一种机载氢燃料电池结构制造技术

本发明专利技术涉及一种针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构，属于飞机设计领域。一种机载氢燃料电池结构，包括电堆、储氢罐、空压机和负载电机，储氢罐用于为电堆提供氢气；空压机用于为电堆提供压缩空气；电堆用于为负载电机提供动力，还包括机载应急蓄电池、压缩空气储气罐；机载应急蓄电池为电堆提供控制电流，使电堆启动；压缩空气储气罐与空压机连通，用来存储空压机产生的多余压缩空气；压缩空气储气罐与电堆连通，用来为电堆提供压缩空气。本发明专利技术具有如下优点：1、可以在高空中进行大功率输出状态工作；2、确保了氢燃料电池停机时可以顺利重启电池；3、保证了飞机在高空的飞行性能，提高了飞机的作战性能指标；4、系统结构重量最轻。系统结构重量最轻。系统结构重量最轻。

【技术实现步骤摘要】
一种机载氢燃料电池结构


[0001]本专利技术涉及一种针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构，属于飞机设计领域。

技术介绍

[0002]目前市面上的氢燃料电池主流产品为“氢
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空气”型燃料电池，而空气需要进行压缩后供给燃料电池作为氧化剂使用。目前阶段氢燃料电池主要使用在汽车上，汽车的动力系统构成形式为氢燃料电池+锂离子动力电池的双余度供电模式，这种配电模式，使得氢燃料电池上的空气压缩机可以从锂离子动力电池上获取电能，进行起动，从而确保燃料电池启动成功，这套汽车上的氢燃料电池工作原理在飞机上无法使用，原因之一是飞机的飞行高度较高，使得空气压缩机的有效功率下降，影响燃料电池的工作效率，原因之二是氢燃料电池启动依赖锂离子动力电池，而锂离子动力电池重量非常大，对于中型和小型飞机来说，是不可接受的，而氢燃料电池在空中一旦出现死机的现象，飞机就会失去动力系统，飞行员只能跳伞逃生，因此需要针对中小型飞机研制一套全新的氢燃料电池的启动方案。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种机载氢燃料电池结构，可以在高空中进行大功率输出状态工作，同时，无需配置锂离子动力电池，在确保氢燃料电池的功能完善情况下，使得系统结构重量最轻。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种机载氢燃料电池结构，包括电堆、储氢罐、空压机和负载电机，储氢罐用于为电堆提供氢气；空压机用于为电堆提供压缩空气；电堆用于为负载电机提供动力，还包括机载应急蓄电池、压缩空气储气罐；机载应急蓄电池为电堆提供控制电流，使电堆启动；压缩空气储气罐与空压机连通，用来存储空压机产生的多余压缩空气；压缩空气储气罐与电堆连通，用来为电堆提供压缩空气。
[0005]优选的，在电堆与空压机之间设置有高压直流电路，当电堆建立起电压体系后，为空压机提供高压直流电。
[0006]优选的，在负载电机与电堆之间设置有电流转换器，电流转换器用于调整电堆的输出功率。
[0007]优选的，在电流转换器与电堆之间、电流转换器与负载电机之间均设置有高压直流电路。
[0008]优选的，在空压机与压缩空气储气罐之间设置有压缩空气存气开关，当有多余的压缩空气产生时，打开压缩空气存气开关，将压缩空气提供给压缩空气储气罐存储。
[0009]优选的，在压缩空气储气罐与电堆之间设置有电池启动空气开关，开启后，压缩空气储气罐与空压机共同为电堆提供压缩空气。
[0010]优选的，在储氢罐与电堆之间设置有氢气开关。
[0011]优选的，在机载应急蓄电池于电堆之间设置有低压直流电路。
[0012]设计原理：本专利技术属于氢
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空型氢燃料电池的高空版，适用于中小型飞行器适用，
特别适用于作战类飞机，其需要在高空获得足够的动能，用于战斗，而战斗的时间较短，战斗结束后，飞机从中、低空返回基地，过程中可以为压缩空气储气罐补充压缩空气，确保氢燃料电池停机时可以顺利重启电池。而这种情况下，飞机是不需要配备动力电池的，动力电池的重量达100公斤以上，因此本方案相当于为中小型氢燃料飞机减重了100公斤，而这100公斤如果换成氢燃料罐的重量，全机则可携带更多的氢燃料，使得飞机的航时更长，同时还保证了飞机在高空飞行性能，大大提高了飞机的作战性能指标。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、可以在高空中进行大功率输出状态工作；2、采用压缩空气储气罐补充压缩空气，确保了氢燃料电池停机时可以顺利重启电池；3、保证了飞机在高空的飞行性能，提高了飞机的作战性能指标；4、确保了氢燃料电池的功能完善的情况下，使得系统结构重量最轻。
附图说明
[0014]图1是本专利技术实施例工作原理图；1、电堆；2、储氢罐；3、空压机；4、压缩空气储气罐；5、电流转换器；6、负载电机；7、机载应急蓄电池；8、电池启动空气开关；9、氢气开关；10、压缩空气存气开关。
具体实施方式
[0015]下面结合附图1对本专利技术做进一步详述：一种机载氢燃料电池结构，适合中小型飞行器使用，其包括电堆1、储氢罐2、空压机3、压缩空气储气罐4、电流转换器5、负载电机6、机载应急蓄电池7、电池启动空气开关8、氢气开关9和压缩空气存气开关10。其中，储氢罐2用于为电堆1提供氢气；空压机3用于为电堆1提供压缩空气；电堆1用于为负载电机6提供动力；机载应急蓄电池7为电堆1提供控制电流，使电堆1启动；压缩空气储气罐4与空压机3连通，用来存储空压机3产生的多余压缩空气；压缩空气储气罐4与电堆1连通，用来为电堆1提供压缩空气。
[0016]具体结构如下：在电堆1与空压机3之间设置高压直流电路，当电堆1建立起电压体系后，为空压机3提供高压直流电；在负载电机6与电堆1之间设置电流转换器5，电流转换器5用于调整电堆1的输出功率；在电流转换器5与电堆1之间、电流转换器5与负载电机6之间均设置高压直流电路；在空压机3与压缩空气储气罐4之间设置压缩空气存气开关10，当有多余的压缩空气产生时，打开压缩空气存气开关10，将压缩空气提供给压缩空气储气罐4存储；在压缩空气储气罐4与电堆1之间设置电池启动空气开关8，开启后，压缩空气储气罐4与空压机3共同为电堆提供压缩空气；在储氢罐2与电堆1之间设置氢气开关9；在机载应急蓄电池7与电堆1之间设置低压直流电路。
[0017]工作原理：当电池需要重启时，打开池启动空气开关8和氢气开关9，同时机载应急蓄电池7为
电堆1提供必要的控制电流，当电堆1启动成功后，慢慢建立起电压体系，开始为空压机3提供高压直流电，当空压机3正常运转后，全力为电堆1提供压缩空气，使电堆1达到额定输出功率。当负载电机6所需功率下降时，电流转换器5相应调整电堆1的输出的功率，使得电堆1所需要的输出功率减小，从而有多余的压缩空气产生，这时打开压缩空气存气开关10，将压缩空气提供给压缩空气储气罐4进行存储，待压缩空气储气罐4存满后，关闭压缩空气存气开关10，再全力为电堆1提供压缩空气。
[0018]当飞机需要在高空进行飞行时，高空由于空气稀薄，空压机3的工作效率会显著降低，从而导致电堆1无法提供足够的电功率输出，使得负载电机6无法获得足够的动力，飞机飞行性能受到限制，此时可以打开电池启动空气开关8，此时压缩空气储气罐4与空压机3共同为电堆1提供足够的压缩空气，确保电堆1内的氧化反应速率，使得其获得足够的电能输出，此时负载电机6可以获得足够的动能来推动飞机，确保飞机的性能不会损失。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机载氢燃料电池结构，包括电堆、储氢罐、空压机和负载电机，储氢罐用于为电堆提供氢气；空压机用于为电堆提供压缩空气；电堆用于为负载电机提供动力，其特征在于：还包括机载应急蓄电池、压缩空气储气罐；机载应急蓄电池为电堆提供控制电流，使电堆启动；压缩空气储气罐与空压机连通，用来存储空压机产生的多余压缩空气；压缩空气储气罐与电堆连通，用来为电堆提供压缩空气。2.根据权利要求1所述的机载氢燃料电池结构，其特征在于：在电堆与空压机之间设置有高压直流电路，当电堆建立起电压体系后，为空压机提供高压直流电。3.根据权利要求1所述的机载氢燃料电池结构，其特征在于：在负载电机与电堆之间设置有电流转换器，电流转换器用于调整电堆的输出功率。4.根据权利要求3所述的机载...

【专利技术属性】
技术研发人员：王石山，张大尉，辛荣提，刘敏，施鑫，吴宝林，邹琳，蒋黄滔，
申请(专利权)人：江西洪都航空工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：