[發明專利]一種基于可再生燃料電池的電源推進系統

有效

• 申請號: 201710947531.5
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107878783B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 沈巖;攸興杰;盧國權;劉旭輝
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: B64G1/42
• 分類號: B64G1/42;H01M8/0656;H01M8/04089;H01M8/1007
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

技術領域

本發明屬于航天器系統設計領域，更具體地，是一種電源系統和推進系統結合的實現方案。

背景技術

一體化可再生燃料電池技術漸漸成熟，使得可再生燃料電池在航天上的應用成為可能。大型衛星空間充足，將各部分分立設計可以提高設計的靈活性，現已有部分應用于大型衛星的以可再生燃料電池系統為紐帶的電源系統和推進系統結合方案。

小衛星對各個分系統的重量有非常嚴格的要求，需要盡量提高星上設備的復用率，以降低星上元器件數目，降低系統質量。

小衛星體積小、質量小、可以安裝太陽能電池板的面積有限，也就是可以提供的功率有限，必須對星上的各個分系統進行綜合設計，以滿足小衛星嚴苛的功率限制條件。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種基于可再生燃料電池的電源推進系統，提高了原系統中各個元件的復用率，降低了系統的復雜度以及重量。

本發明的技術方案是：一種基于可再生燃料電池的電源推進系統，包括太陽能電池、能量管理模塊、流體管理裝置和推力器；太陽能電池作為整個系統的能量源，將太陽能轉換為電能，產生的電能供能量管理模塊調配；能量管理模塊根據衛星的工作狀況，調整能量在整個系統的能量調配；流體管理裝置在能量管理模塊的調節之下，以電解池或者燃料電池模式工作；推力器利用流體管理裝置中產生的氫氣和氧氣工作，通過點燃氫氣和氧氣并噴出產生推力。

所述流體管理裝置包括可再生燃料電池組件、氫氣儲箱組件和氧氣儲箱組件；可再生燃料電池組件鑲嵌在氫氣儲箱組件和氧氣儲箱組件之間。

所述氫氣儲箱組件和氧氣儲箱組件內的壓力保持一致。

所述可再生燃料電池組件采用靜態供水的供水方法工作，在能量管理模塊的控制之下，以電解池模式或者燃料電池模式工作。當衛星處于光照區時，太陽能電池提供的能量充足，能量管理模塊控制可再生燃料電池以電解池的工作模式工作，水被分解稱為氫氣和氧氣分別存儲在氫氣儲箱組件、氧氣儲箱組件中。

在氫氣儲箱組件中設有一層以軟性的不透水的材料制成的薄膜，膜內裝水；通過不透水的薄膜將氫氣儲箱組件中的氫氣和水隔離開保證氫氣的干燥。

當衛星處于光照區時，能量管理模塊將控制可再生燃料電池組件以電解池的工作模式工作，消耗水產生氫氣和氧氣，并將電能以化學能的形式存儲在氫氣和氧氣中；當衛星處于陰影區時，能量管理模塊將控制可再生燃料電池組件以燃料電池的工作模式工作，將氫氣和氧氣中存儲的化學能轉化為電能，同時生成水。

本發明與現有技術相比的優點在于：

1、通過本技術，將原系統中的水儲箱系統、一體化可再生燃料電池系統、氫氣儲箱系統和氧氣儲箱系統集成為一個元件流體管理裝置，在結構上將水儲箱系統、氫氣儲箱系統和氧氣儲箱系統簡化為氫氣儲箱組件和氧氣儲箱組件，原系統的太陽能電池系統對應本設計的太陽能電池，原設計的能量管理系統對應本設計的能量管理模塊，原設計的推力器系統對應本設計的推力器，從而提高了原系統中各個元件的復用率，降低了系統的復雜度以及重量。

2、可再生燃料電池組件直接嵌入在氫氣儲箱組件和氧氣儲箱組件之間，氫氣儲箱組件和氧氣儲箱組件內的氣壓一致，因此對氫氣儲箱組件和氧氣儲箱組件之間的結構以及可再生燃料電池組件的力學結構要求低，可以將它設計的輕薄，從而降低了系統的重量。

3、通過將氫氣儲箱組件和氧氣儲箱組件以及可再生燃料電池組件(4.3)集成到一起，可以去掉傳統水儲箱系統、氫氣儲箱系統和氧氣儲箱系統和一體化可再生燃料電池系統之間的管道，降低了系統的重量。

4、通過將復雜的流體管理部分集成的一起，可以使系統整體更加緊湊，設計成的產品可以更方便的安裝到衛星上。

附圖說明

圖1為本發明的工作方案；

圖2為經典的以一體化可再生燃料電池系統為紐帶的電源系統和推進系統結合方案。

圖3為流體管理裝置的細節結構；

圖4為電解池工作模式下的流體流動方向；

圖5為燃料電池工作模式下的流體流動方向。

具體實施方式