氫燃料無人機電池能量管理方法概述
使用傳統能量管理系統的多旋翼無人機續航時間較短,這也是影響無人機技術發展的主要問題。而目前氫燃料無人機電池能源管(guan)理技術(shu)(shu)(shu)的發(fa)展,為(wei)延長無(wu)人機續(xu)航提(ti)供了技術(shu)(shu)(shu)支持,也(ye)提(ti)供了新的思路(lu);混合動力(li)(li)系(xi)統(tong)已(yi)經(jing)逐(zhu)漸取代傳統(tong)單一鋰(li)電(dian)(dian)池動力(li)(li)系(xi)統(tong),為(wei)無(wu)人機續(xu)航提(ti)供能量(liang)。由于氫燃料(liao)電(dian)(dian)池技術(shu)(shu)(shu)目前(qian)很難滿足無(wu)人機在湍(tuan)流、變換飛(fei)行姿態過程中(zhong)的工(gong)況(kuang)中(zhong)需要(yao)大電(dian)(dian)流放電(dian)(dian)的要(yao)求,所以對混合電(dian)(dian)力(li)(li)系(xi)統(tong)進行能量(liang)管(guan)理就成為(wei)提(ti)升無(wu)人機續(xu)航能力(li)(li)的核心技術(shu)(shu)(shu)。


質子交換膜氫(qing)(qing)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)電(dian)池系統(tong)、蓄(xu)電(dian)池是無(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)機(ji)混合(he)動力(li)系統(tong)主(zhu)要(yao)的(de)(de)(de)組(zu)成部(bu)分;很(混)合(he)動力(li)系統(tong)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)量控制(zhi)通過(guo)(guo)DC-DC變換器、無(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)機(ji)電(dian)調、無(wu)(wu)(wu)刷(shua)直流電(dian)機(ji)等(deng)零(ling)部(bu)件實現(xian)。無(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)機(ji)飛(fei)行(xing)所(suo)需的(de)(de)(de)能(neng)(neng)量主(zhu)要(yao)由電(dian)池性能(neng)(neng)較軟的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)電(dian)池提供;無(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)機(ji)在復雜環境中實現(xian)姿(zi)態(tai)變換操作需要(yao)較大功(gong)率(lv)的(de)(de)(de)電(dian)能(neng)(neng),氫(qing)(qing)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)電(dian)池很難滿(man)足這一需求,所(suo)以蓄(xu)電(dian)池在無(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)機(ji)飛(fei)行(xing)過(guo)(guo)程中起(qi)到(dao)短時間(jian)內提供大功(gong)率(lv)的(de)(de)(de)作用。在無(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)機(ji)功(gong)率(lv)需求不高的(de)(de)(de)情(qing)況下,無(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)機(ji)混合(he)動力(li)系統(tong)還(huan)能(neng)(neng)實現(xian)氫(qing)(qing)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)電(dian)池對(dui)蓄(xu)電(dian)池進(jin)行(xing)充電(dian)的(de)(de)(de)功(gong)能(neng)(neng)。另外,對(dui)氫(qing)(qing)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)電(dian)池和蓄(xu)電(dian)池輸出功(gong)率(lv)的(de)(de)(de)控制(zhi)與分配,還(huan)能(neng)(neng)在最大程度(du)上延長續航時間(jian),并(bing)提高氫(qing)(qing)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)經濟型[1]。
多(duo)旋翼氫(qing)(qing)燃(ran)料無人(ren)機(ji)電池能量(liang)管理(li)(li)策(ce)略(lve)(lve)無人(ren)機(ji)的(de)(de)(de)飛行環境往往十(shi)分復雜,所(suo)以(yi)也很難建立起(qi)精(jing)準的(de)(de)(de)數學(xue)模型,而模糊(hu)推(tui)理(li)(li)則(ze)能有效(xiao)克服(fu)系統模型不確(que)定(ding)性的(de)(de)(de)問題。本文(wen)討論的(de)(de)(de)多(duo)旋翼氫(qing)(qing)燃(ran)料電池無人(ren)機(ji)能量(liang)管理(li)(li)策(ce)略(lve)(lve)示意圖(tu)如下圖(tu)所(suo)示。其中的(de)(de)(de)模糊(hu)控制器則(ze)是實(shi)現(xian)能量(liang)管理(li)(li)策(ce)略(lve)(lve)的(de)(de)(de)關鍵(jian)所(suo)在。無人(ren)機(ji)需求(qiu)功率誤差(cha)信號Pe、氫(qing)(qing)燃(ran)料電池氫(qing)(qing)氣壓強PH2、鋰電池SOC輸(shu)入模糊(hu)控制器,并輸(shu)出氫(qing)(qing)燃(ran)料電池和鋰電池的(de)(de)(de)輸(shu)出功率信號,從而控制兩個電源的(de)(de)(de)能量(liang)輸(shu)出,實(shi)現(xian)能量(liang)管理(li)(li)。
模糊(hu)控制規則應該(gai)根據(ju)無人機(ji)混合動力系統的特點制定。具體可以根據(ju)以下幾點制定模糊(hu)控制規則:
第一,了解無人機(ji)實時的功率(lv)需求(qiu)。
第二,氫(qing)(qing)燃料電(dian)池(chi)(chi)應該保持(chi)供電(dian)狀態,且在(zai)功率(lv)需(xu)求大于氫(qing)(qing)燃料電(dian)池(chi)(chi)額定功率(lv)是(時),需(xu)要氫(qing)(qing)燃料電(dian)池(chi)(chi)保持(chi)以額定功率(lv)輸(shu)出能量。
第三,當氫燃料電(dian)池(chi)電(dian)能充(chong)足時(shi),正(zheng)常輸(shu)出功率(lv),如果(guo)電(dian)能小于(yu)設(she)定(ding)值(zhi)是(時(shi)),則應該停止工作。
第四,氫燃料(liao)電池(chi)在無人機需求(qiu)功(gong)率(lv)小于氫燃料(liao)電池(chi)額定功(gong)率(lv)時,應(ying)該對(dui)鋰電池(chi)進(jin)行充。

 




