一种针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构的制作方法

本技术涉及一种针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构，属于飞机设计领域。

背景技术：

1、目前市面上的氢燃料电池主流产品为“氢-空气”型燃料电池，而空气需要进行压缩后供给燃料电池作为氧化剂使用。目前阶段氢燃料电池主要使用在汽车上，汽车的动力系统构成形式为氢燃料电池+锂离子动力电池的双余度供电模式，这种配电模式，使得氢燃料电池上的空气压缩机可以从锂离子动力电池上获取电能，进行起动，从而确保燃料电池启动成功，这套汽车上的氢燃料电池工作原理在飞机上无法使用，原因之一是飞机的飞行高度较高，使得空气压缩机的有效功率下降，影响燃料电池的工作效率，原因之二是氢燃料电池启动依赖锂离子动力电池，而锂离子动力电池重量非常大，对于中型和小型飞机来说，是不可接受的，而氢燃料电池在空中一旦出现死机的现象，飞机就会失去动力系统，飞行员只能跳伞逃生，因此需要针对中小型飞机研制一套全新的氢燃料电池的启动方案。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种机载氢燃料电池结构，可以在高空中进行大功率输出状态工作，同时，无需配置锂离子动力电池，在确保氢燃料电池的功能完善情况下，使得系统结构重量最轻。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构，包括电堆、储氢罐、空压机和负载电机，储氢罐用于为电堆提供氢气；空压机用于为电堆提供压缩空气；电堆用于为负载电机提供动力，还包括机载应急蓄电池、压缩空气储气罐；机载应急蓄电池为电堆提供控制电流，使电堆启动；压缩空气储气罐与空压机连通，用来存储空压机产生的多余压缩空气；压缩空气储气罐与电堆连通，用来为电堆提供压缩空气。

3、优选的，在电堆与空压机之间设置有高压直流电路，当电堆建立起电压体系后，为空压机提供高压直流电。

4、优选的，在负载电机与电堆之间设置有电流转换器，电流转换器用于调整电堆的输出功率。

5、优选的，在电流转换器与电堆之间、电流转换器与负载电机之间均设置有高压直流电路。

6、优选的，在空压机与压缩空气储气罐之间设置有压缩空气存气开关，当有多余的压缩空气产生时，打开压缩空气存气开关，将压缩空气提供给压缩空气储气罐存储。

7、优选的，在压缩空气储气罐与电堆之间设置有电池启动空气开关，开启后，压缩空气储气罐与空压机共同为电堆提供压缩空气。

8、优选的，在储氢罐与电堆之间设置有氢气开关。

9、优选的，在机载应急蓄电池于电堆之间设置有低压直流电路。

10、设计原理：本实用新型属于氢-空型氢燃料电池的高空版，适用于中小型飞行器适用，特别适用于作战类飞机，其需要在高空获得足够的动能，用于战斗，而战斗的时间较短，战斗结束后，飞机从中、低空返回基地，过程中可以为压缩空气储气罐补充压缩空气，确保氢燃料电池停机时可以顺利重启电池。而这种情况下，飞机是不需要配备动力电池的，动力电池的重量达100公斤以上，因此本方案相当于为中小型氢燃料飞机减重了100公斤，而这100公斤如果换成氢燃料罐的重量，全机则可携带更多的氢燃料，使得飞机的航时更长，同时还保证了飞机在高空飞行性能，大大提高了飞机的作战性能指标。

11、与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

12、1、可以在高空中进行大功率输出状态工作；

13、2、采用压缩空气储气罐补充压缩空气，确保了氢燃料电池停机时可以顺利重启电池；

14、3、保证了飞机在高空的飞行性能，提高了飞机的作战性能指标；

15、4、确保了氢燃料电池的功能完善的情况下，使得系统结构重量最轻。

技术特征：

1.一种针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构，包括电堆、储氢罐、空压机和负载电机，储氢罐用于为电堆提供氢气；空压机用于为电堆提供压缩空气；电堆用于为负载电机提供动力，其特征在于：还包括机载应急蓄电池、压缩空气储气罐；机载应急蓄电池为电堆提供控制电流，使电堆启动；压缩空气储气罐与空压机连通，用来存储空压机产生的多余压缩空气；压缩空气储气罐与电堆连通，用来为电堆提供压缩空气。

2.根据权利要求1所述的针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构，其特征在于：在电堆与空压机之间设置有高压直流电路，当电堆建立起电压体系后，为空压机提供高压直流电。

3.根据权利要求1所述的针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构，其特征在于：在负载电机与电堆之间设置有电流转换器，电流转换器用于调整电堆的输出功率。

4.根据权利要求3所述的针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构，其特征在于：在电流转换器与电堆之间、电流转换器与负载电机之间均设置有高压直流电路。

5.根据权利要求1所述的针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构，其特征在于：在空压机与压缩空气储气罐之间设置有压缩空气存气开关，当有多余的压缩空气产生时，打开压缩空气存气开关，将压缩空气提供给压缩空气储气罐存储。

6.根据权利要求1所述的针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构，其特征在于：在压缩空气储气罐与电堆之间设置有电池启动空气开关，开启后，压缩空气储气罐与空压机共同为电堆提供压缩空气。

7.根据权利要求1所述的针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构，其特征在于：在储氢罐与电堆之间设置有氢气开关。

8.根据权利要求1所述的针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构，其特征在于：在机载应急蓄电池与电堆之间设置有低压直流电路。

技术总结
本技术涉及一种针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构，属于飞机设计领域。一种针对中小型飞机的机载氢燃料电池结构，包括电堆、储氢罐、空压机和负载电机，储氢罐用于为电堆提供氢气；空压机用于为电堆提供压缩空气；电堆用于为负载电机提供动力，还包括机载应急蓄电池、压缩空气储气罐；机载应急蓄电池为电堆提供控制电流，使电堆启动；压缩空气储气罐与空压机连通，用来存储空压机产生的多余压缩空气；压缩空气储气罐与电堆连通，用来为电堆提供压缩空气。本技术具有如下优点：1、可以在高空中进行大功率输出状态工作；2、确保了氢燃料电池停机时可以顺利重启电池；3、保证了飞机在高空的飞行性能；4、系统结构重量最轻。

技术研发人员：王石山,张大尉,辛荣提,刘敏,施鑫,吴宝林,邹琳,蒋黄滔
受保护的技术使用者：江西洪都航空工业股份有限公司
技术研发日：20221226
技术公布日：2024/1/12