CN108215911A - 一种用于太空运输车的能量和动力系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于太空运输车的能量和动力系统，通过车体与基地太阳能充电站联合形成的能源系统，能够有利于保障太空运输车更高的功率等级、潜在的作业量以及行驶速度和续航里程，所述基地太阳能充电站包括支架，太阳能电池板铺设在所述支架的上方，储能电池组通过铠装电缆连接高频逆变模块，基地地面开设有地槽，地槽内分布有电磁波能量发送机构，地槽的槽口覆盖有格栅，电磁波能量发送机构通过铠装电缆连接高频逆变模块，太空运输车车体的底部设置有电磁波能量接收机构，电磁波能量接收机构固定在车体骨架上，沿车体骨架布置有直流电网，直流电网连接动力电池组，直流电网通过电力并网模块连接电磁波能量接收机构，太空运输车车体上设置有履带行走机构。

Description

一种用于太空运输车的能量和动力系统
技术领域
本发明涉及太空运输车及其能源和动力配置技术，特别是一种用于太空运输车的能量和动力系统，通过车体与基地太阳能充电站联合形成的能源系统，能够有利于保障太空运输车更高的功率等级、潜在的作业量以及行驶速度和续航里程。
背景技术
随着人类对太空的探索，类地行星基地的建设逐步进入人类发展太空事业的日程。但是太空环境的特殊性，例如大温差、高震动等，对于基地建设必然会造成诸多障碍。本发明人认为，在基地建设过程中，物质运输是必然要面对的问题，其中物质运输工具，例如太空运输车等，在筹建阶段、施工阶段和基地运行阶段都是必不可少的。鉴于太空的特殊环境，太空运输车应该具有足够大的功率和相应的能量配置，以保障更高的功率等级、潜在的作业量以及行驶速度和续航里程。有些太空运输车的设计，采用了将太阳能电池板置于车顶的方式，意图边走边吸收太用能进行光伏转换。但是，这一方式难以适合太空苛刻环境，不仅车顶太阳能电池板面积有限，还很容易被损坏，而且实际能够带来的供电功率也受到很大的限制。有鉴于此，本发明人完成了本发明。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种用于太空运输车的能量和动力系统，通过车体与基地太阳能充电站联合形成的能源系统，能够有利于保障太空运输车更高的功率等级、潜在的作业量以及行驶速度和续航里程。
本发明技术方案如下：
一种用于太空运输车的能量和动力系统，其特征在于，包括太空运输车车体与基地太阳能充电站联合形成的能源系统，所述基地太阳能充电站包括固定设置于基地地面上的支架，所述支架通过太阳追踪装置连接太阳能电池板，所述太阳能电池板铺设在所述支架的上方，所述支架内设置有储能电池组，所述储能电池组通过铠装电缆连接高频逆变模块，所述基地地面开设有地槽，所述地槽内分布有电磁波能量发送机构，所述地槽的槽口覆盖有格栅，所述电磁波能量发送机构通过铠装电缆连接所述高频逆变模块，所述太空运输车车体的底部设置有电磁波能量接收机构，所述电磁波能量接收机构固定在车体骨架上，沿所述车体骨架布置有直流电网，所述直流电网连接动力电池组，所述直流电网通过电力并网模块连接所述电磁波能量接收机构，所述太空运输车车体上设置有履带行走机构。
所述电磁波能量发送机构位于所述格栅的下方，所述格栅的上表面与所述基地地面平齐。
所述高频逆变模块、所述电力并网模块和所述动力电池组均外置有电热保温套。
所述太阳能电池板为染料敏化太阳能电池板和/或单晶硅太阳能电池板。
所述车体骨架上设置有无刷直流电机，所述无刷直流电机通过电机控制模块连接所述直流电网，所述无刷直流电机通过驱动轴总成连接所述履带行走机构。
所述电机控制模块包括电流检测电路、锁相环频率跟踪电路、PWM逆变控制电路和逆变驱动电路。
所述电磁波能量发送机构和所述电磁波能量接收机构之间通过磁耦合谐振式电力传输方式传送电能。
所述驱动轴总成连接残余动力回收机构，所述残余动力回收机构连接残余电力并网模块，所述残余电力并网模块连接所述直流电网。
所述残余动力回收机构包括发电机，所述发电机将所述驱动轴总成的残余动能转化为电能，所述残余动能包括太空运输车刹车时的动能和/或下坡滑行时重力势能转换而成的动能。
所述太空运输车车体的顶部为货架。
本发明技术效果如下：本发明一种用于太空运输车的能量和动力系统是一种用于无人太空运输车的大功率能量与动力系统，该系统的核心在于可以在非接触条件下自动化的实现充电站对运输车的充电作业，且具体设计均考虑了大温差和高震动的外太空苛刻环境。所述系统包括太阳能电源、高频逆变模块、无线能量发射机构即电磁波能量发送机构、无线能量接受机构即电磁波能量接收机构、电力并网模块、低压直流电网(即直流电网)、电池组(即动力电池组)、电动机控制模块(即电机控制模块)、无刷直流电动机(即无刷直流电机)、残余动力回收机构、残余电力并网模块。本发明的特点在于该无人太空运输车可采用基地或充电站的太阳能电源，所述用于无人太空运输车的供电功率不会再被面积有限的置于车顶部的太阳能电池板所限制，该系统采用磁耦合谐振式电力传送方法将电能由基地设置的无线充电设备传递至所述探测车。行驶过程中，动力模块可通过扭矩转速检测控制电机的运行速度，且当无人太空运输车处于下坡或减速状态时，残余动力回收模块可以有效回收残余能量。本发明所述的无人太空运输车采用外部能源为车辆提供了更高的功率等级、潜在的作业量以及行驶速度；此外，该充电方法无需人员操作，可实现自动化的远程水源或其他物资运输，预计续航里程可达100公里。
本发明在基地地面的地槽和格栅设计，能够很好地保护电磁波能量发送机构，使其避免受到车辆移位所可能遭遇的损坏。格栅的上表面与基地地面平齐，减少了基地地面的障碍物，有利于提高基地工作效率。
附图说明
图1是实施本发明一种用于太空运输车的能量和动力系统结构示意图。
附图标记列示如下：1-太阳能电池板；2-高频逆变模块；3-电磁波能量发送机构；4-电磁波能量接收机构；5-电力并网模块；6-直流电网；7-动力电池组；8-电机控制模块；9-无刷直流电机；10-残余动力回收机构；11-残余电力并网模块；12-货架；13-电磁波；14-地槽；15-格栅；16-履带行走机构；17-铠装电缆；18-储能电池组；19-太阳追踪装置；20-基地地面；21-电热保温套；22-车体骨架。
具体实施方式
下面结合附图(图1)对本发明进行说明。
图1是实施本发明一种用于太空运输车的能量和动力系统结构示意图。如图1所示，一种用于太空运输车的能量和动力系统，包括太空运输车车体与基地太阳能充电站联合形成的能源系统，所述基地太阳能充电站包括固定设置于基地地面20上的支架，所述支架通过太阳追踪装置19连接太阳能电池板1，所述太阳能电池板1铺设在所述支架的上方，所述支架内设置有储能电池组18，所述储能电池组18通过铠装电缆17连接高频逆变模块2，所述基地地面20开设有地槽14，所述地槽14内分布有电磁波能量发送机构3，所述地槽14的槽口覆盖有格栅15，所述电磁波能量发送机构3通过铠装电缆17连接所述高频逆变模块2，所述太空运输车车体的底部设置有电磁波能量接收机构4，所述电磁波能量接收机构4固定在车体骨架22上，沿所述车体骨架22布置有直流电网6，所述直流电网6连接动力电池组7，所述直流电网6通过电力并网模块5连接所述电磁波能量接收机构4，所述太空运输车车体上设置有履带行走机构16。所述电磁波能量发送机构3位于所述格栅15的下方，所述格栅15的上表面与所述基地地面20平齐。所述高频逆变模块2、所述电力并网模块5和所述动力电池组7均外置有电热保温套21。所述太阳能电池板1为染料敏化太阳能电池板和/或单晶硅太阳能电池板。所述车体骨架22上设置有无刷直流电机9，所述无刷直流电机9通过电机控制模块8连接所述直流电网6，所述无刷直流电机9通过驱动轴总成连接所述履带行走机构16。所述电机控制模块8包括电流检测电路、锁相环频率跟踪电路、PWM逆变控制电路(PWM，Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)和逆变驱动电路。所述电磁波能量发送机构3和所述电磁波能量接收机构4之间通过磁耦合谐振式电力传输方式传送电能。所述驱动轴总成连接残余动力回收机构10，所述残余动力回收机构10连接残余电力并网模块11，所述残余电力并网模块11连接所述直流电网6。所述残余动力回收机构10包括发电机，所述发电机将所述驱动轴总成的残余动能转化为电能，所述残余动能包括太空运输车刹车时的动能和/或下坡滑行时重力势能转换而成的动能。所述太空运输车车体的顶部为货架12。
随着对人类对太空的探索，类地行星基地的建设逐步进入人类发展太空事业的日程，本发明提供一种用于无人太空运输车的大功率能量与动力系统。所述系统包括供电功率为2KW的单晶硅太阳能电池板和15kwh电池组组成的太阳能电源、额定电流90A的碳纤维12芯铠装电缆、采用耐低温电子原件制作的额定功率为1200W高频逆变模块、最大发射功率大于1200W的无线能量发射机构、最大接收功率为1180W的无线能量接受机构、处理功率为1150W的电力并网模块、额定电流达到85A的低压直流电网、储能达到2.5KWh的耐高温可充电电池组、功率为1700W的电动机控制模块、功率为1620W的无刷直流电动机、功率为1200W的残余动力回收机构、功率为1200W的残余电力并网模块；其中所述太阳能电源、铠装电缆、高频逆变模块、无线能量发射机构设置于某类地行星基地或者运输途中的某充电站，所述充电站间距应当为所述太空运输车的最大行驶里程；所述无线能量接受机构、电力并网模块置于所述太空运输车的尾部；残余电力并网模块、电池组设置与所述太空运输车重心位置以下的任意闲置空间；所述低压直流电网沿所述太空运输车的骨架布置；所述电动机控制模块、无刷直流电动机、残余动力回收机构与所述太空运输车的驱动轴总成连接；所述高频逆变模块接收来自基地或者充电站中的太阳能电源输出的电力；所述高频逆变模块与太阳能电源之间采用铠装电缆连接；所述连接处采用密封插接结构；所述高频逆变模块包括全桥整流滤波电路、半桥逆变电路、发射端串联谐振电路；所述高频逆变模块利用PWM逆变控制技术转换为190千赫的交流电；所述交流电符合方波特征；无线能量发射机构负责将所述交流电以电磁波的形式传递出去；所述无线能量接受机构将载有能量的电磁波信号转换为高频交流电；所述无线能量接受机构串联谐振电路和所述无线能量发射机构串联谐振电路的谐振频率相等所述电力并网组块包括接收端电压电流检测电路、数据记录及发送电路；所述电力并网组块包括串联谐振电路、高频变压器、高频整流滤波电路；所述电力并网组块将高频交流电按照如下顺序进行处理：通过可控二极管进行整流、稳压，继而通过滤波电路进行滤波，最终使输出电压控制在96V这一特定值，这些环节意在保护负载；所述电池组与低压直流电网相连，当无人太空运输车处于充电状态时，电池组从所述低压直流电网中获取电力，当无人太空运输车处于行驶状态时，电池组为所述低压直流电网提供电力；所述电机控制模块将低压直流电变为交流电供应无刷直流电动机驱动所述无刷直流电动机转动，所述无刷直流电机驱动电路包括电流检测电路、锁相环频率跟踪电路、PWM逆变控制电路、逆变驱动电路几个子电路；所述无刷直流电动机即可驱动无人太空运输车；所述残余动力回收机构及利用发电机将残余动能转化为交流电的方式回收所述无人太空运输车的残余动能回收，所述残余能量特指刹车时无人太空运输车所具有的动能和下坡时无人太空运输车所具有的重力势能；所述残余电力并网模块的特征在于，该模块可将述残余动力回收机构可将残余动力回收机构发出的交流电经过整流、滤波、稳压流程转化为稳定的低压直流电网电压的直流电；所述残余电力并网模块通过可控二极管进行整流、稳压，继而通过滤波电路进行滤波，最终使输出电压控制在96V的某一特定值向低压直流电网进行补充。其特点在于该无人太空运输车可采用基地或充电站的太阳能电源，所述用于无人太空运输车的供电功率不会再被面积有限的置于车顶部的太阳能电池板所限制，该系统采用磁耦合谐振式电力传送方法将电能由基地设置的无线充电设备传递至所述探测车。行驶过程中，动力模块可通过扭矩转速检测控制电机的运行速度，且当无人太空运输车处于下坡或减速状态时，残余动力回收模块可以有效回收残余能量。本发明所述的无人太空运输车采用外部能源为车辆提供了更高的功率等级、潜在的作业量以及行驶速度；此外，该充电方法无需人员操作，可帮助宇航员在外太空实现自动化的远程水源或其他物资运输。
一种用于无人太空运输车的大功率能量与动力系统，其特征在于：所述系统包括太阳能电源即太阳能电池板1等、高频逆变模块2、无线能量发射机构即电磁波能量发送机构3、无线能量接受机构即电磁波能量接收机构4、电力并网模块5、低压直流电网(即直流电网6)、电池组(即动力电池组7)、电动机控制模块(即电机控制模块8)、无刷直流电动机9、残余动力回收机构10、残余电力并网模块11；其中所述太阳能电源、高频逆变模块、无线能量发射机构设置于某类地行星基地或者充电站；所述无线能量接受机构、电力并网模块、低压直流电网、电池组、电动机控制模块、无刷直流电动机、残余动力回收机构、残余电力并网模块均设置于所述无人太空运输车；所述高频逆变模块接收来自基地或者充电站中的太阳能电源输出的电力；所述高频逆变模块利用PWM逆变控制技术转换为120-300千赫级别的交流电；无线能量发射机构负责将所述交流电以电磁波的形式传递出去；所述无线能量接受机构将载有能量的电磁波信号转换为高频交流电，所述电力并网组块将高频交流电按照如下顺序进行处理：通过可控二极管进行整流、稳压，继而通过滤波电路进行滤波，最终使输出电压控制在60-100V之间的某一特定值，这些环节意在保护负载；所述电池组与低压直流电网相连，当无人太空运输车处于充电状态时，电池组从所述低压直流电网中获取电力，当无人太空运输车处于行驶状态时，电池组为所述低压直流电网提供电力；所述电机控制模块将低压直流电变为交流电供应无刷直流电动机驱动所述无刷直流电动机转动，所述无刷直流电动机即可驱动无人太空运输车；所述残余动力回收机构包含与轴相连的齿轮箱和与齿轮箱相连的发电机，利用发电机将残余动能转化为交流电的方式回收所述无人太空运输车的残余动能回收，所述残余能量特指刹车时无人太空运输车所具有的动能和下坡时无人太空运输车所具有的重力势能；所述残余电力并网模块的特征在于，该模块可将述残余动力回收机构可将残余动力回收机构发出的交流电经过整流、稳压、滤波流程转化为稳定的低压直流电网电压的直流电。
一种用于无人太空运输车的大功率能量与动力系统，其特征在于：所述系统包括发电功率1-10KW的太阳能电源、额定电流达到100A以上的铠装电缆、功率达到600-3000W的高频逆变模块、最大发射功率大于1000W的无线能量发射机构、最大接收功率大于1100W的无线能量接受机构、功率大于1000W的电力并网模块、额定电流大于80A的低压直流电网、储能达到1KW/h以上的电池组、功率大于1600W的电动机控制模块、功率大于1500W的无刷直流电动机、残余动力回收机构、残余电力并网模块；其中所述太阳能电源、铠装电缆、高频逆变模块、无线能量发射机构设置于某类地行星基地或者运输途中的某充电站，所述充电站间距应当为所述太空运输车的最大行驶里程；所述无线能量接受机构、电力并网模块置于所述太空运输车的尾部；残余电力并网模块、电池组设置与所述太空运输车重心位置以下的任意闲置空间；所述低压直流电网沿所述太空运输车的骨架布置；所述电动机控制模块、无刷直流电动机、残余动力回收机构与所述太空运输车的驱动轴总成连接；所述高频逆变模块接收来自基地或者充电站中的太阳能电源输出的电力；所述高频逆变模块与太阳能电源之间采用铠装电缆连接；所述连接处采用密封插接结构；所述高频逆变模块包括全桥整流滤波电路、半桥逆变电路、发射端串联谐振电路；所述高频逆变模块利用PWM逆变控制技术转换为150-300千赫级别的交流电；所述交流电符合方波特征；无线能量发射机构负责将所述交流电以电磁波的形式传递出去；所述无线能量接受机构将载有能量的电磁波信号转换为高频交流电；所述无线能量接受机构串联谐振电路和所述无线能量发射机构串联谐振电路的谐振频率相等所述电力并网组块包括接收端电压电流检测电路、数据记录及发送电路；所述电力并网组块包括串联谐振电路、高频变压器、高频整流滤波电路；所述电力并网组块将高频交流电按照如下顺序进行处理：通过可控二极管进行整流、稳压，继而通过滤波电路进行滤波，最终使输出电压控制在60-100V之间的某一特定值，这些环节意在保护负载；所述电池组与低压直流电网相连，当无人太空运输车处于充电状态时，电池组从所述低压直流电网中获取电力，当无人太空运输车处于行驶状态时，电池组为所述低压直流电网提供电力；所述电机控制模块将低压直流电变为交流电供应无刷直流电动机驱动所述无刷直流电动机转动，所述无刷直流电机驱动电路包括电流检测电路、锁相环频率跟踪电路、PWM逆变控制电路、逆变驱动电路几个子电路；所述无刷直流电动机即可驱动无人太空运输车；所述残余动力回收机构包含与轴相连的齿轮箱和与齿轮箱相连的发电机，其利用发电机将残余动能转化为交流电的方式回收所述无人太空运输车的残余动能回收，所述残余能量特指刹车时无人太空运输车所具有的动能和下坡时无人太空运输车所具有的重力势能；所述残余电力并网模块的特征在于，该模块可将述残余动力回收机构可将残余动力回收机构发出的交流电经过整流、滤波、稳压流程转化为稳定的低压直流电网电压的直流电；所述残余电力并网模块通过可控二极管进行整流、稳压，继而通过滤波电路进行滤波，最终使输出电压控制在60-100V之间的某一特定值向低压直流电网进行补充。
一种用于无人太空运输车的大功率能量与动力系统，所述太阳能电源供电功率为2KW；所述太阳能电源采用染料敏化太阳能电池板和单晶硅太阳能电池板中的一种；所述太阳能电源中包含固定电池组，所述电池组可储存2-5千瓦时的能量，所述电池组用于存储太阳能电池板所发的电；所述高频逆变模块需外置电热保温套，以保证其在苛刻温度条件下可以工作；所述无线能量发射机构采用40-42匝线圈作为发射线圈、所述无线能量接受机构采用49-51线圈作为接收线圈、所述电力并网模块采用外置电热保温套，以保证其在苛刻温度条件下可以工作，且所述电力并网模块外部设置有电热保温装置；所述电池组为可反复充电2000次以上的采用耐温125℃级别的工艺进行制造的充电电池组，并且需要外置电热保温套，以保证其在苛刻温度条件下可以工作，且所述电池组外部设置有电热保温装置、所述电动机控制模块采用外置电热保温套，以保证其在苛刻温度条件下可以工作，且所述电动机控制模块外部设置有电热保温装置、所述残余电力并网模块需采用外置电热保温套，以保证其在苛刻温度条件下可以工作；
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于太空运输车的能量和动力系统，其特征在于，包括太空运输车车体与基地太阳能充电站联合形成的能源系统，所述基地太阳能充电站包括固定设置于基地地面上的支架，所述支架通过太阳追踪装置连接太阳能电池板，所述太阳能电池板铺设在所述支架的上方，所述支架内设置有储能电池组，所述储能电池组通过铠装电缆连接高频逆变模块，所述基地地面开设有地槽，所述地槽内分布有电磁波能量发送机构，所述地槽的槽口覆盖有格栅，所述电磁波能量发送机构通过铠装电缆连接所述高频逆变模块，所述太空运输车车体的底部设置有电磁波能量接收机构，所述电磁波能量接收机构固定在车体骨架上，沿所述车体骨架布置有直流电网，所述直流电网连接动力电池组，所述直流电网通过电力并网模块连接所述电磁波能量接收机构，所述太空运输车车体上设置有履带行走机构。
2.根据权利要求1所述的用于太空运输车的能量和动力系统，其特征在于，所述电磁波能量发送机构位于所述格栅的下方，所述格栅的上表面与所述基地地面平齐。
3.根据权利要求1所述的用于太空运输车的能量和动力系统，其特征在于，所述高频逆变模块、所述电力并网模块和所述动力电池组均外置有电热保温套。
4.根据权利要求1所述的用于太空运输车的能量和动力系统，其特征在于，所述太阳能电池板为染料敏化太阳能电池板和/或单晶硅太阳能电池板。
5.根据权利要求1所述的用于太空运输车的能量和动力系统，其特征在于，所述车体骨架上设置有无刷直流电机，所述无刷直流电机通过电机控制模块连接所述直流电网，所述无刷直流电机通过驱动轴总成连接所述履带行走机构。
6.根据权利要求5所述的用于太空运输车的能量和动力系统，其特征在于，所述电机控制模块包括电流检测电路、锁相环频率跟踪电路、PWM逆变控制电路和逆变驱动电路。
7.根据权利要求1所述的用于太空运输车的能量和动力系统，其特征在于，所述电磁波能量发送机构和所述电磁波能量接收机构之间通过磁耦合谐振式电力传输方式传送电能。
8.根据权利要求5所述的用于太空运输车的能量和动力系统，其特征在于，所述驱动轴总成连接残余动力回收机构，所述残余动力回收机构连接残余电力并网模块，所述残余电力并网模块连接所述直流电网。
9.根据权利要求8所述的用于太空运输车的能量和动力系统，其特征在于，所述残余动力回收机构包括发电机，所述发电机将所述驱动轴总成的残余动能转化为电能，所述残余动能包括太空运输车刹车时的动能和/或下坡滑行时重力势能转换而成的动能。
10.根据权利要求1所述的用于太空运输车的能量和动力系统，其特征在于，所述太空运输车车体的顶部为货架。
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