一种平流层电-电混合太阳能飞艇的能源供给系统

摘要

一种平流层电-电混合太阳能飞艇的能源供给系统，它是以太阳能电池阵为主供电源，再生式氢氧燃料电池和高能动力蓄电池组为辅助电源，直流无刷电动机和电机驱动控制器为驱动装置，艇载能源监控器为能源分配系统，单、双向DC/DC变换器为电压调节装置的电-电混合能源供给系统。太阳能电池阵通过电缆与带最大功率跟踪的单向DC/DC变换器相连；单向DC/DC变换器经由电缆与直流无刷电机驱动控制器相连，该控制器控制直流无刷电动机驱动高空螺旋桨推进器；单向DC/DC变换器通过电缆与双向高压DC/DC变换器相连；单向DC/DC变换器通过电缆与高能动力蓄电池组的充电调节器相连；它实现了电源功率的合理分配，保证了平流层电-电混合太阳能飞艇的机动安全性及较高的使用寿命。

主权项

一种平流层电‑电混合太阳能飞艇的能源供给系统，其特征在于：该系统以太阳能电池阵为主供电源，再生式氢氧燃料电池和高能动力蓄电池组为辅助电源，直流无刷电动机和电机驱动控制器为驱动装置，艇载能源监控器为能源分配系统，单向及双向DC/DC变换器为电压调节装置的电‑电混合能源供给系统；太阳能电池阵通过电缆与带最大功率跟踪的单向DC/DC变换器相连，以获得太阳能最大输出功率；单向DC/DC变换器经由电缆与直流无刷电机驱动控制器相连，该控制器控制直流无刷电动机驱动高空螺旋桨推进器；单向DC/DC变换器通过电缆与双向高压DC/DC变换器相连，以便在太阳能辐射强度高或负载能耗较小时，为燃料电池反应堆的电解池提供能量电解水产生氢、氧气；单向DC/DC变换器通过电缆与高能动力蓄电池组的充电调节器相连，以便在太阳能辐射强度高或负载能耗较小时，为高能动力蓄电池充电；所述太阳能电池阵由铜铟镓硒薄膜太阳能单体电池组成，铜铟镓硒薄膜太阳能单体电池以串、并联方式用互连片连接起来构成电池组件，电池组件通过汇流条将能量汇流到扁平电缆母线，作为飞艇白天的主供电源；所述再生式氢氧燃料电池主要由高压储氢罐、高压储氧罐、电解池、燃料电池反应堆、燃料电池控制器、水箱组成，作为飞艇夜间的主供电源；该再生式氢氧燃料电池由大连化学物理研究所研制提供；所述高能动力蓄电池组由方形结构单体锰锂电池串并联组成，该蓄电池组采用新式的拉杆式结构即排列整齐的蓄电池单体用前后端板夹住，用螺杆拉紧固定，包括锂离子蓄电池单体、蓄电池组结构件即前后端板、中间支架和散热片及电连接器，其间的位置连接关系是：由蓄电池单体组成的蓄电池组由前后端板和中间支架通过钛合金拉杆紧固；多个L型散热片安置在串连单体蓄电池之间；电连接器安装在蓄电池前后端板上，用于实现蓄电池功率输出、充电输入、热控、均衡电路信号传输和地面测试功能；蓄电池组通过前后端板和中间支架的安装角紧固在飞艇吊舱内壁；它作为再生式燃料电池的补充电源和在其它能源设备出现故障时作为应急电源；所述艇载能源监控器主要由硬件和软件两部分组成；该硬件是一块集成电路板，由监控器主芯片，Flash存储器和RAM存储器及相关电路组成，监控器主芯片的输出与Flash存储器和RAM存储器的输入相连；该软件是根据既定的飞艇飞行方案编制的能量供给控制程序；所述直流无刷电动机是由定子、转子、电枢、永磁磁极和转子位置传感器构成，电枢和转子位置传感器固定在定子上，永磁磁极固定在转子上；转子位置传感器用于检测转子磁场相对于定子绕组的位置，并在确定的相对位置上发送信号，由此控制功率器件对定子绕组中的电流进行换向；所述直流无刷电机驱动控制器包括数字信号处理单元、三相全桥功率驱动器、保护模块、通信接口和电源管理单元；数字信号处理单元以TMS320LF2808为核心，完成对转子位置、电枢电流、母线电压和电流、通信接口、电机转速等信号的实时检测和处理，并根据设定的转矩和转速需求，输出脉宽调制信号即PWM控制电枢绕组中的电流，实现转矩和转速的闭环控制；三相全桥功率驱动器由智能功率模块即IPM和辅助电路构成，具有运行可靠、保护灵敏等特点；它们实现相关的欠压、过压和过流保护，接收用户指令，并提供可靠的逻辑控制和功率驱动电源；所述单向及双向DC/DC变换器，由北京昂华伟业科技有限公司专门定制，主电路由输入滤波电路、桥式逆变电路、高频变压器、谐振电感、箝位二极管、隔直电路及输出整流、滤波电路组成；直流输入电压220‑400V，直流输出电压270V±10％，并具有过压、欠压、过热、输出短路、防反接保护功能。