具有甲醇燃料电池的无人船的制作方法

1.本发明是关于无人船设备技术领域，特别是关于一种具有甲醇燃料电池的无人船。


背景技术：

2.无人船是一种在地面的基站或母船控制中心的远程监控下以自主或遥控方式航行于水面并完成特定任务的新型水面运动平台，在海洋环境监测、海洋水文数据观测还是海洋灾害预警领域乃至军事领域，无人船均扮演着重要的角色。
3.现有的民用无人船通常通过蓄电池提供能量，续航能力较差，通常在航行数公里后就需要返航充电。尽管在采用了能量密度大的锂电池后，锂电池的容量得以提升，但是锂电池通常需要长时间充电，而且续航时间短，为了提高无人船的续航时间，就需要更大容量的锂电池。而随着锂电池容量的增加，锂电池的体积也会增加，无人船的体积增加，也就增大了无人船的负荷，增大了锂电池的功耗，最终导致无人船仍然不能进行长距离的航行。
4.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种具有甲醇燃料电池的无人船，提高了无人船的续航时间，且节约了能源，提高了使用寿命，从而保证了无人船可以顺利返航。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种具有甲醇燃料电池的无人船，包括：无人船本体以及电源管理系统。电源管理系统设置于无人船本体上，电源管理系统包括电源模块、控制模块、存储模块、检测模块以及比较模块。其中，电源模块用以向无人船本体的电机提供电能，且电源模块包括锂电池以及向锂电池和/或电机供电的甲醇燃料电池。其中，控制模块分别与电机和电源模块电性连接，且控制模块用以控制电机的平均转速。其中，存储模块内预存有电量阈值。其中，检测模块与电源模块电性连接，且检测模块用以检测锂电池的剩余电量。其中，比较模块分别与检测模块、存储模块和控制模块电性连接，且比较模块用以比较剩余电量和电量阈值。其中，当比较出剩余电量小于电量阈值时，控制模块控制甲醇燃料电池向锂电池进行充电。
7.在本发明的一实施方式中，电量阈值为锂电池的额定电量的40％。
8.在本发明的一实施方式中，电源管理系统还包括温度传感器，与控制模块电性连接，且温度传感器用以监测锂电池和甲醇燃料电池的实时温度。
9.在本发明的一实施方式中，检测模块还用于检测甲醇燃料电池的甲醇剩余量，存储模块预设有甲醇阈值，比较模块比较甲醇剩余量与甲醇阈值，当甲醇剩余量小于甲醇阈值且锂电池的剩余电量小于电量阈值时，控制模块控制无人船本体选择最近的返航点返航。
10.在本发明的一实施方式中，电源管理系统还包括预热件，用以为甲醇燃料电池进
行加热，当控制模块控制甲醇燃料电池工作时，控制模块还控制预热件启动。
11.在本发明的一实施方式中，存储模块内还预存有温度阈值，比较模块比较实时温度与温度阈值，当实时温度等于温度阈值时，控制模块控制预热件关闭。
12.在本发明的一实施方式中，无人船本体上设置有防腐蚀的存储甲醇的存储机构，用以向甲醇燃料电池通入甲醇。
13.在本发明的一实施方式中，存储模块内还预存有行进路径、快进速度以及慢进速度，控制模块控制无人船本体根据行进路径进行航行，行进路径包括基础路段和重要路段，当无人船本体在基础路段行进时，控制模块无人船本体按照快进速度进行航行，当无人船本体在重要路段行进时，控制模块控制无人船本体按照慢进速度进行航行。
14.在本发明的一实施方式中，预热件具体为电热丝。
15.与现有技术相比，根据本发明的具有甲醇燃料电池的无人船，提高了无人船的续航时间，且节约了能源，提高了使用寿命，从而保证了无人船可以顺利返航。
附图说明
16.图1是根据本发明一实施方式的具有甲醇燃料电池的无人船的电源管理系统的线框结构示意图；
17.图2是根据本发明一实施方式的甲醇燃料电池的无人船的电池连接线框示意图。
18.主要附图标记说明：
19.1-电源模块，2-检测模块，3-比较模块，4-控制模块，5-存储模块，6-电机，7-锂电池，8-甲醇燃料电池。
具体实施方式
20.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
21.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
22.图1是根据本发明一实施方式的具有甲醇燃料电池的无人船的电源管理系统的线框结构示意图。图2是根据本发明一实施方式的甲醇燃料电池的无人船的电池连接线框示意图。
23.如图1至图2所示，根据本发明优选实施方式的一种具有甲醇燃料电池的无人船，包括：无人船本体以及电源管理系统。电源管理系统设置于无人船本体上，电源管理系统包括电源模块1、控制模块4、存储模块5、检测模块2以及比较模块3。其中，电源模块1用以向无人船本体的电机6提供电能，且电源模块1包括锂电池7以及向锂电池7和/或电机6供电的甲醇燃料电池8。其中，控制模块4分别与电机6和电源模块1电性连接，且控制模块4用以控制电机6的平均转速。其中，存储模块5内预存有电量阈值。其中，检测模块2与电源模块1电性连接，且检测模块2用以检测锂电池7的剩余电量。其中，比较模块3分别与检测模块2、存储模块5和控制模块4电性连接，且比较模块3用以比较剩余电量和电量阈值。其中，当比较出剩余电量小于电量阈值时，控制模块4控制甲醇燃料电池8向锂电池7进行充电。
24.在本发明的一实施方式中，电量阈值为锂电池7的额定电量的40％。
25.在本发明的一实施方式中，电源管理系统还包括温度传感器，与控制模块4电性连接，且温度传感器用以监测锂电池7和甲醇燃料电池8的实时温度。
26.在本发明的一实施方式中，检测模块2还用于检测甲醇燃料电池8的甲醇剩余量，存储模块5预设有甲醇阈值，比较模块3比较甲醇剩余量与甲醇阈值，当甲醇剩余量小于甲醇阈值且锂电池7的剩余电量小于电量阈值时，控制模块4控制无人船本体选择最近的返航点返航。
27.在本发明的一实施方式中，电源管理系统还包括预热件，用以为甲醇燃料电池8进行加热，当控制模块4控制甲醇燃料电池8工作时，控制模块4还控制预热件启动。
28.在本发明的一实施方式中，存储模块5内还预存有温度阈值，比较模块3比较实时温度与温度阈值，当实时温度等于温度阈值时，控制模块4控制预热件关闭。
29.在本发明的一实施方式中，无人船本体上设置有防腐蚀的存储甲醇的存储机构，用以向甲醇燃料电池8通入甲醇。
30.在本发明的一实施方式中，存储模块5内还预存有行进路径、快进速度以及慢进速度，控制模块4控制无人船本体根据行进路径进行航行，行进路径包括基础路段和重要路段，当无人船本体在基础路段行进时，控制模块4无人船本体按照快进速度进行航行，当无人船本体在重要路段行进时，控制模块4控制无人船本体按照慢进速度进行航行。预热件具体为电热丝。
31.在实际应用中，本发明的具有甲醇燃料电池的无人船包括无人船本体，本体上设置有电源管理系统，电源管理系统包括电源模块1，用于向本体的电机6提供电能。电源模块1包括用于向电机6供电的锂电池7以及向锂电池7和/或电机6供电的甲醇燃料电池8。控制模块4用于控制电机6的平均转速。存储模块5预存有电量阈值。比较模块3分别与检测模块2、存储模块5和控制模块4电性连接，且比较模块3用以比较剩余电量和电量阈值。其中，当比较出剩余电量小于电量阈值时，控制模块4控制甲醇燃料电池8向锂电池7进行充电。本方案中，采用的甲醇燃料电池8由于是采用甲醇作为燃料，因此具有燃料干净的特点，而且与锂电池7相比，甲醇燃料电池8的能量密度更低，也就意味着，同样的体积下，甲醇燃料电池8的容量会更大，续航时间也就更长，从而提高了无人船的续航时间。
32.本发明还利用控制模块4对锂电池7和甲醇燃料电池8的供电进行管理，通过存储的电量阈值与控制模块4的配合，实现对电机6不同能耗需求下的供电，在满足电机6能耗的同时减少了电能的浪费，达到了节约能源的目的。
33.优选方案一：作为基础方案的优选，电源管理系统还包括检测模块2，用于检测锂电池7的剩余电量，存储模块5预设有电量阈值，比较模块3还用于比较剩余电量与电量阈值，在比较出剩余电量小于电量阈值时，控制模块4控制甲醇燃料电池8向锂电池7充电。有益效果：本方案中，在检测到锂电池7电量过低时，还利用甲醇燃料电量为锂电池7进行供电，锂电池7充电，避免了锂电池7过度放电从而降低使用寿命的问题。
34.优选方案二：作为优选方案一的优选，电量阈值为锂电池7额定电量的40％。有益效果：本方案中，选择额定点亮的40％作为电量阈值，能够保证锂电池7在电量耗尽前有充足时间进行充电。
35.优选方案三：作为基础方案的优选，电源管理系统还包括有为甲醇燃料电池8加热
的预热件，当控制模块4控制甲醇燃料电池8工作时，控制模块4还控制预热件启动。有益效果：考虑到甲醇燃料电池8的工作温度是120℃，因此本方案中，还设置有预热件，在甲醇燃料电池8工作时，利用设置的预热件对甲醇燃料电池8进行加热，使得甲醇燃料电池8能够快速达到工作温度，减少了甲醇燃料电池8的预热时间，使得甲醇燃料电池8可以快速正常供电。
36.优选方案四：作为优选方案三的优选，电源管理系统还包括温度传感模块，用于检测并得到甲醇燃料电池8的实时温度；存储模块5预存有温度阈值，比较模块3比较实时温度与温度阈值，在实时温度等于温度阈值时，控制模块4控制预热件关闭。有益效果：本方案中，在甲醇燃料电池8的温度达到温度阈值时，甲醇燃料电池8已经能够正常发电，因此此时控制预热件关闭，从而降低了预热件的功耗。
37.优选方案五：作为基础方案的优选，本体上设置有防腐蚀的存储甲醇的存储装置，用于向甲醇燃料电池8通入甲醇。有益效果：由于甲醇具有腐蚀性，因此本方案中，还设置有具有防腐蚀的存储装置存储甲醇，保证了甲醇的正常存储。
38.优选方案六：作为优选方案一的优选，在比较模块3比较出剩余电量小于电量阈值且平均转速低于低速阈值时，控制模块4控制甲醇燃料电池8向锂电池7充电。有益效果：本方案中，当比较出剩余电量小于电量阈值时，还比较平均转速是否小于低速阈值，当平均转速小于低速阈值时，是由锂电池7向电机6供电，此时甲醇燃料电池8处于空闲状态，因此在这种情况下若检测到锂电池7的剩余电量过低时，才利用甲醇燃料电池8为锂电池7供电，在保证电机6正常运行的同时实现了锂电池7的充电操作，操作简单。
39.优选方案七：作为优选方案一的优选，检测模块2还用于检测甲醇燃料电池8的甲醇剩余量，存储模块5预设有甲醇阈值，比较模块3比较甲醇剩余量与甲醇阈值，在甲醇剩余量小于甲醇阈值且锂电池7的剩余电量小于电量阈值时，控制模块4还用于控制本体返航。有益效果：本方案中，在比较出甲醇剩余量小于甲醇阈值且锂电池7的剩余电量小于电量阈值，表明此时电源模块1的总电量濒临用尽，此时控制模块4控制本体及时返航，从而保证了无人船可以顺利返航。
40.优选方案八：作为基础方案的优选，存储模块5内预存有行进路径、快进速度以及慢进速度，控制模块4控制无人船本体根据行进路径进行航行，行进路径包括基础路段和重要路段，当本体在基础路段航行时，控制模块4本体按照快进速度进行航行，当本体在重要路段航行时，控制模块4控制本体按照慢进速度进行航行。有益效果：考虑到在利用无人船对一些重要区域进行巡逻时，为了保证对重要区域的巡逻效果，本方案中，当无人船本体在重要路段航行时，控制本体按照慢进速度进行航行，在慢进过程中则可以对重要路段进行更全面更详细的巡逻，从而保证了巡逻效果。
41.优选方案九：作为优选方案三的优选，预热件采用受控于控制模块4的电热丝。有益效果：本方案中采用常见的电热丝作为预热件，易于获取，方便更换。
42.实施例一
43.基本如附图1所示：一种具有甲醇燃料电池的无人船，包括无人船本体，本体上设置有电源管理系统，电源管理系统包括电源模块1，用于向本体的电机6提供电能。电源模块1包括用于向电机6供电的锂电池7以及向锂电池7和/或电机6供电的甲醇燃料电池8。检测模块2用于检测锂电池7的剩余电量。控制模块4用于控制电机6的平均转速。存储模块5预存
有电量阈值、高速阈值和低速阈值，本方案中，电量阈值为锂电池7额定电量的40％。比较模块3用于将平均转速与高速阈值和低速阈值进行比较，当平均转速高于高速阈值时，控制模块4还用于控制锂电池7以及甲醇燃料电池8向电机6供电，在平均转速不高于高速阈值并不低于低速阈值时，控制模块4控制甲醇燃料电池8向电机6供电，在平均转速低于低速阈值时，控制模块4控制锂电池7向电机6供电；比较剩余电量与电量阈值，在比较出剩余电量小于电量阈值且平均转速低于低速阈值时，控制模块4控制甲醇燃料电池8向锂电池7充电，如下述表一所示。
44.表一
[0045][0046]
本体上设置有防腐蚀的存储甲醇的存储装置，用于向甲醇燃料电池8通入甲醇，本实施例中采用碳钢材质的存储罐对甲醇进行存储。
[0047]
检测模块2还用于检测甲醇燃料电池8的甲醇剩余量，存储模块5预设有甲醇阈值，比较模块3比较甲醇剩余量与甲醇阈值，在甲醇剩余量小于甲醇阈值且锂电池7的剩余电量小于电量阈值时，控制模块4还用于控制本体返航；本实施例中，采用检测甲醇燃料电池8内甲醇液位的方式测得甲醇剩余量，在其他实施例中，还可以采用测量甲醇燃料电池8重量的方式得到甲醇剩余量。
[0048]
具体实施过程如下：工作时，由控制模块4控制本体的电机6转动，无人船本体航行。在航行过程中，由包括甲醇燃料电池8和锂电池7的电源模块1向电机6供电，检测模块2检测锂电池7的剩余电量。具体的，在比较模块3控制电机6转动时，比较模块3将电机6的平均转速与存储模块5内预存的高速阈值和低速阈值进行比较，设定电机6的平均转速为高速阈值为v
max
，低速阈值为v
min
，锂电池7的剩余电量为u，电量阈值为u0，则电源模块1的供电模式如下述表二。
[0049]
表二
[0050][0051]
其中，u0＝0.2u。
[0052]
在航行过程中，检测模块2还检测甲醇燃料电池8的甲醇剩余量。比较模块3还比较
甲醇剩余量和甲醇阈值，设定甲醇阈值为y0，测量出的甲醇剩余量为y，在甲醇剩余量y小于甲醇阈值，控制模块4控制本体返航，即y＜y0时，控制模块4控制此时无人船本体开始往起点航行，以保证无人船本体在电量耗尽前能够返回起点。
[0053]
实施例二
[0054]
与实施例一相比，本实施例中电源管理系统还包括有为甲醇燃料电池8加热的预热件，当控制模块4控制甲醇燃料电池8工作时，控制模块4还控制预热件启动。温度传感器用于检测并得到甲醇燃料电池8的实时温度；存储模块5预存有温度阈值，比较模块3比较实时温度与温度阈值，在实时温度等于温度阈值时，控制模块4控制预热件关闭具体的，本实施例中预热件采用电热丝。
[0055]
本实施例中，在甲醇燃料电池8工作时，还利用预热件对甲醇燃料电池8加热，使得甲醇燃料电池8中的甲醇液体能够快速气化为甲醇气体，从而快速发电，以保证甲醇燃料电池8的快速正常供电。
[0056]
实施例三
[0057]
与实施例一和实施例二不同之处在于，本实施中，存储模块5内预存有行进路径、快进速度以及慢进速度，控制模块4控制本体根据行进路径进行航行，行进路径包括基础路段和重要路段，在本体在基础路段航行时，控制模块4本体按照快飞进度进行航行，在本体在重要路段航行时，控制模块4控制本体按照慢进速度进行航行。
[0058]
实施例四
[0059]
与实施例一至实施例三的不同之处在于，本实施例中，无人船本体还搭载有采集模块，采集周边环境图像并获取到相应监测数据。
[0060]
总之，本发明的具有甲醇燃料电池的无人船，提高了无人船的续航时间，且节约了能源，提高了使用寿命，从而保证了无人船可以顺利返航。
[0061]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

技术特征：
1.一种具有甲醇燃料电池的无人船，其特征在于，包括：无人船本体；以及电源管理系统，设置于所述无人船本体上，所述电源管理系统包括电源模块、控制模块、存储模块、检测模块以及比较模块；其中，所述电源模块用以向所述无人船本体的电机提供电能，且所述电源模块包括锂电池以及向所述锂电池和/或所述电机供电的甲醇燃料电池；其中，所述控制模块分别与所述电机和所述电源模块电性连接，且所述控制模块用以控制所述电机的平均转速；其中，所述存储模块内预存有电量阈值；其中，所述检测模块与所述电源模块电性连接，且所述检测模块用以检测所述锂电池的剩余电量；其中，所述比较模块分别与所述检测模块、所述存储模块和所述控制模块电性连接，且所述比较模块用以比较所述剩余电量和所述电量阈值；其中，当比较出所述剩余电量小于所述电量阈值时，所述控制模块控制所述甲醇燃料电池向所述锂电池进行充电。2.如权利要求1所述的具有甲醇燃料电池的无人船，其特征在于，所述电量阈值为所述锂电池的额定电量的40％。3.如权利要求1所述的具有甲醇燃料电池的无人船，其特征在于，所述电源管理系统还包括温度传感器，与所述控制模块电性连接，且所述温度传感器用以监测所述锂电池和所述甲醇燃料电池的实时温度。4.如权利要求3所述的具有甲醇燃料电池的无人船，其特征在于，所述检测模块还用于检测所述甲醇燃料电池的甲醇剩余量，所述存储模块预设有甲醇阈值，所述比较模块比较所述甲醇剩余量与所述甲醇阈值，当所述甲醇剩余量小于所述甲醇阈值且所述锂电池的所述剩余电量小于所述电量阈值时，所述控制模块控制所述无人船本体选择最近的返航点返航。5.如权利要求3所述的具有甲醇燃料电池的无人船，其特征在于，所述电源管理系统还包括预热件，用以为所述甲醇燃料电池进行加热，当所述控制模块控制所述甲醇燃料电池工作时，所述控制模块还控制所述预热件启动。6.如权利要求5所述的具有甲醇燃料电池的无人船，其特征在于，所述存储模块内还预存有温度阈值，所述比较模块比较所述实时温度与所述温度阈值，当所述实时温度等于所述温度阈值时，所述控制模块控制所述预热件关闭。7.如权利要求1所述的具有甲醇燃料电池的无人船，其特征在于，所述无人船本体上设置有防腐蚀的存储甲醇的存储机构，用以向所述甲醇燃料电池通入甲醇。8.如权利要求4所述的具有甲醇燃料电池的无人船，其特征在于，所述存储模块内还预存有行进路径、快进速度以及慢进速度，所述控制模块控制所述无人船本体根据所述行进路径进行航行，所述行进路径包括基础路段和重要路段，当所述无人船本体在所述基础路段行进时，所述控制模块所述无人船本体按照所述快进速度进行航行，当所述无人船本体在重要路段行进时，所述控制模块控制所述无人船本体按照所述慢进速度进行航行。9.如权利要求5所述的具有甲醇燃料电池的无人船，其特征在于，所述预热件具体为电
热丝。

技术总结
本发明公开了一种具有甲醇燃料电池的无人船，包括：无人船本体以及电源管理系统。电源管理系统设置于无人船本体上，电源管理系统包括电源模块、控制模块、存储模块、检测模块以及比较模块。其中，电源模块用以向无人船本体的电机提供电能，且电源模块包括锂电池以及向锂电池和/或电机供电的甲醇燃料电池。其中，控制模块分别与电机和电源模块电性连接，且控制模块用以控制电机的平均转速。其中，存储模块内预存有电量阈值。其中，检测模块与电源模块电性连接，且检测模块用以检测锂电池的剩余电量。借此，本发明的具有甲醇燃料电池的无人船，提高了无人船的续航时间，且节约了能源，提高了使用寿命，从而保证了无人船可以顺利返航。从而保证了无人船可以顺利返航。从而保证了无人船可以顺利返航。


技术研发人员：李林亮 邓钦钰 黎菲菲
受保护的技术使用者：广西玉柴机器股份有限公司
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/8/9