以便感测终端224、226上的输出电流和电压。MPP跟踪设备可控制电力转变器，以便引起TEG设备220在温度差异上在接近TEG设备220的最大功率点的终端224、226的位置上产生电压和电流。电力转变器可经配置用于接收终端224、226位置上的电压和电流，和用于将电压和电流转变成转变器输出位置上的输出电压和输出电流。例如，转变器输出可以是在共同的总线电压上。如参考图I描述的，因为电力电缆210经过不同的周围环境，存在配置在电力电缆210附近的分离的一组TEG设备。MPP跟踪设备可独立地控制耦合到分离的一组TEG设备上的电力转变器，以便能够使一组TEG设备的每一个在MPP电压上或接近MPP电压工 作。图3是具有穿过结构的多个不同的周围环境延伸的电力电缆310的结构的透视图。为了描述和作为具体的非限制的实例的目的，在图3中结构是作为航行器300说明的；然而，结构可包含可移动的或不可移动的结构的另外的类型，结构中的电力是通过电力电缆在多样的周围环境之间运送的。例如，结构可包含水上工具(例如，船或潜水艇)、太空船(例如，人造卫星、运载火箭或太空站)、陆上工具(例如，汽车、火车)、或另外类型的航行器(例如，直升机)。另一个实例中，结构可以是非移动的结构，如建筑物、桥、塔，等等。图3中，电力电缆310 (例如，电力馈线电缆)从发动机320通过机翼322延伸，并延伸到航行器300的机身324。发动机320，除了为航行器300提供推力之外，可耦合到发电机上以便产生电能，即电力电缆310携带的电能。也可使用其他电力产生配置。例如，发电机可由原动力驱动，而不是发动机320驱动，例如，辅助柴油机发动机。图3中说明的实施例仅仅是电力馈线电缆310可穿过许多不同的周围环境的途径的一个具体的实例。机身324内的发电机和负载或存储设备之间，电力电缆310经过不同的周围环境330、340、和350。电力电缆310可位于最接近每一个周围环境330、340、350内的一个或更多电力发电机(TEG)系统332、342、352。每一个TEG系统332、342、352可包含一个或更多TEG设备，如图I的TEG设备113-118或图2的TEG设备220 个或更多最大功率点(MPP)跟踪设备，如图I的MPP设备132、142 ;和一个或更多电力转变设备，如图I的电力转变设备 130,140ο由于欧姆加热，电力电缆310可在每一个周围环境330、340、350内维持相对不变的温度。然而，周围环境330、340、350可具有不同的周围温度。例如，第一周围环境330可接近或在发动机320的外壳内。因此，第一周围环境330可具有相对高的周围温度。结果，电力电缆310和第一周围环境330之间的温度差异可以是相对小的。第二周围环境340可包含部分机翼322。在航行器300在高海拔下工作期间，机翼322外面的空气可以是非常冷的。因而，第二周围环境340的温度可相对地冷。结果，电力电缆310和第二周围环境340之间的温度差异可以是相对大的。第三周围环境350可以是在航行器300的机身324的部分之内，如在乘客室或行李舱。因为乘客室或行李舱可以是气候控制的，第三周围环境350可具有第一周围环境330和第二周围环境340的温度之间的温度。因而，电力电缆310和第三周围环境350之间的温度差异可以是在第一周围环境330的温度差异和第二周围环境340的温度差异之间。TEG系统332、342、352的TEG设备可以基于跨TEG设备的温度差异产生具有不同特征的电。例如，至少部分地由于第一和第二周围环境330、340中的温度差异的不同，第一周围环境330内的第一 TEG系统332的TEG设备可产生电，其具有的特征不同于第二周围环境340内的第二 TEG系统342的TEG设备产生的电具有的特征。进一步地，至少部分地由于温度差异的不同，每一个TEG设备可具有不同的最大功率点(MPP)电压。每一个TEG系统332、342、352可包含MPP跟踪设备，以便决定TEG系统的MPP电压。在航行器300的工作期间，可改变电力电缆310的温度、周围环境330、340、350的温 度、或其组合。每一个TEG系统332、342、352的MPP跟踪设备可控制TEG系统的电力转变设备，以便不断地或偶尔地调整TEG系统的TEG设备的工作电压，以便在或接近每一个TEG 设备的MPP电压上维持工作电压。因而，独立于其他TEG系统332、342、352，可控制每一个TEG系统332、342、352在MPP上工作。每一个TEG系统332、342、352的电力转变设备可将TEG系统的TEG设备输出的电力转变成共同的电压，如总线电压。图4是热电发电机(TEG)设备的电能生产特征的曲线图400。曲线图400说明在不同的工作条件下，跟踪两个TEG设备或单一的TEG设备的独立的最大功率点。曲线图400在水平轴上示出电压410和在垂直轴上示出电流420。第一 TEG设备，TEGl是在第一温度差异，AT1上工作的，和第二 TEG设备，TEG2是在第二温度差异，AT2上工作的。功率-电压(P-V)曲线430代表TEGl的功率输出，和P-V曲线450代表TEG2的功率输出。P-V曲线430、450指示，与由TEG2产生的功率相比，通常由TEGl产生的功率更多，其可以是TEG设备的特征的函数、温度差异ΛΤ1和ΛΤ2的差别的函数，或其组合。曲线图400也包含代表TEGl的电流-电压关系的电流-电压(I_V)曲线432和代表TEG2的电流-电压关系的I-V曲线452。TEGl的断路电压436和短路电压434定义I-V曲线432和P-V曲线430的末端点，而TEG2的断路电压456和短路电压454定义I-V曲线452和P-V曲线450的末端点。P-V曲线430和450指示，每一个TEG设备的最大发电是在不同的电压上获得的。例如，TEGl的P-V曲线430具有关联TEGl的MPP电压440的最大功率点(MPP)438，和TEG2的 P-V 曲线 450 具有关联 TEG2 的 MPP 电压 460 的 MPP458。TEGl 的 MPP438 和 TEG2 的 MPP458在不同的MPP电压440、460上出现。因此，在TEG2的MPP电压460上工作的TEGl不如在TEGl的MPP电压440上工作的TEGl高效，反之亦然。为了改进包含具有不同的P-V曲线的多个TEG设备的系统的功效，如图I的系统100、图2的系统200、或图3的航行器300，每一个TEG设备可在它的相应的MPP电压上工作。例如，第一 MPP跟踪设备可控制第一电力转变设备，以便在TEGl的MPP电压440上操作TEG1，和第二 MPP跟踪设备可控制第二电力转变设备，以便在TEG2的MPP电压460上操作TEG2。由TEG设备产生的电可提供给电力转变设备，如图I的电力转变设备130、140，以便将提供给电力总线的电压，如图I的总线150，调整为总线电压470。尽管图4中说明的总线电压470不同于TEG设备的MPP电压440、460，某些实施例中或某些情况中，总线电压470可等于MPP电压440、460的一个。例如，独立于MPP电压，可指定总线电压470，例如，以总线支持的系统的具体的设计为基础。因而，总线电压470可比MPP电压440、460的一个或两个都高，或在某些特殊的情况中，等于一个或两个MPP电压440、460。因此，每一个TEG设备可在最高效率下工作(例如，MPP)，和能将由于在错配的电压下供给电力给总线导致的损失最小化。曲线图400通常将I-V曲线432和452表示为线性的。当TEG设备的I-V曲线是线性的时，MPP电压可在断路电压的50%上出现。在这种情 形中，可在现有的工作条件下(例如温度差异)，选择作为TEG设备的断路电压的一半的MPP电压。例如，可决定TEGl的MPP电压438为在第一温度差异Λ Tl下工作的TEGl的断路电压436的O. 5倍。如果第一温度差异△!!改变，例如，由于周围环境变的更热或更冷或由于电力电缆的欧姆加热的改变，能在新的温度差异，Λ Tnew下决定TEGl的断路电压436，和能在新的温度差异下决定TEGl的MPP电压为断路电压一半的。某些TEG设备的I-V曲线可以是非线性的。进一步地，在不同的温度差异下，具体的TEG设备的I-V曲线的形状可不同。这些情况中，MPP与TEG设备的断路电压可不具有简单的关系。为了选择这种TEG设备的MPP电压，MPP跟踪设备可使用另外的MPP跟踪运算法则，以便在具体的工作条件组下(例如，温度差异)识别ΜΡΡ。例如，扰动观测程序可用于跟踪ΜΡΡ。在具体的温度差异下，扰动观测程序可反复地修改TEG设备的工作电流或电压，和测量(或计算)TEG设备输出的功率，直到在具体的温度差异下观察到峰值功率。当第一小改变导致功率输出的增加和第二小改变导致功率输出的减少时，可认为要观察峰值功率。MPP跟踪设备可不断地、偶尔地(例如，在决定的间隔中)、或响应控制输入(例如，测量温度和温度差异中的改变)执行MPP跟踪程序。图5是管理热电发电机(TEG)设备的电能生产的方法500的具体的实施例的流程图。可由使用最接近电力电缆安置的TEG设备产生电的系统执行方法500，如图I的系统100、图2的系统200、或图3的航行器300。最大功率点跟踪设备可控制一个或更多电力转变设备，以便操作一个或更多TEG设备在或接近TEG设备的最大功率点电压上产生电，并且收到的每一个TEG设备的电能可转变成共同的电压，例如，共同的总线电压。方法500可包含，在502上，接收来自与电力电缆的第一部分和电力电缆的第一部分经过的第一周围环境热连通的第一 TEG设备的第一电能。经过电力电缆的第一部分的电流可导致电力电缆的第一部分和第一周围环境之间的第一温度差异。第一电能是在可由第一最大功率点跟踪设备控制的第一电压上产生的。例如，第一 TEG设备可包含图I的TEG设备的第一组112，和由TEG设备的第一组112输出的电能可由图I的第一电力转变设备130接收，其可由图I的第一最大功率点跟踪设备132控制。方法500可包含，在504上，接收来自与电力电缆的第二部分和电力电缆的第二部分经过的第二周围环境热连通的第二 TEG设备的第二电能。经过电力电缆的第二部分的电流可导致电力电缆的第二部分和第二周围环境之间的第二温度差异。第二电能是在可由第二最大功率点跟踪设备控制的第二电压上产生的。例如，第二 TEG设备可包含图I的TEG设备的第二组122，由TEG设备的第二组122输出的电能可由图I的第二电力转变设备140接收，其是由图I的第二最大功率点跟踪设备142控制。
第一电压可不同于第二电压。例如，独立于第二最大功率点跟踪设备控制第二电压，第一最大功率点跟踪设备可控制第一电压。因而，与第二最大功率点跟踪设备将第二电压设置到的电压水平相比，第一最大功率点跟踪设备可将第一电压设置到不同的电压水平上。另一个实例中，第一温度差异可不同于第二温度差异。为了说明，电力电缆的第一部分的第一温度可不同于电力电缆的第二部分的第二温度。另外或可替换地，第一周围环境的第一周围温度可不同于第二周围环境的第二周围温度(和电力电缆的第一部分的第一温度可不同于或最接近等于电力电缆的第二部分的第二温度)。还有另一个实例中，以TEG设备的不同的工作环境为基础，以TEG设备的设计为基础，或两者都有，TEG设备可具有不同的电力输出特征。例如，第一 TEG设备可具有完全线性的电压电流关系和第二 TEG设备可具有完全非线性的电压电流关系。进一步的实例中，最大功率点跟踪设备可控制不同地依赖TEG设备的设计和工作的电压。为了说明，当第一 TEG设备具有完全线性的电压电流关系时，第一最大功率点跟踪设备可控制第一电压等于第一 TEG设备的断路电压的一半。当第一 TEG设备具有完全非线性的电压电流关系时，第一最大功率点跟踪设备可使用扰动观测程序或另外的MPP跟踪程序控制第一电压。方法500也可包含,在506上,将第一电压和第二电压调整为第三电压。例如，使 用电力转变设备，如图I的第一电源转变设备130或第二转变设备140，都可将第一电压和第二电压的一个或两个调节到共同的总线电压。因此，不同的区域中的TEG设备可在不同的电压水平上输出电，这些电压水平可以处在或接近各自的TEG设备的MPP电压。在电提供给共同的总线之前，耦合到TEG设备上的电力转变器将电转变成共同的电压。此处描述的实施例的图解倾向于提供各种实施例的结构的一般的理解。图解不倾向于用作利用此处描述的结构或方法的装置和系统的所有的元素和特征的全面的描述。在审阅本发明之上，本领域的那些技术人员将显然可见很多其他实施例。可利用和可从本发明得到其他实施例，如此以至于在没有脱离本发明的范畴下，可做出结构上的和逻辑的取代和改变。例如，与图表示出的相比，可以不同的顺序执行方法步骤，或可省略一个或更多方法步骤。因此，要把本发明和图表认作说明性的而不是限制性的。而且，尽管此处说明了和描述了具体的实施例，应该理解，任何后来设计的要获得相同的或相似的结果的安排可取代示出的具体的实施例。本发明倾向于包括任何和所有后来的修改或各种实施例的变化。在审阅本描述之上，本领域的那些技术人员将显然可见上述实施例，和此处没有具体地描述的其他实施例的结合。应该理解，提交的本发明的摘要不用于解释或显示权利要求的范畴或意义。另外，前述的具体的实施方式中，为了简化本发明的目的，可集合或以单一的实施例描述各种特征。与每一个权利要求中清楚地陈述的相比，本发明不能解释为反应要求的实施例需要更多特征的意图。更确切地，如下列权利要求反应的，要求的主旨可关注的特征少于任何一个公开的实施例的所有的特征。
权利要求
1.一种装置，其包括 多个热电发电机(TEG)设备，其中每个TEG设备具有配置为置于与电力电缆外表面热连通的第一表面和配置为置于接近所述电力电缆四周的周围环境的第二表面；和 电力地耦合到所述TEG设备的一组终端，其中当所述第一表面和所述第二表面之间存在温度差异时，所述TEG设备将热量转变成所述一组终端处存在的电力。
2.根据权利要求I所述的装置，其中每个所述TEG设备的第一表面被成形以便完全地符合所述电力电缆的外表面。
3.根据权利要求I所述的装置，进一步包括围绕一个或更多所述TEG设备的导热封套，其中所述导热封套促进所述TEG设备与所述电力电缆的耦合。
4.根据权利要求I所述的装置，其中每个所述TEG设备包含至少一个正型掺杂对负型掺杂(P-N)热电球对。
5.根据权利要求I所述的装置，进一步包括电力转变器，其经配置用于接收所述一组终端处存在的电压和电流，并用于将所述电压和所述电流转变成转变器终端处存在的输出电压和输出电流。
6.根据权利要求5所述的装置，进一步包括最大功率点跟踪设备，其经配置用于控制所述电力转变设备，以便使所述TEG设备在所述温度差异、接近或在所述TEG设备的最大功率点产生在所述一组终端处存在的电压和电流。
7.一种方法包括 接收来自第一热电发电机设备，即TEG设备，的第一电能，所述第一 TEG设备与电力电缆的第一部分和电力电缆的第一部分经过的第一周围环境热连通，其中经过所述电力电缆的第一部分的电流导致所述电力电缆的第一部分和所述第一周围环境之间的第一温度差异，并且其中所述第一电能是在由第一最大功率点跟踪设备控制的第一电压产生的； 接收来自第二 TEG设备的第二电能，所述第二 TEG设备与所述电力电缆的第二部分和所述电力电缆的第二部分经过的第二周围环境热连通，其中经过所述电力电缆的第二部分的电流导致所述电力电缆的第二部分和第二周围环境之间的第二温度差异，并且其中所述第二电能是在由第二最大功率点跟踪设备控制的第二电压产生的；和 将所述第一电压和所述第二电压调整为第三电压。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一温度差异不同于所述第二温度差异。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述电力电缆的第一部分的第一温度不同于所述电力电缆的第二部分的第二温度。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一周围环境的第一周围温度不同于所述第二周围环境的第二周围温度。
11.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一最大功率点跟踪设备独立于所述第二最大功率点跟踪设备控制所述第二电压来控制所述第一电压。
12.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一TEG设备具有完全线性的电压-电流关系，并且其中所述第一最大功率点跟踪设备控制所述第一电压等于所述第一 TEG设备的断路电压的一半。
13.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一TEG设备具有完全非线性的电压-电流关系，并且其中所述第一最大功率点跟踪设备使用扰动和观测程序控制所述第一电压。
14.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一最大功率点跟踪设备控制第一电力转变，以便引起所述第一 TEG设备以第一温度差异为基础在或接近所述第一 TEG的最大功率点输出所述第一电能，并且其中所述第二最大功率点跟踪设备控制第二电力转变，以便引起所述第二 TEG设备以第二温度差异为基础在或接近所述第二 TEG的最大功率点输出所述第二电能，其中所述第三电压是耦合到所述第一电力转变器并耦合到所述第二电力转变器的总线的总线电压。
15.—种系统,包括 电力馈线电缆，其经配置用于输送由电能产生系统产生的电能穿过两个或更多区域，其中所述电力馈线暴露于所述两个或更多区域的每一个中的不同的周围环境； 第一热电发电机设备，即TEG设备，其沿着所述两个或更多区域的第一区域中的所述电力馈线电缆的表面安置，其中所述第一 TEG设备经配置用于以所述电力馈线电缆和所述第一区域中第一周围温度之间的第一温度差异为基础产生电能； 第一最大功率跟踪设备，其控制所述第一 TEG设备的第一工作电压在所述第一温度差异接近或处在所述第一 TEG设备的最大功率点电压； 第二 TEG设备，其沿所述两个或更多区域的第二区域中的所述电力馈线电缆的表面安置，其中所述第二 TEG设备经配置用于以所述电力馈线电缆和所述第二区域中第二周围温度之间的第二温度差异为基础产生电能； 第二最大功率跟踪设备，其控制所述第二 TEG设备的第二工作电压在所述第二温度差异接近或处在所述第二 TEG设备的最大功率点电压； 第一电力转变设备，其将所述第一工作电压转变成第三电压；和 第二电力转变设备，其将所述第二工作电压转变成所述第三电压。
全文摘要
本发明公开了利用热电发电机(TEG)设备从电力电缆产生的热量发电的装置、方法和系统。装置包含多个热电发电机(TEG)设备。每一个TEG设备具有经配置用于安置在与电力电缆的外表面热连通的位置中的第一表面和经配置用于在最接近电力电缆四周的周围环境安置的第二表面。该装置也包含电力地耦合到TEG设备上的一组终端。当第一表面和第二表面之间存在温度差异时，TEG设备将热量转变成该组终端处的电力。
文档编号H02N11/00GK102904487SQ201210260728
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者L·高, S·刘, J·M·菲尔德 申请人:波音公司