一种电动飞机的温控系统及运行方法与流程

本发明涉及一种电动飞机的温控系统及运行方法，属于机载环控领域。

背景技术：

1、随着航空工业的蓬勃发展，飞机的碳排放逐年上升。据统计，民航的碳排放占世界总碳排放的2.5％～4％，并且预计之后20年内，民航的运输量将以每年4.6％的速度增长[1]。国际航空运输协会(iata)承诺航空工业要于2050年实现净零排放，减碳18亿吨。电动飞机作为低碳、零排放的解决方案正在受到越来越多的关注。然而由于电动飞机的工作环境比地面更为多变且苛刻，同时对三电(电池、电机和电控)系统的功率密度要求较高，其对热管理系统的要求也更为严格。

2、电动飞机的电池承担着存储和提供能量的重要任务，长时间的高功率放电会导致电池温升，可能引发过热和热失控等安全问题。此外，当温度过低时，电池容量会大幅衰减；电机及其控制器影响着电动飞机的动力、效率和舒适度等。电机绕阻和机械摩擦会产生大量的热，且随着近几年来功率密度的上升，电机及其控制器产生的热量也急剧上升，对热管理的要求也更为严格。因此，合理的热管理系统可以使电动飞机的三电系统维持在适宜的温度范围内工作，提高系统的寿命和性能，并确其保安全运行。

3、[1]孙侠生，程文渊，穆作栋，等.电动飞机发展白皮书[j].航空科学技术，2019，30(11)：1-7.

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、本发明的目的：

2、本发明通过一种各温控支路并联、温压传感器与液体泵共同调节作用的温控系统，解决电动飞机三电系统在复杂环境下的热保护问题。此外，本发明还通过并联电机提升系统的可靠性；通过采用蒸发循环制冷系统散热，提升温控系统的冷却能力。本发明的温控系统具有系统集成化程度高、温度控制精准、能耗低、可靠性高的特点。

3、本发明的技术方案：一种电动飞机的温控系统，包括储液组件1、主管路2、电池温控支路3、电机温控支路4和控制器温控制支路5；所述储液罐a上连接主管路2，然后分为电池温控支路3、电机温控支路4和控制器温控制支路5三条并联的支路，之后这三条并联的支路汇合到主管路2上连接回储液组件1；所述储液组件1包含储液罐a、放液阀a101、液位计a102、稳压罐a104、加热器a105和温压传感器a106；所述放液阀a101位于储液罐a的底部，液位计a102、加热器a105和温压传感器a106浸没于储液罐a中的液体中，稳压罐a104位于储液罐a的顶部；所述主管路2包含关断阀a201、四通阀202、散热器203、散热风机204和温压传感器b205；关断阀a201一端连接储液罐a，另一端连接四通阀202的一个接口，四通阀202另外三个接口与电池温控支路3、电机温控支路4和控制器温控制支路5的一端相连，散热器203的一端与电池温控支路3、电机温控支路4和控制器温控制支路5的一端相连，另一端与储液罐a相连，散热风机204正对且紧邻散热器203，温压传感器b205位于散热器203与储液罐a相连的管路上；所述电池温控支路3包含液体泵a301、电池热交换器302、温压传感器c303、关断阀b304、储液罐b305和关断阀c311；所述电池温控支路3由两条支路并联，一条支路由液体泵a301依次与电池热交换器302、温压传感器c303串联而成，另一条支路由关断阀c311和储液罐b305串联，液体泵a301与关断阀c311并联连接，温压传感器c303与储液罐b305并联连接后与关断阀b304串联，关断阀b304另一端与散热器203连接；所述储液罐b305包含放液阀b306、液位计b307、稳压罐b308、温压传感器d309、加热器b310；所述放液阀b306位于储液罐b305的底部，液位计b307、温压传感器d309和加热器b310浸没于储液罐b305中的液体中，稳压罐b308位于储液罐a的顶部；所述电机温控支路4包含液体泵b401、电机热交换器402和温压传感器e403；所述液体泵b401一端与四通阀202相连，另一端依次与电机热交换器402、温压传感器e403串联，温压传感器e403另一端与散热器203连接；所述控制器温控支路5包含液体泵c501、控制器热交换器502和温压传感器f503；所述液体泵c501一端与四通阀202相连，另一端依次与控制器热交换器502、温压传感器f503串联，温压传感器f503另一端与散热器203连接；

4、进一步，电池温控支路3、电机温控支路4和控制器温控制支路5均可采用液体泵d602、液体泵e603通过电动三通球阀a601、电动三通球阀b604并联的方式，通过电动三通球阀a601、电动三通球阀b604的切换，选择使冷却液103从液体泵d602或者液体泵e603经过，从而使液体泵d602与液体泵e603形成互为备份的关系。

5、进一步，将散热风机204替换为蒸发循环制冷系统7，所述蒸发循环制冷系统系统7包括蒸发器701、压缩机702、冷凝器703、膨胀阀704；蒸发器701与散热器203进行热交换，蒸发器701内部的制冷剂705吸收热量后汽化，汽化后的制冷剂705由压缩机702吸入进行压缩，变成高温高压气体，经冷凝器703冷凝成中温高压液体，然后经膨胀阀704节流后，变成低温低压液体，之后再次进入蒸发器701吸收热量散热器203的热量蒸发汽化，不断循环即可将温控系统的热量源源不断排出。

6、一种电动飞机的温控系统的运行方法，

7、通过温压传感器a106检测到在冷却液的工作温度范围时，系统直接开始启动工作，当温压传感器a106检测到低于冷却液的工作温度范围时，系统通过加热器a105将冷却液加热到工作温度范围内，然后再启动工作；启动工作后，冷却液在液体泵a301、液体泵b401和液体泵c501的驱动下，从储液罐a流向主管路2，通过关断阀a201流向四通阀202，然后分别流向电池温控支路3、电机温控支路4、和控制器温控支路5；

8、当电池需要冷却时，打开四通阀202流向电池温控支路3的出口，关闭关断阀c311，打开关断阀b304，冷却液在液体泵a301的驱动下由四通阀202流向电池热交换器302，然后冷却液流经温压传感器c303、关断阀b304，再流向主管路2；

9、当环境温度低于电池工作温度范围时，先打开四通阀202流向电池温控支路3，关闭关断阀c311，关闭关断阀b304，冷却液103在液体泵a301的驱动下由四通阀202分别流经液体泵a301、电池热交换器302、温压传感器c303后流入储液罐b305，通过液位计b307检测到储液罐b310中冷却液在规定范围内后，关闭四通阀202流向电池温控支路3，打开关断阀c311；当温压传感器c303监测到电池温控支路3的温度超过或低于规定的范围时，通过减小或增大液体泵a301的转速，或减小或增大加热器b310的加热功率至电池温度在规定区间范围内；

10、冷却液103从四通阀202流出后经过液体泵b401进入电机换热器402进行热交换，然后经过温压传感器e403流向主管路2；温压传感器e403监测电机温控支路4的温度和压力，进而通过液体泵b401调节飞机上电机的温度；

11、冷却液103从四通阀202流出后经过液体泵c501进入电机换热器502进行热交换，然后经过温压传感器f503流向主管路2；温压传感器f503监测控制器温控支路5的温度和压力，进而通过液体泵c501调节飞机上控制器的温度；

12、冷却液103在主管路2汇合后流向散热器203，并通过散热风机204作用将热量传递给空气后，温度降低，之后经过温压传感器b205流回储液罐a。

13、进一步，温压传感器b205用于监控主管路的温度和压力，并通过风机转速调节主管路2流回储液罐a的冷却液103的温度，放液阀a101用于排出储液罐储液罐a101中的冷却液，液位计a102用于监测储液罐a101中的液体位置，当液位低于规定范围时，提示补充冷却液103。

14、进一步，稳压罐a104用于调节稳定温控系统的压力，温压传感器a106用于监测储液罐a中的温度和压力；当温控系统任何地方压力监测到异常时，温控系统关闭运行。

15、进一步，温压传感器c303用于监测电池温控支路3的温度和压力，当温度超过或低于规定的范围时，增大或减小液体泵a301的转速调节进入电池热交换器的冷却液流量，从而控制其热交换量。

16、进一步，稳压罐b308用于调节电池温控支路3的压力，温压传感器d309用于监测储液罐b305内的温度和压力，放液阀b306用于排出储液罐b305中冷却液103。

17、本发明的技术效果：

18、本发明通过四通阀并联各温控支路，采用温压传感器和各温控支路的液体泵共同作用调节各温控支路的温度，集成化解决了电动飞机三电电池、电机和电机控制器系统的散热问题。同时，在电池温控支路上并联加热器，有效为电池在低温环境提供热保护的情况下，不影响电机和控制器的散热。此外，还通过液体泵并联的方式，增加系统的可靠性；通过蒸发循环制冷系统散热，提升温控系统的冷却能力。本发明所述的温控系统具有系统集成化程度高、温度控制精准、能耗低、可靠性高的特点。