基于燃料电池与电池的 MUN Explorer 自主水下航行器电力系统容量配置与动态建模
摘要
燃料电池与电池的组合在为自主航行器供能方面具有广阔潜力。MUN Explorer 自主水下航行器（AUV）用于执行海床测绘型任务以及勘测任务。这些任务需要大量功率以到达水下深度（即 3000 米）。MUN Explorer 使用 11 块可充电锂离子（Li-ion）电池作为主电源，总容量为 14.6kWh 至 17.952kWh，航行器可运行 10 小时。研究者于 Holyrood 管理设施对 MUN Explorer 现有电力系统进行操作存在的弊端包括动员成本、物流与运输以及设施使用，所有这些都需纳入考量。为电池充电至少 8 小时亦非常困难且耗时。为克服这些挑战并延长 MUN Explorer 的运行时间，将燃料电池集成到现有电力系统（即电池组）中至关重要。如 HOMER 软件所建议，燃料电池的集成不仅将增加系统功率，还将减少所需电池数量。本文设计了一种集成燃料电池，将其与电池组系统一同加入 MUN Explorer AUV 以提升其电力系统。系统容量配置使用 HOMER 软件完成。HOMER 软件的结果显示，1kW 燃料电池与 8 块锂离子电池可将电力系统容量提升至 68 kWh。随后在 MATLAB/Simulink 环境中建立动态模型，以更好地理解系统行为。1kW 燃料电池连接至 DC/DC 升压变换器，将输出电压从 24V 提升至电池与直流电机所需的 48V。
引用
@article{arxiv.1904.01157,
title = {Sizing and Dynamic modeling of a Power System for the MUN Explorer Autonomous Underwater Vehicle using a Fuel Cell and Batteries},
author = {Mohamed M. Albarghot and M. Tariq Iqbal and Kevin Pope and Luc Rolland},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.01157},
year = {2019}
}
备注
A hydrogen gas tank is also included in the model. The advantage of installing the hydrogen and oxygen tanks beside the batteries is that it helps the buoyancy force in underwater depths. The design of this system is based on MUN Explorer data sheets and system dynamic simulation results