[发明专利]一种微小型复合能源装置

说明书

本发明提供了一种微小型复合能源装置，包括光伏电池、燃料电池、储能模块以及能源管理模块，光伏电池与燃料电池分别连接至储能模块和能源管理模块；储能模块储存光伏电池与燃料电池输出的电能；能源管理模块，包括控制电路板及控制电路板上的对外供电连接器，用于管理储能模块的充放电规则以及对外供电；储能模块与能源管理模块一体化集成在一个结构盒体内，燃料电池与光伏电池均设置于结构盒体上方，光伏电池嵌套在燃料电池外侧，燃料电池与光伏电池之间具有一定间隙。本发明的复合能源装置实现了结构一体化，装置外包络面内的全部空间都被有效利用，极大地提升了装置的等效能量密度；系统架构极为精简，提升了系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及复合能源技术领域，尤其涉及一种微小型复合能源装置及其集成方法。

背景技术

随着信息技术及MEMS(微机电系统)的飞速发展，以无线传感网络为代表的无人值守小型化设备在军事、救灾、环境等方面广泛应用。这些无人值守设备大多放置在野外环境，部分设备对隐蔽性具有较高要求，因此设备需要尽可能地提高集成密度，降低体积重量，并且做到在数月的工作周期内持续、稳定、高可靠的自主供能。对于这类无人值守的小型化设备，通常供能单元在整个系统中的体积占比最大，因此提升供能单元的集成密度及供能的稳定性与寿命具有重要意义。

现有关于微小型能源装置的研究大多集中在复合能源架构及能源管理策略与方法。专利CN 107895997公开了一种由燃料电池、锂电池、超级电容器、振动能量收集器及太阳能电池组成的能源系统及电源管理系统；专利CN 109617210公开了一种由环境能量收集模块，能量管理模块和能量存储模块组成的适用于小型负载的复合微能源系统及其能量管理方法，但均未涉及装置微小型集成的具体方法与实现手段，目前该方向的专利论文也比较少见。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种高密度集成的微小型复合能源装置，旨在提供一种新型的微小型复合能源系统装置的物理集成方法及具体实现手段，提升装置的空间利用率、等效能量密度及可靠性，降低装置的体积重量，以满足无人值守小型化设备的供能需求，做到在数月的工作周期内持续、稳定、高可靠的自主供能，无需人员对能源装置进行燃料补充或更换等。

本发明采用的技术方案如下：一种微小型复合能源装置，包括光伏电池、燃料电池、储能模块以及能源管理模块，光伏电池与燃料电池分别连接至储能模块和能源管理模块；储能模块储存光伏电池与燃料电池输出的电能；能源管理模块，包括控制电路板及控制电路板上的对外供电连接器，用于控制燃料电池反应回路的通断、管理储能模块的充放电规则以及对外供电；储能模块与能源管理模块一体化集成在一个结构盒体内，燃料电池与光伏电池均设置于结构盒体上方，光伏电池嵌套在燃料电池外侧，燃料电池与光伏电池之间具有一定间隙。

进一步的，所述光伏电池包括结构壳体、光伏电池板、第一三维共形电路以及第一弹性连接器，光伏电池板以最大面积铺在结构壳体外表面，三维共性电路布置在结构壳体表面，实现各光伏电池板之间电连接，并通过第一三维共形电路将光伏电池正负极接至第一弹性连接器。

进一步的，所述燃料电池包括燃料罐、反应膜、分离式反应电极、第二三维共形电路以及第二弹性连接器，反应膜与分离式反应电极由内至外依次布置在燃料罐表面，所述燃料罐表面与分离式反应电极开设有小孔,且一一对应，用于输送燃料与空气至反应膜；第二三维共形电路设置于燃料罐表面与分离式反应电极构成燃料电池的正负电极，并分别接至第二弹性连接器。

进一步的，所述储能模块由锂电池或超级电容器中一种或两者相结合组成。

进一步的，所述第一三维共形电路与第二三维共形电路均为共形布置于结构表面的电路，用于传输电荷以及充当燃料电池中的反应电极，通过激光微熔覆工艺在非金属结构上制备，或者通过介质固化与激光微熔覆工艺在金属结构上制备。

进一步的，所述结构壳体外形为半球形、棱柱形或棱台形，在结构壳体外形为半球形时，光伏电池板为柔性光伏电池板；当结构壳体外形为棱柱形或棱台形时，光伏电池板为刚性光伏电池板。