飞机用供电系统及飞机的制作方法

1.本实用新型涉及飞机技术领域，尤其涉及飞机用供电系统及飞机。


背景技术：

2.通用航空飞机用于进行抢险救灾、飞行训练和科学监测等方面的飞行活动。目前大多飞机均采用传统燃料提供动力，而使用汽油或者柴油作为飞机的驱动能源的飞机排放的尾气对空气会造成严重的污染，而且传统的汽油/柴油发动机的能源转换效率约为30％，即传统的能源转换效率低。燃料电池是将一种燃料和一种氧化剂的化学能直接转化为电能(直流电)、热和反应产物的电化学装置。氢能等清洁能源因其储量巨大、效率高、无污染和无排放等优势逐渐进入全球视野，故采用氢燃料电池等无污染绿色能源驱动的纯电动飞机应运而生。纯电动飞机低噪音、零排放，非常适合用于低空飞行，然而，现有技术中的纯电动飞机受能量密度的制约，难以实现长续航里程，而且各零部件质量分布均匀度有待提升。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供飞机用供电系统及飞机，以解决现有技术中的纯电动飞机受能量密度的制约，难以实现长续航里程的问题。
4.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.飞机用供电系统，包括：
6.燃料电池电堆和燃料电池辅助设备，所述燃料电池电堆和所述燃料电池辅助设备均设置于飞机的前舱；
7.第一dc/dc变换器，所述第一dc/dc变换器设置于所述前舱，所述第一dc/dc变换器与所述燃料电池电堆电连接，所述第一dc/dc变换器与电机控制器通过第一电路电连接，所述电机控制器与驱动电机电连接，所述燃料电池辅助设备与所述第一电路电连接；
8.动力电池电源和蓄电池，所述动力电池电源与所述第一电路电连接，所述蓄电池与所述燃料电池辅助设备通过第二电路电连接；所述动力电池电源和所述蓄电池均设置于飞机的后舱；
9.第二dc/dc变换器，所述第二dc/dc变换器设置于所述前舱，所述第二dc/dc变换器一端与所述第一电路电连接，另一端与所述第二电路电连接。
10.作为上述飞机用供电系统的一种优选方案，所述飞机用燃料电池系统还包括两个储氢结构，两个所述储氢结构分别设置于两个机翼下方，所述储氢结构用于为所述燃料电池电堆供给氢气。
11.作为上述飞机用供电系统的一种优选方案，所述机翼下方固定设置有导流罩，所述储氢结构位于所述导流罩内。
12.作为上述飞机用供电系统的一种优选方案，所述前舱设有支架，所述燃料电池电堆、所述燃料电池辅助设备、所述第一dc/dc变换器和所述第二dc/dc变换器均固定设置于所述支架。
13.作为上述飞机用供电系统的一种优选方案，所述飞机用供电系统还包括第一散热器，所述第一散热器用于对所述燃料电池辅助设备散热，所述第一散热器设置于所述前舱。
14.作为上述飞机用供电系统的一种优选方案，所述飞机用供电系统还包括第二散热器，所述第二散热器用于对所述驱动电机散热，所述第二散热器设置于所述前舱。
15.作为上述飞机用供电系统的一种优选方案，所述前舱前面设有通风口，所述第一散热器和所述第二散热器均与所述通风口对应。
16.作为上述飞机用供电系统的一种优选方案，所述飞机用供电系统还包括第三散热器，所述第三散热器用于对所述燃料电池电堆散热，所述第三散热器设置于所述后舱，且位于所述动力电池电源和所述蓄电池的上方。
17.作为上述飞机用供电系统的一种优选方案，所述第三散热器上设有多个风扇，多个所述风扇间隔设置。
18.飞机，包括上述的飞机用供电系统。
19.本实用新型的有益效果：
20.本实用新型提供了飞机用供电系统及飞机，该飞机用供电系统，在燃料电池电堆未启动之前，由蓄电池通过第二电路对燃料电池辅助设备提供直流低压电，动力电池电源通过第三电路与第一电路电连接，燃料电池辅助设备通过第四电路与第一电路电连接，动力电池电源通过第三电路、第一电路和第四电路给燃料电池辅助设备提供直流高压电，动力电池电源还可以通过第三电路和第一电路给电机控制器供电，电机控制器控制驱动电机工作，驱动电机带动飞机螺旋桨转动。当燃料电池电堆启动之后，燃料电池电堆产生较低的直流高压电，第一dc/dc变换器能将较低的直流高压电升压为较高的直流高压电，第一dc/dc变换器升压后的较高的直流高压电可以供给给电机控制器，还可以给燃料电池辅助设备供电，同时第一dc/dc变换器升压后的较高的直流高压电可以通过第一电路和第三电路给动力电池电源充电，且在经过第二dc/dc变换器降压成直流低压电后还可以给蓄电池充电，而且动力电池电源还可以给电机控制器供电。从而在燃料电池电堆还未启动时，蓄电池和动力电池电源能为燃料电池辅助设备供电，且动力电池电源还可以给电机控制器供电。在燃料电池电堆启动之后，能给电机控制器和燃料电池辅助设备供电，还能给动力电池电源和蓄电池充电。该飞机用供电系统能够实现长续航里程，而且燃料电池电堆、燃料电池辅助设备、第一dc/dc变换器和第二dc/dc变换器设置于前舱，动力电池电源和蓄电池设置于后舱，各零部件质量分布均匀，使飞机质心位于飞机中心位置，更有利于飞机的飞行。
附图说明
21.图1是本实用新型具体实施例提供的飞机用供电系统的结构示意图；
22.图2是本实用新型具体实施例提供的飞机用供电系统的部分结构示意图一；
23.图3是本实用新型具体实施例提供的飞机用供电系统的部分结构示意图二；
24.图4是本实用新型具体实施例提供的飞机用供电系统的部分结构示意图三。
25.图中：
26.1、燃料电池电堆；2、第一dc/dc变换器；3、电机控制器；4、驱动电机；5、燃料电池辅助设备；6、动力电池电源；7、蓄电池；8、第二dc/dc变换器；9、第一电路；10、第二电路；11、飞机整机控制器；12、燃料电池控制器；13、第四电路；14、第三电路；15、储氢结构；16、导流罩；
17、通风口；18、第一散热器；19、第二散热器；20、第三散热器；21、风扇；22、空气入口。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
28.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
30.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
31.本实用新型提供了飞机用供电系统，如图1所示，该飞机用供电系统包括燃料电池电堆1、燃料电池辅助设备5、第一dc/dc变换器2、动力电池电源6、蓄电池7和第二dc/dc变换器8，燃料电池电堆1和燃料电池辅助设备5均设置于飞机的前舱，第一dc/dc变换器2设置于前舱，第一dc/dc变换器2与燃料电池电堆1电连接，第一dc/dc变换器2与电机控制器3通过第一电路9电连接，电机控制器3与驱动电机4电连接，燃料电池辅助设备5与第一电路9电连接，动力电池电源6与第一电路9电连接，蓄电池7与燃料电池辅助设备5通过第二电路10电连接，动力电池电源6和蓄电池7均设置于飞机的后舱，第二dc/dc变换器8设置于前舱，第二dc/dc变换器8一端与第一电路9电连接，另一端与第二电路10电连接。
32.该飞机用供电系统，在燃料电池电堆1未启动之前，由蓄电池7通过第二电路10对燃料电池辅助设备5提供直流低压电，动力电池电源6通过第三电路14与第一电路9电连接，燃料电池辅助设备5通过第四电路13与第一电路9电连接，动力电池电源6通过第三电路14、第一电路9和第四电路13给燃料电池辅助设备5提供直流高压电，动力电池电源6还可以通过第三电路14和第一电路9给电机控制器3供电，电机控制器3控制驱动电机4工作，驱动电机4带动飞机螺旋桨转动。当燃料电池电堆1启动之后，燃料电池电堆1产生较低的直流高压电，第一dc/dc变换器2能将较低的直流高压电升压为较高的直流高压电，第一dc/dc变换器2升压后的较高的直流高压电可以供给给电机控制器3，还可以给燃料电池辅助设备5供电，同时第一dc/dc变换器2升压后的较高的直流高压电可以通过第一电路9和第三电路14给动力电池电源6充电，且在经过第二dc/dc变换器8降压成直流低压电后还可以给蓄电池7充
电，而且动力电池电源6还可以给电机控制器3供电。从而在燃料电池电堆1还未启动时，蓄电池7和动力电池电源6能为燃料电池辅助设备5供电，且动力电池电源6还可以给电机控制器3供电。在燃料电池电堆1启动之后，燃料电池电堆1能给电机控制器3和燃料电池辅助设备5供电，还能给动力电池电源6和蓄电池7充电。该飞机用供电系统能够实现长续航里程，而且燃料电池电堆1、燃料电池辅助设备5、第一dc/dc变换器2和第二dc/dc变换器8设置于前舱，动力电池电源6和蓄电池7设置于后舱，各零部件质量分布均匀，使飞机质心位于飞机中心位置，更有利于飞机的飞行。
33.其中，燃料电池辅助设备5包括氢气供应系统、空气供应系统和水热管理系统。氢气供应系统用于为燃料电池电堆1提供氢气，空气供应系统用于为燃料电池电堆1提供空气，水热管理系统用于对燃料电池电堆1进行温度控制。
34.可选地，飞机用供电系统还包括燃料电池控制器12，燃料电池控制器12、第一dc/dc变换器2、第二dc/dc变换器8均与飞机整机控制器11电连接，动力电池电源6和蓄电池7均与第二dc/dc变换器8电连接。
35.可选地，如图2所示，该飞机用供电系统还包括两个储氢结构15，两个储氢结构15分别设置于两个机翼下方，储氢结构15用于为燃料电池电堆1供给氢气。保证燃料电池系统的氢气供应。
36.可选地，机翼下方固定设置有导流罩16，储氢结构15位于导流罩16内。导流罩16能在飞机飞行时减小空气的阻力。
37.可选地，前舱设有支架，燃料电池电堆1、燃料电池辅助设备5、第一dc/dc变换器2和第二dc/dc变换器8均固定设置于支架。前舱的空间有限且不规则，在飞机框架的基础上延伸出支架，集成化程度高，能充分利用前舱的空间。
38.可选地，如图3和图4所示，飞机用供电系统还包括第一散热器18，第一散热器18用于对燃料电池辅助设备5散热，第一散热器18设置于前舱。第一散热器18通过飞机飞行时的气流进行散热，能对燃料电池辅助设备5进行充分散热。
39.可选地，飞机用供电系统还包括第二散热器19，第二散热器19用于对驱动电机4散热，第二散热器19设置于前舱。第二散热器19也通过飞机飞行时的气流进行散热，能对驱动电机4进行充分散热。
40.可选地，前舱前面设有通风口17，第一散热器18和第二散热器19均与通风口17对应。能使有足够的气流冲刷第一散热器18和第二散热器19。第一散热器18和第二散热器19无需风扇21散热，能减少功率损耗。
41.可选地，如图3所示，飞机用供电系统还包括第三散热器20，第三散热器20用于对燃料电池电堆1散热，第三散热器20设置于后舱，且位于动力电池电源6和蓄电池7的上方。用来冷却燃料电池电堆1的冷却水通过管路流至第三散热器20，经过第三散热器20散热以及在较长的管路中散热后再留回燃料电池电堆1周围。
42.可选地，第三散热器20上设有多个风扇21，多个风扇21间隔设置。通过风扇21对第三散热器20中的冷却水散热。
43.可选地，如图4所示，燃料电池辅助设备5的空气供应系统的空气入口22设置在前舱的侧面。在侧面开设空气入口22，能防止空气过多地进入空气供应系统。
44.本实用新型还提供了飞机，该飞机包括上述的飞机用供电系统。
45.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.飞机用供电系统，其特征在于，包括：燃料电池电堆(1)和燃料电池辅助设备(5)，所述燃料电池电堆(1)和所述燃料电池辅助设备(5)均设置于飞机的前舱；第一dc/dc变换器(2)，所述第一dc/dc变换器(2)设置于所述前舱，所述第一dc/dc变换器(2)与所述燃料电池电堆(1)电连接，所述第一dc/dc变换器(2)与电机控制器(3)通过第一电路(9)电连接，所述电机控制器(3)与驱动电机(4)电连接，所述燃料电池辅助设备(5)与所述第一电路(9)电连接；动力电池电源(6)和蓄电池(7)，所述动力电池电源(6)与所述第一电路(9)电连接，所述蓄电池(7)与所述燃料电池辅助设备(5)通过第二电路(10)电连接；所述动力电池电源(6)和所述蓄电池(7)均设置于飞机的后舱；第二dc/dc变换器(8)，所述第二dc/dc变换器(8)设置于所述前舱，所述第二dc/dc变换器(8)一端与所述第一电路(9)电连接，另一端与所述第二电路(10)电连接。2.根据权利要求1所述的飞机用供电系统，其特征在于，所述飞机用燃料电池系统还包括两个储氢结构(15)，两个所述储氢结构(15)分别设置于两个机翼下方，所述储氢结构(15)用于为所述燃料电池电堆(1)供给氢气。3.根据权利要求2所述的飞机用供电系统，其特征在于，所述机翼下方固定设置有导流罩(16)，所述储氢结构(15)位于所述导流罩(16)内。4.根据权利要求1所述的飞机用供电系统，其特征在于，所述前舱设有支架，所述燃料电池电堆(1)、所述燃料电池辅助设备(5)、所述第一dc/dc变换器(2)和所述第二dc/dc变换器(8)均固定设置于所述支架。5.根据权利要求1所述的飞机用供电系统，其特征在于，所述飞机用供电系统还包括第一散热器(18)，所述第一散热器(18)用于对所述燃料电池辅助设备(5)散热，所述第一散热器(18)设置于所述前舱。6.根据权利要求5所述的飞机用供电系统，其特征在于，所述飞机用供电系统还包括第二散热器(19)，所述第二散热器(19)用于对所述驱动电机(4)散热，所述第二散热器(19)设置于所述前舱。7.根据权利要求6所述的飞机用供电系统，其特征在于，所述前舱前面设有通风口(17)，所述第一散热器(18)和所述第二散热器(19)均与所述通风口(17)对应。8.根据权利要求1所述的飞机用供电系统，其特征在于，所述飞机用供电系统还包括第三散热器(20)，所述第三散热器(20)用于对所述燃料电池电堆(1)散热，所述第三散热器(20)设置于所述后舱，且位于所述动力电池电源(6)和所述蓄电池(7)的上方。9.根据权利要求8所述的飞机用供电系统，其特征在于，所述第三散热器(20)上设有多个风扇(21)，多个所述风扇(21)间隔设置。10.飞机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的飞机用供电系统。

技术总结
本实用新型属于飞机技术领域，公开了飞机用供电系统及飞机，该飞机用供电系统，燃料电池电堆和燃料电池辅助设备均设置于飞机的前舱，第一DC/DC变换器设置于前舱，第一DC/DC变换器与燃料电池电堆电连接，第一DC/DC变换器与驱动电机控制器通过第一电路电连接，电机控制器与电机电连接，燃料电池辅助设备与第一电路电连接，动力电池电源与第一电路电连接，蓄电池与燃料电池辅助设备通过第二电路电连接，动力电池电源和蓄电池均设置于飞机的后舱，第二DC/DC变换器设置于前舱，第二DC/DC变换器一端与第一电路电连接，另一端与第二电路电连接。能够实现长续航里程，而且各零部件质量分布均匀，有利于飞机的飞行。有利于飞机的飞行。有利于飞机的飞行。


技术研发人员：王丹博 蔡普迪 杨锋 李勇亨 王彦波
受保护的技术使用者：山东国创燃料电池技术创新中心有限公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/4/20