Klassifizierung von Wasserstoff-Hybridsystemen für UAVs

1. Das Prinzip des Wasserstoff-Hybrid-Stromversorgungssystems

Das UAV-Wasserstoffhybridsystem nutzt normalerweise Wasserstoff als Hauptenergiequelle in Kombination mit anderen Energiequellen (z. B. Batterien) und wandelt die chemische Energie von Wasserstoff durch chemische Reaktionen in elektrische oder mechanische Energie um, um den Flug der Drohne anzutreiben.

Wasserstoff kann in einer Brennstoffzelle eine elektrochemische Reaktion eingehen, um elektrische Energie zu erzeugen, die den Motor direkt zum Betrieb bringt; Es kann auch verbrannt werden, um Gase mit hoher Temperatur und hohem Druck zu erzeugen, die Turbinen oder Kolbenmotoren zum Laufen bringen und gleichzeitig Abwärme für andere Systeme zurückgewinnen, um die Energieeffizienz zu verbessern.

Die Batterie unterstützt das System, indem sie beim Anfahren, Beschleunigen, bei hohen Lasten usw. oder wenn die Brennstoffzellenleistung nicht ausreicht, zusätzliche Energie bereitstellt und Bremsenergie zur Speicherung zurückgewinnen kann.

2.Klassifizierung von Wasserstoff-Hybrid-Stromversorgungssystemen

(1) Wasserstoff-Brennstoffzellen-Batterie-Hybridsystem

Protonenaustauschmembran Die Brennstoffzelle (PEMFC) ist das wichtigste Stromerzeugungsgerät und bietet die Vorteile einer hohen Energieumwandlungseffizienz, Nullemission und geringem Lärm. Als Hilfsenergiequellen dienen Batterien (z. B. Lithiumbatterien), die über einen Stromwandler mit dem elektrischen Antriebssystem der Drohne verbunden werden.

Während des Fluges liefert die Brennstoffzelle eine stabile Basisleistung, und die Lithiumbatterie liefert zusätzliche Leistung, wenn der momentane Leistungsbedarf hoch ist. Die Energie wird unter Bedingungen mit geringer Brennstoffzelleneffizienz (z. B. geringer Last) zurückgewonnen und gespeichert, wodurch die Effizienz optimiert wird und Leistung des gesamten Systems.

Derzeit nutzen die meisten Drohnen Wasserstoff-Hybride Wasserstoff-Brennstoffzellen-Batterie-Hybridsysteme.

(2) Wasserstoff-Verbrennungsmotor-Batterie-Hybridsystem

Als Energiequelle dient der Wasserstoff-Verbrennungsmotor, und die durch die Verbrennung von Wasserstoff im Zylinder erzeugte Energie wird genutzt, um die Drohne zum Fliegen anzutreiben. Wasserstoff-Verbrennungsmotoren weisen die Merkmale einer ausgereiften Technologie und einer hohen Leistungsdichte auf, ihre Emissionen und ihr thermischer Wirkungsgrad sind jedoch geringer als die von Wasserstoff-Brennstoffzellen.

In diesem System wird die Batterie hauptsächlich dazu verwendet, die Startleistung des Verbrennungsmotors zu verbessern, eine schnelle Leistungsanpassung zu erreichen und Bremsenergie zurückzugewinnen, Energieverschwendung zu reduzieren und den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen des Wasserstoff-Verbrennungsmotors unter bestimmten Arbeitsbedingungen zu reduzieren und die Gesamtwirtschaft und den Umweltschutz verbessern.

Da das Wasserstoff-Verbrennungsmotor-Batterie-Hybridsystem zur Stromerzeugung Wasserstoff im Zylinder verbrennen muss, wird es im Allgemeinen in relativ großen Flugzeugen eingesetzt.

Chinas erstes selbst entwickeltes Flugzeug der allgemeinen Luftfahrt mit Wasserstoff-Verbrennungsmotor ist mit einem emissionsfreien, aufgeladenen 2,0-Liter-Wasserstoff-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung ausgestattet, der gasförmigen Wasserstoff unter hohem Druck speichert und ein Wasserstoffspeichergewicht von 4,5 kg sowie einen Wasserstoff-Verbrennungsmotor aufweist Maximaler thermischer Wirkungsgrad von mehr als 43 %, umfassender thermischer Wirkungsgrad von mehr als 40 %.

(3) Wasserstoff-Brennstoffzelle-Solar-Batterie-Hybridsystem

Neben Brennstoffzellen und Batterien wurden auch Solarmodule eingeführt.

Sonnenkollektoren wandeln tagsüber Sonnenenergie in Strom um, wenn genügend Licht vorhanden ist, um den Flug der Drohne aufzufrischen oder den Akku aufzuladen.

Die Brennstoffzelle ist das wichtigste Gerät zur kontinuierlichen Energieversorgung, und die Batterie spielt eine Rolle beim Energieausgleich, der Energiespeicherung und der Sicherstellung des Betriebs der Drohne bei Nacht oder bei unzureichendem Licht.