[发明专利]用于无人驾驶的水面交通工具的燃料电池电力系统

说明书

公开了一种用于无人驾驶水面交通工具的电力系统。在一个示例中，电力系统包括燃料电池、燃料储存器和空气管理系统。燃料电池包括燃料电池组。燃料电池组包括燃料入口、空气进气口和排气出口。燃料储存器包括流体连接到燃料电池组的燃料入口的至少一个燃料储存模块。燃料储存模块为燃料电池的能量源。空气管理系统流体连接到燃料电池的空气入口和排气出口。空气通气管为空气管理系统的一部分，并且当无人驾驶水面交通工具被部署在水体表面上时，空气通气管提供空气以操作燃料电池。空气通气管包括进气口和排气口。

技术领域

所公开的系统涉及用于无人驾驶的水面交通工具的电力系统，并且更具体地涉及包括燃料电池和作为燃料电池的能量源的燃料储存器的电力系统。

背景技术

无人驾驶的水面交通工具也可以被称为自主水面交通工具，其在水体表面上运行。无人驾驶水面交通工具可以用于勘探、长期监测、民用和国防安全应用以及监督和勘查，并且有时候用于恶劣条件以及海洋的偏远区域。因此，无人驾驶水面交通工具需要能够支持长持续时间的任务的高能量电力源。例如，一些类型的无人驾驶水面交通工具可能会跨越广阔的海域进行长达一年的勘测。

能量装置如电池、太阳能或内燃发动机通常用作在操作期间向无人驾驶水面交通工具提供电力的能量装置。然而，这些能量装置可能具有缺点，或者无法长时间提供操作无人驾驶水面交通工具所需的能量。电池缺乏足够的能量密度来提供长持续时间的任务所需的能量。此外，太阳能电池也可能不是一个可行的选项，因为在冬季较高纬度地区的太阳辐照度会降低。内燃发动机很容易加注燃料并且具有快速的周转时间。然而，内燃发动机是需要日常维护的复杂机构，并且具有限制其长时间无人值守操作的实用性的约束。内燃发动机还会产生显著的噪声，并且会造成许多无人驾驶水面交通工具任务的不良情况。

发明内容

在一个示例中，公开了一种用于无人驾驶水面交通工具的电力系统。电力系统包括燃料电池、燃料储存器和空气管理系统。燃料电池包括燃料电池组。燃料电池组包括燃料入口、进气口和排气口。燃料储存器包括流体连接到燃料电池组的燃料入口的至少一个燃料储存模块。燃料储存模块为燃料电池的能量源。空气管理系统流体地连接到燃料电池的进气口和排气口。空气通气管为空气管理系统的一部分，并且当无人驾驶水面交通工具被部署在水体表面上时，空气通气管提供空气来操作燃料电池。空气通气管包括用于接收供应到燃料电池组的环境空气的进气口和用于排出由燃料电池组产生的排出空气和排出水蒸汽的排气口。

在另一个示例中，公开了一种用于无人驾驶水面交通工具的电力系统。该电力系统包括燃料电池、燃料储存器以及燃料和热管理系统。该燃料电池包括燃料电池组。燃料电池组包括燃料入口。燃料储存器包括流体连接到燃料电池组的燃料入口的至少一个燃料储存模块。燃料储存模块为燃料电池的能量源。燃料和热管理系统流体连接到燃料电池组的燃料入口。燃料和热管理系统包括热交换器、流量阀、压力调节器和导管。热交换器与燃料电池组热连通以便去除在操作期间由燃料电池组产生的废热。导管将燃料储存器流体连接到燃料电池组，并且流量阀和压力调节器均沿着导管定位。

在又一示例中，公开了一种提供空气以操作电力系统的燃料电池的方法，其中电力系统用于为无人驾驶水面交通工具提供电力。空气在无人驾驶水面交通工具部署在水体内时提供。该方法包括将包括至少一个燃料储存模块的燃料储存器流体连接到燃料电池的燃料电池组的燃料入口。燃料储存模块为燃料电池的能量源。该方法还包括将空气管理系统流体连接到燃料电池的空气入口和排气出口。该方法还包括将空气管理系统流体连接到燃料电池的空气入口和排气出口。该方法还包括通过作为空气管理系统的一部分的空气通气管提供空气以操作燃料电池。空气通气管包括用于接收供应到燃料电池组的环境空气的空气入口和用于排出由燃料电池组产生的排出空气和排出水蒸汽的排气口。通过以下描述、附图和所附权利要求，所公开的方法和系统的其他目的和优点将显而易见。

附图说明

图1为所公开的用于无人驾驶水面交通工具的电力系统的示例性示意性框图，其中电力系统包括燃料电池和燃料储存器；