【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及使用液态氢并且具有冷却架构的低温和超导动力系统，并且还涉及用于管理动力系统部件的冷却温度的方法。
技术介绍
1、用于低温和超导动力系统的当前冷却架构基于专门为地面应用制造的工业低温冷却器。为地面应用制造的低温冷却器不能用于航空应用，因为它们不具备航空应用所需的冷却能力。
2、此外，还存在与用于航空应用的这种低温冷却器的重量和效率相关的主要问题。
3、另一方面，机载可用的液态氢(lh2)可以用于冷却动力系统的部件。然而，由于安全原因，在航空应用中，lh2不适用于直接使用(即直接冷却电气部件)。
4、此外，对于给定的飞行阶段，从lh2罐流向燃料电池系统的lh2的量是有限的，并且通常由燃料电池需求本身驱动。
5、因此，有必要优化冷却架构，以便优化lh2消耗，并在给定的飞行阶段利用可用的lh2流量满足动力系统的冷却需求。
6、当前的低温和超导动力系统包括至少以下元件：
7、超导马达，
8、马达控制单元(mcu)，其被布置成控制超导马达的功能，
9、直流(dc)线，
10、到燃料电池的主电流引线(cl)，以及
11、dc/dc转换器，其被布置成调整dc线与主电流引线之间的电压水平。
12、低温和超导动力系统的不同部件在部件本身的最大允许温度和最大允许温度梯度方面具有不同的冷却需求。此外，部件本身的性能和效率取决于温度。
13、表1总结了低温和超导动力系统中的部件的最大允许温度和最大允
14、
15、表1：低温和超导动力系统中的部件的最大允许温度和最大允许温度梯度
16、根据表1，如果超导马达暴露于40k(其tmax)以上的温度，则超导马达内部出现淬火(quench)的风险。此外，超导马达的效率取决于温度：超导马达在比其tmax低的温度(即低于40k)下具有更好的效率。
17、不应超过mcu的最大允许温度梯度(此处为20k)，以保证mcu的正常运行。此外，mcu的效率取决于温度：mcu在比其tmax低的温度(即低于120k)下具有更好的效率。
18、如果dc线暴露于75k(其tmax)以上的温度，则dc线内出现淬火的风险。
19、不应超过dc/dc转换器的最大允许温度梯度(此处为20k)，以保证dc/dc转换器的正常运行。此外，dc/dc转换器的效率取决于温度：dc/dc转换器在比其tmax低的温度(即低于140k)下具有更好的效率。
20、到燃料电池的主电流引线的效率取决于温度：主电流引线在比其tmax低的温度(即低于150k)下具有更好的效率。
21、因此，低温动力系统的所有部件不具有相同的冷却需求，并且因此不需要在相同的温度下冷却，因为每个部件不具有相同的最大允许温度。
22、因此，需要用于管理低温和超导动力系统的每个部件的冷却温度的方法和系统。
技术实现思路
1、为此，提出了一种低温和超导动力系统，该系统包括：
2、至少超导电动马达，其包括马达轴，
3、至少马达控制单元，其被配置成控制超导马达的所有功能，
4、螺旋桨，其由超导电动马达引导，
5、齿轮箱，其布置在超导电动马达与螺旋桨之间，并且被配置成控制马达轴的旋转速度，
6、至少超导分配和保护装置，
7、至少燃料电池，其包括dc电源，
8、到燃料电池的主电流引线，
9、至少dc/dc转换器，其用于调整超导分配和保护装置与主电流引线之间的电压水平，其中，主电流引线与超导分配和保护装置具有不同的工作电压水平，
10、热管理系统(tms)，其用于管理燃料电池的温度，以及
11、冷却架构，其包括：
12、液态氢(lh2)罐，其用于在低温温度下储存lh2，
13、lh2循环管，其在lh2罐处开始和结束，
14、第一热交换器，其被配置成在第一流体与第二流体之间交换热，
15、第二流体的第一低温恒温器，其用于冷却马达控制单元和超导电动马达，
16、第二流体的第二低温恒温器，其用于冷却dc/dc转换器，以及第二流体循环管，其在每个低温恒温器处开始和结束。
17、根据本专利技术的实施方式，第一流体包括lh2，并且第二流体包括气态氦(ghe)。
18、根据本专利技术的实施方式，冷却架构包括用于第一流体的初级冷却回路和用于第二流体的次级冷却回路。
19、根据本专利技术的实施方式，次级冷却回路被布置和配置成冷却低温和超导动力系统部件。
20、根据本专利技术的实施方式，次级冷却回路被lh2流冷却，并且回报加热将进入燃料电池的lh2。
21、根据本专利技术的实施方式，低温和超导动力系统还包括：
22、低温再循环风扇，以便将第二流体在完全闭合回路中再循环至低温和超导动力系统部件中，以及
23、低温绝缘线，以便将低温流体输送至低温和超导动力系统的电气部件。
24、根据本专利技术的实施方式，冷却架构还包括第二热交换器，该第二热交换器被配置成在第一流体与第二流体之间交换热。
25、根据本专利技术的实施方式，冷却架构还包括第三热交换器，该第三热交换器被配置成在第一流体与第三流体之间交换热，第三流体是热管理系统的冷却剂。
26、根据本专利技术的实施方式，冷却架构还包括用于冷却第三热交换器的第二流体的第三低温恒温器。
27、根据本专利技术的实施方式，第三热交换器被配置成在第一热交换器的第一流体与第三流体之间交换热，并且冷却架构还包括第四热交换器，第四热交换器被配置成在第二热交换器的第一流体与第三流体之间交换热。
28、根据本专利技术的实施方式，冷却架构还包括用于冷却第三热交换器的第二流体的第四低温恒温器。
29、根据本专利技术的实施方式，冷却架构还包括用于冷却低温再循环风扇和热交换器的第二流体的第五低温恒温器。
30、根据本专利技术的实施方式，第二流体的第二低温恒温器还被布置成用于冷却主电流引线。
31、根据本专利技术的实施方式，冷却架构还包括用于冷却超导分配和保护装置的第二流体的第六低温恒温器。
32、还提出了一种用于管理本专利技术的低温和超导动力系统的低温和超导动力系统部件的冷却温度的方法，该方法包括以下步骤：
33、确定低温和超导动力系统的每个部件的极限参数，所述极限参数是低温和超导动力系统的每个部件的最大允许温度和/或最大温度梯度，
34、计算遵守超导电动马达的极限参数所必需的通过超导电动马达的流体的流量和温度，以及
35、在已知通过超导电动马达的流体的流量和温度的情况下，调整遵守其他极限参数所必需的循环通过整个低温和超导动力系统的流体的流量和温度。
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1.一种低温和超导动力系统(10)，包括：
2.根据权利要求1所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述第一流体包括LH2，并且所述第二流体包括气态氦GHe。
3.根据前述权利要求中任一项所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述冷却架构(30)包括用于所述第一流体的初级冷却回路(100)和用于所述第二流体的次级冷却回路(102)。
4.根据权利要求3所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述次级冷却回路(102)被布置和配置成冷却低温和超导动力系统部件。
5.根据权利要求4所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述次级冷却回路(102)被LH2流冷却，并且回报加热将进入所述燃料电池(22)的LH2。
6.根据前述权利要求中任一项所述的低温和超导动力系统(10)，还包括：
7.根据前述权利要求中任一项所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述冷却架构(30)还包括第二热交换器(36a，36b)，所述第二热交换器(36a，36b)被配置成在所述第一流体与所述第二流体之间交换热。
8.根据前
9.根据权利要求8所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述冷却架构(30)还包括第二流体的第三低温恒温器(64，74a，74b)，其用于冷却所述第三热交换器(62，62a，62b)。
10.根据权利要求8或9所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述第三热交换器(62a)被配置成在所述第一热交换器(36a)的第一流体与所述第三流体之间交换热，并且其中，所述冷却架构(30)还包括第四热交换器(62b)，所述第四热交换器(62b)被配置成在所述第二热交换器(36b)的第一流体与所述第三流体之间交换热。
11.根据权利要求10所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述冷却架构(30)还包括第二流体的第四低温恒温器(74b)，其用于冷却所述第三热交换器(62b)。
12.根据权利要求6所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述冷却架构(30)还包括第二流体的第五低温恒温器(52)，其用于冷却所述低温再循环风扇(44)和所述第一热交换器(36、36a、36b)。
13.根据权利要求6所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述第二流体的第二低温恒温器(50a，50b)还被布置成用于冷却所述主电流引线(24)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述冷却架构(30)还包括第二流体的第六低温恒温器(48a，48b)，其用于冷却所述超导分配和保护装置(20)。
15.一种用于管理根据前述权利要求中任一项所述的低温和超导动力系统(10)的低温和超导动力系统部件的冷却温度的方法，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种低温和超导动力系统(10)，包括：
2.根据权利要求1所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述第一流体包括lh2，并且所述第二流体包括气态氦ghe。
3.根据前述权利要求中任一项所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述冷却架构(30)包括用于所述第一流体的初级冷却回路(100)和用于所述第二流体的次级冷却回路(102)。
4.根据权利要求3所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述次级冷却回路(102)被布置和配置成冷却低温和超导动力系统部件。
5.根据权利要求4所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述次级冷却回路(102)被lh2流冷却，并且回报加热将进入所述燃料电池(22)的lh2。
6.根据前述权利要求中任一项所述的低温和超导动力系统(10)，还包括：
7.根据前述权利要求中任一项所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述冷却架构(30)还包括第二热交换器(36a，36b)，所述第二热交换器(36a，36b)被配置成在所述第一流体与所述第二流体之间交换热。
8.根据前述权利要求中任一项所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述冷却架构(30)还包括第三热交换器(62，62a，62b)，所述第三热交换器(62，62a，62b)被配置成在所述第一流体与第三流体之间交换热，所述第三流体是所述热管理系统(60)的冷却剂。
9.根据权利要求8所述的低温和超导动力系统(10)，其中，所述冷却架构(30...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢多维克·伊瓦涅斯，苏海卜·布卡尤阿，马泰奥·塔西斯托，斯瓦普尼尔·哈尔切，
申请(专利权)人：空中客车简化股份公司，
类型：发明
国别省市：
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