本發(fā)明涉及電源的，尤其涉及一種用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)及控制方法。

背景技術：

1、在海上無人設備的應用領域中，能源供應的穩(wěn)定性和可靠性至關重要。傳統(tǒng)的海上無人設備通常依賴于太陽能、風能或內置的電池系統(tǒng)作為能源供應方式。然而，這些能源供應方式存在一定的局限性。太陽能和風能受環(huán)境因素影響較大，無法在惡劣天氣或夜間提供穩(wěn)定的能源；而內置電池系統(tǒng)則受限于電池容量和壽命，需要定期維護和更換，這不僅增加了運營成本，也限制了設備的持續(xù)工作時間和范圍。

2、此外，海上無人設備在執(zhí)行任務時，可能會遇到極端的海洋環(huán)境，如風暴、大浪等，這對電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和耐用性提出了更高的要求。現(xiàn)有的電源系統(tǒng)往往缺乏有效的自我保護機制，難以在這些極端條件下保持正常工作，從而影響了無人設備的任務執(zhí)行效率和安全性。

3、因此，開發(fā)一種能夠在惡劣海洋環(huán)境下提供穩(wěn)定、可靠且持久電力供應的電源系統(tǒng)，對于提升海上無人設備的性能和應用范圍具有重要意義。這種電源系統(tǒng)需要能夠快速響應不同的電力需求，具備自我保護能力，以適應復雜的海洋環(huán)境，確保無人設備在執(zhí)行任務時的能源安全和高效運行。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于以上現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提供了一種用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術中電源系統(tǒng)在惡劣海洋環(huán)境下可靠性不足、無法快速響應電力需求變化、缺乏有效的自我保護機制以及不能長期穩(wěn)定提供電能等不足問題。通過本發(fā)明的技術方案，實現(xiàn)了一種能夠在極端海洋條件下自適應調節(jié)、高效發(fā)電、并具備自我保護功能的電源系統(tǒng)，從而確保海上無人設備能夠持續(xù)穩(wěn)定地運行。

2、為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

3、一種用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)包括設備平臺及安裝在所述設備平臺上的金屬空氣電源；所述金屬空氣電源靠近底部位置連通有進液組件和排液組件，其靠近頂部位置連通有進氣組件；所述進液組件設有響應于電源系統(tǒng)排液完畢信號的自啟動水泵；所述水泵的運行持續(xù)時間響應于鋰電池饋電水平、海水無人設備其他用電設備的用電需求水平及所述金屬空氣電源自身供電水平中的至少其中一個輸出的信號；所述電源系統(tǒng)待水泵開始停止運行一段時間后再輸出排液完畢信號；所述排液組件包括第一排液管路和第二排液管路，所述第一排液管路連通于金屬空氣電源的電堆出液口，所述第二排液管路連通于進液組件；其中，所述金屬空氣電源在水泵抽取的鹽水和進氣組件流入的空氣作用下發(fā)生電化學反應并對外輸出電能。本發(fā)明的電源系統(tǒng)，通過合理的結構設計及邏輯控制，即使海浪將設備短暫沉入海水中，也能夠滿足無人設備在海上長時間的電力需求。本發(fā)明的鹽體系包括但不限于海水的海鹽；本發(fā)明的電源系統(tǒng)以包括海鹽的海水作為電解質，使得金屬空氣電源2的電堆21陰極和陽極在海水的作用下進行電化學反應輸出電能。

4、作為優(yōu)選的技術方案，所述金屬空氣電源外設有保護殼體，所述保護殼體內壁與金屬空氣電源的外周邊緣留有一定的間隔空隙。

5、作為優(yōu)選的技術方案，所述保護殼體的頂部呈人字形結構。

6、作為優(yōu)選的技術方案，所述進氣組件包括至少一根向下折彎的進氣管路以及連接在所述進氣管路端部的進氣止水結構件。

7、作為優(yōu)選的技術方案，所述第一排液管路與殼體與金屬空氣電源之間的間隔空隙相連通。

8、作為優(yōu)選的技術方案，所述第一排液管路的排液端口上設置有可上下自由浮動的浮球。

9、作為優(yōu)選的技術方案，所述第一排液管路的排液端口離設備平臺的距離小于水泵進液口離設備平臺的距離。

10、作為優(yōu)選的技術方案，所述第二排液管路上設置有電動閥門，所述第二排液管路的一端與進液組件連通，另一端與第一排液管路連通；所述電動閥門接收電源系統(tǒng)輸出的排液啟動信號，所述排液啟動信號在水泵停止運行一段時候后輸出。本申請的電動閥門優(yōu)選電動球閥。電源系統(tǒng)充分考慮管道的緊湊性，進液組件與電動閥門開啟共用一套管道，并將其置于電源系統(tǒng)底部。

11、作為優(yōu)選的技術方案，所述水泵與金屬空氣電源的進液管路上還設置有單向閥。

12、作為優(yōu)選的技術方案，所述水泵的運行持續(xù)時間優(yōu)先響應于鋰電池饋電水平輸出的信號。

13、本發(fā)明的另外一方面是提供一種如上述用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)控制方法，所述控制方法包括以下步驟：

14、s1：當海上無人設備中的鋰電池饋電時，電源系統(tǒng)輸出啟動信號給進液組件中的水泵，在t1時間內，水泵開啟并將海水通過進液管路抽入金屬空氣電源的電堆內部后，所述金屬空氣電源在鹽水體系的作用下進行電化學反應并發(fā)電；同時，在t1時間內，所述電堆內部產生的部分電化學反應產物隨液流通過第一排液管路排出；

15、s2：關閉水泵，單向閥截止進液管路上的液流排出，所述第一排液管路的排液端口離設備平臺的距離小于水泵進液口離設備平臺的距離，此時海水存儲于電堆內部，維持t2時間，電源系統(tǒng)持續(xù)為鋰電池充電同時可為其他用電設備供電；

16、s3：電源系統(tǒng)輸出排液啟動信號給電動閥門，所述電動閥門收到信號后逐步打開，經過t3時間，此時電堆底部通過第二排液管路排液，直至電堆內部液體及電化學反應產物完全排出，電動閥門關閉；

17、s4：電源系統(tǒng)輸出排液完畢信號給水泵，此時水泵再次啟動，進液組件重新開始進液，重復步驟s1至s3的操作，保證海上無人設備擁有持久穩(wěn)定的電能供應。

18、本發(fā)明的有益效果：

19、本發(fā)明提供了一種用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)，該電源系統(tǒng)通過創(chuàng)新性的結構設計和控制方法，實現(xiàn)了在極端海洋環(huán)境下的穩(wěn)定電力供應。系統(tǒng)包括設備平臺、金屬空氣電源、進液組件、排液組件以及進氣組件。金屬空氣電源在水泵抽取的鹽水和進氣組件流入的空氣作用下發(fā)生電化學反應并對外輸出電能。電源系統(tǒng)的進液組件設有自啟動水泵，其運行持續(xù)時間根據(jù)鋰電池饋電水平、其他用電設備的用電需求以及金屬空氣電源自身的供電水平動態(tài)調整，確保了電源系統(tǒng)的高效能量管理。

20、此外，系統(tǒng)設計了保護殼體、進氣止水結構件、排液管路以及電動閥門等組件，以增強系統(tǒng)的防水性能和自適應能力。通過控制方法，系統(tǒng)能夠在鋰電池饋電時自動啟動，進行海水抽取、電化學反應、發(fā)電、充電和排液的循環(huán)操作，保證了無人設備在海上長期運行的電力需求。這種設計增強了系統(tǒng)的自適應性和環(huán)境適應性，還保持了長期耐久性和穩(wěn)定性，整體綜合性能強，可滿足海上無人設備在惡劣海況下的長期穩(wěn)定運行需求。

技術特征：

1.一種用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電源系統(tǒng)包括設備平臺及安裝在所述設備平臺上的金屬空氣電源；所述金屬空氣電源靠近底部位置連通有進液組件和排液組件，其靠近頂部位置連通有進氣組件；所述進液組件設有響應于電源系統(tǒng)排液完畢信號的自啟動水泵；所述水泵的運行持續(xù)時間響應于鋰電池饋電水平、海水無人設備其他用電設備的用電需求水平及所述金屬空氣電源自身供電水平中的至少其中一個輸出的信號；所述電源系統(tǒng)待水泵開始停止運行一段時間后再輸出排液完畢信號；所述排液組件包括第一排液管路和第二排液管路，所述第一排液管路連通于金屬空氣電源的電堆出液口，所述第二排液管路連通于進液組件；其中，所述金屬空氣電源在水泵抽取的鹽水和進氣組件流入的空氣作用下發(fā)生電化學反應并對外輸出電能。

2.如權利要求1所述用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬空氣電源外設有保護殼體，所述保護殼體內壁與金屬空氣電源的外周邊緣留有一定的間隔空隙。

3.如權利要求1所述用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)，其特征在于，所述進氣組件包括至少一根向下折彎的進氣管路以及連接在所述進氣管路端部的進氣止水結構件。

4.如權利要求1所述用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)，其特征在于，所述第一排液管路與殼體與金屬空氣電源之間的間隔空隙相連通。

5.如權利要求1所述用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)，其特征在于，所述第一排液管路的排液端口上設置有可上下自由浮動的浮球。

6.如權利要求1所述用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)，其特征在于，所述第一排液管路的排液端口離設備平臺的距離小于水泵進液口離設備平臺的距離。

7.如權利要求1所述用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)，其特征在于，所述第二排液管路上設置有電動閥門，所述第二排液管路的一端與進液組件連通，另一端與第一排液管路連通；所述電動閥門接收電源系統(tǒng)輸出的排液啟動信號，所述排液啟動信號在水泵停止運行一段時候后輸出。

8.如權利要求1所述用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)，其特征在于，所述水泵與金屬空氣電源的進液管路上還設置有單向閥。

9.如權利要求1所述用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)，其特征在于，所述水泵的運行持續(xù)時間優(yōu)先響應于鋰電池饋電水平輸出的信號。

10.一種如權利要求1～9任一項所述用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步驟：

技術總結
本發(fā)明公開了一種用于海上無人設備的自啟動鹽體系電源系統(tǒng)，其包括設備平臺及金屬空氣電源；金屬空氣電源連通有進液組件、排液組件和進氣組件；進液組件設有響應于電源系統(tǒng)排液完畢信號的自啟動水泵；電源系統(tǒng)待水泵開始停止運行一段時間后再輸出排液完畢信號；排液組件包括第一排液管路和第二排液管路，第一排液管路連通于金屬空氣電源的排液口，第二排液管路連通于進液組件；其中，金屬空氣電源在水泵抽取的鹽水和進氣組件流入的空氣作用下發(fā)生電化學反應并對外輸出電能。本發(fā)明的電源系統(tǒng)，不僅能夠實現(xiàn)在極端海洋環(huán)境下的自適應調節(jié)和高效發(fā)電，而且具備自我保護功能，可滿足海上無人設備在各種海況下對穩(wěn)定、可靠電力供應的需求。

技術研發(fā)人員：奚春鵬,楊闖,翟軍偉,董正豪,鄭雪山,王宇凱,梁爽,黃俊鈞
受保護的技術使用者：寧波烯鋁新能源有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23