用于多功能燃料电池的飞机能量管理系统的制作方法
【专利说明】用于多功能燃料电池的飞机能量管理系统
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求2013年 1 月 15 日提交的题为"AIRCRAFTENERGYMANAGEMENTSYSTEM BASEDONMULTIFUNCTIONALFUELCELLS" 的No. 61/752, 586 美国临时申请（代理人案号 No. 41052/203008 或者 93358/863372)和 2013 年 1 月 17 日提交的题为"AIRCRAFTENERGY MANAGEMENTSYSTEMBASEONMULTIFUNCTIONALFUELCELLS"的No. 61/753, 548美国临时 申请（代理人案号No. 93358或者93358/863804)的权益，由此它们的全部公开内容通过引 用的方式并入于此。
【背景技术】
[0003] 大量的人每天经由飞机、火车、公交车以及其它商用载具旅行。这种商用载具通常 配备有对于乘客舒适性和满意度重要的部件。例如，商用客机可以具有餐饮装备、供热/供 冷系统、厕所、热水器、电动座椅、乘客娱乐单元、照明系统以及其它部件。飞机上的这些部 件中的一些需要电力用于它们的启动。虽然这些部件中的很多与用于运行飞机实际上所需 要的电部件（即导航系统、油量表、飞行控制以及液压系统）分离，对于这些部件的持续关 注是其能量消耗。通常，这种系统需要相比于可以从飞机引擎的驱动发电机所抽取的而言 更多的电力，从而需要附加的电源，诸如燃油的辅助电力单元（APU)(或者如果飞机尚未在 飞行中，通过地面电力单元）。来自这些电源的能量可能需要行进长距离到达消耗电力的部 件，从而导致传输期间的电力损耗和电力系统的整体效率的降低。总的能量消耗也可能相 当大，尤其对于具有数百名乘客的长途飞行而言，并且可能需要大量的化石燃料用于运行。 此外，飞机电力的使用通常产生噪音和C02排放，从而期望这两者均减少。
[0004] 相对新的燃料电池系统技术提供了有希望更清洁和更安静的手段以用于补充商 用飞机上已有的能量源。燃料电池系统通过将液态、气态或者固态氢的燃料源与诸如空气 中的氧、压缩氧或者化学氧生成之类的氧源化合，产生作为主产物的电能。燃料电池系统具 有除电力之外的若干输出，并且这些其它输出通常不被利用并且因此变成废物。例如，热力 (热量）、水以及贫氧空气（0DA)作为副产物产生。这些副产物与来自现有飞机电力生成过 程的〇)2排放相比害处小得多。
[0005] 此外，消耗电力的部件的需求可能在整个飞行持续时间期间大幅变化。需求的变 化可能难以预测。对电力需求的变化还可能引起对电力的需求与所产生的电力的量相差很 大，这可能引起进一步的低效率和/或以其它方式负面地影响消耗电力的部件的运行。因 此，期望的是可以被实现用于提供对电力产生和使用的更佳控制的系统，以便改善效率和 飞机上部件的运行寿命。
【发明内容】
[0006] 下文呈现了对本发明的一些实施例的简要总结，以便于提供对本发明的基本理 解。这一总结不是对本发明的全面概述。其不旨在标识本发明的关键/决定性元素或者描 绘本发明的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本发明的一些实施例，作为对后面呈现 的更详细描述的前序。
[0007] 作为示例实施例，所公开的是飞机资源管理系统。该飞机资源管理系统可以包括 一个或者多个燃料电池集群、一个或者多个负载集群、以及一个或者多个资源管理设备。每 个燃料电池集群可以包括一个或者多个燃料电池系统，该一个或者多个燃料电池系统被配 置为接收包括氢的氢输入、接收包括具有初始氧含量的流体的氧输入、并且转换氢输入和 氧输入以便产出若干产物。产物可以包含包括水的水产物、包括热量的热量产物、包括具有 低于初始氧含量的第二氧含量的流体的贫氧产物、以及包括电力的电产物。每个负载集群 可以包括至少一个负载，该至少一个负载被配置为利用来自（多个）燃料电池集群中的一 个或者多个燃料电池集群的至少一种产物。一个或者多个资源管理设备可以集体被配置为 执行某些操作。操作可以包括将一个或者多个负载集群的需求水平与一个或者多个燃料电 池集群的供应水平进行比较。需求水平和供应水平可以对应于一个或者多个燃料电池集群 的产物中的至少一种产物的集。操作还可以包括至少部分地基于需求水平与供应水平的比 较，来指示调整或者保持一个或者多个燃料电池集群的一个或者多个燃料电池系统的运行 水平。
[0008] 在进一步的示例实施例中，提供了用于操作飞机资源管理系统的方法。方法可以 包括提供包括至少一个燃料电池系统的燃料电池集群并且提供包括被配置为利用来自燃 料电池集群的至少一种产物的至少一个负载的负载集群。方法还可以包括将负载集群的需 求水平与燃料电池集群的供应水平进行比较。需求水平和供应水平可以对应于燃料电池集 群的产物中的至少一种产物的集。方法还可以包括至少部分地基于需求水平与供应水平的 比较，来调整或者保持燃料电池集群的至少一个燃料电池系统的运行水平。
[0009] 为了更加全面地理解本发明的本质和优势，应该参照随后的【具体实施方式】和附 图。
【附图说明】
[0010] 说明书参照了以下附图，其中不同图中的相同附图标记的使用旨在图示相同或者 相似的部件。
[0011] 图1是示出了根据某些实施例的燃料电池系统的输入和输出以及可以如何使用 输出的非限制性示例的图。
[0012] 图2是示出了根据某些实施例的用于飞机的电力网络的示例的图。
[0013] 图3是示出了根据某些实施例的具有负载集群的电力网络的示例的图。
[0014] 图4是示出了根据某些实施例的具有燃料电池集群的电力网络的示例的图。
[0015] 图5是示出了根据某些实施例的全局能量管理系统的示例的图表。
[0016] 图6是示出了根据某些实施例的全局资源管理系统的另一示例的图。
[0017] 图7是示出了根据某些实施例的用于水电解的过剩电力的使用的图。
[0018] 图8是示出了根据某些实施例的具有催化燃烧器（catalyticburner)的热网络 的图。
[0019] 图9是根据某些实施例的计算机装置的图。
[0020] 图10是示出了根据某些实施例的用于管理飞机上的资源的方法的简化流程图。
【具体实施方式】
[0021] 在以下描述中，将描述本发明的各种实施例。为了解释性目的，陈述了特定配置和 细节，以便于提供对实施例的透彻理解。然而，还将对于本领域技术人员来说明显的是，可 以实践本发明而无这些特定细节。此外，可能省略或者简化了众所周知的特征，以便于不会 使得所描述的实施例模糊不清。
[0022] 本文所公开的是用于管理与在飞机上用作电源的燃料电池系统关联的资源（例 如输出和/或输入）的系统和过程。例如，将燃料电池系统和/或与燃料电池系统关联的 负载组织成集群可以便于资源产生和/或消耗的管理或者优化。作为说明性示例，燃料电 池系统的集群或者集群中的燃料电池系统子集可以选择性地运行为产生与飞机中的负载 所需求的资源水平相关的资源水平，从而通过减少未被使用的所产生的资源的量来改善效 率。虽然关于在飞机中的使用在本文中讨论了这种燃料电池技术，但是其绝不限于此并且 可以被用于公交车、火车、航天器、或者装备有燃料电池系统的其它形式的运输工具中。 [0023] 燃料电池系统是从涉及氢或者其它燃料源和富氧气体（例如空气）的化学反应将 化学能转换为电能的设备。如图1所示，燃料电池系统100将氢或者另一燃料源输入110 与氧输入120化合，以生成电能（电力）160。连同所生成的电能160,燃料电池系统100产 生作为副产物的水170、热力（热量）150、以及贫氧空气（0DA) 140。如图1进一步示出的 那样，燃料电池输出产物电能160、热量150、水170以及0DA140中的一些或者所有可以 用于运行飞机上的系统，诸如但是不限于飞机上的厕所182或者厨房184系统。输出产物 可以附加地和/或备选地被路由到其它区域以便在这种输出产物有用处的地方使用，包括 但是不限于路由到飞机机翼用于防冰，路由到淋浴器、乘客座舱、乘客座椅和/或燃料箱。 一种或者多于一种输出产物可以被利用于任何给定位置，并且任何给定输出产物可以被利 用于一个或者多个位置。利用燃料电池输出产物的飞机系统的示例性但非限制性示例公 开在 2013年 3 月 13 日提交的题为"FUELCELLSYSTEMPOWEREDLAVATORY" 的No.PCT/ US13/030638国际专利申请（申请人文件参考编号862890)和2013年3月13日提交的题 为"POWERMANAGEMENTFORGALLEYWITHFUELCELL"的No.PCT/IB2013/052004 国际专利 申请（申请人文件参考编号862904)中，由此它们的全部公开内容通过引用的方式并入于 此。
[0024] 可以使用任何合适的燃料电池系统100,包括但是不限于质子交换膜燃料电池 (PEMFC)、固体氧化物燃料电池（S0FC)、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC)、直接甲醇燃料电池 (DMFC)、碱性燃料电池（AFC)或者磷酸燃料电池（PAFC)。还可以使用包括但是不限于混合 解决方案的任何其它现有或者未来燃料电池系统技术。资源消耗和产生的量和/或比例可 以根据所利用的燃料电池系统1〇〇的尺寸、类型和/或标定（calibration)而变化，并且因 此，本文所描述的资源产生或者消耗的特定示例不应被解释为限制本公开。
[0025] 用于乘客舒适性的各种系统可以需求变化量的与燃料电池系统100关联的这些 资源。因此，分立的乘客舒适性系统（或者这种系统的单独部件）可以被视为飞机的整体 基础设施内的负载。例如，在一个方面中，用于乘客座椅的顶灯可以被认为是需求电力的负 载，而在另一方面中，包括用于乘客座椅的所有顶灯的照明系统可以被认为是具有整体电 力需求的单个负载。作为另一示例，在一个方面中，用于厕所的洗手水龙头可以是需求水和 热能的