Класификация на водородни хибридни системи за UAV

1. Принципът на водородната хибридна енергийна система

Водородната хибридна система на UAV обикновено използва водород като основен енергиен източник, комбиниран с други енергийни източници (като батерии) и преобразува химическата енергия на водорода в електрическа или механична енергия чрез химични реакции за захранване на полета на дрона.

Водородът може да претърпи електрохимична реакция в горивна клетка, за да произведе електрическа енергия, която директно задвижва двигателя да работи; Може също така да се изгаря, за да се произвеждат газове с висока температура и високо налягане, за да задвижат турбините или буталните двигатели да работят, и в същото време да възстановят отпадъчната топлина за други системи за подобряване на енергийната ефективност.

Батерията подпомага системата, като осигурява допълнителна мощност по време на стартиране, ускорение, високи натоварвания и т.н., или когато мощността на горивната клетка е недостатъчна, и може да възстанови спирачната енергия за съхранение.

2.Класификация на водородни хибридни енергийни системи

(1) Хибридна система водородна горивна клетка-батерия

Протонообменна мембрана горивната клетка (PEMFC) е основното устройство за генериране на енергия, което има предимствата на висока ефективност на преобразуване на енергия, нулеви емисии и нисък шум. Батериите (напр. литиеви батерии) се използват като спомагателни източници на енергия и двете са свързани към системата за електрическо задвижване на дрона чрез преобразувател на енергия.

По време на полет горивната клетка осигурява стабилна основна мощност, а литиевата батерия осигурява допълнителна мощност, когато моментната нужда от енергия е висока и енергията се възстановява и съхранява при условия на ниска ефективност на горивната клетка (като ниски натоварвания), оптимизирайки ефективността и производителност на цялата система.

В момента повечето от водородните хибридни дронове използват хибридни системи с водородни горивни клетки и батерии.

(2) Хибридна система с водороден двигател с вътрешно горене и батерия

Водородният двигател с вътрешно горене се използва като източник на енергия, а мощността, генерирана от изгарянето на водород в цилиндъра, се използва за задвижване на дрона да лети. Водородните двигатели с вътрешно горене имат характеристиките на зряла технология и висока плътност на мощността, но техните емисии и топлинна ефективност са по-ниски от тези на водородните горивни клетки.

В тази система батерията се използва главно за подобряване на стартовата производителност на двигателя с вътрешно горене, постигане на бързо регулиране на мощността и възстановяване на спирачната енергия, намаляване на загубата на енергия и намаляване на разхода на гориво и емисиите на водородния двигател с вътрешно горене при някои работни условия и подобряване на цялостната икономика и опазване на околната среда.

Тъй като хибридната система с водороден двигател с вътрешно горене и батерия трябва да изгаря водород в цилиндъра, за да генерира енергия, тя обикновено се използва в сравнително големи самолети.

Първият собственоразработен самолет за обща авиация в Китай, задвижван от водороден двигател с вътрешно горене, е оборудван с 2.0L двигател с вътрешно горене с директно впръскване на водород с компресор и нулеви емисии, използващ съхранение на газообразен водород под високо налягане, тегло на съхранение на водород от 4,5 kg, водороден двигател с вътрешно горене максимална топлинна ефективност от повече от 43%, пълна топлинна ефективност от повече от 40%.

(3) Хибридна система с водородна горивна клетка-слънчева батерия

В допълнение към горивните клетки и батериите са въведени и слънчеви панели.

Слънчевите панели преобразуват слънчевата енергия в електричество през деня, когато има достатъчно светлина за попълване на полета на дрона или за презареждане на батерията.

Горивната клетка е основното устройство за непрекъснато захранване с енергия, а батерията играе роля в балансирането на мощността, съхраняването на енергия и осигуряването на работата на дрона през нощта или когато светлината е недостатъчна.