新能源飞行器能源管理与控制_航空航天

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前言

随着世界范围内能源危机和环境保护问题日趋严重，新能源装备的研发和应用已经成为先进装备的重要发展方向。飞行器作为能源消耗和碳排放大户，对新能源的需求更是十分紧迫。...

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第1章　绪　论

能源紧缺已经成为世界范围内的严峻问题，而传统化石燃料的污染问题也受到了越来越强烈的重视。探索新能源在装备上的应用，成为了一件亟待解决的事情。作为能源消耗的大户，...

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1.1　新能源飞行器的发展情况

新能源飞行器的发展一直伴随着能源技术及其应用的发展不断前行，并对新能源技术的发展和应用起到驱动作用。新能源飞行器技术的发展非常迅速，取得了丰硕的研究成果，下面介...

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1.2　新能源飞行器的主要特点

目前，新能源飞行器主要采用太阳能和氢能等绿色能源作为能源，采用太阳能电池、氢燃料电池、蓄电池等作为动力电池。由于这几种电力系统具有鲜明的特点，因此新能源飞行器与...

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1.3　能源管理与控制的意义与目的

由以上分析可以看出，飞行器的飞行剖面复杂，功率需求变化较大，而不同能源的功率特性也明显不同。为了满足复杂飞行状态的功率需求，一般采用混合能源的方式，通过能源管理...

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1.4　本书的内容安排

新能源飞行器涉及的对象非常广泛，本书以轻小型新能源无人机为对象进行介绍，并开展相应的实验，所用方法具有通用性。本书的结构和内容简介如下：第1章，绪论。本章简...

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思考题

（1）为什么要发展新能源飞行器？（2）新能源飞行器的主要优缺点是什么？（3）新能源飞行器的关键核心技术有哪些？（4）为什么要对新能源飞行器进行能源管理和控...

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第2章　新能源飞行器能源管理与控制框架

本章首先介绍新能源飞行器的主要能源形式；其次，介绍能源与动力系统的基本组成与功能，分别给出锂离子电池、太阳能电池、氢燃料电池及其混合等能源动力系统的典型拓扑结构...

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2.1　新能源飞行器的主要能源形式

在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。在1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”上，将新能源定义为：以新技术和新材料为基础，使传统...

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2.1.1　锂离子电池简介

锂离子电池是一种将电能与化学能相互转化并且可重复使用的电池，通过化学反应来实现能量的存储与释放。相对于其他类型的蓄电池，锂离子电池具有平均输出电压高、自放电率小...

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2.1.2　太阳能电池简介

太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置，又称“太阳能芯片”或“光电池”。太阳能电池只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有...

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2.1.3　氢燃料电池简介

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。1839年，第一款“燃料电...

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2.2　能源与动力系统组成及拓扑结构

...

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2.2.1　能源与动力系统组成及功能

能源与动力系统是新能源飞行器的重要组成部分，包含动力电源和动力装置两部分。动力电源主要采用锂电池、太阳能电池、氢燃料电池等，并配以相应的控制器，如锂电池管理系...

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2.2.2　能源与动力系统的拓扑结构

氢燃料电池具有能量密度高、可支持长航时飞行的优点。但是，与锂电池相比，其功率密度较小；同时，由于燃料在膜之间的扩散、氢氧的电化学反应都需要时间，因此其电力响应相...

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2.3　飞行任务与能源动力系统的耦合分析

新能源飞行器的任务形式多、使用环境复杂，能源系统要受到飞行工况参数（飞行任务所需功率）的影响，不同飞行任务对功率的需求区别明显。例如，起飞、机动等工况下，往往需...

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2.4　新能源飞行器能源管理与控制框架

...

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2.4.1　能源管理与控制框架

为了设计与研制新能源飞行器，根据新能源的特性、混合能源的需求，以及飞行器的任务，在深入研究新能源飞行器与能源动力系统耦合关系的基础上，本书提出了三层次架构的新能...

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2.4.2　分层能源管理与控制

1.单独电池层管理与控制本层次是针对电池本身的管理与控制。对于新能源飞行器采用的几种主要能源形式，各自具有特殊的特性，为了使每种能源系统达到最优的效果，提高其...

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思考题

（1）目前新能源飞行器常用的主要能源形式有哪些？各有什么优缺点？（2）新能源飞行器能源动力系统的拓扑结构形式有哪些？（3）飞行任务与能源系统的松耦合与紧耦合...

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第3章　实验平台简介及设备认知实验

为了支撑新能源飞行器能源管理与控制的实验教学以及实验研究工作，本书构建了新能源飞行器能源管理与控制实验平台。本章首先简单介绍新能源飞行器能源管理与控制实验平台的...

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3.1　实验平台的组成与功能

该实验平台由新型能源、能源控制、模拟仿真三个模块组成（图3-1），通过模块内部、模块之间的不同组合，支撑2.4节所提出的新能源飞行器能源管理与控制框架中单独电池...

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3.2　实验平台主要设备介绍

根据本书实验内容的安排，为了更好地了解并掌握实验平台的使用方法，本节对实验中的主要共用设备（如可编程电子负载、光伏阵列模拟器、DC／DC转换器、能源管理模块、实...

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3.2.1　可编程电子负载

可编程电子负载是一种通过控制内部功率器件或晶体管的导通量，使功率管耗散功率、消耗电能的设备。在本实验平台中，可编程电子负载主要起到模拟电力需求、监测电力信息的作...

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3.2.2　光伏阵列模拟器

光伏阵列模拟器又称太阳能阵列模拟器（solar array simulator，SAS），是利用电力电子电路来模拟实际太阳能电池阵列输出特性的装置。由于大功率的...

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3.2.3　能源管理控制模块

本实验平台中的锂电池BMS控制器、太阳能电池MPPT控制器采用自主研制的硬件设备，其主要的功能及性能将结合锂电池和太阳能电池的控制实验分别在5.1节和5.2节进...

28

3.2.4　实时仿真计算机

实时仿真计算机是构建新能源飞行器能源管理与控制半实物仿真平台的重要设备，为飞行器全系统仿真提供不能采用硬件接入部分的数学模型实时运行环境。其主要作用是：模拟飞行...

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3.3　实验平台设备认知实验

为了保障本书涉及的实验工作能顺利进行，熟练掌握实验平台中主要设备的基本性能和操作方法是十分必要的。为此，本节设置了四个平台设备认知实验——可编程电子负载认知实验...

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3.3.1　可编程电子负载认知实验

1.实验目的（1）了解电子负载的基本功能和性能。（2）掌握电子负载的操作，以及使用上位机软件完成对电子负载的控制。 2.实验内容（1）电子负载的基本操作。...

《新能源飞行器能源管理与控制》简介

前言

目录

第1章　绪　论

1.1　新能源飞行器的发展情况

1.2　新能源飞行器的主要特点

1.3　能源管理与控制的意义与目的

1.4　本书的内容安排

思考题

第2章　新能源飞行器能源管理与控制框架

2.1　新能源飞行器的主要能源形式

2.1.1　锂离子电池简介

2.1.2　太阳能电池简介

2.1.3　氢燃料电池简介

2.2　能源与动力系统组成及拓扑结构

2.2.1　能源与动力系统组成及功能

2.2.2　能源与动力系统的拓扑结构

2.3　飞行任务与能源动力系统的耦合分析

2.4　新能源飞行器能源管理与控制框架

2.4.1　能源管理与控制框架

2.4.2　分层能源管理与控制

思考题

第3章　实验平台简介及设备认知实验

3.1　实验平台的组成与功能

3.2　实验平台主要设备介绍

3.2.1　可编程电子负载

3.2.2　光伏阵列模拟器

3.2.3　能源管理控制模块

3.2.4　实时仿真计算机

3.3　实验平台设备认知实验

3.3.1　可编程电子负载认知实验

《新能源飞行器能源管理与控制》简介

前言

目录

第1章 绪 论

1.1 新能源飞行器的发展情况

1.2 新能源飞行器的主要特点

1.3 能源管理与控制的意义与目的

1.4 本书的内容安排

思考题

第2章 新能源飞行器能源管理与控制框架

2.1 新能源飞行器的主要能源形式

2.1.1 锂离子电池简介

2.1.2 太阳能电池简介

2.1.3 氢燃料电池简介

2.2 能源与动力系统组成及拓扑结构

2.2.1 能源与动力系统组成及功能

2.2.2 能源与动力系统的拓扑结构

2.3 飞行任务与能源动力系统的耦合分析

2.4 新能源飞行器能源管理与控制框架

2.4.1 能源管理与控制框架

2.4.2 分层能源管理与控制

思考题

第3章 实验平台简介及设备认知实验

3.1 实验平台的组成与功能

3.2 实验平台主要设备介绍

3.2.1 可编程电子负载

3.2.2 光伏阵列模拟器

3.2.3 能源管理控制模块

3.2.4 实时仿真计算机

3.3 实验平台设备认知实验

3.3.1 可编程电子负载认知实验

第1章　绪　论

1.1　新能源飞行器的发展情况

1.2　新能源飞行器的主要特点

1.3　能源管理与控制的意义与目的

1.4　本书的内容安排

第2章　新能源飞行器能源管理与控制框架

2.1　新能源飞行器的主要能源形式

2.1.1　锂离子电池简介

2.1.2　太阳能电池简介

2.1.3　氢燃料电池简介

2.2　能源与动力系统组成及拓扑结构

2.2.1　能源与动力系统组成及功能

2.2.2　能源与动力系统的拓扑结构

2.3　飞行任务与能源动力系统的耦合分析

2.4　新能源飞行器能源管理与控制框架

2.4.1　能源管理与控制框架

2.4.2　分层能源管理与控制

第3章　实验平台简介及设备认知实验

3.1　实验平台的组成与功能

3.2　实验平台主要设备介绍

3.2.1　可编程电子负载

3.2.2　光伏阵列模拟器

3.2.3　能源管理控制模块

3.2.4　实时仿真计算机

3.3　实验平台设备认知实验

3.3.1　可编程电子负载认知实验