[发明专利]用于混合电动飞行器的主动电压控制

说明书

用于混合电动飞行器的主动电压控制。一种在混合电动飞行器供电系统中提供主动电力流控制的固态高电压直流(HVDC)母线电压控制器。该HVDC母线电压控制器包括主动电压控制器和主动整流器单元，该主动整流器单元被配置为使用PWM控制技术来控制HVDC母线电压。在一种实现方式中，主动整流器单元包括具有快速关断能力的大功率高频半导体开关。主动电压控制器将HVDC母线参考电压发送到主动整流器单元。主动整流器单元内部的低电平控制器被配置为控制HVDC母线电压以匹配HVDC母线参考电压。

技术领域

本公开总体上涉及具有向连接的负载提供能量的两个或更多个电能源的混合电电力源。特别地，本文公开的技术涉及包括一个或更多个电池以及由内燃机或燃气涡轮发动机驱动的一个或更多个发电机的混合电电力源。

背景技术

一些飞行器具有电动推进系统(以下简称“电动飞行器”)。在这种飞行器中，电动马达将电力转换成机械动力，以供推进系统使用。例如，电动马达可以使飞行器上的一个或更多个推进器转动以提供推力。电动飞行器可以采取各种形式。例如，电动飞行器可以是飞行器、旋翼飞行器、直升机、四旋翼飞行器、无人驾驶飞行器或某种其他合适类型的飞行器。

当电动马达用于飞行器的推进时，可以由电力源供应电能。例如，可以使用电池系统来供应电能。电池系统或其他电力源上的负载是飞行器设计和制造的重要考虑因素。例如，电动马达在各个飞行阶段期间用来使飞行器移动的电能的量可能是重要的。使用电池系统的电动马达可能需要在特定量时间、距离、电能使用或其组合之后给电池充电。

一些电动飞行器具有混合电力架构(以下称为“混合电动飞行器”)，其中至少两种不同类型的电力源并联连接至负载。电能源通常将具有不同的电特性。例如，电能源可以是电池和由内燃机或燃气涡轮发动机驱动的发电机。电池向被设置成将电力转换成机械动力以供飞行器的推进系统使用的电动马达供应电力。

在配备电池的混合电动飞行器的情况下，无法主动地控制电池电压。电池电压由电池数量、电池类型、电池荷电状态(SOC，)、负载和其他因素决定。必须控制进出电池的电力流(power flow)。电池的充电或放电速率很重要，应加以控制以避免热失控。

对于混合电动飞行器，电池很大并且被设计为提供大量电力以用于推进。电池与其他电力源(例如发电机)并联。在一种实现方式中，电池连接到高电压直流(HVDC)母线，该HVDC母线也由发电机源供电。如在航空航天工业中以及本文中所使用的，在直流电的背景下的术语“高电压”是指高于500V_DC的任何DC电压。这种DC高电压通常来自三相230V_AC电源的整流。

没有针对采用具有数百千瓦时能量的电池的混合电动飞行器进行主动电力流控制和电池电量管理控制的解决方案。需要用于在HVDC连接处严密控制进出电池的电力流的系统和方法。

发明内容

以下详细公开的主题针对一种用于混合电动飞行器的供电系统架构。该供电系统包括固态HVDC母线电压控制器，该固态HVDC母线电压控制器提供对到混合电动飞行器供电系统的推进马达的DC电力流的主动控制。该HVDC母线电压控制器包括主动电压控制器(active voltage controller)和主动整流器单元(active rectifier unit)，其被配置为使用脉冲宽度调制(PWM)控制技术来控制HVDC母线电压。在一种实现方式中，主动整流器单元包括具有快速关断能力的大功率高频半导体开关。PWM控制技术用于实现所需的电力传输。控制HVDC母线的电压使得能够对电池进行受控的充电或放电，并在系统中实现理想的电力流。