公开了一种用于控制混合动力机器的方法。混合动力机器可配备有涡轮发动机(102)、与涡轮发动机(102)串联连接的发电机(120)、电能储存装置(130)以及驱动地连接到混合动力机器的功率输出部件的马达(140)。控制器(250)可接收功率需求信号，确定电能储存装置(130)中的功率水平，确定至少储存在涡轮发动机(102)和发电机(120)的旋转部件中的可用的惯性能量，以及提供一个或多个控制信号以选择性地控制向涡轮发动机(102)供电以达到全功率，选择性地切断对涡轮发动机(102)的全部燃料供应，通过捋来自发电机(120)的过剩电能引导至电能储存装置(130)来选择性地储存过剩能量作为电能，以及选择性地储存过剩能量作为惯性能量。
涡轮发动机，所述涡轮发动机包括一个或多个旋转部件；
发电机，所述发电机通过所述驱动轴与所述涡轮发动机串联连接，所述发电机包括一个或多个旋转部件；
电能储存装置，所述电能储存装置经连接以接收由所述发电机产生的电能；
控制器，所述控制器连接到所述涡轮发动机、所述发电机和所述电能储存装置，所述控制器被配置成：接收功率需求信号；
确定至少储存在所述涡轮发动机和所述发电机的所述旋转部件中的可用的惯性能量；
确定所述功率需求信号是指示是在更短的时间周期内需要更快地获取能量的功率需求，还是指示在更长的时间周期内需要更慢地获取能量的功率需求以及更稳态的能量需求；以及基于所述功率需求信号、所述电能储存装置中的所述功率水平和所述可用的惯性能量中的一者或多者提供一个或多个控制信号，以选择性地控制以下功能中的一个或多个的执行：选择性地向所述涡轮发动机供电以使其达到全功率；
选择性地将来自所述发电机的过剩电能引导至所述电能储存装置；以及选择性地储存过剩能量作为惯性能量。
2.根据权利要求1所述的混合电源，其中所述控制器被配置成当所述电能储存装置中所述所确定的功率水平下降到低于第一阈值时，提供控制信号以选择性地将来自所述发电机的过剩电能引导至所述电能储存装置。
3.根据权利要求1所述的混合电源，其中所述控制器被配置成当所述涡轮发动机和所述发电机的所述旋转部件的转速下降到低于第二阈值时，提供控制信号以选择性地储存过剩能量作为惯性能量。
4.根据权利要求3所述的混合电源，其中所述控制器被配置成当所述涡轮发动机和所述发电机的所述旋转部件的转速下降到低于所述第二阈值时，提供控制信号以给所述涡轮发动机供电使其从燃料切断模式达到全功率。
5.根据权利要求1所述的混合电源，其中所述控制器被配置成当所述涡轮发动机和所述发电机的所述旋转部件的转速下降到低于第二阈值并且所述电能储存装置中的所述所确定的功率水平下降到低于第一阈值时，提供控制信号以给所述涡轮发动机供电使其从燃料切断模式达到全功率。
6.根据权利要求1所述的混合电源，其中所述控制器被配置成当控制器检测到涡轮发动机已空转了超过选定的时间周期时，提供控制信号以切断对涡轮发动机的全部燃料供应。
7.根据权利要求1所述的混合电源，其中所述控制器被进一步配置成提供控制信号以向所述涡轮发动机供电使其从燃料切断模式达到全功率，并且在将来自所述发电机的过剩电能引导至所述电能储存装置之前按优先次序储存过剩能量作为惯性能量。
8.根据权利要求1所述的混合电源，其中所述电能储存装置包括一组锂离子电池。
9.根据权利要求1所述的混合电源，其中所述控制器被进一步配置成当需要更快地获取能量时，提供控制信号以从所述所储存的惯性能量中汲取满足所述功率需求信号的能量。
10.根据权利要求1所述的混合电源，其中所述控制器被进一步配置成当需要更慢且更稳态地获取能量时，提供控制信号以从所述所储存的电能中汲取满足所述功率需求信号的能量。
11.一种控制混合动力机器的方法，所述混合动力机器配备有涡轮发动机、与所述涡轮发动机串联连接的发电机、电能储存装置以及驱动地连接至用于所述混合动力机器的功率输出部件的马达，所述方法包括：接收功率需求信号；
确定至少储存在所述涡轮发动机和所述发电机的旋转部件中的可用的惯性能量；
确定所述功率需求信号是指示是在更短的时间周期内需要更快地获取能量的功率需求，还是指示在更长的时间周期内需要更慢地获取能量的功率需求以及更稳态的能量需求；以及基于所述功率需求信号、所述电能储存装置中的所述功率水平和所述可用的惯性能量中的一者或多者提供一个或多个控制信号，以选择性地控制以下功能中的一个或多个的执行：选择性地向所述涡轮发动机供电以使其达到全功率；
通过将来自所述发电机的过剩电能引导至所述电能储存装置来选择性地储存过剩能量作为电能；以及选择性地储存过剩能量作为惯性能量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中选择性地储存过剩能量作为电能包括当所述电能储存装置中的功率水平下降到低于第一阈值时，提供控制信号以选择性地将来自所述发电机的过剩电能引导至所述电能储存装置。
13.根据权利要求11所述的方法，其中选择性地储存过剩能量作为惯性能量包括当所述涡轮发动机和所述发电机的所述旋转部件的转速下降到低于第二阈值时，增大所述旋转部件的转速。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括当所述涡轮发动机和所述发电机的所述旋转部件的转速下降到低于所述第二阈值时，给所述涡轮发动机供电使其从燃料切断模式达到全功率。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括当所述涡轮发动机和所述发电机的所述旋转部件的转速下降到低于第二阈值并且所述电能储存装置中的所述所确定的功率水平下降到低于第一阈值时，给所述涡轮发动机供电使其从燃料切断模式达到全功率。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括当控制器检测到涡轮发动机已空转了超过选定的时间周期时，切断对涡轮发动机的全部燃料供应。
向所述涡轮发动机供电使其从燃料切断模式达到全功率；并且在将来自所述发电机的过剩电能引导至所述电能储存装置之前按优先次序储存过剩能量作为惯性能量。
18.根据权利要求11所述的方法，其中确定所述功率需求信号是指示在更短的时间周期内需要更快地获取能量的功率需求引起从所述惯性能量中汲取满足所述功率需求信号的能量。
19.根据权利要求11所述的方法，其中确定所述功率需求信号是指示在更长的时间周期内需要更慢地获取能量的功率需求以及更稳态的能量需求引起从所述电能储存装置中所储存的电能中汲取满足所述功率需求信号的能量。
涡轮发动机，所述涡轮发动机包括一个或多个旋转部件；
发电机，所述发电机通过所述驱动轴与所述涡轮发动机串联连接，所述发电机包括一个或多个旋转部件；
电能储存装置，所述电能储存装置经连接以接收由所述发电机产生的电能；以及控制器，所述控制器连接到所述涡轮发动机、所述发电机和所述电能储存装置，所述控制器被配置成：接收功率需求信号；
确定至少储存在所述涡轮发动机和所述发电机的所述旋转部件中的可用的惯性能量；
确定所述功率需求信号是指示是在更短的时间周期内需要更快地获取能量的功率需求，还是指示在更长的时间周期内需要更慢地获取能量的功率需求以及更稳态的能量需求；以及基于所述功率需求信号、所述电能储存装置中的所述功率水平和所述可用的惯性能量中的一者或多者提供一个或多个控制信号，以选择性地控制以下功能中的一个或多个的执行：选择性地向所述涡轮发动机供电以使其达到全功率；
选择性地将来自所述发电机的过剩电能引导至所述电能储存装置；以及选择性地储存过剩能量作为惯性能量；和一个或多个马达，其驱动地连接至一个或多个功率输出部件，所述一个或多个马达配置成接收来自所述发电机和所述电能储存装置的电能或者给所述发电机和所述电能储存装置供应电能。
涡轮发动机混合电源
技术领域
[0001] 本发明总体涉及一种电源，并且更具体地说，涉及一种涡轮发动机混合电源。
背景技术
[0002] 期望的是减少来自目前的电源的碳基排放物，而同时提高电源的燃料效率。除了提供每单位燃料可以做更多功的电源以外，如果电源能够从多种不同燃料得到能量也将是有利的。电源大小的减小也将符合提高燃料效率和减少排放物的目标，特别是符合移动电源。
[0003] 与常规电源相关联的一个问题是：当常规电源在接近或等于额定工况下运行时，所述常规电源具有最佳效率。然而，在许多应用期间并不需要电源的全额定功率，并且因此电源在导致燃料被电源低效使用的功率水平下运行，或者电源产生浪费掉的过剩能量。
[0004] 1980年4月22日授予White的美国专利第4,199,037(’037专利)号中公开了一种提高混合动力车辆效率的尝试。’037专利提供了一种电动车辆，所述电动车辆具有涡轮发动机、涡轮发动机驱动的发电机、用于储存电能的电池和用于驱动车辆轮子的马达。马达由可从发电机或从电池直接获得的电能供电。每当储存在电池中的可用能量的量下降到低于第一预定水平时，控制器开启涡轮发动机。’037专利还公开了将涡轮的速度保持在恒定水平以使其效率最大化。
[0005] 虽然’037专利的混合系统可提高所公开车辆的效率，但其可能并非最佳。具体地，’037专利的所公开的混合系统未提供电池之外用于储存能量的任何装置。当电池中储存的能量上升到高于预定水平时，关闭涡轮发动机并且唯一能量源变成电池，直到涡轮发动机重新开启以驱动直流发电机并且给电池再充电。因此，’037专利的系统可不允许涡轮发动机在其最大效率点处操作，并且在某些情况下可能无法像所期望的那样快速地提供能量。
[0006] 本发明的系统和方法解决了上述的一个或多个问题和/或现有技术中的其他问题。
发明内容
[0007] 在一个方面，本发明涉及一种涡轮发动机混合电源。混合电源可以包括涡轮发动机、通过驱动轴与涡轮发动机串联连接的发电机、经连接以接收由发电机产生的电能的电能储存装置以及连接到涡轮发动机、发电机和电能储存装置的控制器。控制器可被配置成接收功率需求信号，确定电能储存装置中的功率水平，确定至少储存在涡轮发动机和发电机的旋转部件中的可用的惯性能量，并且提供一个或多个控制信号以选择性地控制一种或多种功能的执行。所述功能可以包括选择性地给涡轮发动机供电以达到全功率，选择性地关闭至涡轮发动机的全部燃料，选择性地将来自发电机的过剩电能引导到电能储存装置以及选择性储存过剩能量作为惯性能量。
[0008] 在另一个方面，本发明涉及一种控制混合动力机器的方法，该混合动力机器配备有涡轮发动机、与涡轮发动机串联连接的发电机、电能储存装置以及驱动地连接到用于混合动力机器的功率输出部件的马达。该方法可包括接收功率需求信号，确定电能储存装置中的功率水平，确定至少储存在涡轮发动机和发电机的旋转部件中的可用的惯性能量，以及提供一个或多个控制信号以选择性地控制一种或多种功能的执行。所述功能可以包括选择性地给涡轮发动机供电以使其达到全功率，选择性地切断对涡轮发动机的全部燃料供应，通过将来自发电机的过剩电能引导到电能储存装置来选择性地储存过剩能量作为电能，以及选择性储存过剩能量作为惯性能量。
附图说明
[0009] 图1是示例性的所公开的涡轮发动机混合电源的示意图；
[0010] 图2是另一个示例性的所公开的涡轮发动机混合电源的示意图；
[0011] 图3是描绘示例性的所公开的功率储存和传输方法的流程图，该方法可由图1和图2的涡轮发动机混合电源执行；以及
[0012] 图4是描绘示例性的所公开的功率储存和传输方法的另一个流程图，该方法可由图1和图2的涡轮发动机混合电源执行。
具体实施方式
[0013] 参照图1，根据本发明的涡轮发动机混合电源的示例性实施方式可以包括涡轮发电机128，涡轮发电机128包括通过驱动轴110机械地耦合到发电机120的涡轮发动机102。发电机120可以电耦合到电能储存装置130，诸如一组锂离子电池。发电机120可以是例如由涡轮发动机102机械驱动以产生电力的交流感应发电机、永久磁铁发电机、交流同步发电机或开关磁阻发电机。在一个实施方式中，发电机120可以包括多个配对的极(未示出)，每个配对的极具有布置在定子(未示出)的圆周上以产生交流电的三相。由发电机120产生的电力可电耦合到至少一个电动马达140，电动马达140可以给各种功率输出部件提供驱动转矩。这些功率输出部件可以给各种不同的应用提供功率。此类应用可以包括静态发电系统，诸如在建筑物中的功率需求，或提供给安装在车辆诸如列车机车、运土设备、农业设备、采矿设备或重型施工设备上的轮子或其它牵引装置提供的功率。也可提供附加的输电装置诸如齿轮箱，连续可变驱动器和变矩器，以控制来自至少一个马达140的机械能传输到功率输出部件，以使车辆运动，从而满足静态功率输出需求或以其他方式执行工作。
[0014] 在操作期间，涡轮发动机102和发电机120的转动部件诸如旋转涡轮叶片和发电机转子可以达到每分钟40,000到60,000转(RPM)或更高的速度，并且因此可以储存显著量的能量作为转动惯量。涡轮发电机在供以燃料时作为一个旋转单元自由转动，并且然后在切断燃料供应相当长的时间周期后，由于涡轮和发电机的旋转部件的高惯性以及旋转部件所经历的相对低的摩擦损耗，涡轮发电机可以保持高速旋转。如图1所示，由发电机120产生的电力可直接提供给一个或多个电动马达140，或当电能储存装置130中的可用的储存能量已经下降到低于第一水平时，由发电机120产生的电力的至少一部分可以储存在电能储存装置130中。当涡轮发动机102的转速已经下降到低于一定阈值时，储存在储存装置130中的电能可以反过来供应给发电机120，以便使发电机120充当涡轮发动机102的起动马达。
[0015] 根据本发明的各种实施方式的涡轮发动机混合电源储存可用于启动涡轮发动机102并且向至少一个电动马达140供电以使车辆运动或者执行其他期望工作的能量。储存在涡轮102和发电机120的高速旋转部件中的惯性能量可以充当主能量储存机构，其中该惯性能量在需要时可用于提供即时功率。也可通过添加一个或多个飞轮提高涡轮发电机128的旋转部件的惯性能量储存能力。电能储存装置130可作为次能量储存装置，并且可包括电池、电容性装置或其他形式的电能储存，所述其他形式的电能储存与旋转部件的惯性能量储存相此，可提供更长期的能量储存机构。惯性能量储存其可以允许快速储存诸如可在再生或动态制动期间或涡轮发动机102产生超过功率需求的能量时获得的过剩能量。惯性能量储存与电能储存装置130相此还可允许更快速或瞬时地获取能量。另一方面，电能储存装置130与惯性能量储存相此可以允许更长期、稳态的能量储存的更大容量，以及允许提供更长期、稳态的能量供应的能力。
[0016] 如图2所示，涡轮发电机228可以向交流-直流变换器或整流器210提供三相202、204、206交流电(AC)，并且可以将所得的直流电(AC)经直流功率总线212提供给直流-交流逆变器220，直流-交流逆变器220可以将具有三股交流电222、224、226的三相电力输出到一个或多个马达240。当一个或多个马达240所需的功率小于由涡轮发电机228产生的总功率时，或当诸如在动态制动模式期间从一个或多个马达240接收功率时，直流控制器214可以被配置成将来自直流功率总线212的一部分直流电引导到电能储存装置230中。在各种实施方式中，当向一个或多个马达240提供功率时，直流-交流逆变器220也可以包含一组功率电子设备，所述功率电子设备能够操作以在动态制动模式中将交流功率转化成直流功率(能够作为变换器或整流器操作)并且能够操作以将直流功率转化成交流功率(能够作为逆变器操作)。更具体地，逆变器220可被连接以从直流功率总线212接收功率并且将功率输送到直流功率总线212，并且可以包含能够作为逆变器和整流器两者操作的任何功率电子设备。
例如，逆变器220可以包括被配置成根据本发明操作的任何数目的晶体闸流管、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极性结型晶体管(BJT)、控制器、电阻器、电容器、电感器和二极管。所提供的电路可以包括但不限于开关式电源、二极管电桥全波整流器和H桥逆变器。在一个示例性实施方式中，变换器210可以包含具有可控制频率和/或电压参数的三相变换器，使得由变换器210接收的交流功率的频率和/或电压可以可控制地设置，如本领域中所公知的那样。当以其中交流功率从涡轮发电机208流入变换器210的模式操作时，变换器210可以接收来自涡轮发电机228的交流功率并且将直流功率供应给直流功率总线212。逆变器220可以将直流功率转换成交流功率，并且将交流功率输送到一个或多个马达240。当以动态制动模式或其中马达240中的一个或多个充当发电机的其他模式操作时，逆变器220可以接收来自一个或多个马达240的交流功率，作为整流器操作以将交流功率转换成直流功率，并且通过直流功率总线212将直流功率输送到直流控制器214和电能储存装置230。
[0017] 系统控制器250也可连接到涡轮发电机228、电能储存装置230以及一个或多个马达240。系统控制器250可被配置成确定如何在涡轮发电机228、包含在涡轮发电机228的旋转部件中的惯性能量储存器、电能储存装置230以及一个或多个电动马达240之间传输功率，所述惯性能量储存器包括可耦合到涡轮发电机228以增加惯性能量储存器容量的任何附加的飞轮。一个或多个电动马达240可提供以供静态或动态使用的功率，包括但不限于用于建筑系统的功率、用于车辆的牵引功率或用于其他用途的功率。在本发明的各种实施方式中，系统控制器250可被配置成提供信号以快速地100％接通至涡轮发电机组228的涡轮发动机的燃料或者完全断开至所述涡轮发动机的燃料。通过仅以100％额定容量或在完全切断燃料的情况下运行涡轮发动机，系统控制器250可以确保涡轮发动机总是高效运行，并且不在部分载荷条件下操作。根据本发明的各种实施方式，控制器250可以包含单个或多个徼处理器，所述单个或多个徼处理器可形成一个或多个模块以用于控制涡轮发动机混合电源的各种操作。控制器250可包括快速切换能力，诸如可以由现场可编程门阵列(FPGA)提供以便能够以少于约10微秒的更新率快速接通和断开切换。该能力可以在用于涡轮发电机228中的开关磁阻类型发电机经历的高转速下采用。
[0018] 控制器250也可被配置成基于已获得的信息诸如系统的位置、系统操作的工况的图或从传感器所提供的各种输入确定预期负载的计算或算法来提供考虑了系统上的期望的或已知的即将到来的负载预期控制。系统控制器250可以被配置成包括一个或多个处理器、数据库、查找表、图和与系统控制器250执行的能量管理过程有关的其他信息源。控制器250也可以经有线或者无线电线路(未示出)通信地耦合到其他的网络或非网络数据源，所述网络或非网络的数据源诸如可以从中央控制中心、路边站、调度中心或从机载来源诸如全球定位卫星接收机(GPS)或操作者输入获得。在可以包括在车辆上使用涡轮发动机混合动力的各种实施方式中，控制器250可以被配置成经由位置识别系统诸如GPS确定当前和预期的车辆位置信息。控制器250可以使用该位置信息来在关于可由具有本发明的涡轮发动机混合电源的车辆经历的当前和/或预期的地势或轨道地形轮廓工况的数据库中定位数据。此类信息可以包括例如轨道或地势坡度、海拔(例如，平均海平面以上的高度)、列车轨道弯道数据、列车隧道信息和速度限制信息。该数据库信息可由各种不同来源提供，其包括：与控制器250相关联的机载数据库、通信系统诸如经由一个或多个路边信令装置提供来自中心源、人工操作者输入的信息的无线通信系统或此类来源的组合。其他车辆信息诸如车辆的大小和重量、与涡轮发动机相关联的功率容量、效率额定值、当前和预期的速度以及当前和预期的电力负载也可以被包括在数据库(或实时提供或接近实时提供)中并由控制器250使用。在各种另选的实施方式中，控制器250可以被配置成确定与在静态方式中的能量储存相关联的能量储存和能量传输要求。例如，控制器250可以利用任何上述信息进行预编程，或可基于过去的操作经验使用查找表或图。
[0019] 控制器250可以使用当前和/或即将到来的功率需求信息，连同车辆状态信息来确定功率储存和功率传输要求。控制器250也可以基于当前和未来可能的功率需求信息来确定可能的能量储存机会。例如，基于地势信息，诸如即将到来的列车轨道特征信息，控制器250可以确定使涡轮发动机处于燃料切断模式并且用光储存作为惯性能量和/或电能的能量是更加有效的。即使当前能量需求低，控制器250也可以被配置成做出该判定，因为动态制动区域即将到来(或者因为列车或其他车辆晚点并试图弥补时间)。以这种方式，控制器
250可以被配置成在遇到潜在即将到来的充电区域之前通过计算储存能量来提高效率。控制器250可以被进一步配置成将至涡轮发动机的燃料供应保持切断，直到涡轮发电机228的旋转部件中包含的惯性能量储存以及电能储存装置230中的电能储存两者下降到低于设定的阀值。在涡轮发电机228的旋转部件中的惯性能量储存的情况下，设定的阀值可以是每分钟转数(RPM)的指定水平或范围，诸如当通常在40,000RPM到60,000RPM范围内运行的涡轮发电机下降到低于48,000RPM到45,000RPM。类似地，电能储存装置230的设定的阀值可以是较低充电水平或范围的充电水平，低于该充电水平应该给电能储存装置230再充电。
[0020] 在操作中，控制器250可以被配置成确定功率储存要求和功率传输要求。电能储存装置230可以响应于功率储存要求储存电能，并且涡轮发电机228的旋转部件可以响应于功率储存要求储存惯性能量。如上所述，电能储存装置230可以允许由涡轮发电机228中的发电机产生的过剩能量造成的更加渐进的能量的储存和传输。涡轮发电机228的旋转部件的惯性能量储存可允许在功率需求可要求此可从电能储存装置230获得能量更快地获取能量的情况下更快速地储存过剩能量和传输能量。控制器250也可以被配置成至少部分地基于可从涡轮发电机228获得的超出当前和/或预期的功率需求的能量的量来调节能量的储存和传输需求。控制器250可被配置成接收来自传感器诸如加速度传感器、节气门位置传感器、进气传感器、制动器传感器和燃料空气此传感器的信号以及来自包括查表和图的各种数据源的数据，并且确定功率需求是需要更短期、更快地获取能量还是更长期、更稳态地获取能量。用于快速地储存和传输能量的示例性应用可以包括车辆上的突然制动和加速的工况，以及在建筑物中的电梯移动的停止和启动。更长期、更稳态的应用可以包括向建筑物的加热、通风或空调系统提供功率，以及向在恒定速度行进工况或其他稳态工况下的车辆的牵引部件提供功率。
[0021] 控制器250可以被进一步配置成建立关于能量储存和传输的优先级或规则。在各种实施方式中，控制器250可以被配置成根据功率需求确定功率传输要求。在特定的实施方式中，控制器250可被配置成只有当惯性能量储存被耗尽，如由涡轮发电机228的转速下降到低于第一阈值水平所证明，并且储存在电能储存装置230中的电能也被耗尽到低于第二阈值水平时，提供信号以向涡轮发电机228提供燃料。在其他情况下，根据诸如预期的功率需求的因素，即使惯性能量储存和电能储存中的一个或多个未被耗尽，控制器250仍可被配置成将涡轮发电机228加燃料以达到全功率。
[0022] 图3和4说明可由控制器250结合上文所述的涡轮发电机执行的示例性的所公开的功率储存和输出的方法的步骤。图3和图4将在以下段落中进行描述以进一步说明所公开的概念。
[0023] 工业实用性
[0024] 所公开的示例性涡轮发动机混合电源可提供提高的燃料效率、减少的排放物、使用各种燃料的能力以及储存可用于更短期且更快速的功率需求和更长期且更稳态的功率需求的能量的能力。通过控制功率传输和储存，使得该系统的涡轮发动机仅在大约100％的额定燃料供应的全功率下或在燃料被完全切断的情况下操作，尤其可实现显著的燃料节约。涡轮和发电机的高转速提供显著的惯性能量的储存，该惯性能量可被快速储存，并且还可用于要求即时能量供应的功率需求。电能储存装置的添加还提供了用于更长期且更稳态的能量储存的更大容量，以及在更长的时间周期内此从惯性能量储存中获得的要更多的储存能量的可用性。
[0025] 如图3所示，在步骤320处可接收功率需求信号，其中此类需求信号由例如从车辆节气门传感器接收到的加速信号产生。在一个实施方式中，控制器250可在步骤322处确定惯性能量是否可用于满足功率需求，其中该惯性能量储存在涡轮发电机228的旋转部件中。如果涡轮发电机228的转速大于阈值水平(步骤322-是)，则大于功率需求的任何过剩能量可被储存在电能储存装置230中(步骤326)。在另选的实施方式中，例如在电能储存装置230已经充满电的情况下，此时的过剩能量可作为惯性能量储存在涡轮发电机228的旋转部件中。
[0026] 如果惯性能量根据能量需求是不可用的(步骤322-否)，如由涡轮发电机228的转速小于阈值所证明，则在步骤324处控制器250可开启涡轮发动机并且提供燃料给涡轮发动机以达到全额定功率。本领域的普通技术人员将认识到，涡轮发电机228中的发电机可充当启动器，并且启动涡轮发电机228所需的电力可从电能储存装置230或其他外部电源中汲取。在涡轮发电机228现在以其全额定功率操作的情况下，在步骤326处，超出一个或多个马达240或使用功率的其他装置所需的功率可被储存在电能储存装置230中。
[0027] 在步骤328处，可确定关于储存在电能储存装置230中的电能是否已超过阈值，并且如果答案是肯定的，则大于任何功率需求的过剩能量可被储存作为惯性能量存储量，如由在步骤330处涡轮发电机228的转速的增加所证明。如果储存在电能储存装置230中的电能未超过阈值(步骤328-否)，则大于任何功率需求的过剩能量可继续作为电能储存在电能储存装置230中。
[0028] 在来自电能储存装置230或来自涡轮发电机228的旋转部件的惯性能量储存的现有的能量储存满足所有的功率需求时，涡轮发动机可进入空转状态。在步骤332处，可确定涡轮发动机是否已空转了超过阈值时间周期。如果答案是肯定的，则可在步骤334处完全切断对涡轮发动机的燃料供应。在已经经过所述阀值时间周期之前(步骤332-否)，涡轮发动机可保持加满燃料，以便重新提高涡轮发电机228的转速并且将过剩能量储存作为惯性能量。仅通过在全功率或无功率下操作涡轮发电机228的涡轮发动机，可避免在小于涡轮发动机的最大操作效率下的部分功率操作模式。
[0029] 在由图4的步骤至少部分地说明的实施例中，由控制器250执行的能量管理过程可以包括区分更短且更快的功率需求和在较长时间周期和/或更稳态下要求功率的功率需求。在步骤420处可接收功率需求信号。控制器250通过在步骤422处检查涡轮发电机228的转速是否小于阈值水平，可以确定可用的惯性能量储存是否足以满足功率需求。如果涡轮发电机228的转速小于阈值(步骤422-是)，则控制器250在步骤424处可检查电能储存是否也小于阈值。如果惯性能量储存和电能储存两者均小于相应的阈值(步骤422-是，并且步骤424-是)，则在步骤426处控制器250可启动涡轮发动机并且供给燃料使其达到100％的额定功率。
[0030] 如果惯性能量是可用的，并且涡轮发电机的转速不少于阈值(步骤422-否)，接下来控制器250可以确定功率需求是更短期且更快的(步骤428-是)还是更长期且更稳态的(步骤430-是)。同样，如果电能储存装置中的电能是可用的(步骤424-否)，接下来控制器250也可以确定功率需求是更短期且更快的(步骤428-是)还是更长期且更稳态的(步骤
430-是)。如果确定功率需求是更短期且更快的，则在步骤432处可以从惯性能量储存装置中汲取能量。如果确定功率需求是更长期且更稳态的，则在步骤434处可以从电能储存装置
230中汲取能量。如同图3所示的实施方式一样，在步骤436处可另外确定涡轮发动机是否已经空转了超过阈值时间周期，并且如果答案是肯定的，则在步骤438处可以完全切断对涡轮发动机的燃料供应。如果涡轮发动机还没有空转超过阈值时间周期(步骤436-否)，则涡轮发电机228可继续接收燃料，并且涡轮发电机228的转速可以继续储存惯性能量。
[0031] 通过区分更短期功率需求和更长期功率需求，根据本发明的各种实施方式的涡轮发动机混合电源在满足不同的功率要求方面实现了高水平的通用性。快速储存作为惯性能量的过剩能量和在电能储存装置中提供更长期、更稳态的能量储存的能力也避免了过剩功率的任何浪费。
[0032] 对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所公开的涡轮发动机混合电源做出各种修改和变化。考虑到本文所公开的方法的说明和实践，电源的其他实施例对于本领域的技术人员将是显而易见的。说明书和实例仅仅是示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求书及其等价内容指出。
