一种平流层长航时浮空器能源系统仿真装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种平流层长航时浮空器能源系统仿真装置及方法，装置包括：若干个太阳电池阵模拟器，每个太阳电池阵模拟器的输出分别连接能源转换模块的一个输入；若干个电子负载，每个电子负载分别连接能源转换模块的一个输入；电池组和电池管理单元，电池组分别连接电池管理单元和能源转换模块的一个输入；仿真控制模块通过数据总线分别连接太阳电池阵模拟器、电子负载、能源转换模块以及电池管理单元。本发明专利技术实施例提供的装置能够根据光照条件和各种飞行工况实时调整能源系统的能量输入和功率需求，通过仿真运行，可检验能源系统各组件之间能量的匹配、优化以及平衡，为平流层长航时浮空器在临近空间飞行提供更完备的实验和测试条件。

【技术实现步骤摘要】
一种平流层长航时浮空器能源系统仿真装置和方法
本专利技术实施例涉及长航时浮空器能源动力
，尤其涉及一种平流层长航时浮空器能源系统仿真装置和方法。
技术介绍
平流层长航时浮空器是一种轻于空气的临近空间飞行器，飞行高度在20km左右，能长时间定点驻空，适合作为新型信息平台，用来进行宽带通信、高精度对地观测、区域预警等，目前已成为目前国内外的研究热点。平流层长航时浮空器要实现长期驻空，需要可持续的、循环性的能源供应，鉴于临近空间的环境条件，目前采用光伏循环能源是唯一途径。由于临近空间内长航时浮空器飞行工况复杂多变，不同的飞行任务，如定点、定姿、巡航、盘旋、航迹和抗风飞行等对能源需求量也不同，同时驻空时间长，外界风场的随机突变，昼夜更替等因素对能源系统也提出更高的要求。现有的能源系统的仿真一般有纯数学、物理模型仿真和全实物仿真两种方法。纯模型仿真研究往往会由于系统中某些模型不够精确或者难以建立，得不出接近实际运行的结果，甚至与实际运行结果相差巨大。而采用实物来进行实验研究，研发周期相对较长且成本较高。因此，现在亟需一种平流层长航时浮空器能源系统仿真装置来解决上述现有技术中存在的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的平流层长航时浮空器能源系统仿真装置和方法。第一方面本专利技术实施例提供一种平流层长航时浮空器能源系统仿真装置，包括：能源产生模块、能源转换模块、能源存储模块、能源消耗模块以及仿真控制模块；所述能源产生模块包括若干个太阳电池阵模拟器，每个所述太阳电池阵模拟器的输出分别连接所述能源转换模块的一个输入；所述能源消耗模块包括若干个电子负载，每个所述电子负载分别连接所述能源转换模块的一个输入；所述能源存储模块包括电池组和电池管理单元，所述电池组分别连接所述电池管理单元和所述能源转换模块的一个输入；所述仿真控制模块通过数据总线分别连接所述太阳电池阵模拟器、所述电子负载、所述能源转换模块以及所述电池管理单元。第二方面本专利技术实施例还提供了一种平流层长航时浮空器能源系统仿真方法，包括：基于仿真控制模块中设置的太阳照射条件、太阳电池电压以及电流参数表，生成太阳电池的功率参数表以及飞行功率时间表；若确认电池组没有故障，则将电池组高压电接入能源转换模块，并检测所述能源转换模块的上电状态；若所述能源转换模块的上电状态正常，则按照所述太阳电池的功率参数表启动太阳电池阵模拟器，并按照所述飞行功率时间表启动电子负载，以进行仿真。本专利技术实施例提供的平流层长航时浮空器能源系统仿真装置和方法，能够根据光照条件和各种飞行工况实时调整能源系统的能量输入和功率需求，通过仿真运行，可检验能源系统各组件之间能量的匹配、优化以及平衡，可在地面实现对平流层长航时浮空器能源系统的功能和性能验证，为平流层长航时浮空器在临近空间飞行提供更完备的实验和测试条件。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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是本专利技术实施例提供的平流层长航时浮空器能源系统仿真装置结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的仿真控制模块与电池管理单元以及能源转换模块的CAN总线连接拓扑结构图；图3是本专利技术实施例提供的仿真控制模块与太阳电池阵模拟器的RS485总线连接拓扑结构图；图4是本专利技术实施例提供的仿真控制模块与电子负载的GPIB总线连接拓扑结构图；图5是本专利技术实施例提供的一种平流层长航时浮空器能源系统仿真方法流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。目前，现有技术中对平流层长航时浮空器能源系统的仿真一般采用纯数学、物理模型的方式仿真或者全实物仿真的方式，但第一种方式往往由于系统中某些模型不够精确或者难以建议，从而仿真不出实际运行的结果；第二种方式的研发周期较长且研究成本相对较高。故而现有技术的两种方式均不能够实现能源系统各组成部分的最优匹配，从而目前需要建立一套针对平流层长航时浮空器应用的能源系统的半实物仿真装置，所述半实物仿真装置是指将模型和实际运行设备相结合，使用模型来控制能源部件的工作特性，实现功率输出和能量的变化，同时也使用真实的能源部件或可控的设备来模拟能源系统部件，实现接近实际运行的工作过程。可以理解的是，应用半实物仿真方法来研究能源系统既可以解决纯模型仿真中模型的精度问题，又可以避免全部采用硬件带来的高昂代价以及过长的研发周期，是一种可信度比较高的仿真方法。针对上述情形，图1是本专利技术实施例提供的平流层长航时浮空器能源系统仿真装置结构示意图，如图1所示，所述装置包括：能源产生模块、能源转换模块101、能源存储模块、能源消耗模块以及仿真控制模块102；所述能源产生模块包括若干个太阳电池阵模拟器103，每个所述太阳电池阵模拟器103的输出分别连接所述能源转换模块101的一个输入；所述能源消耗模块包括若干个电子负载104，每个所述电子负载104分别连接所述能源转换模块101的一个输入；所述能源存储模块包括电池组105和电池管理单元106，所述电池组105分别连接所述电池管理单元106和所述能源转换模块101的一个输入；所述仿真控制模块102通过数据总线分别连接所述太阳电池阵模拟器103、所述电子负载104、所述能源转换模块101以及所述电池管理单元106。具体的，可以理解的是，本专利技术实施例提供的平流层长航时浮空器能源系统仿真装置主要用于对平流层长航时浮空器能源系统的功能和性能进行仿真验证。其中，该装置主要由能源产生模块、能源转换模块101、能源存储模块、能源消耗模块以及仿真控制模块102组成。可以理解的是，能源产生模块主要用于模拟能源的生成，在平流层长航时浮空器能源系统中应用的主要能源是太阳光能，故而本专利技术实施例提供的能源产生模块是由若干个太阳电池阵模拟器103构成，优选的，本专利技术实施例提供的能源产生模块包括10个太阳电池阵模拟器，可参照图1，每个太阳电池阵模拟器103的输出功率均可达到2.5Kw以上。需要说明的是，本专利技术实施例提供的太阳电池阵模拟器103的数量和输出功率仅为优选方案，本专利技术实施例对此不作具体限定。进一步的，通过太阳电池阵模拟器103能够模拟太阳电池阵的功率输出特性，从而为模拟的能源系统提供能量来源。本专利技术实施例提供的能源转换模块101主要用于负责对太阳电池阵的输入功率进行变换，对电池组进行充放电功率调节，同时调节电子负载的驱动功率，优选的，本专利技术实施例提供的能源转换模块101可以使用电源控制器完成上述功能，可参照图1所示。需要说明的是，其他能够实现上述功能的实体或虚拟设备均可，本专利技术实施例对此不作具体限定。本专利技术实施例提供的能源存储模块主要用于对太阳电池阵的能量进行存储，并且能够在必要时放电对负载需求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平流层长航时浮空器能源系统仿真装置，其特征在于，包括：能源产生模块、能源转换模块、能源存储模块、能源消耗模块以及仿真控制模块；所述能源产生模块包括若干个太阳电池阵模拟器，每个所述太阳电池阵模拟器的输出分别连接所述能源转换模块的一个输入；所述能源消耗模块包括若干个电子负载，每个所述电子负载分别连接所述能源转换模块的一个输入；所述能源存储模块包括电池组和电池管理单元，所述电池组分别连接所述电池管理单元和所述能源转换模块的一个输入；所述仿真控制模块通过数据总线分别连接所述太阳电池阵模拟器、所述电子负载、所述能源转换模块以及所述电池管理单元。

【技术特征摘要】
1.一种平流层长航时浮空器能源系统仿真装置，其特征在于，包括：能源产生模块、能源转换模块、能源存储模块、能源消耗模块以及仿真控制模块；所述能源产生模块包括若干个太阳电池阵模拟器，每个所述太阳电池阵模拟器的输出分别连接所述能源转换模块的一个输入；所述能源消耗模块包括若干个电子负载，每个所述电子负载分别连接所述能源转换模块的一个输入；所述能源存储模块包括电池组和电池管理单元，所述电池组分别连接所述电池管理单元和所述能源转换模块的一个输入；所述仿真控制模块通过数据总线分别连接所述太阳电池阵模拟器、所述电子负载、所述能源转换模块以及所述电池管理单元。2.根据权利要求1所述的平流层长航时浮空器能源系统仿真装置，其特征在于，所述仿真控制模块通过CAN总线与所述电池管理单元和所述能源转换模块连接。3.根据权利要求2所述的平流层长航时浮空器能源系统仿真装置，其特征在于，所述电池组由多个锂电池串联组成，每个所述锂电池通过信号线与所述电池管理单元连接，所述电池组通过高压电缆和所述能源转换模块连接。4.根据权利要求1所述的平流层长航时浮空器能源系统仿真装置，其特征在于，所述仿真控制模块通过RS485总线与所述太阳电池阵模拟器连接。5.根据权利要求1所述的平流层长航时浮空器能源系统仿真装置，其特征在于，所述仿真控制模块通过GPIB总线和所述电子负载连接。6.根据权利要求5所述的平流层长航时浮空器...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜晓伟，徐国宁，李兆杰，苗颖，高阳，刘乾石，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11