氫燃料無(wú)人機(jī)電池能量管理方法概述

使用傳統(tǒng)能量管理系統(tǒng)的多旋翼無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間較短，這也是影響無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展的主要問(wèn)題。而目前氫燃料無(wú)人機(jī)電池能源管理技術(shù)的發(fā)展，為延長(zhǎng)無(wú)人機(jī)續(xù)航提供了技術(shù)支持，也提供了新的思路；混合動(dòng)力系統(tǒng)已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)單一鋰電池動(dòng)力系統(tǒng)，為無(wú)人機(jī)續(xù)航提供能量。由于氫燃料電池技術(shù)目前很難滿足無(wú)人機(jī)在湍流、變換飛行姿態(tài)過(guò)程中的工況中需要大電流放電的要求，所以對(duì)混合電力系統(tǒng)進(jìn)行能量管理就成為提升無(wú)人機(jī)續(xù)航能力的核心技術(shù)。

質(zhì)子交換膜氫燃料電池系統(tǒng)、蓄電池是無(wú)人機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)主要的組成部分；很（混）合動(dòng)力系統(tǒng)的能量控制通過(guò)DC-DC變換器、無(wú)人機(jī)電調(diào)、無(wú)刷直流電機(jī)等零部件實(shí)現(xiàn)。無(wú)人機(jī)飛行所需的能量主要由電池性能較軟的氫燃料電池提供；無(wú)人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)姿態(tài)變換操作需要較大功率的電能，氫燃料電池很難滿足這一需求，所以蓄電池在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中起到短時(shí)間內(nèi)提供大功率的作用。在無(wú)人機(jī)功率需求不高的情況下，無(wú)人機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)氫燃料電池對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的功能。另外，對(duì)氫燃料電池和蓄電池輸出功率的控制與分配，還能在最大程度上延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間，并提高氫燃料經(jīng)濟(jì)型[1]。

多旋翼氫燃料無(wú)人機(jī)電池能量管理策略無(wú)人機(jī)的飛行環(huán)境往往十分復(fù)雜，所以也很難建立起精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，而模糊推理則能有效克服系統(tǒng)模型不確定性的問(wèn)題。本文討論的多旋翼氫燃料電池?zé)o人機(jī)能量管理策略示意圖如下圖所示。其中的模糊控制器則是實(shí)現(xiàn)能量管理策略的關(guān)鍵所在。無(wú)人機(jī)需求功率誤差信號(hào)Pe、氫燃料電池氫氣壓強(qiáng)PH2、鋰電池SOC輸入模糊控制器，并輸出氫燃料電池和鋰電池的輸出功率信號(hào)，從而控制兩個(gè)電源的能量輸出，實(shí)現(xiàn)能量管理。

模糊控制規(guī)則應(yīng)該根據(jù)無(wú)人機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)制定。具體可以根據(jù)以下幾點(diǎn)制定模糊控制規(guī)則：

第一，了解無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)的功率需求。

第二，氫燃料電池應(yīng)該保持供電狀態(tài)，且在功率需求大于氫燃料電池額定功率是（時(shí)），需要?dú)淙剂想姵乇３忠灶~定功率輸出能量。

第三，當(dāng)氫燃料電池電能充足時(shí)，正常輸出功率，如果電能小于設(shè)定值是（時(shí)），則應(yīng)該停止工作。

第四，氫燃料電池在無(wú)人機(jī)需求功率小于氫燃料電池額定功率時(shí)，應(yīng)該對(duì)鋰電池進(jìn)行充。