[發明專利]一種適用于長航時飛行器的太陽能溫差能互補的熱控系統及方法

有效

• 申請號: 201110119982.2
• 申請日: 2011-05-10
• 公開（公告）號: CN102185528A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 李可;蘭巍;黃勇;董素君;王浚;劉旺開
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00;H02N11/00;H02J7/00
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 李強

技術領域

本發明涉及一種用于長航時太陽能飛機的太陽能與溫差能互補的熱控系統及其控制方法。

背景技術

太陽能飛機是一種利用太陽能作為主要能源供給系統，并能在超高空連續飛行數周以上的無人駕駛飛行器。因其可以完成衛星的大部分工作，如偵察、預警、大氣觀測、中繼等，而被稱為“大氣衛星”，目前正受到美國、歐盟、俄羅斯等航空航天大國的關注。然而太陽能飛機往往在試飛過程中為了滿足長航時的要求、安裝大量太陽能板、造成尺度過大，下降過程中結構受力不均而導致空中解體，國外有相關報道。根據分析，目前制約太陽能飛機向前發展的主要因素是能源技術，尤其是太陽能光電轉換技術。

目前，國內外的研究多集中于太陽能的光電轉化以及太陽能的光熱轉化。然而，太陽能電池光電轉換效率最高僅24.7％，剩余的能量則全部轉化為熱，如不充分加以利用，這些熱能不但是有限能源的浪費，同時，由于電池表面溫度的升高，電池的輸出功率將會降低。并且、太陽能飛機上其它相關系統如航電系統、有效載荷等的正常工作也產生熱量。此外，利用溫差效應的溫差電池技術發展迅速。因此，考慮采用溫差效應對熱能進行二次轉換。通過這種方法不僅可以提高太陽能的裝化效率、降低太陽能飛機的實現難度，更可為相關能源系統的合理改進和充分利用提供有益借鑒。

發明內容

本發明是一適用于長航時飛行器的太陽能溫差能互補的熱控系統及其控制實現方法，其目的是實現太陽能飛行器更有效的熱能量利用，收集有效載荷剩余的熱量，采用熱電轉化的方式，將熱量轉換為電能并儲存，實現熱電的二次轉化，從而延長飛行器的航時。

本發明包括光電轉換模塊、熱電轉換模塊、熱量收集模塊、太陽能/溫差能互補主控制器、蓄電池模塊、交流轉換與直流轉換模塊組成。本發明采用了太陽能發電技術和溫差發電技術結合方法，采用兩組溫差發?電片收集有效載荷和太陽能電池板的熱量，通過采用太陽能溫差能互補控制器協調控制的方法，實現了長航時飛行器的熱能量的有效利用，降低了飛行器內部的電能消耗，并實現了內部的溫度控制，為飛行器實現長航時提供了條件。

根據本發明的一個方面，提供了一種太陽能與溫差能互補的熱能控制系統，其特征在于包括：熱量收集模塊；太陽能/溫差能互補主控制器；交流負載；直流負載；第一直流轉換器；第二直流轉換器；交流轉換器。

根據本發明的另一個方面，提供了一種太陽能與溫差能互補的熱能控制方法，其特征在于包括：

輸入模擬量步驟，從光電轉換模塊、熱電轉換模塊以及蓄電池模塊獲得電流、電壓值；

檢測太陽能發電電流，如果滿足工作條件即電流值滿足要求，則通過最大功率跟蹤模塊調整電流、電壓值滿足最大功率要求，并控制第一直流轉換器使太陽能發電電流，給系統提供電能；

交直流轉換，獲得負載相應的電流；

運行負載并充電。

附圖說明

圖1是本發明的系統工作原理圖。

圖2是本發明的一種具體實施方案結構圖

圖3是本發明的主控制器程序流程圖。

具體實施方式

以下結合圖1-圖3，詳細說明本發明的具體實施方案。

圖1所示的是本發明的能量管理方案流程圖。該流程包括：

首先是將光能(501)，經過光電轉換(503)變為電能，再通過交流轉換與直流轉換(505)的方式，輸出給長航時飛行器的能量儲存單元(506A)及有效載荷(506B)。并將長航時飛行器的有效載荷的熱能(502)及太陽能電池陣列(201)自身的發熱通過熱量收集器(507)收集起來，其中有效載荷(506)產生的熱量包括推進系統、航電系統產生的熱量，再通過熱電轉換(504)變為電能，并通過交流轉換與直流轉換(505)的方式，輸出給長航時飛行器的能量儲存單元(506A)及有效載荷(506B)，實現熱量的二次轉化與利用。

圖2是包括根據本發明的一個實施例的太陽能與溫差能互補的熱控系統的能源系統的結構圖。如圖2所示的能源系統包括光電轉換模塊(101)、熱電轉換模塊(102)、熱量收集模塊(103)、太陽能/溫差能互補主控制器(104)、蓄電池模塊(105)、交流負載(106)、直流負載(107)、直流轉換器1(108)、直流轉換器2(109)、交流轉換器(110)。其中光電轉換模塊(101)包括太陽能電池陣列(201)和最大功率跟蹤模塊(202)；熱電轉換模塊?(102)包括溫差發電片1(203)、溫差發電片2(204)；熱量收集模塊(103)包括熱管(205)和換熱器(206)。下面結合圖2做進一步的詳細說明。

-光電轉換模塊(101)