Классификация водородных гибридных систем для БПЛА

1.Принцип водородной гибридной энергосистемы

Водородная гибридная система БПЛА обычно использует водород в качестве основного источника энергии в сочетании с другими источниками энергии (например, батареями) и преобразует химическую энергию водорода в электрическую или механическую энергию посредством химических реакций, обеспечивающих полет дрона.

Водород может подвергаться электрохимической реакции в топливном элементе с образованием электрической энергии, которая непосредственно приводит в действие двигатель; Его также можно сжигать для получения газов с высокой температурой и высоким давлением для приведения в действие турбин или поршневых двигателей и в то же время восстанавливать отходящее тепло для других систем для повышения энергоэффективности.

Аккумулятор помогает системе, обеспечивая дополнительную мощность во время запуска, ускорения, высоких нагрузок и т. д. или когда мощность топливного элемента недостаточна, и может восстанавливать энергию торможения для хранения.

2.Классификация водородных гибридных энергосистем.

(1) Гибридная система водородных топливных элементов и аккумуляторов.

Протонообменная мембрана Топливный элемент (PEMFC) является основным устройством для выработки электроэнергии, которое обладает такими преимуществами, как высокая эффективность преобразования энергии, нулевой уровень выбросов и низкий уровень шума. Батареи (например, литиевые) используются в качестве вспомогательных источников питания, и они подключаются к системе электропривода дрона через преобразователь мощности.

Во время полета топливный элемент обеспечивает стабильную базовую мощность, а литиевая батарея обеспечивает дополнительную мощность, когда мгновенная потребность в мощности высока, а энергия восстанавливается и сохраняется в условиях низкой эффективности топливного элемента (например, при низких нагрузках), оптимизируя эффективность. и производительность всей системы.

В настоящее время большинство водородных гибридных дронов используют гибридные системы водородных топливных элементов и аккумуляторов.

(2) Гибридная система водородного двигателя внутреннего сгорания и аккумулятора.

В качестве источника энергии используется водородный двигатель внутреннего сгорания, а энергия, вырабатываемая при сгорании водорода в цилиндре, используется для приведения дрона в полет. Водородные двигатели внутреннего сгорания обладают характеристиками зрелой технологии и высокой удельной мощностью, но их выбросы и тепловой КПД ниже, чем у водородных топливных элементов.

В этой системе аккумулятор в основном используется для улучшения пусковых характеристик двигателя внутреннего сгорания, достижения быстрой регулировки мощности и рекуперации энергии торможения, уменьшения потерь энергии, а также снижения расхода топлива и выбросов водородного двигателя внутреннего сгорания при некоторых условиях работы. и улучшить общую экономику и защиту окружающей среды.

Поскольку гибридная система водородного двигателя внутреннего сгорания и аккумулятора требует сжигания водорода в цилиндре для выработки энергии, она обычно используется в относительно больших самолетах.

Первый в Китае самолет гражданской авиации собственной разработки, оснащенный водородным двигателем внутреннего сгорания, оснащен 2,0-литровым водородным двигателем внутреннего сгорания с прямым впрыском топлива и нулевым уровнем выбросов с наддувом, в котором используется хранилище газообразного водорода под высоким давлением, вес хранилища водорода составляет 4,5 кг, водородный двигатель внутреннего сгорания. максимальный тепловой КПД более 43%, комплексный тепловой КПД более 40%.

(3) Гибридная система водородных топливных элементов, солнечной батареи

Помимо топливных элементов и батарей, также были внедрены солнечные панели.

Солнечные панели преобразуют солнечную энергию в электричество в течение дня, когда света достаточно для восполнения полета дрона или подзарядки аккумулятора.

Топливный элемент является основным устройством непрерывного энергоснабжения, а аккумулятор играет роль в балансировке мощности, хранении энергии и обеспечении работы дрона в ночное время или при недостаточном освещении.