功率分配系统以及用于测定温度曲线的方法与流程

1.本发明涉及尤其用于民用航空航天应用中的一种具有用于不同耗电器的可动态操控的连接接口的电功率分配系统、以及一种用于根据提供给耗电器的电功率来测定温度曲线的方法。
技术背景
2.个人电子设备(“personal electronic devices”，ped)如今无处不在。正常情况下，这些ped由用户在旅行时随身携带，即使在飞行器上也是如此。为了乘客的便利，所希望的是能够为飞行器上的乘客提供如下可能性：在其停留在飞行器上期间对ped的电能储存器进行充电或者保持ped插电运行。航空公司一般提供ped(如膝上计算机、移动电话、智能手机、平板pc等等)的充电可能性，其中对于每个乘客而言在其相应飞行器座椅处采用了usb接口或电网接口。
3.为了飞行器上的耗电器的本地供电(固定安装的以及可移动的设备，如ped)，使用了安装在本地的带有功率转换器的功率分配系统，具有不同功率要求的多个耗电器可以连接到这些功率转换器。
4.此类功率分配系统的效率主要取决于可同时提供的最大功率。这个最大功率越高，功率分配系统的重量以及成本就越高。因此，尤其在航空中需要在效率与重量和成本之间进行平衡。
5.用于乘用飞行器中的座椅组的功率分配系统例如应能够为座椅组中的所有乘客的ped均等地供应电功率，例如用于ped的插电运行和/或储能器充电。目前在常规充电标准例如usb-pd(“universal serial bus power delivery，通用串行总线功率传输”)中的最大功率输入例如为最大100瓦。
6.随着提供的功率不断增加，功率转换器逐渐变热。因此有时以如下方式控制功率分配系统，即根据功率转换器的温度来调节提供的最大电功率，从而避免使功率转换器过热。然而，为了确保同样能够供应预先保障乘客或座椅组的电力运行的部件(如机上娱乐系统的显示设备)的电功率，功率转换器还可以被安装成使得可以尽可能高效地导出所产生的热量，例如通过功率转换器与座椅组的其他部件之间的通风的间隙来实现。这种安装措施需要增大用于功率分配系统的部件的安装空间。然而，在空中交通工具中，可供待安装的部件使用的空间极为有限。
7.文献us 2013/0297089 a1、ep 2 514 062 b1、us 2004/0057177 a1、de 10 2006 028 823 a1、de 196 17 915 a1和us 9,914,548 b1公开了用于对连接到功率分配系统的耗电器进行动态功率供应的不同方案。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于，找到针对尤其乘用飞行器上的功率分配系统的实现方式的改进解决方案，在这些解决方案中降低了各个部件所需的空间要求，然而同时又可以提供保
charging port，专用充电端口”，dcp)，借助于该充电连接，具有充电调节器以及蓄电池的有usb功能的电子设备可以从连接到充电连接的电能源汲取用于对蓄电池进行充电的电流。各种usb标准例如“battery charging specification，电池充电规范”(usb-bc)或者“power delivery specification，功率传输规范”(usb-pd)调节所允许的最大电流、充电电压以及充电模式许多ped在插电运行和充电可能性方面有利地满足usb标准，使得具有此类接口的功率分配系统特别适合用于在整个可逐级设定的功率配置限度上实现粒度功率需求计划。
19.在一些实施方式中，功率分配系统可以具有功率配置管理装置，该功率配置管理装置与变流器相联接，并且该功率配置管理装置被设计为用于与可连接到该多个电输出接口中的相应电输出接口处的耗电器协商单独的功率配置，变流器根据这些功率配置经由该电输出接口为耗电器提供电功率，直至达到经协商的功率最大值，并且这些功率配置被存储在功率配置管理装置的功率配置存储器中。由于耗电器通常具有随时间流逝而变化的电功率需求，因此在此所提供的电功率可以动态地与相应地实际存在的功率需求相适配。
20.根据功率分配系统的一些其他的实施方式，功率配置管理装置可以被配置为用于：检测已经存在经单独协商的功率配置的所连接的供电器的瞬时实际功率输入；对于每个经单独协商的功率配置作为该经协商的功率最大值与该瞬时实际功率输入之间的差来计算变流器的功率储备值；并且，当经协商的功率最大值的总和超过该模块功率最大值时，与功率储备值高于可设定储备阈值的耗电器中的一个或多个耗电器协商新的功率配置，该新的功率配置具有的功率最大值小于该经协商的功率最大值。原则上，每个连接到功率分配系统的耗电器都可以请求其单独的功率配置。但同时还保证，即使新加入的耗电器也能被指定具有所保证的功率分配最小值的功率配置，其方式为按照固定的规则重新调配已经指定的各个功率配置。由此还可以为如下情况创造功率储备值：用于理论上可准入的新连接的耗电器而言经重新协商的功率配置在总和上超过了功率分配系统可提供的功率的最大值。
21.根据功率分配系统的一些实施方式，功率配置管理装置还可以被设计为用于通过获取所连接的耗电器的功率输入的移动平均值来计算所连接的耗电器的瞬时实际功率输入。正是在充电运行中，耗电器如ped从功率分配系统中提取充电电功率，该充电电功率随时间流逝通常不变或很少变化、并且另外没有跃变。获取移动平均值(“moving averages”，ma)、尤其借助于线性加权的移动平均值(“linear weighted moving average”，lwma)可以相对可靠地预测当前的和预诊断的功率保留比例。功率分配系统还可以暂时超出功率最大限度运行，使得对整个功率需求的可靠预测有利地允许为所有连接的耗电器提供不间断的功率供应，而在预计或实际遇到功率瓶颈时，可以将功率分配系统的临时可能实现的超载运行用于通过重新协商匹配的功率配置来尽快解决功率瓶颈。
22.根据用于根据提供给耗电器的电功率来测定温度曲线的方法的一些实施方式，可以借助所创建的曲线提出针对电功率分配系统的模块功率最大值的建议。
23.根据用于根据提供给耗电器的电功率来测定温度曲线的方法的一些其他的实施方式，可以实现持续可用的模块功率最大值的建议、长时间段内可用的模块功率最大值的建议以及短时间段内可用的模块功率最大值的建议。
24.根据用于根据提供给耗电器的电功率来测定温度曲线的方法的一些其他的实施
方式，变流器模块的该多个电输出接口可以是usb接口。
25.根据一些实施方式，用于根据提供给耗电器的电功率来测定温度曲线的方法可以包括：在功率配置管理装置与耗电器之间协商单独的功率配置，变流器根据该功率配置经由电输出接口为耗电器提供电功率，直至达到经协商的功率最大值；检测已经存在经单独协商的功率配置的所连接的耗电器的瞬时实际功率输入；将经协商的功率最大值的总和与对应于最大电功率的模块功率最大值进行比较，该最大电功率能够由该变流器模块的变流器提供给该多个电输出接口；对于每个经单独协商的功率配置，作为经协商的功率最大值与瞬时实际功率输入之间的差来计算变流器的功率储备值；以及当经协商的功率最大值的总和超过模块功率最大值时，在功率配置管理装置与所计算的功率储备值高于可设定的储备阈值的那些耗电器之间重新协商功率配置，该功率配置具有的功率最大值低于先前经协商的功率最大值。
26.上文中的设计方案和改进方案可以(在有意义的情况下)任意地彼此组合。本发明的其他可行的设计方案、改进方案和实现方式还包括本发明的先前或随后参照实施例描述的特征的没有明确提及的组合。在此，本领域技术人员尤其还可将单独的方面作为改进内容或补充内容添加到本发明的相应的基础形式中。
附图说明
27.在下文中借助于在示意性附图中给出的实施例来更详细地阐述本发明。在附图中：
28.图1示出根据本发明一个实施方式的功率分配系统的结构的示意性框图；
29.图2示出根据本发明另一个实施方式的例如在使用图1所示的功率分配系统的情况下用于将电功率分配给耗电器的调配方法的流程图；以及
30.图3示出具有根据本发明的另一个实施方式的功率分配系统的飞行器。
31.附图应当提供对本发明实施方式的进一步理解。附图展示了实施方式并且与说明书相结合地用于阐述本发明的原理和概念。参照附图得出其他实施方式和所提到的优点中的许多优点。图中的元素并不一定是相对彼此按比例示出的。关于方向给出的术语，例如像“上”、“下”、“左”、“右”、“之上”、“之下”、“水平”、“竖直”、“之前”、“之后”及类似内容仅仅用于解释性目的并且不用于将一般性限制于如在图中所示的特定设计方案。
32.在附图中，相同的、功能相同的和以相同方式起作用的元素、特征和部件(只要没有另外详细说明)相应地设置有相同的附图标记。
具体实施方式
33.在本发明的意义上，个人电子设备(“personal electronic devices”，ped)包括所有可以用于娱乐、通信和/或办公目的的电子设备。例如，ped可以包括所有类型的终端设备，如膝上计算机、移动电话、智能手机、手持设备、掌上计算机、平板pc、gps设备、导航设备、音频设备如mp3播放器、便携式dvd或播放器或者数字相机。
34.在本发明的意义上载具座椅可以包括被确定为用于在用载具行驶的持续时间内接纳乘客的任何形式的结构组成部分。在飞行器中的载具座椅尤其可以在飞行期间以个人方式并且至少暂时地仅由飞行器的乘客使用。在本发明的意义上座椅或载具座椅可以是被
划分成座椅组的飞行器座椅，但还可以是躺椅、扶手椅、床、一等舱或商务舱套房或飞行器内部的类似坐式家具。
35.在本发明的意义上变流器是所有可以用于将所馈入的电流类型(直流电流或交流电流)转换为相应的另一种电流类型、或者用于改变所馈入电流类型的特征参数(如电压和频率)的所有电路和装置。变流器可以包括：整流器，用于将交流电转换为直流电；逆变器，用于将直流电转换为交流电；变换器，用于将一种交流电类型转换成另一种类型；或者直流变压器，用于将一种直流电类型转换成另一种类型。在本发明的意义上变流器可以借助于模拟构件(如电阻、电感和电容器)和/或基于半导体的电子构造元件(例如二极管、晶体管或晶闸管)来实施。
36.图1以示意性结构示出功率分配系统100，该功率分配系统例如可以被指配给乘用飞行器(如在图3中示意性展示的飞行器a)中的座椅组。在此，例如可以为乘用飞行器的不同座椅组中的每个座椅组指配分开地且以本地的方式装配在飞行器a中的功率分配系统100。多个这种功率分配系统100可以通过一个或多个电压源20来进行馈电，如在图1中示例性展示的。
37.电压源20例如可以具有一个或多个交流电压源20，例如发电机、尤其引擎发电机或动压力涡轮发电机。替代于此或附加于此，电压源20例如可以包括直流电压源，如光伏设备或燃料电池。此外，功率分配系统100可以具有输入侧的功率因子修正电路5(在交联电压供应的情况下)或者输入侧的直流变压器5(在直流电压供应的情况下)，功率因子修正电路或直流变压器在下游与一个或多个变流器模块6a、6b相联接，在图1中示例性展示了其中两个变流器模块。应当明白，用于功率分配系统100的多于或少于两个的变流器模块同样是可能的。
38.变流器模块6a、6b分别包括变流器3a或3b，变流器分别将从电压源20经由功率因子修正电路或直流变压器5提供的功率的一部分转换为直流电压功率。变流器模块6a、6b可以被设计为分开的电路或部件；但是还可能的是，变流器模块6a、6b为上位的变流器系统的一部分并且因此被指配给相同的模块。对应地，变流器3a和3b还可以是上位的变流器电路3的功能性电路部分。
39.功率分配系统100具有温度控制装置4，该温度控制装置可以根据功率分配系统100中的边界条件、尤其主导温度来将要从电压源20中提取的总功率的比例限制于系统最大功率。系统最大功率在此可以是功率分配系统100的部件出于系统设计原因或系统安全原因而能够处理的最大功率。
40.温度控制装置4具有温度测量装置8，利用该温度测量装置可以测量功率分配系统100的温度，以便基于此根据变流器3提供的功率最大值来创建由温度测量装置8测得的温度的曲线。为此，温度控制装置4可以具有带有对应的软件的处理器。温度控制装置4可以借助所创建的曲线来提供针对模块功率最大值的建议。针对模块功率最大值的该建议例如可以以持续可用的模块功率最大值的建议、长时间段内可用的模块功率最大值的建议以及短时间段内可用的模块功率最大值的建议的形式来提供。
41.在图1中示例性地将变流器模块6a展示为经由输出接口1a至1m对多个耗电器11a至11m进行供应的变流器模块，这些耗电器的功率输入是预先已经确定的并且其功率供应被视为关键的。这例如可以为在乘用飞行器上的机载娱乐系统的显示设备、乘客座椅的座
椅照明装置、交流电压接口、座椅致动器或类似的耗电器。因此，当所有耗电器11a至11m被激活时，变流器模块6a将其作为模块功率值转换为直流电压功率的并且传递给耗电器11a至11m的系统总功率的比例基本上是恒定的，并且当耗电器11a至11m中的若干或所有耗电器被解除激活时，该比例可以采取介于零与恒定的模块功率值之间的中间级。
42.耗电器11a至11m可以具有活跃或非活跃的运行状态，也就是说，它们可以从变流器模块6a调用或不调用其功率需求。因为耗电器11a至11m是关键负载，所以变流器模块6a的功率提取享有在其他耗电器之前的优先级。
43.变流器模块6b包括变流器3b，该变流器被设计为用于将一个或多个电压源20的电压转换为直流电压或交流电压。然后，变流器3b将可设定功率最大值的电功率以与直流电压或交流电压相对应的方式输出给变流器模块6b的多个电输出接口2a至2n。因为在各个电输出接口处的功率最大值可以变化，所以变流器模块6b将其转换为电功率的并且传递给一个或多个耗电器10a至10n的系统总功率的比例也可以变化。
44.电输出接口2a至2n例如可以为根据usb功率传输规范和/或usb电池充电规范工作的usb接口。因此连接到这些usb接口的耗电器10a至10n、例如乘用飞行器的乘客的ped可以与功率分配系统100协商功率配置。这些功率配置给出了功率分配系统100最多以何种功率最大值在相应的电输出接口2a至2n提供功率。
45.变流器模块6b或变流器3b被设计为用于提供电功率，直至达到可变的模块功率最大值。依据有多少个耗电器连接到电输出接口2a至2n以及已经协商了或应协商何种功率配置，可能出现以下情况，即所请求的功率最大值在总和上超过模块功率最大值。
46.功率分配系统100可以包括功率配置管理装置7，该功率配置管理装置与变流器3b、电输出接口2a至2n以及温度控制装置4相联接。功率配置管理装置7用于保持关于以下项的概览：在某些情况下可变的系统功率总值，由于系统功率总值的可变性而同样可变的变流器3b的模块功率最大值，以及在电输出接口2a至2n处耗电器所请求的功率配置。
47.例如，功率配置管理装置7依据耗电器的激活状态来检测连接到变流器模块6a的输出接口1a至1m处的耗电器11a至11m的瞬时实际功率输入。耗电器11a至11m所需的功率的总和形成变流器模块6a的模块功率值，从系统功率总值中减去模块功率值以获得变流器模块6b的可供使用的模块功率最大值。
48.因此，变流器模块6b的模块功率最大值一方面可以随着在功率分配系统100中可用的所有功率而另一方面可以随着连接到变流器模块6a且经激活的关键负载的瞬时所需功率而动态变化。
49.功率配置管理装置7具有处理器，该处理器配备有软件，该软件能够实现与可连接在该多个电输出接口2a至2n中的相应电输出接口处的耗电器10a至10n(例如乘用飞行器的乘客的ped)协商单独的功率配置，变流器3b根据该功率配置经由电输出接口2a至2n为耗电器10a至10n提供电功率，直至达到经协商的功率最大值。处理器可以将经协商的功率配置存储在功率配置管理装置7的与处理器相联接的功率配置存储器中。
50.功率配置管理装置7可以被设计成用于检测在电输出接口2a至2n处连接的耗电器10a至10n的瞬时实际功率输入。然后可以将这个所检测的实际功率输入与对应的经单独协商的功率配置进行对比。通过功率配置管理装置7的处理器进行对比，分别对于每个经协商的功率配置单独形成经协商的功率最大值与所测量或所检测的瞬时实际功率输入之间的
差。由此得出变流器3b的功率储备值，该功率储备值给出关于以下内容的信息：所连接的耗电器10a至10n中的哪个耗电器实际上需要的功率小于其理论上由所协商的功率最大值最终指定的功率。
51.当另外的耗电器被连接到电输出接口2a至2n时，可能出现以下情况：要新协商的功率最大值将所有经协商的功率最大值的总和提高到超过模块功率最大值的数值。同样可能出现以下情况：由于外部影响导致的模块功率最大值减小，例如由于温度控制装置4的控制信号或由于激活变流器模块6a处的此前不活跃的关键负载，模块功率最大值降低到低于所有当前经协商的功率最大值的总和。常规地，在这些情况下由于超过储备值而可能会因此阻止耗电器从变流器6b调用功率。
52.通过获取变流器3b的功率储备值，功率配置管理装置7能够标识可以协商新的功率配置的那些耗电器，该新的功率配置具有的功率最大值低于初始经协商的功率最大值。功率配置管理装置7在此可以将功率储备值与可设定的储备阈值进行比较，以便获知可以重新协商功率配置而不会显著影响运行或充电过程的那些耗电器。在此可能有利的是，重新协商的功率最大值如先前一样高于实际瞬时功率输入。如果耗电器不接受这样的功率配置，则总是存在如下可能性，即指定具有最小的功率最大值的功率配置。例如在usb-pd规范或usb-bc规范中，这样的功率配置对于所有兼容设备而言是必须接受的。
53.功率配置管理装置7在此可以从重新协商中排除所连接的如下耗电器10a至10n：这些耗电器虽然在理论上具有足够高的功率储备值，但是连接到被分类在较高供应优先级中的电输出接口2a至2n。例如可能的是，用户通过支付额外的费用或者由于其作为商务舱乘客或作为飞行常客的身份而可以确保有供应优先级更高的输出接口。因此，通过供应优先级更高的输出接口，此类用户的ped始终被指定有具有所希望功率最大值的所请求的功率配置，即使是在所连接的ped的实际功率输入在某些情况下可能会产生功率储备值时。
54.功率配置管理装置7可以通过适合的求平均值和补偿性测量方法或检测方法来确定所连接的耗电器10a至10n的瞬时实际功率输入，例如借助于在过去的具有可设定长度的可动态跟踪的时间窗口中获取移动平均值。为此例如可以使用线性加权的移动平均值(“linear weighted moving average”，lmwa)，以便可能隐藏在所连接的耗电器10a至10n的功率输入中的短期和瞬间出现的峰值或下降。
55.反之可能的是，通过减少所连接的耗电器的数量，例如通过由用户从连接接口中拔出ped，而再次释放功率储备值。替代于此或附加于此可能出现以下情况：由于外部影响导致的模块功率最大值增大，例如由于温度控制装置4的控制信号或由于将变流器模块6a处的此前活跃的关键负载解除激活，模块功率最大值再次提高到高于所有当前经协商的功率最大值的总和。于是可以通过功率配置管理装置7再次将功率储备值分配到其他仍保留的耗电器上。可以优选的是已经被指定了瞬时经协商的功率最大值的那些耗电器，该瞬时经协商的功率最大值低于初始请求的功率最大值或者在功率短缺过程中已经被重新协商。功率配置管理装置7可以周期性地或者每当连接到该多个电输出接口2a至2n中的相应输出接口处的耗电器10a至10n从相应输出接口中被拔出时将当前连接的或残留的耗电器的所协商的功率最大值的总和与变流器模块6b的模块功率最大值进行比较。当如此确定的功率储备值超过可设定的模块储备值时，可以执行功率配置以提高关于所选出的耗电器的功率最大值。
56.图2示出一种用于将电功率分配给耗电器(例如耗电器10a至10n)的调配方法m的方法步骤的流程图，这些耗电器在第一步骤m1中已经分别被连接到电功率分配系统100的具有变流器3b的变流器模块6b的相应多个电输出接口2a至2n(例如usb接口)处，这些电输出接口根据usb-pd规范或usb-bc规范工作。方法m尤其可以如结合图1所阐述的那样在电功率分配系统100中进行。
57.在后续的步骤m2中，通过电功率分配系统100的温度控制装置4的温度测量装置8来测量电功率分配系统100的温度。在后续的步骤m3中，温度控制装置4根据提供给耗电器10a至10n的电功率来创建所测得的电功率分配系统100的温度的曲线。
58.在后续的步骤m4中，可以借助所创建的曲线来提出针对电功率分配系统100的模块功率最大值的建议。提供建议可以包括提供：持续可用的模块功率最大值的建议、长时间段内可用的模块功率最大值的建议以及短时间段内可用的模块功率最大值的建议。
59.在后续的步骤m5中，可以在功率配置管理装置7与耗电器10a至10n之间协商单独的功率配置，变流器3b根据该功率配置经由电输出接口2a至2n为耗电器10a至10n提供电功率，直至达到经协商的功率最大值。在第六步骤m6中，检测已经存在经单独协商的功率配置的所连接的耗电器10a至10n的瞬时实际功率输入，例如通过获取所测量的功率输入随时间流逝的移动平均值。在第七步骤m7中，将经协商的功率最大值的总和与对应于最大电功率的模块功率最大值进行比较，该最大电功率能够由变流器模块6b的变流器3b提供给该多个电输出接口2a至2n。
60.在第八步骤m8中，作为变流器3b的对于每个经单独协商的功率配置的功率储备值，可以计算该经协商的功率最大值与该瞬时实际功率输入之间的差，使得在第九步骤m9中，每当经协商的功率最大值的总和超过该模块功率最大值时，在功率配置管理装置7与所计算的功率储备值高于可设定储备阈值的那些耗电器之间重新协商功率配置，该功率配置具有的功率最大值低于先前经协商的功率最大值。相反，在步骤m9中，每当连接到该多个电输出接口2a至2n中的相应电输出接口处的耗电器10a至10n从该输出接口中被拔出时，可以执行功率配置的重新协商，该功率配置具有的功率最大值高于经协商的功率最大值。
61.在前述详细描述中，各种特征为了提高图示的严谨性被组合在一个或多个示例中。然而在此应当清楚的是，上面的说明仅仅是展示性的而绝不是限制性的。该说明用于涵盖不同特征和实施例的所有替代方案、修改和等效方案。在查阅上文描述的情况下，本领域技术人员基于其专业知识将立即且直接地明了许多其他示例。
62.选择并描述这些实施例以便能够尽可能最好地展现本发明所基于的原理及其在实践中的应用可能性。由此，本领域技术人员可以参照预期的使用目的来最优地修改和使用本发明及其不同的实施例。在权利要求书以及说明书中，术语“包含”和“具有”用作对应术语“包括”的中性语言的概念化(neutralsprachliche begrifflichkeiten)。此外，术语“一”、“一个”和“一种”的使用原则上应当不排除以此方式描述的多个特征和部件。