近日，國際能源領域頂級期刊《Applied Energy》（2024年中科院一區，影響因子IF=11.2）發表了77779193永利官网增材制造與工業機器人應用技術團隊的學術論文《A novel development of an unmanned surface vehicle directly powered by an air-cooled proton exchange membrane fuel cell stack》。該論文第一單位為77779193永利官网，由我院教師塗細凱、碩士研究生晏博進、及新加坡南洋理工大學Siew Hwa Chan教授等共同完成。
燃料電池無人船(USV)的研發對于我國海洋科學研究、水文監測等領域具有非常重要的戰略意義。傳統用于水質監測和海上巡邏的緊湊型無人船主要依賴锂電池，但锂電池僅适用于短時間任務。本研究首次開發了一種低噪音、高可靠性、高續航、長壽命的新型氫能燃料電池無人船，采用風冷金屬雙極闆氫燃料電池替換锂電池作為全船動力裝置，實現船舶業綠色轉型發展理念，達成碳減排目标。通過将超級電容器與燃料電池堆并聯，顯著提升了動态性能，有效應對快速負載變化，确保複雜工況下的穩定輸出。無人船本體采用輕量化材料，整體重量大幅減輕，提高了續航能力和操控性能；船體的流線型設計有效降低了水阻，進一步提升了能效比。無人控制系統利用毫米波雷達、GPS和視覺傳感器，實現精确路徑規劃和軌迹跟蹤。通過自主學習和決策算法，系統能在複雜環境中自主避障并完成任務。
高效的能量管理策略是無人船長時間穩定運行的關鍵，本研究開發了一套先進的智能能量管理策略，通過智能算法實現水域環境感知，并使用快速動态規劃算法，縮小搜索域和降低維度，大大縮短計算耗時，歸納總結出最優能量管理控制規律，建立能量管理策略與電池荷電狀态（SOC）最優軌迹、燃料電池系統最優輸出功率之間的映射關系。該策略不僅提升了系統的魯棒性，還在實際應用中展現了良好的效果。基于智能能量管理策略和高效的氫氣利用率，顯著延長了續航裡程，展示了在長時間任務和複雜環境中的優異性能，為氫能燃料電池無人船技術發展提供了堅實基礎。這項工作得到了國家自然科學基金（52076096）和武漢市基礎研究知識創新工程項目的資助。
原文：Tu, X., Yan, B., Tu, Z., & Chan, S. H. (2024). A novel development of an unmanned surface vehicle directly powered by an air-cooled proton exchange membrane fuel cell stack. Applied Energy, 374, 124002.
原文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.124002
