CN105460227B - 紧急动力供给系统、飞行器和在飞行器中提供动力的方法 - Google Patents

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Abstract

用于在飞行器中至少提供液力和电力的紧急动力供给系统(2)包括：提供电力的具有电出口(8)的燃料电池(4)；转换电力的转换单元(6)，能够与飞行器的交流总线和直流总线中的至少一个和至少一个燃料电池的电出口耦接；和至少一个液压泵(10)，具有能够重新配置的电机(14)和电机控制单元，并且能够与飞行器的液压系统(12)耦接以提供液力。转换单元将至少一个燃料电池的电出口的供电电压转换成与交流总线处的预定电压匹配的交流电压和与直流总线处的预定电压匹配的直流电压中的至少一个。此外，能够重新配置的电机能够与至少一个燃料电池和交流总线耦接，其中能够重新配置的电机通过来自至少一个燃料电池或交流总线的电力供给而操作。

Description

紧急动力供给系统、飞行器和在飞行器中提供动力的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求在2014年9月29日提交的欧洲专利申请No.14 186 828.1的优先权，该申请的整体内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种紧急动力供给系统、一种具有该紧急动力供给系统的飞行器以及一种用于在飞行器的紧急情况下至少提供电力和液力的方法。
具体地，本发明涉及一种用于在飞行器中至少提供液力和电力的紧急动力供给系统，涉及一种具有电力系统和液力系统以及该紧急动力供给系统的飞行器。本发明还涉及一种用于在紧急情况下至少提供电力和液力的方法。
背景技术
基于冲压空气涡轮(RAT)的紧急动力供给系统是已知的，冲压空气涡轮与用于向飞行控制系统的致动器提供液力的液压泵机械耦接。为了提供电力，液压动力发电机与液压系统耦接。
在例如EP 1 859 499 B1和EP 2 222 562 B1中知晓了提供燃料电池系统而非用于在紧急情况下提供电力的发电机的概念。
将冲压空气涡轮更换为燃料电池需要修改电动系统或液压系统，因为燃料电池仅能够提供电压明显低于用于通过诸如400Hz的115V的公共电压生成交流电的所需电压的直流电。再者，燃料电池仅递送直流电，其还取决于施加到燃料电池的电负载。
此外，公共电动液压泵还需要相当高的电压，并且特别是在起动期间，需要大电流。因此，根据保守的设计方法，燃料电池将包括显著的尺寸和重量，并且不得不接受可变的直流输出电压。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种具有显著的可靠性的改进的紧急动力供给系统，允许安全操作并且需要最小的附加重量。
通过具有独立权利要求1的特征的紧急动力供给系统满足该目的。根据从属权利要求和下面的描述可以获得有利实施例和进一步的改进。
提出了一种用于在飞行器中至少提供液力和电力的紧急动力供给系统。该系统包括：具有电出口的至少一个燃料电池，其用于提供电力；用于电力转换的转换单元，其能够与飞行器的交流(AC)总线和至少一个燃料电池的电出口耦接；以及至少一个液压泵，其具有能够重新配置的电机和电机控制单元，并且能够与飞行器的液压系统耦接用于提供液力。转换单元适于将至少一个燃料电池的出口的供电电压转换成与交流总线处的预定电压匹配的交流电压。能够重新配置的电机能够与至少一个燃料电池和交流总线耦接，其中能够重新配置的电机适于通过来自至少一个燃料电池或交流总线的电力供给而操作。
至少一个燃料电池可以是单个燃料电池、燃料电池堆或多个燃料电池堆。在空气被用作氧化剂的情况下，至少一个燃料电池能够在氢气或含氢气体和氧气或含氧气体的消耗下进行燃料电池处理用于生成电力、水和氧气耗尽空气。燃料电池自身可以具有任何适当类型，可以包括低温、中温或高温燃料电池类型，其产生电、热和水。对于车辆中的使用，燃料电池优选地可以包括质子交换膜燃料电池，其还被称为聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)。然而，根据飞行器内部的动力需要和可用安装空间，燃料电池也可以被实现为固体氧化物燃料电池，其经历高得多的操作温度。
转换单元将被理解为能够进行电压转换的装置，该转换单元还可以被称为电压转换器。在现有技术中，多种不同类型的电压转换器是已知的。例如，使用变压器可以容易地转换交流电。然而，从一个直流(DC)电压到另一直流或交流电压的转换需要功率电子装置。
在本发明的背景下，转换单元可以主要执行将来自燃料电池的电出口的直流电转换成用于交流总线的交流电的功能。然而，如根据下文显见的，这不应被理解为限制。
有利地提供具有能够重新配置的电机的液压泵，该能够重新配置的电机适于通过来自至少一个燃料电池的电出口或者交流总线的电力供给而操作。因此，最终没有必要提供专用的液压泵，而是使用液压回路中现有的液压泵，其中紧急动力供给系统在紧急情况下在其操作中集成该现有的液压泵。
除了提供紧急电力供给之外，该设置允许通过在正常操作期间来自交流总线的交流电压供给来驱动能够重新配置的电机。在紧急情况下，电机可以被重新配置以便能够通过来自至少一个燃料电池的电力供给驱动。因此，仅需要对包括液压动力飞行控制和交流总线的现有飞行器架构的最小改变。因此本发明通过具体考虑飞行器中的集成提供了一种构成重量显著最优化的整体紧急系统的系统。
电机的重新配置将被理解为使得电机能够改变电机中的特别是定子的绕组的连接方案。根据绕组数目，可以存在允许显著降低操作电机所需的电压的许多不同的连接方案。例如，Y连接可以变为Δ连接。然而，还可以使用串联连接的每相的两个极对，使得Y连接方案和Δ方案的支路均具有两个极对。再者，两个极对可以彼此并联连接。显然还可以实现它们的组合。又及，重新配置还可以包括电机控制电子装置的重新配置。本领域技术人员将获得下面的许多示例性实施例以便选择适当的设置。
总而言之，根据本发明的紧急动力供给系统是用于维持或增加飞行器特别是在紧急情况下的可靠性和安全性的重量高效的解决方案。通过上述特征，可以提供电压显著低于生成适于提供给交流总线或者驱动电机的交流电所需的电压的燃料电池。通过重新配置，可以借助于具有特别小尺寸的燃料电池操作电机，此外，对于该紧急动力供给系统，不需要专用的电机。
在有利的实施例中，电机包括具有一组互连的定子绕组的定子，其中定子绕组的连接方案能够选自至少两个模式。如上文所述，电感应电机包括具有对应于供电电流的每相的若干绕组或绕组群组的定子铁芯组件。通过改变这些绕组之间的互连，可以选择电机的不同特性。例如，通过将绕组互连从Y模式切换到Δ模式，驱动电机所需的电压降低。如果电机被示例性地设计用于115V的操作，则该电压值可以与Y连接相关联。当该连接切换到Δ连接时，所需电压可以低至66V。
另一实施例包括电机控制电子单元，其能够连接到至少一个燃料电池的电出口和电机，其中电机控制电子单元适于将燃料电池递送的电压转换成施加磁场定向控制的电机供给电压。磁场定向控制还被称为矢量控制，被视为用于电机的可变频率驱动控制方法。该控制允许生成三相脉冲宽度调制电机电压输出，其能够影响电机的转矩和速度。这允许进一步减小燃料电池递送的所需电压。
再者，转换单元能够连接到至少一个燃料电池的电出口，其中变压器连接到转换单元，用于增加转换单元递送的电压以供给交流总线，并且其中电机能够连接到转换单元。因此转换单元可以仅需要提供足以操作电机的电压，转而有必要增加用在交流总线中的电压。
转换单元可以适于将至少一个燃料电池的电出口递送的电压转换成能够供给交流总线的交流电压和能够供给基础直流总线的直流电压。基本上，该组合的直流/直流/交流转换器可以是紧凑的集成电路，其可以替换交流总线中的现有的变压和整流单元。因此，这允许使附加重量最小。
紧急动力供给系统可以进一步包括切换单元，其用于有选择地将电机连接到转换单元和递送电机供给电压的电机控制电子单元中的一个或者交流总线。通过使用包括机械或电子开关的切换单元，可以实现操作模式的清楚隔离，这提高了安全性和可靠性。
有利的是，切换单元集成到电机控制电子装置中并且适于有选择地将电机连接到交流总线或者布置在电机控制电子装置中的逆变器。这导致了所需安装空间的进一步减小。在切换单元包括电子部件的情况下，这些部件可以通过电机控制电子单元中现有的冷却系统进行冷却。
再者，电机连接到电机控制电子单元，其中电机控制电子单元能够连接到至少一个燃料电池的电出口，其中转换单元能够连接到至少一个燃料电池和电机控制电子单元，其中切换单元能够连接到转换单元和飞行器的交流总线，以及其中切换单元适于以流电分离方式将来自转换单元的电流传输到飞行器的交流总线中。
此外，至少一个燃料电池可以适于使用空气作为氧化剂。因此，紧急动力供给系统还可以用作用于提供氧气耗尽空气的供给系统，与提供电力的任何必要性无关。
此外，紧急动力供给系统可以包括负载控制单元，其适于有选择地将至少一个电负载连接到至少一个燃料电池，用于允许至少一个燃料电池生成氧气耗尽空气的连续流的连续操作。由于氧气消耗燃料电池处理，紧急动力供给系统可以执行另外的功能，其涉及使飞行器内部的空间惰化。可以设想，根据本发明的紧急动力供给系统还可以临时仅操作用于提供氧气耗尽空气。该空间可以是飞行器内部的任何空间，诸如货仓或燃料箱。可以在飞行器中检测烟或火，导致需要灭火或者在各个空间中至少创建惰性气氛。出于该目的，可以在作为氧化剂的空气的消耗下操作燃料电池。在该情况下，空气被馈送到至少一个燃料电池的阴极，其中空气的氧气成分被耗尽。流出的氧气耗尽空气可以借助于管道、导管、孔、通道或任何其他允许输送氧气耗尽空气的输送部件被路由至各个空间。为了维持氧气耗尽空气的质量，即恒常低的氧气成分，有利的是针对燃料电池维持同一析出物流的连续操作。通过将负载施加到燃料电池，实现了恒定电流，并且因此实现了恒定析出物流。如果燃料电池仍向液压泵和/或电气网络递送电力，则也可以优选地与负载控制电子装置组合地施加该负载，负载控制电子装置监控燃料电池递送的电流以便调整负载用于维持燃料电池的恒定操作。
本发明还涉及一种飞行器，其具有至少一个交流总线、至少一个液压网络和至少一个所述紧急动力供给系统。
该飞行器可以进一步包括具有用于氧气耗尽空气的入口的至少一个空间，其中紧急动力供给系统的至少一个燃料电池适于使用空气作为氧化剂，使得在至少一个燃料电池的操作期间生成氧气耗尽空气，其中从至少一个燃料电池和至少一个空间中的至少一个延伸的输送部件将氧气耗尽空气递送到各个空间。
在该飞行器中，液压泵可以与不包括引擎驱动液压泵的液压系统耦接。然而，液压泵也可以与包括引擎驱动液压泵的液压系统耦接。
本发明还涉及一种用于在飞行器中至少提供液力和电力的方法，该方法包括如下步骤：借助于具有电出口的至少一个燃料电池提供电力；借助于转换单元将飞行器的交流总线和直流总线中的至少一个以及至少一个燃料电池的电出口提供的电力转换成与交流总线处的预定电压匹配的交流电压和与直流总线处的预定电压匹配的直流电压中的至少一个；将经转换的电力提供给交流总线和直流总线中的至少一个；以及借助于至少一个液压泵将液力提供给飞行器的液压系统，至少一个液压泵具有能够重新配置的电机和电机控制单元。能够重新配置的电机能够与至少一个燃料电池和交流总线耦接，其中能够重新配置的电机适于通过来自至少一个燃料电池或交流总线的电力供给而操作。
该方法包括在一组操作模式中的至少一个操作模式中操作转换单元，该组操作模式包括：
1)向转换单元供给来自交流总线的交流电压，将交流电压转换成与直流总线匹配的直流电压，
2)向转换单元供给来自至少一个燃料电池的直流电压，将直流电压转换成与直流总线匹配的直流电压并且将直流电压转换成与交流总线匹配的交流电压，以及
3)向转换单元供给来自直流总线的直流电压并且将直流电压转换成与交流总线匹配的交流电压。
此外，本发明还涉及一种用于电力转换的转换单元，该转换单元能够与飞行器的交流总线和直流总线中的至少一个以及至少一个燃料电池的电出口耦接。该转换单元适于将至少一个燃料电池的电出口的供电电压转换成与交流总线处的预定电压匹配的交流电压和与直流总线处的预定电压匹配的直流电压中的至少一个。上文参照集成到紧急动力供给系统中的该转换单元说明了该转换单元的另外的有利实施例和另外的改进，并且下面参照附图的描述说明了该转换单元的另外的有利实施例和另外的改进，在附图中该转换单元被示出为集成到紧急动力供给系统的各实施例中。
附图说明
在下面对附图中的示例性实施例的描述中公开了本发明的另外的特性、优点和应用选择。所有所描述和/或说明的特性本身以及任何组合形成了本发明的主题，尽管与它们在各个权利要求中的组成或者它们的关系无关。此外，附图中相同或相似的部件具有相同的附图标记。
图1示出了具有用于电机控制和交流发电的分离的功率电子装置的本发明的紧急动力供给系统的第一示例性实施例的示意性框图。
图2示出了具有用于电机控制和交流发电的单个的功率电子装置的本发明的紧急动力供给系统的第二示例性实施例的示意性框图。
图3示出了具有用于交流和直流发电的组合的直流/直流/交流转换单元和用于控制电机的电机控制电子单元的形式的分离的功率电子装置的本发明的紧急动力供给系统的第三示例性实施例的示意性框图。
图4示出了具有永磁体同步电机的本发明的紧急动力供给系统的第四示例性实施例的示意性框图。
图5示出了包括用于生成交流电压的变压器和有源整流器的基于图4的实施例的本发明的紧急动力供给系统的第五示例性实施例的示意性框图。
图6在示意性框图中示出了具有直流/交流转换器、可选择的输入和重新配置部件的电机控制电子单元。
图7a示出了用于提供来自可变直流电压的直流和交流电压或者来自交流电压的直流电压的转换单元，该转换单元包括变压器，燃料电池电力入口具有逆变器并且交流输入/输出具有电压选择器。
图7b示出了用于提供来自可变或固定直流电压的直流和交流电压或者来自交流电压的直流电压的转换单元，该转换单元包括变压器，燃料电池电力入口具有逆变器，在铁芯一侧具有交流输入，并且在铁芯另一侧具有有源整流器。
图8示出了图4中呈现的系统的更详细的图示。
图9示出了图5中呈现的系统的更详细的图示。
图10示出了用于支持氧气耗尽空气的连续流的负载控制布置。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的紧急动力供给系统2的第一示例性实施例。燃料电池堆4通过电出口8与转换单元(DC/AC)6耦接。转换单元6适于将燃料电池堆4递送的直流电转换成适于供给飞行器的基础交流电力总线(未示出)的交流电。
紧急动力供给系统2包括液压泵10，其与飞行器的液压系统12耦接用于递送液力。例如制造商为Airbus的A320家族的飞行器的一些商用飞行器包括三个不同的液压系统，它们通常通过特定的颜色来区分，即绿色、黄色和蓝色。绿色系统的一些主要使用者是例如起落架、前缘缝翼、襟翼、制动器和一些飞行控制表面。襟翼、偏航阻尼器、停放制动器、方向舵、前轮转弯等与黄色液压系统耦接。绿色和黄色液压系统包括引擎驱动泵。蓝色液压系统由电动液压泵提供动力。图1中所示的紧急动力供给系统2可以优选地与蓝色液压系统耦接，作为仅需要实现的细微改变。
液压泵10与电机14机械耦接，电机14事实上是能够重新配置的电机14。通常，有利的是，电机14被实现为感应电机，特别地异步电机(ASM)，其中转子的旋转速度不一定等于因交流电引起的磁场的旋转速度。由于重新配置，电机可以分别通过燃料电池4和交流总线进行操作。
为了控制电机14的旋转速度并且限制特别是电机14的起动期间所需的电流，电机控制电子单元(MCE)16设置在燃料电池堆4和电机14之间。电机控制电子单元16可以适于使用功率电子装置例如基于磁场定向控制将燃料电池堆4递送的直流电进一步转换成交流电，实现电机14的最优操作。重新配置可以通过选择定子绕组的连接模式和/或通过电机控制电子装置16进行。
如根据以下描述而变得明显的，开关18可以使燃料电池堆4与电机14耦接或者使燃料电池堆4从电机14解耦，同时交流总线可以与电机14解耦或耦接。因此，开关18允许在飞行器的正常飞行期间通过来自基础交流总线的电力来操作电机14，而在紧急情况下开关18可以将燃料电池堆4耦接到电机14。
通过集成转换单元6和电机控制电子单元16，这两个分离的功率电子装置用于向(固定频率)交流总线和电机16供电。因此，这两个部件可以通过最优化的方式被独立地设计和操作。显然对于直流/交流转换单元6，不同的拓扑是可能的。因此，使用这两个分离的功率电子装置具有显著的重量优势。
再者，该设置容易地允许独立地斜升(ramp up)和操作液压泵10。应用磁场定向控制使得能够进一步减小燃料电池堆4递送的所需电压。尽管如此，这两个装置可以共享同一壳体并且一些部件可以共享相同的散热器或直流总线的电容。
在这一点上，规定飞行器的交流总线通常具有400Hz频率的115V的电压。然而，燃料电池堆4递送例如110V至150V的电压，其比通过逆变器生成115V的交流电所需的电压低得多，例如低2倍。电机控制电子单元16可以作为电机14的集成部分。在图6中可以找到电机控制电子单元16的进一步的细节。
在图2中，图示了紧急动力供给系统20的另一示例性实施例。这里，燃料电池堆4与转换单元22耦接，变压器24连接到转换单元22用于使转换单元22递送的电压升压到期望的交流电压，诸如115V。在转换单元22和变压器(TU)24之间设置开关18，例如感应电机，尤其是异步电机的电机14耦接到开关18。
在该解决方案中，使用转换单元22中的单个逆变器，其示例性地首先在例如电压-频率控制(U/F模式)中使电机14斜升，并且随后在电机14或液压泵10分别运行时连接交流总线。对于该设置，需要变压器24用于将电压升压到115V交流。为了降低系统重量，仅对连接到交流总线的变压器24的输出进行滤波。该设置需要数目极少的半导体开关和极为简单的控制策略。
在图3中，示出了紧急动力供给系统26的另一示例性实施例。这里，燃料电池堆4将电力递送到组合的直流/直流/交流转换单元(组合DC/DC/AC)28，其能够将交流电递送到交流总线并且将直流电压递送到直流总线。飞行器通常包括直流总线，其承载28V的电压，而典型的交流总线承载115V的电压。
液压泵10再次与液压系统12耦接并且机械连接到被供给来自电机控制电子单元16的电力的电机14。因此，紧急动力供给系统26的涉及液压泵10的部分等同于图1中的各个部分。
在第一操作形式中，转换单元28被供给来自交流总线的电力，导致交流电压转换成直流电压，直流电压被供给直流总线。可以通过主引擎或APU驱动的发电机来提供交流电压。提供从115V交流总线供给的28V直流电压。在第二操作形式中，燃料电池4将基于直流电压的电力供给转换单元28，转换单元28随后将直流电压转换成交流电压，例如115V。此外，还提供用于直流总线的直流电压，例如28V。在理论上，在转换单元内部使用有源整流器的情况下，第三操作形式是可能的，其允许转换单元28被供给来自直流总线的基于直流电压的电力，其通过电机控制电子单元16被转换成用于交流总线和电机14的交流电压。
下面参照图7a和图7b提供了两个更详细的描述。
图4示出了可与图1的系统比较的紧急动力供给系统30的又一示例性实施例，但是在电机控制电子单元32中，已实现切换功能。因此，可以消除图1中示出的开关18，因为电机控制电子单元32实现了该功能。然而，可行的是，使用永磁体同步电机(PMSM)作为机械耦接到液压泵10的电机34，因为较之异步电机，电机34包括较低的重量。为了操作该PMSM，控制电子装置是必要的，其包括逆变器。除了允许电机34从停止状态起动之外，可以控制旋转速度。因此，液压泵可以借助于固定流量泵实现，其较之可调流量泵具有极低的重量。PMSM和固定流量泵的重量优势潜在地进一步补偿了控制电子装置的附加重量。
此外，图5示出了紧急动力供给系统36的另一示例性实施例，其中燃料电池堆4向连接到驱动液压泵10的电机34的电机控制电子单元38递送直流电。再次地，电机34优选地被实现为永磁体同步电机。
燃料电池系统4还与转换单元(DC/AC.TU)40耦接，转换单元40提供了燃料电池堆4向例如承载28V电压的直流总线递送的电流的电力转换。
此外，切换单元42与燃料电池堆4耦接并且将交流电压递送到交流总线并且适于执行用于向电机34递送电力的切换功能。
如上文指示的，图6示出了电机控制电子单元44，其能够与燃料电池堆4和电机46耦接，燃料电池堆4包括至少一个燃料电池并且优选地包括多个燃料电池。电机控制电子单元44包括源选择开关48，其适于有选择地将电机46耦接到燃料电池堆4的出口8或者交流总线。然而，由于燃料电池技术，额定堆电压将比通过电子逆变器47生成用于交流总线的所需电压而必需的电压低得多，例如低2倍。因此有利的是使用包括特定可重新配置能力的类型的电机46。这可以通过具有完全可访问的电机相50(这里是三相)的电机46实现，以通过模式切换单元52将它们切换为Y模式或Δ模式。然而，诸如Δ和双Y配置之间的Dahlander电机切换的另一解决方案是可能的。开关可以是机械接触器或固态开关。
在这一点上，指示在紧急模式下从Δ到Y到Δ配置的切换使所需的直流电压需求减少√3倍。这可以通过控制集成逆变器以应用三次谐波注入另外减少15％。此外，这可以通过应用用于控制电机46的磁场定向控制(FOC)而减小。然而，量值取决于电机46的电参数。对于燃料电池4的尺寸情况，不再需要考虑400Hz处的电机46的崩溃转矩(breakdowntorque)。有效电气时间常数的略微增加被视为可应用的。磁场定向控制可以仅在电机46通过电机控制电子单元44中的其专用功率电子装置操作的情况下被应用。
在图7a中，示出了转换单元54的可能的实现，其可以基于图3中所示的转换单元28。转换单元54可以基于被添加逆变器56的变压和整流单元(TRU)。逆变器56连接到燃料电池堆4的电输出8。在一组绕组58之间，设置滤波装置60。如与三相交流输入66耦接的一组绕组64那样，绕组58向磁芯62馈电，其中这些绕组64包括电压选择器68。通过脉冲宽度调制控制的交流电来对与燃料电池堆4耦接的绕组58励磁。
在磁芯的另一侧，存在两组绕组70和72，它们均与整流装置74和76耦接。这里，向直流端口78馈电。
在正常操作中，即在第一操作模式中，将电力从交流总线递送到三相交流输入66。通过与电压选择器68耦接的绕组64和绕组70，可以向直流总线供给直流电压，向例如24脉冲整流器的整流器74馈电，并且向直流端口78提供直流电压。
在第二操作模式中，燃料电池4向逆变器60递送直流电压，向绕组58馈电并且导致通过绕组72和整流器76生成针对直流总线输出78的直流电压。同时，向绕组70馈电，导致交流电压传输到交流总线66。
通过电压选择器68，可以改变从燃料电池4到交流总线66的电力传输特性，并且可以调整电压电平。
图7b示出了电机控制电子单元80的略作修改的示例性实施例，其具有变压器，变压器的第一组绕组82与三相交流输入66耦接，第二组绕组84能够与燃料电池堆4耦接。对于第二绕组84的布置，这可以等同于图7a中所示。
然而，在磁芯62的另一侧，第三组绕组86连接到有源整流器84，用于允许提供输出电压之间的连续平滑过渡。此外，由于施加有源整流时的高开关频率，降低了滤波权重。通过针对8的逆变器和有源整流器84，可以改变从燃料电池4到交流总线66和直流总线78的电力传输的特性并且可以调整电压电平，即使是对于各个变压器绕组亦是如此，因而导致了交流总线上的非对称负载和直流总线上的电力质量的更好的补偿。
如果电池存在并且永久地连接到基础直流总线，基础直流总线连接到直流端口78，则通过电池缓冲直流总线的可变供给可以减小峰值电力需求。得益于有源整流器，双向操作是可能的。因此这是附加地提供静止逆变器的功能的选择，用于在第三操作模式中从电池电压提供115V交流。在紧急操作的情况下，将不需要具有预定最大设定电流的电路断路器的保护功能。在任何情况下，通过图7a和图7b中所示的变压器部件的流电隔离防止可能引起交流总线中的有害的直流电流的可能的全部故障模式。
图8示出了根据图4的供给系统30的更详细的图示。这里，示出了集成到电机控制电子单元32的电路。第一开关88与燃料电池电力入口90耦接，其适于提供针对燃料电池电力入口90的连接。为了能够驱动电机34，示例性地被实现为谐振转换器的升压转换器92使燃料电池4递送的电压升压到所需的电平。
此外，三相交流输入94与第二开关96耦接，其转而适于提供针对飞行器的交流总线的连接。存在自动变压器整流器单元98，用于在正常操作期间对来自交流总线的交流电整流。
结果，向供电线路100和102提供来自燃料电池或者来自飞行器的交流总线的直流电。为了提供电机34的操作，存在另外的可控的逆变器104，使得期望的频率和电压被施加到电机34。例如，这对于永磁体同步电机是有利的，其准确地跟随逆变器104递送的电流的频率。
图9示范了图5中所示的系统36。这里，转换单元40以及开关42被组合。三相交流入口106与允许在交流出口112处提供交流电压的第一开关110耦接，以及与磁芯116处的一组绕组114耦接。在磁芯116的另一侧，布置两组绕组118和120，每组绕组与整流器122和124耦接，此二者向直流出口126提供电压。滤波器128被设置用于特别地使直流出口126处的直流电压平滑。
此外，在磁芯116的同一侧，存在第四绕组130，其与逆变器132耦接，向与电机34耦接的第二逆变器134提供电力。在第一和第二逆变器132、134之间，布置燃料电池电力入口136。因此，从与燃料电池入口136连接的燃料电池递送的电力能够向电机134提供电力。同时，燃料电池能够通过第一逆变器132、第四组绕组130和第一组绕组114的布置向磁芯116的另一侧提供电力以将交流电递送到交流出口112。在紧急电力提供方面，该设置包括与图3中所示的设置相似的特性，如向基础总线提供流电隔离输出的变压器。该设置的突出特性在于，所有电气部件总是在操作中并且不会受到休眠故障的影响。转换单元40也能够提供如针对图7b说明的三种操作模式。
最后，图10示出了用于紧急动力供给系统的具有负载控制单元142的形式的附加部件，其可以被添加到每个前述示例性实施例。在氧化剂由空气实现时，为了提供离开燃料电池的所需的惰性气体量，必须尽可能稳定地从燃料电池汲取一定量的电力，因为负载波动会影响惰性气体质量。这可以通过简单地连接负载电阻器138来实现，通过适当的固态开关140可以切换负载电阻器138。例如，它们在脉冲宽度模式下操作以将燃料电池堆电流控制为所需的值。负载电阻器138和固态开关140的这种布置可以集成到现有装置中，诸如电机控制电子单元，以便利用现有的滤波、冷却、保护和控制机构。根据电阻器138的集成约束。可以有利地将负载电阻器分成具有较高电阻的若干较小的部分。根据特定的电阻器数目，可以通过简单地切换所需的电阻器数目来替换脉冲宽度调制控制。在该情况下晶体管正好缓慢切换。在该情况下不需要导线的附加的滤波或屏蔽。
此外，应当指出，“包括”并未排除其他元件或步骤，并且“一个(a或an)”并未排除多个。此外，应当指出，参照上述示例性实施例之一已描述的特性或步骤也可以与上述其他示例性实施例的其他特性或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应被解释为限制。

Claims (15)

1.一种紧急动力供给系统(2，20，26，30，36)，用于在飞行器中至少提供液力和电力，所述系统包括：
-具有电出口(8)的至少一个燃料电池(4)，其用于提供电力，
-用于电力转换的转换单元(6，22，28，40，54，80)，其能够与所述飞行器的交流总线和直流总线中的至少一个以及所述至少一个燃料电池(4)的电出口(8)耦接，以及
-至少一个液压泵(10)，其具有能够重新配置的电机(14，34，46，134)和电机控制电子单元(16，32，38，44)，并且能够与所述飞行器的液压系统(12)耦接用于提供液力，所述能够重新配置的电机(14，34，46，134)能够改变所述电机中的绕组的连接方案，
其中所述转换单元(6，22，28，40，54，80)适于将所述至少一个燃料电池(4)的电出口(8)的供电电压转换成与所述交流总线处的预定电压匹配的交流电压和与所述直流总线处的预定电压匹配的直流电压中的至少一个，以及
其中所述能够重新配置的电机(14，34，46，134)能够与所述至少一个燃料电池(4)和所述交流总线耦接，其中所述能够重新配置的电机(14，34，46，134)适于通过直接来自所述至少一个燃料电池(4)或所述交流总线的电力供给而操作，其中从所述至少一个燃料电池(4)供给的直流电被转换成交流电。
2.根据权利要求1所述的紧急动力供给系统(2，20，26，30，36)，
其中所述能够重新配置的电机(14，34，46，134)包括具有一组互连的定子绕组(50)的定子，其中所述定子绕组(50)的连接方案能够选自至少两个模式。
3.根据权利要求1或2所述的紧急动力供给系统(2，20，26，30，36)，还包括电机控制电子单元(16，32，38，44)，其能够连接到所述至少一个燃料电池(4)的电出口(8)和所述能够重新配置的电机(14，34，46)，
其中所述电机控制电子单元(16，32，38，44)适于将所述燃料电池递送的电压转换成施加磁场定向控制的电机供给电压。
4.根据权利要求1所述的紧急动力供给系统(2，20，26，30，36)，
其中所述转换单元能够连接到所述至少一个燃料电池(4)的电出口(8)，
其中变压器连接到所述转换单元，用于增加所述转换单元递送的电压以供给所述交流总线，以及
其中所述能够重新配置的电机(14，34，46，134)能够连接到所述转换单元。
5.根据权利要求1所述的紧急动力供给系统(2，20，26，30，36)，
其中所述转换单元适于将所述至少一个燃料电池的电出口递送的电压转换成能够供给所述交流总线的交流电压和能够供给基础直流总线的直流电压。
6.根据权利要求1所述的紧急动力供给系统(2，20，26，30，36)，
还包括切换单元，其用于有选择地将所述能够重新配置的电机(14，34，46，134)连接到所述转换单元和递送电机供给电压的电机控制电子单元(16，32，38，44)中的一个或者所述交流总线。
7.根据权利要求6所述的紧急动力供给系统(2，20，26，30，36)，
其中所述切换单元集成到所述电机控制电子单元(16，32，38，44)中并且适于有选择地将所述能够重新配置的电机(14，34，46，134)连接到所述交流总线或者布置在所述电机控制电子单元(16，32，38，44)中的逆变器。
8.根据权利要求6所述的紧急动力供给系统(2，20，26，30，36)，
其中所述能够重新配置的电机(14，34，46，134)连接到电机控制电子单元(16，32，38，44)，
其中所述电机控制电子单元(16，32，38，44)能够连接到所述至少一个燃料电池的电出口，
其中所述转换单元能够连接到所述至少一个燃料电池(4)的电出口(8)和所述电机控制电子单元(16，32，38，44)，
其中所述切换单元能够连接到所述转换单元和所述飞行器的交流总线，以及
其中所述切换单元适于以流电分离方式将来自所述转换单元的电流传输到所述飞行器的交流总线中。
9.根据权利要求1所述的紧急动力供给系统(2，20，26，30，36)，
其中所述至少一个燃料电池(4)适于使用空气作为氧化剂，
还包括负载控制单元(142)，其适于有选择地将至少一个电负载(138)连接到所述至少一个燃料电池(4)的电出口(8)，用于允许所述至少一个燃料电池(4)生成氧气耗尽空气的连续流的连续操作。
10.根据权利要求1所述的紧急动力供给系统(2，20，26，30，36)，其中所述转换单元(6，22，28，40，54，80)适于在一组操作模式中的至少一个操作模式中操作，所述一组操作模式包括：
1)向所述转换单元(6，22，28，40，54，80)供给来自交流总线的交流电压，将所述交流电压转换成与所述直流总线匹配的直流电压，
2)向所述转换单元(6，22，28，40，54，80)供给来自所述至少一个燃料电池(4)的直流电压，将所述直流电压转换成与所述直流总线匹配的直流电压并且将所述直流电压转换成与所述交流总线匹配的交流电压，以及
3)向所述转换单元(6，22，28，40，54，80)供给来自所述直流总线的直流电压并且将所述直流电压转换成与所述交流总线匹配的交流电压。
11.一种飞行器，具有至少一个交流总线、至少一个液压网络和至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的紧急动力供给系统。
12.根据权利要求11所述的飞行器，还包括具有用于氧气耗尽空气的入口的至少一个空间，其中所述紧急动力供给系统的所述至少一个燃料电池适于使用空气作为氧化剂，使得在所述至少一个燃料电池(4)的操作期间生成氧气耗尽空气，其中从所述至少一个燃料电池(4)和所述至少一个空间中的至少一个延伸的输送部件将所述氧气耗尽空气递送到各个空间。
13.根据权利要求11或12所述的飞行器，
其中所述液压泵(10)与不包括引擎驱动液压泵的液压系统耦接。
14.一种用于在飞行器中至少提供液力和电力的方法，所述方法包括如下步骤：
-借助于具有电出口(8)的至少一个燃料电池(4)提供电力，
-借助于转换单元(6，22，28，40，54，80)将所述飞行器的交流总线和直流总线中的至少一个以及所述至少一个燃料电池(4)的电出口(8)提供的电力转换成与所述交流总线处的预定电压匹配的交流电压和与所述直流总线处的预定电压匹配的直流电压中的至少一个，
-将经转换的电力提供给所述交流总线和所述直流总线中的至少一个，以及
-借助于至少一个液压泵(10)将液力提供给所述飞行器的液压系统(12)，所述至少一个液压泵(10)具有能够重新配置的电机(14，34，46，134)和电机控制单元，所述能够重新配置的电机(14，34，46，134)能够改变所述电机中的绕组的连接方案，并且所述能够重新配置的电机(14，34，46，134)能够与所述至少一个燃料电池(4)和所述交流总线耦接，其中所述能够重新配置的电机(14，34，46，134)适于通过来自所述至少一个燃料电池(4)或所述交流总线的电力供给而操作，其中从所述至少一个燃料电池(4)供给的直流电被转换成交流电。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述转换单元(6，22，28，40，54，80)适于在一组操作模式中的至少一个操作模式中操作，所述一组操作模式包括：
1)向所述转换单元(6，22，28，40，54，80)供给来自交流总线的交流电压，将所述交流电压转换成与所述直流总线匹配的直流电压，
2)向所述转换单元(6，22，28，40，54，80)供给来自所述至少一个燃料电池(4)的直流电压，将所述直流电压转换成与所述直流总线匹配的直流电压并且将所述直流电压转换成与所述交流总线匹配的交流电压，以及
3)向所述转换单元(6，22，28，40，54，80)供给来自所述直流总线的直流电压并且将所述直流电压转换成与所述交流总线匹配的交流电压。
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