【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及混合動力與長航時無人機，具體為一種高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統。
技術介紹
1、各種類型的無人機已廣泛應用于路線巡檢、農業機械化等多個領域。然而，無人機在飛行過程中，需要消耗大量的能量，特別是在執行高難度動作時，需要更多的能量支持。無人機在面對復雜工況時，需要進行高難度動作，如快速爬升、俯沖、懸停等，這些動作需要動力系統具有較高的功率密度，能夠在瞬間為無人機提供所需的功率；而在長時間巡航時，又需要較高的能量密度。目前的動力源雖包括內燃機、燃料電池、電池、太陽能電池和超級電容等多種類型，但它們尚未同時兼顧高能量密度和高功率密度。因此，解決單一動力源無人機的動力問題對于未來無人機的發展至關重要。混合動力系統無人機是一種可行的解決方案。
技術實現思路
1、本專利技術為了解決上述提到的現有無人機動力源未同時兼顧高能量密度和高功率密度的問題，特此提出了一種高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統。本專利技術采用了更為靈活的固體水解制氫方式，燃料電池與鋰電池經過能量管理系統協同工作，實現無人機長航時的運行。
2、本專利技術提出了一種高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，其具體包括固體水解反應器、質子交換膜燃料電池、氣液分離器一、循環氣泵、氣液分離器二、循環水泵、鋰電池、燃料電池輸出模塊、電源管理模塊和無人機負載，固體水解反應器出口端和質子交換膜燃料電池的陽極進口連通；質子交換膜燃料電池的陽極出口和氣液分離器一連通；氣液分離
3、更進一步地，所述質子交換膜燃料電池的陰極進口處設置有空壓機。
4、更進一步地，所述質子交換膜燃料電池的陽極出口和氣液分離器一之間設置有出口閥。
5、更進一步地，所述質子交換膜燃料電池的陽極進口處設置有進口閥。
6、更進一步地，所述循環水泵和固體水解反應器之間設置有儲水箱。
7、更進一步地，所述固體水解反應器上設置有壓力傳感器和溫度傳感器。
8、更進一步地，還包括能量管理系統，能量管理系統分別和固體水解反應器、質子交換膜燃料電池、鋰電池、燃料電池輸出模塊、電源管理模塊以及無人機負載連接。
9、更進一步地，還包括燃料箱，燃料箱和固體水解反應器連通。
10、更進一步地，所述燃料箱中裝有鋁、氫化鎂、氫化鈣或硼氫化鈉。
11、本專利技術所述的一種高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統的有益效果為：
12、(1)本專利技術所述的一種高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，克服了現有無人機動力源未同時兼顧高能量密度和高功率密度的問題，在無人機動力系統中，質子交換膜燃料電池因其高能量密度、低排放和長壽命等優點而被廣泛應用。通過固體水解制氫技術提供的氫氣，燃料電池能夠持續為無人機提供電能，滿足其長時間飛行的需求；鋰電池作為無人機動力系統中的輔助電源，具有快速充放電、高能量密度和長循環壽命等特點。在無人機需要高功率輸出或快速啟動等場景中，鋰電池能夠迅速響應并提供所需的能量。能量管理系統能夠高效地整合并管理燃料電池和鋰電池的供電，實現兩種電源的智能切換和協同工作。這一系統能夠實時監測無人機的能源使用情況，包括電池電量、燃料消耗、功率需求等關鍵參數，并根據飛行任務的實際需求進行智能調整。當無人機需要高功率輸出時，燃料電池可以穩定供電；而當無人機需求功率較低時，燃料電池可以為鋰電池充電，實現能源的合理利用；通過集成能量管理系統，無人機能夠實現對燃料電池和鋰電池的協同工作，從而優化能源利用、延長航時并提高飛行效率。
13、(2)本專利技術所述的一種高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，以氫為燃料，氫作為可再生的清潔能源，燃燒熱值高且燃燒產物為水，具有來源豐富、質量輕、儲存與利用方式多樣等優點。目前的儲氫方法常用的為高壓儲氫罐儲氫，最先進的70mpa高壓儲氫罐的質量儲氫密度為10％左右。相比之下,高壓氣態或液態氫存在較大的安全隱患。固體水解制氫技術是一種新型的制氫方法，它利用高活性材料與水反應產生氫氣。這種技術具有制氫效率高、反應速度快、產物純度高等優點。在無人機動力系統中，固體水解制氫技術為燃料電池提供了穩定的氫氣來源，從而實現了無人機上的便攜式制氫。本專利技術采用高活性水解材料制氫，高活性材料水解技術能夠高效地將特定物質轉化為氫氣，這一過程中不僅能量轉換效率高，而且產生的氫氣純度高，非常適合作為燃料電池的燃料。燃料電池利用氫氣與氧氣反應產生電能，這一過程清潔無污染，且能量密度遠高于傳統鋰電池，使得無人機在相同重量下能夠攜帶更多的能量，從而顯著延長了無人機的飛行時間。
14、(3)本專利技術所述的一種高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，采用鋰電池作為輔助電源，與燃料電池共同為無人機供電，形成了一種高效、可靠的供電模式。鋰電池具有快速充放電、高能量密度的特點，能夠在短時間內為無人機提供所需的能量，特別是在無人機需要快速啟動或進行高功率操作時，鋰電池的優勢尤為明顯。而燃料電池則能夠在長時間飛行中保持穩定供電，確保了無人機的持續作戰能力。
15、(4)本專利技術所述的一種高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，固體水解技術與燃料電池的結合還帶來了安全性的提升。傳統的鋰電池在極端條件下可能存在安全隱患，而固體水解技術采用固態反應物，有效降低了安全風險。同時，燃料電池的反應過程穩定，不易發生爆炸或火災等事故，進一步提高了無人機的安全性。
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1.一種高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，其特征在于：包括固體水解反應器(1)、質子交換膜燃料電池(3)、氣液分離器一(5)、循環氣泵(6)、氣液分離器二(8)、循環水泵(9)、鋰電池(12)、燃料電池輸出模塊(13)、電源管理模塊(14)和無人機負載(15)，固體水解反應器(1)出口端和質子交換膜燃料電池(3)的陽極進口連通；質子交換膜燃料電池(3)的陽極出口和氣液分離器一(5)連通；氣液分離器一(5)的氣體出口側經循環氣泵(6)和質子交換膜燃料電池(3)的陽極進口連通；氣液分離器一(5)的液體出口側、循環水泵(9)和固體水解反應器(1)依次連通；質子交換膜燃料電池(3)的陰極出口和氣液分離器二(8)連通；氣液分離器二(8)的氣體出口側和大氣連通，液體出口側和循環水泵(9)連通；
2.根據權利要求1所述的高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，其特征在于：所述質子交換膜燃料電池(3)的陰極進口處設置有空壓機(7)。
3.根據權利要求1所述的高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，其特征在于：所述質子交換膜燃料電池
4.根據權利要求1所述的高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，其特征在于：所述質子交換膜燃料電池(3)的陽極進口處設置有進口閥(2)。
5.根據權利要求1所述的高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，其特征在于：所述循環水泵(9)和固體水解反應器(1)之間設置有儲水箱(10)。
6.根據權利要求1所述的高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，其特征在于：所述固體水解反應器(1)上設置有壓力傳感器(17)和溫度傳感器(18)。
7.根據權利要求1所述的高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，其特征在于：還包括能量管理系統(16)，能量管理系統(16)分別和固體水解反應器(1)、質子交換膜燃料電池(3)、鋰電池(12)、燃料電池輸出模塊(13)、電源管理模塊(14)以及無人機負載(15)連接。
8.根據權利要求1所述的高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，其特征在于：還包括燃料箱(11)，燃料箱(11)和固體水解反應器(1)連通。
9.根據權利要求8所述的高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，其特征在于：所述燃料箱(11)中裝有鋁、氫化鎂、氫化鈣或硼氫化鈉。
...【技術特征摘要】
1.一種高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，其特征在于：包括固體水解反應器(1)、質子交換膜燃料電池(3)、氣液分離器一(5)、循環氣泵(6)、氣液分離器二(8)、循環水泵(9)、鋰電池(12)、燃料電池輸出模塊(13)、電源管理模塊(14)和無人機負載(15)，固體水解反應器(1)出口端和質子交換膜燃料電池(3)的陽極進口連通；質子交換膜燃料電池(3)的陽極出口和氣液分離器一(5)連通；氣液分離器一(5)的氣體出口側經循環氣泵(6)和質子交換膜燃料電池(3)的陽極進口連通；氣液分離器一(5)的液體出口側、循環水泵(9)和固體水解反應器(1)依次連通；質子交換膜燃料電池(3)的陰極出口和氣液分離器二(8)連通；氣液分離器二(8)的氣體出口側和大氣連通，液體出口側和循環水泵(9)連通；
2.根據權利要求1所述的高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，其特征在于：所述質子交換膜燃料電池(3)的陰極進口處設置有空壓機(7)。
3.根據權利要求1所述的高活性材料水解制氫可再生燃料電池無人機混合動力系統，其特征在于：所述質子交換膜燃料電池(3)的陽極出口和氣液分離器一(5)之間設置有出口閥(4)。
4.根據權利要求1所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：秦江，沈軼嶺，陳志超，修心巖，成杰，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：
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