專利名稱：用于飛行器的能量緩沖設備的制作方法
用于飛行器的能量緩沖設備
本申請要求了 2005年1月19日提交的美國臨時專利申請?zhí)?0/644， 914和2005年1月19日提交的德國專利申請?zhí)?0 2005 002 545.5的優(yōu)先 權，它們的公開內容通過引用結合于此。
本發(fā)明涉及飛行器中的能量供給。具體而言，本發(fā)明涉及一種用于向 飛行器中的消耗設0給能量的能量緩沖設備。此外，本發(fā)明涉及一種用 于飛行器的電系統(tǒng)以及電力電容器的使用。
目前，當在飛行器工程中確定發(fā)電機(generator),電流分配器和電 線的v^度時，主要根據(jù)所連接的電消耗J殳備的最大電流-功率需求來確定 尺度。這意味著用于向飛行器供應電流的發(fā)電機、電流分配器和電線的尺 度被確定為使得如果同時需要的話，飛行器上存在的所有電設備可被供給 最大電流-功率需求。
在這種布置中，考慮了總峰值電流消耗之和。例如，電流分配網(wǎng)絡的 KJL被確定為使得提供各個設備的峰值電流的同時攝取，盡管這種同時攝 取的概率是低的。因此，不利地，在這種用于飛行器的電系統(tǒng)的設計中， 考慮了不使用的過容量，這4吏得飛行器的生產成本增加。
借助于智能控制系統(tǒng)，^L據(jù)指定的邏輯，消耗設備可劃分為諸優(yōu)先級 并且可^L4t當時的發(fā)電機負荷以及飛行階段而接通或關斷。例如，當裝栽 或登上飛行器時，較為重要的是例如信息標牌的照明設備或提升設備的驅 動器^L接通，而在飛行期間，需要電流來操作例如為^J1加熱食品的微波 爐或自動咖啡機。盡管在確定電流分配系統(tǒng)的尺度時將這些電設備劃分為 諸優(yōu)先級使得可能解決特定設備級的同時使用，然而這不避免基于各個設 備的峰值負荷需求而進行的尺度確定。
很多電消耗設備常常僅暫時接通，例如用于小車(trolley)提升的提 升驅動器或者例如用于箱拒或帽架箱拒的電提升驅動器。這種消耗i殳備的 接通持續(xù)時間的范圍常常是僅幾秒到幾分鐘。如果這種設備的分配例如借 助于上述優(yōu)先級來進行，則有可能不能在需要時啟動消耗設備，因為在此
特定飛行階段中，未提供該消耗設備的啟動。
本發(fā)明的一個目的是在飛行器中提供有能力的且高效的能量供給。 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，上述目的可以借助于一種用于向飛行器中
的消耗設M給能量的能量緩沖設備來實現(xiàn)。該能量緩沖設備包括至少 一個能量存儲設備、能量饋送設備、能量供給單元，其中，能量存^i更備 被設計成以電場存儲第一能量。能量饋送設備將第一能量饋送到能量存儲 設備，且能量供^i更備被設計成從能量存^i更備提取第二能量并且將所述 能量饋送到消耗設備。在這種布置中，與能量饋送i更備相比，能量供^i更 M對較高功率而設計。
以此方式，可以避免電系統(tǒng)中或飛行器上網(wǎng)絡中的電流峰值。在這種 布置中，能量饋送設備和能量供^i殳備的設計(該設計不同于功率的觀點) 考慮了與例如能量供給的情況相比，能量存^i殳備中的能量存儲和能量消 耗可以以較小的功率進行。例如，飛行器的飛行器上能量供給可以借助于 發(fā)電機來提供。
如果能量存儲i殳備是電存儲設備，那么，在相同電壓的情況下，到能 量存儲設備中的低功率輸入意味著存在小的充電電流。對于小的充電電 流，用于傳輸充電電流的可能的線系統(tǒng)可具有較小的橫截面。以此方式， 可以減小飛行器的重量。
另一方面，可能需務使來自存#^更備的功率暫時地高。為此目的，必 須將線系統(tǒng)的尺度確定為相應的大，具有大橫截面。如果能量存^i殳備盡 可能靠近消耗設備而定位，則整個功率線的重量可得以減小，因為只有一 些線必須具有大的橫截面。
通常，消耗設備睹助于相應大凡復的線直接連接到發(fā)電機。這些線具 有相應大的尺度，以暫時提供與大功率相應的大電流。因此，線系統(tǒng)可能 變得沉重。如果能量存^i殳備非?？拷脑O備而布置，則可以在相應較 長的時間內使能量存^i殳備載有小電流。以此方式，線系統(tǒng)的^>1可以被 確定為與小電流對應。然而，當取電流時，為了能夠借助于相應大尺度的 線來傳輸相應大的功率，需要相應大的電流。
然而，通it^目應地非?？拷脑O備而定位能量存^i殳備，可以縮短 需要具有大尺度的線段的長度。以此方式，可以基于線所要求的材料的減 少來優(yōu)化重量。
在長的時間段內有效的低功率可以與在短的時間段內有效的高功率 傳輸相同的能量。電消耗設備常常僅短時間接通。僅短時間接通的消耗設 備的實例是用于小車提升器的提升驅動器或者用于箱柜或帽架的提升驅 動器。
在飛行器中，帽架用于頭上行李存放。為了更容易操作這些帽架，可 以借助于如伺服電動機那樣工作的電提升驅動器來操作這些帽架，從而使
*^更容易裝栽或關閉帽架、提升驅動器由于其換:供關閉箱拒所需的力的 一部分而支持帽架的4吏用者。為提供此支持，可能需JH^時間的高功率。
通常，此所需的所有能量可取自能量存^i更備，而無需首先將負荷加 到發(fā)電機上。在能量被提取之前，能量存儲設備可借助于發(fā)電機來被充電。 這種充電可以以小電流在相應長的時間段內進行。因此可以操作被連接的 電消耗設備，而類似地無需將負荷加到發(fā)電機上或飛行器上網(wǎng)絡上。
從能量存^i殳備4^取功率，能量存儲設備被布置成非常靠近消耗設備 而^t并定位。提取與"按需供電(power on demand)"類似地進行。 在例如帽架的消耗設備工作之后，通常，有足夠的時間可用來借助于小電 流來給能量存儲設備補充能量。由于在此期間，僅有來自飛行器上網(wǎng)絡的 低的最大電流消耗發(fā)生，朝H^地用于對能量存儲設備充電，所以可以防止 飛行器上網(wǎng)絡中的電壓峰值或電流峰值。電消耗設備的工作可以周期地或 偶發(fā)地進行；然而，大部分時間，可以排他M能量存儲設^^提供功率需 求.
因為排他地從能量存儲系統(tǒng)向消耗設M給功率，所以可以在飛行器 中4吏用更簡單的功率管理，或者可以減輕飛行器的功率管理，因為不需要 諸如優(yōu)先級分配的消耗設備的任何分配。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，可以在時間上獨立于笫一能量的供給而提 取第二能量。
在時間上獨立于饋送或供給能量使得當確定飛行器的電流系統(tǒng)的尺 度時，與能量供給設備的情況相比，能量饋送設備可以針對較小的功率而 i殳計。由于饋送和拾取在時間上獨立，所以可以考慮統(tǒng)計^。換句話說， 這意味著例如消耗設備的工作必須以短的時間所需的峰值功率進行短的 時間，而此后存在長的不使用暫停。此長的不使用暫?？捎糜谥匦聦δ芰?存^i殳備充電?？捎糜趯δ芰看鎊i殳備充電的時間段比用于放電的時間段 長，所以，與例如能量供給設備的情況相比，能量饋送設備必須針對較小
的功率需求而確定尺度。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，闡述了一種能量緩沖設備，其能量存儲設 備具有低電阻。
例如，低電阻的范圍可以是0.001歐姆到例如0.002歐姆。為了向消 耗設備提供大功率，可能需JM吏能量存^i殳備提供大電流。如果在此布置 中，能量存儲設備具有大電阻，那么所存儲能量的一大部分被釋放到電阻 上。
具有低電阻的能量存^i殳R得可以向消耗設備提供大功率。以此方 式，可以高效地在短的時間段內提M長的時間段內饋送到能量存^i更備 的低功率，作為具有小耗散功率的高服務輸出.對于高電阻會轉化成熱的 耗散功率由此被最小化。功率的轉化和能量的存儲可由此以小的損耗來進 行。
低內部電阻使得能量存儲設備能夠處理大電流，并由此使得可以獨立 于飛行器上網(wǎng)絡、以W始電i^連續(xù)電流來操作消耗設備。仍以此方式， 通過存儲或緩沖峰值需求，最大需求的發(fā)電機性能被降低。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，闡述了一種能量緩沖設備，其能量存儲設 備是電容器。
電容器可與低服務強度相關聯(lián)，與電池或蓄電池相比(它們二者都具 有大約1,000個充電周期的短服務壽命)，電容器具有大約500,000個充電 周期。長服務壽命意味著由于服務工作而導致較短的停工時間。例如，電 容器不必如電池或蓄電池那樣頻繁地更換。
與蓄電池或電池相比，電容器或電力電容器由于它們的小尺寸而提供 改進的安裝選項。電容器非?？煽?，并因此可用于重要系統(tǒng)。由于電容器 具有小的自放電，所以它們適^ft為例如具有短的工作持續(xù)時間的消耗設 備的備用電壓源。電容器由此也可在能量緩沖設備中使用，以在供給到飛 行器上系統(tǒng)的電流中斷時進行接管。例如，以此方式，縱使發(fā)電機失效， 也可以維持飛行器上計算機或飛行器上系統(tǒng)的工作，同樣亦可以維持不間 斷電源(UPS)的工作。
通過擴展被連接的消耗設備在電源或電壓源失效情況下的可工作性， 可以改進飛行器上的安全性。類似地，電容器也可以替換用于例如機槍中
的應急照明設備的各種系統(tǒng)的蓄電池工作的應急功率供給單元(EPSU)。 由于電容器或存儲電容器的輕的固有重量，甚至在非常靠近消耗設備
的本地安裝的情況下，與例如EPSU相比也可實現(xiàn)重量優(yōu)點。電容器的輕 的固有重量在飛行器設計中產生了可能的額外重量節(jié)省。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，能量緩沖設備可以被設計成向小車提升器 或帽架箱拒的提升設備洪給能量。常常地，用于小車提升器的提升驅動器 或用于箱拒的提升驅動器僅短時間接通。這種消耗設備的接通持續(xù)時間的 范圍常常僅是幾秒鐘到幾分鐘。
如果這種設備直接連接到飛行器上電源的發(fā)電機，那么，在確U電 機或電流系統(tǒng)的尺度時將必須考慮這種設備的暫時高的峰值負荷需求。然 而，依情況而定，所有消耗設備不必同時可獲得能量。根據(jù)本發(fā)明的能量 緩沖設備、尤其是電力電容器的使用使得可以簡化或減輕飛行器的功率管 理。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，闡述了用于飛行器的電系統(tǒng)，該電系統(tǒng)使 得可以借助于能量緩沖設備來向消耗設M電，并且以此方式防止該電系 統(tǒng)中電流J^值的發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，闡述了 一種用于在飛行器中緩沖能量的電 力電容器的使用。電力電容器具有非常小的內部電阻，所以，它能夠處理 大電流。因此，它可以在短時間段內提供相對大的電流。由于電容器、電 力電容器或存儲電容器的輕的固有重量，甚至在本地安裝(即非常靠近消 耗i殳備而^L)的情況下，與蓄電池、電池或EPSU相比也可以實現(xiàn)重量 優(yōu)點。電容器由于其低自身放電而可以用作例如計算機系統(tǒng)的存儲設備或 緩沖器。類似地，由于基于電容器較輕固有重量的電消耗設備(例如電磁 閥)的較大去耦合，還可以實現(xiàn)EMC區(qū)域的改進。負荷出現(xiàn)在消耗設備 和電容器之間的^ft位置，而在不使用電容器的情況下，所有負荷將作用 在發(fā)電機上，其結果是EMC負荷將增大。
下面，參考下面的附圖描i^發(fā)明的示范實施例
圖l示出了根據(jù)本發(fā)明的能量緩沖設備的實施例的框圖。
圖2示出了在用于飛行器的電系統(tǒng)中的根據(jù)本發(fā)明的能量緩沖設備 的使用。
在圖l和圖2的下列描述中，相同的標號用于相同的或對應的元件。


圖1示出了杉L據(jù)本發(fā)明的用于飛行器的電系統(tǒng)的實施例的框圖。該圖
示出了向電消耗設備14供給功率的發(fā)電機2。在短的時間段，高功率12 P。ut被供給到電消耗設備14。在圖1中，此高功率用粗箭頭12表示。與 被提供到消耗設備14的高功率12相對應，相關聯(lián)的能量供給單元也將被 設計成處理增大的功率。
電消耗設備14例如是用于M、年提亓器"提升驅動器或用于帽架箱拒 的提升驅動器。帽架箱^例如是客搶中的頭上箱拒。為便于裝栽行李，可 以借助于提升驅動器將帽架箱拒降低到大約乘客的眼睛高度。在裝栽行李 之后，帽架箱拒被提升，以便向#^供較好的頭上空隙。為了提升帽架 箱柜，電動M附裝到帽架箱拒上的提升設備，該電動機以伺服電動機的 方式來減小或完全提供關閉帽架箱拒所需的力。單獨的提升設備可以提升 高達60^>斤。
在提升的短暫片刻期間，此短期提升需要相應的力。在機電換能器的 情況下，此力與大電流或相應高的電功率相對應。借助于能量供給設備 12，該高功率又可以從能量存^i殳備10提取。在能量存儲設備IO中相應 高的充電或者相應短的提升持續(xù)時間和能量提取時間的情況下，提升所需 的所有能量或功率可以從能量存^i殳備10提取。這意味著由于所提取 的能量，發(fā)電機2最初不承受負荷或者僅輕m承受負荷。
在從能量存^i殳備10提取能量之后，在能量存^i殳備10中，所提取 的能量需要被償還。為此，能量從發(fā)電機2或從飛行器上網(wǎng)絡提取。然而， 有較長的時段可用于提取能量。用于對能量存^i殳備10充電的時間段比 用于從能量存儲設備10提取能量的時段長。由此可能發(fā)生的是，例如， 必須在10秒的時段內提取200瓦的功率P。ut12。為此，該能量存^i更備 必須占據(jù)大約2000瓦秒的容量。發(fā)電機可以以充電功率Peharge8提供此能 量。例如，以此方式，可以在1000秒的時間段提供2瓦，以對能量存儲 設備10充電。饋送線系統(tǒng)8或能量饋送設備4可包括相應細的線。
在圖1中，能量饋送設備4包括充電電子裝置模塊6，該模塊控制充 電或饋送到能量存儲設備10的功率。在這種布置中，功率Pin 20從發(fā)電 ^41取。充電電子裝置模塊6借助于饋送線8 P^^將此Pin 20提供到能 量存儲設備。充電電子裝置模塊6根據(jù)能量存^i殳備10的充電狀態(tài)來控 制所供給的功率的范圍。
由此可以實現(xiàn)這樣的情況，其中，發(fā)電機2不必在短的時間段內提供 相應高的功率，高輸出功率P。utl2就被提供到電消耗設備14。以此方式，
與能量供^i殳備12的情況相比，能量饋送設備4可以針對較小的功率而 確定尺度。
能量存^i殳備10可以非?？拷娤脑O備14而布置。以此方式，可 以實現(xiàn)這樣的布置，其中，僅必須在短距離提供用于能量供^i殳備12的 粗線。
大部分時間僅短時間段接通的電消耗設備的自給自足的工作可以被 維持。由于能量存儲設備10的緩沖器效應，圖l中所示的布置可用于在 電壓擊穿的情況下存儲能量.如果電消耗設備14例如是計算機系統(tǒng)，那 么，在電壓擊穿的情況下，仍然可維持計算機工作，盡管發(fā)電機2不再能 夠提供能量。
電力電容器的緊湊布置以及電力電容器所需的適度控制努力使得可 以對于現(xiàn)有的線網(wǎng)絡容易地更新電力電容器。任何EPSU或蓄電池的調換 可以容易地進行。
圖2示出了在用于飛行器的電系統(tǒng)中的根據(jù)本發(fā)明的能量緩沖i殳備 的使用。圖2示出了被設計成向若干電消耗設備16供電的饋送線系統(tǒng)或 能量饋送設備4。該圖示出了電消耗設備16，在每種情況下都是三個成組。 例如，消耗設備16可以是用于帽架箱柜的提升驅動器。在Airbus A 380 的情況下，可設想使用118個這種提升驅動器。
借助于能量供^i殳備12，每個三個帽架箱拒的組連接到能量存^i殳 備10。圖2示出了能量存儲設備10非常靠近消耗設備16而定位。以此 方式，能量供^i殳備12可以被保持為相應的短。能量供^&備12針對高 功率而設計，這是為什么能量供^H殳備12的線具有相應大的線橫截面的 原因。然而，粗線還意味著材料需求的增大或重量的增大。由于此原因， 為了減小飛行器中的電系統(tǒng)的總體重量，進行了使用最小可能數(shù)目的線并 且使它們保持短而粗的嘗試。
借助于能量供^i殳備4，能量存^i殳備10連接到發(fā)電機2。能量饋送 線或能量饋送設備4相應的較長。然而，能量饋送設備4必須針對較低功 率而優(yōu)化。以此方式，線橫截面可以保持相應的小，使得可以減小線系統(tǒng) 的重量。
由于能量存^i殳備10的緩沖器效應，在消耗設備16的短期工作期間， 電流的提取不直接將負荷加到發(fā)電機2上。由于電流的提取在相應長的時 間間隔內發(fā)生，所以可以在較長的時間段內以較低功率對能量存儲設備10充電。而且，不是所有消耗設備同時提取功率。因此，能量存儲設備 10不同時都^盡。借助于通過消耗設備16和發(fā)電機2之間的能量存儲 設備、電力電容器M沖能量，可發(fā)生經由系統(tǒng)的能量的改進分布。電系 統(tǒng)或能量饋送設備4不需要被設計成處理整個潛在可能的峰值功率負荷。 而且，電力電容器或存禍S殳備10的使用使得可以避免借助于優(yōu)先級控制 系統(tǒng)來在特定飛行階段有目標地關斷消耗設備。由于此原因，在飛行的整 個持續(xù)時間期間，消耗設備可以是可用的。
電容器可以在充足的時間段內，例如當飛行器處于停放位置時被充 電，并且少量能量來自飛行器上網(wǎng)絡。隨后，可以在不將負荷加到飛行器 上網(wǎng)絡上的情況下操作被連接的電消耗設備，類似于"按需供電"。能夠 處理大電流并且具有小的自放電的電力電容器的工作可以以類似免維護 的方式進行。電力電容器也可以替換例如用于飛行器中的應急照明裝置的 蓄電池、電池或EPSU.因為電力電容器與相當?shù)男铍姵鼗螂姵叵啾染哂?較輕的重量，所以電力電容器也可對飛行器的重量減小有貢獻。
除了向用于帽架箱根的提升驅動器供給功率之外，發(fā)電機2或飛行器 上網(wǎng)絡2還可用來向其他消耗設M給能量。在圖2中，這由未更詳細標 明的線18表示。
另外，應當指出，"包括》不排除其他元件或步驟，且"一"或"一 個"不排除復數(shù)，而且，應當指出，參考上述實施例之一描述的特征或步 驟也可以與上述其他實施例的其他特征或步UM目組合使用。權利要求中的 標號不應解釋為限定。
權利要求
1.一種用于向飛行器中的消耗設備供給能量的能量緩沖設備，包括至少一個能量存儲設備(10)；能量饋送設備(4)；能量供給設備(12)；其中，所述能量存儲設備(10)被設計成以電場存儲第一能量；其中，所述能量饋送設備(4)被設計成將所述第一能量饋送到所述能量存儲設備(10)；其中，所述能量供給設備(12)被設計成從所述能量存儲設備(10)提取第二能量并且將所述第二能量饋送到消耗設備(14)；并且其中，與所述能量饋送設備相比，所述能量供給設備(12)針對較高功率而設計。
2. 如權利要求l所述的能量緩沖設備，其中 可以在時間上獨立于所述第一能量的供給而提取所述第二能量。
3. 如權利要求1或2所迷的能量緩沖設備，其中 所述能量存儲設備(10)具有低電阻。
4. 如權利要求1到3中任何一項所述的能量緩沖設備，其中 所述能量存儲設備(10)是電容器.
5. 如權利要求1到4中任何一項所述的能量緩沖設備，其中 所述能量緩沖設備被設計成向帽架箱柜供給能量.
6. 如權利要求1到5中任何一項所述的能量緩沖設備，其中 所述能量緩沖設備被設計成向小車提升器供給能量。
7. —種用于飛行器的電系統(tǒng)，包括 能量緩沖設備；以及消耗設備(14);其中，所述能量緩沖i殳備包括至少一個能量存^i更備(10 ); 能量饋送設備(4); 能量供給設備(12);其中，所述能量存^i更備(12)被設計成以電場存儲第一能量；其中，所述能量饋送設備(4) ^L設計成將第一能量饋送到所述能量 存衞殳備(10);其中，所述能量供^i殳備(12 )被i殳計成從所述能量存儲設備(10 ) 提取第二能量并且將所述第二能量饋送到消耗設備(14);其中，與所述能量饋送設備(4)相比，所述能量供^i殳備(12 )針 對較高功率而設計；其中，所述能量緩沖設備被設計成避免所述電系統(tǒng)中的電流峰值。
8. —種用于在飛行器中緩沖能量的電力電容器的使用.
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于向飛行器中的消耗設備(14)供給能量的能量緩沖設備、一種用于飛行器的電系統(tǒng)以及一種用于在飛行器中緩沖能量的電力電容器的使用。通過使用能量緩沖設備，本發(fā)明使得可以進行大部分時間僅短時間接通的電消耗設備(14)的自給自足的工作。本發(fā)明還使得可以在飛行器上網(wǎng)絡中發(fā)生電壓擊穿的情況下以緩沖器存儲能量。能量供給在短時間內以相應高的功率進行，而無需將負荷加到飛行器上網(wǎng)絡上。在很大程度上，功率從能量存儲設備(10)提供。
文檔編號H02J15/00GK101107761SQ200680002472
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月18日 優(yōu)先權日2005年1月19日
發(fā)明者博多·維施, 拉斯·羅沃爾德 申請人:空中客車德國有限公司