一种用于高空飞艇的能源系统及供电控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高空飞艇技术领域，尤其涉及一种用于高空飞艇的能源系统及供电控制方法。
【背景技术】
[0002]高空飞艇是依靠浮力驻空，可以在某一小范围内长期停留，驻空时间可达数月甚至数年，因而具有驻空时间长、覆盖区域范围广、生存能力强等特点，能够获得持续的侦查和监视效果。能源系统对一个系统的运行具有决定作用，尤其是对于临近空间飞行器;对于高空飞艇，若要长期执行任务，其能源供应必须持续不断，但目前通常是采用在飞艇中携带燃料或燃料电池的方式作为能源，该类方式的续航时间有限，无法实现长时间驻空，因而要达到在空中长期驻空，就必须解决能源持续供应问题。
【发明内容】
[0003]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，本发明提供一种结合光伏发电以及蓄电池实现飞艇的能源系统，能够根据飞艇的飞行工况智能调整能源供应，且结构简单、供应持续时间长、供应效率和稳定性高的用于高空飞艇的能源系统及供电控制方法。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为:
一种用于高空飞艇的能源系统，其特征在于包括:光伏发电系统、储能电池系统以及控制模块，所述光伏发电系统、储能电池系统的一端分别与控制模块连接，另一端分别接入飞艇中供电总线;所述控制模块在有太阳光时控制启动所述光伏发电系统，通过所述供电总线向直流负载供电，并将多余的能量存储至所述储能电池系统中，当所述光伏发电系统输出的能量不足时，控制所述储能电池系统放电以补充不足的能量。
[0005]作为本发明系统的进一步改进:所述光伏发电系统包括相互连接的柔性晶硅电池模块以及DC/DC模块，所述柔性晶硅电池模块接收太阳光并采用柔性晶硅太阳能电池转换为电能，经所述DC/DC模块输出所需的直流电。
[0006]作为本发明系统的进一步改进:所述柔性晶硅电池模块包括多个电池组件单元以及分别与各个所述电池组件单元连接的汇流单元，每个所述电池组件单元包括MPPT子单元以及由多个电池组件串联构成的电池组件串子单元，所述MPPT子单元调节所述电池组件串子单元的工作点至最大功率点。
[0007]作为本发明系统的进一步改进:所述储能电池系统包括蓄电池以及充放电控制模块，所述充放电控制模块根据所述光伏发电系统输出的能量、所述蓄电池的电压状态控制所述蓄电池进行充、放电。
[0008]作为本发明系统的进一步改进:所述储能电池系统还包括与所述蓄电池连接的加热模块，所述加热模块实时检测所述蓄电池的温度，当检测的温度低于预设温度阈值时，将所述蓄电池加热至正常启动温度。
[0009]作为本发明系统的进一步改进:所述充放电控制模块包括电压采集电路、控制电路、用于控制调整蓄电池放电过程的放电调整电路以及用于控制蓄电池充放电状态的充放电开关，所述电压采集电路实时采集所述蓄电池的端电压，输出至所述控制电路;所述控制电路根据所述光伏发电系统输出的能量以及所述蓄电池的端电压，发送控制信号至所述放电调整电路或所述充放电开关。
[0010]作为本发明系统的进一步改进:还包括分别与所述光伏发电系统、控制模块连接的限功率模块，所述限功率模块当所述储能电池系统为能量充满状态，且所述光伏发电系统输出的能量大于负载所需消耗的能量时，通过所述控制模块控制启动，并限制所述光伏发电系统的输出功率，使得输出的能量与负载所需消耗的能量达到平衡。
[0011]本发明进一步提供利用上述能源系统的供电控制方法，步骤包括:
1)实时判断飞艇当前所处的环境中是否有太阳光，如果是，启动所述光伏发电系统，转入执行步骤2);否则启动所述储能电池系统进行放电，转入执行步骤3);
2)所述光伏发电系统通过所述供电总线向直流负载供电，并判断所述光伏发电系统输出的能量是否大于当前直流负载所需的能量，如果是，将多余的能量存储至所述储能电池系统中，否则启动所述储能电池系统放电以补充不足的能量，转入执行步骤3);
3)实时检测所述储能电池系统中蓄电池的端电压，并根据检测到的端电压调整所述光伏发电系统输出的能量或调整负载功率，返回执行步骤I)。
[0012]作为本发明方法的进一步改进，所述步骤3)的具体步骤为:根据检测到的端电压判断所述储能电池系统的状态，若为能量充满状态，且所述光伏发电系统输出的能量大于负载所需消耗的能量，限制所述光伏发电系统的输出功率，使得输出的能量与负载所需消耗的能量达到平衡;若为能量不足状态，且所述光伏发电系统输出的能量小于负载所需消耗的能量，调整或关闭负载供电。
[0013]作为本发明方法的进一步改进，所述步骤I)前还包括光伏发电系统配置步骤，具体步骤为:配置柔性晶硅太阳能电池，并将所述柔性晶硅太阳能电池中各电池组件划分为多个电池组件串，每个所述电池组件串由多个电池组件串联构成，并使得各个所述电池组件串输出的电压均处于预设电压范围内、电流均处于预设电流范围内。
[0014]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1)本发明通过光伏发电系统和储能电池系统的联合方式进行能源供应，可以充分利用太阳能为飞艇供电，同时通过将多余太阳能通过储能电池系统进行存储，可以根据飞艇的飞行工况智能调整能源供应方式，实现实时可靠的供电控制，从而能够提供长时间、持续且稳定的能源，满足高空飞艇的长期驻空需求；
2)本发明能源系统进一步通过采用柔性晶硅太阳能电池，可以提供高效率的太阳能供应，同时有效减少能源系统的重量，因而能够便于结合储能电池应用于高空飞艇中提供长时间的能源供应，大大减少飞艇的载重；
3)本发明进一步当储能电池系统为能量充满状态，且光伏发电系统输出的能量大于负载所需消耗的能量时，通过控制模块控制启动限功率模块，限制光伏发电系统的输出功率，使得输出的能量与负载所需消耗的能量达到平衡，可以最大程度的利用太阳能；
4)本发明进一步通过太阳能电池中电池组件的配置，使得每一个电池组件串经过MPPT子单元后输出预设电压范围内的高电压、预设电流范围内的小电流，实现大电压、小电流输出，从而可以最大限度减少输电线缆的重量，为飞艇减小载重；
5)本发明进一步通过加热模块实时检测蓄电池的温度，当检测的环境温度低于预设温度阈值时，将蓄电池加热至正常启动温度，从而基于飞艇所处高空环境具有温度低的特点，可以使得当蓄电池温度过低时能够启动加热，保持蓄电池正常充放电。
【附图说明】
[0015]图1是本实施例用于高空飞艇的能源系统的结构原理示意图。
[0016]图2是本实施例储能电池系统中充放电控制的实现流程示意图。
[0017]图例说明:1、光伏发电系统；11、柔性晶硅电池模块；111、电池组件单元；112、汇流单元;12、DC/DC模块;2、储能电池系统。
【具体实施方式】
[0018]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
[0019]如图1所示，本实施例用于高空飞艇的能源系统包括光伏发电系统1、储能电池系统2以及控制模块，光伏发电系统1、储能电池系统2的一端分别与控制模块连接，另一端分别接入飞艇中供电总线；控制模块在有太阳光时控制启动光伏发电系统I，通过供电总线POWER BUS向直流负载供电，并将多余的能量存储至储能电池系统2中，当光伏发电系统I输出的能量不足时，控制储能电池系统2放电以补充不足的能量。本实施例控制模块具体采用单片机(M⑶)，单片机(M⑶)的一端连接光伏发电系统I，另一端通过RS485总线与储能电池系统2连接;直流负载为直流电机以及其他直流负载，具体可以为飞艇的有效载荷、航电系统以及推进系统等的直流负载。
[0020]本实施例当飞艇上天飞行前，预先给储能电池系统2充满电；飞艇上天飞行后，当处于白天有太阳光时，光伏发电系统I开始工作，若太阳光充足，由光伏发电系统I产生的电能为直流电机供电、多余的电能储存在储能电池系统2中，若太阳光不充足，则由光伏发电系统I与储能电池系统2—起向直流负载供电，