北京航空航天大学白明亮获国家专利权
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龙图腾网获悉北京航空航天大学申请的专利一种基于超导发电机的混合动力能源制冷一体化方案获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN114750964B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-01发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202210290111.5,技术领域涉及:B64D27/33;该发明授权一种基于超导发电机的混合动力能源制冷一体化方案是由白明亮;杨文将;宋东彬;闫炬壮;王子豪设计研发完成,并于2022-03-23向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于超导发电机的混合动力能源制冷一体化方案在说明书摘要公布了:本发明属于航空电推进技术领域,是适用于大功率航空分布式电推进的一种基于超导发电机的混合动力能源制冷一体化方案,包括航空发动机、超导发电机、液氢储罐、氢燃料电池、蓄电池、电动机、风扇和各部件控制单元;液氢储罐提供用于超导发电机部件冷却的液氢,汽化后获取的氢气为氢燃料电池供给阳极燃料从而产生电能,实现了超导发电机机载冷却和氢气能源再利用;超导发电机、氢燃料电池和蓄电池发电供给分布式电动机,混合动力系统控制器通过基于规则的功率跟踪控制能量管理策略合理分配、调度和优化各部件参数。此种基于超导发电机的混合动力能源制冷一体化方案能够有效降低燃料消耗、增加系统功率密度和提高能源利用率,可满足大功率航空分布式电推进的高功率和高效率电力提取需求。
本发明授权一种基于超导发电机的混合动力能源制冷一体化方案在权利要求书中公布了:1.一种基于超导发电机的混合动力能源制冷一体化装置,其特征在于,主要包括航空发动机、超导发电机、液氢储罐、氢燃料电池、蓄电池、电动机、风扇和各部件控制单元;液氢储罐、超导发电机和氢燃料电池能够实现机载发电机冷却和氢能源再利用,超导发电机、氢燃料电池、蓄电池均可发电供给分布式排列的多个电动机,通过混合动力系统控制器和电机控制器合理分配、调度和优化各部件参数满足大功率航空电推进的电力提取需求; 所述液氢储罐通过自身增压系统向超导发电机供给冷却工质液氢,液氢完成超导发电机、线缆导管和功率转换单元冷却后汽化成气氢,气氢通过加热器升温至环境温度后流向氢燃料电池的阳极,同阴极空气发生化学反应产生电能,从而实现机载超导发电机冷却和氢能源的重复利用; 所述混合动力系统控制器通过能量管理策略动态调配航空发动机-超导发电机、蓄电池和氢燃料电池的输出功率,根据系统实时需求功率和部件主要参数采用基于功率跟踪控制的能量管理算法完成航空发动机和蓄电池工作模式的切换,实现不同飞行任务下最小化燃料消耗、污染物排放和最大化能量转换效率; 所述航空发动机-超导发电机、氢燃料电池和蓄电池均可发电供给电动机,电机控制器根据实时推进需求动态控制分布式排列的多个小功率的所述电动机,混合动力系统控制器通过CAN总线和飞机集成控制器完成多种能量源、动力源的合理分配,满足飞机不同飞行姿态和任务下的电力需求; 所述混合动力系统控制器的工作过程包括: 计算得到混合动力系统总需求功率Preq,获取系统主要动力源和能量源运行参数,航空发动机输出功率Peng,蓄电池输出功率Pbat和氢燃料电池输出功率Pfc; 根据系统总需求功率Preq和航空发动机功率上限值Pup_eng、下限值Plow_eng数值关系分为以下情况: 1当PreqPup_eng时,氢燃料电池首先放电,然后判断PreqPup_eng+Pfc,如果成立,则继续判断蓄电池荷电状态SOC荷电状态下限值SOClow,式子成立则控制蓄电池放电,若不成立调整航空发动机工作点,增加航空发动机的输出功率,此时燃油消耗继续增大;如果PreqPup_eng+Pfc式子不成立,则直接适当减小航空发动机输出功率; 2当Plow_engPreqPup_eng时,氢燃料电池首先放电,然后判断Plow_engPreq-PfcPup_eng,若式子成立,则继续判断蓄电池荷电状态SOC荷电状态上限值SOCup,式子成立则将航空发动机产生的多余电能为蓄电池充电,若不成立则使蓄电池放电,同时减小航空发动机输出功率,保证其运行在最佳燃油消耗工作点,减小燃油消耗;如果Plow_engPreq-PfcPup_eng式子不成立,则直接调整航空发动机工作点; 3当PreqPlow_eng时,系统需求功率较小,控制氢燃料电池首先放电,然后判断SOCSOClow,若式子成立,则控制蓄电池放电,同时航空发动机控制单元关闭航空发动机,蓄电池和氢燃料电池产生的功率可满足需求功率;若式子不成立,则航空发动机继续工作,并将多余的电能为蓄电池充电,实现蓄电池荷电状态SOC充放电平衡; 混合动力系统控制器重复上述流程直至覆盖飞行任务时间内所有采样点,通过基于功率跟踪控制的能量管理策略实时调配航空发动机、蓄电池和氢燃料电池输出功率。
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