CN108461778A - 用于无人机的燃料电池 - Google Patents
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Abstract
一种用于无人机的燃料电池，包括：至少一电堆、至少一电联接装置、至少一通风装置以及至少一监控装置，其中所述通风装置提供气流流通，所述电堆将燃料的化学能转化为电能，所述电联接装置输送所述电堆所产生的电能，从而所述燃料电池为所述无人机提供电能，所述监控装置监控所述燃料电池的工作状态。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，特别地涉及一种用于无人机的燃料电池。
背景技术
燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。常用的是氢-氧燃料电池。氢-氧燃料电池反应原理这个反应是电解水的逆过程。电极应为：负极：H2+2OH-→2H2O+2e-；正极：1/2O2+H2O+2e-→2OH-；电池反应：H2+1/2O2＝＝H2O。
另外，只有燃料电池本体还不能工作，必须有一套相应的辅助系统，包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。
燃料电池通常由形成离子导电体的电解质板和其两侧配置的燃料极(阳极)和空气极(阴极)、及两侧气体流路构成，气体流路的作用是使燃料气体和空气(氧化剂气体)能在流路中通过。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，能够将燃料的化学能转化为电能，从而为无人机提供电能。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，所述燃料电池包括至少一监控装置，所述监控装置能够监控所述燃料电池的工作状态，具有遥测、遥信以及遥控功能。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，能够将所述燃料电池的各参数维持在能够正常工作的设定范围内而无需人工进行干预。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，所述燃料电池包括至少一空气处理单元，所述空气处理单元对所述燃料电池所需的空气进行计量、调节、加压及其他处理。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，提供冷却和散热功能以保持燃料电池内部处于正常温度范围，必要时还可以回收余热以及在启动过程中加热系统中的相关部件。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，对所述燃料电池在将燃料的化学能转化为电能的过程中所需水或所产生的水进行管理。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，能够用于储存电能、启动所述燃料电池进行能量的转换、补充所述燃料电池向内部或外部负载供电。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，使所述燃料电池的至少一电堆和至少一辅助储能装置产生的电能与指定的用电需求相匹配。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，在无人机和地面控制系统失去通信联系的情况下，燃料电池发电系统应仍然能够继续为无人机提供电力。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，在无人机在飞行过程中遇到电磁干扰时，避免影响到所述燃料电池的正常工作。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，避免所述燃料电池的安装和工作时尖利的边角对自身的损伤，也能够避免可能造成的人身伤害。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，能够避免振动频率较高造成燃料泄漏量超过正常范围带来的安全隐患。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，保护所述燃料电池的部件的单一故障不会升级为危险情况，且通过所述监控装置的监控的参数自动判断故障情况或者将监控的参数数据被发送至远程控制终端后根据指令操作进行安全保护操作。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，在发生故障的时候，通过声、光以及电信号等形式向所述监控装置以及远程控制终端发出示警信号。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，能够自动根据示警不同原因进行故障处理，保证所述燃料电池的正常工作。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，保证在通讯信号能够正常传输的情况下，燃料电池自身或通过无人机的通信系统应该能够和地面控制系统进行正常通信。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，能够向远程控制终端发出示警信息以及示警原因，通过远程控制终端的人工判断故障类型进行远程控制处理等
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池，对所述燃料电池的所处环境进行降噪处理。
为了实现上述至少一个发明目的，本发明提供了一种用于无人机的燃料电池，包括：至少一电堆；至少一供风装置以及至少一监控装置，其中所述供风装置提供气流流通，所述电堆将燃料的化学能转化为电能；从而所述燃料电池为所述无人机提供电能，所述监控装置监控所述燃料电池的工作状态。
在一些实施例中，所述燃料电池还包括至少一燃料储存及供应装置，所述燃料储存及供应装置通过至少一燃料供应口为所述燃料电池提供燃料，所述燃料储存及供应装置的所述燃料供应口被设置于所述燃料电池的至少一进风口。
在一些实施例中，进一步包括至少一传感器单元，所述监控装置通过所述传感器单元的各传感器的数据监控所述燃料电池的工作状态。
在一些实施例中，进一步包括至少一控制单元，所述控制单元接收所述传感器单元的各传感器检测的所述燃料电池的参数，能够将所述燃料电池的各参数维持在能够正常工作的设定范围内而无需人工进行干预。
在一些实施例中，所述控制单元进一步包括相互连接的至少一执行器、至少一阀门、至少一燃料供应开关以及至少一逻辑元件。
在一些实施例中，进一步包括至少一安全保护装置，所述安全保护装置保护所述燃料电池的部件的单一故障不会升级为危险情况，且通过所述监控装置的监控的参数自动判断故障情况或者将监控的参数数据被发送至远程控制终端后根据指令操作进行安全保护操作。
在一些实施例中，所述安全保护装置还包括至少一机械联锁防护装置、至少一脱扣装置、至少一电气保护连锁装置以及至少一示警模块，所述机械联锁防护装置采用机械式的联锁防护结构对所述燃料电池进行保护，所述电气保护连锁装置在所述燃料电池的电路发生故障时进行电路的保护性联锁，所述示警模块在发生故障的时候通过声、光以及电信号等形式向所述监控装置或者远程控制终端发出示警信号。
在一些实施例中，进一步包括至少一空气处理装置，所述空气处理单元对所述燃料电池所需的空气进行计量并且根据所述监控装置的监控情况对所述燃料电池所需的空气进行流量的调节处理以及空气压强的调节处理。
在一些实施例中，进一步包括至少一热管理装置，根据所述热管理装置提供冷却和散热功能以保持燃料电池内部处于正常温度范围。
在一些实施例中，进一步包括至少一水管理装置，所述水管理装置对所述燃料电池在将燃料的化学能转化为电能的过程中所需水或所产生的水进行管理。
在一些实施例中，进一步包括至少一辅助储能装置，辅助储能装置用于储存电能、启动所述燃料电池进行能量的转换、补充所述燃料电池向内部或外部负载供电。
在一些实施例中，进一步包括至少一电力调节装置，所述电力调节装置使所述电堆和所述辅助储能装置产生的电能与预设的用电需求相匹配。
在一些实施例中，进一步包括至少一降噪装置，所述传感器单元还包括至少一噪音传感器，所述降噪装置根据所述监控装置的监控数据以及所述噪音传感器的参数数据对所述燃料电池的所处环境进行降噪处理，所述降噪装置将所述燃料电池的所处环境噪音控制在低于75dB的范围。
在一些实施例中，所述燃料电池的预设功率过载率为150％。
在一些实施例中，所述燃料电池的启动时间为小于60s。
在一些实施例中，当环境温度大于0℃时，所述燃料电池达到额定功率的时间为小于1min。
在一些实施例中，当环境温度介于-5℃～0℃时，所述燃料电池达到额定功率的时间为小于5min。
在一些实施例中，在所述燃料电池额定输出功率下，其电效率为大于40％。
在一些实施例中，所述燃料电池的关机时间为小于2min。
在一些实施例中，所述燃料电池的启动通过手动按钮进行手动启动、远程遥控器进行遥控启动或者自动启动方式。
在一些实施例中，所述燃料电池的燃料浓度为小于50％LFL。
在一些实施例中，燃料经过所述电堆之后的燃料浓度大于50％LFL的连续时间为小于5s。
在一些实施例中，所述燃料电池使用氢气作为燃料时，氢气泄漏量小于额定功率下氢气反应量的0.5％。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的一种用于无人机的燃料电池的立体示意图。
图2是根据本发明的上述实施例的用于无人机的燃料电池的立体示意图。
图3是根据本发明的上述实施例的用于无人机的燃料电池的立体示意图。
图4是根据本发明的上述实施例的用于无人机的燃料电池的立体示意图。
图5是根据本发明的上述优选实施例的用于无人机的燃料电池的框图示意图。
图6是根据本发明的上述优选实施例的用于无人机的燃料电池的另一变形实施方式的立体示意图。
图7是根据本发明的上述优选实施例的用于无人机的燃料电池的另一变形实施方式的立体示意图。
图8是根据本发明的上述优选实施例的用于无人机的燃料电池的另一变形实施方式的立体示意图。
图9是根据本发明的上述优选实施例的用于无人机的燃料电池的另一变形实施方式的立体示意图。
图10是根据本发明的上述优选实施例的用于无人机的燃料电池的另一变形实施方式的立体示意图。
图11是根据本发明的上述优选实施例的用于无人机的燃料电池的另一变形实施方式的立体示意图。
图12是根据本发明的上述优选实施例的用于无人机的燃料电池的另一变形实施方式的立体示意图。
图13是根据本发明的上述优选实施例的用于无人机的燃料电池的另一变形实施方式的立体示意图。
图14是根据本发明的上述优选实施例的用于无人机的燃料电池的另一变形实施方式的立体示意图。
图15是根据本发明的上述变形实施方式的用于无人机的燃料电池的立体示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
参照附图之图1至图5所示，基于本发明的一优选实施例的一种用于无人机的燃料电池被阐释。其中，所述用于无人机的燃料电池包括一燃料电池单元10、一供风装置20以及一空气处理单元30。所述燃料电池单元10将燃料的化学能转化为电能，所述供风装置20通过自然或者机械的方法，向所述燃料电池单元10提供空气，所述空气处理单元30对所述燃料电池单元10所需的空气进行计量、调节、加压及其他处理。
在本发明的各实施例中，所述用于无人机的燃料电池能够被以氢气为燃料，为例如小于7kg的微型无人机或重量7～116kg的轻型无人机供电。但是，本领域的技术人员可以理解的是，这里的氢气为燃料以及无人机重量等仅仅作为举例，在其他实施例中还可以有其他合理实施，本发明在这一方面并不受此限制。
在本发明的优选实施例中，所述供风装置20被实施为机械式供风装置，具体地被实施为一风扇21(或风机)。所述风扇21被电驱动后转动，使空气流通，从而所述用于无人机的燃料电池能够将燃料的化学能转化为电能而为无人机进行供电。本领域的技术人员可以理解的是，所述供风装置20被实施为所述风扇21仅仅作为举例，在其他实施例中还可以是其他合理结构，本发明在这一方面并不受此限制。
所述燃料电池单元10包括一电堆11、一电联接装置12以及一监控装置13。气体燃料的化学能经过所述电堆11的反应而转化为电能，所述电联接装置12输送所述电堆11所产生的电能。所述监控装置13对所述燃料电池单元10将燃料的化学能转化为电能的过程进行监控。所述监控装置13监控所述燃料电池的输入功率以及输出功率。
在本发明的这个优选实施例中，所述电堆11包括堆叠布置的多个电极组件111，各所述电极组件111形成多个反应通道104。在本发明的这个优选实施例中，以氢气燃料作为举例，但是本发明的用于无人机的燃料电池的燃料并不限制于氢气还可以是其他燃料。
具体地，如图3所示，在本发明的这个优选实施例中，所述的用于无人机的燃料电池还包括一舱室23，所述舱室23具有一进风口101以及一出风口102，并且在所述风扇21以及所述电堆11之间形成一气流通道103。所述供风装置20提供了空气以及燃料从所述进风口101到所述出风口102的气流流通，也就是说，所述风扇21被连接的风扇电机驱动后转动，从而用于无人机的燃料电池的一燃料储存及供应单元90提供的燃料例如氢气以及外界环境的空气通过所述进风口101进入所述气流通道103，并且经过所述电堆11的各所述反应通道104时，所述电堆11将流经各所述反应通道104的气体燃料的化学能转化为电能，反应后的混合气体经由所述出风口102排到外界环境中。
值得一提的是，如图3中D所示，所述气流通道103的长度数值范围也就是说所述风扇21至所述电堆11的所述反应通道104的入口之间的距离的数值范围优选地为2cm～10cm。
值得一提的是，由于所述风扇21的类型的不同，本发明的优选实施例中所述风扇21被设置于了所述进风口101侧，所述燃料储存及供应装置90的燃料供应口被设置于所述出风口102侧，采用的正压条件下空气以及燃气例如氢气都是从图3中的所述进风口101进入，先流经所述气流通道103之后再流经所述电堆11的各所述反应通道104，而在其他实施例中，采用了负压风扇，为负压条件下空气以及燃气例如氢气都是从图3中的所述进风口101进入，先流经所述气流通道103之后再流经所述电堆11的各所述反应通道104。
值得一提的是，如图13至图15的实施例中，所述风扇21被设置于所述出风口102侧，所述燃料储存及供应装置90的燃料供应口被设置于所述进风口101侧，外界环境的空气以及燃气例如氢气都是从图15中的所述进风口101进入，先流经所述电堆11的各所述反应通道104，所述电堆11将化学能转化为电能之后，反应后的气体也就是尾气再经由所述气流通道103以及所述风扇21，最后被排出到外界环境中。
本领域的技术人员可以理解的是，本发明的优选实施例中以供应的燃料为氢气为例，反应原理使用的是电解水的逆过程。电极应为：负极：H2+2OH-→2H2O+2e-；正极：1/2O2+H2O+2e-→2OH-；电池反应：H2+1/2O2＝＝H2O。当然，本发明的用于无人机的燃料电池在其他实施例中也能够使用其他燃料以及相应的电化学原理等，将化学能转化为电能，从而燃料电池能够为无人机供电。
本领域的技术人员可以理解的是，前述的所述风扇21的两种类型仅仅作为举例，在其他实施例中还可以其他合理实施方式，本发明在这一方面并不受此限制。
进一步地，如图5所示，本发明的用于无人机的所述燃料电池还包括一传感器单元40，所述传感器单元40包括一振动传感器41、一风速传感器42、一风向传感器43、一温度传感器44、一湿度传感器45、一压力传感器46、一燃料浓度传感器47、一流量计48以及一噪音传感器49。在所述无人机的飞行过程中，所述振动传感器41检测所述燃料电池的振动参数，避免振动频率较高造成燃料泄漏量超过正常范围带来的安全隐患；所述风速传感器42检测所述燃料电池内部的风速的大小；所述风向传感器43检测所述燃料电池内部的风的方向；所述温度传感器44检测所述燃料电池内部的温度参数；所述湿度传感器45检测所述燃料电池内部的湿度参数；所述压力传感器46检测所述燃料电池的燃料输入情况，所述燃料浓度传感器47检测所述燃料电池的燃料浓度；所述流量计48检测所述燃料电池的所述燃料存储及供应装置90的燃料供应流量；所述噪音传感器49检测所述燃料电池所处环境的噪音。优选地，所述流量计48被设置于燃料入口前的气体管路。优选地，所述压力传感器46被设置于燃料出口和所述燃料电池的所述电堆11的燃料入口即所述反应通道104之间。
本发明的用于无人机的所述燃料电池还包括一热管理装置50，所述热管理装置50提供冷却和散热功能以保持燃料电池内部处于正常温度范围，必要时还可以回收余热以及在启动过程中加热系统中的相关部件。进一步地，所述热管理装置50包括一冷却装置51以及一加热装置52。根据所述温度传感器44的温度检测参数以及预设的所述燃料电池的正常工作的温度范围，在高于预设的温度范围的时候，所述冷却装置51能够进行冷却操作以及吸收余热，从而所述燃料电池的正常工作的温度在预设的范围内；在低于预设的温度范围的时候，所述加热装置52进行加热操作，从而所述燃料电池的正常工作的温度在预设的范围内。
本发明的用于无人机的所述燃料电池还包括一水管理装置60，所述水管理装置60对所述燃料电池在将燃料的化学能转化为电能的过程中所需水或所产生的水进行管理。
本发明的用于无人机的所述燃料电池还包括一辅助储能装置70，所述辅助储能装置70能够用于储存电能、启动所述燃料电池进行能量的转换、补充所述燃料电池向内部或外部负载供电。例如在所述电堆11还没有将燃料进行化学能到电能的转换之前，所述辅助储能装置70为所述风扇21的风扇电机进行供电，从而所述风扇21能够被风扇电机驱动而转动，从而所述燃料电池内部的空气流通。
本发明的用于无人机的所述燃料电池还包括一电力调节装置80，所述电力调节装置80使所述电堆11和所述辅助储能装置70产生的电能与指定的用电需求相匹配。
本发明的用于无人机的所述燃料电池还包括一控制单元81，所述控制单元81进一步包括一执行器811、一阀门812、一燃料供应开关813以及一逻辑元件814。所述控制单元81接收所述传感器单元40的各传感器检测的所述燃料电池的参数，能够将所述燃料电池的各参数维持在能够正常工作的设定范围内而无需人工进行干预。所述燃料电池的所述控制单元81在无人机和地面控制系统失去通信联系的情况下，燃料电池发电系统应仍然能够继续为无人机提供电力，并通过所述执行器811执行预定方案。
值得一提的是，本发明的用于无人机的所述燃料电池还包括一电磁干扰排除装置82，所述电磁干扰排除装置82排除所述燃料电池所处环境的电磁干扰，从而在无人机在飞行过程中遇到电磁干扰时，避免影响到所述燃料电池的正常工作。
在本发明的用于无人机的燃料电池的揭露中，无人机被定义为由遥控系统控制管理的无人驾驶航空器，这里的遥控系统控制管理包括远程操纵或自主飞行；所述燃料电池从收到开机指令时刻到开始向外部负载输出电力时刻的时长被定义为所述燃料电池的启动时间，手动开机时为手动开始了开机动作的时刻到开始向外部负载输出电力时刻的时长；所述燃料电池从收到关机指令时刻到完成关机时刻的时长被定义为关机时间，当手动关机时为从手动开始了关机动作的时刻到完成关机时刻的时长；在预设的所述燃料电池发电系统正常运行条件下，所述燃料电池的最大连续输出功率被定义为额定输出功率；在预设的所述燃料电池正常运行条件下，所述燃料电池从启动、运行、到关机整个过程中输出电压的范围被定义为输出电压范围；在预设的所述燃料电池发电系统正常运行条件下，所述燃料电池在额定输出功率下运行时其输出电压不超出输出电压范围的最大连续时间被定义为连续运行时间。
所述燃料电池发电的输出电压被维持于预设的所述燃料电池输出电压范围内。检测方法能够被具体实施为：启动燃料电池发电系统；把负载逐渐增加到预设的的所述燃料电池的额定输出功率；然后把所述燃料电池的输出功率增加到预设的所述燃料电池额定输出功率的150％，运行2分钟；把所述燃料电池的输出功率调整到预设的所述燃料电池的额定输出功率，连续运行不短于预设的连续运行时间；每秒钟记录一次所述燃料电池的输出电压。在上述从启动到关机的整个过程中所述燃料电池的输出电压的低值和高值之间的电压范围为燃料电池的输出电压范围。
值得一提的是，这里的预设功率过载率为150％，并且能够持续2分钟，避免所述燃料电池所处温度过高或者过低影响正常工作。本领域的技术人员可以理解的是，在其他实施例中还可以是其他数值，本发明的这个实施例中为优选的举例，本发明在这一方面并不受此限制。
另外，优选地，所述燃料电池的使用环境条件为，温度：-5～40℃；湿度：＜100％；海拔：0～3000米，风力≤4级；所述燃料电池的启动时间优选地为<60s；当环境温度>0℃时，燃料电池达到额定功率的时间优选地<1min；当环境温度介于-5℃～0℃时，燃料电池发电系统达到额定功率的时间优选地<5min；在燃料电池额定输出功率下，其电效率优选地>40％；燃料电池的关机时间优选地<2min；所述燃料电池的启动通过手动按钮进行手动启动、远程遥控器进行遥控启动或者自动启动方式；使用在固定翼无人机上的所述燃料电池的连续运行时间优选地不低于6小时；使用在多旋翼无人机上的所述燃料电池的连续运行时间优选地不低于3小时。
值得一提的是，所述燃料电池的所述舱室23的外部为弧形圆角设计，既避免所述燃料电池的安装和工作时尖利的边角对自身的损伤，也能够避免可能造成的人身伤害。
值得一提的是，所述燃料电池的外壳表面设置有隔热层，从而避免因接触或靠近燃料电池发电系统温度较高部件而带来对人身的伤害。
值得一提的是，所述燃料电池还设置有紧固安装件，将所述燃料电池的各组件紧固地连接并且所述燃料电池能够被紧固地连接于无人机，从而避免在无人机的起飞、飞行以及降落过程中发生位移乃至脱落。
值得一提的是，所述燃料电池还包括一安全保护装置83，所述安全保护装置83保护所述燃料电池的部件的单一故障不会升级为危险情况，且通过所述监控装置13的监控的参数自动判断故障情况或者将监控的参数数据被发送至远程控制终端后根据指令操作进行安全保护操作。所述安全保护装置83还包括一机械联锁防护装置831、一脱扣装置832、一电气保护连锁装置833以及一示警模块834。所述机械联锁防护装置831采用机械式的联锁防护结构对所述燃料电池进行保护。所述电气保护连锁装置833在所述燃料电池的电路发生故障时进行电路的保护性联锁。在发生故障的时候，例如系统输出超过过载保护设置值时，检测到储氢罐出口氢气压力低于设定的最低压力、燃料电池模块氢气入口压力低于设定的最低压力或高于设定的最高压力时，输出电压超过过压保护设定值或者低于欠压保护设定值时，燃料电池工作温度超过过温保护设定值时，燃料压力异常、输出过/欠压、燃料电池模块输出电压低、环境温度过高/过低、燃料电池模块温度过高、辅助储能装置的电压低时，所述示警模块834通过声、光以及电信号等形式向所述监控装置13、所述控制单元81以及远程控制终端发出示警信号。
所述燃料电池还包括一接口单元84进行数据的传输，所述接口单元84包括一通信接口841、一电源接口842以及一用户接口843。所述通信接口841的具体实施方式有RS232总线、RS485总线、CAN总线以及以太网等。但是，这些实施方式仅仅作为举例，本发明在这一方面并不受此限制。
所述燃料电池还包括一天线85发射或接收电磁波。发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时把电磁波转换为高频电流。所述天线85被实施为全向天线、定向天线以及智能天线等。所述天线85保证了在通讯信号能够正常传输的情况下，燃料电池自身或通过无人机的通信系统应该能够和地面控制系统进行正常通信。其中智能天线利用数字信号处理技术，采用了先进的波束切换技术和自适应空间数字处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用信号并删除或抑制所述燃料电池所处外界环境的干扰信号的目的。本领域的技术人员可以理解的时，这里所述天线85的具体类型的实施仅仅作为举例，本发明在这一方面并不受此限制。
值得一提的是，所述示警模块834发出示警之后，所述燃料电池的所述控制单元81能够自动根据示警不同原因进行故障处理，保证所述燃料电池的正常工作。此外，还能够通过所述天线85向远程控制终端发出示警信息以及示警原因，通过远程控制终端的人工判断故障类型进行远程控制处理等。
值得一提的是，所述燃料电池还包括一降噪装置86，所述降噪装置86对所述燃料电池的所处环境进行降噪处理。所述燃料电池的所处环境噪音来源有所述风扇21、所述风扇21的风扇电机、无人机的引擎、引擎电机等。优选地，所述燃料电池的所处环境噪音<75dB。
值得一提的是，所述监控装置13除了监控所述燃料电池的电量转化情况以外，还和所述传感器单元40的各传感器进行数据的传输，监控燃料浓度，通过所述控制单元81调节并控制燃料浓度在安全范围内。优选地，所述舱室23的燃料浓度<50％LFL；优选地，尾气中燃料浓度＞50％LFL的连续时间＜5s，检测尾气中燃料浓度例如氢气浓度的传感器能够被设置于所述出风口102。
优选地，在本发明的实施例中，所述燃料电池的氢气泄漏量小于额定功率下氢气反应量的0.5％。
值得一提的是，所述监控装置13具有遥测、遥信以及遥控功能。能够有效地监控系统输出电压、系统输出电流、辅助储能装置电压、燃料电池的输出电压、燃料电池的输出电流、所述燃料储存及供应装置90中燃料瓶例如氢气瓶氢气压力，燃料电池的入口燃料例如氢气压力、燃料电池的温度，环境温度；燃料电池过温、系统输出过/欠压、系统输出过流、所述燃料储存及供应装置90中燃料瓶例如氢气瓶氢气压力低/高、燃料电池入口燃料例如氢气压力低/高、辅助储能装置电压低、环境温度低/高；以及监控所述燃料电池的系统开机和关机等情况。当然，在其他实施例中还能够根据需要有其他监控功能，本发明在这一方面并不受此限制。
值得一提的是，燃气尾气被直接排放到无人机外。也就是说，所述燃料电池的燃料排放口优选地被设置于无人机和外界环境的空气通道。在其他实施例中，还可以是和空气尾气一起排放到无人机外，优选地，所述燃料电池的燃料排放口设置于所述出气口102。优选地，所述燃料电池的燃料排放口以及排放通道或者远离所述燃料电池的其他电子或电气设备、热源。
值得一提的是，所述燃料电池的燃料供应软管以及相应的管道的外表面设置有保护层，从而避免软管出现摩擦、扭转，并采取必要的隔热措施，保持弯曲半径适当，与有害热源保持安全距离，从而避免管道承受其它物质重压，以及出现共振。
值得一提的是，所述燃料电池的电路部分能够被集中集成化于一电路板99，且所述电路板91能够被设置于如图4、图6至图12中所示的所述燃料电池的不同位置。也就是说，在本发明的不同实施例中，所述电路板99能够被设置于图4、图6至图8所示的所述舱室23的各不同侧壁上，也可以被设置于图9至图12所示的所述电堆11的各不同侧壁上。当然，在其他实施例中，所述电路板99还可以被设置于所述燃料电池的其他位置，本发明在这一方面并不受此限制。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (23)
1.一种用于无人机的燃料电池，其特征在于，包括：
至少一电堆；
至少一供风装置，其中所述供风装置包括风扇，以及
至少一监控装置，其中所述供风装置进一步形成一个位于所述电堆和所述风扇之间的气流通道，其中所述风扇的出风口正对所述气流通道，其中所述供风装置的所述流体通道与所述电堆相连通，以为所述电堆提供气流流通，所述监控装置监控所述燃料电池的工作状态。
2.如权利要求1所述的用于无人机的燃料电池，其中所述燃料电池还包括至少一燃料储存及供应装置，所述燃料储存及供应装置通过至少一燃料供应口为所述燃料电池提供燃料，所述燃料储存及供应装置的所述燃料供应口被设置于所述燃料电池的至少一进风口。
3.如权利要求1所述的用于无人机的燃料电池，其中进一步包括至少一传感器单元，所述监控装置通过所述传感器单元的各传感器的数据监控所述燃料电池的工作状态。
4.如权利要求3所述的用于无人机的燃料电池，其中进一步包括至少一控制单元，所述控制单元接收所述传感器单元的各传感器检测的所述燃料电池的参数，能够将所述燃料电池的各参数维持在能够正常工作的设定范围内而无需人工进行干预。
5.如权利要求4所述的用于无人机的燃料电池，其中所述控制单元进一步包括相互连接的至少一执行器、至少一阀门、至少一燃料供应开关以及至少一逻辑元件。
6.如权利要求1所述的用于无人机的燃料电池，其中进一步包括至少一安全保护装置，所述安全保护装置保护所述燃料电池的部件的单一故障不会升级为危险情况，且通过所述监控装置的监控的参数自动判断故障情况或者将监控的参数数据被发送至远程控制终端后根据指令操作进行安全保护操作。
7.如权利要求6所述的用于无人机的燃料电池，其中所述安全保护装置还包括至少一机械联锁防护装置、至少一脱扣装置、至少一电气保护连锁装置以及至少一示警模块，所述机械联锁防护装置采用机械式的联锁防护结构对所述燃料电池进行保护，所述电气保护连锁装置在所述燃料电池的电路发生故障时进行电路的保护性联锁，所述示警模块在发生故障的时候通过声、光以及电信号等形式向所述监控装置或者远程控制终端发出示警信号。
8.如权利要求1所述的用于无人机的燃料电池，其中进一步包括至少一空气处理装置，所述空气处理单元对所述燃料电池所需的空气进行计量并且根据所述监控装置的监控情况对所述燃料电池所需的空气进行流量的调节处理以及空气压强的调节处理。
9.如权利要求1所述的用于无人机的燃料电池，其中进一步包括至少一热管理装置，根据所述热管理装置提供冷却和散热功能以保持燃料电池内部处于正常温度范围。
10.如权利要求1所述的用于无人机的燃料电池，其中进一步包括至少一水管理装置，所述水管理装置对所述燃料电池在将燃料的化学能转化为电能的过程中所需水或所产生的水进行管理。
11.如权利要求1所述的用于无人机的燃料电池，其中进一步包括至少一辅助储能装置，辅助储能装置用于储存电能、启动所述燃料电池进行能量的转换、补充所述燃料电池向内部或外部负载供电。
12.如权利要求11所述的用于无人机的燃料电池，其中进一步包括至少一电力调节装置，所述电力调节装置使所述电堆和所述辅助储能装置产生的电能与预设的用电需求相匹配。
13.如权利要求1至12中任一所述的用于无人机的燃料电池，其中进一步包括至少一降噪装置，所述传感器单元还包括至少一噪音传感器，所述降噪装置根据所述监控装置的监控数据以及所述噪音传感器的参数数据对所述燃料电池的所处环境进行降噪处理，所述降噪装置将所述燃料电池的所处环境噪音控制在低于75dB的范围。
14.如权利要求1至12中任一所述的用于无人机的燃料电池，其中所述燃料电池的预设功率过载率为150％。
15.如权利要求1至12中任一所述的用于无人机的燃料电池，其中所述燃料电池的启动时间为小于60s。
16.如权利要求1至12中任一所述的用于无人机的燃料电池，其中当环境温度大于0℃时，所述燃料电池达到额定功率的时间为小于1min。
17.如权利要求1至12中任一所述的用于无人机的燃料电池，其中当环境温度介于-5℃～0℃时，所述燃料电池达到额定功率的时间为小于5min。
18.如权利要求1至12中任一所述的用于无人机的燃料电池，其中在所述燃料电池额定输出功率下，其电效率为大于40％。
19.如权利要求1至12中任一所述的用于无人机的燃料电池，其中所述燃料电池的关机时间为小于2min。
20.如权利要求1至12中任一所述的用于无人机的燃料电池，其中所述燃料电池的启动通过手动按钮进行手动启动、远程遥控器进行遥控启动或者自动启动方式。
21.如权利要求1至12中任一所述的用于无人机的燃料电池，其中所述燃料电池的燃料浓度为小于50％LFL。
22.如权利要求1至12中任一所述的用于无人机的燃料电池，其中燃料经过所述电堆之后的燃料浓度大于50％LFL的连续时间为小于5s。
23.如权利要求1至12中任一所述的用于无人机的燃料电池，其中所述燃料电池使用氢气作为燃料时，氢气泄漏量小于额定功率下氢气反应量的0.5％。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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