用于以電力推進的飛行器的電力供給裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于以電力推進的飛行器的電力供給裝置(25)，該電力供給裝置(25)包括：第一和第二電機(20，21)，其能夠確保對飛行器的推進；第一和第二高壓電路(26，27)，其分別連接至兩個電機(20，21)；低壓電路(28)，其連接至飛行器的至少一個控制和/或監(jiān)測裝置(49)；第一和第二電池組(31，32)，其分別連接至兩個高壓電路(26，27)；第一和第二電池管理系統(tǒng)(34，35)，其連接至低壓電路(28)，電池管理系統(tǒng)分別連接至兩個電池組(31，32)；以及電力轉(zhuǎn)換器(37)，其一方面連接至第一高壓電路(26)，另一方面連接至低壓電路(28)。
【專利說明】
用于以電力推進的飛行器的電力供給裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及用于以電力推進的飛行器的電力供給裝置。本發(fā)明還涉及與該裝置相關聯(lián)的啟動方法以及包括所述裝置的飛行器。
[0002]本發(fā)明特別有利地應用于能夠運輸多人的以電力推進的飛行器中，例如兩座飛行器。
【背景技術】
[0003]以熱能推進的飛行器促使全球變暖、促使化石燃料的損耗以及大氣污染。為了緩解這些缺點，電力推進的飛行器是針對航空運輸?shù)奈磥淼谋匾l(fā)展。
[0004]“以電力推進的”飛行器是指不使用諸如煤油這樣的化石能源而是使用電能來確保其推進的飛行器。此外，以電力推進的飛行器可以尤其針對存儲裝置的運轉(zhuǎn)而應用化學反應，以及尤其針對領航控制致動而應用機械裝置。
[0005]以熱能推進的飛行器具有在所消耗能量與為使飛行器移動而產(chǎn)生的機械能之間的約30 %到40 %的效率。以電力推進的飛行器能夠達到約90 %的效率。因此，電能使得能夠以更低的能量成本進行飛行。以電力推進的飛行器還更靈敏。
[0006]在“綠色蟋蟀機(Green cricri)”項目的框架中，已經(jīng)開發(fā)了由布置在飛行器前部的四個電機來確保推進的單座電力飛行器。每個電機由電池組供電。飛行器還包括連接至兩個電池組的飛行器控制和監(jiān)測構件，該電池組的電壓電平比對電機供電的四個電池組低。該電力供給裝置的主要缺點是存在使得飛行器體積龐大的四個電池組。
[0007]在e-Genius”項目的框架內(nèi)，已經(jīng)開發(fā)了由布置在飛行器后部的電機來確保推進的兩座電力飛行器。電機由四個電池組來供電。電力轉(zhuǎn)換器使得電池組的電壓能夠被重新使用，從而以比用于對電機供電的電壓電平更低的電壓電平來對飛行器控制和監(jiān)測構件供電。該裝置的主要缺點在于其僅具有單個帶螺旋推進器的電機，從而限制了飛行器沿地面滑行的效能。
[0008]德國專利申請N0.DE10 2011 105 880(EADS Deutschland GmbH，EADS德國公司)還描述了具有在后部處的確保推進的電機的飛行器。該電機由電池組供電，該電池組的位置沿飛行器的縱軸線變化。電池組的位置變化使得能夠在飛行階段使飛行器平衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明意在通過提出下述解決方案來克服現(xiàn)有技術的缺點:該解決方案使得能夠限制電池組的數(shù)目并且在一個電池組出故障的情況下確保對以電力推進的飛行器的推進。
[0010]為此，本發(fā)明在其最廣泛意義上涉及一種用于以電力推進的飛行器的電力供給裝置，包括:
[0011]-第一電機和第二電機，其能夠確保飛行器的推進，
[0012]-第一高壓電路和第二高壓電路，其分別連接至所述兩個電機，
[0013]-低壓電路，其連接至飛行器的至少一個控制和/或監(jiān)測構件，
[0014]-第一電池組和第二電池組，其分別連接至所述兩個高壓電路，
[0015]-第一電池管理系統(tǒng)和第二電池管理系統(tǒng)，其連接至低壓電路，并且分別連接至所述兩個電池組，和
[0016]-電力轉(zhuǎn)換器，其一方面連接至所述第一高壓電路，另一方面連接至所述低壓電路。
[0017]因此，本發(fā)明使得能夠通過重新使用第一高壓電路的電壓對低壓電路供電來限制電池組的數(shù)目。另外，裝置使得即使電池組無法使用，也能夠?qū)Υ_保飛行器推進的兩個電機供電。
[0018]根據(jù)一個實施方式，裝置包括經(jīng)由開關而連接至第一電池管理系統(tǒng)的備用電池，該備用電池能夠傳遞使裝置運轉(zhuǎn)所必需的電流。該實施方式允許使用備用電池來啟動裝置。此外，當轉(zhuǎn)換器和/或第一電池組無法使用時，備用電池能夠?qū)︼w行器的主要部件供電。因此，飛行器能夠通過使用至少一個電機以及通過保持導航所必需的所有控制和監(jiān)測裝置來有效地飛行，所述控制和監(jiān)測裝置例如是無線電或起落架或者利用電力致動器工作的某些活動的飛行控制部件。
[0019]根據(jù)一個實施方式，該裝置包括:超低壓電路，該超低壓電路連接至飛行器的至少一個控制和/或監(jiān)測構件；以及電力轉(zhuǎn)換器，該電力轉(zhuǎn)換器一方面連接至所述低壓電路，另一方面連接至所述超低壓電路。該實施方式使得能夠以比低壓電路的電壓電平更低的電壓電平來對某些控制和/或監(jiān)測構件供電。通常，高壓電路的電壓電平可以在200伏至250伏之間，額定為220伏。低壓電路的電壓電平可以在20伏至30伏之間，額定為24伏，并且超低壓電路的電壓電平可以在10伏至15伏之間，額定為12伏。
[0020]根據(jù)一個實施方式，該裝置包括充電插頭，該充電插頭連接至所述兩個高壓電路，充電插頭能夠?qū)λ鰞蓚€電池組進行充電。該實施方式使得能夠限制用于所述兩個電池組的充電插頭的體積和質(zhì)量。
[0021]根據(jù)一個實施方式，該裝置包括第一電壓逆變器和第二電壓逆變器，其能夠通過斬波而將高壓直流電壓轉(zhuǎn)換成三相交流能量，每個逆變器連接在高壓電路與相應電機之間。該實施方式使得遞送直流電壓的的電池能夠連接至三相電機。另外，三相交流電能使得能夠?qū)ι泄β孰姍C進彳丁尚效地供電。
[0022]根據(jù)一個實施方式，該裝置包括第一電機管理系統(tǒng)和第二電機管理系統(tǒng)，其連接在高壓電路與相應逆變器之間，每個電機管理系統(tǒng)包括至少一個霍爾效應傳感器、主開關和用于監(jiān)視施加于電機的電壓的裝置，其中，霍爾效應傳感器能夠提供關于電機轉(zhuǎn)子的位置信息，主開關能夠切斷對電機的供電。該實施方式使得能夠例如在無刷電機的情況下對每個電機的參數(shù)進行有效監(jiān)測。作為變型，監(jiān)視裝置還可以監(jiān)視電機轉(zhuǎn)速。
[0023]無刷電機包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子設置有一個或更多個永磁體和至少兩個轉(zhuǎn)子位置傳感器，在該情況下為三個霍爾效應傳感器。電機的定子按照三相被供電以引發(fā)驅(qū)動轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，位置傳感器將位置信號發(fā)送至電機管理系統(tǒng)，使得電機相位的改變能夠預測轉(zhuǎn)子位置。
[0024]根據(jù)一個實施方式，電機管理系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)包括連接至第二高壓電路的備用轉(zhuǎn)換器。該實施方式使得能夠在第一高壓電路的供電中斷或者高壓/低壓轉(zhuǎn)換器出故障的情況下，對敏感單元供電，而不使用可能具有有限電量的備用電池。當檢測到低壓電路中斷時，備用轉(zhuǎn)換器自動地運轉(zhuǎn)，電機管理系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)僅由第二高壓電路供電。
[0025]根據(jù)一個實施方式，至少一個電池組包括40Ah至80Ah的總存儲容量的鋰離子電池。該實施方式使得電池組能夠遞送高質(zhì)量能量(例如為金屬鎳氫電池的二至五倍)，而不會出現(xiàn)記憶效應現(xiàn)象。鋰離子電池組可以包括五十至七十個電池單元以獲得40Ah至SOAh的總存儲容量，優(yōu)選地，電池組包括六十個電池單元。
[0026]根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種以電力推進的飛行器，該以電力推進的飛行器包括至少兩個電機和根據(jù)前述實施方式之一所述的電力供給裝置。
[0027]根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及一種用于啟動以電力推進的飛行器的方法，該方法包括以下步驟:
[0028]-接通開關以將備用電池連接至第一電池管理系統(tǒng)，
[0029]-借助于電池管理系統(tǒng)來檢查備用電池的電壓，如果備用電池的電壓低于臨界閾值，則中斷該啟動，
[0030]-啟動逆變器的預加載，
[0031]-接通電池組的接觸式開關，
[0032]-啟動電力轉(zhuǎn)換器，
[0033]-借助于電池管理系統(tǒng)來檢查至少一個電池組的電壓，如果至少一個電池組的電壓低于臨界閾值，則中斷該啟動，以及
[0034]-關斷開關以斷開備用電池的連接。
【附圖說明】
[0035]參考附圖，通過閱讀下文中僅用于說明的本發(fā)明實施方式的描述，將更好地理解本發(fā)明，其中:
[0036]?圖1示出了包括根據(jù)本發(fā)明的裝置的以電力推進的飛行器；
[0037]?圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的電力供給裝置，其中該電力供給裝置包括兩個電機；
[0038]?圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的電力供給裝置，其中該電力供給裝置包括三個電機；以及
[0039]?圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的電力供給裝置的一部分。
【具體實施方式】
[0040]圖1示出了包括布置在飛行器前部的機頭11和布置在飛行器后部的機尾12的以電力推進的飛行器10，機頭11和機尾12通過機身15連接。兩個機翼17-18在飛行器側(cè)部延伸以確保飛行器10在空中的升力。
[0041]飛行器10還包括兩個電機20-21，這兩個電機的電力供給裝置25在圖2至圖4中示意性地示出。在不改變本發(fā)明的情況下，飛行器的形狀和大小可以變化。
[0042]圖2示出了包括兩個電機20和21的電力供給裝置25，每個電機連接至由電池組31、32供電的高壓電路26、27。為此，每個電池組31、32與保險絲町、1?2、電機管理系統(tǒng)54、55以及逆變器39、40串聯(lián)。
[0043]在圖3的實施例中，裝置25包括三個電機20、21、22。第三電機22經(jīng)由逆變器41連接至第二電機管理系統(tǒng)55。作為變型，裝置可以包括為確保飛行器10的推進而必需的電機數(shù)量。
[0044]保險絲R1、R2是為了保護電池組31、32免受過壓。裝置還可以包括未示出的預加載的電阻，以用于避免接通高壓電路時的火花。
[0045]逆變器39、40使得能夠?qū)⒏邏褐绷麟妷恨D(zhuǎn)換成能夠?qū)﹄姍C20、21的定子的繞組供電的三相交流電能。優(yōu)選地，逆變器39、40具有15kHz至20kHz的轉(zhuǎn)換頻率。電機管理系統(tǒng)54、55包括至少兩個霍爾效應傳感器、主開關和用于監(jiān)視施加于電機20、21的電壓的裝置，其中，霍爾效應傳感器能夠提供關于電機20、21的定子的位置的信息，主開關能夠切斷對電機20、21的電力供給?；魻栃獋鞲衅魇沟媚軌蚋鶕?jù)其所測量的位置來預測對電機20、21的轉(zhuǎn)矩和速度命令。監(jiān)視裝置使得能夠測量在逆變器39、40處可能存在的任何相位滯后。
[0046]兩個電池組31、32可以通過連接至這兩個電池組31、32的充電插頭52同時被充電。優(yōu)選地，每個電池組31、32包括總?cè)萘吭?(^11至8(^11之間的多個鋰離子電池，優(yōu)選地為40Ah。電池組31、32可以包含五十至七十個電池單元，優(yōu)選地包括六十個電池單元。
[0047]電池管理系統(tǒng)34、35監(jiān)視每個電池組31、32的電池單元。電池管理系統(tǒng)34、35借助于布置在每個電池組31、32的每個電池單元上的傳感器來分析溫度和電壓以及監(jiān)測關聯(lián)的電池組31、32中的每個電池單元的充電。此外，每個電池管理系統(tǒng)34、35例如通過CAN(控制器局域網(wǎng))協(xié)議，借助于數(shù)據(jù)總線與關聯(lián)的電機管理系統(tǒng)54、55進行通信。
[0048]電池管理系統(tǒng)34、35包括能夠通過開關46、47接地以觸發(fā)電池管理系統(tǒng)34、35的啟動的輸入端。此外，由低壓電路28經(jīng)由電阻R3、R4對電池管理系統(tǒng)34、35供電。
[0049]低壓電路28由連接至第一高壓電路26的轉(zhuǎn)換器37來供電。高壓電路26具有200伏至250伏的DC直流電壓，優(yōu)選地為220伏。低壓電路28具有20伏至30伏的直流電壓，優(yōu)選地為24伏。低壓電路28經(jīng)由針對每個構件49的電阻R9來對飛行器的至少一個控制和/或監(jiān)測構件49供電?？刂坪?或監(jiān)測構件49可以是遙測裝置、電信裝置等。
[0050]低壓電路28還經(jīng)由電阻R8連接至轉(zhuǎn)換器38。轉(zhuǎn)換器38對具有1伏至15伏，優(yōu)選地為12伏的直流電壓的超低壓電路29供電。超低壓電路29還經(jīng)由針對每個構件50的電阻RlO對飛行器的至少一個控制和/或監(jiān)測構件50供電。控制和/或監(jiān)測構件50可以是飛行指示器、飛行器的定位致動器、無線電等。
[0051 ]當開關45處于第一位置時，可以由低壓電路28經(jīng)由電阻R5對其他致動器51供電。這些致動器51可以允許輪子的輸出或滑車的輸出。當開關45處于第二位置時，這些致動器51可以在開關43處于第二位置時由備用電池42供電。開關43的第一位置和第二位置連接至第一電池管理系統(tǒng)34的兩個不同輸入端。開關43的第一位置還連接至與電阻R7串聯(lián)的發(fā)光二極管D1。開關43的第三位置使得備用電池42能夠被完全斷開。該備用電池能夠提供低壓直流電壓以對第一電池管理系統(tǒng)43供電并且啟動裝置25。
[0052]在飛行器10的啟動階段期間，第一步驟是將開關43置于第一位置以將備用電池42連接至第一電池管理系統(tǒng)34。然后電池管理系統(tǒng)34檢查備用電池的電壓，如果備用電池42的電壓低于臨界閾值，則中斷該啟動。在相反的情況下，電池管理系統(tǒng)34使電力轉(zhuǎn)換器37運轉(zhuǎn)。然后電池管理系統(tǒng)34檢查至少一個電池組31、32的電壓，如果至少一個電池組31、32的電壓低于臨界閾值，則中斷該啟動。在相反的情況下，電池管理系統(tǒng)34將開關43置于第三位置，并且使至少一個電機20、21運轉(zhuǎn)。
[0053]作為變型，飛行器的每個敏感單元，例如電機管理系統(tǒng)54、55和電池管理系統(tǒng)34、35，包括連接至第二高壓電路27的備用轉(zhuǎn)換器。
[0054]圖4示出了裝置25僅被部分示出的本發(fā)明的實施方式。裝置25不包括電機管理系統(tǒng)54。然而，第一電池管理系統(tǒng)34控制三個接觸式開關K1-K3和傳感器Cl。
[0055]第一接觸式開關Kl使轉(zhuǎn)換器37能夠連接至高壓電路26。該接觸式開關在裝置25的啟動時關斷，并且電池管理系統(tǒng)34為了飛行器的正常運轉(zhuǎn)而強制該接觸式開關接通。接觸式開關K2和K3可以交替地用于使用電阻Rll并且修改電池組31的效率。傳感器Cl向電池管理系統(tǒng)34提供電池組31的電壓或電流信息。
[0056]圖4還示出了能夠借助于轉(zhuǎn)換器36而直接在高壓電路26上被供電的電池管理系統(tǒng)34，其中該轉(zhuǎn)換器36遞送等同于低壓電路28的電壓的低壓電壓。
[0057]因此，本發(fā)明使得能夠通過限制電池組31、32的數(shù)目以及應用能夠在裝置25的部件有問題的情況下啟動或重新啟動裝置25的備用電池42，對以電力推進的飛行器10供電。
[0058]本發(fā)明通過添加具有適宜的控制電路的電池組，可轉(zhuǎn)換成包括多于兩個電機的以電力推進的飛行器。
【主權項】
1.一種用于以電力推進的飛行器(10)的供給電力的裝置(25)，其特征在于，所述電力供給裝置(25)包括: -第一和第二電機(20，21)，所述第一和第二電機(20，21)能夠確保所述飛行器(10)的推進， -第一和第二高壓電路(26，27)，所述第一和第二高壓電壓(26，27)分別連接至所述兩個電機(20，21)， -低壓電路(28)，所述低壓電路(28)連接至所述飛行器(10)的至少一個控制和/或監(jiān)測構件(49)， -第一和第二電池組(31，32)，所述第一和第二電池組(31，32)分別連接至所述兩個高壓電路(26，27)， -第一和第二電池管理系統(tǒng)(34，35)，所述第一和第二電池管理系統(tǒng)(34，35)連接至所述低壓電路(28)，所述電池管理系統(tǒng)(34，35)分別連接至所述兩個電池組(31，32)， -電力轉(zhuǎn)換器(37)，所述電力轉(zhuǎn)換器(37)—方面連接至所述第一高壓電路(26)，另一方面連接至所述低壓電路(28)。2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括經(jīng)由開關(43)連接至所述第一電池管理系統(tǒng)(34)的備用電池(42)，所述備用電池(42)能夠遞送使所述裝置(25)運轉(zhuǎn)所必需的電流。3.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括: -超低壓電路(29)，所述超低壓電路(29)連接至所述飛行器(10)的至少一個控制和/或監(jiān)測構件(50)，以及 -電力轉(zhuǎn)換器(38)，所述電力轉(zhuǎn)換器(38)—方面連接至所述低壓電路(28)，另一方面連接至所述超低壓電路(29)。4.根據(jù)權利要求1至3中的一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括充電插頭(52)，所述充電插頭(52)連接至所述兩個高壓電路(26，27)，所述充電插頭(52)能夠?qū)λ鰞蓚€電池組(31，32)進行充電。5.根據(jù)權利要求1至4中的一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括第一和第二電壓逆變器(39,40),所述第一和第二電壓逆變器(39，40)能夠通過斬波將高壓直流電壓轉(zhuǎn)換成三相交流電能，每個逆變器(39，40)連接在高壓電路(26，27)與相應的電機(20，21)之間。6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括第一和第二電機管理系統(tǒng)(54，55)，所述第一和第二電機管理系統(tǒng)(54，55)連接在高壓電路(26，27)與相應的逆變器(39，40)之間，每個電機管理系統(tǒng)(54，55)包括至少一個霍爾效應傳感器、主開關和用于監(jiān)視被施加至所述電機的電壓的裝置，其中，所述霍爾效應傳感器能夠提供關于所述電機的位置的信息，所述主開關能夠切斷對所述電機的電力的供給。7.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述電機管理系統(tǒng)(54，55)和所述電池管理系統(tǒng)(34，35)包括連接至所述第二高壓電路(27)的備用轉(zhuǎn)換器。8.根據(jù)權利要求1至7中的一項所述的裝置，其特征在于，至少一個電池組(31，32)包括總存儲容量在40Ah與80Ah之間的的鋰離子電池。9.一種以電力推進的飛行器(10)，所述以電力推進的飛行器(10)包括至少兩個電機(20，21)和根據(jù)權利要求1至8中的一項所述的供給電力的裝置(25)。10.—種用于啟動根據(jù)權利要求9所述的以電力推進的飛行器(10)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: -接通開關(43)以將備用電池(42)連接至第一電池管理系統(tǒng)(34)， -借助于所述電池管理系統(tǒng)(34)來檢查所述備用電池(42)的電壓，如果所述備用電池(42)的電壓低于臨界閾值，則中斷所述啟動， -啟動逆變器(39，40)的預加載， -接通電池組(31，32)的接觸式開關， -啟動所述電力轉(zhuǎn)換器(37)， -借助于所述電池管理系統(tǒng)(34)來檢查至少一個電池組(31，32)的電壓，如果所述至少一個電池組(31，32)的電壓低于臨界閾值，則中斷所述啟動，以及-斷開所述開關(43)以斷開所述備用電池(42)的連接。
【文檔編號】B64D27/24GK105916769SQ201480032637
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2014年6月2日
【發(fā)明人】迪迪?！ぐＫ固┮? 埃馬紐埃爾·朱伯特, 伊尚·斯馬烏, 查爾斯·內(nèi)斯波盧斯, 布魯諾·雷尚
【申請人】空客集團有限公司