[發明專利]一種深海電池用升壓電源控制系統及控制方法

在審

• 申請號: 202211565487.9
• 申請日: 2022-12-07
• 公開（公告）號: CN115800482A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 趙青;劉延東;王宇軒;周燦;葛薇薇;董涵;李學海
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H02J7/34
• 分類號: H02J7/34;H02J7/00;H02J1/10;H02J1/14
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 蒙建軍

本發明公開了一種深海電池用升壓電源控制系統及控制方法，屬于新能源設備管理技術領域，其特征在于，由第二轉換器、一次電池和控制器三部分組成；其中：所述控制器由第一轉換器、二次電池、處理器、數據存儲器和下位機組成；鎂海水溶解氧電池通過第一轉換器與處理器連接，所述鎂海水溶解氧電池通過二號開關與第二轉換器連接，所述第二轉換器通過一號開關與負載連接，所述第二轉換器與二次電池連接，所述處理器通過三號開關分別與下位機、一次電池連接，所述下位機與數據存儲器連接。本發明能夠解決鎂海水溶解氧深海電池低壓升高壓以及保證電池電源控制系統在深海電池使用過程中穩定、安全發揮作用等電源控制系統問題。

技術領域

本發明屬于新能源設備管理技術領域，具體涉及一種深海電池用升壓電源控制系統及控制方法。

背景技術

遠海深海設備由于其部署位置遠離大陸，無法通過鋪設海底電纜進行長距離輸電，因此必須為其配備可供長期發電的分布式獨立電源，為水下電子設備提供持續穩定的電力支持，保障水下用電設備的生存時間。然而由于深海環境條件復雜，受限于低溫、高壓、無光、腐蝕等環境，常規電能源技術存在使用壽命短、無法維護、安全可靠性差等不足。

金屬鎂海水溶解氧電池是專為海洋環境應用而開發的一類高比能量一次化學電池，它采用原電池原理，是以活潑金屬材料(如Li、Mg、Al、Zn等)為負極，以AgCl、CuCl、PbCl₂、H₂O₂等電極或直接以海水中的溶解氧還原電極為正極的水體系金屬-空氣電池。

其中，鎂海水溶解氧電池技術可滿足低功率、長壽命深海電子設備的用電需求。該電池采用高負電位鎂合金作為陽極，惰性碳纖維刷電極作為陰極(電催化海水中的溶解氧)，設計為開放式結構，以天然海水作為電解液，海水中的溶解氧作為正極活性物質，利用海流實現氧的供給。電池反應原理如下：

陽極反應：Mg→Mg²⁺+2e^-；

陰極反應：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-；

在陽極金屬Mg同時還存在自腐蝕過程：

Mg+2H₂O→Mg²⁺+2OH^-+H₂↑

由于鎂鎂海水溶解氧電池電解液取自天然海水，因此使用時不需要攜帶電解液，減輕了電池質量，提高電池能量密度；鎂海水溶解氧電池具有開放式結構，與常規電源相比在深海中使用時不需要安裝在特定的耐壓容器中，電池結構更加簡單，安全性能更好；金屬鎂海水溶解氧電池常在干態下進行存儲，存儲時間可以無限長，浸入海水后即可激活，工作時流動的海水能夠將電池反應產物帶離電極表面，減小反應副產物對電池性能影響，使電池輸出電壓更加平穩。

然而，鎂海水溶解氧電池本身工作電壓輸出只有1.3V～1.8V，常規深海設備的工作電壓為12V～48V等，遠遠滿足不了常規深海設備的工作電壓需求，需要對其進行升壓處理。電池電源控制系統在深海使用過程中人為干預很難，出現問題很難維護，需要系統穩定性強，安全性好，結構簡單實用。報道的升壓電源控制系統較多，但是專門應用于鎂海水溶解氧深海電池的升壓電源控制系統和電源控制方法暫時還沒有。

CN203896190U公開了直流電源系統，屬于新能源領域。該專利發明的直流電源系統適合常規鎂海水溶解氧電池應用，要求鎂海水溶解氧電池初始電壓較高。鎂海水溶解氧電池是深海鎂合金溶解氧鎂海水溶解氧電池，且初始電壓較低。

CN2098784涉及一種金屬—空氣—海水的組合電源，其特征在于陽極為一種活潑金屬，陰極為炭，空氣中的氧化去極化劑而構成。該發明專利研發的是組合電源系統，簡單提到了金屬-空氣-鎂海水溶解氧電池的升壓方案，不詳細。且依據其描述該電源系統只能在海水表面應用，不能在深海應用。