CN111130091B - 一种用于水下供电的组合能源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水下供电的组合能源系统，包括镁海水燃料电池、控制单元、一级锂电池、电压转换器、深海着陆器、升压电路、降压电路、充电器、二级锂电池、保护电路和深海潜水器。本系统工作状态下一方面由一级锂电池和镁海水燃料电池配合工作为深海着陆器提供稳定电能，另一方面一级锂电池为深海潜水器供电，同时对二级锂电池充电，确保深海潜水器具有长时间探测作业所需的足够电能，因此本发明能够满足深海装备长时间探测作业的需求，具有工作稳定、无须维护、低成本、高可靠性等优点，实现了深海潜水器用电设备的稳定功率供给，同时解决水下系缆线路较长导致的功率损耗大问题。

Description

一种用于水下供电的组合能源系统

技术领域

本发明涉及新能源应用领域，尤其涉及一种用于水下供电的组合能源系统。

背景技术

众所周知海水约占地球表面积的十分之七。近年来，海洋开发受到极大的重视，海洋工程、海洋军事、海底探测和研究都需要电源，尤其是在深海或海底长期工作的设备常常要把全部装备锚固于海底，装备需要的电能不论从海面用电缆输送电能或用容器中安放的化学电源，都使供电变得十分复杂，从而使设备费用和运行成本大幅度地提高。因此如何充分利用海洋自身的条件对设备提供电能是海洋开发中的重要课题之一。

镁海水燃料电池是以金属镁及其合金为燃料，海洋中的水作氧化剂，海水作为电解质，将镁的化学能转变为电能的电化学装置。镁海水燃料电池电极反应和电池反应如下：

阳极反应：Mg+2OH-→Mg(OH)2 E＝-2.69V

阴极反应：2H2O→H2+2OH- E＝-0.83V

总反应：Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2 E＝1.86V

镁海水燃料电池阴极发生氧还原反应，阳极发生金属氧化反应。由于该电池仅需携带轻质金属作为燃料，电解质和氧化剂均来自海水，电池为开放结构，因此可长时间稳定提供电能。相比传统的一次电源、二次电源，镁海水燃料电池在比能量、安全性和成本等方面具有很高的技术优势，特别适合在深海环境对深海和海底探测作业设备持续提供电能。

针对目前国家深海科考的需求，以及现有深海装备存在成本高、风险大和效率低的问题，结合深海着陆器、遥控潜水器等等多种深海装备技术特点，很多深海作业设备需要在海洋中持续工作很长时间，然而现有技术中的供电能源系统的可靠性较低并且生产运行成本很高不能达到节省能源的效果。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种用于水下供电的组合能源系统，具体包括：镁海水燃料电池，所述镁海水燃料电池的输出端与控制单元相连接，所述控制单元的输出端与电压转换器相连接，所述电压转换器的输出端与深海着陆器相连接；

所述电压转换器的输入端还连接有一级锂电池接，所述一级锂电池的输出端与升压电路相连接，所述升压电路的输出端与降压电路相连接，所述降压电路的输出端与深海潜水器相连接，所述降压电路的输出端还与充电器相连接，所述充电器的输出端与二级锂电池相连接，所述二级锂电池与保护电路相连接，所述保护电路与设置在深海内的深海潜水器相连接。

进一步的，工作状态下当镁海水燃料电池的功率大于深海着陆器的工作功率时镁海水燃料电池为深海着陆器供电的同时为一级锂电池充电；当镁海水燃料电池的功率小于深海着陆器的工作功率时所述镁海水燃料电池和一级锂电池同时为深海着陆器供电。

所述镁海水燃料电池包括多个串联连接的单电池。

所述控制单元采用恒压恒流模式对一级锂电池进行充电控制。

所述一级锂电池为深海潜水器供电的同时对二级锂电池充电。确保深海潜水器具有长时间探测作业所需的足够电能。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种用于水下供电的组合能源系统，一方面由一级锂电池和镁海水燃料电池配合工作为深海着陆器提供稳定电能，另一方面一级锂电池为深海潜水器供电，同时对二级锂电池充电，确保深海潜水器具有长时间探测作业需要的足够电能，因此本发明能够满足深海装备长时间探测作业的需求，具有工作稳定、无须维护、低成本、高可靠性等优点，实现了深海潜水器用电设备的稳定功率供给，同时解决水下系缆线路较长导致的功率损耗大问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种用于水下供电的组合能源系统的结构示意图。

图2为本发明保护电路的实施例示意图。

图中：1、镁海水燃料电池；2、控制单元；3、一级锂电池；4、电压转换器；5、深海着陆器；6、升压电路；7、降压电路；8、充电器；9、二级锂电池；10、保护电路；11、深海潜水器。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示的一种用于水下供电的组合能源系统，包括镁海水燃料电池1、控制单元2、一级锂电池3、电压转换器4、深海着陆器5、升压电路6、降压电路7、充电器8、二级锂电池9、保护电路10和深海潜水器11。所述镁海水燃料电池1的电源输出与控制单元2输入端连接，控制单元2输出端与一级锂电池连接3，便于充电。一级锂电池3与电压转换器4输入端连接，电压转换器4输出端与深海着陆器5连接、对深海着陆器5提供稳定电能。

所述一级锂电池3还与升压电路6输入端连接，升压电路6输出端与降压电路7输入端连接；降压电路7输出端一方面与深海潜水器11连接，另一方面与充电器8输入端连接，充电器8输出端与二级锂电池9连接，同时二级锂电池9与保护电路输入端连接，保护电路10输出端与深海潜水器11连接。

工作状态下当镁海水燃料电池1的功率能满足深海着陆器5的所需要的功率时，镁海水燃料电池1为深海着陆器5供电同时镁海水燃料电池1还可以为一级锂电池3充电。当镁海水燃料电池1的功率不能满足深海着陆器5的工作所需要的功率时，所述镁海水燃料电池1和一级锂电池3同时为深海着陆器5供电。

所述一级锂电池3为深海潜水器11供电的同时对二级锂电池9充电。确保深海潜水器具有长时间探测作业所需的足够电能。

由于所述深海着陆器11到深海海底后，需释放深海潜水器去执行深海勘探任务，完成深海底部的探测工作，故系缆较长；为了保障深海潜水器11用电的稳定供给，同时还要考虑系缆的最大载流量，故采用升压/降压电路配合工作，提高组合能源系统的供电效率。

进一步的，所述镁海水燃料电池组由60节或多节单电池串联而成，电池组可随深海着陆器结构及重心布置，分多单元布置串联。控制单元2采用恒压恒流模式对一级锂电池3进行充电管理。

进一步的，如图2所示，保护电路10采用型号为FDH3632场效应管和LTC4537二极管管理芯片构成理想二极管保护电路，其它型号场效应管和二极管管理芯片均适用本保护电路，为了降低保护电路导通电阻，故2组并联使用。

本发明公开的一种用于水下供电的组合能源系统，本系统能够满足深海装备长时间探测作业的需求，解决了水下系缆线路较长导致的功率损耗大问题，提高了组合能源系统供电效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于水下供电的组合能源系统，其特征在于包括：镁海水燃料电池(1)，所述镁海水燃料电池(1)的输出端与控制单元(2)相连接，所述控制单元(2)的输出端与电压转换器(4)相连接，所述电压转换器(4)的输出端与深海着陆器(5)相连接；

所述电压转换器(4)的输入端还连接有一级锂电池(3)接，所述一级锂电池(3)的输出端与升压电路(6)相连接，所述升压电路(6)的输出端与降压电路(7)相连接，所述降压电路(7)的输出端与深海潜水器(11)相连接，所述降压电路(7)的输出端还与充电器(8)相连接，所述充电器(8)的输出端与二级锂电池(9)相连接，所述二级锂电池(9)与保护电路(10)相连接，所述保护电路(10)与设置在深海内的深海潜水器(11)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于水下供电的组合能源系统，其特征还在于：工作状态下当镁海水燃料电池(1)的功率大于深海着陆器(5)的工作功率时镁海水燃料电池(1)为深海着陆器(5)供电的同时为一级锂电池(3)充电；当镁海水燃料电池(1)的功率小于深海着陆器(5)的工作功率时所述镁海水燃料电池(1)和一级锂电池(3)同时为深海着陆器(5)供电。

3.根据权利要求2所述的一种用于水下供电的组合能源系统，其特征还在于：所述镁海水燃料电池(1)包括多个串联连接的单电池。

4.根据权利要求1-3任一 所述的一种用于水下供电的组合能源系统，其特征还在于：所述控制单元(2)采用恒压恒流模式对一级锂电池(3)进行充电控制。

5.根据权利要求1所述的一种用于水下供电的组合能源系统，其特征还在于：所述一级锂电池(3)为深海潜水器(11)供电的同时对二级锂电池(9)充电。

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