CN103229382A

CN103229382A - 用于交通工具的电力控制系统

Info

Publication number: CN103229382A
Application number: CN2011800565092A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·伊斯基尔多·吉尔; 弗朗西斯科·哈维尔·洛佩斯·德尔·塞罗; 里卡多·阿斯科纳·费尔南德斯
Original assignee: EADS Construcciones Aeronauticas SA
Current assignee: Airbus Defence and Space SA
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2013-07-31
Also published as: WO2012049185A1; US20120091789A1; CA2814564C; US8723354B2; EP2442425A1; CA2814564A1; EP2442425B1

Abstract

一种用于向交通工具的负载供应电力的电力系统，包括电力产生区（11）；初级分配区（13）；次级分配区（15），次级分配区包括电力负载管理单元（EPLMU）（17、17’、17’’、17’’’），电力负载管理单元包括控制板（31）和用于负载组（19、19’、19’’、19’’’）的一个或多个SSPC（33）；以及主要EPLMU（21），其包括控制板（32）和一个或多个SSPC（33）、由初级分配区（13）供电并且通过供电线路和数据通信总线（26）连接至所述EPLMU（17、17’、17’’、17’’’），以及连接至所述数据通信总线（26）的负载管理计算机（25），所述主要EPLMU（21）和所述负载管理计算机（25）适于被布置成完全控制所述EPLMU（17、17’、17’’、17’’’）的启动和关闭。

Description

用于交通工具的电力控制系统

技术领域

本发明涉及一种用于交通工具的电力（electrical power，电功率）控制系统，且更具体地，涉及一种利用固态功率控制器模块来对次级分配区（secondary distribution area）进行保护、控制及管理的系统。

背景技术

由于由依赖电力的装备来取代依赖气动、机械及液压动力的传统装备的结果，在航空工业内有朝向多电飞机（More Electric Aircraft，MEA）概念发展的强劲趋势，依赖电力的装备由于可靠性增加、维护更少、能量转换有效以及因此通常飞机的效率更高，从而提供更好的系统性能。

为应对在新分配架构中电力的增加，采用更高电压等级以用于降低电流等级并且随之减小导线截面及其重量。另一方面，主电力负载可以直接由直流电驱动，而非交替三相电流，这也意味着用于连接不同电力负载的导线数量的减少。

在这些新电力分配架构中电力负载数量的显著增加会使得电气和电子部件数量增加，由于构成系统的不同装备之间的相互作用，这会导致整个系统的不稳定性。此外，考虑到一些装置的功能，电压等级的提高会引起新问题的出现，例如由具有新等级电压的导线中的物理效应（电晕效应、电弧故障以及其他）引起的传统保护以及其他不便。

在航空工业中，由智能控制系统管理的电力系统的需求不断增加，该智能控制系统具体地用于根据操作模式和可获得的电力源来管理电负载的连接和断开。

因此，固态功率控制器（solid state power controller，SSPC）技术已被引入至电管理中心。在电力负载管理单元（Electrical Power LoadManagement Unit，EPLMU）中将这些部件编组，其能够提供的优点多于机电式继电器和传统断路器（CB）。

其他SSPC特征有高可靠性、低功率损耗以及利用复杂的硬件远程控制的能力。此外，与电磁和机电式部件相比（例如CB），基于功率半导体（像SSPC）的装置能够提供快速响应并且对振动的敏感性更低。

图3示出了基于SSPC33的已知EPLMU17的示意图，其具有控制板31和用于供电和控制（数据通信）的输入线路22、23、26。

通常通过集中化负载管理计算机（centralized Load ManagementComputer，LMC）进行对EPLMU的控制。每个EPLMU的本地控制电路通常通过线路更换单元（Line Replacement Unit，LRU）内部的内部数据总线完成。因此，SSPC提供系统智能、远程控制及监控、更少的维护、更低的功率损耗、重量更轻并且可靠性更高。

美国专利申请US2007/0081284公开了一种基于SSPC和传统CB的电力控制系统。不过，它的设计利用传统CB向一些电负载（例如SSPC模块）提供电力。因此，这种架构受限于基本控制和监控可靠性，并且不能减小体积和空间。

因此，需要一种完全基于电子部件（例如SSPC）的次级电力系统。

本发明的目的就是关注这种需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种仅基于SSPC的用于交通工具的电力控制系统。

本发明的另一目的是提供一种的具有最优化次级电力分配区的交通工具的电力控制系统。

这些以及其他目的可以由用于向交通工具的多个负载供应电力的电力系统来实现，该电力系统至少包括电力产生区（Power Generation Area，动力产生区）、初级分配区（Primary Distribution Area）以及次级分配区（Secondary Distribution Area），该次级分配区包括多个电力负载管理单元（Electrical Power Load Management Unit，EPLMU），这些电力负载管理单元包括控制板和用于负载组的一个或多个SSPC，该电力系统还包括主要EPLMU和负载管理计算机，主要EPLMU包括控制板和一个或多个SSPC、由初级分配区供电（powered，供应动力）并且通过多条供电线路（power supply line）和通过数据通信总线连接至所述EPLMU，所述负载管理计算机连接至所述数据通信总线，所述主要EPLMU和所述负载管理计算机适于被布置成用于完全控制所述EPLMU的启动和关闭。

优选地，主要EPLMU设置有在其硬件中执行的自动配置能力（通常构建在单独的启动卡（Starting Card）中），以便在启动时使从属EPLMU通电（energizing，供能）。因此不需要用于EPLMU的中间保护。

优选地，所述主要EPLMU包括用于SSPC的两条输入供电线路，以及用于其控制板的一条特定输入供电线路，以防止失效。

优选地，所述输入供电线路在初级分配区中连接至分离的母线。

本发明的典型应用领域是航空领域，用于趋于多电飞机的上述当今趋势中给定的有人驾驶和无人驾驶飞机两者。

通过以下结合附图的详细说明可以理解本发明的其他特征和优点。

附图说明

图1示出了飞机的已知电力系统的示意方框图。

图2a是根据本发明的飞机的电力系统的示意方框图。

图2b是根据本发明的用于飞机的电力系统的次级分配区的数据通信总线的示意方框图。

图3是基于SSPC的EPLMU的示意图。

图4是根据本发明优选实施例的主要EPLMU的示意图。

图5是具有根据本发明电力系统的飞机的简化示意图，仅示出了EPLMU以及数据通信总线。

具体实施方式

整体而言，如图1中所示，用于MEA的已知电力系统架构可以分为五个主要区：

-电力产生区11，包括向系统其他部分和向负载提供电力的电力源9、9’，至少包括电池，该电池用于供应用于内部控制系统和紧急操作的初始电力，它们集成在构成架构的装备的内部。电力产生区可以包括AC和DC源。

-初级分配区13，该初级分配区通过智能接触器（SC）将电力分配至所有点并且防止连接区电流过载。

-转换区（未示出），该转换区用于将供应电压等级转换成电负载需要的配送等级。

-次级分配区15，该次级分配区具有电力总线14，该电力总线基于SSPC33（见图3）而非传统装置（例如继电器和CB）通过EPLMU17、17’、17’’、17’’’向负载组19、19’、19’’、19’’’提供电力。如已熟知的，SSPC允许将继电器和断路器、机械特性元件替换为单独功率电子装置。这些EPLMU17、17’、17’’、17’’’可以完全像利用继电器和CB进行的那样，连接电负载组19、19’、19’’、19’’’，并且提供对它们进行开关的功能，并且防止电气装置过载和短路。可以通过传统CB16、16’、16’、16’’’为这些EPLMU17、17’、17’’、17’’’的控制板31通电。

-管理和监控区（未示出），该管理和监控区根据运行情况控制所有装备和装置的正确运作。

图2a（示出了供电线路）和图2b（示出了控制线路）中示出了根据本发明的用于MEA的电力系统架构。该系统架构与已知电力系统架构的主要区别为：

-包括主要EPLMU21，该主要EPLMU连接至初级分配区13和EPLMU17、17’、17’’、17’’’（因此变成从属EPLMU），以用于控制其启动和关闭。供电线路为图2a中所示，并且数据总线控制线路26（处理数据通信）为图2b中所示。如图4中描绘的优选实施例中所示，从属EPLMU17、17’、17’’、17’’’的控制板31由主要EPLMU21通电，该主要EPLMU包括控制板32、启动卡35、用于SSPC33的两条输入供电线路23、23’、用于控制板32的两条输入供电线路22、23’。还示出了控制板32至数据通信总线26的连接。由于主要EPLMU21由初级分配区13供应电力，优选地，由如图4中示出的分离的母线27、27’、27’’供应电力，可以将其尽可能地靠近电力产生单元9、9’’设置。

-负载管理计算机（LMC）25，该负载管理计算机连接至数据总线26，根据运行情况控制所有装备和装置的正确运作。

-主要EPLMU21必须在启动以便为从属EPLMU17、17’、17’’、17’’’通电时（独立于LMC25且以与CB相同的方式），具有自动配置能力。在优选实施例中，该能力由启动卡35的硬件中执行。通过专用供电线路（未示出）和主配电总线，该单元具有双重电力。如前所述，在优选实施例中，利用两条线路23、23’为SSPC33供应电力，以便避免在从属EPLMU17，17’、17’’、17’’’中缺少电力。

-在该电力系统中没有任何特定CB。该主要EPLMU21取代了现有技术系统中采用的所有CB。

图5示意性地描绘了主要EPLMU21、LMC25及从属EPLMU17、17’、17’’、17’’’沿着在空中加油操作中使用的加油飞机的定位，为简便起见仅示出了它们之间的数据总线26。

主要EPLMU21靠近电源（即飞机电力中心）定位。

LMC25靠近驾驶舱定位。

EPLMU17靠近驾驶舱定位并且管理定位在该区域中的电负载组（机舱装备、加油控制装备），EPLMU17’和17’’管理定位在飞机中心区的电负载组，并且EPLMU17’’’管理与加油装置相关联的电负载组。

通过以上描述，可以看出本发明提供了一种用于实现改进的次级电力分配系统的解决方案，该系统允许具有总体控制和监控能力，并且比现有技术系统更有效和可靠。

此外，本发明充分利用了已经构建为EPLMU一部分的特征的优点，以简化用于飞机电力系统的架构，并且优化和改进对次级电力分配区的控制。利用SSPC取代CB为EPLMU供应电力，使得该控制和监控能力可以在无人驾驶的交通工具中。

虽然已经结合优选实施例充分描述了本发明，显然的是，可以在其范围内进行修改，不应认为本发明限制于这些实施例，而是由随附权利要求的内容限定。

Claims

1.一种用于向交通工具的负载供应电力的电力系统，至少包括电力产生区（11）、初级分配区（13）以及次级分配区（15），所述次级分配区包括电力负载管理单元（EPLMU）（17、17’、17’’、17’’’），所述电力负载管理单元包括控制板（31）和用于负载组（19、19’、19’’、19’’’）的一个或多个SSPC（33），其特征在于：

-还包括主要EPLMU（21）和负载管理计算机（25），所述主要EPLMU包括控制板（32）和一个或多个SSPC（33），由所述初级分配区（13）供电并且通过供电线路和数据通信总线（26）连接至所述EPLMU（17、17’、17’’、17’’’），所述负载管理计算机连接至所述数据通信总线（26）；

-所述主要EPLMU（21）和所述负载管理计算机（25）适于被布置成用于完全控制所述EPLMU（17、17’、17’’、17’’’）的启动和关闭。

2.根据权利要求1所述的电力系统，其中所述主要EPLMU（21）还包括启动卡（35），所述启动卡具有在其硬件中执行的自动配置能力，以便当启动时使从属EPLMU（17、17’、17’’、17’’’）通电。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的电力系统，其中所述主要EPLMU（21）包括用于所述SSPC（33）的两条输入供电线路（23、23’）和用于所述控制板（32）的两条输入供电线路（22、23’）。

4.根据权利要求3所述的电力系统，其中用于所述SSPC和所述控制板（32）的所述输入供电线路（22、23、23’）在所述初级分配区（13）中连接至分离的母线（27、27’、27’’）。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的电力系统，其中所述主要EPLMU（21）被定位成靠近于所述电力产生区（11）的源（9、9’）中的至少一个。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电力系统，其中所述交通工具为飞机。

7.根据权利要求6所述的电力系统，其中所述飞机为有人驾驶的飞机。

8.根据权利要求6所述的电力系统，其中所述飞机为无人驾驶的飞机。