本發(fā)明涉及一種飛機(jī)電氣系統(tǒng)及其供電方法，屬于電路系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

各種飛機(jī)已經(jīng)成為人們?nèi)粘５慕煌ā⑦\(yùn)輸及生產(chǎn)工具，如載人的大、中、小型客機(jī)，運(yùn)輸貨物的運(yùn)輸機(jī)、及各種特殊用處飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力無人機(jī)等。電氣系統(tǒng)是飛機(jī)必不可少的一部分，飛機(jī)傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)如圖1所示，主要由機(jī)載發(fā)電機(jī)、電壓調(diào)節(jié)器、蓄電池等構(gòu)成，用電設(shè)備根據(jù)功率特性主要分為需要瞬態(tài)大功率的啟動(dòng)電機(jī)和持續(xù)小功率的其他機(jī)載用電裝置，飛機(jī)蓄電池是供電系統(tǒng)必不可少的電源之一，在飛機(jī)的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)向啟動(dòng)電機(jī)供電；發(fā)動(dòng)機(jī)不工作或發(fā)動(dòng)機(jī)在不高的轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，蓄電池向飛機(jī)耗電裝置供電；在耗電裝置功率超過其發(fā)電裝置功率時(shí)，蓄電池同發(fā)電機(jī)聯(lián)合向耗電裝置供電。飛機(jī)中的蓄電池既要負(fù)責(zé)提供機(jī)載用電裝置(如儀表顯示、程序自檢、信號(hào)燈的閃亮、音響短時(shí)工作等小功率器件)的能量，又要負(fù)責(zé)提供發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間大功率的能量，在運(yùn)行實(shí)踐中，這種方案暴露出以下問題：

1.飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)和其它用電裝置不同用電特性對(duì)蓄電池性能要求差異很大：啟動(dòng)系統(tǒng)要求蓄電池放電倍率性能優(yōu)異，而其它耗電裝置則要求蓄電池具備一定容量即可、倍率性能要求不高，這種情況導(dǎo)致蓄電池為滿足飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)所需的瞬態(tài)大功率，不得不“超量配置”，使電池又大又笨重，既浪費(fèi)資源也不經(jīng)濟(jì)。

2.當(dāng)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火狀態(tài)下長時(shí)間使用飛機(jī)內(nèi)的電器設(shè)備、熄火狀態(tài)下使用外接電源設(shè)備、停機(jī)后忘記關(guān)閉耗電設(shè)備等情況，將導(dǎo)致蓄電池虧電而無法完成飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的下次啟動(dòng)。

3.飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)電流較大，對(duì)鉛酸蓄電池的電流沖擊較大，造成正極板活性物質(zhì)脫落，使得鉛酸電池組容量下降較快，使用壽命較短(一般為2～3年)，更換較為頻繁，增加用戶設(shè)備維護(hù)工作量和使用成本；飛機(jī)蓄電池使用過程中，由于使用人員或維護(hù)人員無法準(zhǔn)確確認(rèn)蓄電池使用狀態(tài)，通常以飛機(jī)隔夜后啟動(dòng)不順暢的現(xiàn)象作為判定蓄電池壽命終結(jié)的標(biāo)準(zhǔn)，而不是以蓄電池?zé)o法蓄電或無法正常供應(yīng)飛機(jī)耗電裝置用電作為蓄電池報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，造成蓄電池被“過早判廢”。

4.飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)(特別是冷啟動(dòng))時(shí)，蓄電池瞬時(shí)電壓降較大，造成飛機(jī)電壓敏感設(shè)備(計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、可編程邏輯控制器、電子設(shè)備等)無法正常工作，容易出現(xiàn)計(jì)算機(jī)紊亂、數(shù)據(jù)丟失及設(shè)備停止運(yùn)行等故障，嚴(yán)重時(shí)甚至造成機(jī)載設(shè)備的意外損壞。

為此，有人提出在蓄電池兩端并聯(lián)超級(jí)電容的方式來共同為啟動(dòng)電機(jī)供電，雖然這種方案在一定程度上延長了蓄電池的使用壽命，但是蓄電池還是要承擔(dān)啟動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)任務(wù)，并沒有從根本上解決蓄電池為啟動(dòng)電機(jī)供電導(dǎo)致對(duì)蓄電池電流沖擊大，造成蓄電池壽命降低等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種飛機(jī)電氣系統(tǒng)及其供電方法，以解決目前采用蓄電池為飛機(jī)啟動(dòng)電機(jī)提供啟動(dòng)能量導(dǎo)致蓄電池“超量配置”以及易受到大電流沖擊影響壽命的問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種飛機(jī)電氣系統(tǒng)，包括啟動(dòng)電機(jī)、機(jī)載發(fā)電機(jī)和機(jī)載用電裝置，該電氣系統(tǒng)還包括能量單元和功率單元，能量單元和功率單元輸出端之間連接有隔離單元，能量單元輸出端供電連接機(jī)載用電裝置，功率單元輸出端供電連接啟動(dòng)電機(jī)，所述隔離單元用于在功率單元為啟動(dòng)電機(jī)供電時(shí)，斷開功率單元與能量單元的電流通路，所述的能量單元為儲(chǔ)能器件，所述的功率單元為高倍率放電的儲(chǔ)能器件。

所述的隔離單元為開關(guān)管、接觸器或繼電器。

所述的隔離單元還包括控制電路，所述的控制電路包括控制接口和第一檢測接口，所述第一檢測接口用于檢測啟動(dòng)電機(jī)是否啟動(dòng)，所述控制接口用于在第一檢測接口檢測到啟動(dòng)電機(jī)要啟動(dòng)時(shí)，斷開功率單元與能量單元的電氣連接。

所述的控制電路還包括用于檢測功率單元電量是否充足的第二檢測接口，當(dāng)?shù)谝粰z測接口檢測到啟動(dòng)電機(jī)不工作且第二檢測接口檢測到功率單元電量不足時(shí)，功率單元與能量單元通過隔離單元并接，否則不并接。

所述的功率單元為超級(jí)電容器單體、通過超級(jí)電容器單體串并聯(lián)組成的模塊或者電容器陣列。

所述的能量單元為鉛酸電池、鎳氫電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、三元電池和鈦酸鋰電池中的任意一種。

本發(fā)明還提供了一種飛機(jī)電氣系統(tǒng)的供電方法，該方法將飛機(jī)的用電設(shè)備根據(jù)功率特性進(jìn)行區(qū)分，分為功率型用電單元和非功率型用電單元，功率型用電單元由功率單元供電，非功率型用電單元由能量單元供電，功率單元和能量單元之間通過隔離單元進(jìn)行電氣隔離，在功率單元為功率型用電單元供電時(shí)，由隔離單元斷開功率單元與能量單元的連接，由功率單元單獨(dú)為功率型用電單元供電，所述的功率單元為高倍率放電的儲(chǔ)能器件。

所述的隔離單元連接在能量單元和功率單元輸出端之間。

當(dāng)功率型用電單元不工作時(shí)，隔離單元判斷功率單元電量是否充足，若電量不足，功率單元與能量單元通過隔離單元并接，由能量單元為其充電，否則不并接。

所述的功率單元為超級(jí)電容器單體、通過超級(jí)電容器單體串并聯(lián)組成的模塊或者電容器陣列。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明飛機(jī)供電系統(tǒng)采用組合式超級(jí)電池提供電能，組合式超級(jí)電池包括能量單元和功率單元，能量單元和功率單元輸出端之間連接有隔離單元，能量單元輸出端供電連接機(jī)載用電裝置，功率單元輸出端供電連接啟動(dòng)電機(jī)，隔離單元用于在功率單元為啟動(dòng)電機(jī)供電時(shí)，斷開功率單元與能量單元的電流通路，能量單元為儲(chǔ)能器件，功率單元為能夠高倍率放電的儲(chǔ)能器件。本發(fā)明通過僅采用組合式超級(jí)電池中的功率單元為啟動(dòng)電機(jī)供電，防止因蓄電池過度放電導(dǎo)致啟動(dòng)電機(jī)不能啟動(dòng)，影響飛機(jī)正常工作，能量單元不再承擔(dān)瞬態(tài)大功率作業(yè)任務(wù)，不會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)較大電壓降的情況，保證了飛機(jī)電氣系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作，減少了用電負(fù)載因電能質(zhì)量不穩(wěn)造成的損壞。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)飛機(jī)電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明飛機(jī)電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是本發(fā)明飛機(jī)電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖4是本發(fā)明飛機(jī)電氣系統(tǒng)所采用的隔離單元結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明的一種飛機(jī)供電系統(tǒng)的實(shí)施例

飛機(jī)已經(jīng)成為人們?nèi)粘５慕煌ā⑦\(yùn)輸及生產(chǎn)工具，飛機(jī)在啟動(dòng)過程中，一般需要啟動(dòng)電機(jī)的帶動(dòng)，啟動(dòng)電機(jī)作為功率型用電單元，在啟動(dòng)時(shí)需要瞬態(tài)大功率，本發(fā)明采用功率單元為其供電。在同一電氣系統(tǒng)中，功率型用電單元與非功率型用電單元是相對(duì)的概念。功率型用電單元具備持續(xù)用電時(shí)間短(小于10秒)、大功率(額定電流一般在幾十安培以上)的用電特征，在飛機(jī)的電氣系統(tǒng)中，內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電機(jī)就是該電氣系統(tǒng)中的功率型用電單元；非功率型用電單元具備持續(xù)用電時(shí)間可長可短、小功率(額定電流一般在幾十安培以下)的用電特征，在飛機(jī)的電氣系統(tǒng)中，儀表顯示、程序自檢、信號(hào)燈的閃亮、音響短時(shí)工作等小功率器件均為能量型用電單元。

本實(shí)施例中的飛機(jī)電氣系統(tǒng)，如圖2和圖3所示，包括機(jī)載發(fā)電機(jī)7、啟動(dòng)電機(jī)1、機(jī)載用電裝置6和組合式超級(jí)電池，組合式超級(jí)電池包括功率單元4、隔離單元3和能量單元5，隔離單元3連接在能量單元和功率單元輸出端之間，能量單元5輸出端供電連接機(jī)載用電裝置6，功率單元4輸出端通過啟動(dòng)開關(guān)2供電連接啟動(dòng)電機(jī)1，機(jī)載發(fā)電機(jī)7的電壓由電壓調(diào)節(jié)器8調(diào)節(jié)，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)載發(fā)電機(jī)7電壓的穩(wěn)定輸出。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，閉合啟動(dòng)開關(guān)2，隔離單元3斷開功率單元4與能量單元5之間的電流通路，僅由功率單元4為啟動(dòng)電機(jī)供電。能量單元5不再承擔(dān)瞬態(tài)大功率作業(yè)任務(wù)，只負(fù)責(zé)小功率負(fù)載的持續(xù)供能，能量單元不會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)較大電壓降的情況，保證機(jī)載供電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定輸出，且能量單元不受大電流沖擊損壞，壽命更長，避免能量單元被“過早”判廢，造成浪費(fèi)。通過能量單元可根據(jù)機(jī)載耗電裝置的能量要求配置容量，適當(dāng)減小了其體積和重量，在選型配置上實(shí)現(xiàn)“瘦身”從而節(jié)約資源、減少環(huán)境污染；僅依靠功率單元進(jìn)行啟動(dòng)，使飛機(jī)的啟動(dòng)性更好，尤其是在低溫啟動(dòng)性，防止因飛機(jī)電池放電過度導(dǎo)致飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)的情況。

功率單元4可以是超級(jí)電容器單體、由超級(jí)電容器單體通過串并聯(lián)組成的模塊，或者傳統(tǒng)電容器陣列，如圖2所示。功率單元4也可采用倍率性能及低溫性能優(yōu)異的儲(chǔ)能器件，如圖3所示，儲(chǔ)能器件可為具備高倍率放電特性蓄電池，比如鋰離子電池(磷酸鐵鋰系、三元系、錳酸鋰系、鈦酸鋰系等)和卷繞式高倍率鉛酸電池，也可以是低溫高倍率鋰電池和低溫高倍率鉛酸電池。能量單元5可以是鉛酸電池，也可以是鎳氫電池，還可以是錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、三元電池、鈦酸鋰電池等其中的任意一種。功率單元存儲(chǔ)能量比能量單元存儲(chǔ)能量小很多，但充放電效率和功率特性又高很多。

隔離單元具有控制功能，能夠根據(jù)功率型用電單元啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)能量單元與功率單元的隔離。本發(fā)明的隔離單元為開關(guān)管、接觸器或繼電器，包括有控制電路，控制電路上設(shè)置有控制接口和第一檢測接口，第一檢測接口用于檢測啟動(dòng)電機(jī)是否啟動(dòng)，控制接口用于控制隔離單元是否斷開功率單元與能量單元之間的電流通路，當(dāng)?shù)谝粰z測接口檢測到啟動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，隔離功率單元與能量單元的電氣連接。為了防止在能量單元放電時(shí)，功率單元和能量單元一起放電，對(duì)功率單元造成不利的影響，本發(fā)明的控制電路還包括用于檢測功率單元電量是否充足的第二檢測接口，當(dāng)?shù)谝粰z測接口檢測到啟動(dòng)電機(jī)不工作且第二檢測接口檢測到功率單元電量不足時(shí)，功率單元與能量單元通過隔離單元并接，否則不并接。本發(fā)明所采用的隔離單元還可采用手動(dòng)開關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式，通過手動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)功率單元和能量單元的隔離。

此外，根據(jù)需要，瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器還包括外圍電路，該外圍電路包括與功率單元連接的檢測電路、保護(hù)及均衡電路和管理及顯示模塊，如圖4所示，通過檢測電路實(shí)時(shí)檢測功率單元的電量，通過保護(hù)及均衡電路實(shí)現(xiàn)功率單元的均衡保護(hù)、充電保護(hù)、放電保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流保護(hù)、過溫保護(hù)和短路保護(hù)功能等，通過管理及顯示模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元的管理和參數(shù)顯示。檢測電路、保護(hù)及均衡電路和管理及顯示模塊可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，各功能電路的實(shí)現(xiàn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言屬于常規(guī)技術(shù)手段，這里不再給出具體的電路說明。

本發(fā)明的一種飛機(jī)電氣系統(tǒng)的供電方法的實(shí)施例

本實(shí)施例供電方法針對(duì)的是飛機(jī)電氣系統(tǒng)，該方法將飛機(jī)的用電設(shè)備根據(jù)功率特性進(jìn)行區(qū)分，分為功率型用電單元和非功率型用電單元，本實(shí)施例中功率型用電單元指的是啟動(dòng)電機(jī)，非功率型用電單元指的是除啟動(dòng)電機(jī)之外的其它機(jī)載用電裝置。功率型用電單元僅由瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器中的功率單元供電，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，功率單元與能量單元的電氣連接已經(jīng)通過隔離單元斷開，只采用功率單元為啟動(dòng)電機(jī)供電；非功率型用電單元由與瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器并聯(lián)的能量單元或發(fā)電機(jī)供電，當(dāng)功率型用電單元不工作時(shí)，由能量單元為其它耗電器件提供電能，同時(shí)隔離單元判斷功率單元電量是否充足，若電量不足時(shí)，功率單元與能量單元通過隔離單元并接，由能量單元為其供電，否則不并接。

該方法針對(duì)系統(tǒng)實(shí)施例中電氣系統(tǒng)的供電過程如下：飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，閉合啟動(dòng)開關(guān)2，控制隔離單元斷開功率單元4與能量單元5之間的電氣連接，使功率單元4向啟動(dòng)電機(jī)1放電；發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后，啟動(dòng)開關(guān)2斷開，隔離單元3導(dǎo)通，功率單元4與能量單元5連通，機(jī)載發(fā)電機(jī)7開始向機(jī)載用電裝置6供電，并且給能量單元5和功率單元4充電，并在機(jī)載發(fā)電機(jī)無法滿足機(jī)載用電裝置時(shí)，由能量單元與機(jī)載發(fā)電機(jī)一起為機(jī)載用電裝置供電；當(dāng)機(jī)載發(fā)電機(jī)7停止工作時(shí)，控制隔離單元斷開功率單元4與能量單元5之間的電氣連接，若機(jī)載用電裝置6繼續(xù)工作，則此時(shí)所需電能完全由能量單元5提供，控制隔離單元斷開功率單元4與能量單元5之間的電氣連接，隔離單元3阻止功率單元4放電，從而保證功率單元4能夠進(jìn)行后續(xù)的啟動(dòng)。

本發(fā)明飛機(jī)供電系統(tǒng)采用組合式超級(jí)電池為其提供能量，利用組合式超級(jí)電池的功率單元為功率型用電單元提供啟動(dòng)電能，使能量單元不再承擔(dān)瞬態(tài)大功率作業(yè)任務(wù)，能量單元只負(fù)責(zé)小功率負(fù)載的持續(xù)供能，避免了能量單元受大電流沖擊，可有效提高其使用壽命。同時(shí)，在能量單元選型配置上可以“瘦身”，實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化。此外，功率單元僅用于為啟動(dòng)電機(jī)供電，當(dāng)能量單元為耗電裝置供電時(shí)，隔離單元斷開功率單元與能量單元之間的電流的通路，避免功率單元向能量單元放電，對(duì)功率單元有一定的保護(hù)作用。同時(shí)依靠本發(fā)明的瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器進(jìn)行啟動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)性更好，尤其是低溫啟動(dòng)性更好，能量單元不會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)較大電壓降的情況，保證飛機(jī)供電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定輸出，減少非功率型用電單元因電能質(zhì)量不穩(wěn)造成的損壞。本發(fā)明將飛機(jī)用電設(shè)備分為功率型用電單元和非功率型用電單元，功率型用電單元僅由瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器中的功率單元供電，非功率型用電單元由與瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器并聯(lián)的能量單元或發(fā)電機(jī)供電，達(dá)到能量供給側(cè)和能量需求側(cè)的匹配和平衡，使飛機(jī)電氣系統(tǒng)得到優(yōu)化，延長壽命，提高性能，減少資源浪費(fèi)和系統(tǒng)維護(hù)工作量，并通過輕量化和更高效率的功率單元的采用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。