氫燃料無人機(jī)電池能量管理方法概述
使用傳統(tǒng)能量管理系統(tǒng)的多旋翼無人機(jī)續(xù)航時(shí)間較短,這也是影響無人機(jī)技術(shù)發(fā)展的主要問題。而目前氫燃料無人機(jī)電池能源管理技術(shù)的發(fā)展,為延長無人機(jī)續(xù)航提供了技術(shù)支持,也提供了新的思路;混合動力系統(tǒng)已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)單一鋰電池動力系統(tǒng),為無人機(jī)續(xù)航提供能量。由于氫燃料電池技術(shù)目前很難滿足無人機(jī)在湍流、變換飛行姿態(tài)過程中的工況中需要大電流放電的要求,所以對混合電力系統(tǒng)進(jìn)行能量管理就成為提升無人機(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)、蓄電池是無人機(jī)混合動力系統(tǒng)主要的組成部分;很(混)合動力系統(tǒng)的能量控制通過DC-DC變換器、無人機(jī)電調(diào)、無刷直流電機(jī)等零部件實(shí)現(xiàn)。無人機(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,所以蓄電池在無人機(jī)飛行過程中起到短時(shí)間內(nèi)提供大功率的作用。在無人機(jī)功率需求不高的情況下,無人機(jī)混合動力系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)氫燃料電池對蓄電池進(jìn)行充電的功能。另外,對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]。
多旋翼氫燃料無人機(jī)電池能量管理策略無人機(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。無人機(jī)需求功率誤差信號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,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)無人機(jī)混合動力系統(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,氫燃料電池在無人機(jī)需求功率小于氫燃料電池額定功率時(shí),應(yīng)該對鋰電池進(jìn)行充。