[发明专利]一种无人机用燃料电池混合电源系统配置方法

说明书

本发明提供的一种无人机用燃料电池混合电源系统配置方法，具体为：先选取无人机飞行平台，得到电源系统最大重量配置；进行飞行试验，获得起飞过程的飞行功率和稳态飞行过程的平均功率需求，进而得到稳态输出功率等级和燃料电池重量；当燃料电池重量小于最大重量配置时，计算得到氢气重量与辅助电源重量之和；进行燃料电池加载试验，获得燃料电池的最短加载时间和输出功率；计算辅助电源的最小能量密度需求，当最小能量密度需求小于最高能量密度时选取辅助电源，得到辅助电源重量配比，经重量约束判断后得到氢气重量配比，所得辅助电源重量和氢气重量配比为无人机飞行平台在最大起飞重量下的最长续航时间配置。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种无人机用燃料电池混合电源系统配置方法。

背景技术

随着无人机行业的发展，无人机凭借其体积小、易操作和低成本等优点，被广泛应用于军事和民用领域。无人机普遍采用锂电池供能，存在续航时间短的显著缺点，极大限制无人机的发展。为提高无人机续航里程，使用氢能与辅助电源组成的燃料电池混合电源系统为无人机供能，颠覆无人机的应用场景和使用策略，具有极高的潜在应用价值。

由于氢燃料电池内部本质为化学反应，其输出功率受多个因素的耦合限制，无法满足无人机起飞过程中功率快速变化的需求，需要选取辅助电源与氢燃料电池组成混合电源系统为无人机供能。对辅助电源的选取需要考虑能量约束和重量约束，在电源系统重量一定的情况下，过轻的辅助电源重量配比无法满足无人机起飞过程中对辅助电源的能量需求，过重的辅助电源配比会减轻氢气的重量配置，将降低无人机的续航时间。在满足无人机能量需求下，对氢气重量和辅助电源重量进行合理配置，可以有效延长无人机续航时间。

氢燃料电池无人机目前已经逐步引发人们的关注，燃料电池混合电源方案也达成共识，但是对于无人机用燃料电池混合电源的氢气和辅助电源重量配比问题，很少有人涉及。中国专利202010020776.5提出了用于无人机的氢燃料电池，但是没有具体阐述如何将氢燃料电池应用到无人机上，中国专利201911085243.9提出了一种氢燃料电池无人机系统，但是没有指出如何对氢气重量和辅佐电源重量进行配比。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种无人机用燃料电池混合电源系统配置方法，根据无人机能量需求和燃料电池输出能力，对氢气和辅助电源的重量进行合理配置，提高无人机的续航时间。

本发明具体技术方案如下：

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，获得所述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：根据步骤2所得平均功率需求P_{uav_ave}，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为电源系统工作过程中产生功率损失的情况下预设的功率损失系数；