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）发表了湖北工业大学机械工程学院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》。该论文第一单位为湖北工业大学机械工程学院，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
