CN116470602B - 一种耦合二次电容的平稳功率同位素电池 - Google Patents

Abstract

发明属于海洋水文水质气象自动观测领域，尤其涉及一种耦合二次电容的平稳功率同位素电池，该平稳功率同位素电池包括供能组件和热管理组件，其中供能组件包括三端口变换模块，该三端口变换模块的一端口形成负载端，其余两端口各自连接同位素电池和储能电池；热管理组件包括热管理模块和热管组件，热管理模块配置成调节储能电池以及与负载端连接的负载部件的温度，热管组件的蒸发端设置在同位素电池上，并且在第一工况下将同位素电池的热量传导给热管理模块，在第二工况下将同位素电池的热量传导到外界海水中。本发明的技术方案，能够解决现有技术中独立供能的海洋浮标电源不稳定的问题，达到提高海洋水文水质气象观测精度的目的。

Description

一种耦合二次电容的平稳功率同位素电池

技术领域

本发明属于海洋水文水质气象自动观测领域，尤其涉及一种耦合二次电容的平稳功率同位素电池。

背景技术

随着人类对海洋环境的监控力度逐渐加大，人们通过对海洋环境进行测量、采样分析和数据处理等，已经能逐步掌握海洋流向、海风状况等，使得航海时可以有效避免海洋风暴等突发事件。在对海洋环境观测中，海洋浮标目前被广泛应用的无人值守海洋观测站，它可以24小时稳定可靠的收集海洋环境数据。目前已建立全球Argo实时海洋观测网络，可以指导一些国际性活动，优化政府决策，以及调整工业布局策略等。在Argo浮标的正常工作中，浮标信号传输多采用短波通信方式，年耗电量巨大，供电成为限制浮标工作与发展的重要问题，而且据不完全统计，海洋浮标在海上运行的失败，25％以上是由于电源的原因造成的，因此，现有海洋浮标观测站亟需一种能够稳定功能的海洋浮标供电系统。现有海洋浮标的供电系统多为太阳能、波动能供电等可再生能源，但是该新能源供电方式易受天气影响，引起供电性能不稳定，进而导致海洋浮标经常出现电量不足、功率不稳的问题，降低海洋水文水质气象观测的及时性和准确性。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的耦合二次电容的平稳功率同位素电池，能够解决现有技术中独立供能的海洋浮标电源不稳定的问题，达到提高海洋水文水质气象观测精度的目的。

为至少解决上述技术问题，本发明提供了一种耦合二次电容的平稳功率同位素电池，包括：

供能组件，包括三端口变换模块，所述三端口变换模块的一端口形成负载端，其余两端口各自连接同位素电池和储能电池；

热管理组件，包括热管理模块和热管组件，所述热管理模块配置成调节所述储能电池以及与所述负载端连接的负载部件的温度，所述热管组件的蒸发端设置在所述同位素电池上；以及

在第一工况下，所述三端口变换模块控制所述同位素电池和所述储能电池向所述负载端供能，所述热管组件将所述同位素电池的热量传导给所述热管理模块；

在第二工况下，所述三端口变换模块控制所述同位素电池向所述储能电池供能，所述热管组件至少将部分所述同位素电池的热量传导到外界海水中。

根据本发明的一个实施例，所述热管理组件还包括至少包覆在所述储能电池外的储热相变材料；以及

所述第二工况包括所述外界海水的实际流速不低于流速阈值，并且所述储热相变材料的实际温度不低于温度阈值；

所述第一工况下，所述热管组件的冷凝端热传导连接所述储热相变材料，所述第一工况包括所述外界海水的实际流速低于所述流速阈值，或者所述储热相变材料的实际温度低于所述温度阈值，或者所述储热相变材料的实测温度下降速度不低于降温阈值。

根据本发明的一个实施例，所述热管组件包括冷凝端设置在所述热管理模块上的第一热管，以及冷凝端设置在所述外界海水中的第二热管，并且所述第一热管上设置有用以控制开闭状态的热管开关。

根据本发明的一个实施例，所述三端口变换模块包括：

升压模块，其输入端连接所述同位素电池和/或所述储能电池，输出端连接所述负载端，用以对所述同位素电池和/或所述储能电池的电压进行升压处理；

充电模块，其输入端连接所述同位素电池，输出端连接所述储能电池，用以对所述储能电池充电；

切换模块，其用以控制所述同位素电池为所述负载端供电、所述同位素电池和所述储能电池同时为所述负载端供电，或者所述同位素电池为所述储能电池充电；

控制模块，其配置成根据所述负载端的功率控制所述切换模块。

根据本发明的一个实施例，所述升压模块包括：

第一逆变器，其直流侧连接所述同位素电池；

第二逆变器，其直流侧连接所述储能电池；

变压器，其第一原边线圈连接所述第一逆变器的交流侧，第二原边线圈连接所述第二逆变器的交流侧；

整流器，其交流侧连接所述变压器的第一副边线圈，其直流侧连接所述负载端。

根据本发明的一个实施例，所述三端口变换模块还包括：

耦合电容器，其设置在所述第一副边线圈与所述整流器的交流侧之间的线路上，以提高所述负载端电压的稳定性。

根据本发明的一个实施例，所述充电模块包括所述变压器的第二副边线圈，并且所述第二副边线圈连接所述第二逆变器的交流侧；以及

所述切换模块包括：

第一切换开关，其设置在所述第一逆变器的交流侧与所述第一原边线圈之间的线路上；

第二切换开关，其设置在所述第二逆变器的交流侧与所述第二副边线圈之间的线路上。

根据本发明的一个实施例，所述三端口变换模块还包括：

电压检测模块，其设置在所述负载端且输出端连接所述控制模块，配置成检测所述负载端的电压并输送给所述控制模块。

根据本发明的一个实施例，所述的根据所述负载端的功率控制所述切换模块，包括：

响应于所述功率大于第一预设功率，控制所述切换模块以使所述同位素电池和所述储能电池同时为所述负载端供电。

根据本发明的一个实施例，所述的根据所述负载端的功率控制所述切换模块还包括：

响应于所述功率小于第二预设功率，控制所述切换模块以使所述同位素电池为所述负载端供电以及为所述储能电池充电。

本发明所提供的技术方案，耦合二次电容的平稳功率同位素电池的供能组件包括同位素电池、储能电池和三端口变换模块，可以采用同位素电池通过三端口变换模块为负载端所连接的海洋浮标的电器元件等负载部件供电。由于同位素电池具有环境适应性好、寿命长的优点，其产生的电能不受天气的影响，因此可以长期为海洋浮标的电器元件提供稳定的电能，与现有技术中采用太阳能、波动能等能源相比，能够提高对海洋浮标供电的稳定性，使海洋浮标能够长期稳定工作，达到提高海洋水文水质气象观测精度的目的。

并且在本发明所提供的技术方案中，耦合二次电容的平稳功率同位素电池中还设置有热管理组件，该热管理组件包括热管理模块和热管组件。在第一工况下热管组件可以将同位素电池产生的热量传导给热管理模块，以采用同位素电池的余热调节储能电池以及负载端所连接的负载部件的温度，使储能电池和负载部件工作在适宜的温度下，防止储能电池和负载部件由于温度过低而无法正常工作；在第二工况下，热管组件将同位素电池的热量传导到外界的海水中，以对同位素电池进行散热，防止同位素电池的温度过高。由于热管理组件可以对同位素电池、储能电池以及负载部件的温度进行调节，因此可以提高同位素电池、储能电池和负载部件的工作性能，从而进一步地提高海洋水文水质气象观测精度。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的耦合二次电容的平稳功率同位素电池中供能组件的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的耦合二次电容的平稳功率同位素电池中热管理组件的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的三端口变换模块的示意性结构图；

图4是根据本发明一个实施例的一种三端口变换模块的电路结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的设有耦合电容器的三端口变换模块的电路结构示意图；

图6是根据本发明一个实施例的另一种三端口变换模块的电路结构示意图；

图7是根据本发明一个实施例的控制模块根据三端口变换模块的功率控制切换模块的流程图。

具体实施方式

下面参照图1至图7来描述本发明实施例的一种耦合二次电容的平稳功率同位素电池。在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征，也即包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。当某个特征“包括或者包含”某个或某些其涵盖的特征时，除非另外特别地描述，这指示不排除其它特征和可以进一步包括其它特征。

除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”“耦合”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。本领域的普通技术人员，应该可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本实施例的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。也即在本实施例的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、或“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本申请的一种耦合二次电容的平稳功率同位素电池包括供能组件和热管理组件，其中供能组件如图1所示，包括三端口变换模块，该三端口变换模块的第一端口连接同位素电池，第二端口连接储能电池，第三端口形成用以连接海洋浮标的电气元件等负载部件的负载端。

在本实施例中，储能电池可以采用锂电池，同位素电池可以采用放射性同位素温差发电器或者辐射伏特效应同位素电池，该同位素电池可以采用的氚作为放射性元素，通过释放β射线来产生电能。并且该同位素电池为热型同位素电池，其工作时会产生热量。

上述三端口变换模块可以通过切换同位素电池、储能电池、负载端之间的连接关系，以控制对负载端的供电方式，例如，可以控制同位素电池单独与负载端供电，或者控制同位素电池和储能电池同时为负载端供电，或者控制同位素电池同时为储能电池充电和为负载端供电。

上述热管理组件如图2所示，包括热管理模块和热管组件，其中热管理模块用于调节储能电池和负载端所连接的负载部件的温度；热管组件的蒸发端设置在同位素电池上，以吸收同位素电池所产生的热量。

以一种实现方式为例，上述热管理模块可以包括两个热管，并且两个热管的蒸发端均位于第一设定位置，冷凝端分别位于储能电池处和负载端所连接的负载部件处。上述热管组件的冷凝端的位置可以在第一设定位置和第二设定位置之间进行切换，例如，可以在同位素电池上设置电机等旋转机构，并且将该热管组件的蒸发端固定在旋转机构上，该旋转机构可以驱动热管组件旋转，以使热管组件的冷凝端位于第一设定位置或者第二设定位置。

当热管组件的冷凝端的位于第一设定位置时，热管组件的冷凝端可以在第一设定位置释放热量；此时热管理模块中的两个热管的蒸发端可以在第一设定位置吸收热量，冷凝端分别在储能电池和负载部件处释放热量，从而采用同位素电池所产生的热量为储能电池和负载部件加热。

当热管组件的冷凝端位于第二设定位置时，热管组件的冷凝端可以与外界海水相接触，从而将热管组件在同位素电池上所吸收的热量释放到外界海水中，以对同位素电池进行散热。

可以理解的是，上述热管理模块和热管组件的实现方式是示例性的而非限制性的，在其他应用场景中，热管理模块和热管组件可以采用其他的方式实现。

在本实施例中，三端口变换模块在不同的工况下对同位素电池和储能电池进行不同的控制，并且热管组件的冷凝端在不同的工况下位于不同的位置，下面以两种工况为例进行说明。

在第一工况下，上述三端口变换模块控制同位素电池和储能电池向负载端供能，并且热管组件的冷凝端位于第一设定位置，从而将同位素电池产生的热量传递至储能电池和负载部件，防止储能电池和负载部件的温度过低而无法正常工作。

在第二工况下，上述三端口变换模块控制同位素电池对储能电池进行充电，并且热管组件的冷凝端位于第二设定位置，从而将同位素电池产生的热量传递至外界海水中，以对同位素电池进行散热。

在本实施例中，可以在三端口变换模块中设置控制装置，以控制三端口变换模块的工作方式和热管组件的位置，或者设置单独的控制装置控制热管组件的位置，或者设置总控制装置以对三端口变换模块和热管组件进行控制。

综上所述，本发明所提供的技术方案，采用同位素电池通过三端口变换模块为负载端所连接的海洋浮标的电器元件等负载部件供电。由于同位素电池具有环境适应性好、寿命长的优点，其产生的电能不受天气的影响，因此可以长期为海洋浮标的电器元件提供稳定的电能，与现有技术中采用太阳能、波动能等能源相比，能够提高对海洋浮标供电的稳定性，使海洋浮标能够长期稳定工作，达到提高海洋水文水质气象观测精度的目的。

另外，本发明的技术方案还可以在第一工况下热管组件可以将同位素电池产生的热量传导给热管理模块，以采用同位素电池的余热调节储能电池以及负载端所连接的负载部件的温度，使储能电池和负载部件工作在适宜的温度下，防止储能电池和负载部件由于温度过低而无法正常工作；在第二工况下，热管组件将同位素电池的热量传导到外界的海水中，以对同位素电池进行散热，防止同位素电池的温度过高。由于热管理组件可以对同位素电池、储能电池以及负载部件的温度进行调节，因此可以提高同位素电池、储能电池和负载部件的工作性能，从而进一步地提高海洋水文水质气象观测精度。

上文中对本申请的技术方案的实施方式、工作原理以及技术效果做了详细的介绍，下面结合具体应用场景，对热管理组件做进一步的详细阐述。

在一个实施例中，本申请的耦合二次电容的平稳功率同位素电池，其热管理组件还包括包覆在储能电池外的储热相变材料，该储热相变材料可以吸收热量和释放热量，以调节储能电池的温度。在其他实施例中，可以在负载部件上也包裹储热相变材料，但是在本实施例中不做具体的要求。

在本实施例中，当热管组件和热管理模块将同位素电池产生的热量传导至储能电池时，储热相变材料可以吸收该热量并进行存储，然后通过热传导的方式对储能电池进行加热。由于储热相变材料在吸收热量时温度会升高，但是当温度达到阈值时温度将不再发生变化，因此可以防止储能电池出现温度过高的情况。另外，储热相变材料还能够吸收储能电池所释放的热量，从而实现对储能电池散热，并在储能电池的温度过低时进行散热，以实现对储能电池的热量进行再次利用。再者，在第二工况下，随着热管组件对储热相变材料的加热减少，储热相变材料在储能电池外形成储热缓冲层，延长储能电池的快速充电时长，进一步提高同位素电池向储能电池的充电效率。因此，本实施例的设置方式可以提高对储能电池温度调节的精确性和可靠性。

在本实施例中，上述第一工况包括：外界海水的实际流速低于流速阈值，或者储热相变材料的实际温度低于温度阈值，或者储热相变材料的实测温度下降速度不低于降温阈值。当外界海水的实际流速低于流速阈值时，储能电池和负载部件均需要进行工作，需要对储能电池和负载部件进行加热以提高负载部件工作的稳定性和可靠性。当储热相变材料的实际温度低于温度阈值时，可以认为储热相变材料所存储的热量过低，需要对储热相变材料进行加热；当储热相变材料的实测温度下降速度不低于降温阈值时，可以认为储热相变材料的热量消耗过快，需要对储热相变材料进行加热。

因此，在本实施例中，在第一工况下控制上述热管组件的冷凝端热传导连接上述储热相变材料，以将同位素电池产生的热量传导至储热相变材料进行存储，从而提高储能电池温度调节的可靠性。

在本实施例中，上述第二工况包括：外界海水的实际流速不低于流速阈值，并且储热相变材料的实际温度不低于温度阈值。由于储热相变材料的实际温度不低于温度阈值时，可以为储能电池提供足够的热量，并且当外界海水的实际流速不低于流速阈值时，外界海水具有较好的散热功能。因此在第二工况下，将热管组件的冷凝端设置在第二设定位置以与外界海水相接触，从而将同位素电池产生的热量传导至外界海水，以加快同位素电池的散热，实现同位素电池对储能电池的快速充电，防止同位素电池因温度过高而影响工作性能。

本实施例的设置方式，在判断第一工况和第二工况时，需要获取外界海水的实际流速和储热相变材料的实际温度，因此，可以在本申请的平稳功率同位素电池中设置流速传感器和温度传感器，以分别检测外界海水的实际流速和储热相变材料的实际温度；或者在负载部件的控制装置上连接流速传感器和温度传感器，负载部件的控制装置通过该流速传感器和温度传感器获取外界海水的实际流速和储热相变材料的实际温度，然后将该实际流速和实际温度发送给该平稳功率同位素电池。

在一个实施例中，热管理组件中的热管组件包括第一热管和第二热管，其中第一热管的蒸发端设置在同位素电池，冷凝端设置在热管理模块，并且在第一热管上设置有第一热管开关。上述第二热管的蒸发端设置在同位素电池，冷凝端设置在第二设定位置，并且在第二热管上设置有第二热管开关。

上述第一热管开关和第二热管开关可以采用电磁阀等可控的开关，当第一热管开关断开时，第一热管的蒸发端和冷凝端之间的连通断开，同位素电池所产生的热量不能够传递至热管理模块；当第一热管开关闭合时，第一热管的蒸发端和冷凝端连通，同位素电池所产生的热量可以通过第一热管传递至热管理模块。

当第二热管开关断开时，第二热管的蒸发端和冷凝端之间的连通断开，同位素电池所产生的热量不能够传递至外界海水中；当第二热管开关闭合时，第二热管开关的蒸发端和冷凝端连通，同位素电池所产生的热量可以通过第二热管开关传递至外界海水中，以实现对同位素电池的散热。

本实施例的设置方式，在热管组件中设置第一热管和第二热管，以分别将同位素电池的热量传导至热管理模块和外界海水，可以减小热管组件的结构的复杂程度，并提高对储能电池和负载部件温度控制的便利性。

上文中对本申请的耦合二次电容的平稳功率同位素电池中的热管理组件做了详细的介绍，下面结合具体应用场景，对供能组件做进一步的详细介绍。

在一个实施例中，如图3所示，三端口变换模块包括升压模块、充电模块、切换模块和控制模块，同位素电池的第一电源接口和储能电池的第二电源接口通过切换模块连接升压模块的输入端，并且充电模块的输入端连接切换模块、输出端连接储能电池，升压模块的输出端连接负载端，控制模块连接切换模块。上述升压模块用于对同位素电池和储能电池的电压进行升压处理，并将升压处理后的电压输送给负载端，以对负载端所连接的海洋浮标的电气元件进行供电。上述控制模块可以采用具有逻辑控制处理功能的器件，例如可以采用体积较小的单片机，通过发出控制信号对切换模块进行控制。

在本实施例中，控制模块还连接有功率检测模块，功率检测模块设置在负载端，用于检测负载端的功率并传送给控制模块。例如，功率检测模块可以包括设置在负载端的电压传感器和电流传感器，分别用于检测负载端的电压和电流并传送给控制模块，控制模块根据负载端的电压和电流计算出负载端的功率。

当控制模块获取到负载端的功率后，根据该功率对切换模块进行控制，以提高本申请的同位素电池设备所提供的电能的稳定性。例如，可以控制切换模块以使同位素电池产生的电压单独输送给升压模块，以采用同位素电池单独为负载端供电；或者控制切换模块以使同位素电池和储能电池产生的电压同时输送给升压模块，以采用同位素电池和储能电池同时为负载端供电；或者控制同位素电池通过充电模块与储能电池连接，以使同位素电池为储能电池充电。

在本实施例中，同位素电池和储能电池均通过升压模块与负载端连接，在其他实施例中，可以设置成为只有同位素电池通过升压模块与负载端连接，或者设置成为只有储能电池通过升压模块与负载端连接。

通过本实施例的设置方式，可以采用升压模块对同位素电池和储能电池的电压进行升压处理后再为负载端供电，从而防止出现由于同位素电池和储能电池的电压过低而不能够满足负载端所连接的海洋浮标的用电需求的现象，达到提高对负载端供电的可靠性的目的。

在一个实施例中，如图4所示，其中E1为同位素电池，E2为储能电池，C1为同位素电池E1的稳压电容，用于稳定同位素电池E1输出的电压；C2为储能电池E2的稳压电容，用于稳定储能电池E2输出的电压；C3为负载端的稳压电容，用于稳定负载端的电压。

在图4所示出的同位素电池设备的结构中，三端口变换模块中的升压模块包括第一逆变器、第二逆变器、变压器T0和整流器，其中第一逆变器的直流侧连接同位素电池E1，第二逆变器的直流侧连接储能电池E2，整流器的直流侧连接负载端。

上述第一逆变器包括晶闸管S1、晶闸管S2、晶闸管S3和晶闸管S4所构成的桥式逆变电路，并且晶闸管S1并联设置有续流二极管D1和稳压电容C11，晶闸管S2并联设置有续流二极管D2和稳压电容C12，晶闸管S3并联设置有续流二极管D3和稳压电容C13，晶闸管S4并联设置有续流二极管D4和稳压电容C14。

上述第二逆变器包括晶闸管S5、晶闸管S6、晶闸管S7和晶闸管S8所构成的桥式逆变电路，并且晶闸管S5并联设置有续流二极管D5和稳压电容C21，晶闸管S6并联设置有续流二极管D6和稳压电容C22，晶闸管S7并联设置有续流二极管D7和稳压电容C23，晶闸管S8并联设置有续流二极管D8和稳压电容C24。

上述整流器包括晶闸管S9、晶闸管S10、晶闸管S11和晶闸管S12所构成的桥式整流电路，并且晶闸管S9并联设置有续流二极管D9和稳压电容C31，晶闸管S10并联设置有续流二极管D11和稳压电容C32，晶闸管S11并联设置有续流二极管D11和稳压电容C33，晶闸管S12并联设置有续流二极管D12和稳压电容C34。

上述变压器T0具有两个原边线圈和一个副边线圈，其中第一原边线圈连接第一逆变器的交流侧，第二原边线圈连接第二逆变器的交流侧，副边连接整流器的交流侧。上述充电模块包括正极充电线路和负极充电线路，其中正极充电线路用于将同位素电池E1的正极与储能电池E2的正极电连接，负极充电线路用于将同位素电池E1的负极与储能电池E2的负极电连接，并且在正极充电线路上设置有防反二极管D0，该防反二极管D0用于防止电流由储能电池E2流向同位素电池E1。

在本实施例中，切换模块包括第一开关K0、第二开关K1和第三开关K2，其中第一开关K0设置在第一逆变器的交流侧连接变压器的第一原边线圈的线路上，第二开关K1设置在第二逆变器的交流侧连接变压器的第二原边线圈的线路上，第三开关K2设置在充电模块中的正极充电线路上。该第一开关K0、第二开关K1和第三开关K2均采用的是继电器等可控开关，控制模块与第一开关K0、第二开关K1和第三开关K2连接。

当控制模块控制第一开关K0闭合时，第一逆变器对同位素电池E1的电压进行逆变处理以形成对应的交流电压；然后变压器T0的第一原边线圈与副边线圈之间的耦合关系，将该交流电压经过升压处理后输送给整流器的交流侧，最后再经过整流器的整流处理后形成直流电压并输送到负载端，以对负载端所连接的海洋浮标的电气元件供电。

当控制模块控制第一开关K0和第二开关K1闭合时，第一逆变器对同位素电池E1的电压进行逆变处理以形成对应的交流电压，第二逆变器对储能电池E2的电压进行你变处理以形成对应的交流电压；然后变压器T0的第一原边线圈与副边线圈之间的耦合关系、第二原边线圈与副边线圈之间的耦合关系，将第一逆变器和第二逆变器所产生的交流电压经过升压处理后输送给整流器的交流侧，最后再经过整流器的整流处理后形成直流电压并输送到负载端，以对负载端所连接的海洋浮标的电气元件供电。

当控制模块控制第三开关K2闭合时，同位素电池E1的正极和负极分别与储能电池E2的正极和负极对应电连接，同位素电池E1可以为储能电池E2进行充电，并且在防反二极管D0的作用下，可以防止储能电池E2向同位素电池E1进行充电，从而提高对储能电池E2充电的可靠性和安全性。

通过本实施例的设置方式，可以通过变压器T0中第一原边线圈、第二原边线圈与副边线圈之间的耦合关系，使同位素电池E1单独为负载端供电或者同位素电池E1和储能电池E2同时为负载端供电，以提高三端口变换模块的可靠性和稳定性。

在一个实施例中，如图5所示，三端口变换模块中还设置有耦合电容器C0，该电容耦合器C0设置在变压器T0副边线圈连接整流器的交流侧的线路上，该耦合电容器C0可以对变压器T0副边线圈产生的交流电压进行过滤，以消除其中的直流电压，防止直流电压进入整流器的直流侧而影响整流器的工作性能，提高整流器直流侧输出直流电压的稳定性，进而使负载端的电压的保持平稳。

在上述实施例中，同位素电池E1和储能电池E2的电压相同或者同位素电池E1和储能电池E2之间的电压差值不大于预设差值，同位素电池E1产生的电能可以直接对储能电池E2进行充电。在其他实施例中，当同位素电池E1和储能电池E2的电压不同且相差大于预设差值时，三端口变换模块可以采用图4所示出的结构，以使同位素电池E1对储能电池E2进行充电。

在一个实施例中，如图6所示，变压器T0具有两个副边线圈，其中第一副边线圈连接整流器的交流侧，第二副边线圈连接第二逆变器的交流侧，并且在第二副边线圈连接第二逆变器的交流侧的线路上设置有第三开关K2。

在本实施例中，充电模块包括上述变压器T0的第二线圈，切换模块包括上述第一开关K0、第二开关K1和第三开关K2。当控制模块控制第一开关K0闭合时，通过变压器T0的第一原边线圈与第一副边线圈之间的耦合关系，使同位素电池E1单独为负载端供电；当控制模块控制第一开关K0和第二开关K1同时闭合时，通过变压器T0的第一原边线圈和第二原边线圈与第一副边线圈之间的耦合关系，使同位素电池E1和储能电池E2同时为负载端供电；当控制模块控制第一开关K0和第三开关K2闭合时，通过第一原边线圈与第二副边线圈的耦合关系，可以在第二逆变器的交流侧产生对应的交流电压，由于第二逆变器还具有整流功能，因此在第二逆变器的整流作用下，可以在第二逆变器的直流侧产生直流电压，以对储能电池进行充电。

通过本实施例的设置方式，可以在同位素电池E1与储能电池E2输出电压不同的情况下，实现同位素电池E1单独为负载端供电、同位素电池E1和储能电池E2同时为负载端供电、同位素电池E1为储能电池E2进行充电，从而提高本申请的同位素电池设备的稳定性和兼容性。

在一个实施例中，三端口变换模块的负载端还设置有电压检测模块，该电压检测模块的输出端连接控制模块，该电压检测模块用于检测负载端的电压并发送给控制模块，控制模块根据负载端的电压判断负载端的功率是否存在异常，以便于控制模块对同位素电池E1和储能电池E2的工作模式进行控制，使负载端的输出功率保持稳定。

例如，本实施例中可以设置负载端的电流恒定为额定电流，当通过电压检测模块检测到负载端的电压小于第一预设电压时，可以判断为当前负载端所需求的功率较小；当通过电压检测模块检测到负载端的电压大于第二预设电压时，可以判断为当前负载端所需求的功率较大。

在其他实施例中，可以设置负载端的电压恒定为额定电压，并且在负载端设置电流检测模块以检测负载端的电流，当检测到负载端的电流小于第一预设电流时，可以判断为当前负载端所需求的功率较小；当检测到负载端的电流大于第二预设电流时，可以判断为当前负载端所需求的功率较大。

在一个实施例中，控制模块根据三端口变换模块的功率控制切换模块的流程如图7所示，包括如下步骤：

步骤S1：判断负载端的功率是否大于第一预设功率；

步骤S2：如果是，则对切换模块进行控制，以使同位素电池和储能电池同时为负载端供电。

在本实施例中，当负载端的功率大于第一预设功率时，可以认为海洋浮标需求的功率较大，只采用同位素电池为负载端供电，则可能出现同位素电池所提供的电能不能够满足海洋浮标的电气元件的供电需求的问题，因此控制切换模块以使同位素电池和储能电池同时为负载端供电，以为海洋浮标的电气元件提供足够的电能，从而保证负载端的功率的稳定性，达到提高海洋浮标供电的可靠性的目的。

在一个实施例中，控制模块根据三端口变换模块的功率控制切换模块的方法还包括如下步骤：

步骤S3：判断负载端的功率是否小于第二预设功率，如果是，则对切换模块进行控制，以使同位素电池同时为负载端供电以及为储能电池充电。

在本实施例中，该第二预设功率小于上述第一预设功率，并且由于当负载端的功率小于第二预设功率时，可以认为海洋浮标需求的电能较小，如果同位素产生的电能只用于对海洋浮标供电，则可能会出现不必要的浪费。并且储能电池中存储的电能是有限的，为了保证储能电池的续航能力，可以通过切换模块控制同位素电池为海洋浮标的电气元件供电的同时，还通过充电模块对储能电池进行充电。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种耦合二次电容的平稳功率同位素电池，其特征在于，包括：

供能组件，包括三端口变换模块，所述三端口变换模块的一端口形成负载端，其余两端口各自连接同位素电池和储能电池；

热管理组件，包括热管理模块和热管组件，所述热管理模块配置成调节所述储能电池以及与所述负载端连接的负载部件的温度，所述热管组件的蒸发端设置在所述同位素电池上；以及

在第一工况下，所述三端口变换模块控制所述同位素电池和所述储能电池向所述负载端供能，所述热管组件将所述同位素电池的热量传导给所述热管理模块；

在第二工况下，所述三端口变换模块控制所述同位素电池向所述储能电池供能，所述热管组件至少将部分所述同位素电池的热量传导到外界海水中；

所述热管理组件还包括至少包覆在所述储能电池外的储热相变材料；以及

所述第二工况包括所述外界海水的实际流速不低于流速阈值，并且所述储热相变材料的实际温度不低于温度阈值；

所述第一工况下，所述热管组件的冷凝端热传导连接所述储热相变材料，所述第一工况包括所述外界海水的实际流速低于所述流速阈值，或者所述储热相变材料的实际温度低于所述温度阈值，或者所述储热相变材料的实测温度下降速度不低于降温阈值。

2.根据权利要求1所述的平稳功率同位素电池，其特征在于，

所述热管组件包括冷凝端设置在所述热管理模块上的第一热管，以及冷凝端设置在所述外界海水中的第二热管，并且所述第一热管上设置有用以控制开闭状态的热管开关。

3.根据权利要求1所述的平稳功率同位素电池，其特征在于，

所述三端口变换模块包括：

升压模块，其输入端连接所述同位素电池和/或所述储能电池，输出端连接所述负载端，用以对所述同位素电池和/或所述储能电池的电压进行升压处理；

充电模块，其输入端连接所述同位素电池，输出端连接所述储能电池，用以对所述储能电池充电；

切换模块，其用以控制所述同位素电池为所述负载端供电、所述同位素电池和所述储能电池同时为所述负载端供电，或者所述同位素电池为所述储能电池充电；

控制模块，其配置成根据所述负载端的功率控制所述切换模块。

4.根据权利要求3所述的平稳功率同位素电池，其特征在于，

所述升压模块包括：

第一逆变器，其直流侧连接所述同位素电池；

第二逆变器，其直流侧连接所述储能电池；

变压器，其第一原边线圈连接所述第一逆变器的交流侧，第二原边线圈连接所述第二逆变器的交流侧；

整流器，其交流侧连接所述变压器的第一副边线圈，其直流侧连接所述负载端。

5.根据权利要求4所述的平稳功率同位素电池，其特征在于，

所述三端口变换模块还包括：

耦合电容器，其设置在所述第一副边线圈与所述整流器的交流侧之间的线路上，以提高所述负载端电压的稳定性。

6. 根据权利要求4所述的平稳功率同位素电池，其特征在于，

所述充电模块包括所述变压器的第二副边线圈，并且所述第二副边线圈连接所述第二逆变器的交流侧；以及

所述切换模块包括：

第一切换开关，其设置在所述第一逆变器的交流侧与所述第一原边线圈之间的线路上；

第二切换开关，其设置在所述第二逆变器的交流侧与所述第二副边线圈之间的线路上。

7.根据权利要求3所述的平稳功率同位素电池，其特征在于，

所述三端口变换模块还包括：

电压检测模块，其设置在所述负载端且输出端连接所述控制模块，配置成检测所述负载端的电压并输送给所述控制模块。

8.根据权利要求3所述的平稳功率同位素电池，其特征在于，

所述的根据所述负载端的功率控制所述切换模块，包括：

响应于所述功率大于第一预设功率，控制所述切换模块以使所述同位素电池和所述储能电池同时为所述负载端供电。

9.根据权利要求8所述的平稳功率同位素电池，其特征在于，

所述的根据所述负载端的功率控制所述切换模块还包括：

响应于所述功率小于第二预设功率，控制所述切换模块以使所述同位素电池为所述负载端供电以及为所述储能电池充电。