ARPA-E为6个用于开发全电力航空应用的电气系统项目拨款1000万美元

作为“通过轻型电气系统连接航空”（CABLES）主题的一部分，ARPA-E为6个用于开发全电力航空应用的电气系统项目拨款1000万美元的资金。CABLES是一系列项目之一，并获得了持续的融资机会的支持，该机会涵盖了能源技术领域的一系列最具创新性和非常规性的想法，探索了可能导致破坏性技术发展的高风险研发。

在此机会下选择的项目和相关主题不是现有的ARPA-E计划的一部分，但是如果成功，则可以为ARPA-E建立一个新的计划领域，以供进一步探索。

CABLES团队将开发用于全电气航空应用的中压（> 10 kV）配电电缆，连接器和断路器。未来的全电动双通道飞机将需要超过50兆瓦的配电能力；本课题的目标成果是在保持航空高可靠性和安全性要求的前提下，实现对重量影响最小的兆瓦级配电。

项目将开发按照相关航空标准测试的功能原型机，以广泛解决该领域的以下关键技术挑战：

• 确定具有最佳重量功率密度和最小电损耗的合适布线材料，并在必要时评估相应的真空或低温系统；
• 确定具有高介电强度，良好的导热性，较低的比重，保形性，延展性和气孔最小化的绝缘材料；
• 评估连接器设计；
• 开发航空应用的断路器；
• 解决由航空中的低气压环境引起的与局部放电有关的可靠性问题。

资助的项目有：

通用电气公司，GE研究部。 用于飞机配电的兆瓦特高空气体绝缘电缆系统（MAAGIC）-$ 3,448,797。GE Research将为大型飞机开发一种安全，轻便且具有海拔高度的兆瓦电力电缆系统，该系统具有电磁干扰屏蔽功能。预计拟议的10 MW电缆系统将实现比传统技术高十倍的功率密度，且不会因局部放电而退化，并且具有防火安全性和耐油性。

该电缆系统将启用未来大型飞机的全电动分布式推进器通过使用绝缘和冷却CO铝导体实现零排放₂，这两者都是现成的，可制造的材料。提出的电缆技术还可用于需要高电缆功率密度且占地面积较小的其他应用，包括电力船，潜艇和海上风力涡轮机平台。

伊利诺伊理工学院。 超导瞬时电路中断器：具有超低损耗和超快响应能力的故障保护，可满足未来的电动航空需求-$ 779,374。必须为未来的涡轮电动飞机的中压直流电源系统提供故障保护，但不一定必须由常规断路器提供故障保护。伊利诺伊理工学院将开发10 kV / 150A超导瞬时电路断路器（SMCI），以提供具有超低功耗（<1 W），超快速响应（<10μs或十分之一秒）和高功率的故障保护密度。

该架构包括带有快速机械断开开关的SMCI。在正常操作下，SMCI通过脉冲变压器的高温超导绕组传导直流负载电流。在故障条件下，SMCI通过变压器注入高瞬态电压，将故障电流迅速驱动为零，并将电流保持为较小的AC纹波电流，从而使机械开关安全地断开并隔离故障。

弗吉尼亚理工大学 高功率密度成本有效的中压直流飞机电缆-1,171,829美元。为了使电动飞机的功率密度更接近传统飞机，需要具有高功率输出和低系统质量的电力系统（EPS）。弗吉尼亚理工大学将为双通道全电动飞机开发一条高功率密度，高性价比的±5 kV电缆。

创新包括增加载流能力的导体；多层多功能隔热系统，由极高导热率的材料制成；以及具有更高机械强度和电气可靠性的新型高压绝缘解决方案。新的绝缘子专为直流电压而设计，将减少局部放电事件，并提供改进的电磁干扰保护。

田纳西大学。 支持固态断路器的超轻型紧密集成模块化航空运输系统（ULTIMATE-SSCB）-1,400,000美元。与低压交流同类产品相比，中压直流（MVDC）系统具有更低的配电损耗，更高的功率承载能力和更少的导体材料。这些好处对于满足航空应用对重量和尺寸的严格要求至关重要。

田纳西大学将为未来的电气化飞机推进系统开发轻巧，可靠，高效且灵活的保护解决方案，这些电气化飞机推进系统预计将使用1 kV至10 kV MVDC配电系统。该团队将开发具有高度集成的定制模块的模块化体系结构，使用在低温下冷却的高级固态半导体器件，并集成智能保护以实现项目目标。

Advanced Conductor Technologies LLC。 用于电动飞机的轻型，高功率密度，自保护超导电力电缆和连接器-$ 1,600,000。Advanced Conductor Technologies将开发额定功率高达50 MW的两极高温超导直流电力电缆和连接器，以使具有分布式电力推进的双通道飞机能够减少碳排放。电缆和连接器将包含与用作冷却剂的低温介质无关的绝缘层，并允许10 kV的工作电压。

由于它们具有固有的故障电流限制功能，因此电缆可以保护配电网络免受过电流的影响。这种内在能力将降低配电网络的复杂性，同时提高其可靠性。

超级技术研究。 使用Bio LNG进行冷却和热管理的电动飞机动力传输电缆-1,600,000美元。在开发用于双通道客机的10 kV，10 MW配电电缆中，存在两个关键的工程挑战。一种是在高压下提供足够的电绝缘，另一种是将热量从导体传递走。Hyper Tech Research通过将导体的温度保持在120开尔文（-153˚C）左右，将使覆铜铝导体的电阻率降低三倍。

该技术的目标是减小导体尺寸，低温恒温器尺寸以及电缆体积和重量，以显着降低电缆的单位质量长度。该团队建议使用可用的碳中性燃料（例如生物液化天然气（Bio-LNG））进行电绝缘和作为传热介质。冷却电缆后，Bio-LNG燃料将在车载涡轮发电机或燃料电池中消耗。