近日，国际能源领域顶级期刊《Applied Energy》（2024年中科院一区，影响因子IF=11.2）发表了72886必赢欢迎光临增材制造与工业机器人应用技术团队的学术论文《A novel development of an unmanned surface vehicle directly powered by an air-cooled proton exchange membrane fuel cell stack》。该论文第一单位为72886必赢欢迎光临，由我院教师涂细凯、硕士研究生晏博进、及新加坡南洋理工大学Siew Hwa Chan教授等共同完成。
燃料电池无人船(USV)的研发对于我国海洋科学研究、水文监测等领域具有非常重要的战略意义。传统用于水质监测和海上巡逻的紧凑型无人船主要依赖锂电池，但锂电池仅适用于短时间任务。本研究首次开发了一种低噪音、高可靠性、高续航、长寿命的新型氢能燃料电池无人船，采用风冷金属双极板氢燃料电池替换锂电池作为全船动力装置，实现船舶业绿色转型发展理念，达成碳减排目标。通过将超级电容器与燃料电池堆并联，显著提升了动态性能，有效应对快速负载变化，确保复杂工况下的稳定输出。无人船本体采用轻量化材料，整体重量大幅减轻，提高了续航能力和操控性能；船体的流线型设计有效降低了水阻，进一步提升了能效比。无人控制系统利用毫米波雷达、GPS和视觉传感器，实现精确路径规划和轨迹跟踪。通过自主学习和决策算法，系统能在复杂环境中自主避障并完成任务。
高效的能量管理策略是无人船长时间稳定运行的关键，本研究开发了一套先进的智能能量管理策略，通过智能算法实现水域环境感知，并使用快速动态规划算法，缩小搜索域和降低维度，大大缩短计算耗时，归纳总结出最优能量管理控制规律，建立能量管理策略与电池荷电状态（SOC）最优轨迹、燃料电池系统最优输出功率之间的映射关系。该策略不仅提升了系统的鲁棒性，还在实际应用中展现了良好的效果。基于智能能量管理策略和高效的氢气利用率，显著延长了续航里程，展示了在长时间任务和复杂环境中的优异性能，为氢能燃料电池无人船技术发展提供了坚实基础。这项工作得到了国家自然科学基金（52076096）和武汉市基础研究知识创新工程项目的资助。
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.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.124002
