KR20190067719A - 전기 작동기를 갖는 항공기를 위한 전력 시스템 아키텍쳐 - Google Patents

전기 작동기를 갖는 항공기를 위한 전력 시스템 아키텍쳐 Download PDF

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Abstract

재생 부하들을 위한 전력 시스템은, DC 버스, 및, 전기 작동 부하를 포함할 수 있고, 이 경우 전기 작동 부하를 역구동하는 것은 재생 전기 에너지를 발생시키고, 전기 작동 부하는 재생 전기 에너지를 DC 버스에게 전송하도록 구성된다. 상기 시스템은 또한 적어도 하나의 추가 부하를 포함할 수 있고, 이 경우 재생 전기 에너지의 적어도 일부가 적어도 하나의 추가 부하에 전송된다.

Description

전기 작동기를 갖는 항공기를 위한 전력 시스템 아키텍쳐{POWER SYSTEM ARCHITECTURE FOR AIRCRAFT WITH ELECTRICAL ACTUATION}
본 발명은 일반적으로 전력 시스템 아키텍처 및, 특히, 전기 작동기를 갖는 항공기를 위한 전력 시스템 아키텍처에 관한 것이다.
전통적인 비행 제어 구동 시스템들은 비행기 제어 표면들을 움직이는 작동기들에 전력(power)을 공급하기 위해 고압 유압 유체(high pressure hydraulic fluid)를 사용한다. 유압 시스템들의 설치는 많은 비용과 시간을 소모할 수 있으며 공정 중에 상당한 조정들(리깅(rigging))을 포함할 수 있다. 대조적으로, 전기 작동기들은 값비싼 리깅, 테스트 또는 유압관들로부터의 공기 누출(bleeding)을 필요로 하지 않을 수 있다. 전기 작동 시스템에서, 유압 튜빙(hydraulic tubing)은 더 가볍고, 더 적은 부피를 차지하며 좁은 공간들에 쉽게 통합될 수 있는 전선들로 대체된다. 또한, 전기 작동기들의 설치는 상대적으로 간단하고 저렴할 수 있다.
작동기에 부착된 비행 제어 표면이 비행 중에 공기의 힘에 의해 역구동(back-driven)될 때 전기 작동기들은 전력을 재생시킬(regenerate) 수 있다. 작동기 모터는 전형적으로 영구 자석 모터(permanent magnet motor)이며, 이는 역구동되면 재생 전기 에너지를 생성하도록 발전기로 작용한다. 이 에너지는 작동기 모터 제어기 및 그에 부착된 직류 링크(DC link)로 역으로 건네질(pass back) 수 있다. 교류(AC)/DC 정류기 토폴로지에 따라, 재생 전기 에너지는 또한 AC 시스템으로 전파될 수 있다. 만약 AC/DC 정류기가 재생 전기 에너지를 AC 버스에게 전파할 수 없으면, 초과 에너지는 정류기, DC 링크, 전기 작동기 및/또는 다른 전기적 구성요소들을 손상시킬 수 있는 DC 링크에서의 전압 상승을 야기할 수 있다. 만약 AC/DC 정류기가 초과 에너지를 AC 버스에게 전파할 수 있으면, AC 버스에 전력을 공급하는 AC 발전기 상의 부하의 역률(power factor)은 발전기에 커패시턴스를 효과적으로 추가하면서 지상(lagging)에서 진상(leading)으로 전환(shift)할 수 있다. 추가된 커패시턴스는 시스템의 전력 품질을 감소시킬 수 있으며, 일부 경우들에서, 발전기 자기 여자(generator self-excitation) 및 제어할 수 없는 전압 상승으로 이끌 수 있다.
일부 전기 작동기 시스템들은 초과 재생 전기 에너지를 소멸시키기 위해 하나 이상의 저항기(resistor)를 포함한다. DC 링크의 전압이 임계 한계에 도달하면 솔리드-스테이트 스위치(solid-state switch)가 저항기를 시스템에 연결하기 위해 사용될 수 있다. 저항기에 의해 소비되는 전력은 항공기의 다른 시스템들에 의해 사용될 수 있는 에너지 손실을 야기한다. 더 나아가, 저항기에 의해 생성된 열은 추가적인 히트싱크 장치들(heat sink devices)을 필요로 할 수 있는 열 관리 쟁점들을 야기할 수 있다. 종종, 히트싱크 장치들이 생성된 추가적인 열을 충분히 관리할 수 있도록 하기 위해 추가적인 기류가 반드시 작동기들로 향해야 한다. 이와 같이, 추가 장치들은 중량을 증가시킬 수 있고, 항공기의 성능 저하 및 연료 사용량 증가를 야기할 수 있다. 여분의 열은 전기 작동기들 자체의 신뢰성에도 영향을 줄 수 있다. 다른 단점들이 존재할 수 있다.
개시된 것들은 상술한 단점들의 적어도 하나를 극복할 수 있는 방법들 및 시스템들이다. 예를 들어, 전력 시스템은 재생 전기 에너지(regenerative electrical energy)를 전기 작동 부하(electrical actuator load)로부터 수신하도록 및 DC 버스에 연결된 하나 이상의 부하들(작동기들, 장치들, 시스템들 등)에게 재생 전기 에너지를 제공하도록 DC 버스를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 초과 전기 에너지를 저장하기 위한 배터리를 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 재생 부하들을 위한 전력 시스템은 DC 버스를 포함한다. 전기 작동 부하를 역구동(back-driving)하는 것이 재생 전기 에너지를 발생시키는 경우, 및 전기 작동 부하가 재생 전기 에너지를 DC 버스에게 전송하도록 구성되는 경우, 상기 시스템은 전기 작동 부하를 더 포함한다. 재생 전기 에너지의 적어도 일부가 적어도 하나의 추가 부하에 전송되는 경우, 상기 시스템은 또한 적어도 하나의 추가 부하를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 시스템은 재생 전기 에너지의 적어도 일부가 배터리 충전기로 전송되는 경우 배터리 충전기, 및 배터리 충전기에 의해 충전되도록 구성된 배터리를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 시스템은 AC 버스, 및 AC 버스로부터의 AC 전기 에너지를 DC 전기 에너지로 변환하고 DC 전기 에너지를 DC 버스로 전송하도록 구성된 정류기를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 시스템은 제1 임계 충전량보다 적은 충전 상태를 갖는 배터리에 응답하여 배터리 충전기를 DC 버스에 연결하도록 구성되고, 제2 임계 충전량보다 많은 충전 상태를 갖는 배터리에 응답하여 정류기를 DC 버스로부터 단절(disconnect)하도록 구성되는 버스 전력 제어 유닛(bus power control unit)을 포함한다.
일부 실시예들에서, DC 버스는 비히클의 좌측 DC 버스이고, 상기 시스템은 우측 DC 버스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 좌측 DC 버스 및 우측 DC 버스는 버스 전력 제어 유닛으로부터의 제어 신호에 응답하여 서로간에 전기 에너지를 전송하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 전기 작동 부하는 비히클의 좌측 전기 작동 부하이고, 우측 전기 작동 부하를 역구동하는 것이 추가적인 재생 전기 에너지를 생성하는 경우 및 우측 전기 작동 부하가 추가적인 재생 전기 에너지를 우측의 DC 버스로 전송하도록 구성되는 경우 상기 시스템은 우측 전기 작동 부하를 포함한다. 일부 실시예들에서, 배터리 충전기는 좌측 배터리 충전기이고, 배터리는 비히클의 좌측 배터리이며, 상기 시스템은 추가적인 재생 전기 에너지의 적어도 일부가 우측 배터리 충전기에 전송되는 경우 우측 배터리 충전기 및 우측 배터리 충전기에 의해 충전되도록 구성된 우측 배터리를 포함한다.
일부 실시예들에서, 전기 작동 부하는 항공기의 비행 제어 표면을 이동시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 재생 전기 에너지는 전기 작동 부하 또는 DC 버스에 결합된 저항기를 통해 열로서 소산되지 않는다.
일 실시예에서, 전력 시스템에서 재생 부하들을 관리하기 위한 방법은 DC 버스에 결합된 전기 작동기에게 DC 버스로부터 전기 에너지를 전송하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 전기 작동기의 역구동의 발생에 의해 야기된 전기 작동기로부터의 재생 전기 에너지를 DC 버스에서 수신하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한 DC 버스에 결합된 배터리에 재생 전기 에너지의 적어도 일부분을 저장하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 재생 전기 에너지의 적어도 일부를 DC 버스에 결합된 적어도 하나의 부하에 전송하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 AC 버스로부터의 교류(AC) 전기 에너지를 DC 전기 에너지로 변환하는 단계 및 DC 버스에서 DC 전기 에너지를 수신하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 제1 임계 충전량보다 적은 충전 상태를 갖는 배터리에 응답하여 배터리 충전기를 DC 버스에 연결하는 단계 및 제2 임계 충전량보다 많은 충전 상태를 갖는 배터리에 응답하여 AC 버스로부터 정류기를 단절하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, DC 버스는 비히클의 좌측 버스이고, 상기 방법은 좌측 DC 버스 및 우측 DC 버스 사이에서 전기 에너지를 전송하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 전기 작동기를 사용하여 비행 제어 표면을 이동시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 전기 작동기 또는 DC 버스에 결합된 저항기를 통해 재생 전기 에너지를 열로서 소산시키지 않고 수행된다.
일 실시예에서, 전력 시스템에서 재생 부하들을 관리하기 위한 방법은, 제1 임계 충전량보다 적은 충전 상태를 갖는 배터리에 응답하여, 배터리를 충전하도록 DC 버스에 배터리를 선택적으로 결합하는(coupling) 단계를 포함한다. 상기 방법은, 제2 임계 충전량보다 많은 충전 상태를 갖는 배터리에 응답하여, AC 버스로부터 정류기 유닛을 분리시키는(decoupling) 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한 DC 버스에 결합된 전기 작동기의 역구동의 발생에 의해 야기되는 재생 전기 에너지를 DC 버스에서 수신하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은, AC 버스에서의 전원 차단(power source interruption)에 응답하여, DC 버스로부터 배터리 충전기를 단절하는 단계 및 배터리를 DC 버스에 연결하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은, AC 버스에서의 전원의 복원(restoration)에 응답하여, AC 버스로부터 배터리를 단절하는 단계 및 배터리 충전기를 DC 버스에 연결하는 단계를 포함한다.
도 1은 재생 부하들을 위한 전력 시스템의 일 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 2는 재생 부하들을 관리하기 위한 방법의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 3은 재생 부하들을 위한 전력 시스템에서 전원 차단을 관리하는 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 4는 다수의 구조물들 및 시스템들을 포함하는 항공기의 일 실시예를 도시하는 블록도이다.
본 발명은 다양한 수정들 및 대안적인 형태들에 쉽게 영향받지만, 구체적인 실시예들은 도면에서 예시로서 도시되었으며 본 명세서에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 개시된 특정 형태들에 한정되는 것으로 의도되지 않았다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 의도는 모든 수정들, 등가물들 및 대안들을 본 발명의 범위 내에 포함하기 위한 것이다.
도 1을 참조하면, 재생 부하들(regenerative loads)을 위한 전력 시스템(100)의 일 실시예가 도시된다. 시스템(100)은 항공기와 같은 비히클의 일부일 수 있다. 더 나아가, 비히클은 그 좌측 및 우측 사이드(left and right sides)에서 대칭적인 특징들을 가질 수 있다. 이 대칭은 전력 시스템(100)으로 달성될 수 있다. 이와 같이, 시스템(100)은 비히클(예를 들어, 항공기)의 좌측 사이드에 대응하는 좌측 서브시스템(102) 및 비히클의 우측 사이드에 대응하는 우측 서브시스템(152)을 포함할 수 있다.
좌측 서브시스템(102)은 좌측 AC 버스(left AC bus)(104)를 포함할 수 있다. 좌측 AC 버스(104)는 터빈 전력 발전기(turbine powered generator)(도시되지 않음), 외부 전원, 다른 유형의 발전기 또는 이들의 임의의 조합에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 적어도 하나의 좌측 AC 부하(106)는 좌측 AC 버스(104)에 연결될 수 있고, 좌측 AC 버스(104)에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 좌측 AC 부하(106)는 AC 전자 장치 또는 다른 유형의 AC 부하에 대응할 수 있다.
좌측 서브시스템(102)은 AC 버스(104)로부터의 AC 전기 에너지를 DC 전기 에너지로 변환하는 정류기(108)를 더 포함할 수 있다. 정류기(108)는 좌측 AC 버스(104) 상에 존재하는 AC 전기 신호를 변환하는데 사용될 수 있는 임의의 회로 토폴로지를 포함할 수 있다. 시스템(100)에서 구현될 수 있는 정류기 토폴로지들의 일부 예들은, 단권변압기 정류기 유닛들(autotransformer rectifier units)과 같은 그러나 이에 한정되지는 않는 수동 정류기들(passive rectifiers), 및, 부스트 또는 벅 역률 보정 정류기들(boost or buck power factor correction rectifiers)과 같은 그러나 이에 한정되지는 않는 능동 정류기들(active rectifiers)을 포함한다.
정류기(108)에 의해 변환된 DC 전력은 좌측 DC 버스(110)로 전송될 수 있다. 좌측 DC 버스(110)상의 전압은 때때로 변동될 수 있으며, 전기 에너지가 좌측 DC 버스(110)로 전송됨에 따라 증가하고, 그것이 평형에 다시 접근함에 따라 감소한다. 이러한 전력 변동들을 보상하기 위해, DC 버스(110)에 연결된 각 시스템 또는 장치는 모터 제어기(도시되지 않음) 또는 공급된 실제 DC 전압을 조절하는 다른 유형의 제어기를 가질 수 있다. 좌측 DC 버스(110)는 항공기 애플리케이션들에 대해 +/- 135 볼트 또는 +/- 270 볼트의 전압 레벨을 갖는 고전압 DC 버스일 수 있다.
좌측 DC 버스(110)는 하나 이상의 좌측 재생 부하(112)에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 좌측 재생 부하(112)는 에일러론(aileron), 엘리베이터, 방향키(rudder), 플랩(flap), 스포일러(spoiler), 슬랫들(slats), 공기 제동기(air brake) 또는 다른 유형의 제어 표면과 같은 항공기의 비행 제어 표면에 결합된 전기 작동기일 수 있다. 사용 중에, 재생 부하(112)는 재생 전기 에너지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 재생 부하(112)는 역구동될 때 전기 에너지를 생성하는 영구 자석 모터를 포함할 수 있다. 재생 부하(112)는 제어 표면 또는 외부의 힘에 영향을 받는 항공기의 다른 표면에 결합될 수 있다. 외부의 힘들은 표면을 뒤로 밀려나게 할 수 있고, 이로써 모터를 역구동시키고 재생 전기 에너지를 생성할 수 있다.
추가적으로, DC 버스(110)는 하나 이상의 좌측 비-재생 부하들(114)에 전력을 공급할 수 있다. 비-재생 부하들(114)은 전형적으로 랜딩 기어, 내부 모터들 및 전자 장치들과 같은 외부의 힘들에 의해 역구동되지 않는 부하들을 포함할 수 있다.
좌측 서브시스템(102)은 또한 좌측 배터리(118)를 충전하도록 구성된 좌측 배터리 충전기(116)를 포함할 수 있다. 상기 배터리는 항공기 애플리케이션들에 대해 +/- 135 볼트 또는 +/- 270 볼트의 전압 용량을 갖는 고전압 DC 배터리일 수 있다.
좌측 서브시스템(102)에서와 같이, 우측 서브시스템(152)은 우측 AC 버스(right AC bus)(154), 우측 AC 부하(156), 우측 정류기(158), 우측 DC 버스(160), 적어도 하나의 우측 재생 부하(162), 적어도 하나의 우측 비-재생 부하(164), 우측 배터리 충전기(166) 및 우측 배터리(168)를 포함할 수 있다. 우측 서브시스템(152)의 이러한 특징들은 좌측 서브시스템(102)의 해당 특징들과 동일한 속성들 및 구성들을 가질 수 있다.
좌측 서브시스템(102) 및 우측 서브시스템(152)의 몇몇 특징들은 서로 상호작용할 수 있다. 예를 들어, 좌측 DC 버스(110)와 우측 DC 버스(160) 사이에서 전기 에너지를 전달하는 것이 가능할 수 있다. 다른 상호작용들이 가능하다.
시스템(100)은 하나 이상의 버스 전력 제어 유닛(120)을 더 포함할 수 있다. 버스 전력 제어 유닛(120)은 AC 버스들(104, 154) 및 DC 버스들(110, 160)에 통신가능하게 결합될(communicatively coupled) 수 있다. 보다 구체적으로, 버스 전력 제어 유닛(120)은 시스템(100)의 안 또는 밖에서 서브시스템들(102, 152)의 구성요소들을 서로 스위치하도록 복수의 접촉기들(contactors)(122)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 좌측 AC 부하(106)는 좌측 AC 버스(104)로부터 연결 및 단절될 수 있다. 좌측 재생 부하(112), 비-재생 부하(114), 배터리 충전기(116) 및 배터리(118)는 개별적으로 좌측 DC 버스(110)로부터 연결 및 단절될 수 있다. 좌측 DC 버스(110) 및 우측 DC 버스(160)는 전력 전달 동작을 수행하기 위해 연결 및 단절될 수 있다. 유사하게, 우측 서브시스템(152)의 구성 요소들 사이의 연결들 및 단절들은 또한 버스 전력 제어 유닛(120)에 의해 제어될 수 있다.
버스 전력 제어 유닛(120)은 마이크로프로세서 또는 다른 유형의 제어기 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 버스 전력 제어 유닛(120)은 중앙 처리 장치(central processing unit: CPU), 그래픽 처리 장치(graphical processing unit: GPU), 디지털 신호 처리기(digital signal processor: DSP), 주변기기 인터페이스 제어기(peripheral interface controller: PIC), 다른 유형의 마이크로프로세서, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 그것은 집적 회로, 필드 프로그그래머블 게이트 어레이(field programmable-gate array: FPGA), 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit: ASIC), 논리 게이트 회로망의 조합, 디지털 또는 아날로그 전기 설계 구성 요소들의 다른 유형들, 또는 이들의 조합으로서 구현될 수 있다. 버스 전력 제어 유닛(120)은 다양한 센서들을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 전압 센서들은 AC 버스들(104, 154), DC 버스들(110, 160) 및 배터리들(118, 168)상의 전압을 검출할 수 있다. 이 데이터는 시스템(100) 내에서 전력을 관리하기 위한 방법을 결정하기 위해 버스 전력 제어 유닛(120)에 의해 사용될 수 있다.
동작 중에, 좌측 AC 버스(104)는 좌측 부하(106) 및 좌측 정류기(108)에게 AC 전기 에너지를 제공할 수 있다. 좌측 정류기(108)는 AC 전기 에너지를 DC 전기 에너지로 변환할 수 있고 DC 전기 에너지를 좌측 DC 버스(100)에게 전송할 수 있다. 좌측 DC 버스(110)는 DC 전기 에너지를 재생 부하(112), 비-재생 부하(114) 및 배터리 충전기(116)에 제공할 수 있다.
어느 시점에서, 재생 부하(112)는 역구동될 수 있으며, 그 결과 재생 전기 에너지가 좌측 DC 버스(110)에 전달된다. 비-재생 부하(114)가 좌측 DC 버스(110)에 결합된 경우 재생 전기 에너지는 좌측 비-재생 부하(114)에 전송될 수 있다. 그렇지 않은 경우, 재생 전기 에너지는 배터리 충전기(116)로 전송되어 배터리(118)를 충전하는데 사용될 수 있다. 우측 서브시스템(152)에 대해 동일한 동작들이 발생할 수 있다.
시스템(100)의 이점은 DC 버스들(110, 160)에서 재생 전기 에너지를 수신함으로써 비-재생 부하들(114, 164)과 같은 다른 부하들에 전력을 공급하는 데 그후에 사용될 수 있다는 것이다. 또 다른 이점은, 배터리들(118, 168)을 포함함으로써 재생 에너지가 나중 시간까지 저장될 수 있다는 것이다. 이는 재생 DC 부하들(112, 162)에서 또는 DC 버스(110, 160)에서 저항기를 방전시키는 것을 시스템(100)이 생략할 수 있게 한다.
도 2를 참조하면, 재생 부하들을 관리하기 위한 방법(200)의 일 실시예가 도시된다. 상기 방법(200)은, 배터리들(118, 168)이 재생 부하들(112, 162)로부터 수신된 재생 전기 에너지로부터 추가 전하를 수용하도록 허락하는 레벨로 배터리들(118, 168)에서의 충전 상태(state-of-charge)를 유지하기 위해, 버스 전력 제어 유닛(120)에 의해 구현될 수 있다. 상기 방법들이 좌측 서브시스템(102)을 참조하여 설명되지만, 동일한 방법이 우측 서브시스템(152)에 대해 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
방법(200)은 202에서 시작될 수 있고, 204에서 배터리 충전 상태(state-of-charge)가 제1 임계값보다 적은지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 버스 전력 제어 유닛(120)은 좌측 DC 배터리(118)의 충전 상태가 제1 임계값보다 적은지 여부를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 임계값은 50%일 수 있다. 그러나, 다른 임계값들이 사용될 수 있다.
충전 상태가 50%보다 적다는 것에 응답하여, 방법(200)은 고전압 직류(high voltage direct current: HVDC) 버스와 같은 DC 버스에 배터리 충전기를 연결하는 단계 및 이로써 배터리를 충전하는 단계를 206에서 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 좌측 배터리 충전기(116)는 버스 전력 제어 유닛(120)의 제어 하에 접촉기들(122) 중 하나를 통해 좌측 DC 버스(110)에 연결될 수 있다.
방법(200)은 배터리 충전 상태가 제2 임계값보다 큰지 여부를 결정하는 단계를 208에서 포함할 수 있다. 예를 들어, 버스 전력 제어 유닛(120)은 좌측 DC 배터리(118)의 충전 상태가 제2 임계값보다 큰지 여부를 결정할 수 있다. 제2 임계값은 좌측 DC 버스(110)로부터 재생 에너지를 수신하기에 충분한 충전 용량을 배터리(118)에 남겨두기에 충분해야 한다. 일 실시예에서, 제2 임계값은 70%이다. 그러나, 다른 임계값들이 사용될 수 있다.
충전 상태가 제2 임계값보다 크다는 것에 응답하여, 방법(200)은 AC 버스로부터 정류기, 정류기 유닛(rectifier unit: RU)을 단절하는 단계 및 이로써 배터리를 (예를 들어, 장치들에 전력을 공급해서) 방전하는 단계를 210에서 포함할 수 있다. 예를 들어, 좌측 배터리(118)의 충전 상태가 제2 임계값을 초과하는 경우, 정류기(108)는 좌측 AC 버스(104)로부터 단절될 수 있다. 그런 다음 좌측 배터리(118)는 좌측 DC 버스에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있고, 그 결과 배터리(118)가 방전된다.
방법(200)의 이점은 배터리들(118, 168)의 충전 상태가 그들 각각의 재생 부하들(112, 162)로부터 수신된 추가적인 재생 에너지를 수용하기에 충분히 낮은 레벨로 유지될 수 있다는 것이다. 다른 이점들이 존재할 수 있다.
도 3을 참조하면, 재생 부하들에 대한 전력 시스템에서 전원 차단을 관리하는 것의 방법(300)의 일 실시예가 도시된다.
방법(300)은 302에서 시작하고, 전력 전달(power transfer)이 임박해 있는지(pending) 여부를 결정하는 단계를 304에서 포함할 수 있다. 전력 전달은 전력의 차단을 야기할 수 있다. 비록 전력 전달은 도 3의 예에서 전력의 차단을 위한 원인으로 사용되지만, 전력 차단을 위한 다른 이유들이 또한 검출될 수 있다.
전력 차단이 발생하려고 하는지를 결정하는 것에 응답하여, 방법(300)은 배터리 충전기를 DC 버스로부터 단절하는 단계를 306에서 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 좌측 배터리 충전기(116)는 버스 전력 제어 유닛(120)의 제어 하에 접촉기들(122) 중 하나를 사용하여 좌측 DC 버스(110)로부터 단절(disconnect)될 수 있다. 마찬가지로, 우측 배터리 충전기(166)는 우측 DC 버스(160)로부터 단절될 수 있다.
또한, 방법(300)은 배터리를 DC 버스에 연결하는 단계를 308에서 포함할 수 있다. 예를 들어, 좌측 배터리(118)는 좌측 DC 버스(110)에 연결될 수 있고 좌측 DC 버스(110)에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 우측 배터리(168)는 우측 DC 버스(160)에 연결될 수 있고 우측 DC 버스(160)에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다.
방법(300)은 전력 전달을 수행하는 단계를 310에서 포함하고, 전력 전달이 완료되었는지 여부를 결정하는 단계를 312에서 포함한다. 상술한 바와 같이, 전력 전달은 전력 차단에 대한 원인의 하나의 예일 뿐이다. 다른 전력 차단들이 발생할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법(300)은 원인에 관계없이 전원 차단의 종료를 기다리는 단계를 포함할 수 있다.
전력 전달이 완료되거나 또는 다른 유형의 전력 차단이 종료된 것에 응답하여, 방법(300)은 배터리를 DC 버스로부터 단절하는 단계를 314에서 포함할 수 있다. 예를 들어, 좌측 배터리(118)는 좌측 DC 버스(110)로부터 단절될 수 있다. 우측 배터리(168)는 우측 DC 버스(160)로부터 단절될 수 있다. 방법(300)은, 배터리 충전기를 DC 버스에 재연결하는 단계를 포함할 수 있는 도 2의 방법(200)을 수행하는 단계를 318에서 포함할 수 있는데, 이는 고, 그 후에 방법(300)은 320에서 종료될 수 있다.
방법(300)의 이점은, 만약 그렇지 않으면 전력 차단을 창출할 수도 있는 전력 이벤트들 동안 DC 버스들(110, 160)에 비차단 전력(uninterrupted power)을 제공하기 위해 배터리들(118, 168)이 사용될 수 있다는 것이다. 다른 장점들이 있을 수 있다.
도 4를 참조하면, 항공기(400)의 일 실시예가 도시된다. 항공기(400)는 기체(402), 내부(404) 및 복수의 시스템들(410)을 포함할 수 있다. 고-레벨 시스템들(410)의 예시들은 추진 시스템(propulsion system)(412), 전기 시스템(electrical system)(414), 유압 시스템(hydraulic system)(416) 및 환경 시스템(environmental system)(416) 중 하나 이상을 포함한다. 임의의 수의 다른 시스템들이 포함될 수 있다. 비록 항공우주의 예가 도시되었지만, 본 발명의 원리들은 자동차 산업과 같은 다른 산업들에도 적용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 유압 시스템(416)의 일부분들은 전기 작동기들로 대체될 수 있으며, 그러므로 전기 시스템(414)의 일부로서 포함될 수 있다. 예를 들어, 전기 시스템(414)은 본 발명에 기술된 재생 부하들을 위한 전력 시스템(100)을 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명은 이하의 절들에 따른 실시예들을 포함한다:
절 1: 재생 부하들을 위한 전력 시스템으로서, 상기 전력 시스템은: 직류(DC) 버스; 전기 작동 부하 - 전기 작동 부하를 역구동(back-driving)하는 것은 재생 전기 에너지를 발생시키고, 전기 작동 부하는 재생 전기 에너지를 DC 버스에게 전송하도록 구성됨 -; 및 적어도 하나의 추가 부하 - 재생 전기 에너지의 적어도 일부는 적어도 하나의 추가 부하에 전송됨 -;를 포함한다.
절 2: 절 1에 있어서, 상기 전력 시스템은, 배터리 충전기 - 재생 전기 에너지의 적어도 일부가 배터리 충전기로 전송됨 -; 및 배터리 충전기에 의해 충전되도록 구성된 배터리;를 더 포함한다.
절 3: 절 1에 있어서, 상기 전력 시스템은, 교류(AC) 버스; 및 AC 버스로부터의 AC 전기 에너지를 DC 전기 에너지로 변환하고 DC 전기 에너지를 DC 버스로 전송하도록 구성된 정류기;를 더 포함한다.
절 4: 절 3에 있어서, 상기 전력 시스템은, 제1 임계 충전량보다 적은 충전 상태를 갖는 배터리에 응답하여 배터리 충전기를 DC 버스에 연결하도록 구성되고 제2 임계 충전량보다 많은 충전 상태를 갖는 배터리에 응답하여 정류기를 DC 버스로부터 단절(disconnect)하도록 구성되는 버스 전력 제어 유닛을 더 포함한다.
절 5: 절 4에 있어서, DC 버스는 비히클의 좌측 DC 버스(110)이고, 상기 전력 시스템은 우측 DC 버스를 더 포함한다.
절 6: 절 5에 있어서, 좌측 DC 버스 및 우측 DC 버스는 버스 전력 제어 유닛으로부터의 제어 신호에 응답하여 서로간에 전기 에너지를 전송하도록 구성된다.
절 7: 절 5에 있어서, 전기 작동 부하는 비히클의 좌측 전기 작동 부하이고, 상기 전력 시스템은: 우측 전기 작동 부하를 더 포함하고, 우측 전기 작동 부하를 역구동하는 것은 추가 재생 에너지를 생성하고, 우측 전기 작동 부하는 재생 전기 에너지를 우측 DC 버스에게 전송하도록 구성된다.
절 8: 절 7에 있어서, 배터리 충전기는 좌측 배터리 충전기이고, 배터리는 비히클의 좌측 배터리이고, 상기 시스템은: 우측 배터리 충전기 - 추가 재생 에너지의 적어도 일부가 우측 배터리 충전기로 전송됨 -; 및 우측 배터리 충전기에 의해 충전되도록 구성된 우측 배터리;를 더 포함한다.
절 9: 절 1에 있어서, 전기 작동 부하는 항공기의 비행 제어 표면을 이동시키도록 구성된다.
절 10: 절 1에 있어서, 재생 전기 에너지는 전기 작동 부하 또는 DC 버스에 결합된 저항기를 통해 열로서 소산(dissipate)되지 않는다.
절 11: 전력 시스템에서 재생 부하들을 관리하기 위한 방법으로서, 상기 방법은: 직류(DC) 버스로부터 전기 에너지를 DC 버스에 결합된 전기 작동기에게 전송하는 단계; 전기 작동기의 역구동의 발생에 의해 야기된 전기 작동기로부터의 재생 전기 에너지를 DC 버스에서 수신하는 단계; 및 DC 버스에 결합된 배터리에 재생 전기 에너지의 적어도 일부분을 저장하는 단계;를 포함한다.
절 12: 절 11에 있어서, 상기 방법은: 재생 전기 에너지의 적어도 일부를 DC 버스에 결합된 적어도 하나의 부하에 전송하는 단계를 더 포함한다.
절 13: 절 11에 있어서, 상기 방법은: AC 버스로부터의 교류(AC) 전기 에너지를 DC 전기 에너지로 변환하는 단계 및 DC 버스에서 DC 전기 에너지를 수신하는 단계를 더 포함한다.
절 14: 절 11에 있어서, 상기 방법은: 제1 임계 충전량보다 적은 충전 상태를 갖는 배터리에 응답하여 배터리 충전기를 DC 버스에 연결하는 단계; 및 제2 임계 충전량보다 많은 충전 상태를 갖는 배터리에 응답하여 AC 버스로부터 정류기를 단절하는 단계;를 더 포함한다.
절 15: 절 11에 있어서, DC 버스는 비히클의 좌측 DC 버스이고, 상기 방법은, 좌측 DC 버스 및 우측 DC 버스 사이에서 전기 에너지를 전송하는 단계;를 더 포함한다.
절 16: 절 11에 있어서, 상기 방법은: 전기 작동기를 사용하여 비행 제어 표면(402)을 이동시키는 단계를 더 포함한다.
절 17: 절 11에 있어서, 상기 방법은, 전기 작동기 또는 DC 버스에 결합된 저항기를 통해 재생 전기 에너지를 열로서 소산시키지 않고 수행된다.
절 18: 전력 시스템에서 재생 부하들을 관리하기 위한 방법으로서, 상기 방법은: 제1 임계 충전량보다 적은 충전 상태를 갖는 배터리에 응답하여, 배터리를 충전하도록 배터리를 직류(DC) 버스에 선택적으로 결합하는 단계; 제2 임계 충전량보다 많은 충전 상태를 갖는 배터리에 응답하여, 교류(AC) 버스로부터 정류기 유닛을 선택적으로 분리시키는 단계; 및 DC 버스에 결합된 전기 작동기의 역구동의 발생에 의해 야기된 재생 전기 에너지를 DC 버스에서 수신하는 단계;를 포함한다.
절 19: 절 18에 있어서, 상기 방법은: AC 버스에서의 전원 차단에 응답하여 DC 버스로부터 배터리를 단절하는 단계; 및 배터리 충전기를 DC 버스에 연결하는 단계;를 더 포함한다.
절 20: 절 19에 있어서, 상기 방법은: AC 버스에서의 전원 차단의 복원에 응답하여, DC 버스로부터 배터리를 단절하는 단계; 및 배터리 충전기를 DC 버스에 연결하는 단계를 더 포함한다.
다양한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 그렇게 제한되지 않으며, 당업자에게 명백할 수 있는 그러한 모든 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

Claims (15)

  1. 재생 부하들(112, 162)을 위한 전력 시스템(100, 410)으로서, 상기 전력 시스템은:
    직류(DC) 버스(110, 160);
    전기 작동 부하(106, 156) - 상기 전기 작동 부하를 역구동(back-driving)하는 것은 재생 전기 에너지를 발생시키고, 상기 전기 작동 부하는 상기 재생 전기 에너지를 상기 DC 버스에게 전송하도록 구성됨 -; 및
    적어도 하나의 추가 부하(114, 164) - 상기 재생 전기 에너지의 적어도 일부는 상기 적어도 하나의 추가 부하에 전송됨 -;
    를 포함하는, 전력 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    배터리 충전기(116, 166) - 상기 재생 전기 에너지의 적어도 일부가 상기 배터리 충전기로 전송됨 -; 및
    상기 배터리 충전기에 의해 충전되도록 구성된 배터리(118, 168);
    를 더 포함하는, 전력 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    교류(AC) 버스(104, 154); 및
    상기 AC 버스로부터의 AC 전기 에너지를 DC 전기 에너지로 변환하고 상기 DC 전기 에너지를 상기 DC 버스로 전송하도록 구성된 정류기(108, 158);
    를 더 포함하는, 전력 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전력 시스템은, 제1 임계 충전량보다 적은 충전 상태를 갖는 배터리(118, 168)에 응답하여 배터리 충전기(116, 166)를 상기 DC 버스에 연결하도록 구성되고 제2 임계 충전량보다 큰많은 충전 상태를 갖는 배터리에 응답하여 정류기(108, 158)를 상기 DC 버스로부터 단절(disconnect)하도록 구성되는 버스 전력 제어 유닛(120)을 더 포함하는, 전력 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 DC 버스는 비히클(400)의 좌측 DC 버스(110)이고,
    상기 전력 시스템은 우측 DC 버스(160)를 더 포함하는, 전력 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 좌측 DC 버스 및 상기 우측 DC 버스는 상기 버스 전력 제어 유닛으로부터의 제어 신호에 응답하여 서로간에 전기 에너지를 전송하도록 구성되는, 전력 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전기 작동 부하는 항공기(400)의 비행 제어 표면(402)을 이동시키도록 구성되는, 전력 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 재생 전기 에너지는 상기 전기 작동 부하 또는 상기 DC 버스에 결합된 저항기를 통해 열로서 소산되지 않는, 전력 시스템.
  9. 전력 시스템(100, 410)에서 재생 부하들(112, 162)을 관리하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    직류(DC) 버스(110, 160)로부터 전기 에너지를 상기 DC 버스에 결합된 전기 작동기(112, 162)에게 전송하는 단계;
    상기 전기 작동기의 역구동의 발생에 의해 야기된 상기 전기 작동기로부터의 재생 전기 에너지를 상기 DC 버스에서 수신하는 단계; 및
    상기 DC 버스에 결합된 배터리(118, 168)에 상기 재생 전기 에너지의 적어도 일부분을 저장하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 재생 전기 에너지의 적어도 일부를 상기 DC 버스에 결합된 적어도 하나의 부하(114, 164)에 전송하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    AC 버스로부터의 교류(AC) 전기 에너지를 DC 전기 에너지로 변환하는 단계 및 상기 DC 버스에서 상기 DC 전기 에너지를 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    제1 임계 충전량보다 적은 충전 상태를 갖는 상기 배터리에 응답하여 배터리 충전기(116, 166)를 상기 DC 버스에 연결하는 단계; 및
    제2 임계 충전량보다 큰많은 충전 상태를 갖는 상기 배터리에 응답하여 AC 버스로부터 정류기(108, 158)를 단절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 DC 버스는 비히클(400)의 좌측 DC 버스이고,
    상기 방법은,
    상기 좌측 DC 버스 및 상기 우측 DC 버스(160) 사이에서 전기 에너지를 전송하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 전기 작동기를 사용하여 비행 제어 표면(402)을 이동시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 전기 작동기 또는 상기 DC 버스에 결합된 저항기를 통해 상기 재생 전기 에너지를 열로서 소산시키지 않고 수행되는, 방법.
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