專利名稱：使用超電容器陣列的蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛行器設(shè)備的操作，具體涉及用于向飛行器設(shè)備提供電功率的使用超電容器的蓄電池。
背景技術(shù)：
包括例如制動(dòng)器、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及起落架致動(dòng)器等的許多飛行器設(shè)備，在典型飛行期間操作受限，但是在操作時(shí)具有高功率需求。這些設(shè)備在飛行期間消耗的總能量相對較低，但是功耗較高。經(jīng)常使用液壓系統(tǒng)來操作這種瞬時(shí)負(fù)載飛行器設(shè)備。液壓系統(tǒng)能夠遍及飛行器將大量功率配送給簡單的設(shè)備，這些簡單的設(shè)備能夠容易地將液壓カ轉(zhuǎn)換成機(jī)械力。具有類似功率和カ輸出的已知等效電子設(shè)備通常更沉重、體積更龐大并且更復(fù)雜，而且常常需要 齒輪系統(tǒng)來產(chǎn)生所需的力?？梢杂秒娤到y(tǒng)代替液壓系統(tǒng)來操作瞬時(shí)負(fù)載飛行器設(shè)備。電系統(tǒng)可以比等效的液壓系統(tǒng)更小并且更輕。然而，這種電系統(tǒng)必須在相對高的電壓下工作。這導(dǎo)致了其他問題，如，電擊危險(xiǎn)以及電弧放電風(fēng)險(xiǎn)的提高。包括上位鎖和致動(dòng)器在內(nèi)的起落架設(shè)備屬于高功率設(shè)備的類別，間歇性地需要這些起落架設(shè)備，但是當(dāng)在飛行器飛行中平均下來時(shí)這些起落架設(shè)備具有較低的能量消耗(即，這些起落架設(shè)備是瞬時(shí)負(fù)載設(shè)備)。由于安全性和性能問題，起落架必須在短時(shí)間內(nèi)收回和伸出。液壓蓄電池已被用在飛行器上以提供緊急電カ、降低峰值系統(tǒng)負(fù)載以及隔離液壓設(shè)備直接與系統(tǒng)中的其他組件相互作用。這些蓄電池被放置在靠近工作設(shè)備的位置，以使線路損耗最小化、提供對負(fù)載需求的快速響應(yīng)以及降低蓄電池與設(shè)備之間線路斷開的可能性。已知液壓蓄電池需要經(jīng)常維護(hù)，這主要是由于通常使用氣體充電作為設(shè)備中的能量存儲(chǔ)機(jī)制。經(jīng)常在飛行器上使用電池來存儲(chǔ)能量。然而電池可能包含危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)并且可能受溫度變化的破壞。用于在飛行器上存儲(chǔ)能量的電池的重量可能重得不宜于使用。本發(fā)明解決上述問題中的至少ー個(gè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于選擇性地操作飛行器設(shè)備的蓄電池，所述蓄電池包括超電容器，用于存儲(chǔ)電能；輸入連接器，配置為將超電容器耦合至電源；輸出連接器，配置為將超電容器耦合至飛行器設(shè)備；以及功率配送控制器，操作性連接至超電容器，所述功率配送控制器用于允許電能通過輸入連接流入超電容器。在一個(gè)實(shí)施例中，蓄電池包括至少ー個(gè)附加超電容器，用于存儲(chǔ)電能，所述至少ー個(gè)附加超電容器與所述超電容器串聯(lián)布置，以提高蓄電池的電壓。在另ー實(shí)施例中，蓄電池包括至少ー個(gè)附加超電容器，用于存儲(chǔ)電能，所述至少一個(gè)附加超電容器與所述超電容器并聯(lián)布置，以提高蓄電池的功率輸出。
還提供了一種向飛行器提供功率的方法，所述方法包括提供在此限定的蓄電池；將蓄電池耦合至電源；將來自電源的功率引導(dǎo)至蓄電池，以存儲(chǔ)在蓄電池的超電容器中；選擇性地將蓄電池耦合至飛行器設(shè)備；以及將來自蓄電池的功率弓丨導(dǎo)至飛行器設(shè)備以向飛行器設(shè)備提供電能。


以下參考附圖給出了本發(fā)明的詳細(xì)描述，其中圖I示出了本文描述的蓄電池的一個(gè)實(shí)施例的框圖，其中充電控制繼電器被示為處于斷開位置；圖2示出了蓄電池的一個(gè)實(shí)施例，其中充電控制繼電器被示為處于閉合位置；圖3示出了蓄電池的另一實(shí)施例，其中超電容器排列成串并聯(lián)陣列；圖4示出了蓄電池的另一實(shí)施例，所述蓄電池操作性連接到兩個(gè)飛行器設(shè)備；圖5是向飛行器設(shè)備提供電能的方法的流程圖；圖6示出了蓄電池的另一實(shí)施例，其中蓄電池具有有源電流限制電路；以及圖7示出了蓄電池的另一實(shí)施例，所述蓄電池連接到隔離的飛行器設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
本文描述了一種飛行器蓄電池，所述飛行器蓄電池能夠向飛行器提供緊急備用電力，并且提供電負(fù)載調(diào)平，以減小飛行器電系統(tǒng)的電需求。蓄電池提供了分立電源，所述分立電源可以與飛行器的主電源隔離。因此，從飛行器主電源的電功率的損耗不會(huì)有損于飛行器的蓄電池中的功率。蓄電池可操作用于從電源接收電功率、存儲(chǔ)功率并稍后在需要時(shí)將功率配送給飛行器設(shè)備。飛行器設(shè)備可以例如完全由蓄電池中存儲(chǔ)的能量來供電。電源可以位于飛行器上，或者可以在地面上并且在飛行器外部，以在飛行器起飛前對飛行器的蓄電池充電。蓄電池包括用于存儲(chǔ)電能以供飛行器設(shè)備稍后使用的裝置。蓄電池還包括用于提供電能以供存儲(chǔ)并將電能配送給飛行器設(shè)備的裝置。蓄電池還包括用于對所存儲(chǔ)的電能向飛行器設(shè)備的配送加以控制的裝置。參考圖1，公開了一種蓄電池106，用于選擇性地操作飛行器設(shè)備102。換言之，可以由蓄電池106來間歇地或在需要時(shí)操作飛行器設(shè)備102。在示例實(shí)施例中，飛行器設(shè)備102是至少部分地可以用電能來工作的電或機(jī)電負(fù)載設(shè)備。例如，飛行器設(shè)備102可以是起落架設(shè)備、上位鎖、起落架的致動(dòng)器、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等等。蓄電池106位于電路150上。例如，電路150可以作為飛行器電路的一部分。如圖I所示，飛行器設(shè)備102連接至電路150。飛行器設(shè)備102還可以與電路150斷開，此時(shí)飛行器設(shè)備102不會(huì)通過電路接收電能。飛行器功率配送控制器126以及飛行器電源104也可以連接至電路150。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他電子組件也可以連接至電路150。盡管本文參考單個(gè)超電容器114描述了本發(fā)明，然而應(yīng)理解，優(yōu)選實(shí)施例使用超電容器陣列133，如以下示出和描述的。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖I所示，輸入連接110被配置為將超電容器114耦合至電源104。電源104可以包括例如飛行器電源104。輸入連接110可以包括充電控制繼電器110 (如圖所示)。飛行器電源104可以通過電路150連接至飛行器設(shè)備102、超電容器114和超電容器充電電路112中的每一個(gè)。如以下進(jìn)一步說明的，飛行器功率配送控制器126可以通過電路150連接至超電容器充電電路112和充電控制繼電器110。蓄電池106(圖I中虛線所示)包括用于存儲(chǔ)電能的超電容器114(或超電容器陣列113)。超電容器陣列113包括各個(gè)獨(dú)立的超電容器114。輸出連接器129被配置為將超電容器耦合至飛行器設(shè)備102。在圖中所示的實(shí)施例中，如以下更詳細(xì)描述的，輸出連接器129是繼電器129。稍后可以將超電容器114中存儲(chǔ)的電能沿著電路150通過繼電器129引導(dǎo)至飛行器設(shè)備102，以對飛行器設(shè)備102供電?？梢酝ㄟ^將多個(gè)超電容器114串聯(lián)以形成超電容器陣列133，來提高蓄電池106的工作電壓。例如，典型的飛行器電系統(tǒng)工作在28V(dc)下。由于商業(yè)可用的超電容器114僅能夠具有2至3V(dc)的電勢，所以需要串聯(lián)12個(gè)電容器來達(dá)到飛行器電系統(tǒng)工作電壓。然而這可能提高超電容器陣列133的電阻，從而降低最大功率輸出?？梢酝ㄟ^將超電容器 114并聯(lián)來提高功率輸出以及附加能量存儲(chǔ)能力?？梢曰谡诓僮鞯娘w行器設(shè)備102的負(fù)載特性來確定并聯(lián)行數(shù)以及每個(gè)獨(dú)立的超電容器114的電容。這些特性可以包括例如功率需求、工作電壓范圍或使用持續(xù)時(shí)間。技術(shù)中已知，電容器是可以存儲(chǔ)電荷的電子器件。所存儲(chǔ)的以庫倫為單位的電荷Q與以法拉為單位的電容C以及電容器兩端以伏特為單位的電壓V之間的關(guān)系由等式Q=CV來表示。本文提到的超級電容器或超電容器是電容器陣列，所述電容器陣列具有足夠的能量存儲(chǔ)以及功率傳遞能力來操作機(jī)電飛行器組件和/或至少部分電子飛行器組件，包括但不限于用于推進(jìn)系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)的組件。如技術(shù)中已知的，超電容器可以使用不同的材料、幾何結(jié)構(gòu)以及制造技術(shù)，如，多孔碳電雙層電容器。多孔碳電雙層電容器包括活性炭粉，所述活性炭粉形成了多孔碳結(jié)構(gòu)以經(jīng)由電解質(zhì)系統(tǒng)(典型地，乙腈(AN)和四乙基四氟硼酸銨(TEATFB))的離子存儲(chǔ)電荷。這種類型的電容器依賴于電解質(zhì)中的分子，以使用Hemholz雙層效應(yīng)來起到電介質(zhì)壁壘的作用。由于這些分子的介電強(qiáng)度相對較低，所以電壓電位被限制在2伏特到3伏特之間。此夕卜，液體電解質(zhì)的使用可以限制超電容器114的工作范圍，這是因?yàn)樯鲜鲭娊赓|(zhì)在低溫下可以變得更粘，并且在-40攝氏度以下的溫度下凍結(jié)。可以通過向電解質(zhì)中添加其他共溶劑來達(dá)到較低的工作溫度。有多種新興技術(shù)可以改進(jìn)已有的電雙層超電容器。例如，可以用垂直排列的碳納米管來代替活性碳粉，所述碳納米管是使用汽相沉積技術(shù)生成的。這種技術(shù)可以極大地降低內(nèi)部電阻并提高每單位體積的表面積，從而既提高功率輸出又提高能量存儲(chǔ)容量。還存在可以超越電雙層超電容器的能力并最終代替電雙層超電容器的新興超電容器技術(shù)。例如，一種技術(shù)提出在鋁襯底上使用納米制造技術(shù)和原子層沉積來在襯底上產(chǎn)生每平方厘米億萬個(gè)“靜電電容器”。鋁的陽極化打開了具有氧化鋁表面的納米孔，隨后沉積氮化鈦薄層和氧化鋁層，以在單個(gè)襯底上產(chǎn)生納米電容器并在將納米電容器連接成巨大的陣列。氧化鋁的高介電強(qiáng)度允許更高的工作電壓，由于器件是固態(tài)的，所以工作溫度范圍可以顯著地?cái)U(kuò)展超過“多孔碳電雙層電容器”。這種技術(shù)可以容易地用在本文描述的電飛行器蓄電池106中并在飛行器機(jī)身的受壓區(qū)域外部以及在基于空間的應(yīng)用中起作用。
應(yīng)理解，“飛行器蓄電池”可以使用任何上述電容器技術(shù)以及現(xiàn)在和將來開發(fā)的類似電容器技術(shù)。輸入連接器110 (例如，充電控制繼電器110)被配置為將超電容器114耦合至電源，以允許超電容器114接收電能。例如，充電控制繼電器110可以閉合，以允許電從電源104通過充電控制繼電器110經(jīng)由電路150以及經(jīng)由超電容器充電電路112流入超電容器114。作為另一示例，充電控制繼電器110可以斷開，以抑制電經(jīng)由電路150和超電容器充電電路112流入超電容器114。換言之，輸入連接器110被配置為在需要功率時(shí)連接至電源，從而允許電能流入超電容器114 ;而在不再需要功率時(shí)斷開。輸出連接器129被配置為將超電容器114耦合至飛行器設(shè)備102。輸出連接器129可以例如是繼電器129。例如，繼電器129可以閉合，從而允許電從超電容器114流向飛行 器設(shè)備102。類似地，繼電器可以斷開，從而抑制電從超電容器114流向飛行器設(shè)備102。換言之，輸出連接器129可以被配置為在需要功率時(shí)連接至飛行器設(shè)備102(并允許電流向飛行器設(shè)備102)，例如以操作飛行器設(shè)備；而在不再需要功率時(shí)斷開。然而，在優(yōu)選實(shí)施例中，不論是在飛行器設(shè)備102需要功率時(shí)還是在飛行器設(shè)備102不需要功率時(shí)，輸出連接均保持連接到飛行器設(shè)備102。參考圖1，蓄電池輸入隔離二極管128操作性連接至超電容器114，以阻止電流從114流出并流入飛行器電源104。電能可以從飛行器電源104沿著電路150通過蓄電池輸入隔離二極管128流動(dòng)，蓄電池輸入隔離二極管128也位于電路150上。蓄電池輸入隔離二極管128可以例如是適于用在本文描述的電路150中的任何類型的二極管。在二極管128的輸出側(cè)，充電控制繼電器110位于電路150上，所述充電控制繼電器110用于控制電沿著電路150的流動(dòng)。蓄電池輸入隔離二極管128防止在充電控制繼電器110閉合時(shí)電從蓄電池106沿著電路150流回飛行器電源。當(dāng)充電控制繼電器110斷開時(shí)，防止電沿著電路150流動(dòng)。圖I示出了斷開時(shí)的充電控制繼電器110，圖2示出了閉合時(shí)的充電控制繼電器110。充電控制繼電器110優(yōu)選地是充電控制固態(tài)繼電器，并且由飛行器功率配送控制器126來控制。此外，飛行器功率配送控制器126通過飛行器數(shù)據(jù)總線(未示出)來接收和發(fā)送信息，以與其他飛行器系統(tǒng)和主飛行器控制器通信。數(shù)據(jù)總線可以例如是用于用于商用飛行器的雙通道ARNIC 429總線。在備選實(shí)施例中，飛行器功率配送控制器126經(jīng)由離散信號來發(fā)送或傳送信息?？梢岳缡褂糜步泳€來將離散信號傳輸給至其他控制器或設(shè)備。仍然參考圖I，飛行器功率配送控制器126可以調(diào)節(jié)或控制超電容器充電電路112使用或消耗的來自飛行器電源104的電功率量。因此，如果來自其他飛行器系統(tǒng)的功率需求高，則飛行器功率配送控制器126可以減少流向超電容器充電電路112的電功率量。此夕卜，飛行器功率配送控制器126可以通過將充電控制繼電器110切換到斷開位置，將蓄電池106與飛行器電源104完全隔離，使得蓄電池106不消耗或使用飛行器電源104。飛行器功率配送控制器126也位于電路150上，并且操作性連接至充電控制繼電器110。換言之，飛行器功率配送控制器126可以斷開和閉合充電控制繼電器110，從而控制能量沿著電路150的流動(dòng)和配送，具體地，流入和流出蓄電池106。飛行器功率配送控制器126可以例如確定何時(shí)可以對蓄電池106充電。例如，飛行器上的傳感器(未示出)可以檢測到飛行器的電需求總體上較低。則飛行器功率配送控制器126可以確定是合適的時(shí)間來例如使用來自飛行器的一般電源104的額外電能對蓄電池106充電了。為此，飛行器功率配送控制器126將充電控制繼電器110閉合，以允許電能從電源(在該示例中是飛行器的電源)流入超電容器。飛行器功率配送控制器126可以例如被自動(dòng)化為在合適時(shí)(例如，當(dāng)超電容器陣列133具有容量時(shí)，以及當(dāng)可以從電源重引導(dǎo)足夠的電能時(shí))自動(dòng)斷開和閉合充電控制繼電器110。備選地，充電控制繼電器110可以保持閉合以維持超電容器114中的全充電水平。飛行器蓄電池106包括超電容器充電電路112。超電容器充電電路112可以例如是單個(gè)電阻器或者由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的恒流電源或其他受控充電電路組成的更復(fù)雜布置。超電容器充電電路112經(jīng)由電路150連接至飛行器電源104?？梢岳门渚€或其他合適的導(dǎo)電材料來制造電路150。如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，超電容器114可以使用碳泡沫結(jié)構(gòu)來增大可用于存儲(chǔ)電荷的表面區(qū)域。例如，各個(gè)獨(dú)立的電容器可以具有3000法拉范圍內(nèi)的電容、11000焦耳的能量儲(chǔ)存、7590瓦特的最大功率輸出、以及O. 55kg的質(zhì)量。當(dāng)電能流入超電容器114時(shí)，超電容器114存儲(chǔ)電能(S卩，電荷)，以供稍后實(shí)際上即時(shí)使用，而無有害影響。超電容器114工作在相對低的電壓下(例如，2. 5伏特)，但是如下所述可以以串聯(lián)和并聯(lián)的形式將超電容器114排成陣列，其中串聯(lián)是為了提高電壓，而并聯(lián)是為了提高功率輸出。如上所述，蓄電池106可以包括多個(gè)超電容器114以提高能量存儲(chǔ)容量并獲得期望的電特性。例如，如圖I所示，可以電路150中以陣列形式連接三個(gè)分別由12個(gè)串聯(lián)的超電容器114組成的并行列。這形成了超電容器陣列133，如圖3所示，超電容器陣列133包含36個(gè)超電容器114。在電路150上以串聯(lián)和并聯(lián)的形式將超電容器114排成陣列，其中串聯(lián)是為了提高電壓，而并聯(lián)是為了提高蓄電池106的功率輸出能力。在備選實(shí)施例中，電源是外部電源(未示出)。超電容器114通過外部插座124接收電能，從而通過外部插座124來被充電。外部插座124是接收器，外部電源可以操作性連接到所述接收器中。當(dāng)操作性連接至外部插座124時(shí)，電能可以從外部電源流向超電容器114。超電容器114存儲(chǔ)電能以供稍后使用或放電。如圖I所示，超電容器充電電路112監(jiān)視和控制通過外部插座124進(jìn)入的電功率。外部電源可以暫時(shí)操作性連接至外部插座124。超電容器114僅在外部電源操作性連接至外部插座124的時(shí)間期間接收和存儲(chǔ)電功率，電能從外部電源通過外部插座124流向超電容器114。在另一實(shí)施例中，用于對飛行器蓄電池充電的電功率可以來自于第二飛行器電源。在另一實(shí)施例中，第二電源操作性連接至蓄電池106 (例如，經(jīng)由電路150)，以為蓄電池106中的超電容器114提供電能。每個(gè)電源可以由飛行器功率配送控制器126獨(dú)立操作(如以下所述)，因此可以獨(dú)立地向蓄電池106提供電。應(yīng)理解，類似地，可以存在經(jīng)由電路150與蓄電池106相連的其他電源。維護(hù)放電電阻器116和維護(hù)放電開關(guān)118位于電路150上，并且用于通過從超電容器114耗散所存儲(chǔ)的電能來對蓄電池106放電。
更詳細(xì)地，維護(hù)放電開關(guān)118可以處于兩個(gè)位置“裝備(arm) ”或“解除(disarm) ”之一。當(dāng)處于裝備位置時(shí)(如圖I所示)，電路150連接至超電容器114，從而允許電流向超電容器114。當(dāng)處于解除位置時(shí)(未示出)，超電容器114完全與電路150斷開，從而電不能在電路和超電容器114之間流動(dòng)。在解除位置中，維護(hù)放電電阻器116從超電容器114耗散電。這例如可以提供附加的安全性?？蛇x地，在外部插座124的輸出側(cè)，防回流二極管120可以包含在電路150中。防回流二極管120防止通過外部插座124意 外放電。此外，防回流二極管120防止反極性充電。蓄電池輸出隔離二極管108位于蓄電池106的輸出部分上。因此蓄電池輸出隔離二極管108防止來自蓄電池106輸出側(cè)的電流動(dòng)回流至飛行器電系統(tǒng)中。類似地，防回流二極管122位于蓄電池106的輸出部分上。防回流二極管122防止來自飛行器電系統(tǒng)的電流動(dòng)流入蓄電池106的輸出側(cè)。二極管的制造和結(jié)構(gòu)是相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的。類似地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本公開的發(fā)明中二極管的功能。例如，二極管可以是常用于功率應(yīng)用(如，整流器)的典型P-η半導(dǎo)體結(jié)型二極管，或者是專用半導(dǎo)體二極管以提高效率。一種備選方案可以是超級壁壘二極管，超級壁壘二極管與普通P-η結(jié)型二極管相比具有類似的浪涌處理能力和低的反向泄漏電流，但是具有更低的正向電壓降。參考圖3，超電容器114可以是串并聯(lián)陣列的形式。超電容器114僅能夠具有2至3伏特的電壓電勢。使超電容器114串聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)28伏特的工作電位。圖3示出了隔離的超電容器陣列133。存在超電容器114的三個(gè)并聯(lián)列，每一列具有串聯(lián)的12個(gè)超電容器114?？梢韵螂娐?50添加超電容器114的附加并聯(lián)列，以提高功率輸出能力?？梢栽黾恿兄写?lián)的超電容器114的數(shù)目，以提高工作電壓電勢。超電容器陣列的這種特性是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。飛行器設(shè)備102可以是電設(shè)備或機(jī)電設(shè)備。例如，飛行器設(shè)備102可以是起落架設(shè)備，如，用于對起落架的落下和升起加以控制的致動(dòng)器；飛行器設(shè)備102可以是用于保證起落架處于升起位置的上位鎖；飛行器設(shè)備102可以是飛行器的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或者起落系統(tǒng)的機(jī)電組件；或者飛行器設(shè)備102可以是飛行器的制動(dòng)系統(tǒng)或制動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電組件。飛行器設(shè)備102可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其他機(jī)電操作設(shè)備或電操作設(shè)備。飛行器設(shè)備102可以例如是在飛行器上使用的任何瞬時(shí)負(fù)載設(shè)備。在備選實(shí)施例中，如圖4所示，兩個(gè)飛行器設(shè)備102操作性連接到電路150。每個(gè)飛行器設(shè)備102以并聯(lián)形式連接在電路150上。每個(gè)飛行器設(shè)備102經(jīng)由電路150操作性連接至蓄電池106。蓄電池106的超電容器114向兩個(gè)飛行器設(shè)備102中的每一個(gè)提供所存儲(chǔ)的電能，以對飛行器設(shè)備102供電。應(yīng)認(rèn)識到，飛行器設(shè)備102可以按照與上述電路150中的連接方式相類似的方式連接至單個(gè)蓄電池106。子系統(tǒng)控制器130操作性連接至兩個(gè)飛行器設(shè)備102中的每一個(gè)，使得子系統(tǒng)控制器130獨(dú)立地控制向兩個(gè)飛行器設(shè)備102的電配送。如上所述，飛行器設(shè)備102可以被配置為通過繼電器129連接至電路150或與電路150斷開，其中繼電器129由子系統(tǒng)控制器130來操作。該子系統(tǒng)控制器130負(fù)責(zé)控制特定的飛行器子系統(tǒng)(例如，起落架系統(tǒng))。該子系統(tǒng)控制器130還連接至飛行器數(shù)據(jù)總線，并且可以與其他系統(tǒng)控制器和飛行器中央控制器通信。因此，內(nèi)置到飛行器中央控制器中的中央邏輯或軟件可以從飛行器功率配送控制器126接收與蓄電池106的充電狀態(tài)有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且可以向子系統(tǒng)控制器130發(fā)送指示了有足夠的功率可用于操作飛行器設(shè)備102的信號。飛行器功率配送控制器126可以包含計(jì)算機(jī)處理器(CPU)，并且經(jīng)由數(shù)據(jù)總線(如，ARNIC 429)或硬接線與飛行器中央控制器(計(jì)算機(jī))、其他子系統(tǒng)控制器(如，子系統(tǒng)控制器130)以及超電容器充電控制電路112通信(發(fā)送和接收數(shù)據(jù))。飛行器功率配送控制器126還可以包含存儲(chǔ)器?？梢杂弥噶顚Υ鎯?chǔ)器編程，其中處理器可以基于通過數(shù)據(jù)總線或硬接線接收到的輸入數(shù)據(jù)來執(zhí)行所述指令。當(dāng)執(zhí)行指令時(shí)，處理器(CPU)控制并指示飛行器功率配送控制器126操作充電控制繼電器110，以允許電能流入蓄電池106從而對超電容器114充電。類似地，指令(即，計(jì)算機(jī)代碼)可以被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，使得可以由處理器來執(zhí)行所述指令以向超電容器充電控制電路112提供輸出信號，從而控制至超電容器114的電流動(dòng)速率。
飛行器功率配送控制器126還可以接收對蓄電池106中存在的電能水平加以指示的蓄電池充電狀態(tài)，作為輸入。在一個(gè)實(shí)施例中，飛行器功率配送控制器126中的處理器從充電控制電路112接收蓄電池充電狀態(tài)，并自動(dòng)(根據(jù)存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)的指令)來操作充電控制繼電器110，以向蓄電池106中的超電容器114提供更多電。充電控制繼電器110的操作可以由從飛行器配送控制器發(fā)送至充電控制繼電器110的輸出信號來控制。例如，如果蓄電池充電狀態(tài)指示超電容器114中存在針對更多電能的容量，則飛行器功率配送控制器126可以向充電控制繼電器110發(fā)送輸出信號(也稱作蓄電池充電命令)，使得充電控制繼電器閉合，以允許電能從電源流向超電容器114。此外，飛行器功率配送控制器126中的處理器(CPU)可以經(jīng)由數(shù)據(jù)總線(如，ARNIC 429)或硬接線向諸如130之類的其他子系統(tǒng)控制器或者飛行器中央控制器(計(jì)算機(jī))發(fā)送指示了蓄電池充電狀態(tài)的輸出信號。用戶接口(例如，用于控制起落架升起/落下的開關(guān))可以連接至子系統(tǒng)控制器130中的處理器(CPU)。用戶接口可以允許用戶輸入命令，所述命令將在處理器上執(zhí)行特定的所存儲(chǔ)的指令。這種指令可以被存儲(chǔ)或編程到存儲(chǔ)器中。當(dāng)接收到可接受的輸入信號時(shí)，例如，當(dāng)從飛行器功率配送控制器126接收到可接受的蓄電池充電狀態(tài)信號時(shí)，子系統(tǒng)控制器130中的處理器(CPU)執(zhí)行指令以將設(shè)備開/關(guān)繼電器129閉合，從而允許飛行器設(shè)備102從蓄電池106接收電能并工作。例如，當(dāng)處理器按照用戶通過用戶接口的請求執(zhí)行來自存儲(chǔ)器的特定指令時(shí)，飛行器功率配送控制器126可以將來自蓄電池的電能引導(dǎo)至起落架致動(dòng)器(飛行器設(shè)備102的示例)，使得起落架落下。在另一實(shí)施例中，可以去除蓄電池輸出隔離二極管108，以允許蓄電池106輸出直接饋送至飛行器功率系統(tǒng)中，從而為整個(gè)系統(tǒng)提供備用功率。子系統(tǒng)控制器130可以獨(dú)立地操作連接到電路150的每一個(gè)飛行器設(shè)備102。換言之，子系統(tǒng)控制器130可以允許電能從蓄電池106流向飛行器設(shè)備102之一但不流向其他飛行器設(shè)備102，反之亦然。應(yīng)認(rèn)識到，蓄電池106中的超電容器114所提供的功率可以在飛行器正常電源的功率傳遞能力以上。這使得可以實(shí)現(xiàn)更小且更輕的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，原因在于可以使用蓄電池106來降低這些發(fā)動(dòng)機(jī)的峰值輸出功率。這也減小了飛行器引擎為發(fā)動(dòng)機(jī)供能而帶來的負(fù)載。因?yàn)樾铍姵?06可以位于靠近飛行器設(shè)備102的位置，所以可以由于較低的電流流動(dòng)要求，在尺寸上減小發(fā)動(dòng)機(jī)與飛行器設(shè)備102之間的飛行器電接線。凈結(jié)果可以是更好的飛行器性能和更低的燃料消耗。通過使用本文公開的蓄電池106，飛行器傳遞系統(tǒng)電壓可以提高到傳統(tǒng)的28伏特DC以上。應(yīng)認(rèn)識到，本文公開的蓄電池106還可以例如用于緊急供電或功率平滑。圖5是向飛行器設(shè)備102提供功率的方法的流程圖。在步驟1002，提供蓄電池106 (如上所述)。在步驟1004，將蓄電池106連接或耦合至電源。例如，可以將充電控制繼電器110閉合以允許電經(jīng)由電路150流向超電容器114。在步驟1006，將來自電源的電功率引導(dǎo)至蓄電池106。在步驟1008，將蓄電池106連接或耦合至飛行器設(shè)備102。例如，可以閉合繼電器129。
可以在將來自電源的電功率引導(dǎo)至蓄電池106的步驟1006之前，執(zhí)行將蓄電池106連接至飛行器設(shè)備102的步驟1008。類似地，可以在將蓄電池106連接至電源的步驟1004之前，執(zhí)行將蓄電池106連接至飛行器設(shè)備102的步驟1008。最后，在步驟1010，將來自蓄電池106的電功率引導(dǎo)至飛行器設(shè)備102。優(yōu)選地，蓄電池106安裝在飛行器設(shè)備102附近，以提高蓄電池106的緊急功率備用效率和負(fù)載調(diào)平能力。例如，如果飛行器設(shè)備是電制動(dòng)器或電轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，則蓄電池106可以安裝在起落架腳上或者安裝在起落架艙中。在實(shí)施例中(圖6所示)，將蓄電池輸出隔離二極管108替換成有源電流限制電路132。在這種設(shè)計(jì)中，將來自飛行器電源104的電流限制為設(shè)定值，其中飛行器設(shè)備102所需的功率的其余部分來自于超電容器114。這種修改類似于液壓回路中的限制性流動(dòng)裝置。飛行器設(shè)備102可以在低負(fù)載操作期間從飛行器電源104獲得其全部功率，然而在飛行器設(shè)備102遭遇高負(fù)載時(shí)，功率將優(yōu)選地來自蓄電池106。這種布置保護(hù)飛行器電源104免受在峰值功率需求時(shí)過載，但仍然允許飛行器設(shè)備102間歇地工作在高功率級別下。圖7示出了另一備選實(shí)施例，以下將描述該另一備選實(shí)施例。飛行器設(shè)備102不能從電源104直接接收任何功率。這在飛行器設(shè)備102具有以下特性時(shí)是有益的飛行器設(shè)備102在短持續(xù)時(shí)間脈沖上工作在非常高的功率級別下。在這種應(yīng)用中，飛行器電源104可能無法操作飛行器設(shè)備102或無法添加任何顯著的功率來輔助飛行器設(shè)備102的操作。這種飛行器設(shè)備102可以例如包括高功率線性電動(dòng)機(jī)或激光器。飛行器電源104能夠緩慢地對蓄電池106充電，直到在蓄電池106中存儲(chǔ)了可接受的能量水平來使飛行器設(shè)備102工作。一旦操作飛行器設(shè)備102并耗盡了蓄電池106中的能量，飛行器電源104就可以再次緩慢地對蓄電池106充電。超電容器114優(yōu)選地工作在從-40攝氏度至70攝氏度的溫度范圍內(nèi)的區(qū)域中，如，在飛行器的受壓區(qū)域中。在實(shí)施例中，使用多孔碳電雙層電容器，通過向電解質(zhì)中添加共溶劑來提高低溫粘性和降低凍結(jié)點(diǎn)。通過降低工作溫度，這些電容器可以用在飛行器的非受壓區(qū)域中，在所述非受壓區(qū)域中工作溫度要求為典型地-54攝氏度。在這種實(shí)施例中，蓄電池106可以位于更靠近特定飛行器設(shè)備102(如，起落架)的位置。盡管本文描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求的范圍的前 提下，可以對本發(fā)明進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種用于選擇性地操作飛行器設(shè)備的蓄電池，所述蓄電池包括 超電容器，用于存儲(chǔ)電能； 輸入連接器，配置為將超電容器耦合至電源； 輸出連接器，配置為將超電容器耦合至飛行器設(shè)備；以及 功率配送控制器，操作性連接至超電容器，所述功率配送控制器用于允許電能通過輸入連接流入超電容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池，還包括至少一個(gè)附加超電容器，用于存儲(chǔ)電能，所述至少一個(gè)附加超電容器與所述超電容器串聯(lián)布置，以提高蓄電池的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池，還包括至少一個(gè)附加超電容器，用于存儲(chǔ)電能，所述至少一個(gè)附加超電容器與所述超電容器并聯(lián)布置，以提高蓄電池的功率輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池，其中，飛行器設(shè)備是至少部分地用電能可操作的電負(fù)載設(shè)備或機(jī)電負(fù)載設(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池，其中，飛行器設(shè)備是從由起落架設(shè)備、上位鎖、起落架致動(dòng)器、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)組成的組中選擇的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池，還包括至少一個(gè)第二飛行器設(shè)備，所述至少一個(gè)第二飛行器設(shè)備連接至超電容器，所述超電容器向所述至少一個(gè)第二飛行器設(shè)備提供所存儲(chǔ)的電能以對飛行器設(shè)備供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池，其中，電源是飛行器供電裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池，其中，電源是外部電源。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池，其中飛行器設(shè)備從蓄電池接收飛行器設(shè)備所需的全部功率。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池，還包括二極管，操作性連接至超電容器，所述二極管用于阻止電流從超電容器流向電源。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池，還包括第二二極管，操作性連接至超電容器，所述第二二極管用于阻止電流流入輸出連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的蓄電池，功率配送控制器還操作用于選擇性地允許電能流回飛行器供電裝置。
13.一種向飛行器提供功率的方法，所述方法包括 提供如權(quán)利要求I所述的蓄電池； 將蓄電池耦合至電源； 將來自電源的功率引導(dǎo)至蓄電池，以存儲(chǔ)在蓄電池的超電容器中； 將蓄電池耦合至飛行器設(shè)備；以及 將來自蓄電池的功率引導(dǎo)至飛行器設(shè)備以向飛行器設(shè)備提供電能。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，電源是飛行器供電裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，電源在飛行器外部，并且其中，僅當(dāng)飛機(jī)著陸時(shí)才選擇性地操作性連接蓄電池。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，飛行器設(shè)備是至少部分地用電能可操作的電負(fù)載設(shè)備或機(jī)電負(fù)載設(shè)備。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，飛行器設(shè)備是從由起落架設(shè)備、上位鎖、起落架致動(dòng)器、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)組成的組中選擇的。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，電源是飛行器供電裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，電源是外部電源。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中飛行器設(shè)備從蓄電池接收飛行器設(shè)備所需的全部功率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于選擇性地操作飛行器設(shè)備的蓄電池。蓄電池包括用于存儲(chǔ)電能的超電容器，所述電能稍后將用于對飛行器供電。所存儲(chǔ)的電能還可以用作緊急備用功率的來源。利用功率配送控制器來控制電能的配送?？梢岳蔑w行器上的電源對蓄電池充電，或者可以利用外部電源對蓄電池預(yù)充電。
文檔編號B64D41/00GK102656088SQ201080057170
公開日2012年9月5日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者克里斯·布魯克菲爾德 申請人:梅西埃-道蒂公司