Energy Management System for a Hybrid Fuel Cell Unmanned Aerial Vehicle

• Quintana, Javier Alejandro ^[1] ; Bordons Alba, Carlos ^[1] ; Esteban Roncero, Sergio ^[1]
  1. [1] Universidad de Sevilla

     Universidad de Sevilla

     Sevilla, España

     
• Localización: Jornadas de Automática, ISSN-e 3045-4093, Nº. 45, 2024
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Sistema de gestión de energía para aeronaves híbridas con pila de combustible
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• Resumen
  • español

    Este artículo presenta el diseño, la implementación y la validación experimental del sistema de gestión de energía para un sistema de propulsión híbrido de pilas de combustible y baterías para vehículos aéreos no tripulados (UAV). La integración de pilas de combustible y baterías en sistemas de propulsión de UAV combina la alta energía específica de las pilas de combustible con la alta potencia específica de las baterías, lo que da como resultado una solución energética más eficiente y ligera. Se propone un sistema de gestión de la energía (EMS), para optimizar la distribución de la energía y mejorar el rendimiento global. El montaje experimental incluye un diseño de banco de pruebas equipado con un convertidor CC/CC programable y un gemelo digital para la monitorización en tiempo real y el sistema predictivo de gestión energética. Los resultados experimentales y de simulación demuestran mejoras significativas en la eficiencia energética, la reducción de emisiones y la mejora de la fiabilidad operativa.

  • English

    This paper presents the design, implementation, and experimental validation of the energy management system for a hybrid fuel cell and battery powertrain system for unmanned aerial vehicles (UAVS). The integration of fuel cells and batteries in UAV powertrains combines the high specific energy of fuel cells with the high specific power of batteries, resulting in a more efficient and lightweight energy solution. A novel energy management system (EMS), featuring advanced control algorithms such as fuzzy logic, is proposed to optimize energy distribution and enhance overall performance. The experimental setup includes a test-bench design equipped with a programmable DC/DC converter and a digital twin for real-time monitoring and predictive energy management system. Simulation and experimental results demonstrate significant improvements in energy efficiency, reduced emissions, and enhanced operational reliability. This study underscores the potential of hybrid powertrain systems in advancing the sustainability and efficiency of UAV operations.