一种轻型化机载自供电装置的制作方法

1.本发明涉及航空电力装备技术领域，具体涉及一种轻型化机载自供电装置。


背景技术：

2.机载自供电装置的工作机理是将气体的动能与势能通过涡轮转化为机械能，然后再利用高速发电机将机械能转化为电能并提供给任务负载。国内民用和军用市场对机载自供电装置的需求面较宽，不管是国土资源监控或地质勘探，都需要使用飞机安装大功率负载设备完成任务，在飞机自有电源不能提供给设备更多功率情况下，都需要额外的机载自供电装置，给大功率负载设备提供所需的电能。机载自供电装置还可用于野外风力发电，但现有技术中的机载自供电装置的工作条件比较复杂，风速不能保持恒定，尤其是当负载发生变化时，系统的输出稳定受到影响。
3.现有技术中的机载自供电装置一般采用复杂的控制原理，存在控制方式复杂、控制误差较大、反应速度慢等问题，现有技术中的机载自供电装还包括控制机构直接控制风门的办法，但难以稳定的功率输出。


技术实现要素：

4.本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种轻型化机载自供电装置，为此，提供以下技术方案。
5.本发明提供了一种轻型化机载自供电装置，具有这样的特征，包括：发电机构，用于为负载提供电能，包括风门涡轮部和发电部，风门涡轮部与发电部连接，用于将气体的能量转化为机械能并传递给发电部，发电部通过母线与负载连接，用于将机械能转化为电能；储能部，用于储存电能；以及能量管理机构，设置在母线上，与储能部连接，用于通过利用储能部对发电机构提供的电能进行调控。
6.在本发明提供的轻型化机载自供电装置中，还可以具有这样的特征：其中，发电部包括发电机、第一变换器以及分控制器，第一变换器与发电机连接，用于控制发电机输出电流的占空比，分控制器与风门涡轮部连接，用于通过控制风门涡轮部输出的机械能，实现一级调控，从而控制发电机输出的电能。
7.在本发明提供的轻型化机载自供电装置中，还可以具有这样的特征：其中，能源管理机构包括第二变换器、总控制器以及电源模块，第二变换器与储能部连接，用于实现二级调控，控制储能部输出电流的占空比，总控制器与分控制器和储能部连接。
8.在本发明提供的轻型化机载自供电装置中，还可以具有这样的特征：其中，总控制器和分控制器之间通过can通信线路连接。
9.在本发明提供的轻型化机载自供电装置中，还可以具有这样的特征：其中，能源管理机构还包括母线电容，母线电容设置在总控制器和母线之间，用于保护总控制器。
10.在本发明提供的轻型化机载自供电装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一换向器和第二换向器均为dc-dc双向变换器。
11.在本发明提供的轻型化机载自供电装置中，还可以具有这样的特征：其中，风门涡轮部包括气体流道、风门单元以及涡轮单元，风门单元可开合地设置在气体流道的一端，涡轮单元设置在气体流道的另一端。
12.在本发明提供的轻型化机载自供电装置中，还可以具有这样的特征，还包括：冷却部，与能量管理系统连接，用于对总控制器进行降温冷却。
13.在本发明提供的轻型化机载自供电装置中，还可以具有这样的特征：其中，负载的消耗功率、储能部的输出功率和发电部的输出功率之间的关系满足以下公式：
14.pw+ui＝pi15.其中，pw为发电部的输出功率，u为母线电压，i为储能部的输出电流，u和i的乘积为储能部的输出功率，pi为负载的消耗功率。
16.在本发明提供的轻型化机载自供电装置中，还可以具有这样的特征：其中，当所述发电部的输出功率降低时，所述能源管理机构调控所述储能部，使所述储能部输出的电流变大，从而使得所述发电部和所述储能部输出电能的总量不变，等于所述负载消耗的电能；当所述发电部的输出功率增大时，所述能源管理机构调控将多余的电能通过所述储能部存储起来，从而使得所述发电部输出的电能等于所述负载消耗的电能。
17.发明的作用与效果
18.根据本发明所提供的轻型化机载自供电装置，包括发电机构、储能部以及能量管理机构。发电机构能够为负载提供电能，包括风门涡轮部和发电部，风门涡轮部与发电部连接，能够将气体的能量转化为机械能并传递给发电部，发电部通过母线与负载连接，能够将机械能转化为电能。储能部能够储存电能，与能量管理机构连接。能量管理机构，设置在母线上，与储能部连接，能够通过利用储能部的电能对发电机构提供的电能进行调控，从而为负载提供稳定输入的电能。
19.因此，本发明所提供的轻型化机载自供电装置具有结构简单，控制结构简单的特点，能够在外界环境发生变化时，提供稳定输入的电能以供负载使用。
附图说明
20.图1是本发明的实施例中轻型化机载自供电装置的结构示意图；
21.图2是本发明的实施例中轻型化机载自供电装置的系统图；以及
22.图3是本发明的实施例中轻型化机载自供电装置的工作原理图。
具体实施方式
23.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明轻型化机载自供电装置作具体阐述。
24.《实施例》
25.图1是本发明的实施例中轻型化机载自供电装置的结构示意图。
26.图2是本发明的实施例中轻型化机载自供电装置的系统图。
27.如图1和图2所示，本发明提供了一种轻型化机载自供电装置100，能够作为飞机的独立电源，实现为大功率负载设备提供稳定输入的电能，还能够用于野外风力发电。在本实施例中，本发明所提供的轻型化机载自供电装置100包括发电机构10、储能部20以及能量管
理机构30。
28.发电机构10，能够为负载1提供电能，包括风门涡轮部11和发电部12。
29.风门涡轮部11能够将气体的能量转化为机械能并传递给发电部12，包括气体流道111、风门单元112以及涡轮单元113，在本实施例中，风门单元112为现有技术中的常规电动控制风门，可开合地设置在气体流道111的一端，涡轮单元113可转动地设置在气体流道111的另一端。
30.发电部12通过母线2与负载1连接，包括发电机121、第一变换器122以及分控制器123。发电机121的转子与涡轮单元113连接，能够在涡轮单元113的带动下将机械能转化为电能。第一变换器122与发电机121连接，能够控制发电机输出电流的占空比，占空比指电流的大小和方向。分控制器123与发电机121、第一变换器122以及风门单元112连接，能够通过控制风门单元112的开合角度控制流入气体流道111的气体总量，从而控制风门涡轮部11输出的机械能，实现一级调控，从而控制发电机121输出的电能。在本实施例中，第一变换器122为dc-dc双向变换器，为buck-boost电路。
31.储能部20能够存储或输出电能，包括锂电池组和bms管理器，bms管理器能够监控并防止锂电池组进行过度充放电，造成锂电池组损伤，影响使用寿命。
32.能量管理机构30与母线2电连接，且与储能部20电连接，能量管理机构30包括第二变换器31、总控制器32、母线电容33以及电源模块34。第二变换器31与储能部20连接，能够控制第二变换器31输出电流的占空比，从而实现二级调控。总控制器32与第二变换器31、储能部20以及分控制器123连接，总控制器32与分控制器123之间通过can通信线路保持通信，使得分控制器123能够实时上报状态信息，总控制器32能够接收状态信息再下达调控命令，状态信息包括电流大小和方向、涡轮单元113的转速以及风门单元112的开合角度。母线电容33设置在总控制器32和母线2之间，能够保护总控制器32，防止电流或电压突变对总控制器32造成损伤。电源模块34与总控制器32连接，能够为总控制器32提供启动电压。在本实施例中，第二变换器31均为dc-dc双向变换器，为buck-boost电路。
33.在本实施例中，本发明所提供的轻型化机载自供电装置100还包括冷却部40，冷却部40与能量管理机构30连接，能够对总控制器32降温，防止总控制器32温度过高，影响控制器32的控制精度和反应速度。
34.图3是本发明的实施例中轻型化机载自供电装置的工作原理图。
35.如图3所示，在轻型化机载自供电装置100为负载1提供稳定输入的电能时，负载1的消耗功率、储能部20的输出功率和发电部12的输出功率之间的关系满足以下公式：
36.pw+ui＝pi37.其中，pw为发电部12的输出功率，u为母线2电压，i为储能部20的输出电流，u和i的乘积为储能部20的输出功率，pi为负载1的消耗功率。发电机121在通过调整风门单元112的开合角度从而保持发电机121的转子转数恒定时，母线2的电压不变，在本实施例中，发电机121的转子转速稳定在10000转。
38.当风门涡轮部11所能转化气体的能量减少时，风门单元112接收的气体变少，涡轮单元113转速下降，使得发电部12的输出功率pw降低，总控制器32一方面通过分控制器123和第一变换器122实现一级调控，增大风门单元112的开合角度，增加风门单元112接收的气体，使得涡轮单元113的转速上升，从而增大发电部12的输出功率pw，但一级调控和风门单
元112的开合角度与气体的流量有关，不能瞬时变化，因此总控制器32另一方面通过第二变换器31实现二级调控，瞬间增大储能部20的输出电流i，从而增大储能部20的输出功率，从而对发电部12的输出电能进行补偿，使得pw和ui的和不变，即轻型化机载自供电装置100为负载1提供的电能保持稳定，能够满足和负载1的消耗功率pi不变。
39.当风门涡轮部11所能转化气体的能量增加时，风门单元112接收的气体变多，涡轮单元113转速上升，使得发电部12的输出功率pw增加，总控制器32一方面通过分控制器123和第一变换器122实现一级调控，减小风门单元112的开合角度，减少风门单元112接收的气体，使得涡轮单元113的转速下降，从而降低发电部12的输出功率pw，总控制器32另一方面通过第二变换器31实现二级调控，瞬间减小储能部20的输出电流i，从而减小储能部20的输出功率，从而对发电部12的输出电能进行调控，使得pw和ui的和不变，即轻型化机载自供电装置100为负载1提供的电能保持稳定，能够满足和负载1的消耗功率pi不变。在本实施例中，总控制器32还能够将发电部12多余的电能转移到储能部20中。
40.实施例的作用与效果
41.根据本发明所提供的轻型化机载自供电装置，包括发电机构、储能部以及能量管理机构。发电机构能够为负载提供电能，包括风门涡轮部和发电部，风门涡轮部与发电部连接，能够将气体的能量转化为机械能并传递给发电部，发电部通过母线与负载连接，能够将机械能转化为电能。储能部能够储存电能，与能量管理机构连接。能量管理机构，设置在母线上，与储能部连接，能够通过利用储能部的电能对发电机构提供的电能进行调控，从而为负载提供稳定输入的电能。因此，本发明所提供的轻型化机载自供电装置具有结构简单，控制结构简单的特点，能够在外界环境发生变化时，提供稳定输入的电能以供负载使用。
42.进一步地，分控制器能够通过控制风门单元的开合角度实现一级调控，总控制器能够通过第二变换器实现二级调控，使得发电部和储能部输出的总电能维持不变，从而使得提供给负载的电能保持稳定。
43.进一步地，总控制器与分控制器之间通过can通信线路保持通信，使得分控制器能够实时上报状态信息，总控制器能够接收状态信息再下达调控命令。
44.上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种轻型化机载自供电装置，其特征在于，包括：发电机构，用于为负载提供电能，包括风门涡轮部和发电部，所述风门涡轮部与所述发电部连接，用于将气体的能量转化为机械能并传递给所述发电部，所述发电部通过母线与所述负载连接，用于将机械能转化为电能；储能部，用于储存电能；以及能量管理机构，设置在所述母线上，与所述储能部连接，用于通过利用所述储能部对所述发电机构提供的电能进行调控。2.根据权利要求1所述的轻型化机载自供电装置，其特征在于：其中，所述发电部包括发电机、第一变换器以及分控制器，所述第一变换器与所述发电机连接，用于控制所述发电机输出电流的占空比，所述分控制器与所述风门涡轮部连接，用于通过控制所述风门涡轮部输出的机械能，实现一级调控，从而控制所述发电机输出的电能。3.根据权利要求2所述的轻型化机载自供电装置，其特征在于：其中，所述能源管理机构包括第二变换器、总控制器以及电源模块，所述第二变换器与所述储能部连接，用于实现二级调控，控制所述储能部输出电流的占空比，所述总控制器与所述分控制器和所述储能部连接。4.根据权利要求3所述的轻型化机载自供电装置，其特征在于：其中，所述总控制器和所述分控制器之间通过can通信线路连接。5.根据权利要求3所述的轻型化机载自供电装置，其特征在于：其中，所述能源管理机构还包括母线电容，所述母线电容设置在所述总控制器和母线之间，用于保护所述总控制器。6.根据权利要求3所述的轻型化机载自供电装置，其特征在于：其中，所述第一换向器和所述第二换向器均为dc-dc双向变换器。7.根据权利要求1所述的轻型化机载自供电装置，其特征在于：其中，所述风门涡轮部包括气体流道、风门单元以及涡轮单元，所述风门单元可开合地设置在所述气体流道的一端，所述涡轮单元设置在所述气体流道的另一端。8.根据权利要求3所述的轻型化机载自供电装置，其特征在于，还包括：冷却部，与所述能量管理系统连接，用于对所述总控制器进行降温冷却。9.根据权利要求1所述的轻型化机载自供电装置，其特征在于：其中，负载的消耗功率、所述储能部的输出功率和所述发电部的输出功率之间的关系满足以下公式：p
w
+ui＝p
i
其中，p
w
为所述发电部的输出功率，u为母线电压，i为所述储能部的输出电流，u和i的乘积为所述储能部的输出功率，p
i
为负载的消耗功率。10.根据权利要求9所述的轻型化机载自供电装置，其特征在于：其中，当所述发电部的输出功率降低时，所述能源管理机构调控所述储能部，使所述储能部输出的电流变大，从而使得所述发电部和所述储能部输出电能的总量不变，等于所述负载消耗的电能；
当所述发电部的输出功率增大时，所述能源管理机构调控将多余的电能通过所述储能部存储起来，从而使得所述发电部输出的电能等于所述负载消耗的电能。

技术总结
本发明提供了一种轻型化机载自供电装置，其特征在于，包括：发电机构，用于为负载提供电能，包括风门涡轮部和发电部，风门涡轮部与发电部连接，用于将气体的能量转化为机械能并传递给发电部，发电部通过母线与负载连接，用于将机械能转化为电能；储能部，用于储存电能；以及能量管理机构，设置在母线上，与储能部连接，用于通过利用储能部对发电机构提供的电能进行调控。本发明所提供的轻型化机载自供电装置具有结构简单，控制结构简单的特点，能够在外界环境发生变化时，提供稳定输入的电能以供负载使用。载使用。载使用。


技术研发人员：郝俊 张杰 安彤 周智勇 赵朝娜 项丹 王夷 沈益斌 高翔
受保护的技术使用者：中电科微波通信（上海）股份有限公司
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/6/27