无人机能源系统ppt课件.ppt

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1、1 1、太阳能飞机发展历史、太阳能飞机发展历史试飞年月名称重量功率太阳电池数目储能电池1974美国Sunrise I翼展9.76m重量12.25kg450W4096片1975美国SunriseII翼展9.76m重量10.21kg600W4480片 14%1976德国Solaris在50米的高度进行了三次150秒的飞行1976美国Solar Solitude飞行距离达到38.84km，两年后达到非常高度1283m19901990德国德国Solar ExcelSolar Excel飞行距离达到飞行距离达到190km190km，速度达到，速度达到62.15km/h(62.15km/h(模型模型) )

2、1998德国Picosol重量159.5g翼展1.11m8.64w1 1）、）、无人机探索阶段无人机探索阶段试飞年月名称重量功率太阳电池数/飞行时间及距离储能电池1979美国Solar Riser翼展9.76m重量12.25kg350W10分钟、800m距离Ni-Cd蓄电池1980美国Gossamer Penguin成功进行了第一次载人太阳能飞机的飞行1981美国Solar Challenger2.5kw16128片/5小时23分钟，262.3km无1990美国Sunseeker实现了跨越美国的飞行（飞行21次，121小时）2 2）、）、尝试载人阶段尝试载人阶段试飞年月名称重量功率太阳电池数/

3、飞行时间及距离储能电池1994-1998美国PathfinderNASA环境研究计划30m翼展重量254kg，飞行高度达到15392m1997-1999美国CenturionNASA遥感、通信平台研究计划翼展是Pathfinder两倍，可携带超过300kg的遥感及通信设备，飞行高度达24400m，锂电池储能，日落后可持续飞行2-5小时1994-2003美国HellosNASA飞行高度29524m，其中有40分钟以上在29261m的高空飞行1994-1998欧洲，Solitair5.2m翼展，可调节角度的太阳能电池帆板2000-2003欧洲 Heliplat用于宽频通信和地球观测，24米翼展，后

4、期改为Shampo2005美国Solong飞行24小时11分钟，无储能，4.74m翼展，11.5kg，同年6月实现了48小时16分钟的飞行,76片20%SunPower A-300电池,约300W2005英国 Zephyr飞行6小时，高度7925m，2006年实现18小时的飞行，2007年实现54小时飞行，打破了无人机飞行时间记录，高度达到17786m，重量30kg，18m 的翼展。2009-2010瑞士新一代Solar-Impulse2003年开始，80m翼展，2000kg重量，将于2011年实现环球飞行。3 3）、）、高空长距离发展阶段高空长距离发展阶段1 1）、）、瑞士瑞士“Solar

5、ImpulseSolar Impulse”号号2 2、太阳能飞机重要项目、太阳能飞机重要项目2 2）、）、瑞士瑞士“SkySailor”SkySailor”号号苏黎世瑞士联邦理工学院和欧洲宇苏黎世瑞士联邦理工学院和欧洲宇航局合作设计航局合作设计3 3）、）、英国英国ZephyrZephyr“西风西风”号号由英国由英国QinetiQQinetiQ公司公司为英国国防部研制为英国国防部研制4 4）、）、德国德国“SunSeaker”SunSeaker”号号德国德国SolarFilghtSolarFilght公司和公司和日本日本SanyoSanyo公司合作开发公司合作开发 太阳电池组件由太阳电池组件由

6、8 8行行7 7列共列共5656片太阳片太阳电池组成，如下图所示。行列的间电池组成，如下图所示。行列的间隔为隔为0.51mm0.51mm。每个组件装有。每个组件装有7 7个旁路个旁路二极管。组件中电池间的连接使用二极管。组件中电池间的连接使用25um25um厚的银箔。厚的银箔。 19941994年，年，NASANASA开始高空太阳能无人机研究，其目标就开始高空太阳能无人机研究，其目标就是研制一种在高空中可长时间飞行的飞行器，且有一是研制一种在高空中可长时间飞行的飞行器，且有一定的负载能力，用于定的负载能力，用于。NASANASA的高空的高空太阳能无人机一共发展了太阳能无人机一共发展了Pathf

7、inderPathfinder，CenturionCenturion，HeliosHelios等等5 5个型号。个型号。 PathfindePathfinder rPathfindePathfinder-Plusr-PlusCenturionCenturionHelios Helios HP01HP01Helios Helios HP03HP03长度 (m)3,63,6 3,63,65,0翼展 (m)29,536,361,875,3飞行速度 (km/h)27-3127-3127-3330.6-43.5n/a爬高纪录 (m) 21,80224,445n/a29,52319,812净重 (kg)2

8、07247.5592600n/a最大起飞重量 (kg)2523158629291,052负载 (kg)4567,5270329n/a发动机1.5kW直流电机发动机数量68141410太阳电池阵功率7.512.531n/an/a储能电池蓄电池蓄电池锂电池锂电池燃料电池各型号无人机的一些主要参数各型号无人机的一些主要参数 PathfinderPathfinder用组件功率和质量用组件功率和质量(AM0,25)(AM0,25) 电池类型薄硅双面电池厚度（电池厚度（umum）150150110110电池质量（g）118.277.3组件质量（g）175.6134.7组件输出功率（W）55.2553.34

9、质量功率比（W/kg）315396背面电池功率（W）08质量功率比（质量功率比（W/kgW/kg）315315455455组件采用了层压技术，由上组件采用了层压技术，由上下两组下两组TedlarTedlar膜和硅橡胶组膜和硅橡胶组成，将太阳电池密封在中间成，将太阳电池密封在中间。TedlarTedlar膜厚度为膜厚度为12.5um12.5um，硅橡胶厚度为硅橡胶厚度为50um50um。 高空飞行并长时间滞空高空飞行并长时间滞空 短程不采用储能设施，简单可靠短程不采用储能设施，简单可靠 采用更为高效、智能电源系统采用更为高效、智能电源系统3 3、太阳能飞机发展趋势、太阳能飞机发展趋势太阳能太阳能

10、机电源技术发展趋势机电源技术发展趋势1 1、太阳能飞机电源系统太阳能飞机电源系统 能源分系统为飞机的动力、控制及任务载荷等提供能源，能源分系统为飞机的动力、控制及任务载荷等提供能源，是整个飞机能量的唯一来源，可采用：是整个飞机能量的唯一来源，可采用： 太阳电池阵太阳电池阵 储能电池（锂离子、锂硫蓄电池组等）储能电池（锂离子、锂硫蓄电池组等） 控制系统控制系统 光照条件下，太阳电池为负载供电并为蓄电池进行充电；光照条件下，太阳电池为负载供电并为蓄电池进行充电； 无光照条件下，蓄电池放电为飞机供电，以维持系统的正常无光照条件下，蓄电池放电为飞机供电，以维持系统的正常功能。功能。 太阳能太阳能机电源

11、技术发展趋势机电源技术发展趋势2 2、太阳能飞机电源关键技术太阳能飞机电源关键技术高效太阳电池方阵技术高效太阳电池方阵技术高比能量蓄电池组技术高比能量蓄电池组技术智能化控制技术智能化控制技术 太阳能太阳能机电源技术发展趋势机电源技术发展趋势高效太阳电池方阵技术高效太阳电池方阵技术1 1）、）、电池逐渐高效化电池逐渐高效化2 2）、）、方阵逐渐柔性化方阵逐渐柔性化3 3）、）、电池排布采用分布式设计电池排布采用分布式设计太阳电池种类太阳电池种类效效 率率 （%）AM0质量比功率质量比功率（W/kg）（AM0）高效硅太阳电池高效硅太阳电池1555单结砷化镓太阳电池单结砷化镓太阳电池1965三结砷化

12、镓太阳电池三结砷化镓太阳电池28105柔性非晶硅薄膜太阳电池柔性非晶硅薄膜太阳电池9300柔性铜铟硒薄膜太阳电池柔性铜铟硒薄膜太阳电池12400太阳电池性能指标现状太阳电池性能指标现状 这是由这是由NASA设计的一种硅电池阵由设计的一种硅电池阵由3串串30片共片共90片硅太阳电池组片硅太阳电池组成，每片电池成，每片电池63.5cm。总功率。总功率22.5W。电池片排布电池片排布 太阳能太阳能机电源技术发展趋势机电源技术发展趋势高比能量蓄电池组技术高比能量蓄电池组技术不同高度储能电池容量的影响不同高度储能电池容量的影响 太阳能太阳能机电源技术发展趋势机电源技术发展趋势电池电池体系体系电极电极材料

13、材料理论理论容量容量(mAh/g)实际实际容量容量(mAh/g)理论理论比能比能量量Wh/kg实际实际比能比能量量Wh/kg锂离锂离子电子电池池LiCoO2正极正极275140568160200石墨石墨负极负极372330锂硫锂硫电池电池S8正正极极167570010002600350远期远期600金属金属锂锂负极负极38611000 太阳能太阳能机电源技术发展趋势机电源技术发展趋势智能化控制技术智能化控制技术机翼变化机翼变化智能化智能化:辐照度随时间辐照度随时间天气天气角度变化角度变化 太阳能太阳能机电源技术发展趋势机电源技术发展趋势模块化模块化:1）高效太阳电池阵和锂离子蓄电池组相结合的方

14、案 储能电源采用高比能量聚合物锂离子蓄电池组，聚合物锂离子电池具有比能量更高、安全性好、循环寿命更长等优势。太阳能太阳能机电源技术发展趋势机电源技术发展趋势2）高效太阳电池和可再生燃料电池相结合的方案 可再生燃料电池具有高比能量和比功率，而且克服了蓄电池的自放电、放电深度及电池容量有限等弱点，因而特别适用于空间及邻近空间长期飞行。 太阳能太阳能机电源技术发展趋势机电源技术发展趋势薄膜太阳电池及其组件薄膜太阳电池及其组件0Current0Voltage20002004006008001000051015mVmA /cm2Voc 914mVJsc 14.45mAcm2FF 0.657 6.416%双面电池光电转换效率的测试结果双面电池光电转换效率的测试结果 Voc (mV)Isc (mA)Vmax (mV)Imax (mA)%FF633.1558.3527.6509.716.56 0.761 632.4407.55524.1375.912.13 0.764