CN115246473A - 飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够抑制因过充电引起的二次电池的起火的飞行器。该飞行器具备燃料电池、二次电池、对推进用螺旋桨进行驱动的马达、能够使空气阻力增加的空气阻力增加装置、以及控制部,燃料电池、二次电池以及马达电连接,马达从燃料电池以及二次电池的至少1个获得电力来进行驱动,在燃料电池发出了超过消耗电力量的电力量的情况下,控制部进行使从燃料电池供给至马达的电力量增加并使空气阻力增加装置工作来使空气阻力增加、且维持飞行状态这一电力消耗控制。
Description
技术领域
本申请涉及飞行器。
背景技术
近年来,具备燃料电池系统的航空器的开发在不断推进。例如,在专利文献1中记载了一种包括蓄电池和燃料电池的航空器的电源系统。
专利文献1:日本特开2007-15423号公报
在具备燃料电池以及二次电池的飞行器中,若将以燃料电池的高电位避免、恢复运转、快速暖机等为目的而发出的多余电力充电至二次电池,则存在发生因过充电引起的起火的问题。这样的问题是与安全性相关的重要的问题。
发明内容
因此,鉴于上述实际情况,本申请的主要目的在于,提供能够抑制因过充电引起的二次电池的起火的飞行器。
本公开提供一种飞行器作为用于解决上述课题的一个手段,该飞行器具备燃料电池、二次电池、对推进用螺旋桨进行驱动的马达、能够使空气阻力增加的空气阻力增加装置、以及控制部,燃料电池、二次电池以及马达电连接,马达从燃料电池以及二次电池的至少1个获得电力来进行驱动,在燃料电池发出了超过消耗电力量的电力量的情况下,控制部进行使从燃料电池供给至马达的电力量增加并使空气阻力增加装置工作来使空气阻力增加、且维持飞行状态这一电力消耗控制。
在上述飞行器中,空气阻力增加装置可以是次要控制面(secondary controlblade surface),在电力消耗控制时,可以通过使次要控制面两向开启来使空气阻力增加。另外,在燃料电池发出了超过消耗电力量的电力量的情况下,当将超过消耗电力量的部分的电力量作为多余电力量时,控制部可以在多余电力量超过第1阈值时进行电力消耗控制,可以在多余电力量低于第2阈值时停止电力消耗控制。
在燃料电池发出了超过消耗电力量的电力量的情况下、即在产生了多余电力量的情况下,本公开的飞行器进行规定的电力消耗控制。由此,能够消耗多余电力而抑制因过充电引起的二次电池的起火。
附图说明
图1是飞行器10的示意图。图1的(a)是飞行器10的主视图,图1的(b)是飞行器10的俯视图。
图2是飞行器10的电压系统的示意图。
图3是用于对设定了阈值的电力消耗控制进行说明的图。
图4是设定了阈值的电力消耗控制的处理例程的一个例子。
附图标记说明:
1…燃料电池;2…二次电池;3…马达;4…螺旋桨;5…次要控制面;6…主翼;7…尾翼;8…垂直尾翼;10…飞行器。
具体实施方式
使用作为一个实施方式的飞行器10对本公开的飞行器进行说明。图1中示出了飞行器10的示意图。图1的(a)是飞行器10的主视图,图1的(b)是飞行器10的俯视图。图2是飞行器10的电压系统的示意图。
飞行器10只要是能够在空中飞行的物体即可,不特别限定。例如,飞行器10还包括一般的航空器、轻型飞机或无人机等航空器。在图1中,示出了航空器的形态的飞行器10。
飞行器10具备燃料电池1、二次电池2、对推进用螺旋桨4进行驱动的马达3、能够使空气阻力增加的空气阻力增加装置、以及控制部。另外,如图2所示,燃料电池1、二次电池2以及马达3电连接,马达3从燃料电池1以及二次电池2的至少1个获得电力来进行驱动。此外,在图2中一同示出了FDC(燃料电池用DC/DC转换器)和INV(逆变器),这些是一般的结构。
燃料电池1是将多个燃料电池单电池(有时简称为“单电池”)串联层叠而成的结构。单电池具有:电解质膜;阳极,配置于该电解质膜的一方的面;以及阴极,配置于该电解质膜的另一方的面。具体而言,在电解质膜的两面配置有催化剂层,在催化剂层的外侧配置有扩散层,并且在扩散层的外侧配置有隔板,该隔板形成有燃料气体流路以及氧化剂气体流路。这样的燃料电池是一般的结构。这里,在燃料电池中,催化剂层以及扩散层作为阳极或者阴极发挥功能。
配置于燃料电池的电解质膜、催化剂层、扩散层以及隔板并不特别限定,能够使用公知的结构。例如,作为电解质膜,能够举出由固体高分子材料构成的离子交换膜。作为催化剂层,能够举出铂系的催化剂。作为扩散层,能够举出碳材料等多孔质材料。作为隔板,能够举出不锈钢等金属材料、碳复合材料等碳材料。
燃料电池10通过阳极被供给燃料气体、阴极被供给氧化剂气体而发生电化学反应来进行发电。发出的电力被在二次电池2的充电、马达3的驱动中使用。另外,也可以在飞行器10的其他装置中使用。
二次电池2是锂离子二次电池等公知的二次电池。二次电池2起到马达3的驱动、储存由燃料电池1发出的电力的作用。另外,也可以在飞行器10的其他装置中使用。
空气阻力增加装置只要是能够使飞行器10的空气阻力增加的控制面即可,不特别限定。例如可举出次要控制面5。次要控制面是控制面中的主控制面以外的辅助性的控制面。作为次要控制面5,例如可举出扰流板(spoiler)、襟翼(flap)、翼片(tab)等。在图1中,表示了使用扰流板作为次要控制面5的例子。在图1中,次要控制面5分别设置于1对主翼6、1对尾翼7、以及垂直尾翼8。次要控制面5由1对平板构成,通常通过打开一方或者两方的平板而使空气阻力变化来控制飞行器10的移动。如图1那样,设置于主翼6以及尾翼7的次要控制面5在上下配置有平板,设置于垂直尾翼8的次要控制面5在左右配置有平板。这样的结构与一般的次要控制面的结构同样。
控制部是具备CPU、ROM、RAM以及输入输出接口等的计算机系统,控制飞行器10的各部。
如上所述,由燃料电池1发出的电力有时被在二次电池2的充电中使用。通常,以二次电池2不超过充电允许电力的方式控制燃料电池1的发电。然而,在为了燃料电池1的高电位避免、恢复(refresh)运转、快速暖机等而发电且该发电量成为超过消耗电力量的电力量的情况下,若将超过消耗电力量的部分的电力量(多余电力量)被充电至二次电池2,则存在超过充电允许电力量而成为过充电的情况。而且,若二次电池2被过充电,则存在引发起火的问题。抑制这样的二次电池2的起火是为了提高飞行器10的安全性的重要的课题。
鉴于此,在飞行器10中,当燃料电池1发出了超过消耗电力量的电力量的情况下,控制部进行使从燃料电池1供给至马达3的电力量增加并使空气阻力增加装置工作来增加空气阻力、且维持飞行状态这一电力消耗控制。由此,在维持飞行状态的同时消耗多余电力,能够抑制因过充电引起的二次电池的起火。
这里,对各用语进行说明。
“充电允许电力量”是不成为过充电的范围的充电量。即,在充电量超过充电允许电力量的情况下,二次电池2成为过充电。
“消耗电力量”是飞行器10的运转所需的消耗电力量。消耗电力量根据飞行器10的运转的状态等而变化。
“多余电力量”是指在燃料电池1发出了超过消耗电力量的电力量的情况下超过消耗电力量的部分的电力量。
“高电位避免”是为了避免燃料电池1的电压上升至规定的电压以上的发电。这是因为若燃料电池1的电压上升至规定的电压,则催化剂层所使用的金属(例如铂)会离子化而溶出。
“恢复运转”是为了除去催化剂层所使用的金属(例如铂)的氧化膜而用于使燃料电池1的电压降低的发电。
“快速暖机”是为了防止燃料电池1的结冰而用于自我升温的发电。
“电力消耗控制”是控制部进行的用于消耗多余电力的控制。在电力消耗控制中,进行使从燃料电池1供给至马达3的电力量增加的推力增加控制和使空气阻力增加装置工作来使空气阻力增加的空气阻力增加控制。此时,需要以维持飞行状态的方式进行推力增加控制以及空气阻力增加控制。“维持飞行状态”是指推力以及升力在电力消耗控制前后几乎不变化。“几乎不变化”是指推力以及升力在电力消耗控制前后为±10%以内,优选为±5%以内的变化。
因此,可以说电力消耗控制是通过使飞行器10的推力或者升力增加并使空气阻力增加来维持飞行状态地消耗多余电力的控制。这里,进行推力增加控制和空气阻力增加控制的顺序不特别限定,可以依次进行,也可以同时进行。在依次进行的情况下,可以先进行任一方的控制。
供给至马达3的电力量的增加量不特别限定,可以是多余电力的一部分,也可以是多余电力的全部。在空气阻力装置为次要控制面5的情况下,通过使次要控制面5的一方或者两方打开能够增加空气阻力。优选使次要控制面5两向开启。如图1所示,当在飞行器10装备有多个次要控制面5的情况下,可以将装备于飞行器10的次要控制面5全部打开,也可以打开一部分次要控制面5。通过使用次要控制面5作为空气阻力增加装置,能够不设置追加的装置就进行电力消耗控制。
另外,控制部可以如以下那样进行电力消耗控制。即,控制部可以在多余电力量超过第1阈值时进行电力消耗控制,在多余电力量低于第2阈值时停止电力消耗控制。由此,能够既抑制二次电池的过充电、又抑制电力消耗控制的次数、时间,提高燃料利用率。
能够考虑燃料利用率从在产生了多余电力的情况下通过进行电力消耗控制能够抑制二次电池1的过充电的充电允许电力量的范围来适当地设定“第1阈值”。例如,能够从充电允许电力量的30%~70%的范围、优选为40%~60%的范围适当地选择。
能够考虑燃料利用率从在产生了多余电力的情况下不进行电力消耗控制就能够抑制二次电池1的过充电的充电允许电力量的范围来适当地设定“第2阈值”。例如,能够从充电允许电力量的0%~30%的范围、优选为10%~20%的范围适当地选择。
图3示出对设定了阈值的电力消耗控制进行说明的图。图3中的(1)、(2)分别表示第1阈值、第2阈值。另外,图3中的(A)、(B)分别表示了电力消耗控制中、电力消耗控制停止中。如图3所示,设定了阈值的电力消耗控制被控制为描绘迟滞回线(Hysteresis loop)。
另外,图4中示出设定了阈值的电力消耗控制的处理例程的一个例子。如图4所示,控制部50具备处理S1~S6,控制部50反复进行这些处理。
在处理S1中,对多余电力量是否超过第1阈值进行判断。在判断为多余电力量超过第1阈值的情况下,进行电力消耗控制(处理S2、S3)。
在处理S2中,进行使从燃料电池1供给至马达3的电力量增加的推力增加控制。在处理S3中,进行使空气阻力增加装置工作来使空气阻力增加的空气阻力增加控制。这里,在进行处理S2、S3双方时,以维持飞行状态的方式进行控制。
在处理S4中,对多余电力量是否低于第2阈值进行判断。在多余电力量低于第2阈值的情况下,停止电力消耗控制(处理S5、S6)。
在处理S5中,停止推力增加控制。在处理S6中,停止空气阻力增加控制。这里,优选在进行处理S5、S6双方时,以维持飞行状态的方式进行控制。
以上,使用作为一个实施方式的飞行器10对本公开的飞行器进行了说明。在燃料电池发出了超过消耗电力量的电力量的情况下、即在产生了多余电力量的情况下,本公开的飞行器进行规定的电力消耗控制。因此,根据本公开的飞行器,能够维持飞行状态并消耗多余电力量,抑制因过充电引起的二次电池的起火。
Claims (3)
1.一种飞行器,其中,
具备燃料电池、二次电池、对推进用螺旋桨进行驱动的马达、能够使空气阻力增加的空气阻力增加装置、以及控制部,
所述燃料电池、所述二次电池以及所述马达电连接,所述马达从所述燃料电池以及所述二次电池的至少1个获得电力来进行驱动,
在所述燃料电池发出了超过消耗电力量的电力量的情况下,所述控制部进行使从所述燃料电池供给至所述马达的电力量增加并使所述空气阻力增加装置工作来使空气阻力增加、且维持飞行状态这一电力消耗控制。
2.根据权利要求1所述的飞行器,其中,
所述空气阻力增加装置是次要控制面,
在所述电力消耗控制时,通过使所述次要控制面两向开启来使空气阻力增加。
3.根据权利要求1或2所述的飞行器,其中,
在所述燃料电池发出了超过消耗电力量的电力量的情况下,当将超过消耗电力量的部分的电力量作为多余电力量时,
所述控制部在所述多余电力量超过第1阈值时进行所述电力消耗控制,在所述多余电力量低于第2阈值时停止所述电力消耗控制。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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