EP2548249A2 - Energieregelvorrichtung zum regeln hybrider energiequellen für ein flugzeug - Google Patents

Energieregelvorrichtung zum regeln hybrider energiequellen für ein flugzeug

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EP2548249A2
EP2548249A2 EP11707638A EP11707638A EP2548249A2 EP 2548249 A2 EP2548249 A2 EP 2548249A2 EP 11707638 A EP11707638 A EP 11707638A EP 11707638 A EP11707638 A EP 11707638A EP 2548249 A2 EP2548249 A2 EP 2548249A2
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EP
European Patent Office
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consumer
energy
control device
resource
energy control
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11707638A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Westenberger
Lars Frahm
Till Marquardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Operations GmbH
Original Assignee
Airbus Operations GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Operations GmbH filed Critical Airbus Operations GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S903/00—Hybrid electric vehicles, HEVS
    • Y10S903/902—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors
    • Y10S903/903—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor

Definitions

  • Energy control device for controlling hybrid energy sources for an aircraft
  • the present invention relates to an energy control device for controlling hybrid energy sources for an aircraft, an energy system for an aircraft, a method for controlling hybrid energy sources for an aircraft, and a vehicle
  • Energy sources such as solar cells, fuel cells or batteries are used.
  • Energy control device for controlling multiple hybrid energy sources.
  • an energy control device for controlling hybrid energy sources for an aircraft an energy system for an aircraft, a method for controlling hybrid energy sources for an aircraft and by the use of an energy control device and an aircraft with an energy control device having the features according to the independent patent claims.
  • an energy control device for controlling hybrid energy sources for an aircraft is provided, wherein the energy control device is adapted to meet a need for a first
  • a hybrid energy source By means of a hybrid energy source, at least the first consumable and the second consumable can be generated simultaneously.
  • the energy control device controls the power source depending on the need for the first resource and a second resource, such that the demand for the first resource and the second resource is covered by the energy source. If there is no need for one of the first or second consumables, which can be provided by the energy source, and consumed, the excess consumable is applied to a third consumer.
  • the energy control device is preferably designed to determine the operating characteristic of the energy source for adapting the control. Thereby, a targeted control of the energy source for generating a sufficient amount of the required resources or
  • the term "consumables” means a means which is required for the operation of a consumer and can be manufactured or provided by a power source. Such a resource does not necessarily have to be of a material nature, but can also be realized in the form of electric power, heat or the like.
  • the need for a resource may be both an absolute value, i. Energy, volume, mass or the like, but also as a time derivative thereof, i. E. in the form of a performance, one
  • operating characteristic of an energy source designates the general characteristics of an energy source and could, for example, be a definition of an energy source
  • Ratio between educts and products or supplies An operating characteristic could be determined by the amount of incorporated reactants and by the amount of products delivered, such as electrical energy, thermal energy and other products. Furthermore, environmental conditions such as pressure, temperature or humidity may be affected by the operating characteristics. On the basis of the operating characteristics of the efficiency of a device or an energy source can also be determined. The best efficiency is achieved at a working or operating point at which from a certain amount of educts the largest amount of desired products, such as electrical energy is provided. For example, the operating characteristic may provide clues as to which operating parameters, such as educt feed, valve positions, or the like, of the energy source must be influenced in what manner to achieve a desired supply or production of the desired consumable.
  • the present invention provides an energy control device that is capable of increasing the efficiency of an aircraft such that multiple consumers that have different fuel efficiency
  • Require supplies can be operated by a common source of energy. Since, according to experience, the necessary energy for a first consumer or a second consumer does not exist over the entire mission or
  • the energy control device can act on a third consumer with an excess demand, so that the power source is able to perform a steady and uninterrupted operation.
  • the third consumer as a means of consumption for a Excess supplies ensure the regular operation of the energy source and therefore of the first and second consumers.
  • the interaction with regard to an electrical or thermodynamic efficiency or with regard to the additional products of energy sources can be improved by the energy control device according to the invention, which optimizes the overall energy balance of the aircraft.
  • the nature of the third consumer is not necessarily prescribed in this context. However, this third consumer could preferably be set up to accommodate a large number of different resources in order to ensure regular operation or at least to dispose of an excess of supplies. Some of several possible types of construction or nature of the third consumer will be discussed in more detail below.
  • first consumer and second consumer does not mean that the energy control device of the present invention is exclusively capable of controlling only a single first consumer and only a single second consumer.
  • the wording should be understood to mean that at least two different types of consumers in an aircraft can be supplied with energy by a source of energy, but this does not preclude any number of other consumers requiring different types of resources from also having to do so Plane could be arranged.
  • the first consumer and the second consumer may also be grouped into one system or subsystem that has multiple
  • the energy control device can always be a proper operation of the power source and thus all consumers done, the power of the power source could be coordinated to the effect that the relevant first or second consumer with the greatest need for supplies significantly determines the operation of the power source and all excess supplies, by-products and the like by said third
  • Consumers who may also be a plurality of different third consumers, consumed or dissipated.
  • the third consumer is adapted to be additionally charged with a third resource. This means for the energy control device that for the operation of the third
  • a third resource is directed to the third consumer and this may be more efficient than operating the power source and giving up the first and second
  • the operation of the third consumer could be more efficient, with a different and more tailored to the third consumer needs.
  • the energy control device is a consumable from the group consisting of electrical energy and Additional products selected, wherein the additional product is selected from the group consisting of water, thermal energy and low-oxygen exhaust air.
  • the additional product is selected from the group consisting of water, thermal energy and low-oxygen exhaust air.
  • This combination of different resources can supply a wide variety of consumers, so that, for example, a main consumer requires electrical energy, while other consumers need more water, thermal energy or low-oxygen exhaust air.
  • the low-oxygen exhaust air could be used to inertise rooms, the thermal energy for defrosting the flow-exposed surfaces of the aircraft and water could be used for example for the supply of sanitary facilities.
  • the energy control device is set up such that, depending on a flight phase, the need for the first resource and the need for the second resource can be determined.
  • the energy control device is set up such that the need for a third requirement means of another
  • the energy control device is set up in such a way that a priority can be assigned to each of the first consumer and the second consumer, wherein the energy regulation device is set up such that depending on the priority the relevant consumable can be supplied to the first consumer and the second consumer. For example, if a second consumer is only directed to making a little-used convenience feature, low priority could be given. For example, if the operation of the first consumer over a longer period is not planned and the second consumer only a resource available when the first consumer requests this first resource, it might be advantageous from an energy point of view, the second consumer over a longer period not operate or only with reduced power. The second consumer in such a case would receive a lower priority than the first consumer.
  • the energy control device could be set up in such a way that the priority can be allocated taking account of flight safety factors. In a reverse case, as already mentioned above, this could lead to safety-critical functions being given such high priority that they can be maintained over the entire mission or mission period.
  • a first or second consumer could be an inerting device for a tank or extinguishing device, which is designed to operate by means of oxygen-poor air
  • An inventive energy system for an aircraft could be a
  • Energy control device at least a first consumer and at least a second consumer, and having a power source, wherein the
  • the power controller controls the power source depending on the need for the first resource and a second resource and, if there is no need for one of the first or second resources to be provided by the energy source and excess, applies a third consumer to the excess resource.
  • the first consumer and / or the second consumer is adapted to receive both a first and a second resource for providing a function.
  • the energy system according to the invention is capable of supplying, for example, an excess supply already to one of the first or second consumers.
  • hybrid consumers Such consumers may be referred to as hybrid consumers.
  • hybrid consumers In general, it would be beneficial to design several consumers so that they tolerate a hybrid power supply. These consumers should be so neutral in the case of electrical supply within certain operating limits that they do not adversely affect other consumers on board the aircraft.
  • electrical energy for the local generation of heat such consumers could also absorb waste heat from an energy source which is forwarded to a specific location.
  • the energy control device is accordingly preferably configured to have at least one hybrid
  • third consumers could be provided that consume the excess supplies substantially without effect, for example by being supplied to the environment of the aircraft.
  • An aircraft according to the invention with an energy control device such as
  • an excess of electrical power could be used as thermal power in a water tank or a kerosene tank up to a certain safe limit be filed.
  • Other consumers could for example be realized with batteries or pressure or vacuum tanks that can be charged by means of an excess electrical power. At the same time could
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the control device according to the invention.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention
  • Fig. 3 shows a third embodiment of the invention
  • 4a and 4b show a schematic block-based representation of a
  • FIG. 5 shows an aircraft with at least one inventive
  • the energy control device 2 is set up to drive, by way of example, two energy sources El and E2.
  • the energy control device 2 is adapted to detect an operating characteristic of the power sources E1 and E2.
  • the energy control device 2 is further configured to detect a need for a first resource of at least one first consumer VI and a need for a second resource of at least one second consumer V2.
  • the energy source El and / or E2 is capable of producing at least the first resource and the second resource simultaneously. In this case, the energy control device 2 controls the
  • the energy control device 2 via sensors, data transmission means or other means the necessary
  • Deicing systems and water consuming systems (e.g.
  • the consumables of these consumers could therefore be an electrical power in the form of direct current or alternating current, a mass flow of oxygen
  • Demand agent streams can be detected by a corresponding sensor. while at the same time a consumer VI or V2 could communicate to the energy control device 2 a momentary shortage of a demand flow via a corresponding signal by means of a signal line or the like.
  • the energy source El is considered to be one
  • Fuel cell running the supplied via educts electric power
  • the energy control device 2 is able to determine the operating characteristics of the power source El. This makes it possible to determine how an activation of the supply of educts could cause the fuel cell to vary, ie to increase or decrease, the products supplied, in order to meet different supply flows.
  • the energy source E2 could be implemented as a conventional engine generator, whose efficiency as well as electrical maximum power is known. The maximum deliverable electrical power of the engine generator could continue by determining the speed of the engine and its
  • Engine generator have deliverable shaft power.
  • the energy control device 2 is capable of informing the consumers VI, V2 and V3 of the operating characteristics by knowing the operating characteristics of the power sources El and E2 and the required resource flows
  • Energy control device 2 is therefore arranged to supply the consumer with the highest priority with a maximum share of the required demand flow through a priority distribution among consumers VI, V2 and V3, while the other consumers VI, V2 or V3 with a lower priority a smaller proportion of the relevant Received demand flow.
  • the energy control device 2 is further configured to control the energy source El and / or E2 such that excess resources can be consumed or discarded by the third consumer V3. This means that, for example, by means of a consumer VI or V2 with a high priority, the energy source E1 and / or E2 is controlled in such a way that the consumable necessary for the consumer VI or V2 is produced, as shown in FIG.
  • Constellation with the production of additional or main products For example, consumers VI and V2 could request a heat flow or a mass flow of oxygen depleted air, which, however, can be provided in fuel cell E1 only once electrical power is removed. If the entire electrical power can not be consumed, this can be supplied by the energy control device 2 to the switchable third consumer V3, in which it can then be consumed or discarded. For this reason, the third consumer V3 can be referred to as a blind consumer, which consumes the excess consumable in an effect-neutral manner in the sense of a lack of influence on the function and safety of the aircraft.
  • thermoelectric elements Conversion into a heat flow by means of thermoelectric elements or the like. Due to the "artificial" need for electric power, the production of by-products in the fuel cell El is maintained.
  • the third consumer V3 could be an electrothermal element that delivers its produced heat directly to the outside air of the aircraft.
  • the third consumer V3 could heat directly or indirectly via a buffer in the form of a water tank or a fuel tank with these options, the respective permissible operating limits must be adhered to.
  • the third consumer V3 itself could be realized as a memory temporarily storing, for example, oxygen depleted air, water or electrical energy.
  • FIG. 2 a different embodiment is shown in which consumers VI, V2 and V3 are provided, the hybrid loading with
  • Allow supplies This means that the consumers VI, V2 and V3 can each be operated with different supply streams or with a mixture of at least two different supply streams.
  • Energy control device 2 is in this case preferably able, by knowing the operating characteristics of the energy sources El and E2, to carry out a distribution of consumables VI, V2 and V3 that is as optimal as possible, so that the smallest possible amount of excess consumables arises, which must be discarded.
  • Such a hybrid consumer VI, V2 or V3 could, for example, be realized in the form of one or more de-icing devices at wing leading edges which can be acted upon both by electric current for generating heat and by a heat transfer medium flowing through or by another means for actively transferring a heat flow, to heat to the
  • another type of hybrid consumer VI, V2, or V3 could be implemented such that heat is generated or supplied in various ways in a galley or other consumer.
  • a different concept is pursued.
  • excess resources in the form of electrical energy, water, air or the like could be stored in memories 4 to be retrieved at another time or with a time lag.
  • Electrical storage could take the form of accumulators,
  • Supercapacitors or similar means can be realized. Material products such as water or air could be stored in storage tanks, such as pneumatic or hydraulic accumulators etc.
  • Fig. 4a a method according to the invention in a schematic
  • the method could exemplarily include the determination 100 of operating characteristics.
  • the need for a first resource, a second resource, possibly a third resource, etc. is determined 102, 104, 106, etc.
  • To control the energy sources it is necessary to know the deviation of the first, second, third, etc., currently provided.
  • the individual consumer's priority is also checked 120, so that if there is a need for 100, the resources available are distributed on a per-priority basis to the individual consumers VI, V2, V3, etc. 122.
  • FIG. 5 shows an aircraft 6 which is equipped with energy sources in the form of engines designated as E2 and additionally has an energy source E1 designed as a fuel cell.
  • An energy control device 2 according to the invention distributes consumables to consumers VI, V2, V31 and V32, whereby the consumers V31 and V32 are to be regarded as "third consumers” within the meaning of the invention.
  • the consumer V31 could have a heater in one
  • the consumer V32 could be designed in the form of heaters at wing leading edges of the aircraft 6 to prevent the accumulation of ice or to dissipate accumulated ice there. Also there, the heat can be carried out by means of a transfer of heat flow from the fuel cell El, as well as by applying an electric heater by electric current. Should there be any other need for heat in the aircraft 6 that should be provided by the fuel cell El, the consumer V32 could be powered by electrical energy.
  • “having” does not exclude other elements or steps, and "a” or “an” does not exclude a multitude, and it should be noted that features that are described with reference to any of the above

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Abstract

Eine Energieregelvorrichtung (2) zum Regeln hybrider Energiequellen (E1, E2) für ein Flugzeug ist dazu eingerichtet ist, eine Betriebscharakteristik einer Energiequelle (E1, E2), einen Bedarf eines ersten Bedarfsmittels mindestens eines ersten Verbrauchers (V1) und einen Bedarf eines zweiten Bedarfsmittels eines zweiten Verbrauchers (V2) festzustellen. Die Energieregelvorrichtung (2) steuert abhängig von dem Bedarf an erstem Bedarfsmittel und an zweitem Bedarfsmittel die Energiequelle (E1, E2) an und beaufschlagt bei fehlendem Bedarf eines der durch die Energiequelle bereitstellbaren und überschüssigen ersten oder zweiten Bedarfsmittels einen dritten Verbraucher (V3) mit dem überschüssigen Bedarfsmittel. Dadurch kann ein Energiesystem unabhängig von der Art der erzeugten Bedarfsmittel und deren bei der Erzeugung bestehenden Abhängigkeiten verschiedene Verbraucher betreiben.

Description

Energieregelvorrichtung zum Regeln hybrider Energiequellen für ein Flugzeug
BEZUG AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der US Provisional
Patentanmeldung Nr. 61/313,897, eingereicht am 15. März 2010, und der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2010 011 416.2, eingereicht am 15. März 2010, deren Inhalte hierin durch Referenz inkorporiert werden. TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieregelvorrichtung zum Regeln hybrider Energiequellen für ein Flugzeug, ein Energiesystem für ein Flugzeug, ein Verfahren zum Regeln hybrider Energiequellen für ein Flugzeug sowie eine
Verwendung einer Energieregelvorrichtung in einem Flugzeug und ein Flugzeug mit einer Energieregelvorrichtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Moderne Flugzeuge weisen neben Turbo luftstrahltriebwerken häufiger zusätzliche, verschiedenartige Energiequellen auf, um die Triebwerke sowie die daran angeschlossenen Triebwerksgeneratoren zu entlasten und in der Gesamtbilanz weniger Treibstoff zu verbrauchen. Beispielsweise könnten alternative
Energiequellen, wie etwa Solarzellen, Brennstoffzellen oder Batterien eingesetzt werden.
Zur Steigerung der Gesamtenergiebilanz eines Verkehrsflugzeugs wird versucht, Produkte bzw. Zusatzprodukte unterschiedlicher Energiequellen und hybrider Energiequellen, wie beispielsweise Wärme, Stoffströme und dergleichen, zu verwerten. DE 10 2007 013 345 AI und WO 2008/113850 A2 zeigen eine
Energieregelvorrichtung zum Regeln mehrerer hybrider Energiequellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Verkopplung unterschiedlicher Energiequellen und unterschiedlicher
Verbraucher, die unterschiedliche Bedarfsmittel zu deren Betrieb benötigen, kann zu Abhängigkeiten beim Betrieb der Verbraucher führen, die nicht immer sehr vorteilhaft sind. Wird beispielsweise durch eine Energiequelle ein erstes
Bedarfsmittel bereitgestellt und ein Zusatzprodukt an einen anderen Verbraucher geführt, fehlt dieses Zusatzprodukt, sobald das erste Bedarfsmittel nicht mehr von dem Verbraucher angefordert wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Effizienz eines hybriden Energieerzeugungssystems zu erhöhen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Sicherheit sowie Funktionsfähigkeit eines derartigen hybriden Energieerzeugungssystems aufrechtzuerhalten, sobald einer oder mehrere Verbraucher des Energieerzeugungssystems keine Energie bzw. kein Bedarfsmittel benötigen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, in diesem Sinne eine Energieregelvorrichtung zum Regeln mehrerer hybrider Energiequellen zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch eine Energieregelvorrichtung zur Regelung hybrider Energiequellen für ein Flugzeug, ein Energiesystem für ein Flugzeug, ein Verfahren zum Regeln hybrider Energiequellen für ein Flugzeug sowie durch die Verwendung einer Energieregelvorrichtung und ein Flugzeug mit einer Energieregelvorrichtung mit den Merkmalen gemäß der unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Energieregelvorrichtung zum Regeln hybrider Energiequellen für ein Flugzeug angegeben, wobei die Energieregelvorrichtung dazu eingerichtet ist, einen Bedarf eines ersten
Bedarfsmittels mindestens eines ersten Verbrauchers und einen Bedarf eines zweiten Bedarfsmittels eines zweiten Verbrauchers festzustellen. Mittels einer hybriden Energiequelle ist mindestens das erste Bedarfsmittel und das zweite Bedarfsmittel gleichzeitig erzeugbar. Die Energieregelvorrichtung steuert die Energiequelle abhängig von dem Bedarf an erstem Bedarfsmittel und einem zweiten Bedarfsmittel an, so dass der Bedarf an erstem Bedarfsmittel und zweitem Bedarfsmittel durch die Energiequelle gedeckt wird. Bei fehlendem Bedarf eines der durch die Energiequelle bereitstellbaren und überschüssigen ersten oder zweiten Bedarfsmittels wird ein dritter Verbraucher mit dem überschüssigen Bedarfsmittel beaufschlagt.
Die erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, zum Anpassen der Regelung die Betriebscharakteristik der Energiequelle festzustellen. Dadurch kann eine zielorientierte Ansteuerung der Energiequelle zur Erzeugung einer ausreichenden Menge der erforderlichen Bedarfsmittel oder
Bedarfsmittelströme erfolgen. Unter dem Begriff "Bedarfsmittel" ist ein Mittel zu verstehen, welches zum Betrieb eines Verbrauchers erforderlich ist und durch eine Energiequelle hergestellt bzw. bereitgestellt werden kann. Ein derartiges Bedarfsmittel muss nicht zwangsläufig stofflicher Natur sein, sondern kann auch in Form von elektrischem Strom, Wärme oder dergleichen realisiert werden. Der Bedarf an einem Bedarfsmittel kann sowohl als absolute Größe, d.h. Energie, Volumen, Masse oder dergleichen, aber auch als zeitliche Ableitung davon bestehen, d.h. in Form einer Leistung, eines
Volumenstroms oder eines Massenstroms. Der Begriff "Betriebscharakteristik" einer Energiequelle bezeichnet die allgemeinen Eigenschaften einer Energiequelle und könnte etwa eine Definition eines
Verhältnisses zwischen Edukten und Produkten bzw. Bedarfsmitteln sein. Eine Betriebscharakteristik könnte durch die Menge eingebrachter Edukte und durch die Menge der abgegebenen Produkte bestimmt werden, wie etwa elektrische Energie, thermische Energie und sonstige Produkte. Ferner können in die Betriebscharakteristik die Umgebungsbedingungen einwirken, wie etwa Druck, Temperatur oder Luftfeuchtigkeit. Anhand der Betriebscharakteristik kann ebenfalls der Wirkungsgrad eines Geräts bzw. einer Energiequelle bestimmt werden. Der beste Wirkungsgrad wird an einem Arbeits- oder Betriebspunkt erreicht, an dem aus einer bestimmten Menge an Edukten die größte Menge an gewünschten Produkten, wie etwa elektrische Energie bereitgestellt wird. Die Betriebscharakteristik kann beispielsweise Anhaltspunkte darüber geben, welcher Betriebsparameter, wie etwa Eduktzufuhr, Ventilstellungen oder dergleichen, der Energiequelle auf welche Weise beeinflusst werden muss, um eine gewünschte Bereitstellung oder Herstellung des gewünschten Bedarfsmittels zu erzielen.
Mit anderen Worten wird mit der vorliegenden Erfindung eine Energieregelvorrichtung geschaffen, die in der Lage ist, die Effizienz eines Flugzeugs dahingehend zu steigern, dass mehrere Verbraucher, die unterschiedliche
Bedarfsmittel erfordern, durch eine gemeinsame Energiequelle betrieben werden können. Da erfahrungsgemäß die notwendige Energie für einen ersten Verbraucher oder einen zweiten Verbraucher nicht über den gesamten Missions- bzw.
Flugzeitraum gleichförmig ist, kann die erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung einen dritten Verbraucher mit einem überschüssigen Bedarfsmittel beaufschlagen, so dass die Energiequelle in der Lage ist, einen stetigen und unterbrechungsfreien Betrieb durchzuführen. Durch den dritten Verbraucher als Bedarfsmittelsenke für ein überschüssiges Bedarfsmittel wird der reguläre Betrieb der Energiequelle und damit des ersten und des zweiten Verbrauchers gewährleistet.
Das Zusammenspiel hinsichtlich eines elektrischen oder thermodynamischen Wirkungsgrades oder hinsichtlich der Zusatzprodukte von Energiequellen kann durch die erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung verbessert werden, was die Gesamtenergiebilanz des Flugzeugs optimiert.
Die Art des dritten Verbrauchers ist in diesem Zusammenhang nicht zwangsläufig vorgeschrieben. Dieser dritte Verbraucher könnte jedoch bevorzugt dazu eingerichtet sein, eine Vielzahl von unterschiedlichen Bedarfsmitteln aufzunehmen, um einen regulären Betrieb zu gewährleisten bzw. zumindest ein überschüssiges Bedarfsmittel abzuführen. Über einige von mehreren möglichen Arten des Aufbaus bzw. der Natur des dritten Verbrauchers wird weiter nachfolgend detaillierter eingegangen.
Die Formulierung "erster Verbraucher" und "zweiter Verbraucher" bedeutet nicht, dass die erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung ausschließlich dazu in der Lage ist, stets nur einen einzigen ersten Verbraucher und nur einen einzigen zweiten Verbraucher zu regeln. Die Formulierung ist dahingehend zu verstehen, dass mindestens zwei unterschiedlich geartete Verbraucher in einem Flugzeug durch eine Energiequelle mit Energie bzw. Bedarfsmitteln versorgt werden können, wobei dies jedoch nicht ausschließt, dass eine beliebige Anzahl von weiteren Verbrauchern, die andersartige Bedarfsmittel erfordern, ebenfalls in dem Flugzeug angeordnet sein könnten. Gleichermaßen können der erste Verbraucher und der zweite Verbraucher auch zu einem System oder Subsystem zusammengefasst sein, das mehrere
Bedarfsmittel zum Betrieb erfordert, so dass der erste Verbraucher und der zweite Verbraucher eine funktionale Einheit zusammenwirkender einzelner Verbraucher bilden, die als solche nicht zu trennen sind.
Durch die erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung kann stets ein ordnungs- gemäßer Betrieb der Energiequelle und damit sämtlicher Verbraucher erfolgen, wobei die Leistung der Energiequelle dahingehend abgestimmt sein könnte, dass der betreffende erste oder zweite Verbraucher mit dem größten Bedarf an Bedarfsmitteln den Betrieb der Energiequelle maßgeblich bestimmt und sämtliche überschüssigen Bedarfsmittel, Zusatzprodukte und dergleichen durch den genannten dritten
Verbraucher, der auch eine Mehrzahl von unterschiedlichen dritten Verbrauchern sein kann, verbraucht bzw. abgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der dritte Verbraucher dazu eingerichtet, zusätzlich mit einem dritten Bedarfsmittel beaufschlagt zu werden. Dies bedeutet für die Energieregelvorrichtung, dass zum Betrieb des dritten
Verbrauchers, beispielsweise bei fehlendem oder nicht vorgesehenen Betrieb des ersten Verbrauchers und des zweiten Verbrauchers ein drittes Bedarfsmittel an den dritten Verbraucher geleitet wird und dies möglicherweise effizienter ist als das Betreiben der Energiequelle und das Aufgeben des ersten und zweiten
Bedarfsmittels. Sollte bei herkömmlichem Betrieb der Energiequelle kein
überschüssiges Bedarfsmittel und ein vollständiger Verbrauch der bereitgestellten Bedarfsmittel vorliegen, könnte der Betrieb des dritten Verbrauchers mit einem anders gearteten und auf den dritten Verbraucher zugeschnittenen Bedarfsmittel effizienter erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieregelvorrichtung ist ein Bedarfsmittel aus der Gruppe bestehend aus elektrischer Energie und Zusatzprodukten ausgewählt, wobei das Zusatzprodukt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, thermischer Energie und sauerstoffarmer Abluft ausgewählt ist. Diese Kombination aus verschiedenen Bedarfsmitteln kann unterschiedlichste Verbraucher versorgen, so dass beispielsweise ein Hauptverbraucher elektrischer Energie bedarf, während andere Verbraucher eher Wasser, thermische Energie oder sauerstoffarme Abluft benötigen. Die sauerstoffarme Abluft könnte zum Inertisieren von Räumen eingesetzt werden, die thermische Energie zum Enteisen von der Strömung ausgesetzten Oberflächen des Flugzeugs und Wasser könnte beispielsweise zur Versorgung von sanitären Einrichtungen verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Energieregelvorrichtung derart eingerichtet, dass abhängig von einer Flugphase der Bedarf an erstem Bedarfsmittel und der Bedarf an zweitem Bedarfsmittel feststellbar ist.
Beispielsweise könnten verschiedene Verbraucher und Einrichtungen in einem Flugzeug bei kritischen Flugphasen, wie etwa Start und Landung, dahingehend benachteiligt werden, dass lediglich eine Grundfunktion gewährleistet bleibt, allerdings auch keine übermäßige Anforderungen an diese Verbraucher gestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Energieregelvorrichtung derart eingerichtet, dass der Bedarf eines dritten Bedarfsmittels eines weiteren
Verbrauchers messbar ist, wobei der dritte Verbraucher dazu eingerichtet ist, sämtliche überschüssigen Bedarfsmittel aufzunehmen. Dieser dritte Verbraucher ermöglicht der erfindungsgemäßen Energieregelvorrichtung demnach das
Beschicken sämtlicher überschüssiger Bedarfsmittel, die als Produkte oder
Zusatzprodukte eines primären Bedarfsmittels, elektrischer Energie beispielsweise, entstehen, nicht unterschiedlichen Verbrauchern zugeführt werden müssen, so dass lediglich ein einziger dritter Verbraucher oder eine einzige Art dritter Verbraucher als Bedarfsmittelsenke verwendet werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Energieregelvorrichtung derart eingerichtet, dass dem ersten Verbraucher und dem zweiten Verbraucher jeweils eine Priorität zuweisbar ist, wobei die Energieregelvorrichtung derart eingerichtet ist, dass abhängig von der Priorität das betreffende Bedarfsmittel dem ersten Verbraucher und dem zweiten Verbraucher zuführbar ist. Ist beispielsweise ein zweiter Verbraucher lediglich auf die Herstellung einer wenig benutzten Komfortfunktion gerichtet, könnte eine niedrige Priorität eingeräumt werden. Ist beispielsweise der Betrieb des ersten Verbrauchers über einen längeren Zeitraum nicht geplant und steht dem zweiten Verbraucher nur dann ein Bedarfsmittel zur Verfügung, wenn der erste Verbraucher dieses erste Bedarfsmittel anfordert, könnte es aus energetischer Sicht vorteilhaft sein, den zweiten Verbraucher über einen längeren Zeitraum nicht zu betreiben oder nur mit verminderter Leistung. Der zweite Verbraucher würde in einem solchen Fall eine niedrigere Priorität als der erste Verbraucher erhalten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung könnte die Energieregelvorrichtung derart eingerichtet sein, dass die Priorität unter Berücksichtigung von Flugsicherheitsfaktoren zuweisbar ist. Dies könnte in einem umgekehrten Fall, wie bereits oben genannt, dazu führen, dass sicherheitskritische Funktionen eine so hohe Priorität bekommen, dass diese über den gesamten Einsatz- bzw. Missionszeitraum aufrechterhalten werden können. Beispielsweise könnte ein erster oder zweiter Verbraucher eine Inertisierungseinrichtung für einen Tank oder eine Lösch- einrichtung sein, die dazu eingerichtet sind, mittels sauerstoffarmer Luft eine
Explosionsgefahr zu verringern oder Brände zu löschen, die unter allen Umständen aufrechterhalten werden muss. Sauerstoffarme Luft könnte als ein Neben- oder Zusatzprodukt realisiert sein, das neben der Erzeugung eines Hauptbedarfsmittels anfällt. Sollte ein Hauptbedarfsmittel nicht von den primären Verbrauchern gefordert werden, wird dieses durch die erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung aufgrund der hohen Priorität des ein Neben- oder Zusatzprodukt anfordernden Verbrauchers dann dem dritten Verbraucher zugeführt, der die reibungslose Funktion der Energiequelle und kontinuierliche Entnahme aller Bedarfsmittel damit sicherstellen kann.
Ein erfindungsgemäßes Energiesystem für ein Flugzeug könnte eine
Energieregelvorrichtung, zumindest einen ersten Verbraucher und zumindest einen zweiten Verbraucher, und eine Energiequelle aufweisen, wobei die
Energieregelvorrichtung derart eingerichtet ist, eine Betriebscharakteristik der Energiequelle und einen Bedarf eines ersten Bedarfsmittels des ersten Verbrauchers und einen Bedarf eines zweiten Bedarfsmittels des zweiten Verbrauchers
festzustellen, wobei mittels der Energiequelle mindestens das erste Bedarfsmittel und das zweite Bedarfsmittel gleichzeitig erzeugbar sind. Die Energieregelvorrichtung Steuer die Energiequelle abhängig von dem Bedarf an erstem Bedarfsmittel und einem zweiten Bedarfsmittel an und beaufschlagt bei fehlendem Bedarf eines der durch die Energiequelle bereitstellbaren und überschüssigen ersten oder zweiten Bedarfsmittels einen dritten Verbraucher mit dem überschüssigen Bedarfsmittel.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der erste Verbraucher und/oder der zweite Verbraucher dazu eingerichtet, zur Bereitstellung einer Funktion sowohl ein erstes, als auch ein zweites Bedarfsmittel aufzunehmen. Hierdurch ist das erfindungsgemäße Energiesystem dazu befähigt, beispielsweise ein überschüssiges Bedarfsmittel bereits einem der ersten oder zweiten Verbraucher zuzuführen.
Derartige Verbraucher können als hybride Verbraucher bezeichnet werden. Generell wäre es günstig, mehrere Verbraucher so auszulegen, dass sie eine hybride Energieversorgung tolerieren. Diese Verbraucher sollten sich im Falle einer elektrischen Versorgung innerhalb bestimmter Betriebsgrenzen so neutral verhalten, dass sich keine negativen Auswirkungen auf andere Verbraucher an Bord des Flugzeugs ergeben. Beispielhaft könnten solche Verbraucher neben elektrischer Energie zum örtlichen Erzeugen von Wärme auch Abwärme einer Energiequelle aufnehmen, die an einen bestimmten Ort weitergeleitet wird.
Weiterhin wäre besonders vorteilhaft, alternativ dazu oder zusätzlich dritte
Verbraucher bereitzustellen, die in Form von Bedarfsmittelspeichern dazu eingerichtet sind, temporär ein überschüssiges Bedarfsmittel aufzunehmen und bei Bedarf wieder freizusetzen. Die erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung ist dementsprechend bevorzugt dazu eingerichtet, mindestens eine hybride
Energiequelle derart anzusteuern, dass nicht nur der momentane Bedarf an angeforderten Bedarfsmitteln gedeckt wird, sondern auch der Speicherzustand derartiger dritter Verbraucher und damit deren Eignung zur Bereitstellung des vormals überschüssigen Bedarfsmittels berücksichtigt wird.
Alternativ oder zusätzlich dazu könnten dritte Verbraucher vorgesehen werden, die das überschüssige Bedarfsmittel im Wesentlichen ohne Wirkung verbrauchen, indem es beispielsweise der Umgebung des Flugzeugs zugeführt wird.
Ein erfindungsgemäßes Flugzeug mit einer Energieregelvorrichtung, wie
vorangehend beschrieben, könnte beispielsweise mehrere Verbraucher aufweisen, die mit einer hybriden Energieversorgung betrieben werden können. Beispielsweise könnte ein Überschuss an elektrischer Leistung als thermische Leistung in einem Wassertank oder einem Kerosintank bis zu einer bestimmten sicheren Grenze abgelegt werden. Andere Verbraucher könnten beispielsweise mit Batterien oder Druck- oder Unterdruckbehältern realisiert werden, die mittels einer elektrischen überschüssigen Leistung aufgeladen werden können. Gleichzeitig könnte
überschüssige elektrische oder thermische Leistung in Flügelvorderkanten oder anderen Oberflächen zu Enteisungszwecken verworfen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den
Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Energieregelvorrichtung.
Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Energieregelvorrichtung.
Fig.4a und 4b zeigen eine schematische blockbasierte Darstellung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 5 zeigt ein Flugzeug mit mindestens einer erfindungsgemäßen
Energieregelvorrichtung.
DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte erstes Ausführungsform der Energieregelvorrichtung 2, die zum Ansteuern beispielhaft zweier Energiequellen El und E2 eingerichtet ist. Die Energieregelvorrichtung 2 ist dazu eigerichtet, eine Betriebscharakteristik der Energiequellen El und E2 festzustellen. Die Energieregelvorrichtung 2 ist ferner dazu eingerichtet, einen Bedarf eines ersten Bedarfsmittels mindestens eines ersten Verbrauchers VI und einen Bedarf eines zweiten Bedarfsmittels mindestens eines zweiten Verbrauchers V2 festzustellen. Die Energiequelle El und/oder E2 ist dazu befähigt, mindestens das erste Bedarfsmittel und das zweite Bedarfsmittel gleichzeitig zu erzeugen. Dabei steuert die Energieregelvorrichtung 2 die
Energiequelle El und/oder E2 abhängig von dem Bedarf an erstem Bedarfsmittel und an zweitem Bedarfsmittel an, wobei bei fehlendem Bedarf eines der durch die Energiequelle El und/oder E2 bereitstellbaren und überschüssigen ersten oder zweiten Bedarfsmittels ein dritter Verbraucher V3 mit dem überschüssigen
Bedarfsmittel beaufschlagt wird.
Zur Gewährleistung dieser Funktion kann die Energieregelvorrichtung 2 über Sensoren, Datenübertragungsmittel oder andere Mittel die notwendigen
Bedarfsmittel der Verbraucher VI und V2 ermitteln. Hierbei ist anzumerken, dass die Verbraucher VI, V2 und V3 beispielhaft als Gleichstromverbraucher,
Wechselstromverbraucher, Verbraucher Sauerstoff abgereicherter Luft (z.B. Inertisierungssy steme), Wärme verbrauchende Verbraucher (z.B.
Enteisungssysteme) und Wasser konsumierende Systeme (z.B. für die
Wasserversorgung in Nasszellen) ausgeführt sein könnten. Dementsprechend könnten die Bedarfsmittel dieser Verbraucher daher eine elektrische Leistung in Form von Gleichstrom oder Wechselstrom, ein Massenstrom Sauerstoff
abgereicherter Luft aus einem vorbestimmten Temperaturbereich, ein Wärmestrom auf einem vorbestimmten Temperaturniveau und ein Massenstrom an Wasser aus einem vorbestimmten Temperaturbereich sein. Die momentan vorliegenden
Bedarfsmittelströme können durch eine entsprechende Sensorik erfasst werden. während gleichzeitig ein Verbraucher VI oder V2 ein momentanes Defizit an einem Bedarfsmittelstrom über ein entsprechendes Signal mit Hilfe einer Signalleitung oder dergleichen an die Energieregelvorrichtung 2 kommunizieren könnte.
Die Anzahl der in den Figuren gezeigten Verbrauchern VI, V2 und V3 sowie die Anzahl der Energiequellen El und E2 ist willkürlich gewählt und soll nicht in irgendeiner Weise als beschränkend angesehen werden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Energiequelle El als eine
Brennstoffzelle ausgeführt, die über zugeführte Edukte elektrischen Strom
bereitstellt, sowie als Zusatzprodukte einen Wärmestrom, Sauerstoff abgereicherte Luft und einen Massenstrom an Wasserdampf. Durch Messung der Stärke des elektrischen Stroms und der Größe des Massenstroms an Wasserdampf und
Sauerstoff abgereicherter Luft ist die Energieregelvorrichtung 2 in der Lage, die Betriebscharakteristik der Energiequelle El zu bestimmen. Dadurch wird ermittelbar, wie eine Ansteuerung der Zufuhr an Edukten die Brennstoffzelle veranlasst werden könnte, die bereitgestellten Produkte zu variieren, d.h. zu erhöhen oder zu senken, um unterschiedlichen Bedarfsmittelströmen zu begegnen. Die Energiequelle E2 könnte als ein herkömmlicher Triebwerksgenerator ausgeführt sein, dessen Wirkungsgrad sowie elektrische Höchstleistung bekannt ist. Die maximal bereitstellbare elektrische Leistung des Triebwerksgenerators könnte weiterhin durch Ermitteln der Drehzahl des Triebwerks und dessen
Umgebungsparameter bestimmt werden, die einen Einfluss auf die dem
Triebwerksgenerator zuführbare Wellenleistung haben.
Die Energieregelvorrichtung 2 ist aus Kenntnis der Betriebscharakteristika der Energiequellen El und E2 und den erforderlich Bedarfsmittelströmen in der Lage, den Verbrauchern VI, V2 und V3 durch die Betriebscharakteristika
berücksichtigendes Ansteuern der Energiequellen El und E2 die notwendigen Bedarfsmittel zuzuführen.
Aufgrund der nicht unbegrenzt verfügbaren Energie an Bord eines Flugzeugs ist jedoch auch die Situation denkbar, dass die für die Verbraucher VI, V2 und V3 erforderlichen Bedarfsmittel nicht in ausreichendem Umfang bereitgestellt werden können. Dies könnte beispielsweise der Fall sein, wenn die Wellenleistung an dem Triebwerk nicht ausreicht, um zusammen mit der Brennstoffzelle eine ausreichende Menge an elektrischer Leistung bereitzustellen oder dergleichen. Die
Energieregelvorrichtung 2 ist daher dazu eingerichtet, durch eine Prioritätsverteilung unter den Verbrauchern VI, V2 und V3 dem Verbraucher mit der höchsten Priorität einen größtmöglichen Anteil des erforderlichen Bedarfsmittelstroms zuzuführen, während die anderen Verbraucher VI, V2 oder V3 mit einer niedrigeren Priorität einen geringeren Anteil des betreffenden Bedarfsmittelstroms erhalten. Die Energieregelvorrichtung 2 ist ferner dazu eingerichtet, die Energiequelle El und/oder E2 derart anzusteuern, dass überschüssige Bedarfsmittel durch den dritten Verbraucher V3 verbraucht oder verworfen werden können. Dies bedeutet, dass beispielsweise durch einen Verbraucher VI oder V2 mit einer hohen Priorität die Energiequelle El und/oder E2 derart angesteuert wird, dass das für den Verbraucher VI oder V2 notwendige Bedarfsmittel hergestellt wird, was in der gezeigten
Konstellation mit der Produktion von Zusatz- oder Hauptprodukten einhergeht. Etwa könnten die Verbraucher VI und V2 einen Wärmestrom oder einen Massenstrom an Sauerstoff abgereicherter Luft anfordern, der in der Brennstoffzelle El jedoch nur dann bereitgestellt werden kann, sobald elektrische Leistung entnommen wird. Sollte nicht die gesamte elektrische Leistung verbraucht werden können, kann diese durch die Energieregelvorrichtung 2 dem zuschaltbaren dritten Verbraucher V3 zugeführt werden, in dem diese dann verbraucht bzw. verworfen werden kann. Der dritte Verbraucher V3 kann aus diesem Grunde als Blindverbraucher bezeichnet werden, der das überschüssige Bedarfsmittel wirkungsneutral im Sinne einer fehlenden Beeinflussung der Funktion und Sicherheit des Flugzeugs verbraucht.
Generell bietet sich das Verwerfen der elektrischen Leistung durch eine
Umwandlung in einen Wärmestrom mit Hilfe thermoelektrischer Elemente oder dergleichen an. Durch den "künstlichen" Bedarf elektrischer Leistung wird die Produktion von Nebenprodukten in der Brennstoffzelle El aufrechterhalten.
Beispielhaft könnte der dritte Verbraucher V3 ein elektrothermisches Element sein, das seine produzierte Wärme direkt an die Außenluft des Flugzeugs abgibt.
Alternativ dazu könnte der dritte Verbraucher V3 direkt oder indirekt über einen Zwischenspeicher in Form eines Wassertanks oder eines Treibstofftanks Wärme abgeben, wobei bei diesen Optionen die jeweiligen zulässigen Betriebsgrenzen einzuhalten sind.
Weiter alternativ könnte der dritte Verbraucher V3 selbst als ein Speicher realisiert sein, der beispielsweise eine Sauerstoff abgereicherte Luft, Wasser oder elektrische Energie temporär speichert.
In Fig. 2 wird eine abweichende Ausführungsform gezeigt, in der Verbraucher VI, V2 und V3 bereitgestellt werden, die eine hybride Beaufschlagung mit
Bedarfsmitteln erlauben. Dies bedeutet, dass die Verbraucher VI, V2 und V3 jeweils mit unterschiedlichen Bedarfsmittelströmen oder mit einer Mischung aus mindestens zwei unterschiedlichen Bedarfsmittelströmen betrieben werden können. Die
Energieregelvorrichtung 2 ist hierbei bevorzugt in der Lage, durch Kenntnis der Betriebscharakteristika der Energiequellen El und E2 eine möglichst optimale Verteilung von Bedarfsmitteln an die Verbraucher VI, V2 und V3 durchzuführen, so dass eine möglichst geringe Menge an überschüssigen Bedarfsmitteln entsteht, die verworfen werden muss.
Ein derartiger hybrider Verbraucher VI, V2 oder V3 könnte beispielsweise in Form einer oder mehrerer Enteisungseinrichtungen an Flügelvorderkanten realisiert sein, die sowohl mit elektrischem Strom zum Erzeugen von Wärme als auch mit einem durchfließenden Wärmeträger oder einem anderen Mittel zum aktiven Übertragen eines Wärmestroms beaufschlagt werden können, um Wärme an die
Flügelvorderkante oder andere exponierte Oberflächenbereichen des Flugzeugs zum Lösen des dort befindlichen Eises abzugeben. Eine andere Art hybrider Verbraucher VI, V2 oder V3 könnte beispielsweise derart realisiert werden, dass Wärme auf verschiedene Arten in einer Bordküche oder anderen Verbraucher erzeugt oder zugeführt wird. In einer dritten exemplarischen Ausführungsform, die aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird ein abweichendes Konzept weiterverfolgt. Hier könnten überschüssige Bedarfsmittel in Form von elektrischer Energie, Wasser, Luft oder dergleichen in Speichern 4 abgelegt werden, um zu einem anderen Zeitpunkt oder zeitversetzt wieder abgerufen zu werden. Elektrische Speicher könnten in Form von Akkumulatoren,
Superkondensatoren oder ähnlichen Mitteln realisiert werden. Stoffliche Produkte wie Wasser oder Luft könnten in Speicherbehältern aufgenommen werden, etwa pneumatische oder hydraulische Akkumulatoren etc.
In der Fig. 4a wird ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer schematischen
Blockdarstellung gezeigt. Das Verfahren könnte beispielhaft die Ermittlung 100 von Betriebscharakteristika aufweisen. Der Bedarf eines ersten Bedarfsmittels, eines zweiten Bedarfsmittels, möglicherweise eines dritten Bedarfsmittels usw. wird ermittelt 102, 104, 106, usw. Zur Regelung der Energiequellen ist erforderlich, die Abweichung der momentan bereitgestellten ersten, zweiten, dritten usw.
Bedarfsmittel festzustellen 108. Sollte eine Abweichung vorliegen 110, ist es erforderlich, die Energiequellen derart anzusteuern 112, dass der Strom des ersten, des zweiten, des dritten usw. Bedarfsmittels vergrößert oder verringert werden. Zwangsläufig kann dies durch die Natur von hybriden Energiequellen dazu führen, dass durch das Erhöhen eines Bedarfsmittelstroms ein anderer Bedarfsmittelstrom ebenfalls erhöht wird, obwohl dazu kein Bedarf besteht. Daher ist vorgesehen, einen Überschuss eines Bedarfsmittelstroms festzustellen 114. Liegt ein Überschuss vor 116, wird das überschüssige Bedarfsmittel an einen oder mehrere dritte Verbraucher geleitet 118. Fig. 4b geht schließlich darauf ein, dass parallel dazu zur Verteilung von
Bedarfsmitteln auch die Priorität der einzelnen Verbraucher überprüft wird 120, so dass bei festgestelltem Bedarf 100 an Bedarfsmitteln die zur Verfügung stehenden Bedarfsmittel rangweise nach jeweiliger Priorität auf die einzelnen Verbraucher VI , V2, V3 usw. verteilt werden 122.
Fig. 5 zeigt ein Flugzeug 6, das mit als E2 bezeichneten Energiequellen in Form von Triebwerken ausgerüstet ist und zusätzlich eine als Brennstoffzelle ausgeführte Energiequelle El aufweist. Eine erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung 2 verteilt Bedarfsmittel an Verbraucher VI, V2, V31 und V32, wobei die Verbraucher V31 und V32 im Sinne der Erfindung als "dritte Verbraucher" anzusehen sind.
Der Verbraucher V31 könnte beispielsweise eine Heizvorrichtung in einer
Bordküche 8 des Flugzeugs 6 sein, die durch mehrere Bedarfsmittel beaufschlagt werden kann, um Wärme bereitzustellen, etwa elektrische Leistung oder einen Wärmestrom, wobei letzterer durch die Brennstoffzelle El bereitgestellt werden könnte. Der Verbraucher V32 könnte in Form von Heizeinrichtungen an Flügelvorderkanten des Flugzeugs 6 ausgeführt sein, um dort das Ansammeln von Eis zu verhindern oder angesammeltes Eis abzulösen. Auch dort kann die Wärme mittels einer Übertragung eines Wärmestroms von der Brennstoffzelle El durchgeführt werden, als auch durch Beaufschlagung einer elektrischen Heizeinrichtung durch elektrischen Strom. Sollte ein anderweitiger Bedarf an Wärme in dem Flugzeug 6 herrschen, der durch die Brennstoffzelle El bereitgestellt werden sollte, könnte der Verbraucher V32 durch elektrische Energie betrieben werden können. Ergänzend sei darauf hinzuweisen, dass„aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„ein" oder„eine" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen
Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
B E Z U G S Z E I C H E N
2 Energieregelvorrichtung
4 Speicher
6 Flugzeug
8 Bordküche
100 Ermitteln von Betriebscharakteristika
102 Ermitteln Bedarf eines ersten Bedarfsmittels
104 Ermitteln Bedarf eines zweiten Bedarfsmittels 106 Ermitteln Bedarf eines dritten Bedarfsmittels
108 Abweichung ermitteln
1 10 Abweichung vorliegend
112 Ansteuern Energiequellen
114 Ermitteln Überschuss
116 Überschuss vorliegend
1 18 Leiten Überschuss an dritten Verbraucher
120 Überprüfen Priorität
122 Verteilen Bedarfsmittel El Energiequelle
E2 Energiequelle
VI erster Verbraucher
V2 zweiter Verbraucher
V3 dritter Verbraucher
V31 dritter Verbraucher
V32 dritter Verbraucher

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Energieregelvorrichtung (2) zum Regeln hybrider Energiequellen für ein Flugzeug,
wobei die Energieregelvorrichtung (2) dazu eingerichtet ist, eine
Betriebscharakteristik einer Energiequelle (El, E2, E3) festzustellen;
wobei die Energieregelvorrichtung (2) dazu eingerichtet ist, einen Bedarf eines ersten Bedarfsmittels mindestens eines ersten Verbrauchers (VI) und einen Bedarf eines zweiten Bedarfsmittels eines zweiten Verbrauchers (V2) festzustellen; wobei mittels mindestens einer Energiequelle (El, E2, E3) mindestens das erste Bedarfsmittel und das zweite Bedarfsmittel gleichzeitig erzeugbar sind;
wobei die Energieregelvorrichtung (2) die Energiequelle (El, E2, E3) abhängig von dem Bedarf an erstem Bedarfsmittel und an zweitem Bedarfsmittel ansteuert und
wobei bei fehlendem Bedarf eines der durch die Energiequelle (El, E2, E3) bereitstellbaren und überschüssigen ersten oder zweiten Bedarfsmittels ein dritter Verbraucher (V3, V31, V32) mit dem überschüssigen Bedarfsmittel beaufschlagt wird.
2. Energieregelvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei der dritte Verbraucher (V3, V31, V32) dazu eingerichtet ist, zusätzlich mit einem dritten Bedarfsmittel beaufschlagt zu werden.
3. Energieregelvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei ein Bedarfsmittel aus der Gruppe bestehend aus elektrischer Energie und Zusatzprodukten ausgewählt ist;
wobei das Zusatzprodukt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, thermischer Energie und sauerstoffarmer Abluft ausgewählt ist.
4. Energieregelvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energieregelvorrichtung (2) derart eingerichtet ist, dass abhängig von einer Flugphase der Bedarf an erstem Bedarfsmittel und der Bedarf an zweitem Bedarfsmittel feststellbar ist.
5. Energieregelvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die Energieregelvorrichtung (2) derart eingerichtet ist, dass der Bedarf eines dritten Bedarfsmittels eines weiteren Verbrauchers messbar ist;
wobei der dritte Verbraucher (V3, V31, V32) dazu eingerichtet ist, überschüssige Bedarfsmittel aufzunehmen.
6. Energieregelvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energieregelvorrichtung (2) derart eingerichtet ist, dass dem ersten Verbraucher (VI), dem zweiten Verbraucher (V2) oder weiteren Verbrauchern jeweils eine Priorität zuweisbar ist;
wobei die Energieregelvorrichtung (2) derart eingerichtet ist, dass abhängig von der Priorität das Bedarfsmittel dem ersten Verbraucher (VI) und dem zweiten Verbraucher (V2) oder weiteren Verbrauchern zuführbar ist.
7. Energieregelvorrichtung (2) nach Anspruch 6;
wobei die Energieregelvorrichtung (2) derart eingerichtet ist, dass die Priorität unter Berücksichtigung von Flugsicherheitsfaktoren zuweisbar ist.
8. Energieregelvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Energiequelle (El, E2) ein Brennstoffzellensystem aufweist.
9. Energieregelvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei zumindest einer der ersten Verbraucher (VI) und zweiten Verbraucher (V2) aus der Gruppe bestehend aus elektrischen Gleichstromsystemen, elektrischen Wechselstromsystemen, Wasserverbrauchern, Inertisierungssystemen und
Enteisungssystemen ausgewählt ist.
10. Energiesystem für ein Flugzeug, wobei das Energiesystem aufweist:
eine Energieregelvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9;
mindestens einen ersten Verbraucher (VI) und mindestens einen zweiten Verbraucher (V2);
eine Energiequelle (El, E2);
wobei die Energieregelvorrichtung (2) dazu eingerichtet ist, einen Bedarf eines ersten Bedarfsmittels des ersten Verbrauchers (VI) und eines zweiten
Bedarfsmittels des zweiten Verbrauchers (V2) zu ermitteln;
wobei die Energieregelvorrichtung (2) dazu eingerichtet ist, eine
Betriebscharakteristik der Energiequelle (El, E2) festzustellen;
wobei mittels der Energiequelle (El, E2) mindestens das erste Bedarfsmittel und das zweite Bedarfsmittel gleichzeitig erzeugbar sind;
wobei die Energieregelvorrichtung (2) die Energiequelle (El, E2) abhängig von dem Bedarf an erstem Bedarfsmittel und an zweitem Bedarfsmittel ansteuert und wobei bei fehlendem Bedarf eines der durch die Energiequelle (El, E2) bereitstellbaren und überschüssigen ersten oder zweiten Bedarfsmittels ein dritter Verbraucher (V3, V31, V32) mit dem überschüssigen Bedarfsmittel beaufschlagt wird.
11. Verfahren zum Regeln hybrider Energiequellen (E 1 , E2) für ein Flugzeug, wobei das Verfahren aufweist:
Ermitteln (102, 104, 106) eines Bedarfs eines ersten Bedarfsmittels eines ersten Verbrauchers (VI) und eines Bedarfs eines zweiten Bedarfsmittels eines zweiten Verbrauchers (V2) mittels einer Energieregelvorrichtung (2);
Ermitteln (100) einer Betriebscharakteristik einer Energiequelle (El, E2) mittels der Energieregelvorrichtung (2);
Erzeugen eines ersten Bedarfsmittels und eines zweiten Bedarfsmittels mittels der Energiequelle (2);
Ansteuern (112) der Energiequelle (E 1 , E2) mittels der
Energieregelvorrichtung (2) derart, dass abhängig von der Betriebscharakteristik das erste Bedarfsmittel dem ersten Verbraucher (VI) und das zweite Bedarfsmittel dem zweiten Verbraucher (V2) bereitgestellt wird;
wobei bei fehlendem Bedarf eines der durch die Energiequelle
bereitstellbaren und überschüssigen ersten oder zweiten Bedarfsmittels ein dritter Verbraucher (V3, V31, V32) mit dem überschüssigen Bedarfsmittel beaufschlagt (118) wird.
12. Verwendung einer Energieregelvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Flugzeug.
13. Flugzeug mit einer Energieregelvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
EP11707638A 2010-03-15 2011-03-02 Energieregelvorrichtung zum regeln hybrider energiequellen für ein flugzeug Withdrawn EP2548249A2 (de)

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