具有改进的结构、可操作性、耐久性和维护性的电池驱动的地面供电单元的制作方法

具有改进的结构、可操作性、耐久性和维护性的电池驱动的地面供电单元
1.本发明涉及用于向停在地面上的飞机供应电流的系统，该系统包括电池飞机地面供电单元(gpu)。在瑞士aradex ag的相关技术“referenzbericht:egpu energieversorgung von flugzeugen[参考报告：飞机的egpu能源供应]”中，提出了一种电池驱动的地面供电单元。
[0002]
发明人希望改进这种电池驱动的gpu的结构、可操作性、耐久性和维护性。因此，本发明的目的是提供一种具有改进的结构、可操作性、耐久性和/或维护性的gpu。
[0003]
在本技术中，术语电池gpu总体涉及包括一个或多个电池的gpu。另外，它可以是混合式gpu，另外包含内燃机和发电机。
[0004]
通过一种用于向停在地面上的飞机供应电流的系统来实现提高电池gpu的可操作性的目的，该系统包括用于向停在地面上的飞机供应电流的电池gpu，该电池gpu优选为根据本文所述的电池gpu的实施例中的任意一个实施例的电池gpu，该电池gpu包括一个或多个电池以及逆变器，该逆变器用于将该一个或多个电池的输出电流转换为该逆变器的交流输出电流以供应给该飞机，其中，该电池gpu包括交流输入端口，其中，该电池gpu被配置为经由该交流输入端口连接到辅助gpu的交流输出连接器，以便经由该交流输入端口将该辅助gpu的交流输出电流引导到该飞机。
[0005]
本发明还通过一种对用于向停在地面上的飞机供应电流的系统进行操作的方法来实现，优选地该系统为根据本发明的系统，该系统包括电池gpu，用于通过使用一个或多个电池、优选地使用根据本文所述的gpu操作方法中的任一种的gpu操作方法向停在地面上的飞机供应电流，优选地该电池gpu为根据本文所述的电池gpu实施例中的任意一个实施例的电池gpu，并且该系统进一步包括用于向停在地面上的飞机供应电流的辅助gpu，其中，该方法包括以下步骤：
[0006]
‑
将辅助gpu的交流输出连接器连接到电池gpu的交流输入端口，并且经由交流输入端口将辅助gpu的交流输出电流引导到飞机。
[0007]
因此，通过将飞机的电力供应从电池gpu的一个或多个电池切换到辅助gpu的相应电源(例如电池或发电机)，可以延长电池gpu的连续使用的时长。
[0008]
在根据本发明的另一优选系统中，交流输入端口包括飞机插座，被配置为连接到适于连接到飞机的飞机输出连接器。
[0009]
由此，多个gpu可以利用现有的gpu飞机输出连接器彼此连接。常规(例如柴油)gpu可以容易地用作辅助gpu。
[0010]
飞机插座是整合在飞机机身中的插座，gpu的飞机输出连接器连接到该插座以给飞机供电。它是标准化的(6极，400hz)并且是本领域技术人员已知的。
[0011]
飞机插座优选地嵌入在gpu的壳体中。可替换地，gpu的输出电缆通过y型电缆配置而使得飞机插座具有相应的特征。
[0012]
在根据本发明的另一优选系统中，电池gpu包括y形转接器，该y形转接器具有各自包括飞机插座的两个交流输入端口并且具有飞机输出连接器，其中，电池gpu的飞机输出连
接器连接到两个交流输入端口中的一个交流输入端口。优选地，y形转接器包括针对每个要被切换的相(例如4相)的输入耦接开关。
[0013]
因此，电池gpu可以容易地配备有交流输入端口。
[0014]
在根据本发明的另一优选系统中，该系统被配置为使下列各项彼此同步：
[0015]
‑
电池gpu的逆变器的交流输出电流，优选地是该输出的相位角和/或频率和/或幅度，以及
[0016]
‑
辅助gpu的交流输出电流，优选地是该输出的相位角和/或频率和/或幅度。
[0017]
由此，可以准备gpu之间的电力输送的顺畅切换。优选地，使相位角以及频率和幅度同步。然而，在实践中对顺畅转换具有最高影响的参数可能是相位角，因为幅度和频率可以由每个gpu控制到足够精确的程度，而两个gpu的电流之间的相位角一开始是不相关的。因此，仅同步输出电流的相位角可能已经足够用于顺畅切换。
[0018]
在根据本发明的另一优选系统中，该系统(优选为电池gpu)包括输入耦接开关，并且其中，该系统(优选为电池gpu)被配置为：
[0019]
‑
检测辅助gpu的交流输出电流的参数(例如相位角或频率或幅度——优选为相位角)，并且
[0020]
‑
如果检测到的参数与电池gpu的逆变器的交流输出电流的相应参数之间的差小于或等于预定阈值，则闭合输入耦接开关。
[0021]
由此，实现了gpu之间的电力输送的顺畅切换。检测步骤可以作为同步的一部分来执行。
[0022]
在根据本发明的另一优选系统中，该系统(优选为电池gpu)被配置为：将电池gpu的逆变器的交流输出电流的参数(例如相位角或频率或幅度——优选为相位角)移位；和/或例如经由到辅助gpu的控制器或逆变器的通信信道来将辅助gpu的交流输出电流的参数(例如相位角或频率或幅度——优选为相位角)移位。
[0023]
因此，可以通过主动地将gpu的输出电流的一个或多个参数移位来加速这些输出电流的同步。
[0024]
在根据本发明的另一优选系统中，该系统(优选为电池gpu)包括输出解耦开关，并且其中，该系统(优选为电池gpu)被配置为：
[0025]
‑
如果输入耦接开关已经切换到闭合状态，则断开输出解耦开关。
[0026]
因此，断开或停用电池gpu的逆变器，由此实现正确的电力输送，从而避免从电池gpu和辅助gpu汲取不平衡电力。优选地，在输入耦接开关已经切换到闭合状态之后的几秒或几毫秒内切换输出解耦开关。优选地，解耦开关可以是逆变器的开关之一，用于停用逆变器。
[0027]
在根据本发明的另一优选系统中，该系统进一步包括辅助gpu，其中，电池gpu和辅助gpu经由电池gpu的交流输入端口和辅助gpu的交流输出连接器彼此连接。
[0028]
在根据本发明的另一优选系统中，为了将一个或多个电池的输出电流转换为逆变器的交流输出电流，一个或多个电池连接到逆变器的输入端口，并且该系统被配置为经由逆变器的输入端口将辅助地面供电单元的交流输出电流从交流输入端口引导到飞机，其中，该系统包括输入转换器，该输入转换器被配置为在交流输入端口处将辅助地面供电单元的交流输出电流转换为直流电流并将该直流电流输出到逆变器的输入端口。
[0029]
因此，可以将辅助gpu的电力馈送到电池gpu的dc总线。该拓扑的优点在于，可以在没有同步或定时切换辅助gpu的情况下实现无间断电力转换；然而，它要求将输入转换器作为附加部件。可以在任何时间启动辅助gpu，因为在电池中的dc电压低于输入转换器的输出电压时，辅助gpu会首先接管电力。因此，辅助gpu仅在被连接并且电池电压低于整流器电压时才接管负载。附加地，如果辅助gpu出现故障并停止向逆变器输送电力，则电池将再次接管负载。优选地，输入转换器被配置为提供约为最大电池电荷量的15％至25％、更优选地20％，和/或约为325v dc的经转换输出电压。
[0030]
在根据本发明的另一优选系统中，该输入转换器包括下列各项中的一个或多个：变压器、整流器、滤波器、滤波二极管、扼流圈。变压器、整流器的配置可以为任何类型，只要所产生的纹波电压低于某一预定水平即可。
[0031]
在根据本发明的关于系统操作的另一优选方法中，该方法进一步包括以下步骤a)至c)中的一个或多个：
[0032]
a)优选地通过将电池gpu的逆变器的交流输出电流的参数(例如相位角、频率、幅度)移位；和/或例如经由到辅助gpu的控制器的通信信道，通过将辅助gpu的交流输出电流的参数(例如相位角、频率、幅度)移位来使下列各项彼此同步：
[0033]
‑
电池gpu的逆变器的交流输出电流，优选地是该输出电流的相位角和/或频率和/或幅度，以及
[0034]
‑
辅助gpu的交流输出电流，优选地是该输出电流的相位角和/或频率和/或幅度；
[0035]
b)检测辅助gpu的交流输出电流的参数(例如相位角、频率、幅度)，并且如果检测到的参数与电池gpu的逆变器的交流输出电流的相应参数之间的差小于或等于预定阈值，则闭合输入耦接开关；以及优选地，
[0036]
c)如果输入耦接开关已经切换到闭合状态，则断开输出解耦开关。
[0037]
优选地，电池gpu被配置为执行相位角/频率/幅度检测、同步、移位和相应开关的切换；并且相应的硬件优选地在电池gpu中实施。这样，辅助gpu可以是常规的gpu，而无需为此目的而进一步动脑筋。然而，本发明的范围还涵盖一些解决方案，在这些解决方案中，此类任务(全部或仅部分地)由辅助gpu执行或在辅助gpu与电池gpu之间共享。辅助gpu和电池gpu因此可以经由通信信道进行通信，以便允许期望的操作。
[0038]
在根据本发明的关于系统操作的另一优选方法中，辅助地面供电单元的交流输出电流是经由逆变器的输入端口从交流输入端口被引导到飞机。因此，在没有特定同步的情况下，自动基于电力需求可以更容易地启用/停用从辅助gpu的电力转换。优选地，由此，辅助地面供电单元的交流输出电流通过电池gpu的输入转换器被转换为dc电流。
[0039]
此外，通过y形转接器来实现提高电池gpu的可操作性的目的，y形转接器具有各自包括飞机插座的两个交流输入端口并且具有飞机输出连接器。
[0040]
因此，电池gpu可以容易地配备有交流输入端口。
[0041]
根据本发明的系统优选地包括机场电池gpu(优选地通过轮子移动)的第一实施例，用于向停在地面上的飞机供应电流，该gpu包括：
[0042]
‑
第一电池，
[0043]
‑
逆变器，用于将电池的输出电流转换为逆变器的交流输出电流以供应给飞机，
[0044]
‑
一个或多个第一电子开关，用于将第一电池与逆变器连接和断开，其中，该一个
或多个第一开关串联连接到第一电池，并且其中，串联连接的第一电池和一个或多个第一开关一起连接到逆变器，
[0045]
‑
第一控制器单元，用于控制一个或多个第一开关中的至少一个、优选控制全部的第一开关，
[0046]
‑
第二电池，以及
[0047]
‑
一个或多个第二电子开关，用于将第二电池与逆变器连接和断开，其中，该一个或多个第二开关串联连接到该第二电池，并且其中，串联连接的第二电池和一个或多个第二开关一起连接到逆变器，以使它们与串联连接的第一电池和一个或多个第一开关并联，其中，一个或多个第二开关中的至少一个、优选全部的第二开关由第一数字控制器单元或第二数字控制器单元控制，其中，
[0048]
除了一个或多个第一开关串联连接到第一电池之外，第一二极管也串联连接，从而允许电流从第一电池流到逆变器并且阻止或限制电流从逆变器或第二电池流到第一电池；并且其中，除了一个或多个第二开关串联连接到第二电池之外，第二二极管也串联连接，从而允许电流从第二电池流到逆变器并且阻止或限制电流从逆变器或第一电池流到第二电池。
[0049]
根据本发明的操作系统的方法优选地包括操作gpu的第一方法，以向停在地面上的飞机供应电流，该gpu包括以下步骤：
[0050]
‑
通过第一数字控制器单元切换一个或多个第一电子开关，用于将gpu的第一电池与gpu的逆变器连接和断开，
[0051]
‑
将第一电池的输出电流转换为逆变器的交流输出电流，
[0052]
‑
通过第一控制器单元或第二控制器单元切换一个或多个第二电子开关，用于将gpu的第二电池与逆变器连接和断开，
[0053]
‑
通过gpu的第一二极管允许电流从第一电池流到逆变器并且阻止或限制电流从逆变器或第二电池流到第一电池，
[0054]
‑
通过gpu的第二二极管允许电流从第二电池流到逆变器并且阻止或限制电流从逆变器或第一电池流到第二电池，
[0055]
‑
将第二电池的输出电流转换为逆变器的交流输出电流。
[0056]
由此，改进了电池gpu的结构、操作性、耐久性和维护性。例如，如果一个电池出于某种原因在负载期间断开，则剩余的电池(或多个电池，见下文)可以保持不受影响。如果需要，在飞机转弯期间，充满电的电池可以被保持作为备用连接到逆变器。二极管由此防止反向充电或防止以无限电流反向充电，反向充电或以无限电流反向充电将对电池有害和/或导致效率降低。
[0057]
优选地，以相同的方式，gpu包括具有一个或多个第三开关和第三二极管的第三电池、和/或具有一个或多个第四开关和第四二极管的第四电池、和/或具有并联连接到第一电池和第二电池以及相应开关的一个或多个其他开关和其他二极管的其他电池。以下描述的特征优选用于第一和第二电池方案，在多于两个电池的情况下，优选地也相应地适用于第三、第四或其他的电池方案。
[0058]
第一电池和第二电池优选地各自被配置为在通向飞机的gpu的输出端口处维持90kw。优选地，第一电池和第二电池以具有相同电气规格的相同方式构建。第一电池和/或
第二电池优选为电池组，每个电池组由多个电池单元构成。
[0059]
逆变器优选地被配置为输出400hz ac、优选为3
×
200vac(相位间)@400hz、优选为至少90kva。
[0060]
第一/第二二极管至少(被配置用于)例如通过迫使任何反向电流流过第一/第二旁路电阻器来限制电流从逆变器或从第二/第一电池流到第一/第二电池，该第一/第二旁路电阻器可以是典型的准线性电阻器或另一限流元件或限流元件电路。特别优选地，第一/第二二极管(被配置用于)完全限制电流从逆变器或从第二/第一电池流到第一/第二电池，例如实现为不存在与相应二极管并联的允许反向电流的分流路径。
[0061]
优选地，gpu不包括具有高于gpu的输出功率额定值的50％、优选30％的连续电功率输出的内燃机驱动的发电机组。
[0062]
优选地，第一开关和第一二极管中的一个或多个实现在一个元件中，例如晶体管(优选igbt)或晶闸管。对于第二开关和第二第一二极管，同样的情形是优选的。
[0063]
优选地，第一开关和第一二极管中的一个或多个由电子继电器(机电或固态)实现，除非继电器已经是单向的，则由单独的串联连接的二极管实现。对于第二开关和第二第一二极管，同样的情形是优选的。优选地，一个或多个第一开关中的至少一个和一个或多个第二开关中的至少一个实现为机电继电器。
[0064]
电池的输出电流可以直接或间接(例如通过滤波器或另一中间元件)被引导到逆变器。
[0065]
优选地，每个电池都具有专用于该电池的电池监视装置，并且gpu被配置为在电池监视装置指示相应电池发生故障的情况下通过断开第一开关或第二开关中的一者来断开任何电池。
[0066]
在根据本发明的系统的、优选地基于第一gpu实施例的另一优选第二gpu实施例中，地面供电的所有电池的总容量至少为80kwh。
[0067]
因此，电池能够存储足够的能量以仅通过电池存储的能量维持几次飞机转弯。
[0068]
在根据本发明的系统的、优选地基于前述gpu实施例中的任一实施例的另一优选第三gpu实施例中，该一个或多个第一开关中的至少一个和该一个或多个第二开关中的至少一个各自被配置为将相应电池的两极与逆变器断开。在根据本发明的另一优选系统操作方法中，该方法包括gpu操作方法、优选地基于本文所述的gpu操作方法中的第一或任一操作方法，相应电池的两极连接到逆变器且与逆变器断开。
[0069]
由此，提高了gpu的安全性。电池与其他电路的完全断开在紧急情况下可能是有利的。
[0070]
在根据本发明的系统的、优选地基于前述gpu实施例中的任一实施例的另一优选第四gpu实施例中，gpu包括被配置为对第一电池和第二电池充电的电池充电器。在根据本发明的另一优选系统操作方法中，该方法包括gpu操作方法、优选地基于本文所述的gpu操作方法中的第一或任一操作方法，第一电池和第二电池同时或轮流由同一充电器充电。
[0071]
优选地，gpu包括开关，优选为2极开关，
[0072]
a)用于将充电器与第一电池/第二电池连接和断开，
[0073]
b)或者用于将充电器与电源连接和断开，从而向充电器输入电力。
[0074]
特别优选地，在a)的情况下，该开关是一个或多个第一开关/第二开关之一。
[0075]
在根据本发明的系统的、优选地基于第一至第三gpu实施例中的任一实施例的另一优选第五gpu实施例中，gpu包括被配置为对第一电池充电的第一电池充电器和被配置为对第二电池充电的第二电池充电器。在根据本发明的另一优选系统操作方法中，该方法包括gpu操作方法、优选地基于本文的gpu操作方法中的第一或任一操作方法，第一电池由gpu的第一电池充电器充电，并且第二电池由gpu的第二电池充电器充电。
[0076]
由此，实现了快速和容易的充电。通过对每个电池包括一个充电器的gpu，可以从50/60hz电力干线对电池充电，并且此外，电池可以彼此独立地以快速方式充电。对于每个电池配备一个充电器提高了总电池容量的利用率，即，当某一电池的充电由于电池单元电压较高而需要“减慢”时，其余组的充电可以继续不受影响。
[0077]
优选地，第一控制器被配置为控制第一充电器，并且第二控制器被配置为控制第二充电器。优选地，充电器连接到gpu的一个相同或不同的连接器，用于将充电器连接到电网电力。
[0078]
优选地，gpu包括：
[0079]
a)开关(优选为2极的)，用于将第一充电器与第一电池连接和断开；以及开关(优选为2极的)，用于将第二充电器与第二电池连接和断开，
[0080]
b)或者一个或多个开关，用于一起或单独地将第一充电器和第二充电器与电源连接和断开，从而向第一充电器和第二充电器输入电力。
[0081]
特别优选地，在a)的情况下，这些开关是一个或多个第一/第二开关中的这些开关。
[0082]
因此，优选地，一个或多个第一开关中的至少一个被配置为将充电器(优选为第一充电器)与第一电池断开，并且一个或多个第二开关中的至少一个被配置为将充电器(优选为第二充电器)与第二电池断开。
[0083]
在根据本发明的系统的、优选地基于第四至第五gpu实施例中的任一实施例的另一优选第六gpu实施例中，gpu包括具有小于或等于该gpu的输出功率额定值的50％、优选30％的连续电功率输出的内燃机驱动的发电机组或燃料电池，其中，该发电机组被配置为向充电器或第一和/或第二充电器馈电，和/或被配置为经由整流器将电力直接馈送到共用dc总线(即，电池的输出和/或逆变器的输入)中。在根据本发明的另一优选系统操作方法中，该方法包括gpu操作方法、优选地基于本文所述的gpu操作方法中的第一或任一操作方法，充电器或第一和/或第二充电器由gpu的相应发电机组馈电。
[0084]
因此，提供了通过非常小的发动机或燃料电池对电池充电的一种成本有效且紧凑的方式，该发动机或燃料电池的功率不足以维持gpu所定额的飞机，但其功率足以将电池充电到某一充电状态。
[0085]
在根据本发明的系统的、优选地基于第四至第六gpu实施例中的任一实施例的另一优选第七gpu实施例中，一个或多个第一开关中的至少一个被配置为将第一电池与逆变器断开，同时
[0086]
‑
将充电器或第一电池充电器与第一电池连接
[0087]
‑
和/或不将充电器或第一电池充电器与第一电池断开，并且其中，一个或多个第二开关中的至少一个被配置为将第二电池与逆变器断开，同时
[0088]
‑
将充电器或第二电池充电器与第二电池连接
[0089]
‑
和/或不将充电器或第二电池充电器与第二电池断开。在根据本发明的另一优选系统操作方法中，该方法包括gpu操作方法、优选地基于本文所述的gpu操作方法中的第一或任一操作方法，切换一个或多个第一开关中的至少一个是将第一电池与逆变器断开，同时将充电器或第一电池充电器与第一电池连接和/或不将充电器或第一电池充电器与第一电池断开，并且切换一个或多个第二开关中的至少一个是将电池与逆变器断开，同时将充电器或第二电池充电器与第二电池连接和/或不将充电器或第二电池充电器与第二电池断开。
[0090]
因此，可以在电池不放电的同时对电池充电。
[0091]
在根据本发明的系统的、优选地基于前述gpu实施例中的任一实施例的另一优选第八gpu实施例中，一个或多个第二开关由第二控制器单元控制，其中，gpu包括用于监视第一电池的正确功能的第一电池监视装置，第一控制器经由第一通信线路连接到第一电池监视装置以与第一电池监视装置通信，并且被配置为一旦第一电池监视装置指示第一电池发生故障就通过断开一个或多个第一开关中的至少一个将第一电池优选地与逆变器和/或充电器断开，其中，gpu包括用于监视第二电池的正确功能的第二电池监视装置，其中，第二控制器经由第二通信线路连接到第二电池监视装置以与第二电池监视装置通信，并且被配置为一旦第二电池监视装置指示第二电池发生故障就通过断开一个或多个第二开关中的至少一个将第二电池优选地与逆变器和/或充电器断开。在根据本发明的另一优选系统操作方法中，该方法包括gpu操作方法、优选地基于本文所述的gpu操作方法中的第一或任一操作方法，相应监视的并发生故障的电池相应地切换开关以断开相应的电池。
[0092]
因此，提高了gpu的安全性，因为每个电池具有其自己的安全切断系统。
[0093]
优选地，第一电池监视装置和第二电池监视装置是被配置为监视以下参数中的一个或多个的电池管理控制器：
[0094]
‑
电压：总电压、各个电池单元的电压、最小和最大电池单元电压、或周期性抽头的电压，
[0095]
‑
温度：平均温度、冷却剂进入温度、冷却剂输出温度、或各个电池单元的温度，
[0096]
‑
充电状态(soc)或放电深度(dod)，以指示电池的充电水平，
[0097]
‑
健康状态(soh)，电池整体状况的各种定义的测量值，
[0098]
‑
冷却剂流：用于空气或流体冷却的电池，
[0099]
‑
电流：进出电池的电流，
[0100]
‑
绝缘电阻：电池极与壳体之间的隔离，并且被配置为向相应的第一控制器和第二控制器指示前述参数中的任意一个或前述参数中的其中一个的计算值是否超出其允许的边界，用于指示故障。
[0101]
优选地，第一通信线路与第二通信线路电隔离。这进一步提高了安全性。
[0102]
优选地，第一控制器和第二控制器各自经由通信总线(例如can总线)与相应的电池监视装置通信。
[0103]
在根据本发明的系统的、优选地基于第八gpu实施例的gpu的另一优选第九实施例中，gpu包括数字中央控制器，其中，该中央控制器连接到用户界面，并且被配置为由用户使用用户界面来控制，并且经由通信总线连接到第一控制器和第二控制器。在根据本发明的另一优选系统操作方法中，该方法包括gpu操作方法、优选地基于本文所述的操作方法中的
第一gpu或任一操作方法，gpu相应地由用户来使用，并且中央控制器相应地与第一控制器和第二控制器通信。
[0104]
因此，由于用户对gpu的总体控制是通过单独的中央控制器实现的从而第一控制器和第二控制器不会执行这些任务，因此进一步提高了安全性。
[0105]
中央控制器优选地被配置为向第一控制器和第二控制器发送切换，用于连接或断开第一电池或第二电池和/或对其充电。该第一控制器和该第二控制器被配置为接收这些命令，并且相应地切换一个或多个第一开关和第二开关和/或控制第一充电器和第二充电器。优选地，第一控制器和第二控制器被配置为在由第一电池监视装置或第二电池监视装置指示第一电池或第二电池发生故障的情况下拒绝用于连接或断开第一电池或第二电池和/或对其充电的命令。
[0106]
中央控制器优选地被配置为控制逆变器。
[0107]
优选地，中央控制器与第一控制器和第二控制器之间的通信总线的通信线路与第一控制器和第二控制器与第一电池监视装置和第二电池监视装置之间的第一通信线路和第二通信线路电绝缘。
[0108]
在根据本发明的系统的、优选地基于前述gpu实施例中的任一实施例的另一优选第十gpu实施例中，一个或多个第一开关中的至少一个和第一电池形成容纳在第一壳体中的第一电池模块，并且其中，一个或多个第二开关中的至少一个和第二电池形成容纳在第二壳体中的第二电池模块。
[0109]
因此，进一步改进了结构、维护性和安全性。这种模块可以更容易地放入gpu中和被更换。进一步地，故障(例如起火)的影响可以由壳体限制。壳体优选是防火的，例如因为是金属的。优选地，电池监视装置(参见上文)也是如此形成的电池模块的一部分。
[0110]
在根据本发明的系统的、优选地基于第十gpu实施例的另一优选第十一gpu实施例中，第一电池模块和第二电池模块各自包含软启动装置，用于在通过一个或多个第一开关和第二开关将相应的第一电池和第二电池连接到逆变器之后暂时限制相应的第一电池和第二电池的输出电流。在根据本发明的另一系统操作方法中，该方法包括gpu操作方法、优选地基于本文所述的gpu操作方法中的第一或任一操作方法，相应地暂时限制了相应的第一电池和第二电池的输出电流。
[0111]
在根据本发明的系统的、优选地基于前述gpu实施例中的任一实施例的另一优选第十二gpu实施例中，gpu(优选地，第一和第二壳体中的每一个)包括加热装置，该加热装置被配置为当温度降到低于预定温度(例如，
‑
20℃)时自动接通或以增加的功率供电，且当温度达到高于或等于预定温度的温度时自动断开或再次以减少的功率供电。在根据本发明的另一系统操作方法中，该方法包括gpu操作方法、优选地基于本文所述的gpu操作方法中的第一或任一操作方法，相应地切换/控制加热元件。
[0112]
在根据本发明的系统的、优选地基于前述gpu实施例中的任一实施例的另一优选第十三gpu实施例中，gpu包括串联连接在逆变器与第一电池和第二电池之间的电感。在根据本发明的另一系统操作方法中，该方法包括gpu操作方法、优选地基于本文所述的gpu操作方法中的第一或任一操作方法，逆变器的电流峰值被逆变器与第一电池和第二电池之间的电感阻尼。
[0113]
由此，进一步提高了地面供电系统的可操作性。可以重新连接断开的电池，尽管该
电池具有比其余组更高的电压，并且在这种情况下，电感将进入逆变器的涌入电流限制在可接受的水平。一些电池组可以被充电，而其他电池组用于维持负载(放电)。
[0114]
在根据本发明的另一优选系统操作方法中，该方法包括第二gpu操作方法、优选地基于本文所述的gpu操作方法中的第一或任一操作方法，一个或多个第一电子开关的切换和一个或多个第二电子开关的切换包括：
[0115]
‑
切换一个或多个第一电子开关中的至少一个，用于将第一电池连接到逆变器；
[0116]
‑
切换一个或多个第二电子开关中的至少一个，用于将第二电池连接到逆变器；
[0117]
‑
切换一个或多个第一电子开关中的至少一个，用于将第一电池与逆变器断开，同时继续将第二电池的输出电流转换为逆变器的交流输出电流，并且然后通过gpu的电池充电器对第一电池充电；
[0118]
‑
在一定时间之后切换一个或多个第一电子开关中的至少一个，用于再次将第一电池连接到逆变器，以便将此时已再充电的第一电池的输出电流转换为逆变器的交流输出电流，同时通过第二二极管阻止或限制电流从第一电池流到第二电池。
[0119]
在根据本发明的另一优选系统操作方法中，该方法包括第三gpu操作方法、基于本文所述的gpu操作方法中的第一或任一操作方法，一个或多个第一电子开关的切换和一个或多个第二电子开关的切换包括：
[0120]
‑
切换一个或多个第一电子开关中的至少一个，用于将第一电池连接到逆变器；
[0121]
‑
切换一个或多个第二电子开关中的至少一个，用于将第二电池连接到逆变器；
[0122]
‑
切换一个或多个第一电子开关中的至少一个，用于将第一电池与逆变器断开，同时继续将第二电池的输出电流转换为逆变器的交流输出电流，并且然后通过gpu的电池充电器对第一电池充电；
[0123]
‑
在一定时间之后切换一个或多个第一电子开关中的至少一个，用于再次将第一电池连接到逆变器，以便将此时已再充电的第一电池的输出电流转换为逆变器的交流输出电流，同时通过第二二极管阻止或限制电流从第一电池流到第一电池。
[0124]
在根据本发明的另一优选系统操作方法中，该方法包括第四gpu操作方法、优选地基于本文所述的gpu操作方法中的第一至第三操作方法或任一操作方法，一个或多个第一电子开关的切换包括：
[0125]
‑
在用于监视第一电池的正确功能的第一电池监视装置指示该第一电池发生故障时，切换该一个或多个第一电子开关中的至少一个以将该第一电池与gpu的逆变器和/或充电器断开；并且一个或多个第二电子开关的切换包括：
[0126]
‑
在用于监视第二电池的正确功能的第二电池监视装置指示该第二电池发生故障时，切换该一个或多个第二电子开关中的至少一个以将该第二电池与gpu的逆变器和/或充电器断开。
[0127]
优选地，该控制方案在中央控制器中实施。
[0128]
现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中：
[0129]
图1是根据本发明的gpu的一个实施例的概念性总览图，图2是基于图2所示实施例的根据本发明的gpu的优选实施例的电路的示意图，图3a、图3b、图4、图5、图6a、图6b、图7各自示出了根据本发明的用于向停在地面上的飞机供应电流的系统的实施例，其中，图3c和图3d示出了输入转换器的不同实施例。
[0130]
图1示出了根据本发明的电池gpu的一个实施例的概念性总览图。它是机场gpu 1，这里是通过轮子移动的，用于向停在地面上的飞机供应电流。gpu 1包括：
[0131]
‑
第一电池30，
[0132]
‑
逆变器50，用于将电池30的输出转换为逆变器50的交流输出电流以供应给飞机，
[0133]
‑
一个第一电子开关60，用于将第一电池30与逆变器50连接和断开，其中，第一开关60串联连接到第一电池30，并且其中，串联连接的第一电池30和第一开关60一起连接到逆变器50，
[0134]
‑
第一控制器单元10，用于控制第一开关60。
[0135]
gpu 1进一步包括：
[0136]
‑
第二电池31，以及
[0137]
‑
第二电子开关61，用于将第二电池31与逆变器50连接和断开，其中，第二开关61串联连接到第二电池31，并且其中，串联连接的第二电池31和一个第二开关61一起连接到逆变器50，以使它们与串联连接的第一电池30和第一开关60并联，其中，第二开关61由第一数字控制器单元控制，其中，除了第一开关60串联连接到第一电池30之外，第一二极管70也串联连接，从而允许电流从第一电池30流到逆变器50并且阻止(在没有可选的第一旁路电阻器70.1的情况下)或限制电流从逆变器50或第二电池31流到第一电池30；并且其中，除了第二开关61串联连接到第二电池31之外，第二二极管71也串联连接，从而允许电流从第二电池31流到逆变器50并且阻止(在没有可选的第二旁路电阻器71.1的情况下)或限制电流从逆变器50或第一电池30流到第二电池31。
[0138]
图2示出了基于图2所示实施例的根据本发明的gpu的优选实施例的电路的示意图。与图2相比，存在控制第二开关61的第二数字控制器单元11。此外，附加的第一开关80和附加的第二开关81串联连接在相应的电池30、31与逆变器之间。第一控制器10另外控制开关80，并且第二控制器11另外控制开关81。进一步地，以相同的方式，gpu 1包括具有一个或多个第三开关和第三二极管的第三电池、以及具有一个或多个第四开关和第四二极管的第四电池，该第三电池和第四电池与第一电池和第二电池以及相应开关并联连接。以下被描述为优选用于第一电池和第二电池方案的特征(如图中清楚显示的)也适用于第三电池和第四电池方案/部分。
[0139]
二极管(被配置为)完全限制来自逆变器或来自除二极管串联连接到的电池之外的任何其他电池的电流。
[0140]
第一开关和第二开关各自被配置为将相应电池的两极与逆变器断开。
[0141]
gpu包括被配置为对第一电池充电的第一电池充电器以及被配置为对第二电池充电的第二电池充电器。第一控制器10被配置为控制第一充电器90，并且第二控制器11被配置为控制第二充电器91。充电器90、91连接到gpu 1的一个共用连接器180，用于将充电器连接到电网电力。
[0142]
附加的第一开关80被配置为在不将第一电池充电器90与第一电池30断开的同时将第一电池30与逆变器50断开，并且附加的第二开关81被配置为在不将第二电池充电器91与第二电池31断开的同时将第二电池31与逆变器50断开。
[0143]
gpu 1包括用于监视第一电池30的正确功能的第一电池监视装置170，其中，第一控制器10经由第一通信线路140连接到第一电池监视装置170以与第一电池监视装置170通
信，并且被配置为一旦第一电池监视装置170指示第一电池30发生故障就通过断开第一开关将第一电池300与逆变器和充电器断开。gpu 1包括用于监视第二电池31的正确功能的第二电池监视装置171，其中，第二控制器11经由第二通信线路141连接到第二电池监视装置171以与第二电池监视装置171通信，并且被配置为一旦第二电池监视装置171指示第二电池31发生故障就通过断开第二开关61将第二电池31与逆变器和充电器断开。
[0144]
第一控制器10和第二控制器11各自经由can总线与相应的电池监视装置通信。第一通信线路140与第二连接141线路电隔离。
[0145]
gpu 1包括数字中央控制器110，其中，中央控制器110连接到用户界面120，并且被配置为由用户使用用户界面120来控制，并且经由通信总线130连接到第一控制器10和第二控制器11。
[0146]
中央控制器110被配置为向第一控制器10和第二控制器11发送切换，用于连接或断开第一电池30或第二电池31和/或对其充电。第一控制器10和第二控制器11被配置为接收这些命令，并且相应地切换一个或多个第一开关60、61和第二开关80、81和/或控制第一充电器90和第二充电器91。中央控制器110被配置为控制逆变器50。中央控制器110与第一控制器10和第二控制器11之间的通信总线130的通信线路同第一控制器10和第二控制器11与第一电池监视装置170和第二电池监视装置171之间的第一通信线路140和第二通信线路141电绝缘。
[0147]
第一开关60和第一电池30形成容纳在第一壳体中的第一电池模块160，并且第二开关61和第二电池31形成容纳在第二壳体中的第二电池模块161。电池监视装置170、171也是相应如此形成的电池模块160、161的一部分。
[0148]
gpu 1包括串联连接在逆变器50与第一电池30和第二电池31之间的电感100。
[0149]
图3a示出了用于向停在地面上的飞机供应电流的系统，该系统包括用于向停在地面上的飞机供应电流的电池gpu 1，电池gpu 1优选为根据以上实施例之一所述的电池gpu，电池gpu 1包括一个或多个电池30、31以及逆变器50，该逆变器用于将一个或多个电池30、31的输出电流转换为逆变器50的交流输出电流以供应给飞机，其中，电池gpu 1包括交流输入端口190，其中，电池gpu 1被配置为经由交流输入端口190连接到辅助gpu 1’的交流输出连接器191’，以经由交流输入端口190将辅助gpu 1’的交流输出电流引导到飞机。交流输入端口190包括飞机插座，其被配置为连接到适于连接到飞机的飞机输出连接器191、191’。
[0150]
该系统被配置为使下列各项彼此同步：
[0151]
‑
电池gpu 1的逆变器50的交流输出电流，以及
[0152]
‑
辅助gpu 1’的交流输出电流。
[0153]
这里，电池gpu 1被配置为使其自身与辅助gpu 1’同步，并执行从一个或多个电池30、31的电力供应到由辅助gpu 1’输送的电力的切换。
[0154]
电池gpu 1被配置为将逆变器50的交流输出电流的相位角移位。电池gpu 1包括输入耦接开关200，并且电池gpu 1被配置为：
[0155]
‑
检测辅助gpu 1’的交流输出电流的相位角，并且
[0156]
‑
如果检测到的相位角与电池gpu 1的逆变器50的交流输出电流的相位角之间的差小于或等于预定阈值，则闭合输入耦接开关200。电池gpu 1包括输出解耦开关201，并且电池gpu 1被配置为：
[0157]
‑
如果输入耦接开关200已经切换到闭合状态，则断开输出解耦开关201。
[0158]
该系统操作如下：
[0159]
‑
将辅助gpu 1’的交流输出连接器191’连接到电池gpu 1的交流输入端口190，并且经由交流输入端口190将辅助gpu 1’的交流输出电流引导到飞机，而该连接包括：
[0160]
a)通过将电池gpu 1的逆变器50的交流输出电流的相位角移位而使下列各项彼此同步：
[0161]
‑
电池gpu 1的逆变器50的交流输出电流，这里是输出电流的相位角，以及
[0162]
‑
辅助gpu 1’的交流输出电流，这里是输出电流的相位角；
[0163]
b)检测辅助gpu 1’的交流输出电流的相位角，并且如果检测到的相位角与电池gpu 1的逆变器50的交流输出电流的相位角之间的差小于或等于预定阈值，则闭合输入耦接开关200；
[0164]
c)如果输入耦接开关200已经切换到闭合状态，则断开输出解耦开关201。
[0165]
图3b示出了类似于图3a所示的系统。然而，代替在没有电压/频率转换的情况下连接辅助gpu 1’，而是将辅助gpu 1’的交流电流馈送到电池gpu 1的dc总线中。一个或多个电池30、31被连接到逆变器50的输入端口。该系统被配置为经由逆变器50的输入端口将辅助gpu 1’的交流输出电流从交流输入端口190引导到飞机。该系统包括输入转换器210，该输入转换器被配置为在交流输入端口190处将辅助gpu 1’的交流输出电流转换为直流电流并且将该直流电流输出到逆变器50的输入端口。不需要如图3a中的开关200和201。
[0166]
图3c和图3d示出了转换器210的不同实施例。图3c中的转换器210包括变压器211、6脉冲整流器212、使用一个或多个电容器的滤波器213、以及滤波二极管214。滤波二极管214防止电池馈电到滤波电容器中。图3d中的转换器210包括扼流圈215、变压器211和12脉冲整流器212。
[0167]
图4示出了类似于图3a所示的系统，但输入耦接开关200’在辅助gpu 1’中实施。此外，作为示例，辅助gpu 1’也是电池gpu，优选地是根据图1和/或图2的具有两个或更多个电池30’、31’的电池gpu。在该示例性硬件设置中，一种可能的操作是由辅助gpu 1’执行同步(通过将辅助gpu 1’的逆变器50’的相位角移位)并切换输入耦接开关200’。经由到电池gpu 1的通信信道，辅助gpu 1’接着将解耦开关201切换到断开状态。另一种可能的操作是由电池gpu 1执行同步和切换，其中，关于辅助gpu 1’的逆变器50’的相位角的信息经由通信信道从辅助gpu 1’发送到电池gpu 1，并且开关200’经由通信信道由电池gpu 1切换。如在此设置中，在电池gpu 1未连接到辅助gpu 1’时的操作期间将存在输入端口190的带电公引脚(＝电压下的引脚)，将需要提供机械保护(例如保护盖)或附加开关以增强安全性并避免用户与带电公引脚接触。对于根据图5和图6a的实施例也是如此，其中，在图6a中，y形转接器300的输入端口390.2可以具有带电公引脚并且需要保护。
[0168]
图5示出了类似于图4所示的系统，其中，电池gpu 1的输出电缆通过y形电缆配置而使得输入端口190上的飞机插座具有相应的特征。
[0169]
图6a示出了类似于图5所示的系统，其中，电池gpu 1包括y形转接器300，该y形转接器具有各自包括飞机插座的两个交流输入端口390.1、390.2并且具有飞机输出连接器391，其中，电池gpu 1的飞机输出连接器191连接到这两个交流输入端口中的一个交流输入端口390.1。图6b单独示出了y形转接器300。
[0170]
图7示出了类似于图3a至图3d所示的系统，其中，两个相同的gpu用于执行从其中一个gpu到另一gpu的切换。
[0171]
附图标记
[0172]1ꢀꢀꢀꢀ
电池地面供电单元
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
140
ꢀꢀꢀꢀ
第一通信线路
[0173]1’ꢀꢀꢀ
辅助地面供电单元
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
141
ꢀꢀꢀꢀ
第二通信线路
[0174]
10
ꢀꢀꢀ
第一数字控制器单元
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
150
ꢀꢀꢀꢀ
通用控制信号线路
[0175]
11
ꢀꢀꢀ
第二数字控制器单元
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
160
ꢀꢀꢀꢀ
第一电池模块
[0176]
30
ꢀꢀꢀ
第一电池
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
161
ꢀꢀꢀꢀ
第二电池模块
[0177]
31
ꢀꢀꢀ
第二电池
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
170
ꢀꢀꢀꢀ
第一电池监视装置
[0178]
50
ꢀꢀꢀ
逆变器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
171
ꢀꢀꢀꢀ
第二电池监视装置
[0179]
60
ꢀꢀꢀ
第一电子开关
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
180
ꢀꢀꢀꢀ
至电力干线的连接器
[0180]
61
ꢀꢀꢀ
第二电子开关
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
190
ꢀꢀꢀꢀ
输入端口
[0181]
70
ꢀꢀꢀ
第一二极管
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
191、191
’ꢀꢀ
输出连接器
[0182]
70.1 第一旁路电阻器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
200、200
’ꢀꢀ
输入耦接开关
[0183]
71
ꢀꢀꢀ
第二二极管
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
201
ꢀꢀꢀꢀ
输出解耦开关
[0184]
71.1 第二旁路电阻器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
210
ꢀꢀꢀꢀ
输入转换器
[0185]
80
ꢀꢀꢀ
第一附加电子开关
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
211
ꢀꢀꢀꢀ
变压器
[0186]
81
ꢀꢀꢀ
第二附加电子开关
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
212
ꢀꢀꢀꢀ
整流器
[0187]
90
ꢀꢀꢀ
第一电池充电器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
213
ꢀꢀꢀꢀ
滤波器
[0188]
91
ꢀꢀꢀ
第二电池充电器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
214
ꢀꢀꢀꢀ
滤波二极管
[0189]
100
ꢀꢀ
电感
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
215
ꢀꢀꢀꢀ
扼流圈
[0190]
110
ꢀꢀ
主控制器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
300
ꢀꢀꢀꢀ
y形转接器
[0191]
120
ꢀꢀ
用户界面
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
390.1、390.2
ꢀꢀ
输入端口
[0192]
130
ꢀꢀ
通信总线
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
391
ꢀꢀꢀꢀ
输出连接器