CN104793512A - 一种电动飞机能源控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动飞机能源控制系统，包括总控制模块、燃料电池模块、锂电池模块、DC/DC模块、冷却模块和数据采集模块，各模块通过导线连接，总控制模块通过RS232总线和飞机任务计算机连接；总控制模块包括对燃料电池模块的启动、运行、关闭进行监控，控制继电器的开合和对系统各电压、电流进行数据采集；DC/DC模块输出24V、52V和310V电源，锂电池模块包括52V锂电池组。本发明的突出特点是：能源控制系统的控制实时可靠，能充分保证飞机的能源供应和正常工作；燃料电池系统能够根据负载实时工况高效率的输出功率，满足飞机系统运行需求，具有可靠性高，成本低和易实现等优点。

Description

一种电动飞机能源控制系统
技术领域
本发明涉及飞机技术领域，特别是涉及采用燃料电池的电动飞机的能源控制系统。
背景技术
能源控制系统是电动飞机的关键技术之一。由于电动飞机控制的复杂性以及飞行环境的多变性，能源控制系统的可靠性成为整个飞机动力系统的关键。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。电动飞机的能源动力系统有很多种，包括燃料电池，锂电池和航空发电机。其中锂电池和燃料电池混合的能源方式可以为飞机连续工作提供能源动力。
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电动飞机能源控制系统。本发明的技术方案是：
所述电动飞机能源控制系统，包括总控制模块、燃料电池模块、锂电池模块、DC/DC模块、冷却模块和数据采集模块，各模块通过导线连接，总控制模块通过RS232总线和飞机任务计算机连接，使用燃料电池作为系统主动力。
所述总控制模块包括控制器(ECU)、电磁阀(1)和继电器(2)，控制器(ECU)与电磁阀(1)通过导线连接，继电器(2)与控制器(ECU)通过导线连接，总控制模块对燃料电池模块的启动、运行、关闭通过ECU程序进行控制，ECU控制继电器(2)的开合及电磁阀(1)的开闭，并且对数据采集模块采集到的数据进行处理；
根据系统的要求进行程序编译，将程序写入ECU，由ECU控制电动飞机能源控制系统的运行过程。
燃料电池模块包括燃料电池和鼓风机；鼓风机为燃料电池提供空气，燃料电池输出母线经电流传感器A和电压传感器V与输出DC/DC的输入端相连接，使用燃料电池模块作为电动飞机能源控制系统的主动力，在起飞、巡航及降落过程中全程工作，燃料电池根据飞机的工况提供不同的动力，在起飞过程中全功率输出，在巡航和降落过程按照飞机的需求输出功率，保证飞机正常飞行。
锂电池模块包括52V锂电池组，52V锂电池组与飞机发动机的输入端相连，为飞机发动机提供电源，锂电池模块在整个系统运行过程中作为辅助电源，在飞机起飞过程中，锂电池模块进行全功率输出，当飞机进入巡航和降落阶段时，锂电池模块停止工作。
DC/DC模块包括100V～56V转310V模块、100V～56V转52V模块以及52V转24V模块；燃料电池输出端电压输入到DC/DC后分成两路，一路输出DC310V与燃料电池模块的鼓风机的供电端相连，为鼓风机提供310V电源；第二路输出DC52V又分为两路，一路与飞机发动机的输入端相连，为飞机发动机提供52V电源，另一路与输出DC24V的输入端相连，为ECU提供24V电源，DC24V模块外接56V锂电池(5)，为系统启动提供24V启动电压。
冷却模块包括散热片(7)、风扇(6)和水泵(4)；水泵(4)通过继电器(2)与ECU相连。
数据采集模块为传感器，由电压传感器V、电流传感器A、压力传感器(3)组成，各传感器通过导线与ECU连接。
当燃料电池出现故障时，总控制模块通过RS232总线将报警状态上传飞机任务计算机，ECU控制电磁阀关闭，燃料电池停止对外输出电压，并执行锂电供电命令；当燃料电池停车时，由锂电池独立工作。
系统运行过程中为飞机发动机、燃料电池系统的鼓风机以及控制系统供电，并且根据不同的用电器输出相应的电压，同时DC/DC的工作效率能够达到90％以上，转化效率高。
所述控制模块包括对燃料电池模块的启动运行关闭进行控制，控制继电器的开合和对系统各电压电流及其他参数进行数据采样。
本发明具有以下优点：
1.通过能源控制系统实时可靠的控制，能充分保证电动飞机的能源供应和正常工作；
2.燃料电池系统能够根据负载实时工况高效率的输出功率，满足飞机运行需求。
3.通过控制器正常工作下的软件切换和控制器失灵情况下硬件控制切换保证了能源控制系统的高可靠性。
附图说明
本发明有附图一幅，为本发明的电动飞机能源控制系统的原理框图。
附图中，FC为燃料电池模块，Li为52V锂电池模块，A为电流传感器，V为电压传感器，1为电磁阀，2为继电器，3为压力传感器，4为水泵，5为56V锂电池，6为风扇，7为散热片，FAN为燃料电池模块中的鼓风机，ENGINE为飞机发动机。
具体实施方式
下面结合附图给出的实施例对本发明作进一步说明。
系统包括总控制模块、燃料电池模块、锂电池模块、DC/DC模块、冷却模块和数据采集模块。各模块通过导线连接，总控制模块通过RS232总线和飞机任务计算机连接；燃料电池模块的燃料电池输出母线经电压和电流传感器与输出DC/DC的输入端相连接，DC/DC输出分成两路，一路输出DC310V与燃料电池模块的鼓风机的供电端相连为鼓风机提供310V电源；第二路输出DC52V又分为两路，一路与飞机发动机的输入端相连，为发动机提供52V电源，另一路与输出DC24V的输入端相连，为ECU提供24V电源。锂电池模块包括52V锂电池组，该电池组与发动机的输入端相连，为发动机提供52V电源。
总控制模块包括控制器ECU、电磁阀。ECU和电磁阀通过导线连接，ECU与继电器通过导线连接，继电器与冷却模块通过导线连接。控制模块包括对燃料电池模块的启动运行关闭进行控制，控制继电器的开合和对系统各电压电流及其他参数进行数据采样。
电动飞机能源控制系统工作过程为：准备启动时，将外接56V锂电与DC24V输入端连接，此时DC/DC有控制电压，可以输出DC310V为鼓风机供电。接到启动燃料电池之后，燃料电池模块启动，此时燃料电池控制电压由外接锂电池提供。当数据采集模块采集到各项数据达到工作条件之后，闭合负载开关，燃料电池启动成功，之后断开外接锂电池。
燃料电池启动之后，燃料电池模块为飞机提供动力。通过DC24V为控制模块供电，同时，燃料电池一方面通过DC310输出310V电源用于燃料电池模块鼓风机供电，另一方面，燃料电池通过DC52输出52V为飞机发动机提供动力。起飞和爬升阶段由燃料电池和锂电池共同为飞机发动机供电，巡航和降落阶段由燃料电池独立为发动机供电。
当燃料电池出现故障时，总控制模块通过RS232总线将报警状态上传飞机任务计算机并执行锂电供电命令；当燃料电池工作过程中控制器失灵，数据采集模块能继续监测电池母线的输出电压以及电流、压力数据；当燃料电池停车时，ECU控制电磁阀关闭，燃料电池停止对外输出电压，由锂电池独立工作。
实际电动飞机飞行应用表明，能源控制系统通过实时可靠的控制，可充分保证电动飞机的能源供应和正常工作。特别是燃料电池模块的特点，能够根据负载实时工况高效率的输出功率，满足飞机系统运行需求。

Claims (8)

1.一种电动飞机能源控制系统，包括总控制模块、燃料电池模块、锂电池模块、DC/DC模块、冷却模块和数据采集模块，各模块通过导线连接，总控制模块通过RS232总线和飞机任务计算机连接，其特征在于，使用燃料电池作为系统主动力。
2.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述总控制模块包括控制器(ECU)、电磁阀(1)和继电器(2)，控制器(ECU)与电磁阀(1)通过导线连接，继电器(2)与控制器(ECU)通过导线连接，总控制模块对燃料电池模块的启动、运行、关闭通过ECU程序进行控制，ECU控制继电器(2)的开合及电磁阀(1)的开闭，并且对数据采集模块采集到的数据进行处理；
根据系统的要求进行程序编译，将程序写入ECU，由ECU控制电动飞机能源控制系统的运行过程。
3.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，燃料电池模块包括燃料电池和鼓风机；鼓风机为燃料电池提供空气，燃料电池输出母线经电流传感器A和电压传感器V与输出DC/DC的输入端相连接，使用燃料电池模块作为电动飞机能源控制系统的主动力，在起飞、巡航及降落过程中全程工作，燃料电池根据飞机的工况提供不同的动力，在起飞过程中全功率输出，在巡航和降落过程按照飞机的需求输出功率，保证飞机正常飞行。
4.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，锂电池模块包括52V锂电池组，52V锂电池组与飞机发动机的输入端相连，为飞机发动机提供电源，锂电池模块在整个系统运行过程中作为辅助电源，在飞机起飞过程中，锂电池模块进行全功率输出，当飞机进入巡航和降落阶段时，锂电池模块停止工作。
5.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，DC/DC模块包括100V～56V转310V模块、100V～56V转52V模块以及52V转24V模块；燃料电池输出端电压输入到DC/DC后分成两路，一路输出DC310V与燃料电池模块的鼓风机的供电端相连，为鼓风机提供310V电源；第二路输出DC52V又分为两路，一路与飞机发动机的输入端相连，为飞机发动机提供52V电源，另一路与输出DC24V的输入端相连，为ECU提供24V电源，DC24V模块外接56V锂电池(5)，为系统启动提供24V启动电压。
6.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，冷却模块包括散热片(7)、风扇(6)和水泵(4)；水泵(4)通过继电器(2)与ECU相连。
7.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，数据采集模块为传感器，由电压传感器V、电流传感器A、压力传感器(3)组成，各传感器通过导线与ECU连接。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当燃料电池出现故障时，总控制模块通过RS232总线将报警状态上传飞机任务计算机，ECU控制电磁阀关闭，燃料电池停止对外输出电压，并执行锂电供电命令；
当燃料电池停车时，由锂电池独立工作。
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