[發明專利]一種無人機用燃料電池混合電源系統配置方法

有效

• 申請號: 202110295726.2
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113086214B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 李凱;楊桂;王仁康;殷聰;曹繼申;高艷
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: B64D27/24
• 分類號: B64D27/24;B64F5/00;H01M8/04537;H01M8/04992
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

1.一種無人機用燃料電池混合電源系統配置方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：隨機選取無人機飛行平臺，獲得無人機飛行平臺的機身重量M_{uav_rack}、攜帶任務設備重量M_dev和最大起飛重量M_{uav_max}，計算得到電源系統最大重量配置M_power：

M_power＝M_{uav_max}-M_{uav_rack}-M_dev

步驟2：將無人機飛行平臺配重至最大起飛重量M_{uav_max}，進行飛行試驗，獲得起飛過程中各時刻的飛行功率P_uav，t，及穩態飛行過程中的平均功率需求P_{uav_ave}；

步驟3：確定燃料電池的穩態輸出功率等級P_{fc_ave}：

P_{fc_ave}＝(1+α)·P_{uav_ave}

其中，α為預設的功率損失系數；

設燃料電池單節電堆的輸出功率為P₁，重量為M₁，進而確定所需燃料電池的電堆節數N和燃料電池重量M_fc；

步驟4：若M_fc＜M_power，則進行下一步驟，計算得到氫氣重量與輔助電源重量之和M_energy：

M_energy＝M_power-M_fc

否則，返回步驟1重新選擇無人機飛行平臺；

步驟5：進行燃料電池加載試驗，將燃料電池從零功率點加載至穩態輸出功率等級P_{fc_ave}，根據燃料電池單節電堆的節點壓最低極限值，計算燃料電池的最短加載時間T；

步驟6：采集在最短加載時間T內各時刻的燃料電池輸出電壓和輸出電流，進而得到各時刻的燃料電池輸出功率P_fc，t，t＝1，2，...，T；

步驟7：燃料電池在無人機飛行平臺離地后的最短加載時間T內，由輔助電源提供部分能量，輔助電源的容量需求E_bat滿足關系式：

∫₀^TP_uav，t·dt＝(∫₀^TP_fc，t·dt)·(1-β)+E_bat

其中，β為燃料電池加載試驗中測得的能量轉換過程損失系數；

步驟8：計算得到輔助電源的最小能量密度需求e_{min_bat}：

e_{min_bat}＝E_bat/M_energy

步驟9：查找得到所有輔助電源中的最高能量密度e_{max_density}，判斷：

e_{min_bat}＜e_{max_density}

若成立，則進行下一步驟；否則，返回步驟1重新選擇無人機飛行平臺；

步驟10：選取能量密度為e_density的輔助電源，得到輔助電源重量配比M_bat：

M_bat＝(E_bat/e_density)·(1+γ)

其中，γ為預設的輔助電源重量配置過量系數；

步驟11：對氫氣重量與輔助電源重量之和M_energy和輔助電源重量配比M_bat進行判斷：

M_bat＜M_energy(1-δ)

其中，δ為氫氣重量配置的最低系數；

若成立，則進行下一步驟；否則，返回到步驟10重新選擇輔助電源；

步驟12：計算得到氫氣重量配比

所得輔助電源重量配比M_bat和氫氣重量配比為最大起飛重量M_{uav_max}下的最長續航時間配置。