用于在飞行器电力系统与储能装置之间传递功率的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及在飞行器中传递电功率，更具体来说，涉及在蓄电单元(EAU)中的储能装置与电源系统之间传递功率。
【背景技术】
[0002]向飞行器电负载提供功率的常规飞行器电力系统可能存在多种缺陷。例如，常规飞行器电力系统需要使用发电机来为飞行器产生功率。当需要大脉动(large surge)功率时，可能需要这些发电机在波峰期间短时间段上供给非常大的功率量。例如，平均来说，飞行器电力系统可以从发电机汲取约60千瓦功率，但是可能存在电力系统在短时间段内需要从发电机获得130千瓦功率的时候。因此，为了使发电机能够处理所需功率上的这种大波峰，常规电力系统需要具有高额定值的发电机。遗憾的是，具有高额定值的发电机不仅比较低额定的发电机昂贵，而且它们也更大且更重。
[0003]一些最近的飞行器电力系统还包括用于移动例如飞机表面的电致动器负载(例如，方向舵)。预期飞行器上使用电致动器在将来的飞行器设计中变得越来越常见。当致动器电动机被指令停止时，电动机减速。致动器的减速生成动能，该动能被致动器转换成电能并返送回电力系统，及由此返回发电机。从这种恢复动能得到的电功率称为再生的功率。因此，由于发电机无法吸收此功率，所以利用电阻耗散从减速后的致动器返回的动能。这产生热，并且因为这种热未被利用，所以电阻产生的热可能导致与飞行器上的冷却系统有关的问题。
[0004]常规飞行器电力系统还包括两个电池电源。作为引擎控制器的主储能装置的一个电池(例如，一次电池)和作为该一次电池的后备的二次电池。因此，在一次电池失效或耗尽的情况下，引擎控制器从二次电池汲取功率以便持续工作。但是，使用两个电池作为冗余系统的一部分不仅增加飞行器的总重量，而且可能降低飞行器载送附加有效载荷的能力。
【发明内容】
[0005]在一个方面中，提供一种飞行器上用于在储能装置与电力系统之间传递功率的方法。该方法包括:确定电力系统需要的功率量，确定来自发电机的预定功率量，比较电力系统需要的功率与发电机的预定功率，以及基于该比较将功率从电力系统传递到储能装置或将功率从储能装置传递到电力系统。
[0006]在另一个方面中，提供一种配置成在一个或多个储能装置与电力系统之间传递功率的飞行器电力系统。该系统包括处理器，该处理器编程为确定电力系统需要的功率量，确定来自发电机的预定功率量，比较电力系统需要的功率与发电机的预定功率，以及基于该比较将功率从电力系统传递到一个或多个储能装置的至少一个或将功率从一个或多个储能装置的至少一个传递到电力系统。
[0007]在又一个方面中，提供一种配置成在一个或多个储能装置与电力系统之间传递功率的蓄电单元(EAU)。该EAU包括一个或多个储能装置和计算装置。该计算装置包括确定部件、比较部件和能量传递转换器，确定部件用于确定电力系统需要的功率量以及可从一个或多个储能装置获得的功率量，比较部件用于比较电力系统需要的功率与可从该一个或多个储能装置获得的功率，而能量传递转换器用于基于该比较将功率从电力系统传递到一个或多个储能装置的至少一个或将功率从一个或多个储能装置的至少一个传递到电力系统。
【附图说明】
[0008]图1是飞行器电力系统的框图。
[0009]图2是用于在储能装置与电力系统之间传递功率的示范方法的流程图。
[0010]图3-5是双向上/下转换器蓄电单元的示意图。
[0011]图6是两个双向上/下转换器内的第一储能装置和第二储能装置的串联连接的示意图。
[0012]图7是两个双向上/下转换器内的储能装置的并联连接的示意图。
[0013]图8是三个双向上/下转换器内的第一储能装置、第二储能装置和第三储能装置的混合并联连接和串联连接的示意图。
【具体实施方式】
[0014]图1是飞行器电力系统100的框图。系统100包括蓄电单元(EAU) 102，蓄电单元(EAU) 102包括例如多个能量源、多个能量传递转换器，蓄电单元(EAU) 102向系统100供给补充功率以减少从发电机104需要的峰值功率量。由此，因为EAU 102提供补充功率，所以从发电机104需要的功率量峰值减少到接近于平均飞行器功率负载134 (例如，60千瓦)的值。
[0015]在一个实施例中，EAU 102采用一个或多个储能装置106以在功率波动期间吸收和/或供给功率。一个或多个储能装置106能够吸收减速之后从致动器返回的动能，所以无需在电阻中耗散此能量。因此，不同于负载释放动能而未利用该动能的常规飞行器电力系统，EAU102捕获动能，并将该动能存储在一个或多个储能装置106中以便在稍后时间使用。在实施例中，EAU 102能够实现例如电池、电容器、超级电容器、或飞轮(fly wheel)的储能技术的最优组合，以便采用它们来提供将从一个或多个储能装置106提取和/或将由一个或多个储能装置106吸收的能量的最大量。而且，因为EAU 102可以包括储能装置的组合，所以EAU 102能够利用不同储能技术所具有的不同优点。例如，电池存储大量能量以及它们的内部电压在充电或放电期间相对恒定，并且电池具有较大的内电阻，尤其是在寒冷温度下。电容器比电池更轻并且与电池相比可以在给定时间内释放更大量的能量。但是，电容器存储的能量比电池少，并且不同于电池，在充电或放电时电容器的电压显著变化。因此，在本文描述的实施例中，在考虑如温度、高度、电阻、功率存储容量、重量、尺寸和波峰期间的给定瞬间或一定时间上需要供给的功率量时，将这两种储能技术的最佳特征组合是值得期待的。
[0016]再参考图1，系统100还包括通信上耦合到EAU 102或位于EAU102之内的计算装置120。计算装置120包括存储器区域122、至少一个处理器124、能量传递转换器132和用于向用户显示功率电平的显示器126。虽然处理器124示出为与存储器区域122分离，但是本发明的实施例可设想存储器区域122可为板载处理器124，如一些嵌入式系统中的情况。在一实施例中，计算装置120控制能量传递转换器132，能量传递转换器132又控制EAU102之内的储能装置与飞行器电力系统100之间的功率流。计算装置120仅是能够结合本发明的一个或多个实施例的示范计算装置的图示，而在任何方式上均无意作为限制。而且，未示出本领域中公知的计算装置120的外设或部件，但是这些外设或部件能够结合设想的本发明的方面来操作。
[0017]存储器区域122或其他计算机可读媒体存储用于确定、比较和传递功率的计算机可执行部件。示范部件包括但不限于确定部件128和比较部件130。
[0018]确定部件128配置成确定电力系统需要的功率的量(例如，电流)以及确定发电机104的预定功率，该预定功率通常是为选定的平均期间计算的平均负载功率加维持储能装置的平均充电状态需要的功率。比较部件130配置成比较电力系统需要的功率与发电机的预定功率。能量传递转换器132配置成基于该比较将功率从电力系统传递到一个或多个储能装置的至少一个或将功率从一个或多个储能装置的至少一个传递到电力系统。
[0019]在实施例中，通过执行计算机可执行指令或以其他方式编程将处理器124转换成专用微处理器。例如，利用如图2所示的指令对处理器124进行编程。
[0020]现在参考图2，其中示出用于在储能装置与电力系统之间传递功率的示范方法200的流程图。在202处，确定电力系统负载(例如，致动器负载)需要的功率量(例如，电流)。在204处，确定来自发电机的预定功率。在实施例中，储能装置是例如电池、电容器、超级电容器、或飞轮。在206处，