[发明专利]一种用于高空无人机的新能源混合供电系统

说明书

技术领域

本发明属于航空航天器能源系统领域，具体涉及一种用于高空无人机的新能源混合供电系统。

背景技术

无人机飞行方向和动力控制灵活，可以完成多种类型的勘查监测及运输任务要求，也可以在恶劣环境下飞行。目前无人机面临的最大问题是自身重量和供电系统储电量，既要尽可能减轻自身重量，又要增大供电系统储电量，才能满足无人机长航时的飞行需求。

传统的石化燃料无人机,采用柴油活塞发动机作为动力系统,可满足大功率无人机动力需求，且成本低廉，但能量转换效率低，污染严重且性能不稳定。

目前新能源无人机主要采用太阳能和蓄电池作为动力。专利201310419621.9提供的是一种太阳能无人机能源供给系统，包括太阳能电池阵、高能蓄电池电－电混动电源。太阳能电池阵提供无人机白天作业供电，蓄电池提供无人机光照不足时段和夜间供电，但蓄电池储能密度小，储存能量有限，且多次充放电后，性能逐渐下降，提供电量不能很好的保证无人机正常作业需求。

专利201010562953.9采用太阳能-燃料电池-蓄电池混合动力作为平流层飞艇的供电系统，该系统由太阳能板、燃料电池、高能蓄电池、电解池组成。其中燃料电池用氧气和氢气来自系统配置的电解水装置电解水，这种方式适用于空间较大的飞艇。但是因其空间体积和重量均较大，不适用于所有无人机供电系统。而且太阳能电解水的电转化效率很低，电解水产生的氢气和氧气要满足夜间无人机飞行使用，需要大面积的太阳能电池阵，所以该系统只适用于大型无人机，限制了系统的应用范围。而且无人机动力和方向控制灵活，可以在恶劣的环境和不同高度高空飞行。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供用于高空无人机的新能源混合供电方法，由太阳能电池模块、燃料电池模块及蓄电池模块三种电源系统联合供电，使用高压储氢罐或固态储氢方法和液氧罐作为燃料电池模块燃料来源，满足无人机对供电系统空间尺寸要求和质量要求，提高无人机电源供给系统的能量密度，提高无人机整体续航时间。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于高空无人机的新能源混合供电系统，包括太阳能电池模块、燃料电池模块、蓄电池模块、单向DC/DC电源转换器、双向DC/DC电源转换器和无人机能源监控模块；

所述太阳能电池模块、燃料电池模块分别与单向DC/DC电源转换器连接；

所述蓄电池模块与双向DC/DC电源转换器连接，双向DC/DC电源转换器再与单向DC/DC电源转换器连接；

所述单向DC/DC电源转换器与高空无人机的驱动电机和其它用电设备连接；

所述太阳能电池模块、燃料电池模块、蓄电池模块分别与无人机能源监控模块连接。

所述燃料电池模块包括燃料电池反应堆、供氢系统和供氧系统；

所述燃料电池模块根据无人机的飞行高度进行设置：

当飞行高度为2km－5km时，所述燃料电池反应堆采用开放式风冷燃料电池反应电堆，所述供氢系统采用高压储氢罐作为氢源，若不能满足加氢条件，则采用固态储氢方式供氢，例如硼氢化钠储氢；所述供氧系统采用空气作为氧源；

当飞行高度为5km－8km时，所述燃料电池反应堆采用封闭式风冷燃料电池反应电堆，所述供氢系统采用高压储氢罐作为氢源，若不能满足加氢条件，则采用固态储氢方式供氢，例如硼氢化钠储氢；所述供氧系统采用空气作为氧源，空气经过滤器过滤，由风机鼓入燃料电池反应堆阴极；

当飞行高度在8km以上时，空气中含极少量氧气，所述燃料电池反应堆采用封闭式氢氧燃料电池反应堆，该反应堆可以根据环境条件选择液冷型燃料电池反应堆或风冷型燃料电池反应堆，所述供氢系统采用高压储氢罐作为氢源，若不能满足加氢条件，则采用固态储氢方式供氢，例如硼氢化钠储氢；所述供氧系统采用液氧罐作为氧源，液氧经充分气化和加热，然后进入燃料电池反应堆阴极。

所述封闭式液冷氢氧燃料电池反应堆冷却液采用去离子水或50％(V/V)的乙二醇水溶液。

所述无人机能源监控模块包括电压传感器、电流传感器、数据收集器和控制电路板；

所述电压传感器、电流传感器分别与太阳能电池模块、燃料电池模块和蓄电池模块相连，获得三者的电压数值、电流数值，并将三者的电压数值、电流数值传递给所述数据收集器，所述数据收集器对数据进行分析后反馈给所述控制电路板，所述控制电路板控制调节三者的供电状态和运行状态。