[发明专利]一种无人机用燃料电池混合电源系统配置方法

权利要求书

1.一种无人机用燃料电池混合电源系统配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：随机选取无人机飞行平台，获得无人机飞行平台的机身重量M_{uav_rack}、携带任务设备重量M_dev和最大起飞重量M_{uav_max}，计算得到电源系统最大重量配置M_power：

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

步骤2：将无人机飞行平台配重至最大起飞重量M_{uav_max}，进行飞行试验，获得起飞过程中各时刻的飞行功率P_uav，t，及稳态飞行过程中的平均功率需求P_{uav_ave}；

步骤3：确定燃料电池的稳态输出功率等级P_{fc_ave}：

P_{fc_ave}＝(1+α)·P_{uav_ave}

其中，α为预设的功率损失系数；

设燃料电池单节电堆的输出功率为P₁，重量为M₁，进而确定所需燃料电池的电堆节数N和燃料电池重量M_fc；

步骤4：若M_fc＜M_power，则进行下一步骤，计算得到氢气重量与辅助电源重量之和M_energy：

M_energy＝M_power-M_fc

否则，返回步骤1重新选择无人机飞行平台；

步骤5：进行燃料电池加载试验，将燃料电池从零功率点加载至稳态输出功率等级P_{fc_ave}，根据燃料电池单节电堆的节点压最低极限值，计算燃料电池的最短加载时间T；

步骤6：采集在最短加载时间T内各时刻的燃料电池输出电压和输出电流，进而得到各时刻的燃料电池输出功率P_fc，t，t＝1，2，...，T；

步骤7：燃料电池在无人机飞行平台离地后的最短加载时间T内，由辅助电源提供部分能量，辅助电源的容量需求E_bat满足关系式：

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

其中，β为燃料电池加载试验中测得的能量转换过程损失系数；

步骤8：计算得到辅助电源的最小能量密度需求e_{min_bat}：

e_{min_bat}＝E_bat/M_energy

步骤9：查找得到所有辅助电源中的最高能量密度e_{max_density}，判断：

e_{min_bat}＜e_{max_density}

若成立，则进行下一步骤；否则，返回步骤1重新选择无人机飞行平台；

步骤10：选取能量密度为e_density的辅助电源，得到辅助电源重量配比M_bat：

M_bat＝(E_bat/e_density)·(1+γ)

其中，γ为预设的辅助电源重量配置过量系数；

步骤11：对氢气重量与辅助电源重量之和M_energy和辅助电源重量配比M_bat进行判断：

M_bat＜M_energy(1-δ)

其中，δ为氢气重量配置的最低系数；

若成立，则进行下一步骤；否则，返回到步骤10重新选择辅助电源；

步骤12：计算得到氢气重量配比

所得辅助电源重量配比M_bat和氢气重量配比为最大起飞重量M_{uav_max}下的最长续航时间配置。