用于在飛行器電力系統(tǒng)與儲(chǔ)能裝置之間傳遞功率的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及在飛行器中傳遞電功率，更具體來說，涉及在蓄電單元(EAU)中的儲(chǔ)能裝置與電源系統(tǒng)之間傳遞功率。
【背景技術(shù)】
[0002]向飛行器電負(fù)載提供功率的常規(guī)飛行器電力系統(tǒng)可能存在多種缺陷。例如，常規(guī)飛行器電力系統(tǒng)需要使用發(fā)電機(jī)來為飛行器產(chǎn)生功率。當(dāng)需要大脈動(dòng)(large surge)功率時(shí)，可能需要這些發(fā)電機(jī)在波峰期間短時(shí)間段上供給非常大的功率量。例如，平均來說，飛行器電力系統(tǒng)可以從發(fā)電機(jī)汲取約60千瓦功率，但是可能存在電力系統(tǒng)在短時(shí)間段內(nèi)需要從發(fā)電機(jī)獲得130千瓦功率的時(shí)候。因此，為了使發(fā)電機(jī)能夠處理所需功率上的這種大波峰，常規(guī)電力系統(tǒng)需要具有高額定值的發(fā)電機(jī)。遺憾的是，具有高額定值的發(fā)電機(jī)不僅比較低額定的發(fā)電機(jī)昂貴，而且它們也更大且更重。
[0003]一些最近的飛行器電力系統(tǒng)還包括用于移動(dòng)例如飛機(jī)表面的電致動(dòng)器負(fù)載(例如，方向舵)。預(yù)期飛行器上使用電致動(dòng)器在將來的飛行器設(shè)計(jì)中變得越來越常見。當(dāng)致動(dòng)器電動(dòng)機(jī)被指令停止時(shí)，電動(dòng)機(jī)減速。致動(dòng)器的減速生成動(dòng)能，該動(dòng)能被致動(dòng)器轉(zhuǎn)換成電能并返送回電力系統(tǒng)，及由此返回發(fā)電機(jī)。從這種恢復(fù)動(dòng)能得到的電功率稱為再生的功率。因此，由于發(fā)電機(jī)無法吸收此功率，所以利用電阻耗散從減速后的致動(dòng)器返回的動(dòng)能。這產(chǎn)生熱，并且因?yàn)檫@種熱未被利用，所以電阻產(chǎn)生的熱可能導(dǎo)致與飛行器上的冷卻系統(tǒng)有關(guān)的問題。
[0004]常規(guī)飛行器電力系統(tǒng)還包括兩個(gè)電池電源。作為引擎控制器的主儲(chǔ)能裝置的一個(gè)電池(例如，一次電池)和作為該一次電池的后備的二次電池。因此，在一次電池失效或耗盡的情況下，引擎控制器從二次電池汲取功率以便持續(xù)工作。但是，使用兩個(gè)電池作為冗余系統(tǒng)的一部分不僅增加飛行器的總重量，而且可能降低飛行器載送附加有效載荷的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)方面中，提供一種飛行器上用于在儲(chǔ)能裝置與電力系統(tǒng)之間傳遞功率的方法。該方法包括:確定電力系統(tǒng)需要的功率量，確定來自發(fā)電機(jī)的預(yù)定功率量，比較電力系統(tǒng)需要的功率與發(fā)電機(jī)的預(yù)定功率，以及基于該比較將功率從電力系統(tǒng)傳遞到儲(chǔ)能裝置或?qū)⒐β蕪膬?chǔ)能裝置傳遞到電力系統(tǒng)。
[0006]在另一個(gè)方面中，提供一種配置成在一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置與電力系統(tǒng)之間傳遞功率的飛行器電力系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括處理器，該處理器編程為確定電力系統(tǒng)需要的功率量，確定來自發(fā)電機(jī)的預(yù)定功率量，比較電力系統(tǒng)需要的功率與發(fā)電機(jī)的預(yù)定功率，以及基于該比較將功率從電力系統(tǒng)傳遞到一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置的至少一個(gè)或?qū)⒐β蕪囊粋€(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置的至少一個(gè)傳遞到電力系統(tǒng)。
[0007]在又一個(gè)方面中，提供一種配置成在一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置與電力系統(tǒng)之間傳遞功率的蓄電單元(EAU)。該EAU包括一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置和計(jì)算裝置。該計(jì)算裝置包括確定部件、比較部件和能量傳遞轉(zhuǎn)換器，確定部件用于確定電力系統(tǒng)需要的功率量以及可從一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置獲得的功率量，比較部件用于比較電力系統(tǒng)需要的功率與可從該一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置獲得的功率，而能量傳遞轉(zhuǎn)換器用于基于該比較將功率從電力系統(tǒng)傳遞到一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置的至少一個(gè)或?qū)⒐β蕪囊粋€(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置的至少一個(gè)傳遞到電力系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0008]圖1是飛行器電力系統(tǒng)的框圖。
[0009]圖2是用于在儲(chǔ)能裝置與電力系統(tǒng)之間傳遞功率的示范方法的流程圖。
[0010]圖3-5是雙向上/下轉(zhuǎn)換器蓄電單元的示意圖。
[0011]圖6是兩個(gè)雙向上/下轉(zhuǎn)換器內(nèi)的第一儲(chǔ)能裝置和第二儲(chǔ)能裝置的串聯(lián)連接的示意圖。
[0012]圖7是兩個(gè)雙向上/下轉(zhuǎn)換器內(nèi)的儲(chǔ)能裝置的并聯(lián)連接的示意圖。
[0013]圖8是三個(gè)雙向上/下轉(zhuǎn)換器內(nèi)的第一儲(chǔ)能裝置、第二儲(chǔ)能裝置和第三儲(chǔ)能裝置的混合并聯(lián)連接和串聯(lián)連接的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]圖1是飛行器電力系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100包括蓄電單元(EAU) 102，蓄電單元(EAU) 102包括例如多個(gè)能量源、多個(gè)能量傳遞轉(zhuǎn)換器，蓄電單元(EAU) 102向系統(tǒng)100供給補(bǔ)充功率以減少?gòu)陌l(fā)電機(jī)104需要的峰值功率量。由此，因?yàn)镋AU 102提供補(bǔ)充功率，所以從發(fā)電機(jī)104需要的功率量峰值減少到接近于平均飛行器功率負(fù)載134 (例如，60千瓦)的值。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，EAU 102采用一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置106以在功率波動(dòng)期間吸收和/或供給功率。一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置106能夠吸收減速之后從致動(dòng)器返回的動(dòng)能，所以無需在電阻中耗散此能量。因此，不同于負(fù)載釋放動(dòng)能而未利用該動(dòng)能的常規(guī)飛行器電力系統(tǒng)，EAU102捕獲動(dòng)能，并將該動(dòng)能存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置106中以便在稍后時(shí)間使用。在實(shí)施例中，EAU 102能夠?qū)崿F(xiàn)例如電池、電容器、超級(jí)電容器、或飛輪(fly wheel)的儲(chǔ)能技術(shù)的最優(yōu)組合，以便采用它們來提供將從一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置106提取和/或?qū)⒂梢粋€(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置106吸收的能量的最大量。而且，因?yàn)镋AU 102可以包括儲(chǔ)能裝置的組合，所以EAU 102能夠利用不同儲(chǔ)能技術(shù)所具有的不同優(yōu)點(diǎn)。例如，電池存儲(chǔ)大量能量以及它們的內(nèi)部電壓在充電或放電期間相對(duì)恒定，并且電池具有較大的內(nèi)電阻，尤其是在寒冷溫度下。電容器比電池更輕并且與電池相比可以在給定時(shí)間內(nèi)釋放更大量的能量。但是，電容器存儲(chǔ)的能量比電池少，并且不同于電池，在充電或放電時(shí)電容器的電壓顯著變化。因此，在本文描述的實(shí)施例中，在考慮如溫度、高度、電阻、功率存儲(chǔ)容量、重量、尺寸和波峰期間的給定瞬間或一定時(shí)間上需要供給的功率量時(shí)，將這兩種儲(chǔ)能技術(shù)的最佳特征組合是值得期待的。
[0016]再參考圖1，系統(tǒng)100還包括通信上耦合到EAU 102或位于EAU102之內(nèi)的計(jì)算裝置120。計(jì)算裝置120包括存儲(chǔ)器區(qū)域122、至少一個(gè)處理器124、能量傳遞轉(zhuǎn)換器132和用于向用戶顯示功率電平的顯示器126。雖然處理器124示出為與存儲(chǔ)器區(qū)域122分離，但是本發(fā)明的實(shí)施例可設(shè)想存儲(chǔ)器區(qū)域122可為板載處理器124，如一些嵌入式系統(tǒng)中的情況。在一實(shí)施例中，計(jì)算裝置120控制能量傳遞轉(zhuǎn)換器132，能量傳遞轉(zhuǎn)換器132又控制EAU102之內(nèi)的儲(chǔ)能裝置與飛行器電力系統(tǒng)100之間的功率流。計(jì)算裝置120僅是能夠結(jié)合本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的示范計(jì)算裝置的圖示，而在任何方式上均無意作為限制。而且，未示出本領(lǐng)域中公知的計(jì)算裝置120的外設(shè)或部件，但是這些外設(shè)或部件能夠結(jié)合設(shè)想的本發(fā)明的方面來操作。
[0017]存儲(chǔ)器區(qū)域122或其他計(jì)算機(jī)可讀媒體存儲(chǔ)用于確定、比較和傳遞功率的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行部件。示范部件包括但不限于確定部件128和比較部件130。
[0018]確定部件128配置成確定電力系統(tǒng)需要的功率的量(例如，電流)以及確定發(fā)電機(jī)104的預(yù)定功率，該預(yù)定功率通常是為選定的平均期間計(jì)算的平均負(fù)載功率加維持儲(chǔ)能裝置的平均充電狀態(tài)需要的功率。比較部件130配置成比較電力系統(tǒng)需要的功率與發(fā)電機(jī)的預(yù)定功率。能量傳遞轉(zhuǎn)換器132配置成基于該比較將功率從電力系統(tǒng)傳遞到一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置的至少一個(gè)或?qū)⒐β蕪囊粋€(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置的至少一個(gè)傳遞到電力系統(tǒng)。
[0019]在實(shí)施例中，通過執(zhí)行計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令或以其他方式編程將處理器124轉(zhuǎn)換成專用微處理器。例如，利用如圖2所示的指令對(duì)處理器124進(jìn)行編程。
[0020]現(xiàn)在參考圖2，其中示出用于在儲(chǔ)能裝置與電力系統(tǒng)之間傳遞功率的示范方法200的流程圖。在202處，確定電力系統(tǒng)負(fù)載(例如，致動(dòng)器負(fù)載)需要的功率量(例如，電流)。在204處，確定來自發(fā)電機(jī)的預(yù)定功率。在實(shí)施例中，儲(chǔ)能裝置是例如電池、電容器、超級(jí)電容器、或飛輪。在206處，