图 2-1 平流层飞艇能源系统示意图

2。2。1 薄膜太阳能电池阵

由于飞艇是在平流层长期飞行，太阳能是可获取的唯一资源，所以作为可以把太阳 能转换为电能的装置：太阳能电池阵，是考量飞艇的整体性能的重要指标。经过五六十 年的发展，光伏电池的研究取得很大的进展，但是从转换效率来说，单晶硅电池最高为 30%。考虑到飞艇部件的质量和飞行过程中受到应力的影响，第二代薄膜太阳能电池是 艇用电池的最佳选择。非晶硅、多晶硅和 CIGS 是薄膜太阳能电池的主要三大类。论文网

目前，非晶硅太阳能电池是太阳能飞艇的首选，由于单块太阳能电池的输出能源量 很少，所以需要在飞艇表面铺设很多块太阳能电池串并联为一个整体，用以维持飞艇的 动力系统正常运行。由于平流层飞艇的需要在平流层维持飞行，按照目前的技术水平只 能采用大型椭球形状的飞艇，而薄膜太阳能电池轻而且可以变形，正好满足需求。考虑 到以上几点原因，薄膜太阳能电池阵是平流层飞艇最明智的选择。

2。2。2 二次电源

二次电源是飞艇的能源贮存设备。目前在研究的储存能源系统包括化学存储电池系 统、再生燃料储能电池系统以及物理储能系统等。

（1）锂离子电池为辅助电源，可以弥补再生燃料电池的局限性。锂离子电池被用 为再生燃料电池的启动电源。在其它能源设备发生故障时，可以作为应急电源，通过能 源管理系统协助供电，是能源存储设备之一。以金属锂为负极材料的一类电池统称为锂 电池。锂电池的分类方法很多，若按电解质分类，可分为有机电解质电池、无机电解质 电池和水溶液电池等。若按电池功能分可分为一次电池和二次电池两大类。一次电池主

要代表有锂·二氧化硫电池、锂·二氧化锰电池、锂·亚硫酸氯电池[7]等。二次电源主

要是锂离子电池，它是在一次电源的基础上发展的一种新型二次电源体系，由于它的正、 负极均采用嵌入式材料作为电极活性物质，充电时锂离子从正极中出来并嵌入到负极中， 而放电时 锂离子从负极中出来并且嵌入到正极中，正、负电极材料本身并不发生氧化

－还原反应。锂离子电池实际上是一个浓度差电池，具有优秀的循环性能，正、负电极 不参与反应，从而不影响电极的寿命，提高了电池的循环寿命。

锂离子电池相比于其他的二次电源具有很高的能量密度。常用的锂离子电池的比能 大多不到 300Wh/kg,而比能相对较高的锂硫电池最高约为 350Wh/kg。锂储能电池是目前 飞艇上常用的电池，但由于锂储能电池对于运行环境要求太高，需要热防护等保护措施， 提高了成本，因此大多用于启动电源和应急电源。

（2）再生氢氧燃料电池（RFC)是氢氧燃料电池的改进版电池，它通过水电解技术 使电能与其逆过程得以循环进行。换言之，可以通过水电解技术使得水产生氢气和氧气， 可以取到充电的作用[7]。再生氢氧燃料电池是平流层飞艇能源系统的重要储能设备。白 天时 ,太阳能电池通过太阳辐射获得能量维持飞艇运行，剩下的能量用来电解水，产生 氢气、氧气，用来作为放电过程时候的原料。在没有日照的情况下，再生氢氧燃料电池 就会进行放电反应，使氢气和氧气进行化学作用，生成水，从而产生电能，维持飞艇的 正常运行。与目前常用的电池相比，被应用于航空航天领域的再生氢氧燃料电池有点很 明显，它具有更高的比功率和比能量、使用中无自放电、并且不受放电深度、电池容量 的限制，是一种极具广阔发展前途的新型储能电池[8]。其中的领头羊是可逆式电池，可 逆式再生氢氧燃料电池可以根据需求选择燃料电池模式和电解模式进行工作，将充电和 放电过程在一个双效电池环境中进行，减轻了电池在飞艇中所占的质量，从而提高飞艇 的系统可靠性[8]。与一体式再生燃料电池相比，分体式再生燃料电池的技术相对简单， 其产品的稳定性较好，设计相关技术、 生产工艺及集成方式相对成熟。美国 NASA 提出 的分体式再生燃料电池的主要指标包括：比能量 ，燃料电池输出功率 ， 电解容器消耗功率小于 [7]。国内有关单位也正在进行该项技术研究。图 2-2 展示 了再生燃料电池的工作原理。文献综述