适用无人机的小型燃料电池控制方法

• 作者: 向乾 张晓辉 王正平 刘莉
• 来源期刊: 航空学报
• 关键词: 无人机 燃料电池 热管理 水管理 前馈模糊PID控制
• 年，卷（期）: 2021,（3）
• 所属期刊栏目: 电动飞机专栏|Special Topic of Electric Aircraft
• 页码范围: 86-97
• 页数: 12页
• 分类号: V273
• 语种: 中文

摘要

燃料电池动力系统作为一种长航时电动无人机的动力方案,其燃料电池的控制技术是决定动力系统可靠性和高效性的关键技术.针对用于无人机的小型空冷型开放阴极的质子交换膜燃料电池,考虑面向工程应用的燃料电池整体控制过程,兼顾电堆温度控制和水管理,提出了一种前馈型模糊PID的电堆温度控制方法,同时设计了一种基于安时积分门限法的膜水含量调节策略,以实现对整个燃料电池系统的高效控制.通过搭建燃料电池温度控制与水管理试验平台,对所提出的控制技术进行了试验验证,并与现有温控和水管理方法进行了对比分析.试验结果表明:所提前馈型模糊PID方法在较长时间的燃料电池启动过程中能够较快地达到目标温度,相比于PID方法减少了7％的调节时间,与传统模糊PID方法相当;燃料电池电流持续减小时,所提前馈型模糊PID方法对超调量的抑制效果具有明显优势,其超调量仅为PID方法的34％,为传统模糊PID方法的43％;所提安时积分门限排水控制方法既能防止水淹故障,又可提高燃料经济性,在所给工况中相比现有方法节约了15％的氢气.