一种无人机供氢系统的制作方法

1.本发明涉及一种供氢装置，尤其涉及一种应用于无人机中为氢燃料电池供氢的供氢系统。


背景技术：

2.在无人机发展的过程中，续航一直是无人机应用的一个大问题，现在无人机理论上的续航时间也就几十分钟，完全无法令人满意。目前无人机产品使用的电池大多是锂电池，虽然也有太阳能、油动、油电混合这些方法，但却各有不足。氢燃料电池作为一种清洁的新能源，因其零排放、高效率、高能量密度等特点使得其在无人机上的应用研究在近年来逐渐在各国兴起。目前研究的无人机用燃料电池氢气来源主要来自于高压氢瓶，高压氢瓶内的氢气经过供氢系统输出至氢燃料电池。
3.对于现有的无人机氢燃料电池，如果要提高无人机的续航时间，势必需要增大氢燃料电池的输出电堆功率，这一方面对供氢系统提出了更高的要求，另一方面需要增加水冷系统，因为大功率燃料电池堆在较大电流下活化要放出大量热量，如果热量不能及时被排出，局部过热会造成该处电流密度升高，电流密度升高会产生更多的热量，严重时会烧坏膜电极，造成氢氧互混，导致电池组失效，更严重则可能导致电池堆爆炸，冷却系统对于大功率燃料电池堆的安全稳定运行起着至关重要的作用，但增加水冷系统又增加了无人机装置的重量，不利于无人机的飞行，也无法满足轻量化要求。
4.现有技术中采用氢燃料电池的无人机输出功率较小，无法满足长时间飞行需求，大功率无人机目前多采用锂电池供电，氢燃料电池难以实现无人机的大功率供电需求，这制约了大功率供氢系统应用于无人机领域，在一定程度上制约了无人机的发展。


技术实现要素：

5.本发明是为了解决现有的无人机供氢系统难以满足大功率无人机的需求，解决现有供氢系统在应用于无人机时，供氢系统管路连接复杂、系统漏点较多，供氢系统重量较大不利于无人机飞行等技术问题。
6.为了解决上述问题，本发明提供了一种无人机供氢系统，其包括：氢气瓶，为氢燃料电池堆提供氢气来源；供氢管路，布置于所述氢气瓶和氢燃料电池堆之间，将氢气瓶与第一级减压阀连通，以及将第一级减压阀与第二级减压阀连通；减压系统，包括第一级减压阀和第二级减压阀，所述第一级减压阀与若干并联布置的第二级减压阀连通；所述氢气瓶与所述第一级减压阀间布置有截止阀，若干第二级减压阀的出口分别对应连通至若干氢燃料电池堆。
7.作为进一步的改进，若干所述第二级减压阀的出口分别对应连通至不同的氢燃料电池堆，所述第二级减压阀的出口下游布置有若干电磁阀二，每一个所述电磁阀二至少连
通一个第二级减压阀。
8.作为进一步的改进，所述第一级减压阀的出口连通一多路输气接头，所述多路输气接头分别对应连通有若干第二级减压阀。
9.作为进一步的改进，所述供氢系统还包括固定支架，固定支架包括支撑杆和支撑板，所述支撑杆与支撑板相互连接，所述固定支架支撑于所述氢气瓶外，为减压系统的安装提供支撑。
10.作为进一步的改进，所述第一级减压阀的入口的上游供氢管路中布置有压力传感器和电磁阀一。
11.作为进一步的改进，所述第一级减压阀的入口上游布置有过滤器，对进入第一级减压阀的氢气进行过滤。
12.作为进一步的改进，每一个所述第二级减压阀的出口对应连通至少一个氢燃料电池堆，每一个所述第二级减压阀和与其连通的氢燃料电池堆间的供氢管路中布置有电磁阀二，且每一个所述电磁阀二控制一个第二级减压阀的氢气输出。
13.作为进一步的改进，每两个所述第二级减压阀的出口对应连通至两个氢燃料电池堆，两个所述第二级减压阀的出口与两个氢燃料电池堆间分别对应布置有一个电磁阀二。
14.高压气瓶内流出的高压氢气经第一级减压阀减压后，经过分流分别进入若干个并联布置的第二级减压阀，若干第二级减压阀经分组后对应为若干个氢燃料电池堆输出低压氢气。
15.本发明将流经第一级减压阀后的高压氢气通过多路第二级减压阀分流输出，可以为多个氢燃料电池堆输出稳定的氢气，保障了电堆的稳定工作，同时由于整个无人机的电堆系统是由若干个小电堆串联叠加组成的，可以使电堆系统避开水冷系统，同时可以减小空间及减轻重量，满足无人机的飞行需求。
附图说明
16.为使本发明的内容更容易被理解，下面结合附图和实施例对本发明作进一步示例性说明。
17.图1为本发明一实施例结构示意图。
18.图2为图1的侧面结构示意图。
19.图3为图1的俯视结构示意图。
20.图4为本发明所述固定支架一实施例结构示意图。
21.图5为本发明所述供氢系统一实施例供氢原理示意图。
22.图中：1-氢气瓶，2-供氢管路，3-截止阀，4-第一级减压阀，5-多路输气接头，6-第二级减压阀，7-电磁阀二，8-电磁阀一，9-充气阀，10-第一支撑板，11-支撑杆，12-第二支撑板，40-过滤器，41-压力传感器，90-单向阀。
具体实施方式
23.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，
都属于本发明保护的范围。
24.需要说明的是，在供氢系统中，氢气瓶与减压阀及其他功能阀门间通过供氢管路连通，供氢管路将氢气瓶内的高压氢气经减压系统减压后输出，各部件与供氢管路连接时会增加整个系统的漏点，如果漏点过多，一方面不利于输出稳定的氢气，另一方面会产生供氢的安全隐患。另外，管路增多也会增加系统的重量，同时不利于管路的管理，降低了无人机内空间的利用率。当然供氢管路根据需要，可以采用不同材质的材质制成。
25.如图1-5所示实施例，一种无人机供氢系统，其包括：氢气瓶1，为氢燃料电池堆提供氢气来源；供氢管路，将若干氢气瓶1与第一级减压阀4连通，以及将第一级减压阀4与第二级减压阀6连通；减压系统，包括第一级减压阀4和第二级减压阀6，第一级减压阀4同时与若干第二级减压阀6连通；所述氢气瓶1与所述第一级减压阀4间布置有截止阀3，若干第二级减压阀6的出口分别对应连通至若干氢燃料电池堆。
26.作为实施例，所述氢气瓶，可以采用一个大容量的氢气瓶，也可以采用若干较小容量的氢气瓶串联或并联组成。
27.作为实施例，当氢气瓶1为一个时，所述氢气瓶与第一级减压阀间布置有一个截止阀3，截止阀3连接于所述氢气瓶1的瓶口上；当氢气瓶1有多个时，如图1所示为3个时，可以在每一个氢气瓶1的出口上布置一截止阀3，也可以在第一级减压阀4的入口上游布置一个截止阀3，即将每个分支的供氢管路汇集后连通至主供氢管路中的截止阀3。
28.作为实施例，所述第一级减压阀4的入口的上游供氢管路2中布置有压力传感器41和电磁阀一8。
29.作为实施例，所述第一级减压阀4的出口连通一多路输气接头5，如图1所示，所述多路输气接头5共有12个出口，所述多路输气接头5的出口通过供氢管路2分别对应连通至若干第二级减压阀6。
30.在一些实施例中，所述第一级减压阀4的出口可以通过多路供氢管路2分别连通至多个第二级减压阀6，但这会增加管路连接的复杂性。
31.作为实施例，所述供氢系统还包括固定支架，固定支架包括支撑杆11和支撑板，所述支撑杆11与支撑板相互连接，所述支撑板包括第一支撑板10和第二支撑板12，第一支撑板10间通过支撑杆11连接，第二支撑板12连接于第一支撑板10上，通过支撑杆11与支撑板的交错连接，使固定支架安装于所述氢气瓶1的外表面上，为减压系统的安装提供支撑。
32.上述实施例中，截止阀3、第一级减压阀4、第二级减压阀5等部件连接于所述供氢管路2中；也可以将所述第一级减压阀4、第二级减压阀5等部件附着于所述氢气瓶1外表面；在另一些实施例中，所述第一级减压阀4、第二级减压阀5等部件可以安装于氢气瓶1外的固定支架上，如图1所示所述第一级减压阀4、第二级减压阀5安装于第二支撑板12上。
33.作为实施例，所述第一级减压阀4的入口的上游供氢管路2中布置有压力传感器41和电磁阀一8，在一些实施例中，作为优选方案，所述压力传感器可以集成于第一级减压阀4内或者瓶阀内，所述电磁阀一8集成于第一级减压阀4内。
34.作为实施例，所述第一级减压阀4的入口上游布置有过滤器40，对进入第一级减压
阀4的氢气进行过滤，当然所述过滤器40也可集成于第一级减压阀4内。
35.作为实施例，若干所述第二级减压阀6的出口分别对应连通至不同的氢燃料电池堆；所述第二级减压阀5的出口下游布置有若干电磁阀二7，每一个所述电磁阀二7至少连通一个第二级减压阀6。
36.作为实施例，每一个所述第二级减压阀6的出口对应连通至少一个氢燃料电池堆，所述第二级减压阀6与其连通的氢燃料电池堆间的供氢管路2中布置有电磁阀二7，所述电磁阀二7用来控制第二级减压阀6的出口下游的供氢管路2的通断。
37.作为实施例，每两个所述第二级减压阀6的出口对应连通至两个氢燃料电池堆，两个所述第二级减压阀6的出口与两个氢燃料电池堆间分别对应布置有一个电磁阀二7。
38.在实际组合应用时，一个第二级减压阀6可以为两个氢燃料电池堆输氢，两个第二级减压阀6可以为一个氢燃料电池堆输氢，也可以两个第二级减压阀6为两个氢燃料电池堆输氢，至于一个电磁阀二7可以控制一路第二级减压阀6的下游供氢管路2，也可以控制两路第二级减压阀6的下游供氢管路2；第二级减压阀6与氢燃料电池堆间组合的形式可以根据需要变化，电磁阀二7的数量可以也对应产生变化，但最终以管路少、重量小为最优方案。
39.作为实施例，所述电磁阀二7也可集成于所述第二级减压阀6内。
40.作为实施例，所述氢气瓶1的出口并联后经供氢管路2连接一充气阀9，所以充气阀9内集成了单向阀90，通过充气阀9可以方便的对氢气瓶注入氢气。
41.高压气瓶内流出的高压氢气经一个第一级减压阀4减压后，经过分流分别进入若干个第二级减压阀6，若干第二级减压阀6经分组后对应为若干个氢燃料电池堆输出低压氢气。
42.当需要对氢燃料电池供氢时，控制中心控制第二级减压阀6出口下游电磁阀二7的通断，实现对至少一个氢燃料电池堆供氢，由于采用多个第二级减压阀为多个氢燃料电池堆供氢，可以避免电堆的启停影响到其他电堆的入口压力变化，使得电堆工作稳定性较好。
43.在本发明的上述实施例中，所述电磁阀一8为高压电磁阀，高压电磁阀是指工作压力≥35mpa的电磁阀，所述电磁阀二7为低压电磁阀，低压电磁阀是指工作压力≤10mpa的电磁阀，本发明中所述电磁阀一8和电磁阀二7分别是满足上述条件的高压电磁阀和低压电磁阀。
44.以上实施例只是本发明的部分实施例，仅用于示出和描述了本发明，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。