CN108163214A - 一种电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统 - Google Patents

一种电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108163214A
CN108163214A CN201611116150.4A CN201611116150A CN108163214A CN 108163214 A CN108163214 A CN 108163214A CN 201611116150 A CN201611116150 A CN 201611116150A CN 108163214 A CN108163214 A CN 108163214A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium battery
fuel cell
output terminal
voltage
electric
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
Application number
CN201611116150.4A
Other languages
English (en)
Inventor
于诚溢
周利
邵志刚
苌国强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Original Assignee
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Institute of Chemical Physics of CAS filed Critical Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority to CN201611116150.4A priority Critical patent/CN108163214A/zh
Publication of CN108163214A publication Critical patent/CN108163214A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plants using steam or spring force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D2221/00—Electric power distribution systems onboard aircraft
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及混合电源领域，具体地说是一种电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统，燃料电池控制系统的输出端连接燃料电池电堆，对燃料电池电堆进行控制；燃料电池电堆的输出端连接DC/DC转换器的输入端，DC/DC转换器的输出端与二极管和熔断器连接后连接到电机控制器的输入端，为电机控制器对电机控制提供电源；DC/DC转换器的输出端与二极管和熔断器连接后连接到充电系统的输入端，给充电系统提供电能；充电系统的输出端连接锂电池的输入端，为锂电池充电；锂电池的输出端通过二极管和熔断器后连接到电机控制器的输入端，为电机控制器对电机控制提供电源。本发明能够最大程度的增加飞机飞行时间，延长飞机航时间，保证飞行员和飞机安全。

Description

一种电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统
技术领域
本发明涉及混合电源领域，具体地说是一种电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统。
背景技术
众所周知，随着蒸汽机和内燃机等早期的系统消耗大量不可再生的化石能源，环境的污染、人类的持续发展正在面临严峻的考验。在这种形势下，发展洁净能源成为了十分紧迫的任务，燃料电池的出现成为了新的支柱力量。
传统所使用的例如铅酸电池、镍氢电池等二次电池各有不同的缺点，铅酸电池的电容量低，电池使用寿命短；镍氢电池成本高，续航能力短等。而目前常用的锂电池，功率密度高，低温性能差，能量密度低；质子交换膜燃料电池具有能量密度高(约为锂电池的三倍)。将质子交换膜燃料电池和锂电池组合在一起形成的混合动力系统，同时具备功率密度高和能量密度高的优势，以其作电动飞机的动力系统，具有续航时间长，对环境完全没有污染等特点，是电动飞机未来的发展方向。
专利一种燃料电池-锂电池混合动力系统(专利公布号CN 102555765A)所提到的系统，包括电机控制系统，还包括燃料电池堆、燃料电池辅助设备、燃料电池检测控制装置构成的燃料电池子系统，由锂电池组和锂电池控制装置组成的锂电池子系统，由DC/DC变换器、充电控制器、可控硅、继电器构成的充电控制子系统，以及智能混合电源管理系统。该专利将燃料电池电堆的输出端与锂电池的输出端分别通过继电器和可控硅与DC/DC变换器的输入端连接，这样做会造成对电源输出能力的浪费，无法充分利用两套电源的能量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统，通过加入充电系统，在整个过程中时刻监控DC/DC输出端的电压和锂电池输出电压，确保锂电池充放电过程能够正常进行。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统，燃料电池控制系统的输出端连接燃料电池电堆，对燃料电池电堆进行控制；
燃料电池电堆的输出端连接DC/DC转换器的输入端，DC/DC转换器的输出端与第一二极管和第一熔断器连接后连接到电机控制器的输入端，为电机控制器对电机控制提供电源；DC/DC转换器的输出端与第三二极管和第三熔断器连接后连接到充电系统的输入端，给充电系统提供电能；
充电系统的输出端连接锂电池的输入端，为锂电池充电；
锂电池的输出端通过第二二极管和第二熔断器后连接到电机控制器的输入端，为电机控制器对电机控制提供电源。
所述充电系统的输入端直接连接DC/DC转换器的输出端，对DC/DC转换器的电压输出进行监测。
所述充电系统的输出端连接锂电池的输出端，用于检测锂电池的输出电压值，当锂电池的输出电压低于锂电池满电电压时，充电系统自动为锂电池充电，直至锂电池达到满电状态。
所述充电系统包括：
电阻和继电器串联连接；
DC-DC电压传感器，设置于所述充电系统输入端，采集DC/DC对充电系统的输出电压；
锂电池电压传感器，设置于锂电池两端，采集锂电池电压；当锂电池电压值低于锂电池电压最大值时，继电器吸合，充电电路开始工作，燃料电池在为电机控制器提供电能的同时，为锂电池进行充电；当锂电池电压值达到锂电池电压最大值时，继电器断开，充电电路停止工作。
所述DC/DC转换器的输出电压高于锂电池的满电电压。
系统电源输出包括燃料电池电堆和/或锂电池的电源输出。
当电动飞机处于爬升阶段时，燃料电池的输出能力小于爬升阶段的功率需求，此时燃料电池和锂电池同时输出；
当电动飞机处于巡航阶段时，燃料电池的输出能力大于巡航阶段的功率需求，此时燃料电池单独输出。
如果燃料电池和锂电池之一发生故障，则启动另一个单独输出并返航。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明使用燃料电池和锂电池并联，在飞机爬升阶段同时工作，巡航和下降过程只是用燃料电池，锂电池不工作，能够最大程度的增加飞机飞行时间，延长飞机航时间；
2.本发明使用燃料电池和锂电池并联，最大程度的保证飞行安全，一旦一组电池出现故障，另一组可以保障飞机返回机场，保证飞行员和飞机安全；
3.本发明加入充电系统在整个过程中时刻监控DC/DC输出端的电压和锂电池输出电压，确保锂电池充放电过程能够正常进行。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示为本发明的系统结构框图。
一种电动飞机用燃料电池-锂电池混合动力系统，包括燃料电池电堆、燃料电池控制系统、DC/DC、二极管、熔断器、锂电池、充电系统。其中，燃料电池控制系统与燃料电池电堆输入端连接，燃料电池电堆的输出端与DC/DC的输入端连接，DC/DC的输出端经过二极管、熔断器后与锂电池输出端经过二极管、熔断器后并联，与飞机电机控制器的输入端连接。充电系统的输入端与DC/DC的输出端连接，充电系统的输出端与锂电池的输出端连接。其特征在于使用燃料电池与锂电池并联，当一组电池性能下降时，另一组可以提供所需能量，保证输出能力。
燃料电池控制系统与燃料电池电堆输入端连接，燃料电池电堆的输出端与DC/DC的输入端连接，DC/DC的输出端经过二极管、熔断器后与锂电池输出端经过二极管、熔断器后并联，与飞机电机控制器的输入端连接。充电系统的输入端与DC/DC的输出端连接，充电系统的输出端与锂电池的输入端连接。其特征在于，使用燃料电池与锂电池并联，当一组电池性能下降时，另一组可以提供所需能量，保证输出能力。特征在于，燃料电池经过DC/DC的输出电压要高于锂电池的满电电压。当输出功率较低时，由燃料电池提供能量，同时给锂电池充电，直至锂电池电量达到满电，锂电池达到满电后停止充电。当所需输出功率超出燃料电池能力时，锂电池工作。特征在于，系统加入充电系统。在混合动力系统工作中，充电系统时刻检测DC/DC输出电压与锂电池输出电压，当锂电池电压低于DC/DC输出电压时，充电系统会给锂电池进行充电，当锂电池达到满电时停止充电。FC为燃料电池电堆，Li为锂电池，D1、D2、D3、D4为第一～第四二极管，F1、F2、F3为第一～第三熔断器
燃料电池经过DC/DC的输出电压要高于锂电池的满电电压。当输出功率较低时，由燃料电池提供能量，同时给锂电池充电，直至锂电池电量达到满电，锂电池达到满电后停止充电。当所需输出功率超出燃料电池能力时，锂电池工作。
在混合动力系统工作中，充电系统时刻检测DC/DC输出电压与锂电池输出电压，当锂电池电压低于DC/DC输出电压时，充电系统会给锂电池进行充电，当锂电池达到满电时停止充电。
采用燃料电池与锂电池并联输出。当需求功率低时，燃料电池作为主要的输出，锂电池不输出，能够变相延长航时，当需要大功率输出时，燃料电池和锂电池一起工作，为飞机提供动力。一旦在飞机运行的过程中出现燃料电池或锂电池故障时，另一组电池能够维持飞机返回机场，保证驾驶员及飞机的安全。
DC/DC输出电压要高于锂电池的满电电压，这样可以保障在整个过程中，当锂电池消耗过大后，燃料电池经过DC/DC后可以在为飞机提供动力的同时为锂电池充电，保证锂电池电量始终在正常工作范围内，不会使锂电池出现过充或者过放的情况。
充电系统在整个系统工作过程中时刻监控DC/DC输出端的电压和锂电池输出电压，确保锂电池充、放电过程能够正常进行。
本实施例中所选的DC/DC端输出电压为310V，锂电池所选择的满电电压为308V。飞机在爬升过程中需要功率为40kW，燃料电池的输出能力为20kW，此时燃料电池和锂电池同时输出，以满足飞机需求。当飞机进入巡航阶段，其需要的功率为14kW，此时只需要燃料电池独立工作。由于爬升阶段锂电池有消耗，其电压值会低于308V，最低可降到298V，因此充电系统开始为锂电池充电，使锂电池的电压值达到308V。如果在飞行过程中，燃料电池系统或锂电池系统有一组出现故障，无法工作，另一组有能力输出14kW，满足飞机巡航功率，此时飞机返航，保证了飞行员和飞机的安全，提高了整套系统的稳定性。

Claims (8)

1.一种电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统，其特征在于：燃料电池控制系统的输出端连接燃料电池电堆，对燃料电池电堆进行控制；
燃料电池电堆的输出端连接DC/DC转换器的输入端，DC/DC转换器的输出端与第一二极管和第一熔断器连接后连接到电机控制器的输入端，为电机控制器对电机控制提供电源；DC/DC转换器的输出端与第三二极管和第三熔断器连接后连接到充电系统的输入端，给充电系统提供电能；
充电系统的输出端连接锂电池的输入端，为锂电池充电；
锂电池的输出端通过第二二极管和第二熔断器后连接到电机控制器的输入端，为电机控制器对电机控制提供电源。
2.根据权利要求1所述的电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统，其特征在于：所述充电系统的输入端直接连接DC/DC转换器的输出端，对DC/DC转换器的电压输出进行监测。
3.根据权利要求1所述的电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统，其特征在于：所述充电系统的输出端连接锂电池的输出端，用于检测锂电池的输出电压值，当锂电池的输出电压低于锂电池满电电压时，充电系统自动为锂电池充电，直至锂电池达到满电状态。
4.根据权利要求1～3任一项所述的电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统，其特征在于：所述充电系统包括：
电阻和继电器串联连接；
DC-DC电压传感器，设置于所述充电系统输入端，采集DC/DC对充电系统的输出电压；
锂电池电压传感器，设置于锂电池两端，采集锂电池电压；当锂电池电压值低于锂电池电压最大值时，继电器吸合，充电电路开始工作，燃料电池在为电机控制器提供电能的同时，为锂电池进行充电；当锂电池电压值达到锂电池电压最大值时，继电器断开，充电电路停止工作。
5.根据权利要求1或2所述的电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统，其特征在于：所述DC/DC转换器的输出电压高于锂电池的满电电压。
6.根据权利要求1所述的电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统，其特征在于：系统电源输出包括燃料电池电堆和/或锂电池的电源输出。
7.根据权利要求6所述的电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统，其特征在于：当电动飞机处于爬升阶段时，燃料电池的输出能力小于爬升阶段的功率需求，此时燃料电池和锂电池同时输出；
当电动飞机处于巡航阶段时，燃料电池的输出能力大于巡航阶段的功率需求，此时燃料电池单独输出。
8.根据权利要求6所述的电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统，其特征在于：如果燃料电池和锂电池之一发生故障，则启动另一个单独输出并返航。
CN201611116150.4A 2016-12-07 2016-12-07 一种电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统 Pending CN108163214A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611116150.4A CN108163214A (zh) 2016-12-07 2016-12-07 一种电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611116150.4A CN108163214A (zh) 2016-12-07 2016-12-07 一种电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108163214A true CN108163214A (zh) 2018-06-15

Family

ID=62526215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611116150.4A Pending CN108163214A (zh) 2016-12-07 2016-12-07 一种电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108163214A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110126966A (zh) * 2019-04-23 2019-08-16 同济大学 一种无dc-dc变压器的燃料电池电动摩托车动力系统
CN110601166A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 电源与功率级集成电路、印制板
CN110877741A (zh) * 2018-09-06 2020-03-13 财团法人工业技术研究院 供电装置、应用其的飞行工具及其供电方法
CN113173156A (zh) * 2021-05-19 2021-07-27 东南大学溧阳研究院 一种可切换能量流的混合动力系统、车辆及方法
CN113370967A (zh) * 2021-05-19 2021-09-10 东南大学溧阳研究院 一种基于混合动力系统的可远程控制的智能小车及方法
CN114649552A (zh) * 2020-12-17 2022-06-21 中国科学院长春应用化学研究所 一种燃料电池电力输出控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1923560A (zh) * 2005-09-01 2007-03-07 上海神力科技有限公司 一种燃料电池与可以快充快放的储能装置混合动力系统
CN104793512A (zh) * 2014-12-15 2015-07-22 中国科学院大连化学物理研究所 一种电动飞机能源控制系统
US20160194087A1 (en) * 2013-03-15 2016-07-07 Indiana University Research & Technology Corporation Hybrid Wave Rotor Propulsion System
CN105966261A (zh) * 2016-07-01 2016-09-28 无锡雨德智能物联网科技有限公司 一种可更换电池供电的电动汽车供电系统
CN105977560A (zh) * 2016-07-22 2016-09-28 珠海银通农业科技有限公司 用于无人机中的燃料电池系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1923560A (zh) * 2005-09-01 2007-03-07 上海神力科技有限公司 一种燃料电池与可以快充快放的储能装置混合动力系统
US20160194087A1 (en) * 2013-03-15 2016-07-07 Indiana University Research & Technology Corporation Hybrid Wave Rotor Propulsion System
CN104793512A (zh) * 2014-12-15 2015-07-22 中国科学院大连化学物理研究所 一种电动飞机能源控制系统
CN105966261A (zh) * 2016-07-01 2016-09-28 无锡雨德智能物联网科技有限公司 一种可更换电池供电的电动汽车供电系统
CN105977560A (zh) * 2016-07-22 2016-09-28 珠海银通农业科技有限公司 用于无人机中的燃料电池系统

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110877741A (zh) * 2018-09-06 2020-03-13 财团法人工业技术研究院 供电装置、应用其的飞行工具及其供电方法
CN110877741B (zh) * 2018-09-06 2022-01-25 财团法人工业技术研究院 供电装置、应用其的飞行工具及其供电方法
US11444301B2 (en) 2018-09-06 2022-09-13 Industrial Technology Research Institute Power supply device, flying tool using same and power supply method thereof
CN110126966A (zh) * 2019-04-23 2019-08-16 同济大学 一种无dc-dc变压器的燃料电池电动摩托车动力系统
CN110601166A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 电源与功率级集成电路、印制板
CN110601166B (zh) * 2019-09-19 2021-02-12 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 电源与功率级集成电路、印制板
CN114649552A (zh) * 2020-12-17 2022-06-21 中国科学院长春应用化学研究所 一种燃料电池电力输出控制方法
CN113173156A (zh) * 2021-05-19 2021-07-27 东南大学溧阳研究院 一种可切换能量流的混合动力系统、车辆及方法
CN113370967A (zh) * 2021-05-19 2021-09-10 东南大学溧阳研究院 一种基于混合动力系统的可远程控制的智能小车及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108163214A (zh) 一种电动飞机用燃料电池和锂电池混合动力系统
Lee et al. Active power management system for an unmanned aerial vehicle powered by solar cells, a fuel cell, and batteries
EP3516754B1 (en) High reliability hybrid energy storage system
CN207631503U (zh) 一种长航时无人机油电混合动力系统
KR101809110B1 (ko) 항공기의 프리 터빈 엔진을 위한 신속 조력 디바이스
CN106374604A (zh) 智能启动电源系统的启动方法
Lee et al. The flight test and power simulations of an UAV powered by solar cells, a fuel cell and batteries
CN106067692A (zh) 飞机电气系统及其供电方法
CN104085312A (zh) 一种电动汽车电池管理系统
CN206099484U (zh) 一种飞机电气系统
CN107565629A (zh) 航空电池电源容错均衡管理系统
CN208714993U (zh) 一种电动车充电电路
Bataller-Planes et al. Power balance of a hybrid power source in a power plant for a small propulsion aircraft
CN106959418A (zh) 基于储能pcs的测试系统及测试方法
CN202309194U (zh) 飞机地面复合电源系统
CN107658930A (zh) 一种储能电池
CN107196394A (zh) 变电站蓄电池组控制仪及其采用的控制方法
CN107612115A (zh) 机载锂电池组投退电网控制方法及控制装置
CN104827986B (zh) 混合动力汽车及其高压电路的切换保护装置
CN103283403A (zh) 一种混合动力割草机
Popel’ et al. Hybrid electric energy storages: Their specific features and application
CN204376521U (zh) 无人机机载供电装置
CN205811593U (zh) 航空器地面启动电源
CN110014860B (zh) 一种车辆超级电容放电方法及控制系统
CN208707358U (zh) 一种电池均衡充电装置

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: 20180615

RJ01 Rejection of invention patent application after publication