CN208923829U - 供电系统及飞行器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及新能源技术领域，具体而言，涉及一种供电系统及飞行器。该供电系统包括：太阳能供电装置；燃料电池供电装置；电能控制机构，与所述太阳能供电装置及所述燃料电池供电装置连接，所述电能控制机构被设置成控制所述太阳能供电装置及所述燃料电池供电装置与用电器之间的电导通状态。该技术方案不仅可以使飞行器在不同光照环境下进行稳定飞行，而且还可提高飞行器的续航能力。

Description

供电系统及飞行器

技术领域

本申请涉及新能源技术领域，具体而言，涉及一种供电系统及飞行器。

背景技术

目前，大多数无人机等飞行器采用单一供电系统对其进行供电，以实现自身飞行。如单独采用太阳能供电系统或单独采用电池供电系统对飞行器进行供电。但在单独依靠太阳能供电系统对飞行器进行供电时，飞行器的飞行容易受到环境影响，例如，在太阳辐射较弱的环境下，太阳能供电系统的光电转换效率低下，不能对飞行器进行有效供电，从而降低了飞行器的飞行稳定性；而在单独依靠电池供电系统对飞行器供电时，由于飞行器机载电池蓄能有限，很难维持长时间飞行。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种供电系统及飞行器，不仅可以在不同光照环境下进行稳定飞行，而且还可提高续航能力。

本申请第一方面提供了一种供电系统，其包括太阳能供电装置，且所述供电系统还包括：

燃料电池供电装置；

电能控制机构，与所述太阳能供电装置及所述燃料电池供电装置连接，所述电能控制机构被设置成控制所述太阳能供电装置及所述燃料电池供电装置与用电器之间的电导通状态。

在本申请的一种示例性实施例中，所述燃料电池供电装置包括：

燃料电池，所述燃料电池具有燃料进入口和外界空气进入口。

在本申请的一种示例性实施例中，所述燃料电池供电装置还包括：

燃料储存罐，所述燃料储存罐具有出料口，所述出料口被设置成与所述燃料进入口连通。

在本申请的一种示例性实施例中，所述燃料电池供电装置还包括：

汽化器，设置在所述出料口与所述燃料进入口之间，所述汽化器被设置成将从所述出料口流出的燃料汽化，并使汽化后的燃料流至所述燃料进入口。

在本申请的一种示例性实施例中，所述燃料电池供电装置还包括：

压气机，与所述外界空气进入口相对设置，所述压气机被设置成将外界空气压入所述外界空气进入口；

驱动器，与所述压气机连接，用于驱动所述压气机。

在本申请的一种示例性实施例中，所述燃料电池具有废料排出口，所述废料排出口被设置成排出所述燃料电池产生的废料；

所述驱动器为涡轮增压器，所述涡轮增压器与所述废料排出口相对设置，所述涡轮增压器包括涡轮，所述涡轮与所述压气机连接，所述涡轮被设置成在所述废料排出的过程中转动，以驱动所述压气机。

在本申请的一种示例性实施例中，所述燃料电池供电装置还包括：

空气进气道，所述压气机通过所述空气进气道与所述外界空气进入口连接；

其中，所述空气进气道上套设有热传导翅片。

在本申请的一种示例性实施例中，所述燃料电池供电装置还包括：

燃料进气道，所述出料口通过所述燃料进气道与所述燃料进入口连接，且所述燃料进气道上套设有所述热传导翅片。

在本申请的一种示例性实施例中，还包括：

蓄电池，与所述电能控制机构连接；

所述电能控制机构还被设置成将所述太阳能供电装置与所述蓄电池电导通，以使所述太阳能供电装置向所述蓄电池供电；且所述电能控制机构还被设置成将所述蓄电池与所述用电器电导通，以使所述蓄电池向所述用电器供电。

本申请第二方面提供了一种飞行器，其包括上述任一项所述的供电系统，所述供电系统用于为所述飞行器的用电器供电。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请所提供的供电系统及飞行器，包括太阳能供电装置、燃料电池供电装置及电能控制机构，该电能控制机构与太阳能供电装置及燃料电池供电装置连接，且该电能控制机构被设置成控制太阳能供电装置及燃料电池供电装置与用电器之间的电导通状态。也就是说，本申请中的供电系统可具有多种供电模式，即：纯太阳能供电模式、纯燃料电池供电模式、太阳能与燃料电池混合供电模式等，由于供电系统具有纯燃料电池供电模式及太阳能与燃料电池混合供电模式，因此，在保证飞行器在太阳辐射充足的环境下稳定飞行的同时，还可保证飞行器在太阳辐射较弱的环境下进行稳定飞行，扩大了飞行器的适用环境。另外，由于飞行器具有纯太阳能供电模式及太阳能与燃料电池混合供电模式，因此，可有效节省机载燃料的使用，从而可提高飞行器的续航能力。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施方式所述的供电系统的结构示意图；

图2为本申请实施方式所述的供电系统的框图。

附图标记：

图1和图2中：

1、太阳能供电装置；2、燃料储存罐；2a、出料口；3、汽化器；4、压气机；5、空气进气道；6、燃料电池；6a、燃料进入口；6b、外界空气进入口；6c、废料排出口；7、驱动器；8、废料排出管；9、电能控制机构；10、蓄电池；11、燃料进气道；12、热传导翅片。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

目前，大多数无人机等飞行器采用单一供电系统对其进行供电，以实现自身飞行。如单独采用太阳能供电系统或单独采用电池供电系统对飞行器进行供电。但在单独依靠太阳能供电系统对飞行器进行供电时，飞行器的飞行容易受到环境影响，例如，在太阳辐射较弱的环境下，太阳能供电系统的光电转换效率低下，不能对飞行器进行有效供电，从而降低了飞行器的飞行稳定性；而在单独依靠电池供电系统对飞行器供电时，由于飞行器机载电池蓄能有限，很难维持长时间飞行。

本申请实施方式提供了一种供电系统，用于对飞行器中的用电器(即：耗电元件)进行供电。该用电器可为飞行系统，但不限于此，在飞行器用于航拍时，该用电器还可为图像传输系统。

如图1和图2所示，此供电系统可包括太阳能供电装置1、燃料电池供电装置及电能控制机构9，其中：

太阳能供电装置1可包括太阳能电池板，此太阳能电池板可安装在飞行器的机壳顶部，用于吸收太阳光，并将太阳光转化成电能。

燃料电池供电装置可包括燃料电池6，此燃料电池6可安装在飞行器的内部，用于将燃料所具有的化学能转换成电能。

电能控制机构9可与太阳能供电装置1及燃料电池供电装置连接，电能控制机构9被设置成控制太阳能供电装置1及燃料电池供电装置与用电器之间的电导通状态。也就是说，本申请中的供电系统可具有多种供电模式。例如，纯太阳能供电模式，即：仅使用太阳能供电装置1向用电器供电；纯燃料电池供电模式，即：仅使用燃料电池供电装置向用电器供电；太阳能与燃料电池混合供电模式，即，使用太阳能供电装置1与燃料电池供电装置共同为用电器进行供电。

本实施方式中，由于供电系统具有纯燃料电池供电模式及太阳能与燃料电池混合供电模式，因此，在保证飞行器在太阳辐射充足的环境下稳定飞行的同时，还可保证飞行器在太阳辐射较弱的环境下进行稳定飞行，扩大了飞行器的适用环境。另外，由于飞行器具有纯太阳能供电模式及太阳能与燃料电池混合供电模式，因此，可有效节省机载燃料的使用，从而可提高飞行器的续航能力。

其中，本实施方式中的电能控制机构9可不具有电能存储模块，也就是说，在用电器需要工作时，太阳能供电装置1及燃料电池供电装置产生的电能可通过电能控制机构9直接传输至用电器，不需要电能控制机构9先对太阳能供电装置1或燃料电池供电装置产生的电能进行存储，然后再传输至用电器。这样设计一方面可简化电能控制机构9的结构，另一方面可降低电能控制机构9损耗电能。

在一实施方式中，电能控制机构9被设置成在通过太阳能供电装置1向用电器供电的过程中，若检测到太阳能供电装置1输出的电功率小于用电器所需的电功率时，则将燃料电池供电装置与用电器电导通，以使燃料电池供电装置向用电器供电。基于本实施方式的供电系统，供电控制方法可包括步骤S200、步骤S202及步骤S204，其中：

在步骤S200中，通过电能控制机构9将太阳能供电装置1与用电器电导通，以使太阳能供电装置1向用电器供电。

也就是说，在用电器需要工作时，电能控制机构9可优先控制太阳能供电装置1与用电器电导通，这样可节省机载燃料的使用，从而可提升飞行器的续航能力。

在步骤S202中，检测太阳能供电装置1输出的电功率与用电器所需的电功率之间的大小关系。

举例而言，本实施方式的供电系统可包括检测元件，此检测元件用于检测太阳能供电装置1输出的电功率与用电器所需的电功率之间的大小关系。具体地，由于用电器所需要的电功率基本恒定可知，因此，可使用检测元件先检测太阳能供电装置1输出的电功率，然后再判断太阳能供电装置1输出的电功率与用电器所需的电功率之间的大小关系。此检测元件可与电能控制机构9连接，在检测到太阳能供电装置1输出的电功率与用电器所需的电功率之间的大小关系之后，该检测元件可将检测结果传输至电能控制机构9。

在步骤S204中，若检测到太阳能供电装置1输出的电功率小于用电器所需的电功率时，则通过电能控制机构9将燃料电池供电装置与用电器电导通，以使燃料电池供电装置向用电器供电。

此时，太阳能供电装置1与燃料电池供电装置共同向用电器供电，即：该供电系统处于太阳能与燃料电池混合供电模式。其中，燃料电池供电装置输出的电功率等于用电器所需的电功率与太阳能供电装置1输出的电功率之差。需要说明的是，太阳能供电装置1产生的电能优先传输至用电器，前述提到检测到太阳能供电装置1输出的电功率小于用电器所需的电功率，也就是说，此时太阳能供电装置1产生的电能不能满足于用电器所需要的电能。

举例而言，若检测到太阳能供电装置1输出的电功率大于或等于用电器所需的电功率时，即：在飞行器飞到光照辐射较强的环境中时，则采用纯太阳能供电模式为用电器供电；若检测到太阳能供电装置1输出的电功率小于用电器所需的电功率，且太阳能供电装置1输出的电功率大于零时，即：在飞行器飞到光照辐射较弱的环境中时，则采用太阳能与燃料电池混合供电模式为用电器供电；若检测到太阳能供电装置1输出的电动率等于零时，即：在飞行器飞到无光照辐射的环境中时，则采用纯燃料电池供电模式。

其中，供电系统无论处于纯太阳能供电模式，还是处于纯燃料电池供电模式和太阳能与燃料电池混合供电模式，电能控制机构9均将太阳能供电装置1与用电器电导通，这样在飞行器从无光照辐射的环境中或光照辐射较弱的环境中飞到光照环境较足的环境时，可将供电系统及时切换至纯太阳能供电模式，以为用电器供电，这样在保证飞行器飞行稳定的情况下，还可节省机载燃料的使用，从而提升了飞行器的续航能力。

在一实施方式中，供电系统还可包括蓄电池10，此蓄电池10与电能控制机构9连接。其中：

电能控制机构9可被设置成将太阳能供电装置1与蓄电池10电导通，以使太阳能供电装置1向蓄电池10供电。

举例而言，电能控制机构9被设置成在通过太阳能供电装置1向用电器供电的过程中，若检测到太阳能供电装置1输出的电功率大于用电器所需要的电功率时，则将太阳能供电装置1与蓄电池10电导通，以使太阳能供电装置1向蓄电池10供电。也就是说，电能控制机构9可控制太阳能供电装置1输出的电功率中的一部分流向用电器，以满足用电器耗电需求；另一部分流向蓄电池10，并通过蓄电池10进行存储，方便后续调用，这样设计提高供电系统的能源利用率。

另外，电能控制机构9还可被设置成将蓄电池10与用电器电导通，以使蓄电池10向用电器供电。

举例而言，电能控制机构9还可被设置成在检测到太阳能供电装置1输出的电功率与燃料电池供电装置输出的电功率之和小于用电器所需要的电功率时，则将蓄电池10与用电器电导通，以使蓄电池10向用电器供电，从而保证飞行器的飞行安全性。

其中，若检测到太阳能供电装置1输出的电功率与燃料电池供电装置输出的电功率之和为零时，则说明太阳能供电装置1与燃料电池供电装置均处于失效状态下。在太阳能供电装置1与燃料电池供电装置均处于失效的情况下，蓄电池10可实现短时间向用电器供电，满足飞行器应急下滑和着陆要求，保证飞行安全。

下面对本实施方式中的燃料电池供电装置进行详细说明：

前述提到燃料电池供电装置可包括燃料电池6，燃料电池6又称为连续电池，属于化学电池的一种，其特点时只要有活性物质连续注入，就能长期不间断的放电。燃料电池6通常使用氢气作为燃料，利用电化学反应将化学能直接转化为电功率输出，效率很高，且此燃料电池6唯一的副产品是水，对环境无污染。

燃料电池6可分为氢-氧燃料电池和氢-空气燃料电池。其中，氢-空气燃料电池与氢-氧燃料电池均通过氢气与氧气在其内部发生化学反应以产生电能。氢-空气燃料电池与氢-氧燃料电池的区别在于：氢-氧燃料电池不仅需要供电系统提供氢气储存罐，还需要提供氧气储存罐，这样会增加飞行器的重量和成本，由于飞行器的重量增加，因此容易降低飞行器的续航能力；而氢-空气燃料电池不需要设置氧气储存罐，氢-空气燃料电池直接利用外界空气中的氧气与氢气发生化学反应，以降低飞行器的重量和成本。

基于上述分析，本实施方式中优选燃料电池6为氢-空气燃料电池，如图1所示，即：此燃料电池6具有燃料进入口6a和外界空气进入口6b。

需要说明的是，燃料电池6还具有废料排出口6c，此废料排出口6c设置有至少一个，用于将在燃料电池6电化学反应过程中产生的废气或水排出。其中，在燃料电池6电化学反应过程中产生的废气和水可分别通过一废料排出口6c排出，也可共同通过一废料排出口6c排出。

可选地，燃料进入口6a与燃料电池6的阳极相对设置，外界空气进入口6b与燃料电池6的阴极相对设置，使得氢气通过燃料进入口6a直接进入燃料电池6的阳极，以及使得外界空气通过外界空气进入口6b直接进入燃料电池6的阴极，从而可提高燃料电池6的工作效率。

举例而言，燃料电池供电装置还可包括燃料储存罐2，此燃料储存罐2内可具有液态氢，也就是说，本实施方式中机载燃料可为液态氢，这样相比于气态氢，在储存罐的体积相等的情况下，可增加氢燃料的储存量，从而可提高飞行器的续航能力。

其中，如图1所示，燃料储存罐2具有出料口2a，出料口2a被设置成与燃料进入口6a连通。具体地，在需要使用燃料电池供电装置对用电器供电时，电能控制机构9可控制阀门打开，以使出料口2a与燃料进入口6a连通，燃料储存罐2内的液态氢可依次经过出料口2a及燃料进入口6a进入至燃料电池6的阳极。

需要说明的是，为了保证燃料电池6稳定地进行电化学反应，需保证进入至燃料电池6的燃料进入口6a的氢气呈气态。但由于从燃料储存罐2的出料口2a流出的氢气呈液态，因此，本实施方式中的燃料电池供电装置还可包括汽化器3。此汽化器3可设置在出料口2a与燃料进入口6a之间，汽化器3被设置成将从出料口2a流出的燃料汽化，并使汽化后的燃料流至燃料进入口6a。

在一实施方式中，如图1所示，燃料电池供电装置还可包括压气机4及驱动器7。此驱动器7与压气机4连接，此驱动器7可获得一定的功率，以驱动压气机4。而压气机4与外界空气进入口6b相对设置，该压气机4在驱动器7的驱动下可将外界空气压入外界空气进入口6b，并流入至燃料电池6的阴极。

本实施方式中，通过设置压气机4方便将高空中较稀薄的空气压入至燃料电池6的阴极，以便于燃料电池6进行充分的电化学反应并产生更多能源。也就是说，通过设置压气机4可实现飞行器在高空中稳定飞行。

可选地，此驱动器7为涡轮增压器，此涡轮增压器与燃料电池6的废料排出口6c相对设置。此涡轮增压器包括涡轮，此涡轮可与压气机4连接，具体地，此涡轮可与压气机4的叶轮连接。该涡轮被设置成在废料排出的过程中转动，也就是说，在燃料电池6内产生的废料经废料排出口6c排出时会推动涡轮转动，从而可带动压气机4的叶轮转动，使得压气机4能够将外界空气压入外界空气进入口6b，并流入至燃料电池6的阴极。

本实施方式中，通过将涡轮增压器设置在废料排出口6c处，可利用燃料电池6产生的废料中的剩余能量来工作，这样可提高供电系统中的能量的利用率。

需要说明的是，在压气机4的作用下，外界空气经大压比压缩后其温度会急剧升高，为了避免外界空气温度过高影响燃料电池6进行电化学反应，在本实施方式中，如图1所示，燃料电池供电装置还可包括空气进气道5及热传导翅片12。压气机4通过空气进气道5与外界空气进入口6b连接，而热传导翅片12套设在空气进气道5上。其中，压气机4压入的具有较高温度的外界空气可先经过空气进气道5减速并降温至一定温度，然后再通过外界空气进入口6b流入至燃料电池6的阴极。此外，在高温的外界空气流经空气进气道5时，空气进气道5上套设的热传导翅片12可将热量带走，从而可进一步降低空气进气道5中外界空气的温度。

基于前述可知，为了保证燃料电池6稳定地进行电化学反应，需要对从燃料储存罐2的出料口2a流出的燃料进行汽化，以及需要对通过压气机4压入的外界空气进行降温。为了实现对从燃料储存罐2的出料口2a流出的燃料进行汽化，以及对通过压气机4压入的外界空气进行降温，本实施方式的燃料电池供电装置还可包括燃料进气道11，出料口2a通过燃料进气道11与燃料进入口6a连接，且燃料进气道11上套设有前述热传导翅片12。此热传导翅片12可将外界空气的热量传导至燃料进气道11上，以对燃料进气道11中的燃料进行汽化，以形成气态氢并流入氢气进气口中。

本实施方式中，通过利用压气机4对外界空气增压产生的热量对从燃料储存罐2的出料口2a流出的燃料汽化，实现了热量综合管理和利用，提高了供电系统整体效率。

需要说明的是，图2中虚线箭头表示的是，压气机4对外界空气增压产生的热量可传导至汽化器3处，以辅助汽化器3对燃料进行汽化。

基于上述可知，本实施方式的供电系统适用于高空(飞行高度小于20km)、长航时(飞行时间大于7天)的飞行器，通常情况下，此飞行器的飞行速度低于1Ma。

另外，本申请还提供了一种飞行器，其包括上述任一实施方式所述的供电系统。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种供电系统，包括太阳能供电装置，其特征 在于，所述供电系统还包括：

燃料电池供电装置；

电能控制机构，与所述太阳能供电装置及所述燃料电池供电装置连接，所述电能控制机构被设置成控制所述太阳能供电装置及所述燃料电池供电装置与用电器之间的电导通状态。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述燃料电池供电装置包括：

燃料电池，所述燃料电池具有燃料进入口和外界空气进入口。

3.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，所述燃料电池供电装置还包括：

燃料储存罐，所述燃料储存罐具有出料口，所述出料口被设置成与所述燃料进入口连通。

4.根据权利要求3所述的供电系统，其特征在于，所述燃料电池供电装置还包括：

汽化器，设置在所述出料口与所述燃料进入口之间，所述汽化器被设置成将从所述出料口流出的燃料汽化，并使汽化后的燃料流至所述燃料进入口。

5.根据权利要求3所述的供电系统，其特征在于，所述燃料电池供电装置还包括：

压气机，与所述外界空气进入口相对设置，所述压气机被设置成将外界空气压入所述外界空气进入口；

驱动器，与所述压气机连接，用于驱动所述压气机。

6.根据权利要求5所述的供电系统，其特征在于，

所述燃料电池具有废料排出口，所述废料排出口被设置成排出所述燃料电池产生的废料；

所述驱动器为涡轮增压器，所述涡轮增压器与所述废料排出口相对设置，所述涡轮增压器包括涡轮，所述涡轮与所述压气机连接，所述涡轮被设置成在所述废料排出的过程中转动，以驱动所述压气机。

7.根据权利要求5所述的供电系统，其特征在于，所述燃料电池供电装置还包括：

空气进气道，所述压气机通过所述空气进气道与所述外界空气进入口连接；

其中，所述空气进气道上套设有热传导翅片。

8.根据权利要求7所述的供电系统，其特征在于，所述燃料电池供电装置还包括：

燃料进气道，所述出料口通过所述燃料进气道与所述燃料进入口连接，且所述燃料进气道上套设有所述热传导翅片。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的供电系统，其特征在于，还包括：

蓄电池，与所述电能控制机构连接；

所述电能控制机构还被设置成将所述太阳能供电装置与所述蓄电池电导通，以使所述太阳能供电装置向所述蓄电池供电；且所述电能控制机构还被设置成将所述蓄电池与所述用电器电导通，以使所述蓄电池向所述用电器供电。

10.一种飞行器，其特征在于，包括上述权利要求1至9中任一项所述的供电系统，所述供电系统用于为所述飞行器的用电器供电。