燃料电池无人机电源管理系统的研究

发布时间：2017-09-07 04:05

  本文关键词：燃料电池无人机电源管理系统的研究

  更多相关文章： 燃料电池 UAV 电源管理系统 剩余电量估算 DSP

【摘要】：随着经济的发展和社会的进步，环境问题和能源危机逐渐为人们所关注，燃料电池由于其功率密度大、能量转化效率高、无噪音、无污染、工作温度范围宽等优点得到了快速发展和广泛应用，但是燃料电池同时也存在瞬时功率低、频繁的放电对电池损伤严重等问题，需要电源管理系统对其进行管理。本文着重对燃料电池无人机电源管理系统的设计和燃料电池剩余电量估算的研究进行介绍。 本文首先对燃料电池进行特性研究，分析了影响剩余电量的主要因素，建立了适合燃料电池的新型电池模型，此模型能较好地体现燃料电池的动态特性。系统模块集成设计分为硬件设计和软件设计。硬件系统基于DSP进行设计，以TMS320LF2407作为主控芯片，辅以LTC6802、DS18B20等芯片，集成电路减少布线，避免了独立元器件电路的臃肿庞大；实现对多节燃料电池电压、电流、温度数值的实时采集与处理；采用CAN通信，方便快捷。软件设计完成各模块程序的编写，实现系统主要功能，配合系统硬件保证整个电源管理系统的安全、可靠、高效运行。 在燃料电池剩余电量估算方面，运用电流积分法与卡尔曼滤波法相结合实现，，两种方法通过优势互补，可以实现在线、实时测量，达到无人机频繁负载变化和未知飞行状况下估算的特殊要求，并得到最优剩余电量估算值。
【关键词】：燃料电池 UAV 电源管理系统 剩余电量估算 DSP
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V279;V242.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义11-12
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析12-14
• 1.3 燃料电池无人机电源管理系统的基本功能14-15
• 1.4 本论文的主要内容15-16
• 第2章 燃料电池特性分析16-29
• 2.1 常用燃料电池分类16-17
• 2.1.1 碱性燃料电池（AFC）16
• 2.1.2 磷酸燃料电池（PAFC）16
• 2.1.3 固态氧化物燃料电池（SOFC）16
• 2.1.4 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）16-17
• 2.1.5 质子交换膜燃料电池（PEMFC）17
• 2.2 质子交换膜燃料电池的原理及特点17-21
• 2.2.1 质子交换膜燃料电池的基本原理17-20
• 2.2.2 质子交换膜燃料电池的特点20
• 2.2.3 质子交换膜燃料电池的应用20-21
• 2.3 质子交换膜燃料电池的电化学性能分析21-29
• 2.3.1 质子交换膜燃料电池工作参数分析23-26
• 2.3.2 质子交换膜燃料电池的效率分析26-29
• 第3章 燃料电池剩余电量估算算法的研究29-47
• 3.1 剩余电量的基本概念29-30
• 3.2 燃料电池剩余电量主要影响因素分析30-31
• 3.3 常用剩余电量估算方法简介31-35
• 3.3.1 电流积分法31-32
• 3.3.2 开路电压法32
• 3.3.3 内阻法32
• 3.3.4 线性模型法32-33
• 3.3.5 卡尔曼滤波法33-34
• 3.3.6 神经网络法34
• 3.3.7 模糊逻辑法34
• 3.3.8 不同剩余电量估算方法的比较34-35
• 3.4 燃料电池模型的建立35-41
• 3.4.1 电池模型概述35-38
• 3.4.2 燃料电池模型的建立38-40
• 3.4.3 电池模型验证40-41
• 3.5 燃料电池剩余电量算法的研究41-47
• 第4章 燃料电池控制策略和氢气安全研究47-51
• 4.1 燃料电池无人机系统组成47-48
• 4.1.1 燃料电池电动力系统组成47-48
• 4.1.2 燃料电池子系统研究48
• 4.2 燃料电池系统控制策略研究48-50
• 4.2.1 氢气供给控制48-49
• 4.2.2 氧气供给控制49
• 4.2.3 温度控制49-50
• 4.3 氢气安全研究50-51
• 4.3.1 氢的储存50
• 4.3.2 氢气安全研究50-51
• 第5章 燃料电池无人机电源管理系统模块集成设计51-65
• 5.1 燃料电池电源管理系统硬件设计51-57
• 5.1.1 电源管理系统硬件概述51-53
• 5.1.2 电源模块设计53
• 5.1.3 采集模块设计53-55
• 5.1.4 安全保护模块设计55
• 5.1.5 通信模块设计55-57
• 5.2 燃料电池电源管理系统软件设计57-60
• 5.2.1 主程序设计57-58
• 5.2.2 采集模块程序设计58
• 5.2.3 安全保护模块程序设计58-59
• 5.2.4 通信模块程序设计59-60
• 5.3 剩余电量估算算法软件设计60-62
• 5.4 燃料电池电源管理系统 Matlab 建模与仿真62-65
• 结论与展望65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨为琛,孙逢春;混合电动汽车的技术现状[J];车辆与动力技术;2001年04期

2 林成涛,王军平,陈全世;电动汽车SOC估计方法原理与应用[J];电池;2004年05期

3 衣宝廉;燃料电池的原理、技术状态与展望[J];电池工业;2003年01期

4 侯明;衣宝廉;;燃料电池技术发展现状与展望[J];电化学;2012年01期

5 侯黎明;冯晓云;崔恒斌;韩明;;燃料电池发电机电源管理及控制系统设计[J];电气技术;2009年08期

6 朱元,韩晓东,田光宇;电动汽车动力电池SOC预测技术研究[J];电源技术;2000年03期

7 宫学庚,齐铂金,刘有兵,杨清新,路宗利;电动汽车动力电池模型和SOC估算策略[J];电源技术;2004年10期

8 莫志军,胡林会,朱新坚;燃料电池广义内阻的在线测量[J];电源技术;2005年02期

9 宋雪桦;吴和生;刘锦娟;孙金虎;薛小莉;张育华;;混合电动汽车电池管理系统设计[J];电子测量与仪器学报;2011年09期

10 秦明;朱会;李国强;;军用无人机的发展趋势[J];飞航导弹;2007年06期

本文编号：807296