太阳能飞行器太阳能能源系统的设计与实现

【摘要】：太阳能飞行器巡航时间最长可达数月，飞行高度可达数万米，覆盖区域可达数百公里，可执行多种任务，具有常规飞行器不可替代的优势。此种飞行器的能源系统是利用光伏转换方式将太阳辐射能转换为电能为飞行器提供长期的动力能源，其中白天发出的电能一部分为飞行器载荷和推进系统供电，另一部分储存于储能电池之中作为夜间飞行的动力。 以往的太阳能飞行器由于外形很小，沿弦向铺设的太阳电池很少连接形式也很简单，所以不存在太阳电池对气动外形的影响问题，也不存在曲型表面影响太阳阵功率问题，但是太阳能飞行器的发展方向是大翼展和大展弦比，这就会造成太阳电池性能与气动性能相互影响的问题，本文即是针对太阳能飞行器的发展需求研究了大型太阳能飞行器的太阳能电池阵分布式设计与集成技术，高比能量储能电池组设计技术以及能源管理器设计与硬件实现，最后通过设计验证与试验验证证明了本文设计方法的可行性。 【关键词】：太阳电池 储能电池 MPPT 太阳能飞行器
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V272;TK519
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 引言7-8
• 1.2 能源系统匹配性分析与拓扑结构8-12
• 1.2.1 太阳能飞行器任务剖面分析8-9
• 1.2.2 能源系统与负载的匹配要求9
• 1.2.3 能源系统与环境的匹配要求9-11
• 1.2.4 系统构成及拓扑结构11-12
• 1.2.5 能源系统与飞行器结构的匹配12
• 1.3 本文的工作及结构安排12-14
• 第二章 设计思想14-21
• 2.1 项目背景介绍14
• 2.2 设计指标分析14-18
• 2.2.1 设计依据14-17
• 2.2.1.1 飞行约束条件14-15
• 2.2.1.2 光照条件15
• 2.2.1.3 功率需求与工作模式15-17
• 2.2.2 主要技术指标和要求17-18
• 2.3 任务分析18-19
• 2.3.1 供电能力分析18
• 2.3.2 母线配置方式18
• 2.3.3 重量分析18-19
• 2.3.4 负载特性分析19
• 2.3.5 工作温度分析19
• 2.4 设计原则19
• 2.5 方案概述19-20
• 2.6 能源系统的配置20-21
• 第三章 系统设计与实现21-44
• 3.1 太阳电池阵功率计算模型21-26
• 3.1.1 飞行条件分析21-22
• 3.1.2 光照条件分析22-24
• 3.1.3 温度条件分析24-25
• 3.1.4 太阳电池 IV 曲线计算模型25
• 3.1.5 太阳电池 I-V 曲线修正模型25-26
• 3.2 太阳电池阵的设计方法26-32
• 3.2.1 单体电池设计27-31
• 3.2.2 电池组件的电路布局设计31-32
• 3.3 能源管理器的设计32-41
• 3.3.1 中央管理模块的设计32-34
• 3.3.2 太阳电池阵 MPPT 管理模块的设计34-40
• 3.3.3 蓄电池 BMS 管理模块的设计40-41
• 3.4 储能电池组的设计41-44
• 第四章 系统的验证44-49
• 4.1 太阳电池阵设计结果44-46
• 4.2 控制器设计结果46-47
• 4.3 太阳电池阵故障情况分析47-48
• 4.3.1 问题现象47
• 4.3.2 应对措施分析验证47-48
• 4.4 能量平衡分析48-49
• 第五章 结论与展望49-51
• 5.1 结论49-50
• 5.1.1 太阳电池阵设计结论49
• 5.1.2 电源控制器设计结论49-50
• 5.2 论文的意义及工作展望50-51
• 参考文献51-54
• 致谢54

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