氫燃料無人機電池能量管理方法概述

使用傳統(tǒng)能量管理系統(tǒng)的多旋翼無人機續(xù)航時間較短，這也是影響無人機技術(shù)發(fā)展的主要問題。而目前氫燃料無人機電池能源管理技術(shù)的發(fā)展，為延長無人機續(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)進行能量管理就成為提升無人機續(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、無人機電調(diào)、無刷直流電機等零部件實現(xiàn)。無人機飛行所需的能量主要由電池性能較軟的氫燃料電池提供；無人機在復(fù)雜環(huán)境中實現(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飛行過程中起到短時間內(nèi)提供大功率的作用。在無人機功率需求不高的情況下，無人機混合動力系統(tǒng)還能實現(xiàn)氫燃料電池對蓄電池進行充電的功能。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)航時間，并提高氫燃料經(jīng)濟型[1]。

多旋翼氫燃料無人機電池能量管理策略無人機的飛行環(huán)境往往十分復(fù)雜，所以也很難建立起精準的數(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無人機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現(xiàn)能量管理策略的關(guān)鍵所在。無人機需求功率誤差信號Pe、氫燃料電池氫氣壓強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，從而控制兩個電源的能量輸出，實現(xiàn)能量管理。

模糊控制規(guī)則應(yīng)該根據(jù)無人機混合動力系統(tǒng)的特點制定。具體可以根據(jù)以下幾點制定模糊控制規(guī)則：

第一，了解無人機實時的功率需求。

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），需要氫燃料電池保持以額定功率輸出能量。

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

第四，氫燃料電池在無人機需求功率小于氫燃料電池額定功率時，應(yīng)該對鋰電池進行充。