Classificação de sistemas híbridos de hidrogênio para UAVs

1. O princípio do sistema de energia híbrido de hidrogênio

O sistema híbrido de hidrogênio UAV geralmente usa hidrogênio como principal fonte de energia, combinado com outras fontes de energia (como baterias), e converte a energia química do hidrogênio em energia elétrica ou mecânica por meio de reações químicas para alimentar o vôo do drone.

O hidrogênio pode sofrer uma reação eletroquímica em uma célula de combustível para produzir energia elétrica, que aciona diretamente o funcionamento do motor; Também pode ser queimado para produzir gases de alta temperatura e alta pressão para acionar turbinas ou motores de pistão e, ao mesmo tempo, recuperar o calor residual para outros sistemas, a fim de melhorar a eficiência energética.

A bateria auxilia o sistema fornecendo energia adicional durante a partida, aceleração, cargas elevadas, etc., ou quando a saída da célula de combustível é insuficiente, e pode recuperar energia de frenagem para armazenamento.

2.Classificação de sistemas de energia híbridos de hidrogênio

(1) Sistema híbrido de célula de combustível de hidrogênio

Membrana de troca de prótons a célula de combustível (PEMFC) é o principal dispositivo de geração de energia, que apresenta as vantagens de alta eficiência de conversão de energia, emissão zero e baixo ruído. Baterias (por exemplo, baterias de lítio) são usadas como fontes auxiliares de energia e as duas são conectadas ao sistema de acionamento elétrico do drone por meio de um conversor de energia.

Durante o vôo, a célula de combustível fornece uma energia base estável, e a bateria de lítio fornece energia adicional quando a demanda instantânea de energia é alta, e a energia é recuperada e armazenada sob condições de baixa eficiência da célula de combustível (como cargas baixas), otimizando a eficiência e desempenho de todo o sistema.

Atualmente, a maioria dos drones híbridos de hidrogênio usa sistemas híbridos de célula de combustível de hidrogênio e bateria.

(2) Sistema híbrido motor de combustão interna e bateria de hidrogênio

O motor de combustão interna de hidrogênio é usado como fonte de energia, e a energia gerada pela combustão do hidrogênio no cilindro é usada para fazer o drone voar. Os motores de combustão interna a hidrogênio têm características de tecnologia madura e alta densidade de potência, mas suas emissões e eficiência térmica são inferiores às das células a combustível de hidrogênio.

Neste sistema, a bateria é usada principalmente para melhorar o desempenho de partida do motor de combustão interna, conseguir um rápido ajuste de potência e recuperar a energia de frenagem, reduzir o desperdício de energia e reduzir o consumo de combustível e as emissões do motor de combustão interna a hidrogênio sob algumas condições de trabalho. e melhorar a economia geral e a proteção ambiental.

Como o sistema híbrido motor-bateria de combustão interna de hidrogênio precisa queimar hidrogênio no cilindro para gerar energia, ele geralmente é usado em aeronaves relativamente grandes.

A primeira aeronave de aviação geral autodesenvolvida da China movida a motor de combustão interna de hidrogênio está equipada com um motor de combustão interna de hidrogênio com injeção direta superalimentado de emissão zero 2.0L, usando armazenamento de hidrogênio gasoso de alta pressão, peso de armazenamento de hidrogênio de 4,5 kg, motor de combustão interna de hidrogênio eficiência térmica máxima de mais de 43%, eficiência térmica abrangente de mais de 40%.

(3)Sistema híbrido de célula de combustível de hidrogênio-bateria solar

Além de células de combustível e baterias, também foram introduzidos painéis solares.

Os painéis solares convertem a energia solar em eletricidade durante o dia, quando há luz suficiente para reabastecer o voo do drone ou para recarregar a bateria.

A célula de combustível é o principal dispositivo de fornecimento contínuo de energia, e a bateria desempenha um papel no equilíbrio da energia, no armazenamento de energia e na garantia do funcionamento do drone à noite ou quando a luz é insuficiente.