CN108781520A - 用于模块化配电的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于模块化配电的方法和设备，包括端模块(28)和至少一个开关模块(26)、(42)、(44)、(46)(48)、(50)、(52)、(54)，所述至少一个开关模块具有开关模块电力接口56，所述开关模块电力接口56被构造成电连接到至少一个端模块(28)电力接口，连接到另一开关模块(26)、(42)、(44)、(46)(48)、(50)、(52)、(54)电力接口(56)或者连接到至少一个电压转换器模块(290)；所述至少一个开关模块还具有开关元件(26)、(42)、(44)、(46)(48)、(50)、(52)、(54)、输入/输出连接器(58)、开关模块通信接口(60)或母线连接器(64)的至少一个，其中，这些模块(26)、(28)、(42)、(44)、(46)(48)、(50)、(52)、(54)、(290)被物理固定。

Description

用于模块化配电的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年3月4日提交的英国专利申请第1603780.6号的权益，所述专利申请以全文引用的方式并入本说明书中。
背景技术
电力系统，例如在飞行器配电系统中所发现的那些，采用例如发电机的发电系统或电源来生成电力，从而对电气负载(例如飞行器的系统和子系统中的负载)供电。当电力穿越电力母线以将电力从电源输送到电气负载时，遍及电力系统分散的配电节点确保输送到电气负载的电力满足针对所述负载设计的电力标准。配电节点可例如进一步提供升压或降压电力转换、直流电(DC)-交流电(AC)电力转换或AC-DC电力转换，或用于选择性地启用或禁用到特定电气负载的电力输送的开关操作，所述开关操作取决于例如可用配电供应、电气负载功能性的关键性或例如起飞、巡航或地面操作等飞行器操作模式。
典型的配电节点包括一个或多个机架组件，机架组件用于包括例如提供前述的转换或开关功能的许多电子卡。机架组件通常不被优化地包含于最小的可配置安装体积内，导致机架组件比需要的更大，并导致未使用的或未充分利用的部件。
发明内容
在一方面，本申请涉及一种模块化配电设备，包括：第一端模块和第二端模块，所述第一端模块或所述第二端模块的至少一个具有端模块通信接口、电源或处理器的至少一个；至少一个开关模块，所述至少一个开关模块具有开关模块电力接口，所述开关模块电力接口被构造成电连接至另一开关模块电力接口；并具有开关元件、输入/输出连接器、开关模块通信接口或母线连接器的至少一个；以及具有电力接口的至少一个电压转换器模块，所述电力接口被构造成电连接到至少一个开关模块电力接口、另一电压转换器模块电力接口或母线连接器。所述第一端模块、所述第二端模块、所述至少一个开关模块和所述至少一个电压转换器模块的至少子集具有连接接口，所述连接接口被构造成将所述至少一个开关模块和所述至少一个电压转换器模块物理固定到所述第一端模块和所述第二端模块并物理固定在其之间，或者物理固定到另一开关模块或电压转换器模块，所述第一端模块或所述第二端模块的至少一个通信连接至所述至少一个开关模块，所述开关元件、输入/输出连接器、所述开关模块通信接口或所述母线连接器的至少一个选择性连接至所述第一端模块、所述第二端模块、另一开关模块或所述电压转换器模块的至少一个。
在另一方面，本申请涉及一种模块化配电设备，包括：至少一个第一端模块和至少一个第二端模块，所述第一端模块和第二端模块的至少一个具有端模块通信接口或处理器的至少一个；至少一个开关模块，所述至少一个开关模块具有开关模块电力接口，所述开关模块电力接口被构造成电连接到至少另一开关模块电力接口；并具有开关元件、输入/输出连接器、开关模块通信接口或母线连接器的至少一个；以及具有电压转换器模块电力接口的至少一个电压转换器模块，所述电压转换器模块电力接口连接到至少另一电压转换器电力接口、至少一个开关模块电力接口或母线连接器。所述第一端模块、所述第二端模块、所述至少一个开关模块和所述至少一个电压转换器模块具有连接接口，所述连接接口被构造成在一个或多个轴线上将所述至少一个开关模块在所述第一端模块和所述第二端模块之间物理固定到所述第一端模块和所述第二端模块的至少一个，或者物理固定到另一开关模块或电压转换器模块。
在又一方面，本申请涉及一种在飞行器中分配电力的方法，所述方法包括：通过将所述端模块通信接口连接至所述开关模块通信接口，将至少一个第一端模块连接到至少一个开关模块，所述至少一个第一端模块具有端模块通信接口、电源或处理器的至少一个，所述至少一个开关模块具有开关模块电力接口并具有开关元件、输入/输出连接器、开关模块通信接口或母线连接器的至少一个；通过将所述开关电力接口连接至所述电压转换器模块电力接口，将所述至少一个电压转换器模块连接至具有电压转换器模块电力接口的至少一个其它开关模块；将至少一个第二端模块连接至所述至少一个电压转换器模块或至少一个其它开关模块；通过连接接口，在一个或两个轴线上，将所述至少一个第一端模块物理连接至所述至少一个开关模块，并且将所述至少一个开关模块物理连接至所述至少一个电压转换器模块，将所述至少一个电压转换器模块或至少一个其它开关模块物理连接至所述至少一个第二端模块；以及将所述至少一个开关模块连接至电源。
附图说明
在附图中：
图1是根据本说明书中所描述的各个方面的飞行器和飞行器的配电系统的自顶向下示意图。
图2是根据本说明书中所描述的各个方面的飞行器和图1的配电系统的配电节点的示意图。
图3是根据本说明书中所描述的各个方面用于配电节点的模块化配电设备的分解等距视图。
图4是根据本说明书中所描述的各个方面的图3的配电设备组装后的等距视图。
图5是根据说明书描述的各个方面的另一配电节点的示意图。
图6是根据本说明书中所描述的各个方面的图5的配电设备组装后的等距视图。
图7是根据本说明书中描述的各个方面在飞行器中分配电力的方法的实施例流程图。
具体实施方式
本申请所描述的方面涉及与模块化配电设备相关联的方法和设备。其中可使用这种方法和设备的一个实施例环境包括但不限于用于飞行器的配电系统。虽然本说明书主要是针对用于飞行器的配电系统，但是其也可适用于使用其中接收输入电力的基于结点的配电系统的任何环境，所述输入电力在(必要时)例如转换或修改和配电时作用于一个或多个电气负载。
虽然将描述“一组”各种元件，但应了解，“一组”可包括任何数目的相应元件，包括仅一个元件。对于元件使用术语“近侧”或“最接近”指代相比另一个部件相对更靠近所述元件的部件。除非另外指明，否则连接称谓(例如，附接、联接、连接和连结)应在广义上来解释，且可以包括一系列元件之间的中间构件以及元件之间的相对移动。因而，连接参考不一定推断两个元件直接连接且彼此成固定关系。在非限制性实施例中，连接或断开连接可被选择性地配置以提供、启用、停用或类似地操作相应元件之间的电连接。非限制性示例配电总线连接或断开连接可借助于开关、总线联络逻辑或被配置成启用或禁用总线下游的电负载的通电的任何其它连接器来启用或操作。示范性附图仅仅是出于说明的目的，且本发明的附图中反映的尺寸、位置、次序和相对大小可变化。
如图1所示，示出的飞行器10具有至少一个燃气涡轮发动机，示出为左发动机系统12和右发动机系统14。备选地，电力系统可以具有更少或附加的发动机系统。左发动机系统12和右发动机系统14可基本上相同，并且还可包括至少一个电源，例如电机或发电机18。还示出了飞行器具有一组耗电部件或电气负载20，例如，致动器负载、飞行关键负载和非飞行关键负载。电气负载20通过配电系统而与发电机18中的至少一个电联接，所述配电系统包括例如输电线22或母线以及配电节点16。应了解，图1的本申请的所说明的方面仅是配电系统的一个非限制性实施例，而且本申请可以设想除了所示出的之外的很多其他可能的方面和配置。此外，图1中所描绘的各种部件的数目和放置同样是与本申请内容相关联的方面的非限制性实施例。
在飞行器10中，操作中的左发动机系统12和右发动机系统14提供机械能，通常可通过转轴提取所述机械能从而为发电机18提供驱动力。发电机18继而生成电力，例如AC或DC电力，且向输电线22提供生成的电力，所述输电线22将电力输送到遍及飞行器10安置的配电节点16。配电节点16通过传输线22接收AC或DC电力，并且可按需要提供切换、电力转换或配电管理功能以便向电气负载20提供用于负载操作所需的电力。
示例配电管理功能可包括但不限于取决于例如可用配电供应、电气负载20功能性的关键性或例如起飞、巡航或地面操作的飞行器操作模式来选择性地启用或停用到特定电气负载20的电力输送。为了方便图示和理解，配电节点16显示为与单个电气负载20选择性耦连。本申请的各方面可包括配电节点16，其与一组电气负载20选择性耦连，其中，配电节点16可选择性启用或停用将电力输送到个别电气负载20或其子集，如本说明书中描述的。另外，配电节点16的全部或子集还可被并入(未示出)以便在单个节点16失效或故障的情况下提供冗余电力供应。
可包括额外管理功能。此外，可包括用于对电气负载20供电的额外电源，例如应急电源、冲压空气涡轮系统、起动机/发电机或电池组，且它们可代替电源。应了解，虽然本发明的一个方面示出在飞行器环境中，但本发明不限于此且一般应用到非飞行器应用，例如其它移动应用和非移动工业、商业和住宅应用中的电力系统。
图2示意性图示了图1的配电节点16。如所示，配电节点16可包括模块化配电设备24或模块化配电组件，其在一个或多个端模块28之间具有一组开关模块26。在图示的方面，配电节点16包括第一端模块28，其显示为公共控制模块30；和相对的第二端模块28，其可包括端板32或实体盖。公共控制模块还可包括一组子部件或子系统，包括但不限于通信接口控制器34、处理器38和存储器40。
在配电节点16的一个非限制性方面，一组开关模块26可包括第一开关模块42、第二开关模块44、第三开关模块46、第四开关模块48、第五开关模块50、第六开关模块52和第七开关模块54。本申请的各方面可包括，其中，一组开关模块26中的每一个基本上是相同的，即有相似的构造和组成。替代性地，一组开关模块26可包括相似构造和组成的至少两个子集。一组开关模块26的相似度可实现更快、更容易或更高效的维修操作。
以共同的物理对准显示个别开关模块42、44、46、48、50、52、54，例如，一组开关模块26的纵向方向与相邻的开关模块26平行，或者其中，一组开关模块26串联地或者成串地布置。一组开关模块26的每个模块42、44、46、48、50、52、54可包括至少一个开关模块电力接口56、至少一个输入/输出连接器58、开关模块通信接口60和开关元件62。
在一个非限制性实施例中，每个模块42、44、46、48、50、52、54可包括两个电力接口56，这两个电力接口56在模块42、44、46、48、50、52、54的相对的纵向端示意性图示。同样，在另一非限制性实施例中，每个模块42、44、46、48、50、52、54可包括两个输入/输出连接器58，这两个输入/输出连接器58在模块42、44、46、48、50、52、54的相对的纵向端示意性示出。每个相应的模块42、44、46、48、50、52、54的开关模块通信接口60可共同限定公共控制接口60，公共控制接口60还可与公共控制模块30的通信接口控制器34通信耦连。
输入/输出连接器58的至少一子集可个别地与至少一个电气负载20电耦连。例如，第三开关模块46、第四开关模块48和第五开关模块50分别显示为具有与对应的开关元件62通过对应的输入/输出连接器58耦连的电气负载20。尽管只有一个输入/输出连接器58与开关模块26的子集耦连，但本申请的非限制性方面可包括，其中，开关模块26可包括一组输入/输出连接器58，或者其中，一组电气负载20与一个输入/输出连接器58电耦连。换种方式讲，单个开关模块26可包括一组电耦连电气负载20和一组输入/输出连接器58。还可包括这些方面，其中，开关模块26可包括与每个输入/输出连接器58对应的开关元件62。
开关元件62的各方面可包括电力开关，例如，固态功率控制器，固态开关或者晶体管，例如基于碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)的高带宽功率开关。SiC或GaN可基于它们的固态材料构造、它们以较小且较轻外观尺寸处理较大电力电平的能力以及它们极快速地执行电操作的高速切换能力而被选择。开关元件62的附加非限制性实施例可包括无极性开关元件62。固态开关的另外的非限制性实施例可包括也能够高速切换的硅基功率开关。
电力接口56可以被构造成例如将相应的模块42、44、46、48、50、52、54的开关元件62电耦连到相同模块42、44、46、48、50、52、54的至少一个输入/输出连接器58。另外或者可选择地，电力接口56可以被构造成接收导体64，例如，母线连接器。可选择导体64以例如实现相应模块42、44、46、48、50、52、54的电力接口56到另一模块42、44、46、48、50、52、54的至少一个电力接口56的电连接。例如，如所示，一个导体64将相应的电力接口56电连接在第一开关模块42和第二开关模块44之间。同样，另一导体64将相应的电力接口56电连接在第二开关模块44、第三开关模块46、第四开关模块48、第五开关模块50和第六开关模块52之间。可基于期望的配置，即一组模块26的期望的电耦连，选择导体64的长度。另外，可以选择电力接口56或导体64的配置，例如，输入/输出连接器58可与相应的开关元件62在有导体64或无导体64的情况下电耦连。
尽管未图示，但开关模块26的各方面可以可选地包括附加的电力电子部件，其被构造成例如提供或启用电力转换操作(例如，AC到DC转换，DC到AC转换，第一DC电力到第二DC电力等)，以取决于例如可用的配电供应，电气负载功能的关键性或例如起飞、巡航或地面操作的飞行器操作模式，选择性启用或停用将电力输送到一个或多个特定的电气负载20。
配电节点16或配电设备24的各方面可被选择性或电耦连至飞行器10的附加电力元件。例如，第一开关模块42显示为还与另一配电节点16通过在输入/输出连接器58处接收的传输线电耦连。如所示，第七开关模块54可与发电机18通过在输入/输出连接器58处接收的传输线22电耦连。尽管示出了相应的配电节点16和发电机18，但本申请的各方面可包括与另一配电节点16电耦连的输入/输出连接器58，一组配电节点16，或者至少一个供电元件，例如，发电机18、辅助发电机、紧急电源或其组合。
如果另一配电节点16或发电机18将电力供应到配电节点16或配电设备24，则输入/输出连接器58可作为输入连接器58操作以接收供应的电力。相反，如果输入/输出连接器58正将电力供应至另一配电节点16或供应至发电机18(例如，用于起动起动器/发电机的操作)，则连接器58正作为输出连接器58操作以输送电力。本申请的各方面可包括操作配电节点16、配电设备24、开关元件62或其组合，使得输入/输出连接器58可操作地在接收输入电力或将输出电力供应至例如负载之间切换，或者平衡电流或在电源和电气负载20之间提供电力冗余。
公共控制模块30或处理器38可以被构造成控制配电节点16或配电设备24的有效操作。在此意义上，公共控制模块30或处理器38能够可操作地控制一组开关模块26以选择性启用或停用穿越第一电连接(即第一供电或“热”电力接口56或输入连接器58)将电力供应至另一电连接(即相对的电力接口56或输出连接器58)。公共控制模块30或处理器38通过通信接口控制器34和通信接口60选择性操作相应的开关元件62，可操作地控制一组开关模块26。本申请的各方面可包括，其中，处理器38可包括通信接口控制器34。
公共控制模块30的存储器40可存储一组操作控制简档或程序，以构造或操作配电节点16、配电设备24或其组合。存储器40可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、快闪存储器或一个或多个不同类型的便携式电子存储器(例如磁盘、DVD、CD-ROM等)，或这些类型的存储器的任何合适组合。公共控制模块30或处理器38可以可操作地与存储器40耦连，使得公共控制模块30和存储器40中的一个可以包括计算机程序的全部或一部分，所述计算机程序具有用于控制前述部件的操作或操作前述部件的方法的可执行指令集。程序可以包括计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这类机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何可用介质。通常，这样的计算机程序可以包括具有执行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果的例程、程序、对象、组件、数据结构、算法等。
机器可执行指令、相关联数据结构和程序表示如本说明书中所公开的用于执行信息交换的程序代码的实施例。机器可执行指令可包括例如使通用计算机、专用计算机、公共控制模块30或专用处理机器执行某一功能或功能组的指令和数据。在实施中，所述功能可以转换成包括可由处理器38执行的一组可执行指令的计算机程序。
因此，公共控制模块30或处理器38可以被构造成通过独立地控制模块26的对应一组开关元件62，有效地控制一组模块26的操作(例如，通过通信接口控制器34或通信接口60)。在此意义上，一组模块26的个别的开关元件62可独立地控制启用或停用将电力供应至耦连的电气负载20。前述配置和控制的一个实施例可以是指导性的。在第三开关模块46的图示的实施例中，如果在第二开关模块44、第三开关模块46、第四开关模块48、第五开关模块50和第六开关模块52之间延伸的导体64正给第三开关模块46供电，则该电力可通过与开关元件62电气相对的输入/输出连接器58选择性供应到电气负载20。公共控制模块30、处理器38或通信接口控制器34的至少一个通过通信接口60可操作地控制第三开关模块46的开关元件62的独立操作。在开关模块26包括一组输入/输出连接器58和对应的一组开关元件62的方面，通过通信接口60可操作地控制每个对应的开关元件62，电力可独立地或者选择性供应到这组输入/输出连接器58。
如图所示，具有无极性开关元件62的第一开关模块42和第二开关模块44还可共同作为双向或双极开关操作。如所示的，第一开关模块42在输入/输出连接器58处与配电节点16耦连，相对(即开关元件62对面)的电力接口56通过导体64与第二开关模块44的邻近的电力接口56电耦连。接着以导体64在相对(即开关元件62对面)的电力接口56中配置第二开关模块44，其中，导体64还与开关模块46、48、50、52的子集电耦连。
在此配置中，第一开关模块42和第二开关模块44可通过通信接口60操作以选择性启用或停用与另一配电节点16的电耦连。在第一实施例中，如果其它配电节点16正向配电设备24供电，则可操作第一开关模块42和第二开关模块44以使得电力供应穿过第一开关模块42的开关元件62，穿过电耦连第一开关模块42和第二开关模块44的导体64，并穿过第二开关模块44的开关元件62以有效地加电或将电子配电供电总线提供至开关模块46、48、50的子集。如本说明书中描述的，开关模块46、48、50的子集接着可有效地提供对这组电气负载20的选择性加电或选择性供电。在此配置中，配电设备24可通过选择性打开第一开关模块42或第二开关模块44的任一个开关元件62，选择性断开另一配电节点16。
在非限制的示意性方面，第六开关模块52和第七开关模块54可被类似地配置为双向或双极开关，以提供从发电机18到第三开关模块46、第四开关模块48和第五开关模块50的选择性功率或电力接入。还要理解，第一双向开关(即第一开关模块42和第二开关模块44)和第二双向开关(即第六开关模块52和第七开关模块54)的组合可选择性将电力通过配电设备24传送到另一配电节点16或传送到发电机18，以在飞行器10的配电网络或电子配电总线中提供冗余，正如上面解释的。
图3图示了本申请的一方面的非限制性等距视图，其中，配电设备24被分解以图示公共控制模块30和一组开关模块26之间的互连的一部分。如所示，公共控制模块30和一组开关模块26的每一个可包括至少一个通信总线调整片70，其从要在相邻模块26的对应通信总线槽(未示出)中接收的相应的模块30、26垂直地延伸。总体上，通信总线调整片70可操作地限定通信接口60，如上面解释的。在此意义上，每个通信总线调整片70和对应的通信总线槽可以被构造成实现与配置的模块26、30的每一个的通信，包括数据包、数据消息、可操作指令等等的传输和接收。
如所示，模块26、30可包括一组通信总线调整片70(以及对应的通信总线槽)，以提供或限定一组通信接口60，提供通信接口60的冗余，或者其中，第一通信接口60提供与第二通信接口60(例如，第一个发送数据，而第二个返回数据等)不同的功能。本申请的另外的非限制性方面可包括，其中，在不必需或不需要通信总线调整片70促进通信接口60与下一相邻的模块或元件(例如端板32)通信时，可选择性移除通信总线调整片70。
图3还图示了导体64可被构造成或选择为在配电设备24的模块26、30的预定子集之间延伸。图3的非限制性图示方面另外图示了类似地位于每个模块26、30上的连接接口72，例如，一组连接点。如所示，连接接口72可以被配准地确定大小、成形、配置等以接收公共连接件74，例如被构造成将配电设备24以物理方式固定在一起的杆。
为了理解，图示了单个公共连接件74，但本申请的各方面根据需要可包括一组公共连接件74。例如，一组连接件74可包括，其中，每个个别的连接件将至少两个相邻的模块26、30的子集以物理方式固定在一起。本申请的各方面还可包括，其中，模块26、30以类似方形的配置之外的替代性几何形状(例如，圆形、三角形、梯形等)配置。在这种替代性配置中，连接接口72或公共连接件74的位置可对应地定位在拐角、一个或多个轴线或相对于几何配置的位置处，使得配电设备24可以物理方式固定在一起，如本说明书中描述的。本申请的可替代非限制性方面可包括，其中，连接接口72和公共连接件74配置有机械固定机构，例如，相应的螺杆接口，以实现配电设备24的固定。可包括替代性固定机构。例如，连接接口72或公共连接件74的至少一个可包括定位销，其用于物理固定目的或对准目的，或者相邻的模块26、30之间的密封。
图4图示了图3的配电设备24组装后的等距视图。如所示的，本申请的各方面可具有：一组开关模块26包括对应的印刷电路板80，其中，印刷电路板80包括例如开关元件62和任何其它电力电子器件(根据需要)。
还示出了与相邻模块26、30的电力接口56成直线定位并位于其间的一组阻挡元件82和一组通过元件84。阻挡元件82可以被构造成阻止导体64在相邻的模块26、30之间通过，而通过元件84可以被构造成使得导体64能够在相邻的模块26、30之间通过。一组阻挡元件82和通过元件84可以选择为根据需要通过电力接口56启用相邻模块26、30的电耦连。在一种实施例配置中，阻挡元件82还可以被构造成保持、抑制、支撑或阻止导体64移动、滑动或另外延伸通过期望的终端。
图示的方面还图示了模块26、30的子集还可以可选地包括一组散热元件86，包括但不限于散热片、热管等。散热元件86可以被构造成耗散例如由印刷电路板80或电力电子器件产生的热。可选的散热元件86可以被构造成使得需要时使冷却空气或冷却剂通过散热元件86，以实现期望的冷却过程，期望的冷却分布或期望的操作条件。
本说明书中描述的方面的可选择性和可配置性可限定模块化配电设备24从电源(例如发电机18)向一组电力输出连接器58或者向例如飞行器10的至少一个电气负载20分配电力。在飞行器10的部分中已知的一组电气负载20可限定预定或期望的一组电力输出58。已知期望的电力输出58和由电源供应的一组电力，一组配电节点16、配电设备24、开关模块26或其组合可选择为修改由电源供应到期望的电力输出58的电力。在此意义上，至少部分地基于供应的电力和期望的电力输出，开关模块26是可选择或模块化的。
而且，通过选择适合于或对应于电气负载20的数目、配电要求或配电网络的控制的模块26、30的期望布置，公共控制模块30和一组开关模块26、配电设备24或配电节点16的布置可以被定制。在此意义上，至少部分地基于由电源供应的电力或者之前描述的布置，布置模块26,30、配电设备24、配电节点16等是可选择或模块化的。
图5和图6示出了根据本申请的另一方面的另一配电节点216。配电节点216类似于配电节点16；因此，相似部分将使用相似编号加200来标识，且应了解除非另外指出，否则对配电节点16的相似部分的描述适用于配电节点216。参照图5，一个不同是除了一组开关模块26、226之外，配电节点216包括电压转换器模块290。电压转换器模块290可类似地包括两个电力接口56，其示意性图示为在模块290的相对的纵向端，并被构造成接收相似的导体64。
可选择导体64以例如实现相应模块242、244、46、48、50、52、54、290的电力接口56到另一模块242、244、46、48、50、52、54、290的至少一个电力接口56的电连接。例如，如所示，一个导体64将相应的电力接口56电连接在第一开关模块242和第二开关模块244和电压转换器模块290之间。同样，另一导体64将相应的电力接口56电连接在第二开关模块46和电压转换器模块290之间。同样，第三导体64将相应的电力接口56电连接在第三开关模块46、第四开关模块48、第五开关模块50、第六开关模块52和第七开关模块54之间。可基于期望的配置，即一组模块26、226、290的期望的电耦连，选择导体64的长度。
电压转换器模块290可包括电力电子部件，其被构造成例如提供或启用电力转换操作(例如AC到DC转换，DC到AC转换，第一DC电力到第二DC电力，升压转换，降压转换等)。在一个非限制性实施例配置中，电压转换器模块290可包括固态电力转换器。在此意义上，在一个非限制性实施例中，电压转换器模块290可接收从发电机18通过导体64和第三开关模块46提供的第一电力，并将其转换成不同的电力，通过另一导体64提供至第一开关模块242和第二开关模块244。第一电力和第二电力或第一功率特性和第二功率特性的非限制性实施例可包括28伏DC或270伏DC。在此意义上，配电节点216可以可操作地向以第一功率特性操作的第一组电气负载20(通过第三开关模块46、第四开关模块48、第五开关模块50、第六开关模块52和第七开关模块54)提供开关操作，向以与第一功率特性不同的第二功率特性操作的第二组电气负载220(通过第一开关模块242和第二开关模块244)提供开关操作。可操作的开关操作可以选择性启用或停用电力到一个或多个特定电气负载20、220的输送，这取决于例如可用配电供应、电气负载功能性的关键性，或例如起飞、巡航或地面操作的飞行器操作模式。
配电节点216的非限制性方面可包括，其中，配电设备224可选择性或电耦连到飞行器10的附加的电力元件，例如另一配电节点16、216，一组配电节点16、216，输电线22或例如发电机18的至少一个供电元件，辅助发电机，紧急电力供应或其组合。
配电节点216的非限制性方面还可包括，其中，电压转换器模块290响应于来自公共控制模块30、处理器38、端模块228、通信接口60或其组合的控制信号可控地操作。尽管电压转换器模块290被显示为具有与开关模块242、244、46、48、50、52、54相比近似两倍的体积，但可包括更大或更小或其它相当或相对的大小差异。另外，如图示的，配电节点216可包括串联电连接在端模块28和电压转换器模块290之间的第一组开关模块242、244以及串联电连接在电压转换器模块290和相对的端模块28之间的第二组开关模块46、48、50、52、54。本申请的附加的非限制性方面可包括，其中，例如在电压转换器模块290的一侧上只可包括一组开关模块26、226。
图6图示与图5描述的相似的组装后配电设备224的等距视图。如所示的，本申请的各方面可包括，一组开关模块26、226包括对应的印刷电路板80、280，其中，印刷电路板80、280包括例如开关元件62和任何其它电力电子器件(根据需要)。电压转换器模块290还可根据需要包括电压转换器电路板292，包括任何电力转换器电子器件。在本申请的再一方面，一组开关模块26、226可相对于电压转换器模块290串联、并联或串并联组合地连接。
图示的方面还示出模块26、30的子集还可以可选地包括一组散热元件86，包括但不限于散热片、热管等。如所示的，电压转换器模块290可延伸开关模块26、226的长度(例如在连接接口72的方向上)的近似两倍，且可包括电压转换器散热元件286，其被配置、能够或使得与开关模块26、226的散热元件86相比耗散更多的热。散热元件86、286可以被构造成耗散例如由印刷电路板80或电压转换器电路板292产生的热。可选的散热元件86、286可以被构造成使得需要时使冷却空气或冷却剂通过散热元件86、286，以实现期望的冷却过程，期望的冷却分布或期望的操作条件。
本申请的非限制性方面可包括，其中，例如在一个或多个配电节点216中可包括冗余电压转换器模块290，以应对或适应浪涌或过载电流。在另一非限制性实施例方面，电压转换器模块290可以被构造成选择性双向转换电力，即从第一或第二功率特性的任一个转换到另一特性。在又一非限制性方面，电压转换器模块290可以被可操作地选择、控制、确定大小、配置等以将一千瓦的功率从第一功率特性转换成第二功率特性。在再一非限制性方面，可基于散热元件286的冷却能力选择或控制电力转换的数量或量。
图7图示了流程图，其示出在例如飞行器10中的配电系统中分配电力的方法100。方法100在步骤102处开始：通过将端模块电力接口连接至开关模块电力接口，将至少一个第一端模块连接到至少一个开关模块，所述至少一个第一端模块具有端模块通信接口、电源或处理器的至少一个，所述至少一个开关模块具有开关模块电力接口并具有开关元件、输入/输出连接器、开关模块通信接口或母线连接器的至少一个。方法100接着进行到步骤104处，通过将开关电力接口连接至电压转换器模块电力接口，将至少一个开关模块连接到具有电压转换器模块电力接口的至少一个电压转换器模块。
接着，在步骤106处，方法100将至少一个第二端模块连接到至少一个电压转换器模块或者至少一个其它开关模块。方法100接着包括在步骤108处，通过每个模块上的连接接口，在一个或两个轴线上将至少一个第一端模块物理附接到至少一个开关模块，将至少一个开关模块物理附接到所述至少一个电压转换器模块，将至少一个电压转换器模块或至少一个其它开关模块物理附接到至少一个第二端模块。最后，方法100将至少一个开关模块连接到电源。所述方法接着可以可选地操作如本说明书中描述的公共控制模块和开关模块。
所描绘的顺序仅用于说明性目的，而并非意图以任何方式限制方法100，应当理解，在不偏离所描述的方法的情况下，方法的各部分可以以不同逻辑顺序继续进行，可以包括额外或中间部分，或方法的所描述的部分可以划分成多个部分，或方法的所描述的部分可以省略。例如，在步骤104处，将至少一个开关模块连接到至少一个其它开关模块还可包括选择用于设置开关模块或固态功率控制器的顺序。
本发明涵盖除了上图中所示出的方面和配置之外的许多其它可能的方面和配置。例如，本申请的一个方面考虑了一种配置，其中，两个端模块28可包括公共控制模块30，以实现例如控制开关模块的冗余。另外，在配电节点16或配电设备24中可包括任何数目的开关模块26，且所述开关模块26可基于例如AC或DC电力的配电要求，例如电压电平的电力输出，电气负载20的关键性，例如电流汲取的负载或电流平衡等布置或组装。在另一实施例配置中，一组开关模块或开关模块的子集可被电并联地设置，以执行附加或替代性配电或开关操作。在又一配置中，输入/输出连接器58可被选择性启用或配置以只在输入或输出模式之一操作。在另一非限制性方面，一个或多个电压转换器模块290可与电力输出或电气负载20、220直接连接。类似地，在另一非限制性方面，一个或多个电压转换器模块290可与电力输入例如发电机18直接连接。
在再一配置中，公共控制模块30还可从包括紧急系统、飞行器控制系统、故障系统标识符等的附加系统接收指令或控制信号。在再一配置中，一组模块26、30的物理配置可以是键控的或被布置成使得配电设备24只可以一个已知的布置被适当地耦连、组装或操作以防止不正确的组装或操作。例如，公共附接件74或通信总线调整片70的至少一个可以是键控的或布置成提供已知的组件定向。在又一布置中，提供双向或双极开关的两个开关模块26的上述的配置可用单个开关模块26取代，单个开关模块26被构造成提供配电节点16或配电组件24之间的双向或双极开关以及更大的配电网络。在本申请的又一方面，第一配电设备24的公共控制模块30可与至少另一配电设备24的至少一个另一公共控制模块30通信耦连，使得配电网络可在网络上共享控制、感知、状态或误差。
本说明书中公开的各方面提供了用于在配电网络中通过组装模块化和可扩展配电和转换设备，分配电力的方法和设备。上面描述的各方面的技术效果是可根据需要或按需设计模块化配电节点或设备，以操作到电气负载的功率开关功能，或者如本说明书中描述的功率转换和另外的开关功能。在上面的各方面可以实现的一个优点是针对特定的配电需求的定制可降低所述配电节点中包括的不必要部件的数目。而且，可选择配电设备本身以只提供有限数目的电力输出，包括针对特定的节点操作所需的预期数目的电气负载定制的不相似的电力输出特性(通过电力转换器模块)。因此，本申请的各方面使得优化每个节点安装的部件尺寸和电力转换操作。通过减少部件的数目，并减少总安装节点体积，本申请的上述各方面具有相比常规配电系统的优异的重量和尺寸优势。
上述方面的另一优势是通过减少不必要部件的数目可减少所述配电组件或节点的成本。而且，系统的减少数目的零件使配电系统、配电设备或节点内在地更加可靠。上面描述的各方面的又一优点是配电组件的较小的安装体积可以允许更靠近被节点提供服务的电气负载安装组件。此更靠近的接近度导致与组件输出的互连传输线长度的降低，因此导致由于布线的对应重量降低。电力转换功能还可允许在不必包括外部电力转换设备的情况下更靠近电气负载安装组件。还可通过在系统中使用较小转换器定制电力转换功能，以在允许由于较小电力转换带来的最小冷却的同时，最小化在设置位置的过度供电。而且，通过使用较小的转换器，可包括中断更少、所需体积更小或热要求更低的电力转换的冗余。
又一附加优点可包括由于配电节点与电气负载的接近度最小化的电线重量，设计和使用电力电子器件的更大的灵活性，模块化构造和可重使用的模块带来的降低的工程、开发、测试和验证劳动和成本。
当设计飞行器部件时，所要解决的重要因素是大小、重量和可靠性。上文所描述的配电设备重量更轻、大小更小、性能更高、系统可靠性更强。较少数目个部件和减少的维护将使得产品成本和操作成本降低。在飞行期间，重量和大小的减小与竞争性优点相关。
在未描述的范围内，各个方面的不同特征和结构可以根据需要彼此组合使用。一个特征可能未在所有方面中示出并不意味着应被认作不能示出所述特征，而是为了简化描述才未示出。因此，不同方面的各种特征可以根据需要混合和匹配以形成新的方面，不管新方面是否被明确描述。本发明涵盖本说明书所描述的特征的所有组合或排列。
本书面描述使用实施例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本申请的可获专利的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它实施例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种模块化配电设备，包括：
第一端模块和第二端模块，所述第一端模块或所述第二端模块的至少一个具有端模块通信接口、电源或处理器的至少一个；
至少一个开关模块，所述至少一个开关模块具有开关模块电力接口，所述开关模块电力接口被构造成电连接至另一开关模块电力接口；所述至少一个开关模块还具有开关元件、输入/输出连接器、开关模块通信接口或母线连接器的至少一个；以及
至少一个电压转换器模块，所述至少一个电压转换器模块具有电力接口，所述电力接口被构造成电连接到至少一个开关模块电力接口、另一电压转换器模块电力接口或母线连接器；
其中，所述第一端模块、所述第二端模块、所述至少一个开关模块和所述至少一个电压转换器模块的至少一子集具有连接接口，所述连接接口被构造成将所述至少一个开关模块和所述至少一个电压转换器模块物理固定到所述第一端模块和所述第二端模块并物理固定在其之间，或者物理固定到另一开关模块或电压转换器模块，所述第一端模块或所述第二端模块的至少一个通信连接至所述至少一个开关模块，所述开关元件、输入/输出连接器、所述开关模块通信接口或所述母线连接器的至少一个选择性连接至所述第一端模块、所述第二端模块、另一开关模块或所述电压转换器模块的至少一个。
2.根据权利要求1所述的模块化配电设备，其中，所述电压转换器模块连接至所述开关模块通信接口。
3.根据权利要求1或2所述的模块化配电设备，其中，所述连接接口包括一组连接点，并且在所述第一端模块、所述第二端模块、所述至少一个开关模块和所述电压转换器模块中所述一组连接点是配准的。
4.根据前述任一项权利要求所述的模块化配电设备，其中，所述开关元件是固态功率控制器。
5.根据前述任一项权利要求所述的模块化配电设备，其中，所述连接接口包括定位销或密封件的至少一个。
6.根据权利要求1所述的模块化配电设备，包括串联电连接在所述第一端模块和所述电压转换器模块之间的第一组开关模块和串联电连接在所述电压转换器模块和所述第二端模块之间的第二组开关模块。
7.根据权利要求6所述的模块化配电设备，其中，所述电力转换器模块被构造成将接收的第一电力供应转换成第二电力供应。
8.根据权利要求7所述的模块化配电设备，其中，所述第一组开关模块可操作地启用或停用所述第一电力供应，所述第二组开关模块可操作地启用或停用所述第二电力供应。
9.根据前述任一项权利要求所述的模块化配电设备，其中，所述电力转换器模块包括固态功率转换器。
10.一种模块化配电设备，包括：
至少一个第一端模块和至少一个第二端模块，所述第一端模块和第二端模块的至少一个具有端模块通信接口或处理器的至少一个；
至少一个开关模块，所述至少一个开关模块具有开关模块电力接口，所述开关模块电力接口被构造成电连接到至少另一开关模块电力接口；所述至少一个开关模块还具有开关元件、输入/输出连接器、开关模块通信接口或母线连接器的至少一个；以及
至少一个电压转换器模块，所述至少一个电压转换器模块具有电压转换器模块电力接口，所述电压转换器模块电力接口连接到至少另一电压转换器电力接口、至少一个开关模块电力接口或母线连接器；
其中，所述第一端模块、所述第二端模块、所述至少一个开关模块和所述至少一个电压转换器模块具有连接接口，所述连接接口被构造成在一个或多个轴线上将所述至少一个开关模块在所述第一端模块和所述第二端模块之间物理固定到所述第一端模块或所述第二端模块的至少一个，或者物理固定到另一开关模块或电压转换器模块。
11.根据权利要求10所述的模块化配电设备，其中，所述第一端模块的至少一个具有通信接口或处理器，并且所述第二端模块的至少一个是实体盖。
12.根据权利要求10或11所述的模块化配电设备，其中，所述连接接口包括一组连接点，并且在所述至少一个第一端模块、所述至少一个第二端模块、所述至少一个开关模块和至少一个电压转换器模块中所述一组连接点是配准的。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的模块化配电设备，其中，所述电压转换器模块是固态的。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的模块化配电设备，其中，所述连接接口包括定位销或密封件的至少一个。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的模块化配电设备，包括串联或并联电连接在所述第一端模块和所述电压转换器模块之间的第一组开关模块和串联电连接在所述电压转换器模块和所述第二端模块之间的第二组开关模块。
16.根据权利要求15所述的模块化配电设备，其中，所述电力转换器模块被构造成将接收的第一电力供应转换成第二电力供应，并且其中，所述第一组开关模块可操作地启用或停用所述第一电力供应，所述第二组开关模块可操作地启用或停用所述第二电力供应。
17.一种在飞行器中分配电力的方法，包括：
通过将端模块通信接口连接至开关模块通信接口，将至少一个第一端模块连接到至少一个开关模块，所述至少一个第一端模块具有端模块通信接口、电源或处理器的至少一个，所述至少一个开关模块具有开关模块电力接口，并具有开关元件、输入/输出连接器、开关模块通信接口或母线连接器的至少一个；
通过将开关电力接口连接至电压转换器模块电力接口，将所述至少一个电压转换器模块连接至具有电压转换器模块电力接口的至少一个其它开关模块；
将至少一个第二端模块连接至所述至少一个电压转换器模块或至少一个其它开关模块；
通过连接接口，在一个或两个轴线上，将所述至少一个第一端模块物理连接至所述至少一个开关模块，并且将所述至少一个开关模块物理连接至所述至少一个电压转换器模块，将所述至少一个电压转换器模块或至少一个其它开关模块物理连接至所述至少一个第二端模块；以及
将所述至少一个开关模块连接至电源。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述连接接口包括一组连接点，并且在所述至少一个第一端模块、至少一个第二端模块、至少一个开关模块和所述至少一个电压转换器模块中所述一组连接点是配准的。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述开关元件的至少一个是固态功率控制器，并且将所述至少一个开关模块连接到至少一个其它开关模块包括选择用于设置所述固态功率控制器的顺序。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，将所述至少一个开关模块连接到至少一个其它开关模块包括将一条母线选择性连接至另一条母线，以形成电子配电总线。
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