[发明专利]一种用于水下潜航器的空气进气型燃料电池混合动力系统

说明书

本发明提出了一种用于水下潜航器的空气进气型燃料电池混合动力系统，属于燃料电池领域。高压氢气瓶和高压氧气瓶设置在潜航器主体仓的外侧，燃料电池阳极入口与高压氢气瓶连通，高压氧气瓶与潜航器主体仓内部相连通，燃料电池的阴极入口与潜航器主体仓内部相连通，燃料电池电力输出端通过DCDC转换器与能量管理模块输入端相连，锂电池输出端与能量管理模块输入端相连，能量管理模块用于向外输出电能，尾气处理组件与燃料电池的出口连通，尾气处理组件设置在潜航器主体仓内用于处理燃料电池尾气。能够解决水下燃料电池在反应过程中空气不足的问题。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，特别是涉及一种用于水下潜航器的空气进气型燃料电池混合动力系统。

背景技术

目前水下潜航器航程普遍在百公里量级，需要母船搭载至任务区域，无法实现自主出港执行远海任务，其航程受阻力、推进和能源三个方面影响，而能源系统起到了决定性作用，水下潜航器能源形式主要包括一次电池、二次电池和燃料电池等；一次电池主要包括碱性电池和锂电池，其中碱性电池结构简单、安全、成本低，缺点是能量密度低，目前已经基本弃用；一次锂电池是当前比较合适的选择，能量密度可突破300Wh/kg，天津大学“海燕”系列水下滑翔机采用锂-亚硫酰氯一次电池，二次锂电池能够多次充放电，反复使用，其中铅酸电池、镉、镍电池是最早应用的二次电池，缺点是能量密度低；镍氢电池曾用于HUGIN3000UUV的备用电池，银锌电池的比能量相对较高、安全性好，缺点是成本高、循环次数少，“蛟龙号”载人潜水器采用银锌电池；锂离子电池的能量密度和循环次数较其他二次电池具有综合优势，能量密度能够接近或达到200Wh/kg，是目前使用最广泛的能源形式，Bluefin、Remus系列UUV均采用二次锂电池；

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转变成电能的发电装置，燃料电池的能量转换效率较高，结合高比能量的氢氧燃料，即使考虑辅助设备如储罐、泵阀等，其比能量仍高于锂电池，可有效满足无人潜航器的未来发展要求，因此，燃料电池潜航器是水下动力的理想动力装置之一；

目前成熟的燃料燃料电池均为氢气和空气的进气条件，而潜航器的水下环境中空气稀缺，氢氧燃料电池是较为理想的应用方案，但是氢氧燃料电池对于膜、水管理等技术要求很高，必须进行定向研发，成本较高，且燃料电池尾气中含有微量的氢气残余，对于长航时潜航器来说存在较大的安全隐患，也难以直接应用于水下潜航器，因此需要综合解决氢空气燃料电池的进气、排气以及热管理等问题，实现长航时氢燃料电池潜航器。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于水下潜航器的空气进气型燃料电池混合动力系统,以解决水下燃料电池在反应过程中空气不足的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于水下潜航器的空气进气型燃料电池混合动力系统，包括燃料电池、高压氢气瓶、高压氧气瓶、DCDC转换器、能量管理模块、锂电池、潜航器主体仓和尾气处理组件，燃料电池、DCDC转换器、能量管理模块和锂电池设置在潜航器主体仓内，高压氢气瓶和高压氧气瓶设置在潜航器主体仓的外侧，燃料电池阳极入口与高压氢气瓶连通，高压氧气瓶与潜航器主体仓内部相连通，燃料电池的阴极入口与潜航器主体仓内部相连通，燃料电池电力输出端通过DCDC转换器与能量管理模块输入端相连，锂电池输出端与能量管理模块输入端相连，能量管理模块用于向外输出电能，尾气处理组件与燃料电池的出口连通，尾气处理组件设置在潜航器主体仓内用于处理燃料电池尾气。

更进一步的，所述高压氧气瓶向潜航器主体仓内输入纯氧的释放速率等于其消耗速率。

更进一步的，所述潜航器主体仓内还设置有鼓风机，所述燃料电池阴极入口与鼓风机相连。

更进一步的，所述能量管理模块的输出端连接有用于驱动潜航器的负载。

更进一步的，所述燃料电池和锂电池同时给负载供电。