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专利号: 2019114203771
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于固体氧化物燃料电池堆的无人机增程控制系统,其特征在于,包括固体氧化物燃料电池模块、锂电池模块、开关稳压控制器、充电模块、并流控制模块、无人机系统和预警模块;

所述的固体氧化物燃料电池模块包括固体氧化物燃料电池堆(14)、预重整器(9)、后燃室(15)和控制模块,所述预重整器(9)内部设有电加热器(10),所述控制模块包括若干个温度传感器(12)、气体流量计(8)和气压传感器(13),所述固体氧化物燃料电池堆(14)的阳极入口依次连接气体流量计(8)、预重整器(9)、一温度传感器(12)、气压传感器(13),所述固体氧化物燃料电池堆(14)的阴极入口依次连接热交换器(16)、一温度传感器(12),所述后燃室(15)的入口连接所述固体氧化物燃料电池堆(14)的尾气输出端,所述后燃室(15)的出口连接所述热交换器(16),

所述的锂电池模块包括锂电池A(11)和锂电池B,所述锂电池A(11)与预重整器(9)电连接,所述的并流控制模块为一双输入单输出的三端口直流变换器,所述直流变换器的输入口分别连接所述固体氧化物燃料电池堆、锂电池B,直流变换器的输出口连接所述无人机系统,所述固体氧化物燃料电池堆另一输出端依次连接所述开关稳压控制器、充电模块和锂电池模块,所述预警模块与无人机系统连接。

2.根据权利要求1所述的基于固体氧化物燃料电池堆的无人机增程控制系统,其特征在于,所述固体氧化物燃料电池堆(14)包括平行设置的上封接板(1)和下封接板(6),以及若干个依次层叠的位于两个封接板之间的电池单体,在相邻两个电池单体之间设置有连接件(5),所述电池单体包括自上而下依次设置的阳极集流层(2)、单电池层(3)、阴极集流层(4),所述单电池层(3)的制备过程如下:(1)将阳极材料、电解质材料和造孔剂按质量比6:4:2混合,球磨24小时,经干燥后得到所需阳极初级粉体,采用流延成型或挤出成型的方式将阳极初级粉体制成阳极支撑体素坯,在空气气氛中1200℃烧结10小时,得到复合阳极平板型支撑体,所述造孔剂为淀粉;

(2)采用丝网印刷法或流延成型方式将电解质材料均匀涂覆在步骤(1)中制备的复合阳极平板型支撑体上,并于空气气氛中1400℃烧结10小时,得到阳极‑电解质支撑半电池;

(3)在阴极材料中加入含10wt%乙基纤维素的松油醇,松油醇与阴极材料质量比为1:

2,混合球磨12小时后,得到阴极浆料,采用丝网印刷方式将所制备阴极浆料均匀涂覆在步骤(2)中制备的阳极‑电解质支撑半电池上,并于空气气氛中1000℃烧结5小时,得到平板状的固体氧化物燃料单电池。

3.根据权利要求2所述的基于固体氧化物燃料电池堆的无人机增程控制系统,其特征在于,所述阳极材料为氧化镍。

4.根据权利要求2所述的基于固体氧化物燃料电池堆的无人机增程控制系统,其特征在于,所述电解质为氧化钇稳定的氧化锆、Ce0.8Gd0.2O1.9、La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3‑δ中的一种。

5.根据权利要求2所述的基于固体氧化物燃料电池堆的无人机增程控制系统,其特征在于,所述阴极材料为La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3‑δ、(La0.75Sr0.25)0.95MnO3、PrBaCo2O5+δ中的一种。

6.根据权利要求2所述的基于固体氧化物燃料电池堆的无人机增程控制系统,其特征在于,所述连接件(5)为SUS430材质。

7.根据权利要求2所述的基于固体氧化物燃料电池堆的无人机增程控制系统,其特征在于,所述阳极集流层(2)为泡沫镍,所述阴极集流层(4)为银网。

8.一种利用权利要求1所述的控制系统控制无人机增程的方法,其特征在于,包括以下步骤:

将乙醇燃料与水蒸气按比例混合通入预重整器(9)中进行重整,通过气体流量计(8)监控燃料气的流速,同时锂电池模块中的锂电池A(11)对预重整器(9)进行加热升温,通过温度传感器(12)分别监控燃料气和空气的温度,通过气压传感器(13)监控燃料气的压力,使燃料气达到固体氧化物燃料电池工作要求;

重整后的燃料气进入固体氧化物燃料电池堆(14)的阳极侧,同时,空气经热交换器预热后进入固体氧化物燃料电池堆(14)的阴极侧,固体氧化物燃料电池堆(14)进行发电,产生的尾气在后燃室(15)中燃烧,燃烧产生的热量经过热交换器(16)与空气进行热交换,交换热量之后的空气继续通入固体氧化物燃料电池堆(14)的阴极;

固体氧化物燃料电池堆未工作时,锂电池B驱动无人机的启停,固体氧化物燃料电池堆启动工作时,产生的电量一方面驱动无人机,另一方面通过开关稳压控制器和充电模块对锂电池模块进行充电,固体氧化物燃料电池堆、锂电池B通过直流交换器进行切换,以适配不同的工作环境要求;预警模块对无人机在工作过程中出现的故障问题进行及时反馈,发出预警信号,避免无人机突然停止工作。