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高效环保的电力系统推动空中旅行发展
 

【作者: Vicor】2020年07月03日 星期五

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Ampaire 采用高效环保的电力系统推动空中旅行的发展,Vicor 已获量产实证的航太电源模组解决方案简化航太设计进程加速产品上市时程。


全球各界对二氧化碳排放不断上升的担??日益加剧,这刺激了全球对纯电动汽车(EV)及混合动力电动汽车(HEV)的需求。此外,航空业也在经历类似的发展,相关机构正在分析电动航空产品的成本及效能优势。如果能够让航空旅行基础设施的成本降低,就可以将航空旅行扩展到服务不完善的偏远地区。


Ampaire(位於加州霍桑)始终致力於透过开发对环境无污染的、更低成本的安全、安静的电动飞机来实现这一愿景。相对於传统内燃机飞机而言,Ampaire 专注於实现燃料成本降低 90%、维护成本降低 50%、起飞及降落杂讯降低 66%、尾气排放为零的全电动飞机。



图一 : Ampaire 开发的电动推进飞机不仅对环境无污染且安全、安静,运作成本更低。
图一 : Ampaire 开发的电动推进飞机不仅对环境无污染且安全、安静,运作成本更低。

仅在美国,采用电动推进技术就可将航空公司的目的地数目增加 10 倍,将机场从 500 个增加到 5000 个。因此,生活在偏远地区的人们将更轻松地享受区域性航空运输服务,同时由於营运成本高而难以盈利的区域性航空公司将处於蓬勃发展的有利位置。


航空旅行更环保、更清洁的能源

Ampaire 目前正处於原型设计阶段,他们开发了一种双动能架构,在初始试飞场景中实现冗馀,从而可根据有效载荷、巡航速度和飞行路线评估并开发在燃料与电动能源之间划分功率与推进负载的技术。



图二 : 电动飞机vs. 化石燃料飞机
图二 : 电动飞机vs. 化石燃料飞机

目前 Ampaire 的原型设计━改装过的西斯纳 337 Skymaster,采用内联并行的混合动力架构:一款标准内燃机引擎螺旋桨位於飞机的尾部、电动螺旋桨位於飞机的前部。在飞行过程中,动力可以在两个推进系统之间动态共用,以最隹化速度、动力、燃料消耗或杂讯。


快速原型设计离不开高密度电源元件解决方案

Ampaire 原型机的供电系统由一个电压范围为 500V 至 738V 的高压电池组电源组成。典型的航空电子控制与监控系统工作电源电压为 28V,因此需要一款宽范围输入并能严格稳压至 28V 输出的 DC-DC 转换器解决方案。电池为高压,因此不仅需要隔离,而且还需要高达 500W 的额定功率。


此外,Ampaire 设计团队还要求解决方案体积小、效率高、简单的热管理设定,以及快速的原型设计和极短的投产时间。该设计团队也不希??设计或使用电源转换器电路板。



图三 : 一款固定比率母线转换器 (BCM) 将用於隔离高压电池并对其进行降压转换,後面接一款低电压 DC-DC 转换器,将母线转换器的输出稳压至 28V。
图三 : 一款固定比率母线转换器 (BCM) 将用於隔离高压电池并对其进行降压转换,後面接一款低电压 DC-DC 转换器,将母线转换器的输出稳压至 28V。

根据这些设计要求,Vicor 工程技术团队建议分两个阶段进行功率转换和稳压,以最隹化效率和功率密度,简化热管理。一款固定比率母线转换器(BCM)将用於隔离高压电池并对其进行降压转换,後面接一款低电压 DC-DC 转换器,将母线转换器的输出稳压至 28V。


电力驱动航空飞行的未来

在电力驱动航空市场上,Ampaire展示了电动飞机商用的可行性。其原型机将由位於夏威夷的 Mokulele 航空公司进行测试,该公司希??未来使用 Ampaire量产的新一代飞机执行穿越夏威夷群岛的短程飞行任务。Ampaire 的未来机型预计将搭载 9 到 19 名乘客,从檀香山飞往卡尤鲁伊,航程为 90 英里。


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