CN102832692B

CN102832692B - 智能电力分配***

Info

Publication number: CN102832692B
Application number: CN201210197748.6A
Authority: CN
Inventors: M.克伦斯
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2032-06-15
Also published as: US8823205B2; US20120319469A1; EP2536000A3; EP2536000B1; CN102832692A; EP2536000A2

Abstract

本发明涉及一种智能电力分配***。智能电力分配***在交通工具上分配电力。该***包括用于供给电力的至少第一电源和第二电源以及至少第一电力块和第二电力块，所述第一电力块和所述第二电力块中的每一个连接以从所述第一电源和所述第二电源接收电力。每个电力块包括至少一个负载以及电力选择器，所述电力选择器具有：第一输入，用于从所述第一电源和第二电源接收电力；以及输出，用于将电力从所述第一电源或所述第二电源供给至所述至少一个负载。所述电力选择器基于所述至少一个负载的特性来选择所述第一电源或所述第二电源以提供给所述至少一个负载。

Description

智能电力分配***

技术领域

本发明涉及一种电力分配***，具体涉及智能电力分配***。

背景技术

交通工具（诸如飞行器）中采用的电力分配***提供电力从多个电源到多个负载的冗余分配。每个负载与多个电力分配总线之一相关联，该电力分配总线进而连接至多个电源之一。该***是冗余的，原因在于：如果电源之一发生故障，则多个电源中的另一个可以用于给电力分配总线供电。在该电力分配拓扑中，从单个电源给与特定电力总线相连接的所有负载供电。

然而，该拓扑的缺陷在于：一些负载在电力分配总线上造成瞬变，这可能不利地影响与相同电力分配总线相连接的负载。典型地，需要大型（因此昂贵的）滤波器来减小这些瞬变的影响。

发明内容

一种用于在飞行器上分配电力的智能电力分配***包括用于供给电力的至少第一电源和第二电源以及至少第一电力块和第二电力块，所述第一电力块和所述第二电力块中的每一个连接以从所述第一电源和所述第二电源接收电力。每个电力块包括至少一个负载以及电力选择器，所述电力选择器具有：第一输入，用于从所述第一电源和第二电源接收电力；以及输出，用于将电力从所述第一电源或所述第二电源供给至所述至少一个负载。所述电力选择器基于所述至少一个负载的特性来选择所述第一电源或所述第二电源以提供给所述至少一个负载。

附图说明

图1是现有技术中已知的电力分配***的电路图。

图2是根据本发明的实施例的电力分配***的电路图。

图3是根据本发明的实施例的电力块的电路图。

具体实施方式

本发明的电力分配***提供向交通工具上的各个负载的智能电力分配。该方案的优点在于：其允许“有噪”负载与“无噪（clean）”负载的智能隔离。

图1是现有技术中已知的电力分配***10的电路图。电力分配***10包括电源12a-12c、接触器14a-14e、负载16a-16f和电力分配总线18a-18c。经由对接触器14a-14e的选择性控制将由电源12a-12c供给的电力分配给电力分配总线18a-18c以供给至负载16a-16f。在这种类型的电力分配架构中，负载16a-16f从目前正将电力供给至与负载相关联的电力分配总线18a-18c的无论哪个电源12-12c抽取电力。例如，负载16a和16b与电力总线18a相关联，因此将从被配置为将电力供给至电力分配总线18a的无论哪个电源12a-12c抽取电力。

这个长期利用的电力分配拓扑的优点在于：其给多个负载中的每一个提供了电力供给冗余。例如，电源12a通过对接触器14a和14b的选择性控制（即，通过闭合接触器14a并打开接触器14b）将电力供给至电力分配总线18a。在电源12a发生故障的情况下，可以采用电源12b以通过选择性地闭合接触器14b（以及典型地打开接触器14b）将电力供给至电力分配总线18a。

然而，该电力分配拓扑需要：从相同电源给负载16a和16b（以及负载对16c、16d和负载对16e、16f）供应（source）电力。在负载之一（例如，负载16a）是在电力分配总线18a上造成大量失真的“有噪”负载的情况下，将这些失真传送至共享相同电力分配总线的负载。

图2是根据本发明的实施例的电力分配***20的电路图。电力分配***20包括多个电源22a-22c、电力块24a-24f和电力分配总线26a-26c。多个电力块24a-24f中的每一个连接以从多个电力分配总线26a-26c中的每一个接收电力，因此每个电力块24a-24c能够从多个电源22a、22c中的任一个接收电力。出于该描述的目的，将与电力块24a、24c和24e相关联的负载分类为“有噪的”（即，具有就变化的电流、电磁干扰和/或功率因数而言变化的能耗的负载），而将与电力块24b、24d和24f相关联的负载描述为“无噪的”（即，具有就电流流动、电磁干扰和/或功率因数而言一致的能耗的负载）。

因此，每个电力块24a-24f能够从多个电源22a-22c中的任一个抽取电力。例如，电力块24a连接至多个电源22a-22c中的每一个，并可以选择性地从多个电源之一抽取电力。这与关于图1描述的电力分配***形成对照，在所述电力分配***中每个负载16a-16f限于从其所连接至的电力总线并且作为结果从正给与该负载相关联的电力总线提供电力的不论哪个电源抽取电力。电力分配***20的优点在于：与电力块24a、24c和24e相关联的“有噪”负载可以被配置为从多个电源之一（例如，电源22a）抽取电力，而与电力块24b、24d和24f相关联的“无噪”负载可以被配置为从不同的电源（例如，电源22c）抽取电力。这样，“有噪”负载24a、24c和24e不会不利地影响“无噪”负载24b、24d和24f。

在一个实施例中，多个电力块24a-24f中的每一个是利用与其所连接至的负载的类型（例如，“有噪”或“无噪”）有关的信息来预先编程的，并且基于该先验信息来确定以下适当电源22a-22c：其应当从所述电源22a-22c抽取电力。在另一实施例中，不是利用与其所连接至的负载的类型有关的信息来对电力块24a-24f进行编程，而是利用与应当从其抽取电力的电源22a-22c有关的信息来对每个电力块进行编程。在这两个实施例中，均需要对***架构（即，将与每个电力块相连接的负载）的先验知识以对电力块24a-24f进行编程。

此外，每个电力块24a-24f还可以包括与在当前电源发生故障或变为不可用的情况下要连接至什么电源有关的信息。例如，与“有噪”负载相关联的电力块24a、24c和24e可以被编程为在电源22a变为不可用的情况下选择性地从电源22b抽取电力。

在图2所示的实施例中，每个电力块24a-24f连接至通信总线28以便与其他电力块24a-24f和/或与控制器30进行通信。控制器30与多个电力块24a-24f之间的通信可以包括与同每个电力块以及该电力块当前正从其抽取电力的电源22a-22c相关联的负载的类型（例如，“有噪”、“无噪”等）有关的信息。控制器30使用该信息来对每个电力块24a-24f应当从哪个电源22a-22c抽取电力进行确定。可以结合先验编程而使用电力块24a-24f与控制器30之间的通信，使得每个电力块24a-24f的控制器30在一个或多个电源变为不可用的情况下协调电源选择，或者可以代替先验编程而使用电力块24a-24f与控制器30之间的通信，使得控制器30动态确定每个电力块24a-24f将从其抽取电力的电源22a-22c。该方案的优点在于：其允许电力分配***20动态响应改变的负载条件。例如，可以将与电力块24a相关联的负载初始分类为“无噪”负载并指派该负载以从电源22c抽取电力。在操作期间，与电力块24a相关联的负载可以变为“有噪的”。电力块24a监视所抽取的电力并将负载特性的改变传送给控制器30。作为响应，控制器30可以指示电力块24a连接至为“有噪”负载预留的不同电源（例如，电源22a-22c）。

电力块24a-24f中的每一个可以基于所监视的负载特性来局部进行对负载的分类（例如，将负载分类为“有噪的”或“无噪的”），或者控制器30可以基于从多个电力块24a-24f中的每一个传送的信息来集中进行对负载的分类（例如，将负载分类为“有噪的”或“无噪的”）。对与电力块中的每一个相关联的负载的分类可以基于对电压、电流、功率和/或其组合的监视。

在一个实施例中，对多个电力块24a-24f中的每一个的控制集中于控制器30中，控制器30从多个电力块24a-24f中的每一个接收输入并且作为响应而将与电力块应当从其抽取电力的电源22a-22c有关的指令/命令提供给多个电力块24a-24f中的每一个。在另一实施例中，对多个电力块24a-24f中的每一个的控制分布于多个电力块当中，而不存在集中式控制器。在该实施例中，电力块24a-24f经由通信总线28彼此通信，并以分布式方式确定多个电力块24a-24f中的每一个应当从其抽取电力的电源22a-22c。

图3是根据本发明的实施例的电力块24a的电路图。在图3所示的实施例中，电力块24a包括电力选择器32和负载34。电力选择器32进而包括开关矩阵36、本地控制器38和传感器40。

将来自多个可用电源22a-22c中的每一个的电力作为到电力选择器32的输入而提供。在电力选择器32内，开关矩阵36包括用于从多个可用电源22a-22c中的每一个接收电力的多个输入、用于将多个电源22a-22c之一提供给负载34的输出、以及由本地控制器38选择性地控制以确定被提供给负载34的电源22a-22c的多个开关S1-S3。可以采用各个开关和开关配置，以应用多个电源22a-22c之一作为向负载34的输出。例如，开关可以利用机电开关（诸如继电器）或固态开关器件（诸如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）和碳化硅（SiC）开关）。同样地，可以采用各种开关配置以将从开关矩阵36的输入至开关矩阵36的输出的电力进行复用。

在一个实施例中，本地控制器38是利用与其所连接至的负载34的类型（例如“有噪”、“无噪”）和/或要用于给负载34供电的电源22a-22c有关的先验信息来编程的。在该实施例中，尽管本地控制器38可以与其他电力块24b-24f进行通信，但是基于负载以及被选择以供应特定类型的负载的电源22a-22c的知识来预先确定对要供给至负载34的电力的选择。

在其他实施例中，本地控制器38与控制器30（和/或其他电力块24a-24f）进行通信，以动态确定适于提供给负载34的电源。由本地控制器38提供的通信可以包括由传感器40监视的负载的特性、由本地控制器38对负载是“有噪的”还是“无噪的”的确定、以及目前被连接以给负载供电的电源22a-22c。作为响应，本地控制器38从控制器30（和/或电力块24b-24f）接收选择电源22a-22c以给负载34供电的命令/指令。

在图3所示的实施例中，传感器40是被配置为监视被供给至负载34的电流的电流传感器。所监视的电流中检测到的瞬变指示“有噪”负载，并可以用于将负载分类为“有噪的”或“无噪的”。可以将所监视的电流特性传送至控制器30，或者本地控制器38可以本地处理所监视的电流特性以对负载进行分类（例如，分类为“有噪的”或“无噪的”）。如果被本地处理，则本地控制器38将对负载的分类传送至控制器30。在其他实施例中，可以采用其他类型的传感器来监视正被供给至负载34的电力的其他特性（例如，电压、功率）。本地控制器38接收所监视的特性，并基于所监视的特性来确定负载是“有噪的”还是“无噪的”。

尽管参照（一个或多个）示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种改变并可以用等同物来替代其元素。此外，在不脱离本发明的实质范围的情况下可以进行许多修改以使特定情形或材料适配于本发明的教导。因此，本发明并不意在限于所公开的（一个或多个）具体实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims

1.一种智能电力分配***，用于在交通工具上分配电力，所述智能电力分配***包括：

用于供给电力的至少第一电源和第二电源；

至少第一电力块和第二电力块，每一个连接至所述第一电源和所述第二电源，每个电力块包括：

至少一个负载；以及

电力选择器，具有：第一输入，用于从所述第一电源接收电力；和第二输入，用于从所述第二电源接收电力；以及输出，用于将电力从所述第一电源或所述第二电源供给至所述至少一个负载，其中所述电力选择器基于所述至少一个负载的特性来选择所述第一电源或所述第二电源;

其中，所述至少一个负载的特性指示所述至少一个负载是具有根据变化的电流、电磁干扰和/或功率因数而变化的能耗的负载，或者指示所述至少一个负载是具有根据电流流动、电磁干扰和/或功率因数而一致的能耗的负载。

2.根据权利要求1所述的智能电力分配***，其中所述智能电力分配***还包括：

控制器，连接以与所述第一电力块和第二电力块进行通信，其中所述控制器从所述第一电力块和所述第二电力块接收与同每个电力块关联的至少一个负载的特性有关的信息并且作为响应而提供选择要提供给与每个电力块相关联的至少一个负载的电源的命令。

3.根据权利要求2所述的智能电力分配***，其中每个电力块基于所述至少一个负载的所述特性来确定所述至少一个负载是“具有根据变化的电流、电磁性质和/或功率因数而变化的能耗的负载，即有噪的负载”还是“具有根据电流流动、电磁干扰和/或功率因数而一致的能耗的负载，即，无噪的负载”。

4.根据权利要求3所述的智能电力分配***，其中由所述控制器从所述第一电力块和所述第二电力块接收的与同每个电力块关联的至少一个负载的特性有关的信息包括所述至少一个负载是“有噪的”还是“无噪的”，其中所述控制器提供基于所述至少一个负载是“有噪的”还是“无噪的”来选择要提供给与每个电力块相关联的至少一个负载的电源的命令。

5.根据权利要求1所述的智能电力分配***，其中每个电力选择器还包括：

开关矩阵，具有用于将所述第一输入或所述第二输入选择性地连接至所述输出的多个开关；以及

本地控制器，连接以控制所述开关矩阵内包括的多个开关。

6.根据权利要求5所述的智能电力分配***，其中所述本地控制器是利用与基于与每个电力块关联的至少一个负载的特性而要提供给负载的电源有关的信息来编程的。

7.根据权利要求5所述的智能电力分配***，其中每个电力选择器还包括：传感器，用于监视与电力块相关联的至少一个负载的特性，所述特性用于确定要提供给与每个电力块相关联的至少一个负载的电源。

8.一种电力选择器，在智能电力分配***中使用以将电力从多个电源之一分配给至少一个负载，所述电力选择器包括：

开关矩阵，具有多个开关用于将作为到所述开关矩阵的输入而提供的多个电源之一选择性地连接至所述开关矩阵的输出以提供给负载；以及

本地控制器，连接以控制所述开关矩阵内包括的多个开关以便选择作为所述开关矩阵的输出而提供的电源，其中被选择以提供给负载的电源是基于与所述电力选择器相关联的至少一个负载的特性来选择的；

9.根据权利要求8所述的电力选择器，其中所述至少一个负载的特性是基于与连接至所述电力选择器的至少一个负载有关的先验信息来预先编程的。

10.根据权利要求8所述的电力选择器，还包括：

传感器，连接以监视所述至少一个负载的特性，其中基于所监视的特性，所述本地控制器确定要提供给所述至少一个负载的电源。

11.根据权利要求8所述的电力选择器，其中所述至少一个负载的特性包括对负载是“具有根据变化的电流、电磁性质和/或功率因数而变化的能耗的负载，即有噪的负载”还是“具有根据电流流动、电磁干扰和/或功率因数而一致的能耗的负载，即，无噪的负载”的确定。

12.根据权利要求8所述的电力选择器，其中所述本地控制器将所述至少一个负载的特性传送至中央控制器并从所述中央控制器接收选择要提供给所述至少一个负载的电源的命令。

13.一种智能电力分配***，用于在交通工具上分配电力，所述***包括：

多个电源，用于生成电能；

多个电力块，每一个连接至所述多个电源以将所述多个电源之一选择性地应用于与所述多个电力块中的每一个相关联的负载；以及

控制器，连接以与所述多个电力块进行通信并将与选择要提供给与每个电力块相关联的至少一个负载的电源有关的命令提供给所述多个电力块中的每一个；

其中，所述多个电力块中的每一个基于所述负载的一个或多个特性表征与所述电力块连接的所述至少一个负载，所述至少一个负载的特性指示所述至少一个负载是具有根据变化的电流、电磁干扰和/或功率因数而变化的能耗的负载，或者指示所述至少一个负载是具有根据电流流动、电磁干扰和/或功率因数而一致的能耗的负载。

14.根据权利要求13所述的智能电力分配***，其中所述多个电力块中的每一个监视所述至少一个负载的所述一个或多个特性。

15.根据权利要求14所述的智能电力分配***，其中所述多个电力块中的每一个基于所监视的特性将所述至少一个负载表征为“具有根据变化的电流、电磁性质和/或功率因数而变化的能耗的负载，即有噪的负载”或“具有根据电流流动、电磁干扰和/或功率因数而一致的能耗的负载，即，无噪的负载”，其中所述至少一个负载的表征被传送至所述控制器，所述控制器基于所提供的表征将具有与要提供给所述至少一个负载的电源有关的指令的命令提供给所述多个电力块。