(57)【要約】      （修正有）【課題】固体高圧直流（ＨＶＤＣ）バス電圧コントローラは、ハイブリッド電動航空機用の電力供給システムにおけるアクティブな電力フロー制御を提供する。【解決手段】ＨＶＤＣバス電圧コントローラは、アクティブ電圧コントローラ２２と、ＰＷＭ制御を用いてＨＶＤＣバス電圧を制御するアクティブ整流ユニット４０と、を含む。アクティブ整流ユニット４０は、高速スイッチング機能を備える高電圧・高周波半導体スイッチを含む。アクティブ電圧コントローラ２２は、ＨＶＤＣバス基準電圧をアクティブ整流ユニット４０に送る。アクティブ整流ユニット４０に含まれるコントローラは、ＨＶＤＣバス電圧をＨＶＤＣバス基準電圧に一致させるように制御する。【選択図】図１
2020182372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電流を供給するためのハイブリッド電力供給システムであって、
ＡＣ電源と、
ＡＣバスと、
前記ＡＣ電源から前記ＡＣバスにＡＣ電力を切り替え可能に接続するように配置された第１スイッチング手段と、
ＨＶＤＣ電源と、
ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを表す制御信号を生成するように構成されたアクティブ電圧コントローラと、
ＡＣ電力をＨＶＤＣ電力に変換するように構成されたアクティブ整流器、及び、前記アクティブ電圧コントローラから受け取った前記制御信号に基づいて前記アクティブ整流器を制御してＨＶＤＣバス電圧を調整するように構成されたコントローラ、を含むアクティブ整流ユニットと、
前記ＡＣバスから前記アクティブ整流ユニットにＡＣ電力を切り替え可能に接続するように配置された第２スイッチング手段と、
前記アクティブ整流ユニットからの前記ＨＶＤＣバス電圧に基づいて、前記ＨＶＤＣ電源及び前記アクティブ整流ユニットの一方又は両方からＤＣ電力を受け取るように接続されたＨＶＤＣバスと、
前記ＨＶＤＣバスからＨＶＤＣ電力を受け取るように接続されたＨＶＤＣ負荷と、を含む、ハイブリッド電力供給システム。
【請求項２】
前記ＨＶＤＣ負荷は、前記ＨＶＤＣバスからＨＶＤＣ電力を受け取るように接続されたモータコントローラを含む、請求項１に記載のハイブリッド電力供給システム。
【請求項３】
ＡＣ負荷と、前記ＡＣバスから前記ＡＣ負荷にＡＣ電力を切り替え可能に接続するように配置された第３スイッチング手段と、をさらに含む、請求項１又は２に記載のハイブリッド電力供給システム。
【請求項４】
前記アクティブ電圧コントローラは、前記ＨＶＤＣバス基準電圧の異なる大きさに対応した異なる態様にて前記制御信号を生成するようにブログラムされたコンピュータ又はプロセッサを含み、
前記アクティブ整流ユニットの前記コントローラは、前記ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさに基づいて前記アクティブ整流ユニットを制御して、前記ＨＶＤＣバスの前記ＨＶＤＣバス電圧を調整するように構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド電力供給システム。
【請求項５】
前記ＡＣ電源は、発電機であり、前記ＨＶＤＣ電源は、バッテリである、請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッド電力供給システム。
【請求項６】
前記バッテリから出力される電流が最大放電速度を上回っている場合は、前記制御信号は、前記ＨＶＤＣバス電圧の増加を指示するコマンドである、請求項５に記載のハイブリッド電力供給システム。
【請求項７】
前記バッテリに入力される電流が最大充電速度を上回っている場合は、前記制御信号は、前記ＨＶＤＣバス電圧の減少を指示するコマンドである、請求項５に記載のハイブリッド電力供給システム。
【請求項８】
航空機の特定のミッション中の全体のエネルギー使用を最適化するとともに、燃料消費を低減するための電力フロー管理コマンドを前記アクティブ電圧コントローラに送出するように構成されたフライト電力管理コントローラをさらに含む、請求項５〜７のいずれかに記載のハイブリッド電力供給システム。
【請求項９】
前記アクティブ電圧コントローラは、前記バッテリの充電状態が最小蓄電残量を下回っているという第１条件、及び、燃料残量が最小燃料残量を下回っているという第２条件の両方が満たされた場合は、降下開始を求めるメッセージを生成する、請求項８に記載のハイブリッド電力供給システム。
【請求項１０】
前記フライト電力管理コントローラは、さらに、前記航空機が地上にあり、前記バッテリが放電状態であり、且つ、電源が利用可能であれば、前記バッテリの充電を指示するコマンドを前記アクティブ電圧コントローラに送出するように構成されている、請求項８又は９に記載のハイブリッド電力供給システム。
【請求項１１】
前記フライト電力管理コントローラは、さらに、
前記航空機の現在のフライト状況を特定することと、
バッテリ充電状態を特定することと、
燃料レベルを特定することと、
前記フライト状況、前記バッテリ充電状態、及び、前記燃料レベルに基づいて、バッテリ使用プロファイルを調整することと、
前記調整後のバッテリ使用プロファイルに従って、バッテリ放電電流又はバッテリ充電電流を設定することと、
前記設定されたバッテリ放電電流又はバッテリ充電電流に従って前記バッテリを放電又は充電するように前記アクティブ電圧コントローラに命令することと、
を含む動作を実行するように構成されている、請求項８〜１０のいずれかに記載のハイブリッド電力供給システム。
【請求項１２】
ＡＣ電源と、
ＡＣバスと、
前記ＡＣ電源から前記ＡＣバスにＡＣ電力を切り替え可能に接続するように配置された第１スイッチング手段と、
ＨＶＤＣ電源と、
前記ＨＶＤＣ電源の電流に基づいて、ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを表す制御信号を生成するように構成されたアクティブ電圧コントローラと、
ＡＣ電力をＨＶＤＣ電力に変換するように構成されたアクティブ整流器、及び、前記アクティブ電圧コントローラから受け取った前記制御信号に基づいて前記アクティブ整流器を制御してＨＶＤＣバス電圧を調整するように構成されたコントローラ、を含むアクティブ整流ユニットと、
前記ＡＣバスから前記アクティブ整流ユニットにＡＣ電力を切り替え可能に接続するように配置された第２スイッチング手段と、
前記アクティブ整流ユニットからの前記ＨＶＤＣバス電圧に基づいて、前記ＨＶＤＣ電源及び前記アクティブ整流ユニットの一方又は両方からＤＣ電力を受け取るように接続されたＨＶＤＣバスと、
前記ＨＶＤＣバスからＨＶＤＣ電力を受け取るように接続された電気推進モータと、
前記電気推進モータに動作可能に接続されたプロペラと、を含む航空機。
【請求項１３】
前記アクティブ電圧コントローラは、前記ＨＶＤＣバス基準電圧の異なる大きさに対応した異なる態様にて前記制御信号を生成するようにブログラムされたコンピュータ又はプロセッサを含み、
前記アクティブ整流ユニットの前記コントローラは、前記ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさに基づいて前記アクティブ整流ユニットを制御して、前記ＨＶＤＣバスの前記ＨＶＤＣバス電圧を調整するように構成されている、請求項１２に記載の航空機。
【請求項１４】
特定のミッション中の全体のエネルギー使用を最適化するとともに、燃料消費を低減するための電力フロー管理コマンドを前記アクティブ電圧コントローラに送出するように構成されたフライト電力管理コントローラをさらに含む、請求項１２又は１３に記載の航空機。
【請求項１５】
前記ＡＣ電源は、発電機であり、前記ＨＶＤＣ電源は、バッテリである、請求項１２〜１４のいずれかに記載の航空機。
【請求項１６】
前記アクティブ電圧コントローラは、前記バッテリの充電状態が最小蓄電残量を下回っているという第１条件、及び、燃料残量が最小燃料残量を下回っているという第２条件の両方が満たされた場合は、降下開始を求めるメッセージを生成する、請求項１５に記載の航空機。
【請求項１７】
前記航空機が地上にあり、前記バッテリが放電状態であり、且つ、電源が利用可能であれば、前記バッテリの充電を指示するコマンドを前記アクティブ電圧コントローラに送出するように構成されたフライト電力管理コントローラをさらに含む、請求項１５又は１６に記載の航空機。
【請求項１８】
前記航空機がフライト中であれば、
前記航空機の現在のフライト状況を特定することと、
バッテリ充電状態を特定することと、
燃料レベルを特定することと、
前記フライト状況、前記バッテリ充電状態、及び、前記燃料レベルに基づいて、バッテリ使用プロファイルを調整することと、
前記調整後のバッテリ使用プロファイルに従って、バッテリ放電電流又はバッテリ充電電流を設定することと、
前記設定された放電電流又は充電電流に従って前記バッテリを放電又は充電するように前記アクティブ電圧コントローラに命令することと、
を含む動作を実行するように構成されたフライト電力管理コントローラをさらに含む、請求項１５〜１７のいずれかに記載の航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、接続された負荷に対してエネルギーを供給する電気エネルギー源を２つ以上有するハイブリッド電源に関する。特に、本開示の技術は、１つ以上のバッテリと、内燃機関又はガスタービンエンジンによって駆動される１つ以上の発電機と、を有するハイブリッド電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機には、電力による推進系を有するもの（以降、「電動航空機」）がある。そのような航空機は、電力を電動モータによって機械的な力に変換して推進系で用いる。例えば、電動モータは、航空機に設けられた１つ以上のプロペラを回転させて推進力を生成する。電動航空機には、様々な形態があり、例えば、電動航空機には、航空機、回転翼機、ヘリコプタ、クワッドコプタ（quadcopter）、無人航空機、又は、他の適当な種類の航空機がある。
【０００３】
航空機の推進に電動モータが用いられる場合、電気エネルギーは、電源から供給することができる。例えば、電気エネルギーは、バッテリシステムから供給される。バッテリシステム又は他の電源に要求される負荷は、航空機の設計及び製造において重要な考慮事項である。例えば、フライトの様々な状況において、電動モータが航空機の駆動に必要とする電気エネルギー量は、重要な事項である。バッテリシステムを用いる電動モータでは、バッテリを、所定の時間、所定の距離、所定の電気エネルギーの使用後に、或いは、それらの組み合わせにより決まるタイミングで充電する必要がある。
【０００４】
電動航空機の中には、１つの負荷に対して少なくとも２つの異なる種類の電源が接続されたハイブリッド電力構成を有するもの（以降、「ハイブリッド電動航空機」）がある。これらの電気エネルギー源は、通常、電気的特性が異なる。電気エネルギー源は、例えば、バッテリ、及び、内燃機関又はガスタービンエンジンにより駆動される発電機である。バッテリは、航空機の推進系が用いる機械的な力に電力を変換するように構成された電動モータに電力を供給する。
【０００５】
バッテリを備えるハイブリッド電動航空機の場合、バッテリ電圧をアクティブに制御することはできない。バッテリ電圧は、電池セルの数、電池セルの種類、バッテリ充電状態（ＳＯＣ）、負荷、及び、その他の要因によって決まる。バッテリから供給される電力及びバッテリに供給される電力について電力フロー（power flow）制御を行う必要がある。バッテリの充放電速度は重要であり、熱暴走の発生を回避すべく、これを適切に制御することが求められる。
【０００６】
ハイブリッド電動航空機では、バッテリは、推進用の大電力を供給するように設計されており、大型である。バッテリは、発電機などの他の電源と並列に設けられる。ある態様では、バッテリは、高圧直流（ＨＶＤＣ）バスに接続されており、このバスにも、発電機から電力が供給される。航空業界及び本明細書で用いられる「高（電）圧」なる用語は、直流に関する場合、５００Ｖより高いＤＣ電圧を意味する。そのような高電圧ＤＣは、一般的に、２３０Ｖの三相ＡＣを整流することで得られる。
【０００７】
既存の技術では、数百キロワット時のバッテリを用いるハイブリッド電動航空機において、電力フロー制御及びバッテリ電力管理制御をアクティブに行うことを可能にする解決策は存在しない。ＨＶＤＣ接続におけるバッテリとの間の電力フローを厳密に制御するためのシステム及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００８】
以下に詳細を説明する本開示の要旨は、ハイブリッド電動航空機用の電力供給システムに関する。前記電力供給システムは、当該ハイブリッド電動航空機用の電力供給システムの推進用モータに供給されるＤＣ電力について、アクティブなフロー制御を提供する固体ＨＶＤＣバス電圧コントローラを含む。前記ＨＶＤＣバス電圧コントローラは、アクティブ電圧コントローラと、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御を用いて前記ＨＶＤＣバス電圧を制御するように構成されたアクティブ整流ユニットと、を含む。一実施態様において、前記アクティブ整流ユニットは、高速スイッチング機能を備える高電圧・高周波半導体スイッチを含む。前記ＰＷＭ制御は、所望の電力伝送を実現するために用いられる。前記ＨＶＤＣバス電圧を制御することで、前記バッテリの充電又は放電を制御するとともに、前記システムに望ましい電力フローを実現することができる。
【０００９】
より具体的には、前記電力供給システムは、交流（ＡＣ）バスに接続されたＡＣ発電機と、高圧直流（ＨＶＤＣ）バスに接続されたＨＶＤＣバッテリと、前記ＡＣバスを前記ＨＶＤＣバスに接続するＡＣ−ＤＣ電力変換器と、ＨＶＤＣ接続における前記バッテリとの間の電力フローを制御するよう構成されたアクティブ電圧コントローラと、を含む。前記アクティブ電圧コントローラは、前記バッテリの出力側に配置されている。前記アクティブ電圧コントローラは、ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを表す制御信号を前記アクティブ整流ユニットに送る。前記アクティブ整流ユニットに含まれる前記低圧コントローラは、ＨＶＤＣバス電圧をＨＶＤＣバス基準電圧に一致させるように制御するように構成されている。
【００１０】
本開示のアクティブな電圧制御方法によれば、バッテリ充電速度又はバッテリ放電速度を正確に制御することができる。加えて、前記アクティブ電圧コントローラは、前記ハイブリッド電動航空機における電力フローを正確に管理することができる。前記アクティブ電圧コントローラは、フライト状況、航空機ミッション、バッテリＳＯＣ、炭化水素燃料の残量、フライト条件などに基づいて、推進系への電力フローを正確に管理するように構成されている。前記アクティブ電圧コントローラは、場合によっては、バッテリを電源とする電力をより多く引き出し、従来の電源であるエンジンから引き出す電力を少なくし、別の場合には、バッテリ電力を温存して、エンジンを電源とする電力をより多く使用する。本開示の構成は、信頼性が高く、重量が小さい。アクティブ電圧コントローラを使用することで、バッテリの寿命を延ばすことが可能であり、これによりコストの削減が可能である。
【００１１】
以下に、ハイブリッド電動航空機の推進用モータにバッテリ及び／又は発電機から電力を供給するバスの電圧をアクティブに制御するためのシステム及び方法について、様々な例示的な実施形態の詳細を説明する。ただし、これらのうちの１つ以上は、以下の１つ以上の態様によって特徴づけられる実施形態である。
【００１２】
以下に詳細を説明する本開示の要旨の一態様は、負荷に電流を供給するためのハイブリッド電力供給システムに関する。当該ハイブリッド電力供給システムは、ＡＣ電源と、ＡＣバスと、前記ＡＣ電源から前記ＡＣバスにＡＣ電力を切り替え可能に接続するように構成された第１スイッチング手段と、ＨＶＤＣ電源と、前記ＨＶＤＣ電源の電流に基づいて、ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを表す制御信号を生成するように構成されたアクティブ電圧コントローラと、ＡＣ電力をＨＶＤＣ電力に変換するように構成されたアクティブ整流器、及び、前記アクティブ電圧コントローラから受け取った前記制御信号に基づいて前記アクティブ整流器を制御してＨＶＤＣバス電圧を調整するように構成されたコントローラを含むアクティブ整流ユニットと、前記ＡＣバスから前記アクティブ整流ユニットにＡＣ電力を切り替え可能に接続するように配置された第２スイッチング手段と、前記アクティブ整流ユニットからの前記ＨＶＤＣバス電圧に基づいて、前記ＨＶＤＣ電源及び前記アクティブ整流ユニットの一方又は両方からＤＣ電力を受け取るように接続されたＨＶＤＣバスと、前記ＨＶＤＣバスからＨＶＤＣ電力を受け取るように接続されたＨＶＤＣ負荷と、を含む。前記アクティブ電圧コントローラは、前記ＨＶＤＣバス基準電圧の異なる大きさに対応した異なる態様にて前記制御信号を生成するようにブログラムされたコンピュータ又はプロセッサを含み、前記アクティブ整流ユニットの前記コントローラは、前記ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさに基づいて前記アクティブ整流ユニットを制御して、前記ＨＶＤＣバスの前記ＨＶＤＣバス電圧を調整するよう構成されている。
【００１３】
直前の段落に記載した前記ハイブリッド電力供給システムのいくつかの実施形態によれば、前記ＨＶＤＣ負荷は、前記ＨＶＤＣバスからＨＶＤＣ電力を受け取るように接続されたモータコントローラを含み、前記ＡＣ電源は、発電機であり、前記ＨＶＤＣ電源は、バッテリである。
【００１４】
いくつかの実施形態において、前記ハイブリッド電力供給システムは、航空機の特定のミッション中の全体のエネルギー使用を最適化するとともに、燃料消費を低減するための電力フロー管理コマンドを前記アクティブ電圧コントローラに送出するように構成されたフライト電力管理コントローラをさらに含む。前記アクティブ電圧コントローラは、前記バッテリの充電状態が最小蓄電残量を下回っているという第１条件、及び、燃料残量が最小燃料残量を下回っているという第２条件の両方が満たされた場合は、降下開始を求めるメッセージを生成する。前記フライト電力管理コントローラは、さらに、前記航空機が地上にあり、前記バッテリが放電状態であり、且つ、電源が利用可能であれば、前記バッテリの充電を指示するコマンドを前記アクティブ電圧コントローラに送出するように構成されている。加えて、前記フライト電力管理コントローラは、さらに、前記航空機の現在のフライト状況を特定することと、バッテリ充電状態を特定することと、燃料レベルを特定することと、前記フライト状況、前記バッテリ充電状態、及び、前記燃料レベルに基づいて、バッテリ使用プロファイルを調整することと、前記調整後のバッテリ使用プロファイルに従って、バッテリ放電電流又はバッテリ充電電流を設定することと、前記設定されたバッテリ放電電流又はバッテリ充電電流に従って前記バッテリを放電又は充電するように前記アクティブ電圧コントローラに命令することと、を含む動作を実行するように構成されている。
【００１５】
以下に詳細を説明する本開示の要旨の別の態様は、航空機に関し、当該航空機は、ＡＣ電源と、ＡＣバスと、前記ＡＣ電源から前記ＡＣバスにＡＣ電力を切り替え可能に接続するように配置された第１スイッチング手段と、ＨＶＤＣ電源と、前記ＨＶＤＣ電源の電流に基づいて、ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを表す制御信号を生成するように構成されたアクティブ電圧コントローラと、ＡＣ電力をＨＶＤＣ電力に変換するように構成されたアクティブ整流器、及び、前記アクティブ電圧コントローラから受け取った前記制御信号に基づいて前記アクティブ整流器を制御してＨＶＤＣバス電圧を調整するように構成されたコントローラを含むアクティブ整流ユニットと、前記ＡＣバスから前記アクティブ整流ユニットにＡＣ電力を切り替え可能に接続するように配置された第２スイッチング手段と、前記アクティブ整流ユニットからの前記ＨＶＤＣバス電圧に基づいて、前記ＨＶＤＣ電源及び前記アクティブ整流ユニットの一方又は両方からＤＣ電力を受け取るように接続されたＨＶＤＣバスと、前記ＨＶＤＣバスからＨＶＤＣ電力を受け取るように接続された電気推進モータと、前記電気推進モータに動作可能に接続されたプロペラと、を含む。前記アクティブ電圧コントローラは、前記ＨＶＤＣバス基準電圧の異なる大きさに対応した異なる態様にて前記制御信号を生成するようにブログラムされたコンピュータ又はプロセッサを含む。前記アクティブ整流ユニットの前記コントローラは、前記ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさに基づいて前記アクティブ整流ユニットを制御して、前記ＨＶＤＣバスの前記ＨＶＤＣバス電圧を調整するよう構成されている。前記航空機は、特定のミッション中の全体のエネルギー使用を最適化するとともに、燃料消費を低減するための電力フロー管理コマンドを前記アクティブ電圧コントローラに送出するように構成されたフライト電力管理コントローラをさらに含む。一実施態様によれば、前記ＡＣ電源は、発電機であり、前記ＨＶＤＣ電源は、バッテリである。
【００１６】
直前の段落に記載した前記航空機の一実施形態によれば、前記フライト電力管理コントローラは、さらに、前記航空機が地上にあり、前記バッテリが放電状態であり、且つ、電源が利用可能であれば、前記バッテリの充電を指示するコマンドを前記アクティブ電圧コントローラに送出するように構成されている。同じ実施形態又は代替の実施形態によれば、前記航空機がフライト中であれば、前記フライト電力管理コントローラは、前記航空機の現在のフライト状況を特定することと、バッテリ充電状態を特定することと、燃料レベルと特定することと、前記フライト状況、前記バッテリ充電状態、及び、前記燃料レベルに基づいて、バッテリ使用プロファイルを調整することと、前記調整後のバッテリ使用プロファイルに従って、バッテリ放電電流又はバッテリ充電電流を設定することと、前記設定されたバッテリ放電電流又はバッテリ充電電流に従って前記バッテリを放電又は充電するように前記アクティブ電圧コントローラに命令することと、を含む動作を実行するように構成されている。
【００１７】
以下に詳細を説明する本開示の要旨の別の態様は、ＨＶＤＣ電源、及び、ＡＣ電源に接続されたアクティブ整流ユニットの一方又は両方からＤＣ電力を受け取るように接続されたＨＶＤＣバスを介して、ＨＶＤＣ負荷にＨＶＤＣ電力を供給する方法に関する。当該方法は、ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを表す制御信号をアクティブ電圧コントローラにおいて生成することと、前記ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさに基づいて前記アクティブ整流ユニットを制御して、前記ＨＶＤＣバスのＨＶＤＣバス電圧を調整することと、を含む。
【００１８】
直前の段落に記載した前記方法の一実施形態によれば、前記ＡＣ電源と前記ＨＶＤＣ電源は、それぞれ航空機に搭載された発電機とバッテリであり、前記方法は、前記航空機に搭載されたフライト電力管理コントローラから前記アクティブ電圧コントローラに電力フロー管理コマンドを送出して、前記バッテリの電圧に対する前記ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを調整することで、特定の航空機ミッション中の全体のエネルギー使用を最適化するとともに、燃料消費を低減することをさらに含む。
【００１９】
ハイブリッド電動航空機の推進用モータにバッテリ及び／又は発電機から電力を供給するバスの電圧をアクティブに制御するためのシステム及び方法の他の態様は、以下に説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
先のセクションに記載した特徴、機能、及び、利点は、様々な実施形態において個別に達成することも可能であるし、さらに別の実施形態と組みわせることも可能である。上述の態様、及び、他の態様を説明するために、図面を参照して、様々な実施形態について以下に記載する。なお、このセクションにおいて簡単に説明する図面は、いずれも縮尺通りには描かれていない。
【００２１】
【図１】フライト電力管理コントローラ（ＦＰＭＣ）と、少なくとも１つのアクティブ電圧コントローラ（ＡＶＣ）と、少なくとも１つのアクティブ整流ユニット（ＡＲＵ）と、を備える、一実施形態によるハイブリッド電動航空機用電力供給システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の構成に含まれる固体アクティブ整流ユニットのコンポーネントのいくつかを示すブロック図である。
【図３】提案の一態様によるアクティブ電圧コントローラが実行する制御アルゴリズムのステップを示すフローチャートである。
【図４】提案の一態様によるフライト電力管理コントローラが実行する制御アルゴリズムのステップを示すフローチャートである。
【００２２】
以降、添付図面を参照する。なお、類似の要素については、異なる図面においても同じ参照符号を用いている。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、ハイブリッド電動航空機の推進用モータにバッテリ及び／又は発電機から電力を供給するバスの電圧をアクティブに制御するためのシステム及び方法の例示的な実施形態の詳細を説明する。ただし、実際の実施に際して必要なすべての特徴が本明細書に記載されているわけではない。当業者には理解されるように、任意の実施形態を実施する際には、システム関連及びビジネス関連の制約に適合させるためなど、開発者が特定の目的を達成するために、特定の態様ごとに様々な選択、決定が必要になる。加えて、そのような開発努力は、複雑であり、時間を要するものではあるが、本開示の利益に基づけば、当業者にとっては定型的な作業に過ぎないことは理解されよう。
【００２４】
１つのハイブリッド電動航空機は、１つ以上のＨＶＤＣ電源（例えば、バッテリ）と、原動機（prime mover：例えば、ガスタービンエンジン又は内燃機関）により駆動される１つ以上の発電機と、を含んでもよい。これら複数の電源は、バッテリの動作状態、航空機の動作状態、及び、環境状態の変化を考慮して、特定のミッションに最適な動力の抽出を可能にするように制御及び管理される。
【００２５】
より一般的には、本開示で提案するハイブリッド電力供給システムの用途は、ハイブリッド電動航空機に限定されるものではない。一構成によれば、本開示で提案するハイブリッド電力供給システムは、以下のコンポーネントを含む。即ち、ＡＣ電源と、ＡＣバスと、ＡＣ電源からＡＣバスにＡＣ電力を切り替え可能に接続するように配置された第１スイッチング手段と、ＨＶＤＣ電源と、ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを表す制御信号を生成するように構成されたアクティブ電圧コントローラと、ＡＣ電力をＨＶＤＣ電力に変換するように構成されたアクティブ整流器、及び、アクティブ電圧コントローラから受け取った制御信号に基づいてアクティブ整流器を制御して、ＨＶＤＣバス電圧を調整するように構成されたコントローラを含むアクティブ整流ユニットと、ＡＣバスからアクティブ整流ユニットにＡＣ電力を切り替え可能に接続するように配置された第２スイッチング手段と、アクティブ整流ユニットからのＨＶＤＣバス電圧に基づいて、ＨＶＤＣ電源及びアクティブ整流ユニットの一方又は両方からＤＣ電力を受け取るように接続されたＨＶＤＣバスと、ＨＶＤＣバスからＨＶＤＣ電力を受け取るように接続されたＨＶＤＣ負荷と、を含む。上述の構成の一実施形態であって、電動航空機の給電用に設計された実施例の詳細を以下に説明する。
【００２６】
図１は、一実施形態によるハイブリッド電動航空機の電力供給システム１０として提案された構成を詳細に示すブロック図である。この実施例では、ハイブリッド電動航空機は、４つのプロペラ２４を（各翼に２つずつ）有する。図１には、片側の翼に回転可能に装着された２つのプロペラ２４と、これに関連する電力供給システムのコンポーネントだけが示されている。図１に示す電力供給システム１０は、さらに、フライト電力管理コントローラ１２（以降「ＦＰＭＣ１２」）を有する。図１に示すその他のコンポーネントは、すべて、ハイブリッド電動航空機の片側の翼に関連するものであり、電力供給システム１０の半分を構成するものである。電力供給システム１０の残りの半分（図１には示していない）は、片側の翼に関連するコンポーネントと同じものを含む。ＦＰＭＣ１２は、両方の翼に供給される電気推進力を管理する。
【００２７】
一実施形態によれば、各プロペラ２４は、対応する電動推進用モータ２６によって回転駆動される。別の実施形態では、各電動推進用モータ２６は、複数のプロペラを駆動する。各電動推進用モータ２６は、ＨＶＤＣバス２０から航空機推進電力を受電する推進用モータコントローラ２８の制御下で動作する。提案する一実施態様では、ＦＰＭＣ１２は、推進用モータコントローラ２８に給電されるＨＶＤＣ電力を管理するように（例えば、ソフトウェアによって）構成されたコンピュータである。
【００２８】
電力供給システム１０は、図１に示す部分において、さらに、２つのＡＣ発電機１４及び２つのＨＶＤＣバッテリ１８を含む。各ＡＣ発電機１４は、内燃機関又はガスタービンエンジン（図１には示していない）によって機械的に駆動される。図１では、ＡＣ発電機１４及びＨＶＤＣバッテリ１８は、それぞれ（ハイブリッド電動航空機の片方の翼に関連する）１つだけが示されている。
【００２９】
本明細書で用いる「バッテリ」なる用語は、少なくとも１つの電池セルをバッテリケース内に含むとともに、このバッテリケースの中又は外に少なくとも１つのセンサを含むものを意味する。好ましい実施形態においては、バッテリは、温度センサ、電流センサ及び電圧センサを含む。以下に記載するアクティブ電圧コントローラの詳細において、「バッテリ電流を測定する」との表現は、電流センサの出力を受け取ること、及び、電流センサの出力を測定値に変換することを含む。
【００３０】
再び図１を参照すると、ＨＶＤＣバッテリ１８の端子（図示せず）は、電気配線でＨＶＤＣバス２０に直接電気接続されている。ＡＣ発電機１４の端子は、ＡＣバス１６に接触器（contactor）２ａを介して電気配線で電気接続されている。
【００３１】
本明細書において用いる「接触器」なる用語は、電気制御式のスイッチを意味する。通常、接触器は、スイッチングされる回路よりも低い電力レベルの回路によって制御される。一般的な接触器は、筐体内に接点（contact）と電磁石を含む。接点は、接触器における通電部分を構成する。電磁石は、接点を閉じるための駆動力を供給する。電磁石コアを電磁石コイルに対して開位置に戻すために、ばねが設けられていてもよい。筐体は、電気的に絶縁性の材料で構成された囲いである。
【００３２】
電力供給システム１０は、図１に示す部分において、アクティブ整流ユニット４０をさらに含み、このアクティブ整流ユニットの入力端子は、電気配線によってＡＣバス１６に接触器２ｂを介して接続されている。また、アクティブ整流ユニット４０も出力端子も、電気配線によってＨＶＤＣバス２０に電気接続されている。アクティブ整流ユニット４０は、ＡＣバス１６から受電するＡＣ電力を変換して、ＨＶＤＣバス２０に供給されるＨＶＤＣ電力として出力する。推進用モータコントローラ２８、及び、推進用途以外の他のＨＶＤＣ負荷３０は、ＨＶＤＣバス２０からＨＶＤＣ電力を受け取る。
【００３３】
電力供給システム１０は、図１に示す部分において、調整変圧整流ユニット（regulated transformer rectifier unit：ＲＴＲＵ）３２をさらに含み、この調整変圧整流ユニットの入力端子は、電気配線によってＡＣバス１６に接触器２ｃを介して接続されている。また、当該システムは、調整変圧整流ユニット３２から調整済のＡＣ電力を受け取る低圧直流（ＬＶＤＣ）バス３４も含む。加えて、推進用途以外の他のＡＣ負荷３８は、それぞれに対応する接触器２ｄと電気配線を介して、ＡＣバス１６からＡＣ電力を受け取る。
【００３４】
電力供給システム１０は、図１に示す部分において、アクティブ電圧コントローラ２２をさらに含み、当該アクティブ電圧コントローラは、ＨＶＤＣバッテリ１８の状態を表すセンサデータ６を（無線又は有線で）受け取り、次いで、ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを表す制御信号８を（無線又は有線で）アクティブ整流ユニット４０に送る。これを受けて、アクティブ整流ユニット４０は、ＨＶＤＣバス基準電圧に一致させるようにＨＶＤＣバス２０の電圧を制御する。ＨＶＤＣバス電圧がＨＶＤＣバッテリ１８の電圧（以降、「バッテリ電圧」）より高ければ、ＨＶＤＣバッテリ１８を充電する。このときの充電速度は、ＨＶＤＣバス基準電圧とバッテリ電圧との差分の大きさに比例する。逆に、ＨＶＤＣバス電圧の方がＨＶＤＣバッテリ１８の電圧より低ければ、ＨＶＤＣバッテリ１８を放電させる。このときの放電速度は、ＨＶＤＣバス基準電圧とバッテリ電圧との差分の大きさに比例する。よって、アクティブ電圧コントローラ２２は、アクティブ整流ユニット４０に供給されるＨＶＤＣバス基準電圧を調整することで、実質的にＨＶＤＣバッテリ１８の充電速度又は放電速度を制御することができる。
【００３５】
一実施形態によれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、ＦＰＭＣ１２から様々なミッション要求（いくつかについて後述する）を受け取るように構成されている。本明細書において用いる「ミッション要求（mission request）」なる用語は、（図１の破線矢印４で示すように）ＦＰＭＣ１２からアクティブ電圧コントローラ２２に（無線又は有線で）送信された制御信号により伝達される情報を意味し、この情報は、アクティブ整流ユニット４０が実行すべきＨＶＤＣバス電圧の変化量を示している。
【００３６】
いくつかの実施形態によれば、発電機１４は、巻線形ロータ発電機（wound rotor generator）であって、発電機制御ユニット（図１には示していない）によって制御される。巻線形ロータ発電機の電圧の大きさは、発電機制御ユニットがロータ巻線を励磁する磁界を変化させることで制御される。ＡＣバス電圧の周波数は制御できない。このため、各ＡＣ負荷のフロントエンド（front end）には、ＡＣバス電力の変化を調整するためのモータコントローラ又は電力変換器が設けられている。ＡＣバス電力をＨＶＤＣバスに変換する電力変換器がアクティブ整流ユニット４０である。アクティブ整流ユニット４０は、ＨＶＤＣバス電圧を独立して制御する。ＨＶＤＣバッテリ１８は、ＨＶＤＣバス２０に直接に接続されているので、アクティブ電圧コントローラ２２を設けることで、バッテリ充電速度又は放電速度を制御し、また、他の高レベル制御技術については、ハイブリッド電動航空機におけるエネルギー使用を最適することができる。
【００３７】
他の実施形態によれば、発電機１４は、永久磁石発電機（図１には示していない）である。永久磁石発電機は、コイルによってではなく、永久磁石を回転させることによって励磁場を形成する。永久磁石発電機の電圧は、原動機の速度、及び、発電負荷（generator loading）に依存して変化するものであって、制御することはできない。つまり、ＡＣバス電圧は、周波数と大きさが可変の電圧である。このため、発電機制御ユニットを備える巻線形ロータ発電機の場合と同様に、ＡＣ負荷のフロントエンドにも、モータコントローラ又は電力変換器を設ける必要がある。同様に、バッテリの充放電速度を制御する必要があるため、ＡＣバス電力をＨＶＤＣバス電力に変換する電力変換器においてもアクティブ電圧制御が行われる。加えて、ＨＶＤＣバスのアクティブ電圧コントローラによって、エネルギーの最適化制御が可能になるという副次的な効果が得られる。［本明細書において用いる「ＨＶＤＣバスのアクティブ電圧コントローラ」なる表現は、アクティブ電圧コントローラ２２とアクティブ整流ユニット４０との組み合わせを意味する。］
【００３８】
アクティブ整流ユニット４０は、ＰＷＭ制御を用いてＨＶＤＣバス電圧を制御するように構成された固体電力変換器である。アクティブ整流器には、昇圧型、降圧型、Ｖｉｅｎｎａ整流器のほか、多くのトポロジーがある。アクティブ整流ユニット４０自体は、アクティブ電圧コントローラ２２によって制御されて、ＨＶＤＣバッテリ１８の充放電速度を制御し、また、ハイブリッド電動航空機のエネルギー使用を最適化することができる。
【００３９】
図２は、図１に示した構成に含まれる固体アクティブ整流ユニット４０のコンポーネントのいくつかを示すブロック図である。一実施形態によれば、アクティブ整流ユニット４０は、アクティブ整流コントローラ５２によって制御されるアクティブ整流器４６を含む。アクティブ整流ユニット４０は、さらに、アクティブ整流器４６と発電機１４との間に電磁干渉（ＥＭＩ）及び高調波フィルタ４４（以降、「ＥＭＩ・高調波フィルタ４４」）を含み、また、アクティブ整流器４６とＨＶＤＣバス２０（図２には示していない）との間にフィルタ４８を含む。加えて、アクティブ整流ユニット４０は、発電機１４とＥＭＩ・高調波フィルタ４４との間に電圧・電流検出回路４２を含み、また、フィルタ４８とＨＶＤＣバス２０との間に電圧・電流検出回路５０を含む。
【００４０】
アクティブ整流コントローラ５２は、アクティブ整流器４６に含まれるスイッチの状態を制御する制御アルゴリズムを実行するように構成されている。アクティブ整流ユニット４０に対して用いられる典型的な制御アルゴリズムとしては、ＡＣバス電力の品質要求に適合させるための力率補正（ＰＦＣ）制御、並びに、ＨＶＤＣバスの電圧調整、電流制限、及び、故障時保護のためのＨＶＤＣバス制御がある。電圧・電流検出回路４２は、アクティブ整流器４６のＡＣ側で電圧Ｖac及び電流Ｉacを検出する。電圧・電流検出回路４２の出力は、アクティブ整流コントローラ５２が受け取って、ＰＦＣ制御を実行するため使用される。電圧・電流検出回路５０は、アクティブ整流器４６のＤＣ側で電圧Ｖdc及び電流Ｉdcを検出し、その結果は、アクティブ整流コントローラ５２が受け取って、ＨＶＤＣバスの電圧調整、電流制限、及び、故障時保護を実行するために用いられる。電力の品質要件を満たすためには、アクティブ整流器４６のＡＣ側とＨＶＤＣ側のそれぞれに、ＥＭＩ・高調波フィルタ４４及び４８（例えば、インダクタとコンデンサとを備える低域フィルタ）を設ける必要がある。アクティブ整流器４６は、電圧のＤＣ成分を低減するようＰＷＭを用いて制御されるスイッチネットワークで構成される。
【００４１】
パルス幅変調は、電気機器に供給する電力を制御するために利用可能な変調方式である。供給源と負荷との間に設けられたスイッチのオン・オフを高速に切り替えることで、負荷に供給される電圧（及び電流）の平均値を制御することができる。スイッチがオンにされている期間が、オフにされている期間に比べて長いほど、負荷に供給される総電力が大きくなる。「デューティサイクル」なる用語は、定間隔すなわち「周期」の長さに対するオン時間の割合を表している。デューティサイクルが小さければ、多くの時間において電力がオフであるので、供給される電力も小さくなる。ＰＷＭの主要な利点は、スイッチング機器における電力損失がかなり低いことである。スイッチがオフのときは、電流は実質的にゼロであり、スイッチがオンのときに、電力が負荷に供給され、スイッチの両端における電圧降下はほとんどない。電圧損失は、電圧と電流の積であり、よって、どちらの場合でも、電力損失はゼロに近い。
【００４２】
本明細書に記載の実施形態によれば、図２に示す典型的なアクティブ整流器に加えて、外側フィードバックループをさらに設けてＨＶＤＣバッテリの充放電速度の制御を行う構成でもよい。制御ループの追加により、電源であるバッテリと発電機との間の電力フロー制御が可能になる。電力のフロー管理を利用することで、バッテリＳＯＣ、発電機駆動用の炭化水素燃料の残量、フライト状況、航空機ミッションなどの様々な条件に基づいて、電力の利用効率を最適化することが可能である。図３に、バッテリの充放電速度の制御と電力のフロー制御とを可能にするアクティブ電圧コントローラ２２の制御図の一例を示す。アクティブ電圧コントローラ２２は、アクティブ整流ユニット４０にＨＶＤＣバス基準電圧を出力する。この基準電圧は、バッテリ電圧よりも高い場合もあるし、低い場合もある。アクティブ電圧コントローラ２２は、新たなＨＶＤＣバス基準電圧（減少させる必要がある場合も、増加させる必要が場合もある）を算出し、この新たなＨＶＤＣバス基準電圧をアクティブ整流ユニット４０に送信する。より具体的には、アクティブ電圧コントローラ２２は、バッテリ電流（以降、「測定バッテリ電流」とする）を測定する電流センサを含む。次いで、アクティブ電圧コントローラ２２は、測定バッテリ電流の関数であるＨＶＤＣバス基準電圧を設定して、アクティブ整流ユニット４０に送出することで、ＨＶＤＣバス電圧を制御する。
【００４３】
図３は、提案の一態様によるアクティブ電圧コントローラ２２が実行する制御アルゴリズム１００のステップを示すフローチャートである。アクティブ電圧コントローラ２２は、図３に示す「ＨＶＤＣバス電圧を増加させる」のブロック（ステップ１０６）及び「ＨＶＤＣバス電圧を減少させる」のブロック（ステップ１１０）において、ＨＶＤＣバス基準電圧を決定する。アクティブ整流ユニット４０によるステップ１０６及びステップ１１０の実行結果が、新たなＨＶＤＣバス基準電圧として用いられる。
【００４４】
先ず、アクティブ電圧コントローラ２２は、ＨＶＤＣバッテリ電流を測定する（ステップ１０２）。次いで、アクティブ電圧コントローラ２２は、バッテリ電流が最大放電速度を超えているか否かを判定する（ステップ１０４）。ステップ１０４において、最大放電速度を超える速度でバッテリ電流が放電されていると判定されれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、ＨＶＤＣバス基準電圧を増加させ、新たなＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを表す制御信号をアクティブ整流ユニット４０に送信することで、その値を通知する。アクティブ整流ユニット４０は、この制御信号に応答して、ＨＶＤＣバス電圧を増加させ（ステップ１０６）、これにより、バッテリ放電速度を下げる。ステップ１０４において、バッテリ電流が最大放電速度を超えていないと判定されれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、バッテリに供給されている電流が、最大充電速度を超えているか否かを判定する（ステップ１０８）。ステップ１０８において、最大充電速度を超える速度でバッテリ電流が充電されていると判定されれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、ＨＶＤＣバス基準電圧を減少させ、新たなＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを表す制御信号をアクティブ整流ユニット４０に送信することで、その値を通知する。アクティブ整流ユニット４０は、この制御信号に応答して、ＨＶＤＣバス電圧を減少させ（ステップ１１０）、これにより、バッテリ充電速度を下げる。ステップ１０８において、バッテリに供給されている電流が最大充電速度を超えていないと判定されれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、バッテリ充電状態（ＳＯＣ）が、最小ＳＯＣ残量（minimum SOC reserve）を下回っているか否かを判定する（ステップ１１２）。
【００４５】
充電状態（ＳＯＣ）は、バッテリ給電型の電動輸送体におけるバッテリパックについての燃料計のようなものである。ＳＯＣは、パーセント単位（０％＝空、１００％＝満）で表される。通常、ＳＯＣを直接測定することはできないが、変数を直接測定することで推定することは可能である。例えば、アクティブ電圧コントローラ２２は、バッテリ電流を時間で積分することで、ＳＯＣを算出するように構成されている。
【００４６】
ステップ１１２において、バッテリＳＯＣが最小ＳＯＣ残量を下回っていないと判定されれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、バッテリから引き出す電力の増加を求めるミッション要求が受信されたか否かを判定する（ステップ１１４）。ステップ１１４において、バッテリから引き出す電力の増加を求めるミッション要求は受信されていないと判定されれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、ステップ１０２に戻る。ステップ１１４において、バッテリから引き出す電力の増加を求めるミッション要求が受信されたと判定されれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、ＨＶＤＣバス基準電圧を減少させ、新たなＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを表す制御信号をアクティブ整流ユニット４０に送信することで、その値を通知する。アクティブ整流ユニット４０は、この制御信号に応答して、ＨＶＤＣバス電圧を減少させ（ステップ１１６）、これにより、バッテリ放電速度を上げる。その後、アクティブ電圧コントローラ２２は、ステップ１０２に戻る。
【００４７】
ステップ１１２において、バッテリＳＯＣが最小ＳＯＣ残量を下回っていると判定されれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、燃料残量が最小燃料残量（minimum fuel reserve）を下回っているか否かを判定する（ステップ１１８）。ステップ１１８において、燃料残量が最小燃料残量を下回っていると判定されれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、降下の開始を促すメッセージを操縦士に送る（ステップ１２０）。ステップ１１８において、燃料残量が最小燃料残量を下回っていないと判定されれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、ステップ１２２及びステップ１２６を実行する。
【００４８】
ステップ１２２において、アクティブ電圧コントローラ２２は、発電機から引き出す電力の増加を求めるミッション要求が受信されたか否かを判定する。ステップ１２２において、発電機から引き出す電力の増加を求めるミッション要求は受信されていないと判定されれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、ステップ１０２に戻る。ステップ１２２において、発電機から引き出す電力の増加を求めるミッション要求が受信されたと判定されれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、ＨＶＤＣバス基準電圧を増加させ、新たなＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを表す制御信号をアクティブ整流ユニット４０に送信することで、その値を通知する。アクティブ整流ユニット４０は、この制御信号に応答して、ＨＶＤＣバス電圧を増加させ（ステップ１２４）、これにより、バッテリ放電速度を下げる。（本明細書において用いる「減少させる」及び「下げる」なる用語は、相互に交換可能な同義の用語である。）その後、アクティブ電圧コントローラ２２は、ステップ１０２に戻る。
【００４９】
ステップ１２６において、アクティブ電圧コントローラ２２は、バッテリの充電を求めるミッション要求が受信されたか否かを判定する。ステップ１２６において、バッテリの充電を求めるミッション要求は受信されていないと判定されれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、ステップ１０２に戻る。ステップ１２６において、バッテリの充電を求めるミッション要求が受信されたと判定されれば、アクティブ電圧コントローラ２２は、ＨＶＤＣバス基準電圧を増加させ、新たなＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを表す制御信号をアクティブ整流ユニット４０に送信することで、その値を通知する。アクティブ整流ユニット４０は、この制御信号に応答して、バッテリ電圧を上回るレベルまでＨＶＤＣバス電圧を増加させ（ステップ１２８）、これにより、先ずバッテリ放電速度を下げ、次いで、バッテリの充電速度を上げる。その後、アクティブ電圧コントローラ２２は、ステップ１０２に戻る。
【００５０】
アクティブ電圧コントローラ２２は、航空機フライト電力管理コントローラ１２（以降、「ＦＰＭＣ１２」）からのコマンドも受け取る。ＦＰＭＣ１２は、アクティブ電圧コントローラ２２に対して、ＨＶＤＣバッテリ１８又は発電機１４から引き出す電力を増やすように命令するか、ＨＶＤＣバッテリ１８を充電するように命令するよう（例えば、ソフトウェアによって）構成されたコンピュータである。ＦＰＭＣ１２は、アクティブ電圧コントローラ２２から、例えば、現在のバッテリＳＯＣ及び現在の充放電速度などのＨＶＤＣバッテリ１８の状態に関する情報も受け取る。ＦＰＭＣ１２は、ミッションプロファイル、航空機状態、フライト状況などに基づいて、システムの電力フロー管理に関する決定を行うように構成されている。
【００５１】
航空機ミッションは、フライトごとに異なる。フライトには、飛行距離が比較的短いものも、長いものもある。航空機の重量も、フライトごとに異なり、このような重量の違いは、航空機の航続距離に影響する。フライトの距離が極端に短い場合、及び／又は、負荷が極端に小さい場合には、バッテリ電力をより多く使用して、燃料消費を少なくすることが望ましい。航空機に搭載されたバッテリは、通常、地上で充電可能である。逆に、フライトの距離が長く、且つ、負荷が大きい場合には、炭化水素燃料をより多く使用して、バッテリは、いくつかのフライト状況において補助的に用いる。航空機の降下の際に、電気推進モータを用いて航空機を減速させれば、その結果発生する回生電力によってバッテリを充電することが可能である。ＦＰＭＣ１２は、ハイブリッド電動航空機において電力フロー管理を行って、全体のエネルギー使用を最適化し、また、特定のミッションにおける燃料消費を低減する機能を有する。
【００５２】
図４は、提案の一態様によるＦＰＭＣ１２が実行する制御アルゴリズム１４０のステップを示すフローチャートである。ＦＰＭＣ１２は、航空機が地上にあるか否か判定する（ステップ１４２）。ステップ１４２で航空機が地上にあると判定されると、ＦＰＭＣ１２は、バッテリが放電状態であるか否か判定する（ステップ１４４）。一方、ステップ１４２で航空機が地上にはないと判定されると、ＦＰＭＣ１２は、航空機が現在どのフライト状況にあるかを特定する（ステップ１６２）。
【００５３】
ステップ１４２の判定結果にかかわらず、ＦＰＭＣ１２は、ステップ１５４において、乗組員によるミッションプロファイルの入力の有無を判定する。ステップ１５４において、乗組員によるミッションプロファイルの入力が無いと判定されると、ＦＰＭＣ１２は、デフォルトのバッテリ使用プロファイルをロードする（ステップ１５６）。デフォルトのバッテリ使用プロファイルは、典型的な航空機ミッション（短距離ミッション又は長距離ミッション）、航空機重量、搭乗人数及び搭載貨物量、及び、燃料消費量削減に関する最適化などにより設定することができる。一方、ステップ１５４において、乗組員によりミッションプロファイルが入力されたと判定されると、ＦＰＭＣ１２は、ＳＯＣ及び燃料レベルを特定する（ステップ１５８）。次いで、ＦＰＭＣ１２は、所与のミッションについての最適燃料使用バッテリプロファイル（optimum fuel usage battery profile）をロードする（ステップ１６０）。
【００５４】
最適燃料使用バッテリプロファイルは、従来の燃料消費を最小限にし、バッテリを最大限使用するようなバッテリ使用を達成するように設定されている。最適燃料使用バッテリプロファイルに従えば、バッテリＳＯＣ、バッテリの電気エネルギー残量、航空機重量、及び、航空機ミッションに基づいて、フライトサイクル全体を通じて、バッテリ電力を最大限使用することで、燃料消費を最小限に抑えるよう設定されている。加えて、最適燃料使用バッテリプロファイルに従えば、フライトサイクルの終了時にバッテリが過放電になるような状態が回避されるとともに、フライト中にバッテリの放電速度が最大許容放電速度を超えることが防止される。デフォルトのバッテリ使用プロファイルは、最適燃料使用バッテリプロファイルとは異なる可能性がある。例えば、デフォルトのバッテリ使用プロファイルは、燃料消費の観点からは必ずしも最適であるとは限らないが、速度又は他のミッションパラメータの観点では最適であることが考えられる。
【００５５】
上述のように、ステップ１４４は、航空機が地上にあるとＦＰＭＣ１２が判定した場合に、続いて実行される。ステップ１４４で、バッテリが放電状態でないと判定されると、ＦＰＭＣ１２は、ステップ１４２に戻る。一方、ステップ１４４で、バッテリが放電状態であると判定されると、ＦＰＭＣ１２は、複数の電源（例えば、外部電源、補助電源ユニット、又は、エンジン出力）のうちのいずれかが使用可能であるか否かを判定する（ステップ１４６）。ステップ１４６で、電源が使用可能でないと判定されると、ＦＰＭＣ１２は、ステップ１４２に戻る。一方、ステップ１４６において、いずれかの電源が使用可能であると判定されると、ＦＰＭＣ１２は、ＨＶＤＣバッテリ１８の充電に使用可能な電力量を特定する（ステップ１４８）。バッテリの充電に使用可能な電力量を特定した後、ＦＰＭＣ１２は、バッテリの充電電流を設定し（ステップ１５０）、次いで、設定したバッテリ充電電流を用いてバッテリを充電するようアクティブ電圧コントローラ２２に命令する（ステップ１５２）。
【００５６】
上述のように、ステップ１６２は、航空機が地上にないとＦＰＭＣ１２が判定した場合に、続いて実行される。航空機のフライト状況の特定に続き、ＦＰＭＣ１２は、バッテリＳＯＣ及び燃料レベルを特定する（ステップ１６４）。次に、ＦＰＭＣ１２は、フライト状況、バッテリＳＯＣ、及び、燃料レベルに基づいて、バッテリ使用プロファイルを調整する（ステップ１６６）。バッテリ使用プロファイルの調整後、ＦＰＭＣ１２は、調整後のバッテリ使用プロファイルに従って、バッテリの放電電流又は充電電流を設定し（ステップ１６８）、次いで、設定したバッテリ放電電流又は充電電流を用いて、バッテリの放電又は充電を行うようにアクティブ電圧コントローラ２２に命令する（ステップ１７０）。
【００５７】
ハイブリッド電動航空機の推進用モータに電力をバッテリ及び／又は発電機から供給するバスの電圧をアクティブに制御するためのシステム及び方法について、様々な実施形態を用いて説明したが、当業者であれば、本開示の教示の範囲を逸脱することなく、これら実施形態に様々な変更が可能であること、また、これら実施形態の要素をその均等物で置き換え可能であることは理解されよう。加えて、本開示の教示を特定の状況に適合させるための多くの変形が可能であり、これらも本開示の範囲を逸脱するものではない。したがって、本開示の請求の範囲は、本明細書に記載された特定の実施形態に限定されるものではない。
【００５８】
先に開示した実施形態では、１つ以上のコンピュータシステムが用いられている。請求の範囲に用いられている「コンピュータシステム」なる用語は、単一の処理装置又はコンピュータ装置を含むものでもよいし、有線又は無線の接続を介して通信する複数の処理装置又はコンピュータ装置を含むものでもよい。そのような処理装置又はコンピュータ装置は、通常、以下のうちの１つ以上を含む。即ち、プロセッサ、コントローラ、中央処理装置、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータプロセッサ、特定用途向け集積回路、プログラマブル論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、デジタル信号プロセッサ、及び／又は、本明細書に記載の機能を実行可能な任意の回路又は処理装置のうちの１つ以上を含む。上述の例は、あくまでも説明のためのものであって、「コンピュータシステム」なる用語の定義及び／又は意味を限定するものではない。
【００５９】
本明細書に記載の方法は、非一時的な有形コンピュータ可読記憶媒体に実行可能形式の命令としてコード化することができ、そのような記憶媒体には、限定するものではないが、記憶装置及び／又はメモリ装置が含まれる。また、そのような命令は、処理システム又はコンピュータシステムによって実行されると、当該システム装置に、本明細に記載の方法の少なくとも一部を実行させる。
【００６０】
以下に、プロセスについての請求項が記載されているが、請求項の文言において、これらの請求項のステップのすべて又は一部について特定の実行順序を示す条件の記載や示唆が含まれていなければ、当該請求項に記載されたステップをアルファベット順（請求項にアルファベットが付されている場合、これらは、単に先に記載したステップを参照する目的のみに使用される）に実行したり、記載順に実行することを要件とするものではない。また、プロセスについての請求項は、そのような解釈を排除する条件を明示的に記載する文言が請求項に記載されていない限り、２つ以上のステップのいずれかの部分が同時に実行されたり、あるいは、交互に実行されたりすることを排除するものではない。
【００６１】
添付の請求の範囲に記載されている「スイッチング手段」なる用語に対応する構造には、接点、継電器（継電器）、及び、その均等物である構造が含まれる。
【００６２】
以下の付記は、本発明の別の態様を説明する。
【００６３】
Ａ１．ＨＶＤＣ電源、及び、ＡＣ電源に接続されたアクティブ整流ユニットの一方又は両方からＤＣ電力を受け取るように接続されたＨＶＤＣバスを介して、ＨＶＤＣ負荷にＨＶＤＣ電力を供給する方法であって、
ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを表す制御信号をアクティブ電圧コントローラにおいて生成することと、
前記ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさに基づいて前記アクティブ整流ユニットを制御して、前記ＨＶＤＣバスのＨＶＤＣバス電圧を調整することと、を含む方法。
【００６４】
Ａ２．前記ＡＣ電源と前記ＨＶＤＣ電源は、それぞれ航空機に搭載された発電機とバッテリであり、
当該方法は、前記航空機に搭載されたフライト電力管理コントローラから前記アクティブ電圧コントローラに電力フロー管理コマンドを送出して、前記バッテリの電圧に対する前記ＨＶＤＣバス基準電圧の大きさを調整することで、特定の航空機ミッション中の全体のエネルギー使用を最適化するとともに、燃料消費を低減することをさらに含む、付記Ａ１に記載の方法。
【図１】
2020182372.tif 000003
【図２】
2020182372.tif 000004
【図３】
2020182372.tif 000005
【図４】
2020182372.tif 000006
【外国語明細書】
2020182372000001.pdf
2020182372000002.pdf
2020182372000003.pdf
2020182372000004.pdf