专利名称：一种飞艇能源控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及飞艇技术领域，特别涉及采用燃料电池混合动力的飞艇的能源控制 系统。
背景技术：
能源控制系统是平流层飞艇的关键技术之一。由于飞艇控制的复杂性以及飞行 环境的多变性，能源系统控制的可靠成为整个飞艇系统的关键。结合传统能源动力和新 能源动力的混合能源动力系统可作为有效的解决方案。飞艇的能源动力系统有多种，包 括太阳能电池，燃料电池，锂离子电池和航空发电机。其中，太阳能电池和燃料电池混 合的能源方式可以连续工作提供能源动力。白天太阳能电池工作提供能源动力，夜晚燃 料电池工作提供能源动力。发明内容
本发明的目的是提供一种以燃料电池和锂电池为动力的飞艇能源控制系统。本 发明的技术方案是
一种飞艇能源控制系统，包括总控制模块、燃料电池模块、锂电池模块、DC/ DC模块、电压采样切换模块和继电器。其特征在于所述总控制模块、燃料电池模块和锂 电池模块通过CAN总线相连接，总控制模块通过422总线和飞艇任务计算机相连接；所 述总控制模块包括控制器EMS、电压采样器VD、切换控制器CTRL和切换驱动器DRV， 控制器EMS和切换控制器CTRL通过导线连接，电压采样器VD和切换控制器CTRL通 过导线连接，切换控制器CTRL和切换驱动器DRV通过导线连接，切换驱动器DRV与继 电器Kl和K2连接；所述燃料电池模块的燃料电池输出母线经电流和电压传感器后分三 路，第一路和输出28V电源的2DC^8的输入端相连接，输出^V电源的20(^8的输出端 与能源控制系统的低压供电部分连接，第二路和输出300V电源的DC300的输入端相连， 输出300V电源的DC300的输出端与飞艇电机电源相连，第三路和燃料电池模块的风机的 电源相连；所述锂电池模块包括28V锂电池组LB12和120V锂电池组LB60，28V锂电 池组LB12经二极管Dl和继电器Kl以及电流电压传感器后和输出28V的1DC28的输入 端相连，输出28V的1DC28的输出端与能源控制系统的低压供电部分连接，120V锂电池 组LB60经二极管D2和继电器K2后分成两路，第一路经电流电压传感器后和输出300V 电源的DC300的输入端相连，输出300V电源的DC300的输出端与飞艇电机电源相连， 第二路和燃料电池模块的风机的电源相连。
本发明所述一种飞艇能源控制系统，其特征在于所述总控制模块控制包括对燃 料电池模块的启动运行关闭进行控制、接收锂电池系统数据、对锂电池组数 据进行监测、控制继电器的开合和对系统各电压电流进行数据采样。
本发明所述一种飞艇能源控制系统，其特征在于所述继电器Kl和K2是联动常 闭继电器。
飞艇能源控制系统工作过程为接到起飞指令后，28V锂电池组LB12由常闭继 电器Kl通过输出■的lDa8给能源系统管理电路上电；120V锂电池组LB60由常闭 继电器K2给燃料电池模块风机上电；此时燃料电池模块不工作。燃料电池模块接到启动 命令后，燃料电池模块启动，此时燃料电池模块控制器供电由观乂锂电池组LB12提供， 风机供电由120V锂电池组LB60提供。当电压采样器VD检测到总线电压高于额定电压 时，燃料电池模块启动成功。总控制模块EMS撤消切换锂电池请求命令，Kl和K2继 电器打开，整个系统由燃料电池供电。此时锂电池模块不工作，燃料电池模块工作。
燃料电池正常工作后，燃料电池模块提供主动力给飞艇，通过2D(^8输出^V 电源，用于飞艇平台电源供电。同时，燃料电池模块一方面通过DC300输出300V电源 用于飞艇电机供电，另一方面直接为燃料电池模块风机供电。此时输出^V的IDC^S不 工作。
当燃料电池出现故障时，总控制模块EMS通过RS422总线将报警状态上传飞艇 任务计算机并执行切换锂电池请求命令，闭合继电器K1，观乂锂电池组LB12通过IDC^S 输出观乂给飞艇平台电源供电，同时闭合继电器K2。经过一段时间后继电器可靠闭合， 再经过一段时间，当燃料电池输出母线端电压低于额定电压时，电压采样器发出切换请 求，燃料电池停止发电，系统由锂电池供电。当燃料电池工作过程中控制器失灵，电压 采样器仍能监视电池母线的输出电压，当母线输出电压低于额定电压就主动发出切换请 求；锂电池自动会为为艇内控制电路供电。当控制器和电压采样器全部失灵，由于采用 常闭继电器，Kl与K2自动闭合，锂电池自动会为艇上母线供电。
本发明的突出特点是通过能源控制系统实时可靠的控制，能充分保证飞艇的 能源供应和正常工作；燃料电池系统能够根据负载实时工况高效率的输出功率，满足飞 艇系统运行需求。通过控制器正常工作下的软件控制切换和控制器失灵情况下硬件控制 切换双重保险保证了能源控制系统的高可靠性。同时控制系统还具有控制器元器件成本 低和控制原理易实现等优点。
本发明有附图一幅，本发明的飞艇能源控制系统的原理框图。
附图中，EMS为能源总控制器，FCS为燃料电池模块，LBS为锂电池模块，锂电池组，LB60为120V锂电池组，Kl和K2为常闭继电器，A为电流传感 器，V为电压传感器。VD为电压采样器，CTRL为切换控制器，DRV为切换驱动器， Kl与K2为联动常闭继电器。
具体实施方式
下面结合附图给出的实施例对本发明作进一步说明。
系统包括总控制模块、燃料电池模块、锂电池模块、DC/DC模块、电压采样切 换模块和继电器。总控制模块、燃料电池模块和锂电池模块通过CAN总线相连接，总控 制模块通过422总线和飞艇任务计算机相连接；燃料电池模块的燃料电池输出母线经电 流和电压传感器后分三路，第一路和输出^V电源的2D(^8的输入端相连接，输出^V 电源的2D(^8的输出端与能源控制系统的低压供电部分连接，第二路和输出300V电源的DC300的输入端相连，输出300V电源的DC300的输出端与飞艇电机电源相连，第三路和 燃料电池模块的风机的电源相连；锂电池模块包括观乂锂电池组LB12和120V锂电池组 LB60,观乂锂电池组LB12经二极管Dl和继电器Kl以及电流电压传感器后和输出^V 的IDC^S的输入端相连，输出1例的IDC^S的输出端与能源控制系统的低压供电部分连 接，120V锂电池组LB60经二极管D2和继电器K2后分成两路，第一路经电流电压传感 器后和输出300V电源的DC300的输入端相连，输出300V电源的DC300的输出端与飞艇 电机电源相连，第二路和燃料电池模块的风机的电源相连。
总控制模块包括控制器EMS、电压采样器VD、切换控制器CTRL和切换驱动 器DRV，控制器EMS和切换控制器CTRL通过导线连接，电压采样器VD和切换控制器 CTRL通过导线连接，切换控制器CTRL和切换驱动器DRV通过导线连接，切换驱动器 DRV与继电器Kl和K2连接，继电器Kl和K2是联动常闭继电器。控制模块控制包括 对燃料电池模块的启动运行关闭进行控制、接收锂电池系统数据、对锂电池 组数据进行监测、控制继电器的开合和对系统各电压电流进行数据采样。
经过实际飞艇飞行应用表明，能源控制系统通过实时可靠的控制，可充分保证 飞艇的能源供应和正常工作。特别是燃料电池模块的特点，能够根据负载实时工况高效 率的输出功率，满足飞艇系统运行需求。
权利要求
1.一种飞艇能源控制系统，包括总控制模块、燃料电池模块、锂电池模块、DC/DC 模块、电压采样切换模块和继电器。其特征在于所述总控制模块、燃料电池模块和锂电 池模块通过CAN总线相连接，总控制模块通过422总线和飞艇任务计算机相连接；所述 总控制模块包括控制器EMS、电压采样器VD、切换控制器CTRL和切换驱动器DRV， 控制器EMS和切换控制器CTRL通过导线连接，电压采样器VD和切换控制器CTRL通 过导线连接，切换控制器CTRL和切换驱动器DRV通过导线连接，切换驱动器DRV与继 电器Kl和K2连接；所述燃料电池模块的燃料电池输出母线经电流和电压传感器后分三 路，第一路和输出28V电源的2DC28的输入端相连接，输出28V电源的2DC28的输出端 与能源控制系统的低压供电部分连接，第二路和输出300V电源的DC300的输入端相连， 输出300V电源的DC300的输出端与飞艇电机电源相连，第三路和燃料电池模块的风机的 电源相连；所述锂电池模块包括28V锂电池组LB12和120V锂电池组LB60，28V锂电 池组LB12经二极管Dl和继电器Kl以及电流电压传感器后和输出28V的1DC28的输入 端相连，输出28V的1DC28的输出端与能源控制系统的低压供电部分连接，120V锂电池 组LB60经二极管D2和继电器K2后分成两路，第一路经电流电压传感器后和输出300V 电源的DC300的输入端相连，输出300V电源的DC300的输出端与飞艇电机电源相连， 第二路和燃料电池模块的风机的电源相连。
2.根据权利要求1所述一种飞艇能源控制系统，其特征在于所述总控制模块控制包括 对燃料电池模块的启动运行关闭进行控制、接收锂电池系统数据、对28V和120V锂电池 组数据进行监测、控制继电器的开合和对系统各电压电流进行数据采样。
3.根据权利要求2所述一种飞艇能源控制系统，其特征在于所述继电器Kl和K2是 联动常闭继电器。
全文摘要
一种飞艇能源控制系统，包括总控制模块、燃料电池模块、锂电池模块、DC/DC模块、电压采样切换模块和继电器，各模块通过CAN总线相连接，总控制模块通过422总线和飞艇任务计算机相连接；总控制模块控制包括对燃料电池模块的启动运行关闭进行控制、接收锂电池系统数据、对28V和120V锂电池组数据进行监测、控制继电器的开合和对系统各电压电流进行数据采样；DC/DC模块输出28V电源和300V电源，锂电池模块包括28V锂电池组和120V锂电池组。本发明的突出特点是能源控制系统的控制实时可靠，能充分保证飞艇的能源供应和正常工作；燃料电池系统能够根据负载实时工况高效率的输出功率，满足飞艇系统运行需求，具有可靠性高、成本低和易实现等优点。
文档编号H02J7/00GK102025172SQ20101022349
公开日2011年4月20日 申请日期2010年7月7日 优先权日2010年7月7日
发明者吕颜辉, 宋海源, 王克勇, 胡景春, 陈明, 高全勇 申请人:新源动力股份有限公司