用于多功能燃料电池的飞机能量管理系统的制作方法_3

文档序号:9291880阅读:来源:国知局
系统506、510以及514产生近似0.33KW,从而产生1.0KW 的组合总数,以便满足需求。如果第一燃料电池系统506发生故障,则燃料电池集群管理设 备518可以控制第二燃料电池系统510和第三燃料电池系统514,使得每个燃料电池系统产 生0. 5KW,从而仍然产生1. 0KW的组合总数,以便满足需求。因为当在一致和较低的电力水 平下运行时,很多燃料电池系统以更高的效率运行,所以利用燃料电池集群中的多个燃料 电池系统以降低由每个燃料电池系统生成的电力水平还可以在满足组合的更大电力需求 时增加整体效率。
[0038] 电力网络500可以包括电存储设备,诸如电能存储设备504、520以及538。电能 存储设备的非限制性示例包括蓄电池、电容器、超级电容器以及其组合。单独的电存储设备 可以与单独的燃料电池系统关联(诸如唯一地与燃料电池系统528关联的电能存储设备 538),可以与多个燃料电池系统关联(诸如与燃料电池系统506、510以及514关联的电能 存储设备504),可以与单独的燃料电池集群关联(诸如仅与燃料电池集群502关联的电能 存储设备504),或者可以与多个燃料电池集群关联(诸如与燃料电池集群502和542两者 关联的电能存储设备520)。单独的燃料电池系统还可以与任何数目的电能存储设备关联, 包括零个(诸如燃料电池系统524)、一个(诸如唯一地与电能存储设备504关联的燃料电 池系统506)、或者多于一个(诸如与电能存储设备504和电能存储设备520两者关联的燃 料电池系统514)。
[0039] 由一个或者多个燃料电池系统生成的电力可以被存储在一个或者多个电能存储 设备中。作为说明性示例,第一燃料电池集群502可以为具有范围高达1KW的正常电力需 求的负载集群供电。每个燃料电池系统506、510和/或514可以能够在满运行容量下提供 1KW。燃料电池集群管理设备518可以控制每个电厂辅助设施508、512以及516,使得每个 燃料电池系统506、510以及514产生0. 4KW功率(即总计1. 2KW)。当负载需求达到其最 大值1KW时生成的盈余的0. 2KW可以被存储在电能存储设备504和/或电能存储设备520 中。存储的电力可以用于各种应用,包括但是不限于其中需求超过正常的1KW范围的情况、 其中燃料电池系统506、510和/或514中的任何一个发生故障的情况、或者作为用于其它 负载集群的附加电源。
[0040] 重叠的燃料电池集群522和542可以共享共同的燃料电池系统528。将共同的燃料 电池系统528包括在燃料电池集群522和542两者中可以允许燃料电池集群522或者542 选择性地利用共同的燃料电池系统528,诸如为了冗余度或者效率目的。在说明性示例中, 第四燃料电池系统524、第五燃料电池系统528以及第六燃料电池系统532均可以提供高 达1KW的电力,并且当产生0. 4KW时均是最高效的。如果第二燃料电池集群522经历0. 6KW 的需求,则第二燃料电池集群管理设备536可以控制电厂辅助设施526使得第四燃料电池 系统524产生0. 4KW(从而以最高效率运行第四燃料电池系统524),并且控制电厂辅助设 施530使得第五燃料电池系统528产生剩余的0. 2KW。如果第三燃料电池集群542接着经 历0. 7KW的需求,则第三燃料电池集群管理设备540可以控制电厂辅助设施534使得第六 燃料电池系统532产生0. 4KW(从而也以最高效率运行第六燃料电池系统532),并且控制电 厂辅助设施530使得第五燃料电池系统528产生附加的0. 3KW(即总计产生0. 5KW,以便满 足第二燃料电池集群522和第三燃料电池集群542两者的组合需求)。在一些方面中,第二 燃料电池集群管理设备536和第三燃料电池集群管理设备540可以与彼此通信(诸如经由 无线或者有线布置),并且可以操作第四、第五以及第六燃料电池系统524、528以及532以 便最大化整体效率。虽然在前述的说明性示例中每个燃料电池系统524、528以及532被描 述为提供高达相同量的电力,但是本文所公开的燃料电池系统可以具有不同的最大电力输 出。例如,在前述说明性示例的备选布置中,第四燃料电池系统524可以具有4KW的最大容 量,第五燃料电池系统528可以具有16KW的最大容量,而第六燃料电池系统532可以具有 8KW的最大容量。
[0041] 图5是示出了全局能量管理系统600的示例的图。全局能量管理系统600可以包 括经由电力线路604、614、622以及636连接到负载集群606、624以及638的燃料电池集群 602、618以及632。燃料电池集群602、618以及632可以相似于在图4中所描绘的燃料电 池集群502、522以及542,并且负载集群606、624以及638可以相似于在图3中所描绘的 负载集群402、418以及436。全局能量管理系统600还可以包括燃料电池集群负载管理设 备612、616以及628。燃料电池集群负载管理设备612、616以及628可以管理在燃料电池 集群602、618以及632和负载集群606、624以及638之间的电力和负载分配。例如,第一 燃料电池集群负载管理设备612可以经由电力和/或通信线路610和620连接在第一和第 二燃料电池集群602和618之间。第一燃料电池集群负载管理设备612可以确定针对第一 和第二燃料电池集群602和618的负载需求,并且据此分配来自第一和第二燃料电池集群 602和618的电力。以相似方式,第二燃料电池集群负载管理设备628可以经由电力和/或 通信线路626和634连接在第二和第三燃料电池集群618和632之间,以便确定负载需求 并且管理电力分配。同样地,第三燃料电池集群负载管理设备616可以经由电力和/或通 信线路608和630连接在第一和第三燃料电池集群602和632之间,以便确定负载需求并 且管理电力分配。燃料电池集群负载管理设备612、616以及628可以在彼此之间通信,诸 如通过无线通信布置或者以沿着线路610、620、626、634、630以及638的循环。在一些方面 中,燃料电池集群负载管理设备612、616以及628可以控制燃料电池集群602、618以及632 以调整所产生的电力的量。虽然在图5中描绘了多个燃料电池集群负载管理设备612、616 以及628,但是在一些方面中,单个燃料电池集群负载管理设备可以控制整个全局能量管理 系统600。
[0042] 全局能量管理系统600可以被布置为,使得来自任何燃料电池集群602、618、632 的电力可以被引导到任何负载集群606、624或者638。使用这种配置,如果第二燃料电池集 群618和第三燃料电池集群632发生故障,则来自第一燃料电池集群602的电力可以经由 电力线路604被引导到第一负载集群606,经由线路610、620以及622被引导到第二负载集 群624,并且经由线路610、620、626、634以及636被引导到第三负载集群638。在一些方面 中,全局能量管理系统600的部件(诸如燃料电池集群负载管理设备612)可以启动和/或 控制附加的电源(诸如上面关于图2所描述的APU304和/或引擎发电机302、308)以便 补充来自燃料电池集群的电力产生,诸如当来自燃料电池集群602、618、632的电力产生不 足以充分服务或者满足来自飞机中的各种负载集群606、624或者638的需求时。
[0043] 在一些情况下,诸如如果燃料电池集群602、618或者632中的一个或者多个发生 故障,则系统600中对电力的需求可能超过电力的供应。在这种情况下,燃料电池集群负载 管理设备612、616或者628中的一个或者多个可以为负载集群之间的电力分配确定优先级 (prioritize)。在一些方面中,可以基于诸如地面、起飞、巡航或者着陆之类的飞行阶段为 负载确定优先级。作为说明性示例,可以假设一个场景,其中第二燃料电池集群618和第三 燃料电池集群632已经发生故障,第一燃料电池集群602可以产生1KW,并且每个负载集群 606、624、638具有1KW的需求。在总负载需求(3KW)超过总电力供应(1KW)的情况下,燃料 电池集群负载管理设备612确定哪个负载集群606、624、638将首先接收电力和以多少量接 收电力。例如,在地面飞行阶段中,乘客可能期望饮料而还没有准备用餐。因此,与热水器 和/或配出器(dispenser)关联的负载集群可以收到比与用于暖食物的烤箱关联的负载集 群更高的优先级。这一优先级确定和分配可以在后台发生,而无需机组人员干预。例如,一 个或者多个资源管理设备(下面关于图9的讨论描述了资源管理设备的示例)可以根据对 应于飞机的各种飞行阶段的需求变化自动地管理和调整优先级。在一些附加或者备选方面 中,可以提供接口以便允许机组人员调整和/或查看分配优先级。
[0044] 图6是示出了全局资源管理系统700的另一示例的图。在一些方面中,可以针对 除电力之外的其它资源管理燃料电池集群。例如,由第一燃料电池集群702中的燃料电池 系统718产生的0DA 708、水712、热量716以及电力720可以用于满足飞机中的各种负载。 如上面关于图2至图5所描述的,可以利用所生成的电力720满足来自各种集群负载722的 需求。0DA 708可以被引导到燃料箱704以用于减少其中的燃烧风险和/或被引导到惰性 隔间706以用于卫生目的。水712可以被路由到水箱710以用于在厨房、厕所等中的后续使 用。在一些方面中,水可以在后续使用之前被矿化和/或净化。用于净化燃料电池产物的飞 机系统的示例性但非限制性示例公开在2013年6月27日提交的题为"MICR0BI0L0GICALLY PROTECTED FUEL CELL"的No. PCT/US2013/048188国际专利申请(申请人文件参考编号 875244)中,由此其全部公开内容通过引用的方式并入于此。热量716可以被引导到一个或 者多个热量负载。热量负载714的非限制性示例包括饮品加热装置、淋浴器水加热装置、洗 手水加热装置、烤箱、吸收式制冷机、座椅取暖器以及机翼去冰。可以增加第一燃料电池集 群702的运行以便产生这些资源中的任何资源,以便满足对于
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