一种无人机氢燃料电池系统、控制方法及无人机技术方案

本发明专利技术公开了一种无人机氢燃料电池系统、控制方法及无人机，属于无人机燃料电池技术领域。包括控制单元、供氢单元、燃料电池单元和电源管理单元；控制单元分别与供氢单元、燃料电池单元和电源管理单元通信连接，供氢单元与燃料电池单元连通，燃料电池单元与电源管理单元电连接，电源管理单元用于为无人机提供电能；供氢单元包括储料罐、反应器和净化冷却器，储料罐用于存储固态或液态制氢反应物，储料罐与反应器连通，反应器与净化冷却器连通，净化冷却器与燃料电池单元的进气口连通。具有稳定释放氢气、制氢速率可控、即时供氢和能量密度高的特点，解决了传统燃料电池运输难、充气难、灵活性差的问题。活性差的问题。活性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机氢燃料电池系统、控制方法及无人机


[0001]本专利技术涉及无人机燃料电池
，尤其涉及一种无人机氢燃料电池系统及控制方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]无人驾驶飞机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)简称无人机，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。目前，国内外无人机种类多，使用范围广、发展速度快，使用者除关注飞机本身尺寸、飞行高度和速度，更致力于轻量化、续航时间等参数。
[0004]在当今全球能源、资源紧缺，提倡低碳经济的背景下，以创新技术和创新机制达到真正低能耗、低污染与低排放目的迫在眉睫。因此，以利用氢能为代表的清洁能源代替传统油耗系统，是目前无人机动力系统最重要的发展方向之一。
[0005]燃料电池是利用氢气与氧气反应，将化学能转化成电能的清洁动力系统，反应物氢气能量密度高，生成物为水，无任何污染，能够保证无人机飞行性能。目前研究的无人机用燃料电池氢气来源主要来自于高压氢瓶，但是高压氢瓶一般需要充气到35MPa，其质量存储效率一般不高于5％，存在运输难、充气难、灵活性差等问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术实施例的目的是提供一种无人机氢燃料电池系统、控制方法及无人机，采用固态储氢方式，优化氢燃料电池系统，增加应用氢燃料电池系统的无人机续航时间，提高其性能。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种无人机氢燃料电池系统；
[0008]一种无人机氢燃料电池系统，包括控制单元、供氢单元、燃料电池单元和电源管理单元；
[0009]所述控制单元分别与所述供氢单元、所述燃料电池单元和所述电源管理单元通信连接，所述供氢单元与所述燃料电池单元连通，所述燃料电池单元与所述电源管理单元电连接，所述电源管理单元用于为无人机提供电能；
[0010]其中，所述供氢单元包括储料罐、反应器和净化冷却器，所述储料罐用于存储固态或液态制氢反应物，所述储料罐与所述反应器连通，所述反应器与所述净化冷却器连通，所述净化冷却器与所述燃料电池单元的进气口连通。
[0011]进一步的，所述燃料电池单元包括燃料电池电堆、排气阀和风扇；燃料电池电堆通过进气口与净化冷却器连通，风扇用于为氧气流入燃料电池电堆和热量流出燃料电池电堆提供动力，排气阀用于将未反应的氢气和部分生成的水排出燃料电池电堆。
[0012]进一步的，所述电源管理单元包括DC/DC转换器和锂电池，所述燃料电池单元与所述DC/DC转换器电连接，所述燃料电池单元通过所述DC/DC转换器为无人机供电；所述锂电
池用于为无人机供电。
[0013]进一步的，所述反应器内设置有压力传感器、第一温度传感器和第一液位传感器，所述储料罐内设置有第二液位传感器，所述燃料电池单元内设置有电压采集器、电流采集器和第二温度传感器；所述储料罐与所述反应器之间设置有计量泵，所述净化冷却器与所述燃料电池单元之间设置有进气阀，所述燃料电池单元内设置有风扇和排气阀；
[0014]所述压力传感器、所述第一温度传感器、所述第一液位传感器、所述第二液位传感器、所述电压采集器、所述电流采集器和所述第二温度传感器分别与所述控制单元通信连接，所述控制单元分别与所述计量泵、所述进气阀、所述风扇和所述排气阀通信连接。
[0015]优选的，还包括无人机报警器，所述控制单元与所述无人机报警器通信连接。
[0016]进一步的，所述制氢反应物为硼氢化钠水溶液与固态催化剂混合物、水和固态硼氢化钠以及催化剂混合物或催化剂溶液与固态硼氢化钠混合物。
[0017]进一步的，所述净化冷却器与所述燃料电池单元之间设置有储氢缓冲罐。
[0018]第二方面，本专利技术提供了一种无人机氢燃料电池系统控制方法；
[0019]一种无人机氢燃料电池系统控制方法，包括：
[0020]获取供氢单元内的液位信息、温度信息和压力信息，根据液位信息、温度信息和压力信息，发出控制信号至供氢单元以控制供氢单元的工作状态，以产生氢气；
[0021]获取无人机运行状态、燃料电池单元的电流信息、电压信息和温度信息，根据无人机运行状态、燃料电池单元的电流信息、电压信息和温度信息，发送信号至燃料电池单元，以使燃料电池单元获取氢气反应生成电能；
[0022]根据燃料电池单元的电流信息和电压信息，计算燃料电池单元的功率；获电源管理单元的电压和电流，将燃料电池单元的功率与系统功率比较，当电源管理单元的电压大于预设电压阈值且电流小于预设电流阈值时，若燃料电池单元的功率小于系统功率，则控制电源管理单元和燃料电池单元为无人机系统供电；若燃料电池单元的功率大于系统功率，则控制燃料电池单元为电源管理单元中的锂电池和无人机系统供电。
[0023]进一步的，根据无人机状态控制燃料电池单元的进气流量、排气阀开启间隔、排气阀开始时间和风扇转速。
[0024]第三方面，本专利技术提供了一种无人机；
[0025]一种无人机，包括上述无人机氢燃料电池系统。
[0026]本专利技术提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0027]1、本专利技术提供的技术方案，采用化学储氢作为无人机的供氢系统，具有稳定释放氢气、制氢速率可控、即时供氢、能量密度高等特点；补给简单、续航时间长、安全系数高，与传统高压气瓶相比，避免了运输难、充气难、灵活性差等问题。
[0028]2、本专利技术提供的技术方案，无需气罐、无需高压、无需高压氢气源，能够有效耦合制氢系统、燃料电池系统、电源系统及无人机系统，满足无人机多场景的应用需求，如氢源不丰富及不方便加氢的场景。
附图说明
[0029]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0030]图1是本专利技术实施例提供的系统架构示意图；
[0031]图2是本专利技术实施例提供的信息采集示意图；
[0032]图3是本专利技术实施例提供的控制连接示意图；
[0033]为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。
具体实施方式
[0034]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0035]实施例一
[0036]结合图1
‑
图3，本实施例提出了一种无人机氢燃料电池系统，该无人机氢燃料电池系统包括控制单元、供氢单元、燃料电池单元和电源管理单元，控制单元分别与供氢单元、燃料电池单元和电源管理单元通信连接，以发出控制信号控制供氢单元、燃料电池单元和电源管理单元的工作状态；供氢单元与燃料电池单元连通，供氢单元内部反应产生氢气传输至燃料电池单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机氢燃料电池系统，其特征在于，包括控制单元、供氢单元、燃料电池单元和电源管理单元；所述控制单元分别与所述供氢单元、所述燃料电池单元和所述电源管理单元通信连接，所述供氢单元与所述燃料电池单元连通，所述燃料电池单元与所述电源管理单元电连接，所述电源管理单元用于为无人机提供电能；其中，所述供氢单元包括储料罐、反应器和净化冷却器，所述储料罐用于存储固态或液态制氢反应物，所述储料罐与所述反应器连通，所述反应器与所述净化冷却器连通，所述净化冷却器与所述燃料电池单元的进气口连通。2.如权利要求1所述的无人机氢燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池单元包括燃料电池电堆、排气阀和风扇；燃料电池电堆通过进气口与净化冷却器连通，风扇用于为氧气流入燃料电池电堆和热量流出燃料电池电堆提供动力，排气阀用于将未反应的氢气和部分生成的水排出燃料电池电堆。3.如权利要求1所述的无人机氢燃料电池系统，其特征在于，所述电源管理单元包括DC/DC转换器和锂电池，所述燃料电池单元与所述DC/DC转换器电连接，所述燃料电池单元通过所述DC/DC转换器为无人机供电；所述锂电池用于为无人机供电。4.如权利要求1所述的无人机氢燃料电池系统，其特征在于，所述反应器内设置有压力传感器、第一温度传感器和第一液位传感器，所述储料罐内设置有第二液位传感器，所述燃料电池单元内设置有电压采集器、电流采集器和第二温度传感器；所述储料罐与所述反应器之间设置有计量泵，所述净化冷却器与所述燃料电池单元之间设置有进气阀，所述燃料电池单元内设置有风扇和排气阀；所述压力传感器、所述第一温度传感器、所述第一液位传感器、所述第二液位传感器、所述电压采集器、所述电流采集器和所述第二温度传感器分别与所述控制单元通信连接，所述控制单元分别与...

【专利技术属性】
技术研发人员：石文荣，郭振，冯海，夏中峰，刘阳，张丽，庞宇星，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：