一種海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述一種海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，包括正極模塊、負(fù)極模塊、升壓模塊、儲(chǔ)能模塊、監(jiān)測(cè)儀器模塊、信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊、控制模塊。其中負(fù)極模塊置于海底沉積層中；正極模塊置于海水中，正、負(fù)極模塊通過外部導(dǎo)線連接構(gòu)成電池電源。該電源經(jīng)過升壓模塊可達(dá)到5V、12V或24V；經(jīng)過儲(chǔ)能模塊設(shè)計(jì)，電能滿足儀器長(zhǎng)期工作需求。儀器記錄的信息數(shù)據(jù)通過信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊將信息發(fā)送到海面人工接收裝置?？刂颇K有效調(diào)節(jié)電源電池穩(wěn)定性、電能使用有效性、調(diào)節(jié)信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊和監(jiān)測(cè)儀器模塊的工作狀態(tài)。該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、安全性高、持續(xù)長(zhǎng)效、海底隱蔽性好的特點(diǎn)。
【專利說明】
一種海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及海洋監(jiān)測(cè)儀器的長(zhǎng)期工作用水下電源供給系統(tǒng)，具體涉及到海洋監(jiān)測(cè)儀器工作用海底沉積層燃料電池作為電源的長(zhǎng)期供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋是一個(gè)資源的寶庫(kù)，海洋資源的開發(fā)應(yīng)用對(duì)于解決資源緊缺、能源危機(jī)等問題具有重要的意義。海洋開發(fā)離不開海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)的支持，尤其是深海開發(fā)，海洋監(jiān)測(cè)儀器需要長(zhǎng)期工作，測(cè)試海洋環(huán)境的物理、化學(xué)、生物條件等要素，例如溫度、鹽度、深度、溶解氧、CO2含量、甲烷含量、海流方向及大小等，這些環(huán)境因素是海洋開發(fā)的重要條件。而海洋監(jiān)測(cè)儀器或傳感器要長(zhǎng)期工作，需要長(zhǎng)期的電源供給，例如國(guó)防用監(jiān)測(cè)儀器在海底長(zhǎng)期工作，同樣對(duì)電源需求迫切，而且要求隱蔽性好，持續(xù)長(zhǎng)效。
[0003]目前，海洋監(jiān)測(cè)儀器電源供給方式主要有公用電源長(zhǎng)距離電纜或自帶高能鋰電池。公用電源一般適用于近海岸，長(zhǎng)距離電纜輸送電力存在諸多安全隱患，例如磨損、敵對(duì)勢(shì)力或人為破壞、大型海洋生物破壞和施工困難等；自帶高能鋰電池普遍存在水下工作的時(shí)間短、易爆炸等問題。因此，海洋監(jiān)測(cè)儀器的水下電源長(zhǎng)期供電技術(shù)已成為海洋開發(fā)的瓶頸問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明描述了一種海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池作為電源的長(zhǎng)期供電系統(tǒng)。本發(fā)明利用海底沉積層(簡(jiǎn)稱海泥層)作為燃料電池負(fù)極的電解質(zhì)，選擇合適的負(fù)極材料(如碳材料)埋入到海泥層中收集海泥中細(xì)菌產(chǎn)生的電子，電子通過負(fù)極和導(dǎo)線外電路傳輸?shù)秸龢O;選擇合適的正極材料(如碳材料)置于海水中，正極材料利用海水中的溶解氧接收電子發(fā)生還原反應(yīng)生成水，整體構(gòu)成電池回路并作為水下儀器的電源。該電源電壓為
0.75 V，電流隨負(fù)載的不同可從毫安(mA)變化到安培(A)。
[0005]本發(fā)明同樣利用海泥層作為燃料電池負(fù)極電解質(zhì)，選擇鎂及鎂合金、鋁及鋁合金作為負(fù)極材料，這些金屬合金埋入海泥層中，釋放出電子到外電路及正極;選擇合適的正極材料(碳材料)置于海水中，正極材料利用海水中的溶解氧接收電子發(fā)生還原反應(yīng)生成水，整體構(gòu)成電池回路并作為水下儀器的電源。該類電池電源電壓分別為1.9?2.1 V和1.2?
1.5V，電流隨負(fù)載的不同可從毫安(mA)變化到安培(A)。
[0006]無論負(fù)極選擇碳材料還是活潑金屬鎂、鋁及其合金材料，負(fù)極模塊均置于海底沉積層(海泥層)中，均以海泥層作為導(dǎo)電電解質(zhì)，故這類電池均稱為海底沉積層燃料電池，也可簡(jiǎn)稱為海泥電池或者海泥發(fā)電技術(shù)。這類電池既不同于一般的海水電池，也不同于一般的微生物燃料電池。一般海水電池的正極和負(fù)極均置于海水中，一般的微生物燃料電池正極和負(fù)極之間需要人工的質(zhì)子交換膜。而海底沉積層燃料電池卻利用海泥/海水天然界面作為“質(zhì)子交換膜”且負(fù)極均置于海底沉積層中。
[0007]考慮到海洋監(jiān)測(cè)儀器的驅(qū)動(dòng)電壓一般為5V、12V或24V，為升高電池電源的電壓，本發(fā)明還描述了一種低電壓(0.3V)驅(qū)動(dòng)高功率轉(zhuǎn)化率運(yùn)行的升壓模塊，通過該升壓模塊，電池電源輸出電壓達(dá)到5V、12￥或24￥，在0.3V電源輸出條件下，升壓器件工作的功率轉(zhuǎn)化率整體達(dá)到50?70%。
[0008]考慮到儀器啟動(dòng)和采樣瞬間消耗電流較大，為滿足海洋監(jiān)測(cè)儀器的用電需求，本發(fā)明還描述了一種電容儲(chǔ)能模塊，電池電源產(chǎn)生的電能通過電容器儲(chǔ)存，滿足儀器啟動(dòng)和采樣所需的電能后，儀器處于靜默或者睡眠狀態(tài)，耗電很少，在這期間，電池源源不斷的為電容器充電，從而滿足儀器長(zhǎng)期對(duì)電能的需求或滿足儀器工作所需較大的峰值功率需求。
[0009]在深遠(yuǎn)海位置，海洋監(jiān)測(cè)儀器采集到的數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)桨渡?，幫助人們適時(shí)認(rèn)識(shí)并了解海底或者海洋環(huán)境信息變化。本發(fā)明描述了一種信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊，該模塊由海底沉積層燃料電池驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。該信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間程序，定時(shí)向水面的接收裝置發(fā)射數(shù)據(jù)信息或者接受水面的指令，適時(shí)向水面發(fā)射信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的適時(shí)傳輸。
[0010]本發(fā)明描述的海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，便于加工、裝配、運(yùn)輸和控制。整個(gè)系統(tǒng)包括電池電源正極模塊、負(fù)極模塊、升壓模塊、儲(chǔ)能模塊、監(jiān)測(cè)儀器模塊、信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊、控制模塊、信號(hào)接收及處理裝置。
[0011]有益的結(jié)果
本發(fā)明描述的海底沉積層燃料電池利用海泥層作為電池負(fù)極導(dǎo)電電解質(zhì)，電池負(fù)極埋入海泥層中，電池正極置于海水中，以海水為正極導(dǎo)電電解質(zhì)。該電池既不同于傳統(tǒng)的電池結(jié)構(gòu)，可與海水互通，具有開放性的電池結(jié)構(gòu)；也不同于海水電池和一般的微生物燃料電池。
[0012]該電池結(jié)構(gòu)可以在淺海、深海使用，因其結(jié)構(gòu)開放性，正極和負(fù)極可分別為海水和海泥層浸潤(rùn)，海水壓力對(duì)于電池結(jié)構(gòu)沒有影響，可以避免傳統(tǒng)電池耐海水壓力艙的設(shè)計(jì)，作為電源結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，同時(shí)降低成本并減少了如爆炸等諸多水下安全隱患。
[0013]海底沉積層微生物燃料電池利用微生物作為催化劑將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，理論上可以無限期產(chǎn)生電能；海底沉積層鎂燃料電池通過負(fù)極鎂及鎂合金、鋁及鋁合金尺寸的合理設(shè)計(jì)，即可提高其輸出功率，也可提高壽命，壽命可達(dá)5年以上;海底沉積層燃料電池作為電源對(duì)環(huán)境無污染，不會(huì)產(chǎn)生廢物，有益于環(huán)境保護(hù)。
[0014]海底沉積層燃料電池負(fù)極利用海底沉積層作為電解質(zhì)，海底沉積層作為厭氧環(huán)境，既有利于提高負(fù)極電位和電池電壓，又有利于減緩負(fù)極鎂及鎂合金、鋁及鋁合金的腐蝕，有利于電能緩慢釋放，減少電能暴釋，進(jìn)一步延長(zhǎng)電池壽命。
[0015]海底沉積層燃料電池利用活潑金屬鎂及鎂合金、鋁及鋁合金作為負(fù)極，置于海底沉積層中，在電池長(zhǎng)期工作中，活潑金屬釋放出的金屬M(fèi)g2+、A13+主要以Mg(OH)2、Al(OH)3的形式存儲(chǔ)在海泥層中，對(duì)海水的水質(zhì)影響較小且對(duì)海生物沒有影響，有利于海底沉積層燃料電池用于水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的監(jiān)測(cè)儀器電源需求。
[0016]升壓模塊使電池電源的電壓升高到5V，12V和24V，滿足不同驅(qū)動(dòng)電壓海洋監(jiān)測(cè)儀器的需求，升壓模塊在低輸入電壓(0.3V、0.5V)條件下，升壓到5V，12V，具有50?70%的高功率轉(zhuǎn)化率，減少電能消耗。
[0017]儲(chǔ)能模塊存儲(chǔ)海底沉積層燃料電池產(chǎn)生的電能，滿足海洋監(jiān)測(cè)儀器峰值功率和采樣功率的電能需求，驅(qū)動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器長(zhǎng)期運(yùn)行。為滿足不同功率的海洋監(jiān)測(cè)儀器電能需求，升壓模塊和儲(chǔ)能模塊需互相匹配，既滿足監(jiān)測(cè)儀器電壓需求，又滿足監(jiān)測(cè)儀器電源功率需求。海底沉積層燃料電池作為電源，與升壓模塊、儲(chǔ)能模塊相互匹配，滿足不同海洋監(jiān)測(cè)儀器長(zhǎng)期工作的電源需求，尤其是耗電大的監(jiān)測(cè)儀器峰值功率需求。
[0018]系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計(jì)安裝信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊，利用海底沉積層燃料電池提供的電源，向水面發(fā)射信息。利用聲學(xué)調(diào)制解調(diào)器將海底沉積層燃料電池驅(qū)動(dòng)的監(jiān)測(cè)儀器采集的電子信息調(diào)制轉(zhuǎn)化，并利用該電源將調(diào)制信息發(fā)送到海面，水面信號(hào)接收及處理裝置將接收的信號(hào)解調(diào)成原始信息，幫助人們適時(shí)了解海底或海洋環(huán)境信息。
[0019]根據(jù)海底深度不同，信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊所需要的電量不同。合理設(shè)計(jì)海底沉積層燃料電池尺寸和輸出功率，電源電能既能滿足監(jiān)測(cè)儀器需求，也能滿足信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊電源需求。
[0020]系統(tǒng)通過控制模塊調(diào)節(jié)電能需求，當(dāng)信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊工作時(shí)，控制監(jiān)測(cè)儀器暫停采樣，前者工作結(jié)束，恢復(fù)監(jiān)測(cè)儀器工作狀態(tài)。
[0021]系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制模塊，調(diào)節(jié)整個(gè)供電系統(tǒng)的輸出，例如調(diào)解電阻或負(fù)載，控制電流輸出，保持電池穩(wěn)定工作；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換海洋監(jiān)測(cè)儀器信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊的工作狀態(tài)，節(jié)約電能;調(diào)節(jié)信息發(fā)射時(shí)間，加速傳輸信息。
[0022]整個(gè)供電系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，包括海底沉積層燃料電池模塊升壓模塊、儲(chǔ)能模塊、監(jiān)測(cè)儀器模塊、信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊和控制模塊。模塊化設(shè)計(jì)有利于系統(tǒng)裝配、運(yùn)輸和維護(hù)。
[0023]海底沉積層燃料電池負(fù)極埋入海泥層中，需要添加配重。因此整體海底沉積層燃料電池電源模塊作為整個(gè)供電系統(tǒng)的配重使用，錨置于海底，既防海流，又防沉降和倒伏。
[0024]根據(jù)儀器和系統(tǒng)用電需求不同，海底沉積層燃料電池既可作為直接電源使用，也可作為輔助電源使用。
[0025]該系統(tǒng)在海底長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，具有良好的隱蔽性，又能防止人為破壞。該電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)特別適合于海底固定裝置或海床基監(jiān)測(cè)儀器的長(zhǎng)期連續(xù)工作。
[0026]海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)如圖1所示:(圖1中，負(fù)極材料I和負(fù)極框架6共同構(gòu)成負(fù)極模塊;正極材料3和正極框架4共同構(gòu)成正極模塊)
圖1為海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)
I.負(fù)極材料2.配重結(jié)構(gòu)3.正極材料4.正極框架5.絕緣連接材料6.負(fù)極框架7.升壓模塊8.儲(chǔ)能模塊9.控制模塊10.監(jiān)測(cè)儀器模塊11.信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊12.信號(hào)接收及處理裝置13.調(diào)節(jié)控制作用14.調(diào)節(jié)反饋線路15.海泥層16.海水層17.海水表面18.密封艙實(shí)施例
[0027]例1:海底沉積層微生物燃料電池作為電源驅(qū)動(dòng)溫-深儀運(yùn)行。鈦制框架4上焊接鈦絲制碳纖維刷3構(gòu)成正極模塊，鈦制框架6上焊接鈦絲制碳纖維刷I構(gòu)成負(fù)極模塊，正極模塊和負(fù)極模塊通過絕緣連接材料5構(gòu)成一個(gè)整體。利用配重結(jié)構(gòu)2將電池的負(fù)極模塊壓入海泥層15，正極模塊置于海水16中，正極模塊和負(fù)極模塊通過電纜分別連接到升壓模塊7，輸出電壓通過升壓器件升到5 V，并在儲(chǔ)能模塊8存儲(chǔ)5 C電量(單位:庫(kù)侖，相當(dāng)于I F電容器中存儲(chǔ)電量)。該電池驅(qū)動(dòng)溫-深儀(10)連續(xù)運(yùn)行測(cè)試海洋溫度和深度變化，一段時(shí)間后，控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13促使信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊11將實(shí)測(cè)信息轉(zhuǎn)化成可發(fā)射信號(hào)進(jìn)行適時(shí)發(fā)射并暫停溫-深儀(10)運(yùn)行，水面信號(hào)接收及處理裝置12接收信號(hào)并回調(diào)為實(shí)測(cè)信息，發(fā)射完成后，調(diào)節(jié)反饋線路14促使控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13再次啟動(dòng)溫-深儀
(10)運(yùn)行。
[0028]例2:海底沉積層鎂燃料電池作為電源驅(qū)動(dòng)海洋溫度儀長(zhǎng)期運(yùn)行。鈦制框架4上焊接鈦絲制碳纖維刷3構(gòu)成正極模塊，金屬鎂棒(I)作為負(fù)極模塊，正極模塊和負(fù)極模塊通過絕緣連接材料5構(gòu)成一個(gè)整體。利用配重結(jié)構(gòu)2將電池的負(fù)極模塊壓入海泥層15，正極模塊置于海水16中，正極模塊和負(fù)極模塊通過電纜分別連接到升壓模塊7，輸出電壓通過升壓器件升到5 V，并在儲(chǔ)能模塊8存儲(chǔ)5 C電量(單位:庫(kù)侖，相當(dāng)于I F電容器中存儲(chǔ)電量)。該電池驅(qū)動(dòng)海洋溫度儀(10)連續(xù)運(yùn)行測(cè)試海水溫度的變化，一段時(shí)間后，控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13促使信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊11將實(shí)測(cè)信息轉(zhuǎn)化成可發(fā)射信號(hào)進(jìn)行適時(shí)發(fā)射并暫停溫度儀(10)運(yùn)行，水面信號(hào)接收及處理裝置12接收信號(hào)并回調(diào)為實(shí)測(cè)信息，發(fā)射完成后，調(diào)節(jié)反饋線路14促使控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13再次啟動(dòng)海洋溫度儀(10)運(yùn)行。
[0029]例3:海底沉積層鎂燃料電池作為電源驅(qū)動(dòng)溫-鹽-深度儀長(zhǎng)期運(yùn)行。鈦制框架4上焊接鈦絲制碳纖維刷3構(gòu)成正極模塊，金屬鎂棒(I)作為負(fù)極模塊，正極模塊和負(fù)極模塊通過絕緣連接材料5構(gòu)成一個(gè)整體。利用配重結(jié)構(gòu)2將電池的負(fù)極模塊壓入海泥層15，正極模塊置于海水16中，正極模塊和負(fù)極模塊通過電纜分別連接到升壓模塊7，輸出電壓通過升壓器件升到12 V，并在儲(chǔ)能模塊8存儲(chǔ)12 C電量(單位:庫(kù)侖，相當(dāng)于I F電容器中存儲(chǔ)電量)。該電池驅(qū)動(dòng)海洋溫-鹽-深度儀(10)連續(xù)運(yùn)行測(cè)試溫度、鹽度和深度的變化，一段時(shí)間后，控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13促使信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊11將實(shí)測(cè)信息轉(zhuǎn)化成可發(fā)射信號(hào)進(jìn)行適時(shí)發(fā)射并暫停溫-鹽-深度儀(10)運(yùn)行，水面信號(hào)接收及處理裝置12接收信號(hào)并回調(diào)為實(shí)測(cè)信息，發(fā)射完成后，調(diào)節(jié)反饋線路14促使控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13再次啟動(dòng)溫-鹽-深儀(10)運(yùn)行。
[0030]例4:海底沉積層鎂燃料電池作為電源驅(qū)動(dòng)溫-深度儀長(zhǎng)期運(yùn)行。鈦制框架4上焊接鈦絲制碳纖維刷3構(gòu)成正極模塊，金屬鎂棒(I)作為負(fù)極模塊，正極模塊和負(fù)極模塊通過絕緣連接材料5構(gòu)成一個(gè)整體。利用配重結(jié)構(gòu)2將電池的負(fù)極模塊壓入海泥層15，正極模塊置于海水16中，正極模塊和負(fù)極模塊通過電纜分別連接到升壓模塊7，輸出電壓通過升壓器件升到5 V，并在儲(chǔ)能模塊8存儲(chǔ)5 C電量(單位:庫(kù)侖，相當(dāng)于I F電容器中存儲(chǔ)電量)。該電池驅(qū)動(dòng)海洋溫-深度儀(10)連續(xù)運(yùn)行測(cè)試溫度和深度的變化，一段時(shí)間后，控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13促使信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊11將實(shí)測(cè)信息轉(zhuǎn)化成可發(fā)射信號(hào)進(jìn)行適時(shí)發(fā)射并暫停溫-深度儀(10)運(yùn)行，水面信號(hào)接收及處理裝置12接收信號(hào)并回調(diào)為實(shí)測(cè)信息，發(fā)射完成后，調(diào)節(jié)反饋線路14促使控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13再次啟動(dòng)溫-深儀(10)運(yùn)行。
[0031]例5:海底沉積層鎂燃料電池作為電源驅(qū)動(dòng)小型水聽器長(zhǎng)期運(yùn)行。鈦制框架4上焊接鈦絲制碳纖維刷3構(gòu)成正極模塊，金屬鎂棒(I)作為負(fù)極模塊，正極模塊和負(fù)極模塊通過絕緣連接材料5構(gòu)成一個(gè)整體。利用配重結(jié)構(gòu)2將電池的負(fù)極模塊壓入海泥層15，正極模塊置于海水16中，正極模塊和負(fù)極模塊通過電纜分別連接到升壓模塊7，輸出電壓通過升壓器件升到12 V，并在儲(chǔ)能模塊8存儲(chǔ)12 C電量(單位:庫(kù)侖，相當(dāng)于I F電容器中存儲(chǔ)電量)。該電池驅(qū)動(dòng)小型水聽器采集信號(hào)，探測(cè)到信號(hào)后，控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13促使信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊11將實(shí)測(cè)信息轉(zhuǎn)化成可發(fā)射接收信號(hào)進(jìn)行適時(shí)發(fā)射并暫停水聽器(10)運(yùn)行，水面信號(hào)接收及處理裝置12接收信號(hào)并回調(diào)為實(shí)測(cè)信息，發(fā)射完成后，調(diào)節(jié)反饋線路14促使控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13再次啟動(dòng)水聽器(10)運(yùn)行。
[0032]例6:海底沉積層鎂燃料電池作為電源驅(qū)動(dòng)溶氧儀長(zhǎng)期運(yùn)行。鈦制框架4上焊接鈦絲制碳纖維刷3構(gòu)成正極模塊，金屬鎂棒(I)作為負(fù)極模塊，正極模塊和負(fù)極模塊通過絕緣連接材料5構(gòu)成一個(gè)整體。利用配重結(jié)構(gòu)2將電池的負(fù)極模塊壓入海泥層15，正極模塊置于海水16中，正極模塊和負(fù)極模塊通過電纜分別連接到升壓模塊7，輸出電壓通過升壓器件升到12 V，并在儲(chǔ)能模塊8存儲(chǔ)12 C電量(單位:庫(kù)侖，相當(dāng)于I F電容器中存儲(chǔ)電量)。該電池驅(qū)動(dòng)溶氧儀采集信號(hào)，探測(cè)到信號(hào)后，控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13促使信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊11將實(shí)測(cè)信息轉(zhuǎn)化成可發(fā)射信號(hào)進(jìn)行適時(shí)發(fā)射并暫停溶氧儀(10)運(yùn)行，水面信號(hào)接收及處理裝置12接收信號(hào)并回調(diào)為實(shí)測(cè)信息，發(fā)射完成后，調(diào)節(jié)反饋線路14促使控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13再次啟動(dòng)溶氧儀(10)運(yùn)行。
[0033]例7:海底沉積層鎂燃料電池作為電源驅(qū)動(dòng)潮位儀長(zhǎng)期運(yùn)行。鈦制框架4上焊接鈦絲制碳纖維刷3構(gòu)成正極模塊，金屬鎂棒(I)作為負(fù)極模塊，正極模塊和負(fù)極模塊通過絕緣連接材料5構(gòu)成一個(gè)整體。利用配重結(jié)構(gòu)2將電池的負(fù)極模塊壓入海泥層15，正極模塊置于海水16中，正極模塊和負(fù)極模塊通過電纜分別連接到升壓模塊7，輸出電壓通過升壓器件升到12 V，并在儲(chǔ)能模塊8存儲(chǔ)12 C電量(單位:庫(kù)侖，相當(dāng)于I F電容器中存儲(chǔ)電量)。該電池驅(qū)動(dòng)潮位儀采集信號(hào)，探測(cè)到信號(hào)后，控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13促使信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊11將實(shí)測(cè)信息轉(zhuǎn)化成可發(fā)射信號(hào)進(jìn)行適時(shí)發(fā)射并暫停潮位儀(10)運(yùn)行，水面信號(hào)接收及處理裝置12接收信號(hào)并回調(diào)為實(shí)測(cè)信息，發(fā)射完成后，調(diào)節(jié)反饋線路14促使控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13再次啟動(dòng)潮位儀(10)運(yùn)行。
[0034]例8:海底沉積層鎂燃料電池作為電源驅(qū)動(dòng)微型H2S儀長(zhǎng)期運(yùn)行。鈦制框架4上焊接鈦絲制碳纖維刷3構(gòu)成正極模塊，金屬鎂棒(I)作為負(fù)極模塊，正極模塊和負(fù)極模塊通過絕緣連接材料5構(gòu)成一個(gè)整體。利用配重結(jié)構(gòu)2將電池的負(fù)極模塊壓入海泥層15，正極模塊置于海水16中，正極模塊和負(fù)極模塊通過電纜分別連接到升壓模塊7，輸出電壓通過升壓器件升到12 V，并在儲(chǔ)能模塊8存儲(chǔ)12 C電量(單位:庫(kù)侖，相當(dāng)于I F電容器中存儲(chǔ)電量)。該電池驅(qū)動(dòng)小型H2S儀采集信號(hào)，探測(cè)到信號(hào)后，控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13促使信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊11將實(shí)測(cè)信息轉(zhuǎn)化成可發(fā)射信號(hào)進(jìn)行適時(shí)發(fā)射并暫停小型H2S儀(10)運(yùn)行，水面信號(hào)接收及處理裝置12接收信號(hào)并回調(diào)為實(shí)測(cè)信息，發(fā)射完成后，調(diào)節(jié)反饋線路14促使控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13再次啟動(dòng)微型H2S儀(10)運(yùn)行。
[0035]例9:海底沉積層鎂燃料電池作為電源驅(qū)動(dòng)微型CO2儀運(yùn)行。鈦制框架4上焊接鈦絲制碳纖維刷3構(gòu)成正極模塊，金屬鎂棒(I)作為負(fù)極模塊，正極模塊和負(fù)極模塊通過絕緣連接材料5構(gòu)成一個(gè)整體。利用配重結(jié)構(gòu)2將電池的負(fù)極模塊壓入海泥層15，正極模塊置于海水16中，正極模塊和負(fù)極模塊通過電纜分別連接到升壓模塊7，輸出電壓通過升壓器件升到5 V，并在儲(chǔ)能模塊8存儲(chǔ)5 C電量(單位:庫(kù)侖，相當(dāng)于I F電容器中存儲(chǔ)電量)。該電池驅(qū)動(dòng)微型0)2儀(10)連續(xù)運(yùn)行測(cè)試溫度和深度變化，一段時(shí)間后，控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13促使信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊11將實(shí)測(cè)信息轉(zhuǎn)化成可發(fā)射信號(hào)進(jìn)行適時(shí)發(fā)射并暫停微型CO2儀(10)運(yùn)行，水面信號(hào)接收及處理裝置12接收信號(hào)并回調(diào)為實(shí)測(cè)信息，發(fā)射完成后，調(diào)節(jié)反饋線路14促使控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13再次啟動(dòng)微型(》2儀(10)運(yùn)行。
[0036]例10:海底沉積層鎂燃料電池作為電源驅(qū)動(dòng)微型CH4儀運(yùn)行。鈦制框架4上焊接鈦絲制碳纖維刷3構(gòu)成正極模塊，金屬鎂棒(I)作為負(fù)極模塊，正極模塊和負(fù)極模塊通過絕緣連接材料5構(gòu)成一個(gè)整體。利用配重結(jié)構(gòu)2將電池的負(fù)極模塊壓入海泥層15，正極模塊置于海水16中，正極模塊和負(fù)極模塊通過電纜分別連接到升壓模塊7，輸出電壓通過升壓器件升至IJ5 V，并在儲(chǔ)能模塊8存儲(chǔ)5 C電量(單位:庫(kù)侖，相當(dāng)于I F電容器中存儲(chǔ)電量)。該電池驅(qū)動(dòng)微型CH4儀(10)連續(xù)運(yùn)行測(cè)試溫度和深度變化，一段時(shí)間后，控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13促使信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊11將實(shí)測(cè)信息轉(zhuǎn)化成可發(fā)射信號(hào)進(jìn)行適時(shí)發(fā)射并暫停微型CH4儀(10)運(yùn)行，水面信號(hào)接收及處理裝置12接收信號(hào)并回調(diào)為實(shí)測(cè)信息，發(fā)射完成后，調(diào)節(jié)反饋線路14促使控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13再次啟動(dòng)微型CH4儀(10)運(yùn)行。
[0037]例11:海底沉積層微生物燃料電池作為電源驅(qū)動(dòng)微型⑶2儀運(yùn)行。鈦制框架4上焊接鈦絲制碳纖維刷3構(gòu)成正極模塊，鈦制框架6上焊接鈦絲制碳纖維刷I構(gòu)成負(fù)極模塊，正極模塊和負(fù)極模塊通過絕緣連接材料5構(gòu)成一個(gè)整體。利用配重結(jié)構(gòu)2將電池的負(fù)極模塊壓入海泥層15，正極模塊置于海水16中，正極模塊和負(fù)極模塊通過電纜分別連接到升壓模塊7，輸出電壓通過升壓器件升到5 V，并在儲(chǔ)能模塊8存儲(chǔ)5 C電量(單位:庫(kù)侖，相當(dāng)于I F電容器中存儲(chǔ)電量)。該電池驅(qū)動(dòng)微型0)2儀(10)連續(xù)運(yùn)行測(cè)試溫度和深度變化，一段時(shí)間后，控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13促使信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊11將實(shí)測(cè)信息轉(zhuǎn)化成可發(fā)射信號(hào)進(jìn)行適時(shí)發(fā)射并暫停微型0)2儀(10)運(yùn)行，水面信號(hào)接收及處理裝置12接收信號(hào)并回調(diào)為實(shí)測(cè)信息，發(fā)射完成后，調(diào)節(jié)反饋線路14促使控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13再次啟動(dòng)微型C02儀(10)運(yùn)行。
[0038]例12:海底沉積層微生物燃料電池作為電源驅(qū)動(dòng)微型CH4儀運(yùn)行。鈦制框架4上焊接鈦絲制碳纖維刷3構(gòu)成正極模塊，鈦制框架6上焊接鈦絲制碳纖維刷I構(gòu)成負(fù)極模塊，正極模塊和負(fù)極模塊通過絕緣連接材料5構(gòu)成一個(gè)整體。利用配重結(jié)構(gòu)2將電池的負(fù)極模塊壓入海泥層15，正極模塊置于海水16中，正極模塊和負(fù)極模塊通過電纜分別連接到升壓模塊7，輸出電壓通過升壓器件升到5 V，并在儲(chǔ)能模塊8存儲(chǔ)5 C電量(單位:庫(kù)侖，相當(dāng)于I F電容器中存儲(chǔ)電量)。該電池驅(qū)動(dòng)微型CH4儀(10)連續(xù)運(yùn)行測(cè)試溫度和深度變化，一段時(shí)間后，控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13促使信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊11將實(shí)測(cè)信息轉(zhuǎn)化成可發(fā)射信號(hào)進(jìn)行適時(shí)發(fā)射并暫停微型CH4儀(10)運(yùn)行，水面信號(hào)接收及處理裝置12接收信號(hào)并回調(diào)為實(shí)測(cè)信息，發(fā)射完成后，調(diào)節(jié)反饋線路14促使控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13再次啟動(dòng)微型CH4儀(10)運(yùn)行。
[0039]例13:海底沉積層鋁燃料電池作為電源驅(qū)動(dòng)溫-鹽-深度儀長(zhǎng)期運(yùn)行。鈦制框架4上焊接鈦絲制碳纖維刷3構(gòu)成正極模塊，金屬鋁棒(I)作為負(fù)極模塊，正極模塊和負(fù)極模塊通過絕緣連接材料5構(gòu)成一個(gè)整體。利用配重結(jié)構(gòu)2將電池的負(fù)極模塊壓入海泥層15，正極模塊置于海水16中，正極模塊和負(fù)極模塊通過電纜分別連接到升壓模塊7，輸出電壓通過升壓器件升到12 V，并在儲(chǔ)能模塊8存儲(chǔ)12 C電量(單位:庫(kù)侖，相當(dāng)于I F電容器中存儲(chǔ)電量)。該電池驅(qū)動(dòng)海洋溫-鹽-深度儀(10)連續(xù)運(yùn)行測(cè)試溫度、鹽度和深度的變化，一段時(shí)間后，控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13促使信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊11將實(shí)測(cè)信息轉(zhuǎn)化成可發(fā)射信號(hào)進(jìn)行適時(shí)發(fā)射并暫停溫-鹽-深度儀(10)運(yùn)行，水面信號(hào)接收及處理裝置12接收信號(hào)并回調(diào)為實(shí)測(cè)信息，發(fā)射完成后，調(diào)節(jié)反饋線路14促使控制模塊9通過調(diào)節(jié)控制作用13再次啟動(dòng)溫-鹽-深儀(10)運(yùn)行。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)，該長(zhǎng)期供電系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，分別包括海底沉積層燃料電池正極模塊、負(fù)極模塊、升壓模塊、儲(chǔ)能模塊、海洋監(jiān)測(cè)儀器模塊、信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊、控制模塊;其中海底沉積層燃料電池主要利用海底沉積層作為電池負(fù)極的導(dǎo)電電解質(zhì)，電池負(fù)極模塊置于海底沉積層中，電池正極模塊置于海水中，以海水作為導(dǎo)電電解質(zhì)，正極模塊和負(fù)極模塊通過外部電路相連接構(gòu)成電池電源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)，海底沉積層燃料電池的結(jié)構(gòu)特征是負(fù)極模塊選擇碳纖維刷負(fù)極材料置于海底沉積層中，正極模塊選擇碳纖維刷正極材料并置于海水中；正極模塊和負(fù)極模塊通過外電路連接構(gòu)成電池回路和電源。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)，海底沉積層燃料電池的結(jié)構(gòu)特征是負(fù)極模塊選擇金屬鎂及鎂合金、鋁及鋁合金負(fù)極材料置于海底沉積層中，正極模塊選擇碳纖維刷正極材料并置于海水中；正極模塊和負(fù)極模塊通過外電路連接構(gòu)成電池回路和電源。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)，設(shè)計(jì)電子升壓模塊與電池電源相連接，升尚電池輸出電壓。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)，設(shè)計(jì)電容器儲(chǔ)能模塊與升壓模塊相連接，儲(chǔ)存電池電源產(chǎn)生的電能。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)，海洋監(jiān)測(cè)儀器模塊所需要的電能與升壓模塊輸出的電壓及儲(chǔ)能模塊存儲(chǔ)的電能相匹配，滿足監(jiān)測(cè)儀器模塊電能需求，保持長(zhǎng)期正常工作。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)，設(shè)計(jì)信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊，通過聲學(xué)調(diào)制解調(diào)器，將監(jiān)測(cè)儀器采集到的電子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成聲學(xué)信息，并發(fā)射到水面接收器。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)，設(shè)計(jì)控制模塊，調(diào)節(jié)系統(tǒng)電流，保持電池電源穩(wěn)定性;調(diào)節(jié)信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊與監(jiān)測(cè)儀器模塊交替使用電源，節(jié)約電能。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)配重結(jié)構(gòu)，布放過程中保證整體系統(tǒng)平穩(wěn)并依靠水中凈重量將電池負(fù)極模塊壓入海底沉積層一定深度。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)，升壓模塊，儲(chǔ)能模塊，信息轉(zhuǎn)化和傳輸模塊，控制模塊，采用水密設(shè)計(jì)，集成到一個(gè)承壓密封艙內(nèi)，耐受不同深度海水壓力并保持良好水密性，保障系統(tǒng)正常工作。
【文檔編號(hào)】H01M8/0271GK106025310SQ201510125385
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年3月23日
【發(fā)明人】付玉彬, 英明, 陳偉
【申請(qǐng)人】中國(guó)海洋大學(xué)