用于eVTOL飞行器的可配置电气架构制造技术

本发明专利技术提供了用于eVTOL飞行器的可配置电气架构。一种用于具有起降功率模式和巡航功率模式的eVTOL飞行器的可配置电气架构。可配置电气架构包括功率优化电源和能量优化电源，功率优化电源包括高功率电池阵列，能量优化电源选自包括高能量电池阵列、氢燃料电池系统和涡轮发电机系统的多个可互换的能量优化电源。分配系统电耦接至功率优化电源和能量优化电源。至少一个电动马达电耦接至分配系统。在起降功率模式下，功率优化电源和能量优化电源两者向至少一个电动马达提供电功率。在巡航功率模式下，能量优化电源向至少一个电动马达和功率优化电源提供电功率以对高功率电池阵列再充电。化电源提供电功率以对高功率电池阵列再充电。化电源提供电功率以对高功率电池阵列再充电。

【技术实现步骤摘要】
用于eVTOL飞行器的可配置电气架构


[0001]本公开内容总体上涉及可操作用于被配置用于电动飞行的飞行器的 电气系统，具体地涉及可操作用于eVTOL飞行器的电气架构，所述电气 架构基于飞行器的服务和/或由飞行器执行的任务可选择地可配置。

技术介绍

[0002]固定翼飞行器例如飞机能够使用响应于飞行器的前向空速而产生升 力的机翼来飞行，飞行器的前向空速由来自一个或更多个喷气发动机或螺 旋桨的推力产生。机翼通常具有翼型截面，在前向飞行中，该翼型截面在 上表面上产生低压而在下表面上产生高压，以产生支撑飞行中的飞行器的 升力。然而，固定翼飞行器通常需要数百或数千英尺长的跑道以便起飞和 着陆。
[0003]与固定翼飞行器不同，垂直起降(VTOL)飞行器不需要跑道。替代 地，VTOL飞行器能够垂直起飞、悬停和着陆。VTOL飞行器的一个示例 是直升机，直升机是具有向飞行器提供升力和推力的一个或更多个旋翼的 旋翼飞行器。旋翼不仅使实现悬停、垂直起飞和着陆，而且还使实现前向、 后向和横向飞行。这些属性使直升机在拥挤、孤立或偏远的地区高度通用。 然而，由于后行桨叶失速现象和前进桨叶马赫数的限制，直升机通常缺乏 固定翼飞行器的前向空速。
[0004]作为VTOL飞行器的另一示例的倾转旋翼飞行器试图通过利用可以 基于正被执行的操作改变其旋转平面的推进旋翼(proprotor)来克服这些 缺点。倾转旋翼飞行器通常在固定翼的外侧端附近安装有两个或更多个推 进旋翼。推进旋翼能够相对于固定翼旋转，使得推进旋翼具有为起飞、悬 停和着陆提供垂直推力的大致水平的旋转平面(与传统的直升机非常类 似)以及为其中固定翼提供升力的前向飞行中的巡航提供前向推力的大致 垂直的旋转平面(与传统的螺旋桨驱动飞行器非常类似)。
[0005]电动VTOL(eVTOL)飞行器单独地或者与液体燃料相结合地利用电 力来为飞行器的各种系统包括推进系统提供动力。然而，已经发现，与其 他飞行阶段例如前向巡航相比，eVTOL飞行器在某些高功率需求机动(包 括起飞、悬停和着陆操作)期间需要不成比例的电功率的量。已经尝试补 偿在包括使用超大电池阵列的瞬态高功率需求机动期间不成比例的功率 消耗。然而，已经发现，使用这样的超大电池阵列会增加飞行器的总重量 和成本，同时还减少飞行有效载荷和/或飞行器航程。因此，已经出现对 用于eVTOL飞行器的改进的动力系统的需要，改进的动力系统克服瞬态 高功率需求机动期间不成比例的功率消耗，同时不减少取决于飞行器的期 望服务和/或要由飞行器执行的期望任务的飞行有效载荷或飞行器航程。

技术实现思路

[0006]在第一方面中，本公开内容涉及一种用于具有起降功率模式和巡航功 率模式的eVTOL飞行器的可配置电气架构。可配置电气架构包括功率优 化电源和能量优化电源，所
述功率优化电源包括高功率电池阵列，所述能 量优化电源选自多个可互换的能量优化电源。分配系统电耦接至功率优化 电源和能量优化电源。至少一个电动马达电耦接至分配系统。在起降功率 模式下，功率优化电源和能量优化电源两者向至少一个电动马达提供电功 率。在巡航功率模式下，能量优化电源向至少一个电动马达和功率优化电 源提供电功率以对高功率电池阵列再充电。
[0007]在某些实施方式中，功率优化电源可以包括与高功率电池阵列可操作 地相关联的电功率转换器和电池管理系统。在这些实施方式中，分配系统 的分配电压和至少一个电动马达的操作电压可以高于高功率电池阵列的 电池电压。在一些实施方式中，能量优化电源可以是高能量电池阵列。在 这样的实施方式中，能量优化电源可以包括与高能量电池阵列可操作地相 关联的电功率转换器和电池管理系统。在这些实施方式中，分配系统的分 配电压和至少一个电动马达的操作电压可以高于高能量电池阵列的电池 电压。在某些实施方式中，能量优化电源可以是氢燃料电池系统。在这样 的实施方式中，能量优化电源可以包括与氢燃料电池系统可操作地相关联 的电功率转换器。在这些实施方式中，分配系统的分配电压和至少一个电 动马达的操作电压可以高于由氢燃料电池系统产生的电力的电压。在一些 实施方式中，能量优化电源可以是涡轮发电机系统。
[0008]在某些实施方式中，多个可互换的能量优化电源可以包括高能量电池 阵列、氢燃料电池系统和涡轮发电机系统。在一些实施方式中，能量优化 电源可以包括高能量电池阵列和氢燃料电池系统两者。在其他实施方式 中，能量优化电源可以包括高能量电池阵列和涡轮发电机系统两者。在另 外的其他实施方式中，能量优化电源可以包括氢燃料电池系统和涡轮发电 机系统两者。在一些实施方式中，分配系统可以包括电气总线。在某些实 施方式中，至少一个电动马达可以包括多个电动马达。在一些实施方式中， 在起降功率模式下，功率优化电源与能量优化电源的功率比可以为至少2 比1。
[0009]在第二方面中，本公开内容涉及一种用于具有起降功率模式和巡航功 率模式的eVTOL飞行器的可配置电气架构。可配置电气架构包括至少两 个独立的电气系统，其中每个独立的电气系统包括：功率优化电源，其包 括高功率电池阵列；能量优化电源，其选自多个可互换的能量优化电源； 分配系统，其电耦接至功率优化电源和能量优化电源；以及至少一个电动 马达，其电耦接至分配系统。在起降功率模式下，功率优化电源和能量优 化电源向相应的电动马达提供电功率。在巡航功率模式下，能量优化电源 向相应的电动马达和相应的功率优化电源提供电功率以对高功率电池阵 列再充电。
[0010]在第三方面中，本公开内容涉及一种具有起降功率模式和巡航功率模 式的eVTOL飞行器。eVTOL飞行器包括具有电动马达的至少一个旋翼系 统以及被配置成向电动马达提供电功率的电气系统。电气系统具有可配置 电气架构，所述可配置电气架构包括：功率优化电源，其包括高功率电池 阵列；能量优化电源，其选自多个可互换的能量优化电源；以及分配系统， 其电耦接至功率优化电源、能量优化电源和电动马达。在起降功率模式下， 功率优化电源和能量优化电源两者向电动马达提供电功率。在巡航功率模 式下，能量优化电源向电动马达和功率优化电源提供电功率以对高功率电 池阵列再充电。
附图说明
[0011]为了更全面地理解本公开内容的特征和优点，现在参照详细描述以及 附图，在附
图中，不同附图中的对应附图标记指代对应的部分，并且在附 图中：
[0012]图1A至图1F是根据本公开内容的实施方式的具有可选择地可配置 的电气架构的eVTOL飞行器的示意图；
[0013]图2A至图2H是根据本公开内容的实施方式的在连续飞行操作场景 中的具有可选择地可配置的电气架构的eVTOL飞行器的示意图；
[0014]图3是根据本公开内容的实施方式的用于具有可选择地可配置的电 气架构的eVTOL飞行器的控制系统的框图；
[0015]图4是根据本公开内容的实施方式的具有可选择地可配置的电气架 构的eVTOL飞行器在典型飞行期间的功率消耗图；
[0016]图5A至图5B是描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于具有起降功率模式和巡航功率模式的eVTOL飞行器的可配置电气架构，所述可配置电气架构包括：功率优化电源，所述功率优化电源包括高功率电池阵列；能量优化电源，所述能量优化电源选自多个可互换的能量优化电源；分配系统，所述分配系统电耦接至所述功率优化电源和所述能量优化电源；以及至少一个电动马达，所述至少一个电动马达电耦接至所述分配系统；其中，在所述起降功率模式下，所述功率优化电源和所述能量优化电源两者向所述至少一个电动马达提供电功率；以及其中，在所述巡航功率模式下，所述能量优化电源向所述至少一个电动马达和所述功率优化电源提供电功率以对所述高功率电池阵列再充电。2.根据权利要求1所述的可配置电气架构，其中，所述功率优化电源还包括与所述高功率电池阵列可操作地相关联的电功率转换器和电池管理系统。3.根据权利要求1所述的可配置电气架构，其中，所述分配系统的分配电压和所述至少一个电动马达的操作电压高于所述高功率电池阵列的电池电压。4.根据权利要求1所述的可配置电气架构，其中，所述能量优化电源还包括高能量电池阵列。5.根据权利要求4所述的可配置电气架构，其中，所述能量优化电源还包括与所述高能量电池阵列可操作地相关联的电功率转换器和电池管理系统。6.根据权利要求4所述的可配置电气架构，其中，所述分配系统的分配电压和所述至少一个电动马达的操作电压高于所述高能量电池阵列的电池电压。7.根据权利要求1所述的可配置电气架构，其中，所述能量优化电源还包括氢燃料电池系统。8.根据权利要求7所述的可配置电气架构，其中，所述能量优化电源还包括与所述氢燃料电池系统可操作地相关联的电功率转换器。9.根据权利要求7所述的可配置电气架构，其中，所述分配系统的分配电压和所述至少一个电动马达的操作电压高于由所述氢燃料电池系统产生的电力的电压。10.根据权利要求1所述的可配置电气架构，其中，所述能量优化电源还包括涡轮发电机系统。11.根据权利要求1所述的可配置电气架构，其中，所述多个可互换的能量优化电源还包括高能量电池阵列、氢燃料电池系统和涡轮发电机系统。12.根据权利要求1所述的可配置电气架构，其中，所述能量优化电源还包括高能量电池阵列和氢燃料电池系统。13.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔，
申请(专利权)人：贝尔德事隆公司，
类型：发明
国别省市：