JP2023138487A - 地上支援機器 - Google Patents

Abstract

【課題】地上の航空機に電力供給する地上支援機器であって、所定の最大電力を有する空港電力源から地上の航空機に電力供給するように構成されるソリッドステートコンバーターと、空港電力源から外部バッテリーを充電するように構成されるバッテリー充電ユニットとを備える、地上支援機器。ソリッドステートコンバーターは、航空機によって引き出される瞬間電力を測定するように構成される。【解決手段】ソリッドステートコンバーターは、バッテリー充電ユニットを制御するために、空港電力源の所定の最大電力と航空機によって引き出される瞬間電力との差に基づいて、バッテリー充電ユニットに利用可能な最大電力を示す制御信号を生成するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、地上支援機器に関する。特に、本発明は、地上の航空機に電力供給する地上支援機器に関する。

空港には、空港の建物の隣に駐機されたときに航空機に電力供給する、地上電力ユニット等の地上支援機器が設けられる。この地上ベースの電源により、航空機の電子システムは、追加の航空燃料を必要とする航空機エンジンの稼働を必要とせずに、オン状態を維持することが可能となる。

また、空港には、様々な機能を提供する、動力機器及び非動力機器が滑走路上に多数設けられる。燃料補給車、牽引車、ｅＧＰＵ及びバス等の動力機器は、燃料、航空機及び乗客を移動させるために一日中定期的に必要とされる。しかしながら、これらの車両の電化をより広く採用することに対する１つの障壁は、空港におけるバッテリー充電容量の不足である。

本発明は、これらの問題の少なくともいくつかに対処しようとするものである。

第１の態様によれば、本発明は、地上の航空機に電力供給する地上支援機器を提供するものであり、地上支援機器は、所定の最大電力を有する空港電力源から地上の航空機に電力供給するように構成されるソリッドステートコンバーターと、空港電力源から外部バッテリーを充電するように構成されるバッテリー充電ユニットとを備える。ソリッドステートコンバーターは、航空機によって引き出される瞬間電力を測定するように構成される。ソリッドステートコンバーターは、バッテリー充電ユニットを制御するために、空港電力源の所定の最大電力と航空機によって引き出される瞬間電力との差に基づいて、バッテリー充電ユニットに利用可能な最大電力を示す制御信号を生成するように構成される。

したがって、本発明は、地上で航空機に電力供給する地上電力ユニットとして機能することができると同時に電気車両のバッテリーを充電する充電ポートに余剰の電力を転用することができる地上支援機器を提供する。したがって、航空機が地上支援機器からの最大電力を必要としないとき、又は、夜間若しくは航空機がゲートに存在しないとき等、航空機が電力供給を必要としないときに、異なる地上ハンドリング機器又は車両のバッテリーを充電することができる。ソリッドステートコンバーターは、航空機によって引き出される電力を監視するコントローラーを備えることから、本発明により、どの程度の電力を充電ポートに転用することができるかを決定するための追加の電力コントローラーの必要性がなくなる。本地上支援機器の更なる利点は、航空機の機器並びにそれらが使用される場所の近くにある移動式バッテリー駆動機器に電力供給するために、新しい又は既存のいずれかの同じ空港電力源を利用することである。これは、空港に相当なコストを追加することになる、充電ポートに電力供給するために２倍の電力設備を提供することとは対照的である。

ソリッドステートコンバーターコントローラー及びバッテリー充電ユニットコントローラーは、互いに動作可能に接続され得る。これにより、バッテリー充電ユニットコントローラーがソリッドステートコンバーターコントローラーから制御信号を受信することができるように、ソリッドステートコンバーターコントローラーとバッテリー充電ユニットコントローラーとの間に通信チャネルが提供される。したがって、バッテリー充電ユニットは、航空機によって引き出される電力に基づいて、及び空港電源の既知の最大電力出力に基づいて制限される方法で、充電ポートに電力を提供することができる。空港電源は既知の電力出力を有する（すなわち、空港電源の最大電力出力は、空港に対して予め決定されるか、又は予め設定される）ことから、地上支援機器は、既知の空港電源と連動するように予め設定されるか、又は予めプログラムされるか、又は手動で設定され得る。したがって、本地上支援機器は、地上支援機器によって引き出される電力の総量を測定して、バッテリー充電ユニットによってどれだけの電力を引き出すことができるかを決定するための別個の変換器を有さない。

ソリッドステートコンバーターは、所定の最大電力を設定するためのユーザー入力を受け付けるように構成することができる。したがって、地上の操作者は、航空機の要件に基づいて、及び／又は空港電源の既知の出力に基づいて、ゲートにおける所定の最大電力レベルを容易に設定又は調整することができる。

制御信号は、所定の最大電力レベルと航空機によって引き出される現在の電力レベルとの差に基づくことができる。いくつかの場合においては、バッテリー充電ユニットへの電力は、航空機への電力が必要とされるときに低減される。これにより、航空機の高い電力需要があるときに、任意の構成要素が過負荷になるリスクが低減され、有利である。

バッテリー充電ユニットは、空港電力源から電力を受け取るように構成される複数の電力モジュールを備えることができる。複数の電力充電モジュールは、並列に接続することができる。

複数の電力充電モジュールのうちの少なくとも１つは、３０ｋＷの出力を提供するように構成することができる。

複数の充電モジュールのうちの少なくとも１つは、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成される。バッテリー充電ユニットは、ＤＣ電力出力を提供するように構成することができる。いくつかの場合においては、ＤＣ電力出力は、高電圧出力である。

地上支援機器は、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成される共通整流器を備えることができる。これにより、バッテリー充電ユニットと、航空機に電力供給するためのソリッドステートコンバーター等の地上支援機器の任意の他の構成要素とに電力供給するために使用され得るＤＣバスが提供され、有利である。ＤＣバスは、複数の電力充電モジュールのそれぞれに電力を提供するように構成することができる。

ソリッドステートコンバーターは、４００Ｈｚの出力を提供するように構成することができる。ソリッドステートコンバーターは、ＡＣ電力源から電力を受け取るように構成することができる。ソリッドステートコンバーターは、最大１８０ｋＷの出力電力を提供するように構成することができる。ソリッドステートコンバーターには、予めヒューズを取り付け（pre-fuse）てもよい。

バッテリー充電ユニットは、１２０ｋＷの出力電力を提供するように構成することができる。バッテリー充電ユニットは、ＤＣ電力出力を提供するように構成することができる。

地上支援機器は、航空機に電力を提供するように構成される複数のソリッドステートコンバーターを備えてもよい。複数のソリッドステートコンバーターは、並列に接続することができる。

本発明の実施形態は、添付の図面を参照して以下に更に記載される。

例示的な地上支援機器の第１の側面を示す図である。 図１に示される第１の側面の断面図である。 図１の地上支援機器の第２の側面を示す図である。 図３に示される第２の側面の断面図である。 例示的な電気回路の概略図である。 例示的な電気回路の概略図である。 例示的な電気回路の概略図である。 例示的な電気回路の概略図である。 例示的な電気回路の概略図である。

例示的な地上支援機器２０が図１に示されている。地上支援機器２０は、典型的には、航空機が地上で駐機される場所に近い地上に固定ユニットとして設置される。

地上支援機器２０は、ＣＣＳ２コネクタ８に接続された図１に示す充電ポートに対するユーザーインターフェース９を含む、地上支援機器の第１の側面４２を有するキャビネット４０を有する。例として、単一の充電ポートのみが示されているが、２つ以上の充電ポートを各地上支援機器２０に設けることができることは明らかであろう。充電ポートは、図１～図４に示されるようなＣＣＳ２コネクタ又はＣＨＡｄｅＭＯコネクタに接続するように構成することができる。ＣＣＳ２及びＣＨＡｄｅＭＯコネクタは両方とも、ＤＣ充電を提供することができる。これらは単に例示的なコネクタであり、他のコネクタも本地上支援機器と共に使用するのに適し得ることは明らかであろう。

図２は、本明細書において説明するバッテリー充電機能を提供する充電ユニットの例示的な電気回路を示すために第１の側面４２のパネルが除去された状態を示している。充電器制御ユニット１は、４つの３０ｋＷの充電モジュール２に動作可能に接続される。充電モジュール２は、図５～図９を参照して以下に説明する充電モジュール７０、７２のいずれかとすることができる。成形ケース回路遮断器（ＭＣＣＢ）３は、電気回路に過負荷保護を提供するために設けられる。充電器入力コンタクタ４は、漏電監視リレー５に隣接して設けられる。それぞれのＤＣコンタクタ７を有する２つのＤＣヒューズ６は、コネクタ８に出力電力を提供する。したがって、地上支援機器又は車両のバッテリー（図示せず）を、コネクタ８を介して充電することができる。

キャビネット４０の第２の側面４４には、図３及び図４に示されているように、航空機に電力供給する地上電力ユニット（ＧＰＵ）セクションが設けられる。キャビネット４０の第２の側面４４は、ＧＰＵセクションに対するユーザーインターフェース１６を有する。キャビネット４０内には、入力遮断器１０と、出力コンタクタ１１と、航空機に電力供給する補助電源１２とがある。補助電源１２は、小型回路遮断器（ＭＣＢ）１４に接続される。キャビネット４０内に設けられる制御ユニット１３は、ＧＰＵセクションの動作を制御する。航空機に出力を提供するためのコンバーター部１５も設けられる。コンバーター部１５は、図５～図９を参照して以下に説明されるソリッドステートコンバーター６０、６２のいずれかとすることができる。

ＧＰＵセクションは、バッテリー充電ユニットに供給される電力を制御するためのソリッドステートコンバーターを含む。ソリッドステートコンバーターは、空港電力源から引き出すことができる予め設定された最大電力を有し、航空機（もしあれば）によって引き出される電力を監視することができることから、ソリッドステートコンバーターは、現在の要件に対して空港電力源のどれだけの量が余剰であるかを決定し、余剰の電力をバッテリー充電ユニットに転用することができる。これは、例えば、空港電力源の既知の最大電力と航空機によって引き出される瞬間電力との差に基づいてバッテリー充電ユニットに利用可能な最大電力を示す制御信号に基づいて達成することができる。これは、航空機への電力が常に優先され、電気回路が過負荷にならないことを確実にするために、地上支援機器内のほぼ瞬間的な電力管理を提供する。これにより、従来技術のような電流変換器又は別個の負荷分担コントローラーを必要とせず、有利である。したがって、本地上支援機器２０は、ソリッドステートコンバーターのコントローラーを使用して、地上支援機器の入力電流を全体として検出し、ソリッドステートコンバーターによって引き出される入力電流に基づいて制御信号を生成して、空港電力源の任意の残りの電力容量を決定することができるので、設計がより単純である。そして、この制御信号は、以下に説明されるように、例えば、存在する場合にはＤＣバス５７から、充電モジュール２によって引き出される電力の量を制御するために、バッテリー充電ユニットに送達又は送信され得る。

１つの例においては、地上支援機器２０は、地上支援機器２０の給電線内の外部２００Ａヒューズによって予めヒューズが取り付けられ、これは、４００Ｖ主電源で約１３８ｋＷに対応する。いくつかの場合においては、ＧＰＵセクションは、９０ｋＷの電力を提供することができる。図示の例においては、４つの３０ｋＷの定電力充電モジュール２を使用して、合計で１２０ｋＷを生成する。しかしながら、充電モジュール２の異なる配置を使用することによって、他の所定の最大電力レベル、例えば１８０ｋＷを提供することができることは明らかである。

バッテリー充電ユニットセクションは、並列に接続された充電モジュール２と共に示されており、充電モジュール２は、空港電力源、例えば５０／６０ＨｚのＡＣ電力源から電力供給される。いくつかの場合においては、航空機にＡＣ電力出力を提供する４００Ｈｚの内部ＤＣバスから電力供給されるＤＣ／ＤＣモジュールを使用することが可能である。

制御ユニット１３は、ＧＰＵセクションからの高い電力需要があるときに給電回路に過負荷がかかることを回避するために、バッテリー充電ユニットの電力消費を低減することができる。航空機がＧＰＵセクションから最大電力を引き出すことは稀であるため、地上にいるときに４００Ｈｚの電力が航空機に供給されている間、バッテリー駆動の地上支援機器又は車両を充電するための容量が典型的に存在する。ＤＣ充電は、ＧＰＵ内に存在する既存の電気回路を更に利用するために、本地上支援機器２０内のＧＰＵセクションと組み合わされる。具体的には、航空機によって引き出される電力を監視することができ、充電モジュール２によって引き出すことができる電力の量を制御することができるソリッドステートコンバーターである。

図５～図９は、上述した地上支援機器を実装するのに適した例示的な電気回路の概略図である。図５は、上述したキャビネット４０内の電気回路を示している。キャビネット４０は、空港電力源５０に対する入力と、航空機６５に対する出力６４と、上述した方法で電気自動車等のバッテリー駆動の地上支援機器７５をＤＣ充電するための別個の出力７４とを有する。入力５０は、ソリッドステートコンバーター６０に対するＤＣバス５７を提供する整流器５５に接続される。ソリッドステートコンバーター６０は、航空機６５に適切な出力６４、例えば４００Ｈｚで２００ＶのＡＣを提供する内蔵インバーターを有する。入力５０は、それぞれが独自の整流器を有する一連の充電モジュール７０Ａ～７０Ｄを備えるバッテリー充電ユニット７０にも接続される。充電モジュール７０Ａ～７０Ｄは、並列に接続され、上記で説明したような充電用のＤＣ出力７４を提供するように配置される。ソリッドステートコンバーター６０のコントローラーは、バッテリー充電ユニット７０に動作可能に接続され、上述した方法でバッテリー充電ユニット７０に制御信号５９を送信することができる。

図６は、整流器５５がソリッドステートコンバーター６０及びバッテリー充電ユニット７２の両方に接続された代替的な回路を示しており、バッテリー充電ユニットは、充電モジュール７２Ａ～７２Ｄの並列配置を備える。図６の電気回路においては、充電モジュール７２Ａ～７２Ｄの配置は、ＡＣ－ＤＣ変換が整流器５５によって提供されることから、内蔵整流器を必要としない。この例においては、ＤＣバス５７は、バッテリー充電ユニット７２の充電モジュール７２Ａ～７２Ｄ、ソリッドステートコンバーター６０、及び地上支援機器内の任意の他の構成要素に電力供給することができる。ソリッドステートコンバーター６０のコントローラーは、バッテリー充電ユニット７２に動作可能に接続され、上述した方法でバッテリー充電ユニット７２に制御信号５９を送信することができる。

いくつかの場合においては、ソリッドステートコンバーター及び／又は充電モジュールは、それらの独自の内蔵整流器を有することができる。これにより、それぞれの構成要素に電力供給するためのＤＣバス５７を提供するために別個の整流器５５を有する必要がなくなり、有利である。同様に、単一の大きな構成要素ではなく、複数のより小さなソリッドステートコンバーターモジュールを提供することが可能である。これにより、キャビネット４０内の空間をより良好に利用することが可能となり、有利である。図７は、別個の整流器が存在せず、単一のソリッドステートコンバーターが、それぞれが内蔵整流器を有するより小さなソリッドステートコンバーターモジュール６２Ａ～６２Ｄによって置き換えられた例を示している。空港電力源５０は、ソリッドステートコンバーターモジュール６２Ａ～６２Ｄの並列配置に接続され、バッテリー充電ユニット７０の充電モジュール７０Ａ～７０Ｄの並列配置にも接続される。充電モジュール７０Ａ～７０Ｄは、上記で説明したようにＤＣ充電用の電力を提供し、ソリッドステートコンバーターモジュール６２Ａ～６２Ｄは、上記で説明したように航空機６５に電力供給するための出力６４を提供する。ソリッドステートコンバーターモジュール６２Ａ～６２Ｄのうちのいずれかのコントローラーを使用して、上述の方法でバッテリー充電ユニット７０に制御信号５９を提供することができることは明らかであろう。

いくつかの場合においては、整流器は、図８に示すように、一連のより小さな整流器モジュール５５Ａ～５５Ｄとして実装することができる。これにより、キャビネット４０内の空間をより良好に利用することが可能となり、有利である。整流器モジュール５５Ａ～５５Ｄは、並列に接続され、キャビネット４０内の電力構成要素に対するＤＣバス５７を提供する。図８は、航空機６５に電力供給するための出力６４を提供するためのソリッドステートコンバーターモジュール６０Ａ～６０Ｄの並列配置を示す。この場合、整流器の機能は、ソリッドステートコンバーターモジュール６０Ａ～６０Ｄから分離され、その結果、内蔵整流器のないソリッドステートコンバーターモジュール６０Ａ～６０Ｄを本地上支援機器と共に使用することができる。図６と同様に、バッテリー充電ユニット７２の充電モジュール７２Ａ～７２Ｄも、内蔵整流器を有さない。ソリッドステートコンバーターモジュール６２Ａ～６２Ｄのうちのいずれかのコントローラーを使用して、上述の方法でバッテリー充電ユニット７２に制御信号５９を提供することができることは明らかであろう。

更なる電気回路が図９に示されている。キャビネット４０は、空港電力源５０を受けるための入力と、航空機６５及びバッテリー充電器７５のそれぞれに対する出力ポート６４、７４とを含む。この回路においては、別個の整流器５５が、空港電力源５０に接続され、ソリッドステートコンバーター６２から独立してバッテリー充電ユニット７２の充電モジュール７２Ａ～７２Ｄに電力供給するためのＤＣバス５７を提供する。この場合、単一のソリッドステートコンバーター６２は、空港電力源５０に直接接続され、航空機６５に対する出力６４を提供するための内蔵整流器及びインバーターを含む。ソリッドステートコンバーター６２のコントローラーは、バッテリー充電ユニット７２に動作可能に接続され、上述した方法でバッテリー充電ユニット７２に制御信号５９を送信することができる。

図５～図９に示されている例示的な回路によって理解されるように、単一のより大きなソリッドステートコンバーター、整流器及び／又は充電モジュールの代わりに複数のより小さなモジュールを使用することが可能であるが、これは必須ではない。同様に、ソリッドステートコンバーター及び／又は充電モジュール（複数の場合もある）が内蔵整流器を含むことが可能であるが、これは必須ではない。いくつかの場合のおいては、インバーターは、ソリッドステートコンバーターとは別個の構成要素として提供されてもよい。

本明細書の説明及び特許請求の範囲を通して、「備える（comprise）」及び「含有する（contain）」という用語並びにそれらの変形は、「含むが限定されない」ことを意味し、それらは、他の部分、追加の要素、構成要素、整数又はステップを排除することを意図しない（及び排除しない）。本明細書の説明及び特許請求の範囲を通して、文脈上他の意味に解すべき場合を除き、単数形は複数形を包含する。特に、不定冠詞が使用される場合、本明細書は、文脈上他の意味に解すべき場合を除き、単数だけでなく複数も意図していると理解されるべきである。

本発明の特定の態様、実施形態又は実施例に関連して記載される特徴、整数、特性又は群は、それらと矛盾しない限り、本明細書に記載される任意の他の態様、実施形態又は実施例に適用可能であると理解されるべきである。本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書及び図面を含む）に開示された特徴の全て、及び／又はそのように開示された任意の方法又はプロセスのステップの全ては、そのような特徴及び／又はステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組合せを除いて、任意の組合せで組み合わせることができる。本発明は、前述の実施形態についての詳細に限定されない。本発明は、本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書及び図面のいずれも含む）に開示された特徴の任意の新規なもの、若しくは任意の新規な組合せ、又はそのように開示された任意の方法若しくはプロセスのステップの任意の新規なもの、若しくは任意の新規な組合せに及ぶ。

Claims (15)

1. 地上の航空機に電力供給する地上支援機器であって、
   所定の最大電力を有する空港電力源から地上の航空機に電力供給するように構成されるソリッドステートコンバーターと、
   前記空港電力源から外部バッテリーを充電するように構成されるバッテリー充電ユニットと、
   を備え、
   前記ソリッドステートコンバーターは、前記航空機によって引き出される瞬間電力を測定するように構成され、
   前記ソリッドステートコンバーターは、前記バッテリー充電ユニットを制御するための制御信号を生成するように構成され、前記制御信号は、前記空港電力源の前記所定の最大電力と前記航空機によって引き出される前記瞬間電力との差に基づいて、前記バッテリー充電ユニットに利用可能な最大電力を示す、地上支援機器。
2. 前記ソリッドステートコンバーターは、前記所定の最大電力を設定するためのユーザー入力を受け付けるように構成される、請求項１に記載の地上支援機器。
3. 前記バッテリー充電ユニットは、前記空港電力源から電力を受け取るように構成される複数の充電モジュールを備える、請求項１又は２に記載の地上支援機器。
4. 前記複数の充電モジュールは、並列に接続される、請求項３に記載の地上支援機器。
5. 前記複数の充電モジュールのうちの少なくとも１つは、３０ｋＷの出力を提供するように構成される、請求項２又は３に記載の地上支援機器。
6. 前記複数の充電モジュールのうちの少なくとも１つは、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成される、請求項３～５のいずれか一項に記載の地上支援機器。
7. 前記バッテリー充電ユニットに電力を提供するためのＤＣバスを提供するために、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成される共通整流器を備える、請求項３～５のいずれか一項に記載の地上支援機器。
8. 前記ＤＣバスは、前記複数の充電モジュールのそれぞれに電力を提供するように構成される、請求項７に記載の地上支援機器。
9. 前記ソリッドステートコンバーターは、４００Ｈｚの出力を提供するように構成される、請求項１～８のいずれか一項に記載の地上支援機器。
10. 前記ソリッドステートコンバーターは、ＡＣ電力源から電力を受け取るように構成される、請求項１～９のいずれかに記載の地上支援機器。
11. 前記ソリッドステートコンバーターは、最大１８０ｋＷの出力電力を提供するように構成される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の地上支援機器。
12. 前記バッテリー充電ユニットは、１２０ｋＷの出力電力を提供するように構成される、請求項１～１１のいずれか一項に記載の地上支援機器。
13. 前記バッテリー充電ユニットは、ＤＣ電力出力を提供するように構成される、請求項１～１２のいずれか一項に記載の地上支援機器。
14. 前記航空機に電力を提供するように構成される複数のソリッドステートコンバーターを備える、請求項１～１３のいずれか一項に記載の地上支援機器。
15. 前記複数のソリッドステートコンバーターは、並列に接続される、請求項１４に記載の地上支援機器。