[发明专利]一种安全高效的长航时无人机氢燃料电池动力装置

说明书

一种安全高效的长航时无人机氢燃料电池动力装置，包括燃料电池堆、氢气供气系统、空气供气系统、氢气回收系统、电力回收系统和燃料电池堆控制器。所述的燃料电池电动自行车动力系统将上述系统和部件采用集成装配，用可编程控制器控制整个燃料电池动力系统的气体(氢气、氧气)供应、氢气回收和燃料电池动力系统功率输出的控制。本发明利用水电解模块分流功率，使无人机在返航的降落段、拉平段、着陆段和滑跑段，氢燃料电池始终保持稳定输出，避免了氢燃料电池功率波动带来的水管理失衡。本发明提供一种简单的安全高效的长航时无人机氢燃料电池动力装置，有效地降低了水管理的难度，提高无人机的安全性和飞行时间。

技术领域

本发明专利涉及一种安全高效的长航时无人机氢燃料电池动力装置，属于燃料电池技术和无人机动力技术领域。

背景技术

无人机是一种由动力驱动的无人驾驶的航空器，在军事侦察、勘测、防火、救灾等多个领域有广泛的应用。目前的中大型无人机多采用以航空煤(汽)油为燃料的内燃机作为动力，但是内燃机噪声巨大、结构复杂、以及有害气体排放等缺点，在环保和维护上大大制约了其在民用领域的应用范围。小微型无人机则多以锂电池为动力，但能量密度过低，无法满足无人机长航时的需求。氢燃料电池则兼具上述内燃机和锂电池的优点，质量能量密度高、效率高、无热信号、无污染等优势，满足各种类型无人机的长航时需求，将成为未来无人机的首选动力。

氢燃料电池在使用过程中，时刻变化的负载增加了电堆内的水管理难度，一旦水失去平衡，氢燃料电池的效率和输出功率将大幅度降低，最终危害无人机和地面人员设备的安全，同时降低氢燃料电池使用寿命，增加运营成本。特别是在无人机返航的降落段、拉平段、着陆段和滑跑段，发动机功率一般为零，常用的做法是控制气阀，降低氢气的供给量，使氢燃料电池保持降低的功率输出。此时若无人机需要复飞或规避障碍，突然增大的负载会使氢燃料电池的水管理失控风险增加；同时气阀的调节存在一定的迟滞，无法及时调整无人机飞行状态。因此，利用氢燃料电池为动力若兼顾安全和高效，则要求无人机在使用过程中的任何阶段，氢燃料电池须保持稳定的负载。

本发明将氢燃料电池模块、供气系统、水电解模块、氢气循环系统、燃料电池堆控制器和电动机整合一体，提供一种安全高效的长航时无人机氢燃料电池动力装置，有效降低了水管理的难度，提高氢燃料电池的使用寿命，延长无人机的飞行时间，提高无人机的安全性。

发明内容

为了提高氢燃料电池作为无人机唯一动力的安全性和高效性,本发明专利提供一种简单的安全高效的长航时无人机(包括固定翼无人机、旋转翼无人机和无人飞艇)氢燃料电池动力装置，关键在于降低氢燃料电池的水管理难度的同时，提高氢气的利用率。

本发明专利通过加入水电解模块用于动态接收电能，达到在氢燃料电池输出稳定的条件下，快速控制流向直流电机的电能。

本发明专利的技术解决方案是：一种安全高效的长航时无人机氢燃料电池动力装置，由供气系统、氢燃料电池模块、水电解模块、氢气回收系统、控制器模块和直流电机组成，控制器模块通过导线将全系统中的用电设备和蓄电池连接，通过CAN总线与氢燃料电池模块相连接；通过管道分别连接供气系统、氢燃料电池模块、水电解模块和氢气回收系统；氢气回收系统通过管道连接氢燃料电池模块的氢气进气端。

在系统启动过程中，控制器模块启动后，分配蓄电池的电能为供气系统供电，氢燃料电池开始产生电能并稳定运行后，控制器为所有用电设备分配电能。在无人机返航的降落段、拉平段、着陆段和滑跑段需要将直流电机的功率降低为0，控制器直接将氢燃料电池的电能切换至水电解器，再控制减压阀降低氢气供气，可保持氢燃料电池的工作参数保持稳定；上述过程中若需复飞或规避障碍物，则利用控制器将电能切回至直流电机，再控制减压阀增加氢气供气，因氢燃料电池的工作参数保持稳定，直流电机的响应迅速。