一種電動飛機(jī)能源控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及采用燃料電池的電動飛機(jī)的能源控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]能源控制系統(tǒng)是電動飛機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于電動飛機(jī)控制的復(fù)雜性以及飛行環(huán)境的多變性，能源控制系統(tǒng)的可靠性成為整個飛機(jī)動力系統(tǒng)的關(guān)鍵。結(jié)合傳統(tǒng)能源動力和新能源動力的混合能源動力系統(tǒng)可作為有效的解決方案。電動飛機(jī)的能源動力系統(tǒng)有很多種，包括燃料電池，鋰電池和航空發(fā)電機(jī)。其中鋰電池和燃料電池混合的能源方式可以為飛機(jī)連續(xù)工作提供能源動力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種以燃料電池和鋰電池為動力的電動飛機(jī)能源控制系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0004]所述電動飛機(jī)能源控制系統(tǒng)，包括總控制模塊、燃料電池模塊、鋰電池模塊、DC/DC模塊、冷卻模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，各模塊通過導(dǎo)線連接，總控制模塊通過RS232總線和飛機(jī)任務(wù)計算機(jī)連接，使用燃料電池作為系統(tǒng)主動力。
[0005]所述總控制模塊包括控制器(E⑶)、電磁閥(I)和繼電器(2)，控制器(ECU)與電磁閥(I)通過導(dǎo)線連接，繼電器(2)與控制器(ECU)通過導(dǎo)線連接，總控制模塊對燃料電池模塊的啟動、運(yùn)行、關(guān)閉通過ECU程序進(jìn)行控制，ECU控制繼電器⑵的開合及電磁閥⑴的開閉，并且對數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
[0006]根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行程序編譯，將程序?qū)懭隕CU，由ECU控制電動飛機(jī)能源控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程。
[0007]燃料電池模塊包括燃料電池和鼓風(fēng)機(jī)；鼓風(fēng)機(jī)為燃料電池提供空氣，燃料電池輸出母線經(jīng)電流傳感器A和電壓傳感器V與輸出DC/DC的輸入端相連接，使用燃料電池模塊作為電動飛機(jī)能源控制系統(tǒng)的主動力，在起飛、巡航及降落過程中全程工作，燃料電池根據(jù)飛機(jī)的工況提供不同的動力，在起飛過程中全功率輸出，在巡航和降落過程按照飛機(jī)的需求輸出功率，保證飛機(jī)正常飛行。
[0008]鋰電池模塊包括52V鋰電池組，52V鋰電池組與飛機(jī)發(fā)動機(jī)的輸入端相連，為飛機(jī)發(fā)動機(jī)提供電源，鋰電池模塊在整個系統(tǒng)運(yùn)行過程中作為輔助電源，在飛機(jī)起飛過程中，鋰電池模塊進(jìn)行全功率輸出，當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入巡航和降落階段時，鋰電池模塊停止工作。
[0009]DC/DC模塊包括100V?56V轉(zhuǎn)310V模塊、100V?56V轉(zhuǎn)52V模塊以及52V轉(zhuǎn)24V模塊；燃料電池輸出端電壓輸入到DC/DC后分成兩路，一路輸出DC310V與燃料電池模塊的鼓風(fēng)機(jī)的供電端相連，為鼓風(fēng)機(jī)提供310V電源；第二路輸出DC52V又分為兩路，一路與飛機(jī)發(fā)動機(jī)的輸入端相連，為飛機(jī)發(fā)動機(jī)提供52V電源，另一路與輸出DC24V的輸入端相連，為E⑶提供24V電源，DC24V模塊外接56V鋰電池(5)，為系統(tǒng)啟動提供24V啟動電壓。
[0010]冷卻模塊包括散熱片(7)、風(fēng)扇(6)和水泵(4);水泵(4)通過繼電器(2)與E⑶相連。
[0011]數(shù)據(jù)采集模塊為傳感器，由電壓傳感器V、電流傳感器A、壓力傳感器(3)組成，各傳感器通過導(dǎo)線與E⑶連接。
[0012]當(dāng)燃料電池出現(xiàn)故障時，總控制模塊通過RS232總線將報警狀態(tài)上傳飛機(jī)任務(wù)計算機(jī)，ECU控制電磁閥關(guān)閉，燃料電池停止對外輸出電壓，并執(zhí)行鋰電供電命令；當(dāng)燃料電池停車時，由鋰電池獨(dú)立工作。
[0013]系統(tǒng)運(yùn)行過程中為飛機(jī)發(fā)動機(jī)、燃料電池系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)以及控制系統(tǒng)供電，并且根據(jù)不同的用電器輸出相應(yīng)的電壓，同時DC/DC的工作效率能夠達(dá)到90%以上，轉(zhuǎn)化效率尚O
[0014]所述控制模塊包括對燃料電池模塊的啟動運(yùn)行關(guān)閉進(jìn)行控制，控制繼電器的開合和對系統(tǒng)各電壓電流及其他參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。
[0015]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1.通過能源控制系統(tǒng)實(shí)時可靠的控制，能充分保證電動飛機(jī)的能源供應(yīng)和正常工作；
[0017]2.燃料電池系統(tǒng)能夠根據(jù)負(fù)載實(shí)時工況高效率的輸出功率，滿足飛機(jī)運(yùn)行需求。
[0018]3.通過控制器正常工作下的軟件切換和控制器失靈情況下硬件控制切換保證了能源控制系統(tǒng)的高可靠性。
【附圖說明】
[0019]本發(fā)明有附圖一幅，為本發(fā)明的電動飛機(jī)能源控制系統(tǒng)的原理框圖。
[0020]附圖中，F(xiàn)C為燃料電池模塊，Li為52V鋰電池模塊，A為電流傳感器，V為電壓傳感器，I為電磁閥，2為繼電器，3為壓力傳感器，4為水泵，5為56V鋰電池，6為風(fēng)扇，7為散熱片，F(xiàn)AN為燃料電池模塊中的鼓風(fēng)機(jī)，ENGINE為飛機(jī)發(fā)動機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0022]系統(tǒng)包括總控制模塊、燃料電池模塊、鋰電池模塊、DC/DC模塊、冷卻模塊和數(shù)據(jù)采集模塊。各模塊通過導(dǎo)線連接，總控制模塊通過RS232總線和飛機(jī)任務(wù)計算機(jī)連接；燃料電池模塊的燃料電池輸出母線經(jīng)電壓和電流傳感器與輸出DC/DC的輸入端相連接，DC/DC輸出分成兩路，一路輸出DC310V與燃料電池模塊的鼓風(fēng)機(jī)的供電端相連為鼓風(fēng)機(jī)提供310V電源；第二路輸出DC52V又分為兩路，一路與飛機(jī)發(fā)動機(jī)的輸入端相連，為發(fā)動機(jī)提供52V電源，另一路與輸出DC24V的輸入端相連，為E⑶提供24V電源。鋰電池模塊包括52V鋰電池組，該電池組與發(fā)動機(jī)的輸入端相連，為發(fā)動機(jī)提供52V電源。
[0023]總控制模塊包括控制器E⑶、電磁閥。E⑶和電磁閥通過導(dǎo)線連接，E⑶與繼電器通過導(dǎo)線連接，繼電器與冷卻模塊通過導(dǎo)線連接。控制模塊包括對燃料電池模塊的啟動運(yùn)行關(guān)閉進(jìn)行控制，控制繼電器的開合和對系統(tǒng)各電壓電流及其他參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。
[0024]電動飛機(jī)能源控制系統(tǒng)工作過程為:準(zhǔn)備啟動時，將外接56V鋰電與DC24V輸入端連接，此時DC/DC有控制電壓，可以輸出DC310V為鼓風(fēng)機(jī)供電。接到啟動燃料電池之后，燃料電池模塊啟動，此時燃料電池控制電壓由外接鋰電池提供。當(dāng)數(shù)據(jù)采集模塊采集到各項數(shù)據(jù)達(dá)到工作條件之后，閉合負(fù)載開關(guān)，燃料電池啟動成功，之后斷開外接鋰電池。
[0025]燃料電池啟動之后，燃料電池模塊為飛機(jī)提供動力。通過DC24V為控制模塊供電，同時，燃料電池一方面通過DC310輸出310V電源用于燃料電池模塊鼓風(fēng)機(jī)供電，另一方面，燃料電池通過DC52輸出52V為飛機(jī)發(fā)動機(jī)提供動力。起飛和爬升階段由燃料電池和鋰電池共同為飛機(jī)發(fā)動機(jī)供電，巡航和降落階段由燃料電池獨(dú)立為發(fā)動機(jī)供電。
[0026]當(dāng)燃料電池出現(xiàn)故障時，總控制模塊通過RS232總線將報警狀態(tài)上傳飛機(jī)任務(wù)計算機(jī)并執(zhí)行鋰電供電命令；當(dāng)燃料電池工作過程中控制器失靈，數(shù)據(jù)采集模塊能繼續(xù)監(jiān)測電池母線的輸出電壓以及電流、壓力數(shù)據(jù)；當(dāng)燃料電池停車時，ECU控制電磁閥關(guān)閉，燃料電池停止對外輸出電壓，由鋰電池獨(dú)立工作。
[0027]實(shí)際電動飛機(jī)飛行應(yīng)用表明，能源控制系統(tǒng)通過實(shí)時可靠的控制，可充分保證電動飛機(jī)的能源供應(yīng)和正常工作。特別是燃料電池模塊的特點(diǎn)，能夠根據(jù)負(fù)載實(shí)時工況高效率的輸出功率，滿足飛機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行需求。
【主權(quán)項】
1.一種電動飛機(jī)能源控制系統(tǒng)，包括總控制模塊、燃料電池模塊、鋰電池模塊、DC/DC模塊、冷卻模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，各模塊通過導(dǎo)線連接，總控制模塊通過RS232總線和飛機(jī)任務(wù)計算機(jī)連接，其特征在于，使用燃料電池作為系統(tǒng)主動力。
2.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述總控制模塊包括控制器(ECU)、電磁閥(I)和繼電器(2)，控制器(ECT)與電磁閥(I)通過導(dǎo)線連接，繼電器(2)與控制器(ECT)通過導(dǎo)線連接，總控制模塊對燃料電池模塊的啟動、運(yùn)行、關(guān)閉通過ECU程序進(jìn)行控制，ECU控制繼電器(2)的開合及電磁閥(I)的開閉，并且對數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理； 根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行程序編譯，將程序?qū)懭隕CU，由ECU控制電動飛機(jī)能源控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程。
3.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，燃料電池模塊包括燃料電池和鼓風(fēng)機(jī)；鼓風(fēng)機(jī)為燃料電池提供空氣，燃料電池輸出母線經(jīng)電流傳感器A和電壓傳感器V與輸出DC/DC的輸入端相連接，使用燃料電池模塊作為電動飛機(jī)能源控制系統(tǒng)的主動力，在起飛、巡航及降落過程中全程工作，燃料電池根據(jù)飛機(jī)的工況提供不同的動力，在起飛過程中全功率輸出，在巡航和降落過程按照飛機(jī)的需求輸出功率，保證飛機(jī)正常飛行。
4.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，鋰電池模塊包括52V鋰電池組，52V鋰電池組與飛機(jī)發(fā)動機(jī)的輸入端相連，為飛機(jī)發(fā)動機(jī)提供電源，鋰電池模塊在整個系統(tǒng)運(yùn)行過程中作為輔助電源，在飛機(jī)起飛過程中，鋰電池模塊進(jìn)行全功率輸出，當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入巡航和降落階段時，鋰電池模塊停止工作。
5.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，DC/DC模塊包括10V?56V轉(zhuǎn)310V模塊、100V?56V轉(zhuǎn)52V模塊以及52V轉(zhuǎn)24V模塊；燃料電池輸出端電壓輸入到DC/DC后分成兩路，一路輸出DC310V與燃料電池模塊的鼓風(fēng)機(jī)的供電端相連，為鼓風(fēng)機(jī)提供310V電源；第二路輸出DC52V又分為兩路，一路與飛機(jī)發(fā)動機(jī)的輸入端相連，為飛機(jī)發(fā)動機(jī)提供52V電源，另一路與輸出DC24V的輸入端相連，為E⑶提供24V電源，DC24V模塊外接56V鋰電池(5)，為系統(tǒng)啟動提供24V啟動電壓。
6.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，冷卻模塊包括散熱片(7)、風(fēng)扇(6)和水泵⑷冰泵⑷通過繼電器⑵與ECU相連。
7.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)采集模塊為傳感器，由電壓傳感器V、電流傳感器A、壓力傳感器(3)組成，各傳感器通過導(dǎo)線與E⑶連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)燃料電池出現(xiàn)故障時，總控制模塊通過RS232總線將報警狀態(tài)上傳飛機(jī)任務(wù)計算機(jī)，ECU控制電磁閥關(guān)閉，燃料電池停止對外輸出電壓，并執(zhí)行鋰電供電命令； 當(dāng)燃料電池停車時，由鋰電池獨(dú)立工作。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電動飛機(jī)能源控制系統(tǒng)，包括總控制模塊、燃料電池模塊、鋰電池模塊、DC/DC模塊、冷卻模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，各模塊通過導(dǎo)線連接，總控制模塊通過RS232總線和飛機(jī)任務(wù)計算機(jī)連接；總控制模塊包括對燃料電池模塊的啟動、運(yùn)行、關(guān)閉進(jìn)行監(jiān)控，控制繼電器的開合和對系統(tǒng)各電壓、電流進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；DC/DC模塊輸出24V、52V和310V電源，鋰電池模塊包括52V鋰電池組。本發(fā)明的突出特點(diǎn)是：能源控制系統(tǒng)的控制實(shí)時可靠，能充分保證飛機(jī)的能源供應(yīng)和正常工作；燃料電池系統(tǒng)能夠根據(jù)負(fù)載實(shí)時工況高效率的輸出功率，滿足飛機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行需求，具有可靠性高，成本低和易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G05B19-04
【公開號】CN104793512
【申請?zhí)枴緾N201410779591
【發(fā)明人】周利, 邵志剛, 于誠溢, 萇國強(qiáng)
【申請人】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2014年12月15日