一种基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统，包括：太阳电池阵、MPPT电源控制器、不调节母线、蓄电池、可再生燃料电池、燃料电池DC/DC和水电解器DC/DC；其中，太阳电池阵设置于飞艇蒙皮上；MPPT电源控制器、蓄电池、可再生燃料电池、燃料电池DC/DC和水电解器DC/DC均设置于飞艇吊舱内；太阳电池阵的功率输出端与MPPT电源控制器的输入端相连接；MPPT电源控制器与不调节母线相连接；不调节母线与飞艇负载相连接；水电解器DC/DC的输入端与不调节母线的相连接；燃料电池DC/DC的输出端与不调节母线的相连接；可再生燃料电池分别与水电解器DC/DC的输出端、燃料电池DC/DC的输入端相连接。本发明专利技术提供了高功率密度的混合能源方案，解决了大功率飞艇能源系统的重量难题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统


[0001]本专利技术属于临近空间飞艇能源系统
，尤其涉及一种基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统。

技术介绍

[0002]传统飞艇能源系统一般使用太阳电池阵+蓄电池的组合，以满足昼夜循环中负载的功率需求。由于蓄电池的比能量有限，随着飞艇功率的增大，蓄电池重量随飞艇功率线性增长，制约着飞艇能源系统功率进一步增大。而燃料电池的重量增量主要来自与储存的反应物，因此随着飞艇功率的增大，燃料电池的功率质量比远超蓄电池，使得其重量优势更为明显。
[0003]目前，燃料电池在国内外的诸多能源系统中都有出现，但在飞艇上有关可再生燃料电池能源系统的研究较少，制约着大功率超长航时飞艇技术的进一步发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统，提供了高功率密度的混合能源方案，解决了大功率飞艇能源系统的重量难题。
[0005]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统，包括：太阳电池阵、MPPT电源控制器、不调节母线、蓄电池、可再生燃料电池、燃料电池DC/DC和水电解器DC/DC；其中，所述太阳电池阵设置于飞艇蒙皮上；所述MPPT电源控制器、所述蓄电池、所述可再生燃料电池、所述燃料电池DC/DC和所述水电解器DC/DC均设置于飞艇吊舱内；所述太阳电池阵的功率输出端与所述MPPT电源控制器的输入端相连接；所述MPPT电源控制器与所述不调节母线相连接；所述不调节母线与飞艇负载相连接；所述水电解器DC/DC的输入端与所述不调节母线的相连接；所述燃料电池DC/DC的输出端与所述不调节母线的相连接；所述可再生燃料电池分别与所述水电解器DC/DC的输出端、所述燃料电池DC/DC的输入端相连接。
[0006]上述基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统中，所述可再生燃料电池包括储罐、水电解器和燃料电池；其中，所述储罐均与水电解器和燃料电池相连接；所述水电解器与所述水电解器DC/DC相连接；所述燃料电池与所述燃料电池DC/DC相连接。
[0007]上述基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统中，所述太阳电池阵在有光照时将太阳能转换为电能，将电能传输给所述MPPT电源控制器；所述MPPT电源控制器将电能进行功率变换后得到功率变换后的电能，将功率变换后的电能传输给所述不调节母线；所述蓄电池用于储存电能。
[0008]上述基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统中，所述储罐用于储存水电解器生成的氢气、氧气和燃料电池生成的水，以及为燃料电池提供氢气、氧气和为水电解器提供水；所述燃料电池为质子交换膜氢氧燃料电池，将氢气和氧气的化学能转换为电能；所述
水电解器消耗电能电解水制取氢气和氧气。
[0009]上述基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统中，所述太阳电池阵的日总发电量通过如下公式得到：
[0010]E
SA
＝E
NOM
×
S；
[0011]其中，E
SA
为太阳电池阵的日总发电量，S为飞艇蒙皮上等效的太阳电池阵铺设面积，E
NOM
为日内单位面积典型发电能量；
[0012]所述太阳电池阵的日内总峰值发电功率通过如下公式得到：
[0013]P
MPP
＝P
NOM
×
S；
[0014]其中，P
MPP
为太阳电池阵的日内总峰值发电功率，P
NOM
日内单位面积峰值发电功率。
[0015]上述基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统中，太阳电池阵的日总发电量满足如下公式：
[0016]E
SA
>E
LOAD
+E
RFC
+E
LOSS
；
[0017]其中，E
SA
为太阳电池阵的日总发电量，E
LOAD
为负载消耗的能量，E
RFC
可再生燃料电池消耗的能量，E
LOSS
为系统各环节损耗的能量；
[0018]太阳电池阵的日内总峰值发电功率满足如下公式：
[0019]P
MPP
>P
LOAD,MAX
；
[0020]其中，P
MPP
为太阳电池阵的日内总峰值发电功率，P
LOAD,MAX
为飞艇负载的最大功率。
[0021]上述基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统中，所述MPPT电源控制器通过MPPT算法使得太阳电池阵的输出满足如下公式：
[0022][0023]其中，V为太阳电池阵的输出电压，V
mpp
为太阳电池阵峰值功率点处电压，P
SA
(V)为根据太阳电池阵的输出特性曲线得到的输出电压对应的输出功率，P
SA
(V
mpp
)为根据太阳电池阵的输出特性曲线得到的太阳电池阵峰值功率点处电压对应的输出功率。
[0024]上述基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统中，预设蓄电池的最高工作电压为V
max
，预设蓄电池的最低工作电压为V
min
；所述不调节母线为具有正极和负极的直流母线，正极和负极的直流母线之间的电压差在V
max
和V
min
之间。
[0025]上述基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统中，所述MPPT电源控制器输出电压为V
max
，为飞艇负载提供稳定的电压，并控制太阳电池阵的输出电压偏离V
mpp
点，维持功率平衡；其中，V
mpp
为太阳电池阵峰值功率点处电压。
[0026]上述基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统中，所述MPPT电源控制器输出电流为外部给定值I
ref
，并控制太阳电池阵的输出电压偏离V
mpp
点，实现对不调节母线上用电设备的过流保护功能。
[0027]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0028](1)本专利技术通过使用可再生燃料电池作为飞艇的主要储能装置，提高了大功率超长航时飞艇电源系统的功率密度，从而降低了对浮力的需求，提高了飞艇运载能力；
[0029](2)本专利技术将不调节母线架构、蓄电池、可再生燃料电池的有机结合，使用蓄电池改善了可再生燃料电池动态响应差的缺点，具有架构简单、实现容易的优点，提高飞艇能源
系统的稳定性与可靠性；
[0030](3)本专利技术通过MPPT电源控制器的多模式工作策略，限制蓄电池充放电电压和电流，实现了对蓄电池的可靠保护，并保持蓄电池对不调节母线电压的动态调节能力，提高飞艇能源系统的稳定性与可靠性。
附图说明...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统，其特征在于包括：太阳电池阵、MPPT电源控制器、不调节母线、蓄电池、可再生燃料电池、燃料电池DC/DC和水电解器DC/DC；其中，所述太阳电池阵设置于飞艇蒙皮上；所述MPPT电源控制器、所述蓄电池、所述可再生燃料电池、所述燃料电池DC/DC和所述水电解器DC/DC均设置于飞艇吊舱内；所述太阳电池阵的功率输出端与所述MPPT电源控制器的输入端相连接；所述MPPT电源控制器与所述不调节母线相连接；所述不调节母线与飞艇负载相连接；所述水电解器DC/DC的输入端与所述不调节母线的相连接；所述燃料电池DC/DC的输出端与所述不调节母线的相连接；所述可再生燃料电池分别与所述水电解器DC/DC的输出端、所述燃料电池DC/DC的输入端相连接。2.根据权利要求1所述的基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统，其特征在于：所述可再生燃料电池包括储罐、水电解器和燃料电池；其中，所述储罐均与水电解器和燃料电池相连接；所述水电解器与所述水电解器DC/DC相连接；所述燃料电池与所述燃料电池DC/DC相连接。3.根据权利要求1所述的基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统，其特征在于：所述太阳电池阵在有光照时将太阳能转换为电能，将电能传输给所述MPPT电源控制器；所述MPPT电源控制器将电能进行功率变换后得到功率变换后的电能，将功率变换后的电能传输给所述不调节母线；所述蓄电池用于储存电能。4.根据权利要求2所述的基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统，其特征在于：所述储罐用于储存水电解器生成的氢气、氧气和燃料电池生成的水，以及为燃料电池提供氢气、氧气和为水电解器提供水；所述燃料电池为质子交换膜氢氧燃料电池，将氢气和氧气的化学能转换为电能；所述水电解器消耗电能电解水制取氢气和氧气。5.根据权利要求1所述的基于不调节母线的可再生光燃蓄混合能源系统，其特征在于：所述太阳电池阵的日总发电量通过如下公式得到：E
SA
＝E
NOM
×
S；其中，E
SA
为太阳电池阵的日总发电量，S为飞艇蒙皮上等效的太阳电池阵铺设面积，E
NOM
为日内单位面积典型发电能量；所述太阳电池阵的日内总峰值发电功率通过如下公式得到：P
MPP
＝P
NOM
×
S；其中，P
MPP
为太阳电池阵的日内总峰值发电功率，P
NOM
日内单位面积峰值发电功率。6.根据权利要求1所述的基于不调节母线的可再生光燃蓄混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱子锐，刘涛，付北南，沈颖，董宝磊，王霄，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：