CN107681762B - 一种平流层浮空器供电结构 - Google Patents

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Abstract

一种平流层浮空器供电结构，包括第一供电单元和第二供电单元；所述第一供电单元包括依次电连接的第一太阳能电池阵、第一单向直流变换器、第一双向直流变换器和第一储能电池；所述第二供电单元采用与第一供电单元相同的电连接结构。本发明一种平流层浮空器供电结构包括两个独立供电单元，可采用分布式的安装方式以满足浮空器的重心调节要求；两个独立供电单元的相同组件之间通过可控并联的方式实现冗余备份，实现了组件级的故障隔离功能和两个供电单元之间的组件备份功能，提高了系统运行的可靠性；具备多种工作模式，确保母线电压始终保持稳定。

Description

一种平流层浮空器供电结构
技术领域
本发明属于航空浮空器技术领域，涉及一种平流层浮空器供电结构。
背景技术
以高空气球和平流层飞艇为代表的平流层浮空器具备滞空时间长、覆盖范围广、运行成本低等优点，近年来取得了快速发展和广泛应用。平流层浮空器对承载重量和重心位置设置、滞空时长等指标较为敏感，这对对浮空器配电系统的重量分布和长时间稳定工作等方面提出了新的需求，以往的飞行器供电设计方案已经难以满足要求。通过优化平流层浮空器供电结构，可进一步提高其负载能力、延长其滞空时间。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种质量分布均匀、发电效率高、占用空间小、冗余度及可靠性高的平流层浮空器供电结构。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种平流层浮空器供电结构，包括第一供电单元和第二供电单元；所述第一供电单元包括依次电连接的第一太阳能电池阵、第一单向直流变换器、第一双向直流变换器和第一储能电池；所述第一太阳能电池阵与第一单向直流变换器之间、第一双向直流变换器与第一储能电池之间分别设有隔离开关，所述第一单向直流变换器的输出端、第一双向直流变换器的左侧输出端分别通过隔离开关与浮空器的母线负载电连接；所述第二供电单元包括第二太阳能电池阵、第二单向直流变换器、第二双向直流变换器、第二储能电池和多个隔离开关，采用与第一供电单元相同的电连接结构。
进一步，所述第一单向直流变换器与第二单向直流变换器的输入端通过联通开关并联，所述第一双向直流变换器输出端与第二双向直流变换器的右侧输出端通过联通开关并联。
进一步，所述第一太阳能电池阵和第二太阳能电池阵分布安装在在所述浮空器的浮力囊体的上表面；所述浮空器下部还设有用于安装第一单向直流变换器、第一双向直流变换器和第一储能电池的第一能源舱，以及用于安装第二单向直流变换器、第二双向直流变换器和第二储能电池的第二能源舱。
本发明一种平流层浮空器供电结构包括两个独立供电单元，可采用分布式的安装方式以满足浮空器的重心调节要求；两个独立供电单元的相同组件之间通过可控并联的方式实现冗余备份，实现了组件级的故障隔离功能和两个供电单元之间的组件备份功能，提高了系统运行的可靠性；具备多种工作模式，确保母线电压始终保持稳定。
附图说明
图1是本发明一种平流层浮空器供电结构的功能结构示意图；
图2是本发明一种平流层浮空器供电结构的安装结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例，进一步说明本发明一种平流层浮空器供电结构的具体实施方式。本发明提出的一种平流层浮空器供电结构不限于以下实施例的描述。
实施例1：
如图1所示，是本发明一种平流层浮空器供电结构的整体功能结构示意图，包括结构相同的第一供电单元和第二供电单元。
所述第一供电单元包括依次电连接的第一太阳能电池阵、第一单向直流变换器、第一双向直流变换器和第一储能电池。所述第一太阳能电池阵与第一单向直流变换器之间、第一双向直流变换器与第一储能电池之间分别设有隔离开关(开关1、开关8)，用于当第一太阳能电池阵或第一储能电池故障时，断开隔离开关以将故障组件进行电隔离。所述第一单向直流变换器的输出端、第一双向直流变换器的左侧输出端分别通过隔离开关(开关4、开关6)与浮空器的母线负载电连接；此处设置隔离开关的目的，同样是考虑当第一单向直流变换器或第一双向直流变换器故障时将其隔离。所述第二供电单元包括第二太阳能电池阵、第二单向直流变换器、第二双向直流变换器、第二储能电池和多个隔离开关(开关2、开关9，开关5、开关7)，采用与第一供电单元相同的电连接结构，具备相同的功能。
所述第一单向直流变换器与第二单向直流变换器的输入端通过联通开关(开关3)并联，所述第一双向直流变换器输出端与第二双向直流变换器的右侧输出端通过联通开关(开关10)并联。设置并联开关的目的，是当某一供电单元的某一组件故障并利用隔离开关将其隔离后，将该组件并联至另一供电单元的相同的功能位置，由另一单元的相同功能的组件替代故障组件工作，从而实现冗余备份功能，提高平流层浮空器供电结构的容错运行能力，提高系统的整体可靠性。
所述隔离开关和联通开关采用继电器结构，通过控制单元进行逻辑控制，实现系统工作状态设定、故障组件的隔离，以及系统供配电功能重构等功能，以维持平流层浮空器供电结构始终工作在合适的状态。具体的控制逻辑参见实施例3。
实施例2：
如图2所示，是本发明一种平流层浮空器供电结构安装在浮空器上的安装结构示意图。所述平流层浮空器包括用于提供升力的浮力囊体1，所述浮力囊体1的上表面设置有第一太阳能电池阵11和第二太阳能电池阵21；所述浮力囊体1的下部还设有用于安装第一单向直流变换器、第一双向直流变换器和第一储能电池的第一能源舱10，以及用于安装第二单向直流变换器、第二双向直流变换器和第二储能电池的第二能源舱20。所述第一能源舱10和第二能源舱20可根据浮空器的重心设计需求确定位置，以保障浮空器在滞空或飞行时保持最佳角度位置。
实施例3：
本实施例给出实施例1中所述平流层浮空器供电结构的工作状态和多个开关的逻辑控制方式。
1、正常工作模式
如图1所示，当所有组件无故障发生时，开关3和开关10断开，其余开关闭合状态，这时第一供电单元和第二供电单元各自独立工作，共同为母线负载提供电力。即第一太阳能电池阵和第二太阳能电池阵产生的电能分别通过第一单向直流变换器和第二单向直流变换器变换后并联输送至母线，为母线负载供电。同时，第一储能电池和第二储能电池分别通过第一双向直流变换器和第二双向直流变换器与母线并联。此时，系统具有如下三种工作模式：
(1)白天光照充足，且储能电池电量未充满，此时单向直流变换器工作在恒压模式，维持母线电压的稳定，双向直流变换器工作在buck充电工作模式。此外，通过设置Buck控制电路的目标电流，可以改变储能电池充电电流的大小，在最大限度利用当前状态太阳能的同时达到保护储能电池的功能；若储能电池充满电，双向直流变换器不工作，系统只由太阳能供电。
(2)若光照不足，或者负载突然增大，此时单向直流变换器切换到MPPT模式，双向直流变换器工作在Boost放电模式，母线电压由双向变换器控制电路来维持，即通过太阳能-储能电池联合放电来维持母线电压，为母线负载提供电能。
(3)在夜晚无光照时，单向直流变换器不工作，双向直流变换器工作在Boost模式向母线负载供电，维持母线电压的稳定，此时仅由储能电池提供电力。
2、带故障工作模式
如图1所示，当某个组件出现故障时，装置的工作模式如下：
(1)单向直流变换器出现故障
若某个单向直流变换器故障，需要将发生故障的组件隔离，并进行系统重构，以维持能源系统正常工作。以第一单向直流变换器出现故障为例，此时需要在正常状态的开关序列基础上，断开开关4，将故障组件隔离，与此同时闭合开关3，使第一太阳能电池阵的输出端与第二太阳能电池阵的输出端并联，并由第二单向直流变换器实现电力变换。同理，若第二单向直流变换器出现故障，则断开开关5，闭合开关3，第二太阳能电池阵输出端与第一太阳能电池阵输出端并联，并由第一单向直流变换器实现电力变换。
(2)双向直流变换器出现故障
若某个双向直流变换器出现故障，同样采用上述思路实现故障组件隔离以及系统功能重构。以第一双向直流变换器出现故障为例，此时需要在正常状态的开关序列基础上，断开开关6，将故障组件隔离，与此同时闭合开关10，使第一储能电池与第二储能电池并联，并由第二双向直流变换器实现电力变换。同理，若第二双向直流变换器出现故障，则断开开关7，闭合闭合10，第一储能电池与第二储能电池并联，并由第一向直流变换器实现电力变换。
(3)太阳能电池阵或储能电池出现故障
若第一太阳能电池阵故障，可断开开关1将其隔离；若第一储能电池故障，则可断开开关8将其隔离。无论是太阳能电池还是储能电池出现故障，平流层飞艇供电结构虽可带故障继续工作，但是其最大供电能力将只有无故障时的一半。在这种情况下，需要改变飞艇的任务安排，如减少推进系统的工作时间等，以匹配带故障工作模式时的供电能力。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种平流层浮空器供电结构，其特征在于：包括第一供电单元和第二供电单元；所述第一供电单元包括依次电连接的第一太阳能电池阵、第一单向直流变换器、第一双向直流变换器和第一储能电池；所述第一双向直流变换器具有第一输出端和第二输出端，所述第一双向直流变换器的第二输出端相对于所述第一双向直流变换器的第一输出端在电学上更靠近所述第一储能电池，所述第一太阳能电池阵与第一单向直流变换器之间、第一双向直流变换器与第一储能电池之间分别设有隔离开关，所述第一单向直流变换器的输出端、第一双向直流变换器的第一输出端分别通过隔离开关与浮空器的母线负载电连接；所述第二供电单元包括第二太阳能电池阵、第二单向直流变换器、第二双向直流变换器、第二储能电池和多个隔离开关，采用与第一供电单元相同的电连接结构，所述第二双向直流变换器具有第一输出端和第二输出端，所述第二双向直流变换器的第二输出端相对于所述第二双向直流变换器的第一输出端在电学上更靠近所述第二储能电池；
其中，所述第一单向直流变换器与第二单向直流变换器的输入端通过联通开关并联，所述第一双向直流变换器的第二输出端与第二双向直流变换器的第二输出端通过联通开关并联。
2.根据权利要求1所述的平流层浮空器供电结构，其特征在于：所述第一太阳能电池阵和第二太阳能电池阵分布安装在所述浮空器的浮力囊体的上表面；所述浮空器下部还设有用于安装第一单向直流变换器、第一双向直流变换器和第一储能电池的第一能源舱，以及用于安装第二单向直流变换器、第二双向直流变换器和第二储能电池的第二能源舱。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110854984B (zh) * 2019-10-11 2021-04-13 大气候物联网科技(广州)有限公司 双太阳板双锂电池充电管理系统及其实现方法
CN111711256A (zh) * 2020-06-19 2020-09-25 上海空间电源研究所 航天器分布式电源系统
CN114094688B (zh) * 2020-08-24 2023-09-08 航天科工惯性技术有限公司 太阳能无人机mppt冗余备份系统及mppt切换方法
CN113071717A (zh) * 2021-03-29 2021-07-06 上海空间电源研究所 一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102355044A (zh) * 2011-09-02 2012-02-15 北京工业大学 一种双余度航空电源及其供电方式
CN102738865A (zh) * 2012-06-21 2012-10-17 上海市电力公司 一种大容量离网型光储发电系统
CN103840543A (zh) * 2012-11-27 2014-06-04 中国移动通信集团广西有限公司 不间断供电冗余系统ups后备电池组的供电方法及装置
CN104092278A (zh) * 2014-07-11 2014-10-08 安徽启光能源科技研究院有限公司 应用于光伏储能系统的能量管理方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102355044A (zh) * 2011-09-02 2012-02-15 北京工业大学 一种双余度航空电源及其供电方式
CN102738865A (zh) * 2012-06-21 2012-10-17 上海市电力公司 一种大容量离网型光储发电系统
CN103840543A (zh) * 2012-11-27 2014-06-04 中国移动通信集团广西有限公司 不间断供电冗余系统ups后备电池组的供电方法及装置
CN104092278A (zh) * 2014-07-11 2014-10-08 安徽启光能源科技研究院有限公司 应用于光伏储能系统的能量管理方法

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