[发明专利]一种燃料电池蓄电池混合动力系统能源管理试验平台及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在线能源管理试验平台及方法，特别涉及一种用于无人机的燃料电池和蓄电池混合动力的能源管理算法验证平台及方法，属于无人机能源管理及控制技术领域。

背景技术

新能源无人机是一种新型的电动无人机，具有长航时甚至超长航时潜力，一般指采用燃料电池、太阳能电池、蓄电池以及多种电源相互混合的能源系统形式。鉴于蓄电池的能源密度较低，一般纯蓄电池无人机航时较短，而由于燃料电池放电特性较软，纯燃料电池不利于大机动飞行且抗突风干扰能力差，而纯太阳能电池无人机受天气影响较大，且无法夜间飞行。因此，采用多种能源混合的动力系统成为了国内外的研究热点。

而多电混合的动力系统利用各能源的放电特点优势互补，如燃料电池与蓄电池混合，燃料电池高能量密度，而蓄电池高功率密度，从而在不降低无人机机动性的同时提高航时。但该系统相比单电源系统复杂，电源放电特性的不同需要对它们进行匹配设计。为了使整体效率最佳，合理的能源管理方法至关重要。

目前关于燃料电池蓄电池混合能源管理技术主要分为基于规则的管理策略和基于优化的管理策略。而无论何种策略从理论到实践都需要进行算法效率和实时性验证，从而确定其工程应用的可行性。当前缺少适用于无人机的燃料电池蓄电池混合动力系统能源管理试验验证平台，而构造完整的动力系统成本较高、损耗大、且模拟不同飞行工况十分不便。因此，发明一种验证燃料电池蓄电池混合能源管理策略的试验平台是有必要的。

发明内容

针对现有技术中缺乏燃料电池蓄电池混合动力无人机能源管理策略可行性验证平台，而采用真实飞行试验成本高、风险大、实施困难等问题，本发明公开一种燃料电池蓄电池混合动力系统能源管理试验平台，还公开一种燃料电池蓄电池混合动力系统能源管理试验方法，要解决的技术问题为实现燃料电池蓄电池混合动力无人机能源管理策略可行性验证，具有试验成本低、风险小、易于实现的优点。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明公开一种燃料电池蓄电池混合动力系统能源管理试验平台，包括混合能源系统、能源管理控制系统和动态负载模拟系统。所述的混合能源系统包括储氢装置、流量计、燃料电池系统和蓄电池；能源管理控制系统包括上位机、能源管理控制器、电压电流可控DC/DC转换器和电流电压传感器；动态负载模拟系统即为可编程电子负载。

燃料电池系统作为混合能源系统主能源，高功率密度的蓄电池作为辅助能源，可编程电子负载对无人机飞行过程的需求功率进行动态模拟，燃料电池系统由能源管理控制器直接控制。流量计实时监测燃料电池消耗的瞬时氢气流率，并发送给能源管理控制器，能源管理控制器通过电流电压传感器获取蓄电池和直流母线的电压和电流，从而得到当前的需求功率。然后，根据待测试的在线能源管理算法，产生电压电流可控DC/DC转换器的电流和电压的控制指令，并发送给电压电流可控DC/DC转换器，以控制燃料电池系统的输出功率，根据功率平衡的原则，蓄电池则被动跟随剩余的需求功率，若剩余需求功率为负，则燃料电池系统为蓄电池充电。燃料电池系统和蓄电池的放电情况全部由待测试的在线能源管理算法决定，从而完成待测试的在线能源管理算法的验证试验。