一种光燃蓄混合能源飞艇的能源分配方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种光燃蓄混合能源飞艇的能源分配方法及系统，属于混合动力飞艇能源系统的控制领域，适用于采用太阳电池阵、可再生燃料电池、蓄电池混合能源系统的飞艇的能量管理。为解决该复杂能源系统的能量管理问题，本发明专利技术旨在提供基于空间环境条件、飞艇能源系统工况和负载需求输入的，采用模糊算法控制的能量管理方法，并提出了能源系统的4种主要工作模式，即恒压模式、水电解模式、混合放电模式和燃料电池模式，该策略通过环境实时感知、功率系统状态监测和模糊控制算法实现工作模式的选择与切换，满足不同工况下负载的功率需求，延长飞艇的飞行时间。延长飞艇的飞行时间。延长飞艇的飞行时间。

【技术实现步骤摘要】
一种光燃蓄混合能源飞艇的能源分配方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种光燃蓄混合能源飞艇的能源分配方法及系统，属于混合动力飞艇能源系统的控制领域。

技术介绍

[0002]随着燃料电池技术的发展与飞艇对能源系统重量的要求，使用可再生燃料电池替代蓄电池作为飞艇上的储能单元，可显著提高飞艇能源系统的功率密度，提高了飞艇的带载能力。
[0003]可再生燃料电池主要由燃料电池、水电解器、储罐构成。在大能量储能方面，相比蓄电池，具有能量密度高的优势，但是其系统构成复杂、响应较慢的特点对控制也提出了更高的要求。目前，临近空间飞艇多采用蓄电池作为主要储能装置，可再生燃料电池主要用于地面设施，而地面工况较为稳定，临近空间飞艇的光照、温度的变化以及负载功率需求的频繁变化，使得飞艇能源系统的工况复杂，高效可靠能量管理方法是制约可再生燃料电池应用的难点。
[0004]但是，现有的飞艇能量管理策略一般基于太阳电池阵+蓄电池的简单系统，无法管理光燃蓄混合能源系统。现有的地面燃料电池系统能量管理策略一般适用于长期稳定工作的情况，无法适应空间环境与负载需求多变的情况。对于包含太阳电池阵、可再生燃料电池和蓄电池的包含离散域和连续域的复杂系统来说，已经无法满足实际功能需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服了现有技术的缺点，提出的一种光燃蓄混合能源飞艇的能源分配方法及系统，可以在各类空间环境条件和负载功率需求下，通过采集空间环境条件、飞艇能源系统工况和负载需求，经过模糊算法处理，判断能源系统应该处于的工作模式，且所设计的4类工作模式可使太阳电池阵、可再生燃料电池适时工作在最优工况区间内，提高了能源系统的能量利用率与稳定性，可大大提高飞艇的驻留能力。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于不调节母线的光燃蓄混合能源飞艇的能源分配方法，输入采集的空间环境条件、飞艇能源系统工况和负载需求，经过模式判定模块进行模糊算法处理，判断能源系统的工作模式为恒压模式、水电解模式、混合放电模式和燃料电池模式之一，令太阳电池阵和可再生燃料电池工作在对应状态，实现能源系统能量的优化分配调节。
[0007]所述空间环境条件包括时间t、光照强度I、温度T、速度S；所述飞艇能源系统工况包含太阳电池阵功率P
SA
、燃料电池功率P
FUEL
、水电解器功率P
EL
、储罐状态SOC
FUEL
；负载需求为总消耗功率P
LOAD
；以上变量经过变换矩阵A后，结果作为模糊算法的输入INPUT＝A*[t,I,T,S,P
SA
,P
FUEL
,P
EL
,SOC
FUEL
,P
LOAD
]。
[0008]使用模糊算法F对输入INPUT进行模糊化，并根据设定的解模糊规则F'得到有关工作模式的结果f
mode
，f
mode
的结果划分为[a,b)、[b,c)、[c,d)和[d,e)四个区间，分别对应恒压
模式、水电解模式、混合放电模式和燃料电池模式，每个工作模式分解为相应的单机工作模式；
[0009]f
mode
＝F
′
(F(INPUT))
[0010][0011]其中a、b、c、d、e预设的边界值。
[0012]恒压模式下，太阳电池阵工作点偏离其最大功率点，储罐状态小于100％，燃料电池与水电解器处于关闭状态，使得太阳电池阵功率等于负载消耗功率；调整太阳电池阵、可再生燃料电池满足以下要求，实现能源系统能量的优化分配调节：
[0013][0014]水电解模式下，太阳电池阵工作在最大功率点处，储罐状态小于100％，水电解器工作，燃料电池不工作，使太阳电池阵功率等于水电解器功率与负载功率之和；调整太阳电池阵、可再生燃料电池满足以下要求，实现能源系统能量的优化分配调节：
[0015][0016]混合放电模式下，太阳电池阵工作在最大功率点处，储罐状态大于0，燃料电池工作，水电解器不工作，使太阳电池阵功率与燃料电池功率之和等于负载功率；调整太阳电池阵、可再生燃料电池满足以下要求，实现能源系统能量的优化分配调节：
[0017][0018]燃料电池模式下，太阳电池阵输出功率为0，储罐状态大于0，燃料电池工作，水电解器不工作，使燃料电池功率等于负载功率；调整太阳电池阵、可再生燃料电池满足以下要求，实现能源系统能量的优化分配调节：
[0019][0020]一种基于不调节母线的光燃蓄混合能源飞艇的能源分配系统，包括：包括太阳电
池阵、可再生燃料电池以及模式判定模块；其中可再生燃料电池包含燃料电池、水电解器和储罐；输入采集的空间环境条件、飞艇能源系统工况和负载需求，经过模式判定模块进行模糊算法处理，判断能源系统的工作模式为恒压模式、水电解模式、混合放电模式和燃料电池模式之一，令太阳电池阵和可再生燃料电池工作在对应状态，实现能源系统能量的优化分配调节。
[0021]所述空间环境条件包括时间t、光照强度I、温度T、速度S；所述飞艇能源系统工况包含太阳电池阵功率P
SA
、燃料电池功率P
FUEL
、水电解器功率P
EL
、储罐状态SOC
FUEL
；负载需求为总消耗功率P
LOAD
；以上变量经过变换矩阵A后，结果作为模糊算法的输入INPUT＝A*[t,I,T,S,P
SA
,P
FUEL
,P
EL
,SOC
FUEL
,P
LOAD
]。
[0022]使用模糊算法F对输入INPUT进行模糊化，并根据设定的解模糊规则F'得到有关工作模式的结果f
mode
，f
mode
的结果划分为[a,b)、[b,c)、[c,d)和[d,e)四个区间，分别对应恒压模式、水电解模式、混合放电模式和燃料电池模式，每个工作模式分解为相应的单机工作模式；
[0023]f
mode
＝F
′
(F(INPUT))
[0024][0025]其中a、b、c、d、e预设的边界值。
[0026]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0027]1、现有的飞艇能源系统采用太阳电池+蓄电池组合，能源管理策略简单，无法满足光燃蓄混合能源系统的需求，本专利技术采用的能量管理方法通过实时采集空间环境条件、飞艇能源系统工况和负载需求，判断系统工作模式，实现对混合能源系统中太阳电池阵、可再生燃料电池和蓄电池工况的优化控制；
[0028]2、现有的基于可再生燃料电池的能量管理策略一般适用于地面设备长期稳定运行的工况，无法适应空间环境状态与负载需求多变的情况，本专利技术通过调节太阳电池阵与蓄电池的工作模式，动态补偿可再生燃料电池较弱的响应能力，提高了能源系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于不调节母线的光燃蓄混合能源飞艇的能源分配方法，其特征在于，输入采集的空间环境条件、飞艇能源系统工况和负载需求，经过模式判定模块进行模糊算法处理，判断能源系统的工作模式为恒压模式、水电解模式、混合放电模式和燃料电池模式之一，令太阳电池阵和可再生燃料电池工作在对应状态，实现能源系统能量的优化分配调节。2.根据权利要求1所述的一种基于不调节母线的光燃蓄混合能源飞艇的能源分配方法，其特征在于，所述空间环境条件包括时间t、光照强度I、温度T、速度S；所述飞艇能源系统工况包含太阳电池阵功率P
SA
、燃料电池功率P
FUEL
、水电解器功率P
EL
、储罐状态SOC
FUEL
；负载需求为总消耗功率P
LOAD
；以上变量经过变换矩阵A后，结果作为模糊算法的输入INPUT＝A*[t,I,T,S,P
SA
,P
FUEL
,P
EL
,SOC
FUEL
,P
LOAD
]。3.根据权利要求1所述的一种基于不调节母线的光燃蓄混合能源飞艇的能源分配方法，其特征在于，使用模糊算法F对输入INPUT进行模糊化，并根据设定的解模糊规则F'得到有关工作模式的结果f
mode
，f
mode
的结果划分为[a,b)、[b,c)、[c,d)和[d,e)四个区间，分别对应恒压模式、水电解模式、混合放电模式和燃料电池模式，每个工作模式分解为相应的单机工作模式；f
mode
＝F
′
(F(INPUT))其中a、b、c、d、e预设的边界值。4.根据权利要求3所述的一种基于不调节母线的光燃蓄混合能源飞艇的能源分配方法，其特征在于，恒压模式下，太阳电池阵工作点偏离其最大功率点，储罐状态小于100％，燃料电池与水电解器处于关闭状态，使得太阳电池阵功率等于负载消耗功率；调整太阳电池阵、可再生燃料电池满足以下要求，实现能源系统能量的优化分配调节：5.根据权利要求3所述的一种基于不调节母线的光燃蓄混合能源飞艇的能源分配方法，其特征在于，水电解模式下，太阳电池阵工作在最大功率点处，储罐状态小于100％，水电解器工作，燃料电池不工作，使太阳电池阵功率等于水电解器功率与负载功率之和；调整太阳电池阵、可再生燃料电池满足以下要求，实现能源系统能量的优化分配调节：6.根据权利要求3所述的一种基于不调节母线的光燃蓄混...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱子锐，刘涛，董宝磊，王霄，周罗增，杨亚红，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：