可再生燃料电池系统在空间电源中的应用研究

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1、V01．23No．6航天器工程第23卷第6期128SPACECRAFTENGINEERING2014年12月可再生燃料电池系统在空间电源中的应用研究陈宋1孙凤焕2张明1戴孟瑜1崔波1(1北京空间飞行器总体设计部，北京100094)(2北京航天动力研究所，北京100076)摘要概述了可再生燃料电池的工作原理和特性；介绍了国外可再生燃料电池的空间应用，在“太阳神”无人机和平流层飞艇上的设计验证经验，以及国内的技术发展水平；分析了可再生燃料电池系统应用于空间电源所要解决的系统优化设计、电解器和燃料电池的高性能及安全性设计、功

2、率控制器的集成化设计、氢气／氧气的空间储存及后处理等关键技术；提出了用于空间电源的可再生燃料电池系统初步设计方案，对系统的组成和工作流程、各子系统的功能和设计方式进行了论述，可为我国未来的新型航天器电源系统设计提供参考。关键词空间电源；可再生燃料电池系统；燃料电池；电解器；功率控制器中图分类号：TM911．4文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．06．021ApplicationAnalysisofRegenerativeFuelCellSysteminSpaceElectr

3、icalPowerCHENSon91SUNFenghuan2ZHANGMin91DAIMengyulCUIB01(1BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)(2BeijingAerospacePropulsionInstitute，Beijing100076，China)Abstract：TheworkingprinciplesofRFC(regenerativefuelcell)aresummarizedinthepaper．

4、ThentheapplicationofRFCinspace，theapplicationanddesignexperienceofHeliosunmannedplaneandairships，andthedevelopmentstatusofRFCinChinaaresurveyed．Forthespaceutili—zationofRFC，theoptimizationdesignofRFCsystem，safetyandadvancedperformancedesignofelectrolyserandfuelc

5、ells，integrationdesignofpowercontroller，andstoreandpost—processofhydrogenandoxygenareanalyzed．Basedontheanalysis，theprimarydesignofRFCsystemappliedinspaceisproposed，andcanbeareferenceforthedesignoftheelectricalpoweroffutureadvancedspacecraftinChina．Keywords：spac

6、eelectricalpower；RFCsystem；fuelcell；electrolyser；powercontroller引言燃料电池是通过电化学过程将反应物中的化学能直接转化为电能的装置，曾在美国的载人飞船和航天飞机，以及俄罗斯的月球轨道器和航天飞机上应用。近年来开发出的以氢氧燃料电池为基础、结合水电解技术和太阳电池的可再生燃料电池(RegenerativeFuelCell，RFC)系统，能为航天器提供超过20kw的功率输出和20d或更久的持续供电能力，比传统太阳电池一蓄电池体系拥有更优良的工作特性，特别适合于

7、太阳极轨探测器、大型载人空收稿日期：2013—09—02；修回日期：2014一01—26作者简介：陈宋，男，工程师，从事航天器总体和供配电系统设计工作。Email：CS一220104@163．corn。第6期陈宋等：可再生燃料电池系统在空间电源中的应用研究129间站、月球基地等要求高输出功率、长持续工作时问的航天器。可再生燃料电池系统已在国外的高空长航时无人机上进行了飞行试验，并应用在平流层飞艇设计方案中；国内虽然已开始了可再生燃料电池系统的地面样机验证，但在空间应用的全系统方案设计、关键部件的性能优化和空间环境适应性

8、设计等方面，还有很多问题要解决。本文概括了可再生燃料电池的工作特性，调研了国内外可再生燃料电池系统的研究情况，在分析空间应用所要解决的关键技术基础上，提出了一种用于空间电源的可再生燃料电池系统设计方案，可为我国在高功率长寿命航天器上应用可再生燃料电池技术提供参考。2可再生燃料电池的工作原理和特性可再生燃料电池是在普通氢氧燃料电池基