[发明专利]一种飞艇能源控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及飞艇技术领域，特别涉及采用燃料电池混合动力的飞艇的能源控制系统。

背景技术

能源控制系统是平流层飞艇的关键技术之一。由于飞艇控制的复杂性以及飞行环境的多变性，能源系统控制的可靠成为整个飞艇系统的关键。结合传统能源动力和新能源动力的混合能源动力系统可作为有效的解决方案。飞艇的能源动力系统有多种，包括太阳能电池，燃料电池，锂离子电池和航空发电机。其中，太阳能电池和燃料电池混合的能源方式可以连续工作提供能源动力。白天太阳能电池工作提供能源动力，夜晚燃料电池工作提供能源动力。

发明内容

本发明的目的是提供一种以燃料电池和锂电池为动力的飞艇能源控制系统。本发明的技术方案是：

一种飞艇能源控制系统，包括总控制模块、燃料电池模块、锂电池模块、DC/DC模块、电压采样切换模块和继电器。其特征在于所述总控制模块、燃料电池模块和锂电池模块通过CAN总线相连接，总控制模块通过422总线和飞艇任务计算机相连接；所述总控制模块包括控制器EMS、电压采样器VD、切换控制器CTRL和切换驱动器DRV，控制器EMS和切换控制器CTRL通过导线连接，电压采样器VD和切换控制器CTRL通过导线连接，切换控制器CTRL和切换驱动器DRV通过导线连接，切换驱动器DRV与继电器K1和K2连接；所述燃料电池模块的燃料电池输出母线经电流和电压传感器后分三路，第一路和输出28V电源的2DC28的输入端相连接，输出28V电源的2DC28的输出端与能源控制系统的低压供电部分连接，第二路和输出300V电源的DC300的输入端相连，输出300V电源的DC300的输出端与飞艇电机电源相连，第三路和燃料电池模块的风机的电源相连；所述锂电池模块包括28V锂电池组LB12和120V锂电池组LB60，28V锂电池组LB12经二极管D1和继电器K1以及电流电压传感器后和输出28V的1DC28的输入端相连，输出28V的1DC28的输出端与能源控制系统的低压供电部分连接，120V锂电池组LB60经二极管D2和继电器K2后分成两路，第一路经电流电压传感器后和输出300V电源的DC300的输入端相连，输出300V电源的DC300的输出端与飞艇电机电源相连，第二路和燃料电池模块的风机的电源相连。

本发明所述一种飞艇能源控制系统，其特征在于所述总控制模块控制包括对燃料电池模块的启动运行关闭进行控制、接收锂电池系统数据、对28V和120V锂电池组数据进行监测、控制继电器的开合和对系统各电压电流进行数据采样。

本发明所述一种飞艇能源控制系统，其特征在于所述继电器K1和K2是联动常闭继电器。

飞艇能源控制系统工作过程为：接到起飞指令后，28V锂电池组LB12由常闭继电器K1通过输出28V的1DC28给能源系统管理电路上电；120V锂电池组LB60由常闭继电器K2给燃料电池模块风机上电；此时燃料电池模块不工作。燃料电池模块接到启动命令后，燃料电池模块启动，此时燃料电池模块控制器供电由28V锂电池组LB12提供，风机供电由120V锂电池组LB60提供。当电压采样器VD检测到总线电压高于额定电压时，燃料电池模块启动成功。总控制模块EMS撤消切换锂电池请求命令，K1和K2继电器打开，整个系统由燃料电池供电。此时锂电池模块不工作，燃料电池模块工作。

燃料电池正常工作后，燃料电池模块提供主动力给飞艇，通过2DC28输出28V电源，用于飞艇平台电源供电。同时，燃料电池模块一方面通过DC300输出300V电源用于飞艇电机供电，另一方面直接为燃料电池模块风机供电。此时输出28V的1DC28不工作。

当燃料电池出现故障时，总控制模块EMS通过RS422总线将报警状态上传飞艇任务计算机并执行切换锂电池请求命令，闭合继电器K1，28V锂电池组LB12通过1DC28输出28V给飞艇平台电源供电，同时闭合继电器K2。经过一段时间后继电器可靠闭合，再经过一段时间，当燃料电池输出母线端电压低于额定电压时，电压采样器发出切换请求，燃料电池停止发电，系统由锂电池供电。当燃料电池工作过程中控制器失灵，电压采样器仍能监视电池母线的输出电压，当母线输出电压低于额定电压就主动发出切换请求；锂电池自动会为为艇内控制电路供电。当控制器和电压采样器全部失灵，由于采用常闭继电器，K1与K2自动闭合，锂电池自动会为艇上母线供电。