[發明專利]一種燃料電池蓄電池混合動力系統能源管理試驗平臺及方法

在審

• 申請號: 201710563837.0
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107390128A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 劉莉;張曉輝;戴月領;沈輝;劉剛
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)11639
• 代理人: 唐華

技術領域

本發明涉及一種在線能源管理試驗平臺及方法，特別涉及一種用于無人機的燃料電池和蓄電池混合動力的能源管理算法驗證平臺及方法，屬于無人機能源管理及控制技術領域。

背景技術

新能源無人機是一種新型的電動無人機，具有長航時甚至超長航時潛力，一般指采用燃料電池、太陽能電池、蓄電池以及多種電源相互混合的能源系統形式。鑒于蓄電池的能源密度較低，一般純蓄電池無人機航時較短，而由于燃料電池放電特性較軟，純燃料電池不利于大機動飛行且抗突風干擾能力差，而純太陽能電池無人機受天氣影響較大，且無法夜間飛行。因此，采用多種能源混合的動力系統成為了國內外的研究熱點。

而多電混合的動力系統利用各能源的放電特點優勢互補，如燃料電池與蓄電池混合，燃料電池高能量密度，而蓄電池高功率密度，從而在不降低無人機機動性的同時提高航時。但該系統相比單電源系統復雜，電源放電特性的不同需要對它們進行匹配設計。為了使整體效率最佳，合理的能源管理方法至關重要。

目前關于燃料電池蓄電池混合能源管理技術主要分為基于規則的管理策略和基于優化的管理策略。而無論何種策略從理論到實踐都需要進行算法效率和實時性驗證，從而確定其工程應用的可行性。當前缺少適用于無人機的燃料電池蓄電池混合動力系統能源管理試驗驗證平臺，而構造完整的動力系統成本較高、損耗大、且模擬不同飛行工況十分不便。因此，發明一種驗證燃料電池蓄電池混合能源管理策略的試驗平臺是有必要的。

發明內容

針對現有技術中缺乏燃料電池蓄電池混合動力無人機能源管理策略可行性驗證平臺，而采用真實飛行試驗成本高、風險大、實施困難等問題，本發明公開一種燃料電池蓄電池混合動力系統能源管理試驗平臺，還公開一種燃料電池蓄電池混合動力系統能源管理試驗方法，要解決的技術問題為實現燃料電池蓄電池混合動力無人機能源管理策略可行性驗證，具有試驗成本低、風險小、易于實現的優點。

為了達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明公開一種燃料電池蓄電池混合動力系統能源管理試驗平臺，包括混合能源系統、能源管理控制系統和動態負載模擬系統。所述的混合能源系統包括儲氫裝置、流量計、燃料電池系統和蓄電池；能源管理控制系統包括上位機、能源管理控制器、電壓電流可控DC/DC轉換器和電流電壓傳感器；動態負載模擬系統即為可編程電子負載。

燃料電池系統作為混合能源系統主能源，高功率密度的蓄電池作為輔助能源，可編程電子負載對無人機飛行過程的需求功率進行動態模擬，燃料電池系統由能源管理控制器直接控制。流量計實時監測燃料電池消耗的瞬時氫氣流率，并發送給能源管理控制器，能源管理控制器通過電流電壓傳感器獲取蓄電池和直流母線的電壓和電流，從而得到當前的需求功率。然后，根據待測試的在線能源管理算法，產生電壓電流可控DC/DC轉換器的電流和電壓的控制指令，并發送給電壓電流可控DC/DC轉換器，以控制燃料電池系統的輸出功率，根據功率平衡的原則，蓄電池則被動跟隨剩余的需求功率，若剩余需求功率為負，則燃料電池系統為蓄電池充電。燃料電池系統和蓄電池的放電情況全部由待測試的在線能源管理算法決定，從而完成待測試的在線能源管理算法的驗證試驗。