CN107979157A - 一种平流层太阳能飞艇的能源供给***及控制方法 - Google Patents
一种平流层太阳能飞艇的能源供给***及控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107979157A CN107979157A CN201711174827.4A CN201711174827A CN107979157A CN 107979157 A CN107979157 A CN 107979157A CN 201711174827 A CN201711174827 A CN 201711174827A CN 107979157 A CN107979157 A CN 107979157A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- energy
- solar
- dirigible
- power generation
- storage units
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 84
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 68
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 claims description 4
- 239000013589 supplement Substances 0.000 claims description 3
- 230000005923 long-lasting effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 5
- 239000005437 stratosphere Substances 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 2
- 239000005436 troposphere Substances 0.000 description 2
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001269238 Data Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000013396 workstream Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
- H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
- B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
- B64B1/06—Rigid airships; Semi-rigid airships
-
- H02J3/385—
-
- H02J7/0088—
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开一种平流层太阳能飞艇的能源供给***及控制方法，该***包括能源监控单元以及分别与能源监控单元连接的太阳能发电单元、储能单元，太阳能发电单元通过储能单元连接至飞艇内供电母线，太阳能发电单元包括多路发电支路，每路发电支路包括依次连接的太阳能电池阵列、MPPT模块以及控制开关模块，能源监控单元根据负载所需功率控制各MPPT模块的输出、储能单元进行充放电，以及根据储能单元的剩余能量控制各控制开关模块的通断；该控制方法为用于控制上述***的方法。本发明具有结构简单、成本低、能源供应效率及利用率高，能够满足平流层飞艇长时间持续供电需求且稳定可靠等优点。
Description
技术领域
本发明涉及平流层飞艇技术领域，尤其涉及一种平流层太阳能飞艇的能源供给***及控制方法。
背景技术
飞艇是一种轻于空气的航空器，它与热气球最大的区别在于具有推进和控制飞行状态的装置，具体是由巨大的流线型艇体、位于艇体下面的吊舱、起稳定控制作用的尾面和推进装置组成，艇体的气囊内充以密度比空气小的浮升气体（有氢气或氦气）借以产生浮力使飞艇升空，吊舱供人员乘坐和装载货物，尾面则用来控制和保持航向、俯仰的稳定。随着新型轻质高强度复合材料的技术进步，蒙皮、骨架等结构的设计和加工都发生了巨大变化，现代飞艇主要向更大的载荷效益、更长的滞空时间和更高的飞行高度三个方向发展。
大气层一般分为对流层、平流层、中间层、高温层、外层大气和逸散层六层，从海拔11 公里起到32 公里止为平流层，这层大气质量占总量的20％。按飞行高度划分，飞艇可分为对流层和平流层飞艇，平流层飞艇一般在 20公里左右的高空飞行或悬停，该飞行区域气温不随高度变化，几乎没有水汽凝结，没有雷、电等气象，也没有大气的上下对流，利用平流层飞艇可作为长期驻空的平台进行远程通信、对地观测、资源调查和巡逻预警等。
现有技术中平流层飞艇的能源供给***通常采用以下三种方式：
（1）单独采用携带蓄电池能源提供动力的方式，但是该类方式中由于蓄电池体积较大，操纵不便，一旦用完没有及时充电则不可再提供能量，而平流层环境中也无其他电源可以给其充电。
（2）以氢氧燃料电池和锂电池为动力构成飞艇能源供给***的方式，但是该类方式中由于燃料电池属于一次性能源，一旦用完就不可再提供能量。
（3）以铜铟镓硒薄膜太阳能电池、氢氧燃料电池共同构成飞艇能源供给***的方式，即白天通过太阳能电池阵发电为负载供电，在白天阳光不足的情况下，由氢氧燃料电池和太阳能联合向负载供电，太阳能发电过程中，通过一个MPPT模块跟踪太阳能电池阵的输出，夜晚则由氢氧燃料电池独立供电；但是该类方式中燃料电池属于一次性能源，一旦用完就不可再提供能量，而太阳能电池阵是由多个电池阵列串连接构成，各个电池阵列串之间存在性能差异，通过一个MPPT模块跟踪整个太阳能电池阵的输出时，无法消除不同电池阵列串之间的性能差异，导致降低发电效率，同时若需要调整太阳能输出，只能通过MPPT模块控制调整整个太阳能电池阵的输出，如需要降低太阳能输出时，则需要同时降低所有电池阵列串的输出，会大大降低各电池阵列串的发电效率低，使得整个***的供电效率低，所能够提供的能量有限。
如上述三种能源供给***均具有一定的缺陷，不能满足飞艇长时间持续驻空的需求，而无法实现平流层飞艇长时间滞空停留。
中国专利申请CN102060107A 公开了一种平流层电-电混合太阳能飞艇的能源供给***，就是通过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，艇载能源监控器为能源分配***，其中太阳能电池阵列的输出端连接MPPT模块以实现太阳能电池阵列的最大功率跟踪，MPPT模块通过DC-DC变换器与控制器连接，如上所述，该方案通过一个MPPT模块跟踪整个太阳能电池阵的输出，会使得发电效率低，而同时MPPT模块输出的电能需要经过DC-DC变换器存储至蓄电池中，DC-DC变换器的转换过程中会消耗一定的能量，会进一步减少***的发电效率，因而***的发电效率仍然不高，无法满足飞艇长时间持续驻空的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低、能源供应效率及利用率高，能够满足平流层飞艇长时间持续供电需求且稳定可靠的平流层太阳能飞艇的能源供给***及控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种平流层太阳能飞艇的能源供给***，包括能源监控单元以及分别与所述能源监控单元连接的太阳能发电单元、储能单元，所述太阳能发电单元、储能单元分别与飞艇供电母线连接，所述太阳能发电单元包括多路发电支路，每路所述发电支路包括依次连接的太阳能电池阵列、MPPT模块以及控制开关模块，所述能源监控单元根据负载所需功率控制各MPPT模块的输出、储能单元进行充放电，以及根据所述储能单元的剩余能量控制各控制开关模块的通断。
作为本发明***的进一步改进：还包括与所述能源监控单元连接的DC/DC变换单元，所述DC/DC变换单元从飞艇内供电母线中接收所述太阳能发电单元或所述储能单元输出的直流电并转换为所需直流电压后，根据所述能源监控单元的控制指令控制输出给飞艇内对应各负载。
作为本发明***的进一步改进：所述DC/DC变换单元分别通过一个控制开关连接各负载，所述控制开关与所述能源监控单元连接，通过所述能源监控单元控制各所述控制开关的开断。
作为本发明***的进一步改进：所述太阳能电池阵列具体采用由多个柔性晶硅电池串联或并联构成的柔性组件阵列。
作为本发明***的进一步改进：所述储能单元的输入端设置有接入开关，所述接入开关与所述能源监控单元连接，通过能源监控单元控制所述接入开关的开断。
作为本发明***的进一步改进：还包括温度补偿单元，所述温度补偿单元实时采集所述各所述太阳能电池阵列的上和/或下表面温度以及所处的环境温度，根据采集的温度值控制调整各路所述MPPT模块的输出，以进行温度补偿。
本发明进一步公开一种用于上述平流层太阳能飞艇的能源供给***的控制方法，该方法包括：当有太阳光时，所述太阳能发电单元接收太阳光转换为电能后，提供给负载供电并将多余的能量储存至所述储能单元中，当所述太阳能发电单元输出的能量不足时，控制所述储能单元放电以补充不足的能量，并实时检测所述储能单元的剩余能量，当检测到剩余能量充足且所述太阳能发电单元输出的功率大于负载所需功率时，控制断开对应路数的所述控制开关模块以降低能量输出。
作为本发明方法的进一步改进：当检测到剩余能量充足且所述太阳能发电单元输出的功率大于负载所需功率时，具体通过计算所述太阳能发电单元输出的功率相比于当前负载所需功率的超出量，根据计算得到的所述超出量，控制断开对应路数的所述控制开关模块以降低输出功率与当前负载所需功率匹配。
作为本发明方法的进一步改进：当检测到所述储能单元的剩余能量不足时，还包括控制断开连接在DC/DC变换单元与负载之间的控制开关步骤，以减少负载功率。
作为本发明方法的进一步改进：所述方法还包括温度补偿步骤，具体步骤为：实时采集所述各所述太阳能电池阵列的上和/或下表面温度以及所处的环境温度，若采集到的温度超过预设温度，控制各所述MPPT模块减小输出功率，若采集到的温度低于预设温度，控制各所述MPPT模块增加输出功率。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1）本发明通过由能源监控单元与太阳能发电单元、储能单元构成能源供给***，可利用太阳能提供持续能源，且每个太阳能电池阵列对应由一个MPPT模块进行跟踪控制，能够消除不同电池阵列之间的性能差异，提高发电效率，同时每路发电支路设置有控制开关模块，可灵活控制各发电支路的通断，从而无需降低发电效率即可方便的调整太阳能发电单元的输出，保证能源供应的稳定性及安全可靠性，同时能够尽可能的提高整个***的能源供应效率，从而满足飞艇长时间持续的供电需求。
2）本发明通过由多条发电支路并联构成太阳能发电单元，每条发电支路由一个MPPT模块跟踪一个太阳能电池阵列，可以实现高电压低电流输出，使得仅需采用截面积较小的电缆传输电能，能大大减少电缆的重量，同时减少发热，从而能够大大降低飞艇的载重、保障飞艇安全。
3）本发明进一步通过太阳能发电单元直接与储能单元连接，太阳能发电单元产生的电能直接存储在储能单元，可以节省一个DC/DC变换器的设置，且避免了太阳能发电单元产生的电能经过DC/DC变换会损失能量，保证产生的能量能够高效率的存储至储能单元中，同时DC/DC变换单元设置在负载端，负载供电端采用低压输出方式为负载供电，可以进一步有效降低线缆重量，减少发热，保护飞艇与负载的安全。
4）本发明进一步DC/DC变换单元分别通过一个控制开关连接各负载，控制开关与能源监控单元连接，通过能源监控单元控制各控制开关的开断，通过各控制开关可以灵活的控制接入的负载，从而可根据锂电池组容量与实际飞艇工况灵活控制飞艇电机或电子负载的电流通断，能够在能量不足时快速的切除部分负载，保证关键负载的正常供电，确保飞艇长时间稳定停留工作。
5）本发明进一步针对平流层飞艇的环境特性设置有温度补偿单元，通过设置温度补偿单元可以实时监测太阳能电池阵列的表面温度以及环境温度，根据温度变化状态进行温度补偿，在温度过高时，能够及时控制降低各太阳能电池阵列的输出功率以补偿温度，在温度过低时，能够及时控制增加各太阳能电池阵列的输出功率以补偿温度，从而能够保证不同环境温度状态下各太阳能电池阵列的发电性能。
附图说明
图1是本实施例平流层太阳能飞艇的能源供给***的结构示意图。
图2是本发明具体实施例中平流层太阳能飞艇的能源供给***的具体结构原理示意图。
图例说明：1、能源监控单元；2、太阳能发电单元；21、太阳能电池阵列；22、MPPT模块；23、控制开关模块； 3、储能单元；31、接入开关；4、DC/DC变换单元；41、控制开关。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1、2所示，本实施例平流层太阳能飞艇的能源供给***包括能源监控单元1以及分别与能源监控单元1连接的太阳能发电单元2、储能单元3，太阳能发电单元2、储能单元3分别与飞艇供电母线连接，太阳能发电单元2包括多路发电支路，每路发电支路包括依次连接的太阳能电池阵列21、MPPT（最大功率跟踪）模块12以及控制开关模块23，即每一个太阳能电池阵列21对应一个MPPT模块22，多个MPPT模块22构成一个MPPT控制器，每个MPPT模块22调节对应太阳能电池阵列21的工作点至最大功率点，通过控制开关模块23的通断控制每条发电支路的接入；能源监控单元1根据负载所需功率控制各MPPT模块22的输出、储能单元3进行充放电，以及根据储能单元3的剩余能量控制各控制开关模块23的通断，以调整太阳能发电单元2的能量输出。电机为飞艇所带的直流电机，负载具体可以为飞艇上的传感器、摄像设备、数传设备等电子负载。
本实施例考虑到太阳能电池阵的输出功率间歇性的特点，通过由能源监控单元1与太阳能发电单元2、储能单元3构成能源供给***，在平流层飞艇处于机动飞行及姿态调整工况时，为满足动力性的要求，白天通过太阳能发电单元2独自提供能量，当太阳能发电单元2输出功率较小时，通过太阳能发电单元2和储能单元3联合提供能量；夜间，停止飞艇电机工作，通过储能单元3独立为电子负载提供能量，可利用太阳能提供持续能源；
同时本实施例太阳能发电单元2由多条发电支路构成，每条发电支路由太阳能电池阵列21、MPPT模块22以及控制开关模块23构成，使得每个太阳能电池阵列21对应由一个MPPT模块22进行跟踪控制，能够消除不同电池阵列之间的性能差异，提高发电效率，同时每路发电支路设置有控制开关模块23，通过能源监控单元1可灵活控制各发电支路的通断，从而无需降低发电效率即可方便灵活的调整太阳能发电单元2的输出，以使得输出的能量与负载所需消耗的能量达到平衡，保证能源供应的稳定性及安全可靠性，同时尽可能的提高整个太阳能发电的发电效率，从而提高整个***的能源供应效率，满足飞艇长时间持续的供电需求。
本实施例通过由多条发电支路并联构成太阳能发电单元2，每条发电支路由一个MPPT模块22跟踪一个太阳能电池阵列21，多个MPPT模块22组成的MPPT控制器体积小、重量轻且发热少，同时可以实现高电压低电流输出，使得仅需采用截面积较小的电缆传输电能，平流层飞艇中由供电***至吊舱需数十米长的传输电缆，通过使用截面积较小的电缆能大大减少电缆的重量，同时减少发热，从而能够大大降低飞艇的载重、保障飞艇安全。太阳能发电单元2具体布置在飞艇上表面，输出端采用270V-360V的高压输出方式以降低工作电流。
在具体应用实施例中，MPPT模块22具体可采用SSPC（固态接触器）开关，也可以采用其他类型开关。
如图2所示，本实施例中太阳能电池阵列21具体采用由多个柔性晶硅电池串联或并联构成的柔性组件阵列，各柔性晶硅电池以串、并联方式用互连片连接起来构成电池组件阵列，相比于传统的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，本实施例采用基于柔性晶硅电池的柔性组件阵列高效轻质，能够进一步提高发电效率，减少能源***的重量，从而减少飞艇的载重，增加飞艇有效载荷。
本实施例储能单元3具体采用由多个高能量密度的锂电池串并联构成的锂电池组，在具体实施例中可使用10kWh高能量密度的锂电池组，进一步使用保温与隔热材料、内置加热电路板的方式实现锂电池的环控功能，锂电池具有快速充电功能且容量大，结合上述太阳能发电单元2的结构，在太阳能发电单元2产生大功率密度的能量后，能够实现高能量密度的大容量能量快速储能，从而有效提高飞艇能源持续供应能力，保障飞艇的长时间停留滞空。储能单元3具体设置在飞艇下吊舱内，在白天有太阳光时，太阳能发电单元2产生的多余能量存储在储能单元3中，太阳能发电单元2提供的功率不足以满足负载供电需求时，由太阳能发电单元2与储能单元3共同供电，在夜晚没有太阳能辐射强度时，则由储能单元3单独为飞艇负载提供能量。
本实施例中，还包括与能源监控单元1连接的DC/DC变换单元4，DC/DC变换单元4从飞艇内供电母线中接收太阳能发电单元2或储能单元3输出的直流电并转换为所需直流电压后，根据能源监控单元1的控制指令控制输出给飞艇内对应各负载。DC/DC变换单元4具体设置在飞艇下吊舱内与供电母线连接，即在飞艇下吊舱内通过DC/DC变换单元4对母线电压进行转换，将270V-360V的高压直流电转换为28V的低压直流电，使得负载供电端采用低压输出方式为负载供电，满足各类负载的供电需求。
本实施例太阳能发电单元2直接与储能单元3连接，太阳能发电单元2产生的电能直接存储在储能单元3，可以节省一个DC/DC变换器的设置，且避免了太阳能发电单元2产生的电能经过DC/DC变换会损失能量，保证产生的能量能够高效率的存储至储能单元3中，同时DC/DC变换单元4设置在负载端，负载供电端采用低压输出方式为负载供电，可以进一步有效降低线缆重量，减少发热，保护飞艇与负载的安全。
如图1所示，本实施例能源供给***中每个太阳能电池阵列21通过电缆与MPPT模块22相连，以获得太阳能最大输出功率，各太阳能电池阵列21通过MPPT模块22输出端汇流后，与飞艇吊舱中的储能单元3相连，储能单元3输出端经过能源监控单元1连接到电机和DC/DC变换单元4，艇上负载再与DC/DC变换单元4连接，确保负载能够获得合适的工作电压。
本实施例中，DC/DC变换单元4分别通过一个控制开关41连接各负载，控制开关41与能源监控单元1连接，通过能源监控单元1控制各控制开关41的开断，通过各控制开关41可以灵活的控制接入的负载，从而可根据锂电池组容量与实际飞艇工况灵活控制飞艇电机或电子负载的电流通断，如当太阳能发电单元2输出功率低、储能单元3的能量不足时，能够快速的切除部分负载，保证关键负载的正常供电，延长飞艇的持续运行时间，从而确保飞艇长时间稳定停留工作。
如图2所示，在具体应用实施例中设置两个DC/DC变换单元4，分别用于转换输出90V电压以提供给艇上负载、转换输出27V电压以提供给其他负载，转换输出27V电压的DC/DC变换单元4的输出端设置多路可控输出以及多路不可控输出，可控输出的输出端设置有控制开关41，通过控制开关41控制负载的接入，控制开关41具体采用SSPC（固态接触器）开关，不可控输出与关键负载连接，当***的能量不足时，可以通过控制开关41控制断开部分负载，保证关键负载的正常工作。
本实施例中，储能单元3的输入端设置有接入开关31，接入开关31与能源监控单元1连接，通过能源监控单元1控制接入开关31的开断。能源监控单元1当检测到有多余的能量时，控制闭合接入开关31，以将多余的能量存储至储能单元3，当检测到储能单元3存在故障或能量超过指定阈值时，通过闭合接入开关31以防止过充，保证***安全。接入开关31具体可采用SSPC开关或其他类型开关。
采用上述结构，通过使用柔性晶硅太阳能电池发电，配备具有高能量密度大容量特性的锂离子电池进行储电，每个太阳能电池阵列21使用一个MPPT模块22进行太阳能发电功率跟踪，由DC/DC变换单元4完成母线电压转换，能源监控单元1根据负载功率以及储能单元3的能量自动控制太阳能发电单元2中各条发电支路的接入、负载的接入以及储能单元3的充放电等，实现能源的自动管理，能够最大限度的提高整个***的发电效率与利用效率，为飞艇提供长时间持续的能源，从而解决平流层飞艇的长时间滞空停留问题。
平流层环境中气温会因高度增加而上升，且与地面的气温相差较大，温度最高可达100度，最低可低至-30度～-40度，温度变化范围较大，而温度过高、过低时均会影响太阳能电池阵列21的发电性能。本实施例中还包括温度补偿单元，温度补偿单元实时采集环境温度以及各太阳能电池阵列21的上、下表面温度以及所处的环境温度，根据采集的温度值控制调整各路MPPT模块22的输出，以进行温度补偿。本实施例针对平流层飞艇的环境特性，通过设置温度补偿单元可以实时监测太阳能电池阵列21的表面温度，根据温度变化状态进行温度补偿，在温度过高时，能够及时控制降低各太阳能电池阵列21的输出功率以补偿温度，在温度过低时，能够及时控制增加各太阳能电池阵列21的输出功率以补偿温度，从而能够保证不同环境温度状态下各太阳能电池阵列21的发电性能。当然温度补偿单元也可以通过采集太阳能电池阵列21的上表面或下表面温度来进行温度补偿，或通过采集上表面、下表面中多个温度点数据以提高采集精度。
如图2所示，本发明具体实施例中能源监控器5具体电压采集电路、电流传感器、温度传感器分别实时各太阳能电池阵列21的上表面、下表面温度、所处的环境温度、DC/DC变换单元4的温度数据、各MPPT模块22的电压、电流，以及通过RS422接口通信采集储能单元3的温度数据、电压、电流以及剩余容量数据，并通过RS422通信接口实时发送给飞控计算机，以由飞艇飞控对能源***所有部件的信息进行实时监控，确保飞艇的安全。电流传感器具体采用闭环霍尔电流传感器，温度传感器由PT1000铂电阻及解调电路构成。
本实施例用于上述平流层太阳能飞艇的能源供给***的控制方法，该方法包括：当有太阳光时，太阳能发电单元2接收太阳光转换为电能后，提供给负载供电并将多余的能量储存至储能单元3中，当太阳能发电单元2输出的能量不足时，控制储能单元3放电以补充不足的能量，并实时检测储能单元3的剩余能量，当检测到剩余能量充足且太阳能发电单元2输出的功率大于负载所需功率时，控制断开对应路数的控制开关模块23以降低能量输出。
通过上述方法，能够实现太阳能发电单元2和储能单元3之间功率的合理分配，太阳能发电单元2在白天为飞艇负载提供能量，并在太阳能辐射强度高时，将多余的电量储存于储能单元3中；在太阳能辐射强度低的时候，联合储能单元3共同为飞艇负载提供能量；储能单元3在夜晚没有太阳能辐射强度时，单独为飞艇负载提供能量，当储能单元3为能量充满状态，且太阳能发电单元2输出的能量大于负载所需消耗的能量时，通过控制开关模块23断开指定路发电支路，即可有效的调整太阳能发电的输出功率，可以有效的保护负载安全供电，可以根据飞艇的飞行工况智能调整能源供应方式，实现实时可靠的供电控制，从而能够提供长时间、持续且稳定的能源，满足高空飞艇的长期驻空需求。
本实施例中，检测到剩余能量充足且太阳能发电单元2输出的功率大于负载所需功率时，具体通过计算太阳能发电单元2输出的功率相比于当前负载所需功率的余量，根据计算得到的余量，控制断开对应路数的控制开关模块23以降低能量输出。当储能单元3为能量充满状态，且太阳能发电***输出的能量大于负载所需消耗的能量时，通过断开部分MPPT模块22，限制太阳能发电***的输出功率，使得输出的能量与负载所需消耗的能量达到平衡，可以有效的保护负载安全供电。
本实施例中，当检测到储能单元3的剩余能量不足时，还包括控制断开连接在DC/DC变换单元4与负载之间的控制开关41步骤，以减少负载功率。通过DC/DC变换单元4完成母线电压转换，以采用低压输出方式为负载供电的基础上，根据实际工况需求在储能单元3的剩余能量不足时关闭部分电子负载，确保储能单元3的容量能支撑飞艇重要电子负载正常工作到第二天太阳能发电单元2重新发电时，有效提高飞艇能源持续供应性能。
本实施例中，该方法还包括温度补偿步骤，具体步骤为：实时采集各太阳能电池阵列21的表面温度，若采集到的温度超过预设温度，控制各MPPT模块22减小输出功率，若采集到的温度低于预设温度，控制各MPPT模块22增加输出功率，能够保证不同环境温度状态下各太阳能电池阵列21的发电性能。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种平流层太阳能飞艇的能源供给***，其特征在于：包括能源监控单元（1）以及分别与所述能源监控单元（1）连接的太阳能发电单元（2）、储能单元（3），所述太阳能发电单元（2）、储能单元（3）分别与飞艇供电母线连接，所述太阳能发电单元（2）包括多路发电支路，每路所述发电支路包括依次连接的太阳能电池阵列（21）、MPPT模块（22）以及控制开关模块（23），所述能源监控单元（1）根据负载所需功率控制各MPPT模块（22）的输出、储能单元（3）进行充放电，以及根据所述储能单元（3）的剩余能量控制各控制开关模块（23）的通断。
2.根据权利要求1所述的平流层太阳能飞艇的能源供给***，其特征在于：还包括与所述能源监控单元（1）连接的DC/DC变换单元（4），所述DC/DC变换单元（4）从飞艇内供电母线中接收所述太阳能发电单元（2）或所述储能单元（3）输出的直流电并转换为所需直流电压后，根据所述能源监控单元（1）的控制指令控制输出给飞艇内对应各负载。
3.根据权利要求2所述的平流层太阳能飞艇的能源供给***，其特征在于：所述DC/DC变换单元（4）分别通过一个控制开关（41）连接各负载，所述控制开关（41）与所述能源监控单元（1）连接，通过所述能源监控单元（1）控制各所述控制开关（41）的开断。
4.根据权利要求1或2或3所述的平流层太阳能飞艇的能源供给***，其特征在于：所述太阳能电池阵列（21）具体采用由多个柔性晶硅电池串联或并联构成的柔性组件阵列。
5.根据权利要求1或2或3所述的平流层太阳能飞艇的能源供给***，其特征在于：所述储能单元（3）的输入端设置有接入开关（31），所述接入开关（31）与所述能源监控单元（1）连接，通过能源监控单元（1）控制所述接入开关（31）的开断。
6.根据权利要求1或2或3所述的平流层太阳能飞艇的能源供给***，其特征在于：还包括温度补偿单元，所述温度补偿单元实时采集所述各所述太阳能电池阵列（21）上和/或下表面温度以及所处的环境温度，根据采集的温度值控制调整各路所述MPPT模块（22）的输出，以进行温度补偿。
7.一种用于权利要求1～6中任意一项所述的平流层太阳能飞艇的能源供给***的控制方法，该方法包括：当有太阳光时，所述太阳能发电单元（2）接收太阳光转换为电能后，提供给负载供电并将多余的能量储存至所述储能单元（3）中，当所述太阳能发电单元（2）输出的能量不足时，控制所述储能单元（3）放电以补充不足的能量，并实时检测所述储能单元（3）的剩余能量，当检测到剩余能量充足且所述太阳能发电单元（2）输出的功率大于负载所需功率时，控制断开对应路数的所述控制开关模块（23）以降低能量输出。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：当检测到剩余能量充足且所述太阳能发电单元（2）输出的功率大于负载所需功率时，具体通过计算所述太阳能发电单元（2）输出的功率相比于当前负载所需功率的超出量，根据计算得到的所述超出量，控制断开对应路数的所述控制开关模块（23）以降低输出功率与当前负载所需功率匹配。
9.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于：当检测到所述储能单元（3）的剩余能量不足时，还包括控制断开连接在DC/DC变换单元（4）与负载之间的控制开关（41）步骤，以减少负载功率。
10.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括温度补偿步骤，具体步骤为：实时采集所述各所述太阳能电池阵列（21）的上和/或下表面温度，若采集到的温度超过预设温度，控制各所述MPPT模块（22）减小输出功率，若采集到的温度低于预设温度，控制各所述MPPT模块（22）增加输出功率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711174827.4A CN107979157A (zh) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 一种平流层太阳能飞艇的能源供给***及控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711174827.4A CN107979157A (zh) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 一种平流层太阳能飞艇的能源供给***及控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107979157A true CN107979157A (zh) | 2018-05-01 |
Family
ID=62011001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711174827.4A Pending CN107979157A (zh) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 一种平流层太阳能飞艇的能源供给***及控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107979157A (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108539794A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-09-14 | 中国科学院光电研究院 | 一种光伏循环能源*** |
| CN108649896A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-10-12 | 中国科学院光电研究院 | 一种平流层飞艇光伏循环能源***的测试*** |
| CN109842198A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-04 | 上海工程技术大学 | 一种轨道板参数在线监测*** |
| CN110890784A (zh) * | 2018-09-07 | 2020-03-17 | 汉能移动能源控股集团有限公司 | 太阳能电池组件输出控制装置及其控制方法 |
| CN111049004A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-21 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种应用于卫星电源控制的复合母线*** |
| CN112615362A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-06 | 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 | 一种风光油氢储多能耦合的发电供电控制方法及*** |
| EP3831709A1 (fr) * | 2019-12-05 | 2021-06-09 | Thales | Strategie de mise en sauvegarde d'un ballon dirigeable en cas d'echauffement de son generateur solaire |
| CN113148099A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-23 | 浙江易飞空域技术有限公司 | 一种氢能源辅助的太阳能飞艇及飞艇运行方法 |
| CN113178924A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-07-27 | 中国人民解放军63660部队 | 面向辅助决策的平流层飞艇能源供给状态监控方法 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140176043A1 (en) * | 2011-05-12 | 2014-06-26 | Sharp Kabushiki Kaisha | Charging control unit |
| CN105449822A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-03-30 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种用于高空飞艇的能源***及供电控制方法 |
| CN105830324A (zh) * | 2013-12-18 | 2016-08-03 | 艾思玛太阳能技术股份公司 | 具有前置dc/dc转换器和功率半导体温度调节的光伏逆变器 |
| EP3087655A1 (en) * | 2013-12-27 | 2016-11-02 | Sony Corporation | Power supply device, power supply system, and method of controlling power supply |
| CN106165241A (zh) * | 2014-03-06 | 2016-11-23 | 罗伯特·博世有限公司 | 改进的混合存储*** |
| CN106541845A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-03-29 | 上海工程技术大学 | 一种无线电动汽车充电***及控制方法 |
| CN106685337A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-17 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种太阳能无人机用分布式能源*** |
| CN107086655A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-08-22 | 北京昶远科技有限公司 | 一种双螺旋桨太阳能无人机能源供给*** |
| CN107215472A (zh) * | 2017-05-31 | 2017-09-29 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 太阳能无人机能源管理*** |
| CN107925246A (zh) * | 2015-08-14 | 2018-04-17 | 光城公司 | 能量生成***中的多个逆变器电力控制*** |
-
2017
- 2017-11-22 CN CN201711174827.4A patent/CN107979157A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140176043A1 (en) * | 2011-05-12 | 2014-06-26 | Sharp Kabushiki Kaisha | Charging control unit |
| CN105830324A (zh) * | 2013-12-18 | 2016-08-03 | 艾思玛太阳能技术股份公司 | 具有前置dc/dc转换器和功率半导体温度调节的光伏逆变器 |
| EP3087655A1 (en) * | 2013-12-27 | 2016-11-02 | Sony Corporation | Power supply device, power supply system, and method of controlling power supply |
| CN106165241A (zh) * | 2014-03-06 | 2016-11-23 | 罗伯特·博世有限公司 | 改进的混合存储*** |
| CN107925246A (zh) * | 2015-08-14 | 2018-04-17 | 光城公司 | 能量生成***中的多个逆变器电力控制*** |
| CN105449822A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-03-30 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种用于高空飞艇的能源***及供电控制方法 |
| CN106541845A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-03-29 | 上海工程技术大学 | 一种无线电动汽车充电***及控制方法 |
| CN106685337A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-17 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种太阳能无人机用分布式能源*** |
| CN107086655A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-08-22 | 北京昶远科技有限公司 | 一种双螺旋桨太阳能无人机能源供给*** |
| CN107215472A (zh) * | 2017-05-31 | 2017-09-29 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 太阳能无人机能源管理*** |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108649896A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-10-12 | 中国科学院光电研究院 | 一种平流层飞艇光伏循环能源***的测试*** |
| CN108649896B (zh) * | 2018-05-16 | 2019-07-12 | 中国科学院光电研究院 | 一种平流层飞艇光伏循环能源***的测试*** |
| CN108539794A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-09-14 | 中国科学院光电研究院 | 一种光伏循环能源*** |
| CN110890784A (zh) * | 2018-09-07 | 2020-03-17 | 汉能移动能源控股集团有限公司 | 太阳能电池组件输出控制装置及其控制方法 |
| CN109842198B (zh) * | 2019-03-25 | 2023-10-31 | 上海工程技术大学 | 一种轨道板参数在线监测*** |
| CN109842198A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-04 | 上海工程技术大学 | 一种轨道板参数在线监测*** |
| EP3831709A1 (fr) * | 2019-12-05 | 2021-06-09 | Thales | Strategie de mise en sauvegarde d'un ballon dirigeable en cas d'echauffement de son generateur solaire |
| FR3104132A1 (fr) * | 2019-12-05 | 2021-06-11 | Thales | Strategie de mise en sauvegarde d'un ballon dirigeable en cas d'echauffement de son generateur solaire |
| US12012197B2 (en) | 2019-12-05 | 2024-06-18 | Thales | Strategy for safeguarding an airship in the event of heating of its solar generator |
| CN111049004A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-21 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种应用于卫星电源控制的复合母线*** |
| CN112615362A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-06 | 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 | 一种风光油氢储多能耦合的发电供电控制方法及*** |
| CN113148099A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-23 | 浙江易飞空域技术有限公司 | 一种氢能源辅助的太阳能飞艇及飞艇运行方法 |
| CN113178924A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-07-27 | 中国人民解放军63660部队 | 面向辅助决策的平流层飞艇能源供给状态监控方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107979157A (zh) | 一种平流层太阳能飞艇的能源供给***及控制方法 | |
| CN102060107B (zh) | 一种平流层电-电混合太阳能飞艇的能源供给*** | |
| CN106410936B (zh) | 一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源*** | |
| CN207697997U (zh) | 一种测量型多旋翼系留无人飞行器*** | |
| CN105450168B (zh) | Mppt统一控制电路及其控制方法 | |
| CN106532897A (zh) | 用于太阳能无人机的供电管理*** | |
| US20030230671A1 (en) | Fuel cell powered electric aircraft | |
| CN102795332A (zh) | 一种风光互补发电的系留气球 | |
| CN105449822A (zh) | 一种用于高空飞艇的能源***及供电控制方法 | |
| CN110034557A (zh) | 一种海洋锚泊浮台用能源供给***及控制方法 | |
| CN109660200B (zh) | 太阳能无人机能源管理***及具有其的太阳能无人机 | |
| CN109256839B (zh) | 一种非姿态稳定型航天器***能源获取方法 | |
| KR101752859B1 (ko) | 하이브리드 무인항공기의 재생연료전지 시스템의 연료탱크 설계 방법 | |
| CN107215472A (zh) | 太阳能无人机能源管理*** | |
| CN201781447U (zh) | 一种平流层悬浮充气平台太阳能发电站 | |
| CN109586391A (zh) | 一种深空探测飞行器电源*** | |
| CN109204844B (zh) | 临近空间无人机动力***及混合动力方法 | |
| CN110182389B (zh) | 临近空间无人机组合动力***全自动能量控制***和方法 | |
| CN105059523A (zh) | 一种平流层飞艇能源管理器 | |
| Tian et al. | Study of control strategy for hybrid energy storage in wind-photovoltaic hybrid streetlight system | |
| CN203537043U (zh) | 一种森林防火监控点电能*** | |
| CN103618370A (zh) | 森林防火太阳能供电*** | |
| CN205858573U (zh) | 系留气球及其风力发电设备、供电*** | |
| CN108539794A (zh) | 一种光伏循环能源*** | |
| CN208796054U (zh) | 一种飞行器姿态翻转状态下的能源获取*** |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180501 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |