[发明专利]一种平流层太阳能飞艇的能源供给系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及平流层飞艇技术领域，尤其涉及一种平流层太阳能飞艇的能源供给系统及控制方法。

背景技术

飞艇是一种轻于空气的航空器，它与热气球最大的区别在于具有推进和控制飞行状态的装置，具体是由巨大的流线型艇体、位于艇体下面的吊舱、起稳定控制作用的尾面和推进装置组成，艇体的气囊内充以密度比空气小的浮升气体（有氢气或氦气）借以产生浮力使飞艇升空，吊舱供人员乘坐和装载货物，尾面则用来控制和保持航向、俯仰的稳定。随着新型轻质高强度复合材料的技术进步，蒙皮、骨架等结构的设计和加工都发生了巨大变化，现代飞艇主要向更大的载荷效益、更长的滞空时间和更高的飞行高度三个方向发展。

大气层一般分为对流层、平流层、中间层、高温层、外层大气和逸散层六层，从海拔11 公里起到32 公里止为平流层，这层大气质量占总量的20％。按飞行高度划分，飞艇可分为对流层和平流层飞艇，平流层飞艇一般在 20公里左右的高空飞行或悬停，该飞行区域气温不随高度变化，几乎没有水汽凝结，没有雷、电等气象，也没有大气的上下对流，利用平流层飞艇可作为长期驻空的平台进行远程通信、对地观测、资源调查和巡逻预警等。

现有技术中平流层飞艇的能源供给系统通常采用以下三种方式：

（1）单独采用携带蓄电池能源提供动力的方式，但是该类方式中由于蓄电池体积较大，操纵不便，一旦用完没有及时充电则不可再提供能量，而平流层环境中也无其他电源可以给其充电。

（2）以氢氧燃料电池和锂电池为动力构成飞艇能源供给系统的方式，但是该类方式中由于燃料电池属于一次性能源，一旦用完就不可再提供能量。

（3）以铜铟镓硒薄膜太阳能电池、氢氧燃料电池共同构成飞艇能源供给系统的方式，即白天通过太阳能电池阵发电为负载供电，在白天阳光不足的情况下，由氢氧燃料电池和太阳能联合向负载供电，太阳能发电过程中，通过一个MPPT模块跟踪太阳能电池阵的输出，夜晚则由氢氧燃料电池独立供电；但是该类方式中燃料电池属于一次性能源，一旦用完就不可再提供能量，而太阳能电池阵是由多个电池阵列串连接构成，各个电池阵列串之间存在性能差异，通过一个MPPT模块跟踪整个太阳能电池阵的输出时，无法消除不同电池阵列串之间的性能差异，导致降低发电效率，同时若需要调整太阳能输出，只能通过MPPT模块控制调整整个太阳能电池阵的输出，如需要降低太阳能输出时，则需要同时降低所有电池阵列串的输出，会大大降低各电池阵列串的发电效率低，使得整个系统的供电效率低，所能够提供的能量有限。

如上述三种能源供给系统均具有一定的缺陷，不能满足飞艇长时间持续驻空的需求，而无法实现平流层飞艇长时间滞空停留。

中国专利申请CN102060107A 公开了一种平流层电-电混合太阳能飞艇的能源供给系统，就是通过以太阳能电池阵为主供电源，再生式氢氧燃料电池和高能动力蓄电池组为辅助电源，艇载能源监控器为能源分配系统，其中太阳能电池阵列的输出端连接MPPT模块以实现太阳能电池阵列的最大功率跟踪，MPPT模块通过DC-DC变换器与控制器连接，如上所述，该方案通过一个MPPT模块跟踪整个太阳能电池阵的输出，会使得发电效率低，而同时MPPT模块输出的电能需要经过DC-DC变换器存储至蓄电池中，DC-DC变换器的转换过程中会消耗一定的能量，会进一步减少系统的发电效率，因而系统的发电效率仍然不高，无法满足飞艇长时间持续驻空的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低、能源供应效率及利用率高，能够满足平流层飞艇长时间持续供电需求且稳定可靠的平流层太阳能飞艇的能源供给系统及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种平流层太阳能飞艇的能源供给系统，包括能源监控单元以及分别与所述能源监控单元连接的太阳能发电单元、储能单元，所述太阳能发电单元、储能单元分别与飞艇供电母线连接，所述太阳能发电单元包括多路发电支路，每路所述发电支路包括依次连接的太阳能电池阵列、MPPT模块以及控制开关模块，所述能源监控单元根据负载所需功率控制各MPPT模块的输出、储能单元进行充放电，以及根据所述储能单元的剩余能量控制各控制开关模块的通断。