向乾,张晓辉,王正平,刘莉

1. 北京理工大学 宇航学院,北京 100081 2. 北京理工大学 机电学院,北京 100081

燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置,因其高效率和高能量密度等优点,燃料电池动力系统已经成为中低空电动无人机长航时应用需求背景下最具潜力的动力方案,燃料电池无人机也逐步成为国内外的研究热点[1-7]。无人机飞行过程中,环境温度、气压、氧含量以及湿度动态变化,将影响燃料电池的工作状态,是燃料电池控制必须考虑的问题[8-10]。在燃料电池加载过程中,由于负载动态变化、系统扰动等因素引起的燃料电池温度与膜水含量的变化也会影响其输出性能和使命寿命,所以有效的温度控制与水管理是保证燃料电池高效、高可靠性的关键技术[11-14]。

Hu等[15]认为提高工作温度有助于维持质子交换膜的高离子导电性,从而提高燃料电池输出性能。但过高的工作温度又会导致膜的降解,所以必须将燃料电池工作温度控制在合理值。膜水含量是影响燃料电池性能的重要参数之一,直接决定质子交换膜的离子导电性。膜水含量过低会导致燃料电池性能的衰减,膜电极(Membrane Electrode Assembly, MEA)上液态水太多又会引发水淹故障,对燃料电池产生不可逆的损害,所以必须进行合理的水管理。

目前,已有学者对燃料电池的温度控制与水管理开展了研究,如韩国全南大学的Ou等[16]针对2 kW燃料电池,考虑温度和氢气相对湿度两个控制变量,提出了模糊增量控制方法,通过试验验证了方法的有效性。……