CN113602433A - 一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，包括包括船体、驱动装置、动力装置、能源配置装置、监测控制装置、PC端装置；所述驱动装置设置在船体上；所述动力装置与驱动装置连接，为驱动装置提供动力来源；所述监测控制装置用于对水质信息获取同时进行水采样；所述能源配置装置是将动力装置、驱动装置及监测控制装置三者之间进行能源配置；所述PC端装置分别与监测控制装置及能源配置装置相连接，实现对监测控制装置及能源配置装置的控制；本发明通过动力装置、能源配置装置、监测控制装置及PC端装置能够实现动力装置分配以及水面水质监测功能，通过过清洁能源的使用，对环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及无人艇技术领域，具体涉及一种结合燃料电池和风能的无人监测艇。
背景技术
湖泊作为重要的国土资源，具有诸多作用，如：调节河流、农业灌溉、繁衍生物、改善生态环境等作用，在发展国民经济中发挥着重要的作用。现目前我国的湖泊出现的环境问题越来越严重，尤其是水污染问题，这严重影响到生物的生存以及当地居民的生活环境。因此，通过对无人艇的远程操控实现对湖泊区的数据监测及水样采集具有重要意义。
随着经济的飞速发展，也带来了能源和环境的压力。可以预见在未来：随着经济和社会发展，人口增长，能源的消费必定成倍数增长，无尽的开采和消耗带来了能源匮乏和环境污染这两大问题，所以当务之急就是要区别于传统以煤碳、天然气、石油等化石能源，使用高效、清洁的能源。
目前，船舶行业主要依靠的是使用石油这一传统能源的柴油机提供动力，其产生的大量二氧化碳、氮氧化物和硫化物等，它们都是大气污染的主要污染源之一，长期对我们的生活环境造成了很大的伤害。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了低消耗，高效率，且适合在高原环境中高效运行的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇。
本发明的技术方案如下：
一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，包括包括船体、驱动装置、动力装置、能源配置装置、监测控制装置、PC端装置；所述驱动装置设置在船体上；所述动力装置与驱动装置连接，为驱动装置提供动力来源；所述监测控制装置用于对水质信息获取同时进行水采样；所述能源配置装置是将动力装置、驱动装置及监测控制装置三者之间进行能源配置；所述PC端装置分别与监测控制装置及能源配置装置相连接，实现对监测控制装置及能源配置装置的控制。
所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述船体采用双体船，且双体船的每个船体上均配备驱动装置。
所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述驱动装置包括电机、螺旋桨及驱动板，所述螺旋桨与电机传动连接，所述驱动板与电机电信号连接。
所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述动力装置包括主动力装置及辅助动力装置，所述主动力装置采用燃料电池，并配备金属储氢瓶，且金属储氢瓶内的液氢为燃料电池提供燃料；所述辅助动力装置采用双旋筒风帆、发电机及蓄电池，所述双旋筒风帆并排设置在船体甲板上。
所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述监测控制装置包括控制器、信息处理器、传感器及水泵，所述控制器分别与辅助动力装置、PC端装置、信息处理器及水泵相连，从辅助动力装置中获取动力来源；从PC端获取PC端的命令，及反馈信息给PC端；从信息处理器获取处理后的信息，同时控制水泵进行水的样本采样。
所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述PC端装置包括WiFi传输器及PC端，PC端通过WiFi与监测控制装置及能源配置装置信号连接。
所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述能源配置采用动力控制器，在辅助动力装置、驱动装置及PC端装置之间实现双电源的无缝切换。
所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述动力装置与驱动板装置之间采用锂电池作为过渡载体，并采用电压传感器检测双锂电池的状态，当低于某个值时，燃料电池为锂电池充电，当高于某个值时，充电过程结束。
所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述传感器包括浊度传感器、温度传感器及GPS，所述浊度传感器、温度传感器及GPS分别与信息处理器电信号连接。
所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇的工作过程如下：
1)PC端发命令，通过WiFi控制动力控制器和控制器；
首先，动力控制器得到指令，来控制驱动板的启动和关闭，其动力控制器所需的动力来源于辅助动力装置；PC端对控制器传输命令信息，同时也接收所反馈的信息；
2)无人艇的驱动；
驱动板在接到动力控制器的命令以后，对电机实行控制，启动或关闭电机，电机直接连接着螺旋桨，带动螺旋桨做功，然后螺旋桨使得无无人艇实现航行；
其中，驱动装置所需要的动力，主动力装置提供，主动力的储氢瓶里面的液氢为燃料电池提供燃料，然后燃料电池经由电压传感器判断锂电池是否需要充电以后，为锂电池充电，然后再实现锂电池对驱动装置的直接供电；
3)当前湖泊水域的信息监测；
首先，监测控制装置的控制器首先在辅助动力装置的供电和PC端的命令下，对信息处理器传达命令，信息处理器然后通过浊度、温度和GPS传感器对当前位置的水域实现浊度提取，温度提取以及地理坐标的提取，并反馈给信息处理器，然后信息处理器在传输到控制器中，最后控制器再反馈到PC端。
本发明的有益效果是：
1）通过设置的双旋筒风帆，利用水面风能可以为无人艇提供辅助动力，可实现新能源的高效及多样化利用。
2）通过设置的燃料电池及金属储氢瓶作为主动力，具有更高的续航能力，既高效，又节能。
3）本发明通过动力装置、能源配置装置、监测控制装置及PC端装置能够实现动力装置分配以及水面水质监测功能，通过过清洁能源的使用，对环境友好。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的逻辑关系图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步描述。
如图1-2所示，本发明基于燃料电池、金属储氢瓶及双旋筒风帆组合而成的无人艇，包括船体、驱动装置、动力装置、能源配置装置、监测控制装置、PC端装置。
船体，采用双体船，具有稳定性好及不易翻船等特点，在主体船上添加双旋筒风帆作为风能利用装置。其双旋筒风帆是相对应在船头位置。
驱动装置，包括电机、螺旋桨和驱动板，电机采用有刷直流电机，螺旋桨采用的三叶全浸螺旋桨，同时基于双体船，其采用双螺旋桨。
动力装置，包括主动力装置和辅助动力装置。
主动力装置采用其采用燃料电池与金属储氢瓶结合替代柴油机作为主推动力；可降低无人艇的噪声，同时燃料电池排放物为水，对环境友好；采用金属储氢瓶替代普通燃料钢瓶或燃油舱柜，压力稳定，不易泄漏、爆炸；氢气的单位质量能量密度远高于柴油，使得无人艇具有更高的续航能力，既高效，又节能。主动力装置的燃料电池与驱动装置之间采用锂电池（双锂电池）作为过渡载体，采用电压传感器检测双锂电池的状态，当低于某个值时，燃料电池为锂电池充电，当高于某个值时，充电过程结束。增加双锂电池这一载体是考虑燃料电池的启动需要一定时间，相较于其他非燃料电池较慢，如直接使用燃料电池进行提供动力会造成启动缓慢这一缺点，增设双理电池将会解决这一问题。
辅助动力装置包括双旋筒风帆（双体船上各有一个旋筒风帆）、发电机及蓄电池（风能蓄电池）作为风能利用装置所提供的风能，双旋筒风帆分别与发电机传动连接，发电机与蓄电池电路连接，通过旋筒风帆就地取能存储在蓄电池中，为无人艇长期定位、定点采样、传输数据以及控制器提供动力；同时在无人艇主动力耗尽或出现故障等极端条件下，可持续保持无人艇的正常工作，并持续发送定位及求救信号。
能源配置装置采用动力控制器，是实现驱动装置、动力装置和监测控制装置三者之间存在的能源分配，具体在辅助动力装置、驱动板和PC端装置之间采用动力控制器，实现双电源的无缝切换。
监测控制装置包括控制器、信息处理器、传感器及水泵，控制器分别与辅助动力装置的蓄电池、PC端装置、信息处理器及水泵相连。其从蓄电池中获取动力来源；从PC端获取PC端的命令，及反馈信息给PC端；从信息处理器获取处理后的信息；同时控制水泵进行水的样本采样；信息处理器还连接着传感器，其所述的传感器包括GPS、浊度及温度等传感器。传感器获取信息，然后传输到信息处理器中进行处理。
PC端装置，包括WiFi传输器及PC端，PC端通过WiFi与监测控制装置及能源配置装置相连接，实现对监测控制装置数据信息的反馈和对能源配置装置的控制。
本发明的工作过程如下：
1)PC端发命令，通过WiFi控制动力控制器和控制器。
首先，动力控制器得到指令，来控制驱动板的启动和关闭，其动力控制器所需的动力来源于辅助动力装置；PC端对控制器传输命令信息，同时也接收所反馈的信息。
2)无人艇的驱动。
驱动板在接到动力控制器的命令以后，对电机实行控制，启动或关闭电机，电机直接连接着螺旋桨，带动螺旋桨做功，然后螺旋桨使得无无人艇实现航行。
其中，驱动装置所需要的动力，由经由辅助装置处理过的主动力提供，主动力的储氢瓶里面的液氢为燃料电池提供燃料，然后燃料电池经由电压传感器判断锂电池是否需要充电以后，为锂电池充电，然后再实现锂电池对驱动装置的直接供电。
3)当前湖泊水域的监测信息实现。
首先，控制器首先在辅助动力装置的供电和PC端的命令下，对信息处理器传达命令，信息处理器然后通过浊度、温度和GPS等传感器对当前位置的水域实现浊度提取，温度提取以及地理坐标的提取，并反馈给信息处理器，然后信息处理器在传输到控制器中，最后控制器再反馈到PC端。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (10)
1.一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，包括包括船体、驱动装置、动力装置、能源配置装置、监测控制装置、PC端装置；所述驱动装置设置在船体上；所述动力装置与驱动装置连接，为驱动装置提供动力来源；所述监测控制装置用于对水质信息获取同时进行水采样；所述能源配置装置是将动力装置、驱动装置及监测控制装置三者之间进行能源配置；所述PC端装置分别与监测控制装置及能源配置装置相连接，实现对监测控制装置及能源配置装置的控制。
2.根据权利要求1所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述船体采用双体船，且双体船的每个船体上均配备驱动装置。
3.根据权利要求1所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述驱动装置包括电机、螺旋桨及驱动板，所述螺旋桨与电机传动连接，所述驱动板与电机电信号连接。
4.根据权利要求1所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述动力装置包括主动力装置及辅助动力装置，所述主动力装置采用燃料电池，并配备金属储氢瓶，且金属储氢瓶内的液氢为燃料电池提供燃料；所述辅助动力装置采用双旋筒风帆、发电机及蓄电池，所述双旋筒风帆并排设置在船体甲板上。
5.根据权利要求1所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述监测控制装置包括控制器、信息处理器、传感器及水泵，所述控制器分别与辅助动力装置、PC端装置、信息处理器及水泵相连，从辅助动力装置中获取动力来源；从PC端获取PC端的命令，及反馈信息给PC端；从信息处理器获取处理后的信息，同时控制水泵进行水的样本采样。
6.根据权利要求1所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述PC端装置包括WiFi传输器及PC端，PC端通过WiFi与监测控制装置及能源配置装置信号连接。
7.根据权利要求1所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述能源配置采用动力控制器，在辅助动力装置、驱动装置及PC端装置之间实现双电源的无缝切换。
8.根据权利要求1所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述动力装置与驱动板装置之间采用锂电池作为过渡载体，并采用电压传感器检测双锂电池的状态，当低于某个值时，燃料电池为锂电池充电，当高于某个值时，充电过程结束。
9.根据权利要求5所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇，其特征在于，所述传感器包括浊度传感器、温度传感器及GPS，所述浊度传感器、温度传感器及GPS分别与信息处理器电信号连接。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种采用燃料电池结合风能的无人监测艇的工作过程如下：
1)PC端发命令，通过WiFi控制动力控制器和控制器；
首先，动力控制器得到指令，来控制驱动板的启动和关闭，其动力控制器所需的动力来源于辅助动力装置；PC端对控制器传输命令信息，同时也接收所反馈的信息；
2)无人艇的驱动；
驱动板在接到动力控制器的命令以后，对电机实行控制，启动或关闭电机，电机直接连接着螺旋桨，带动螺旋桨做功，然后螺旋桨使得无无人艇实现航行；
其中，驱动装置所需要的动力，主动力装置提供，主动力的储氢瓶里面的液氢为燃料电池提供燃料，然后燃料电池经由电压传感器判断锂电池是否需要充电以后，为锂电池充电，然后再实现锂电池对驱动装置的直接供电；
3)当前湖泊水域的信息监测；
首先，监测控制装置的控制器首先在辅助动力装置的供电和PC端的命令下，对信息处理器传达命令，信息处理器然后通过浊度、温度和GPS传感器对当前位置的水域实现浊度提取，温度提取以及地理坐标的提取，并反馈给信息处理器，然后信息处理器在传输到控制器中，最后控制器再反馈到PC端。
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| PB01 | Publication | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211105 |
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