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锂电池混合动力-将推动电动无人机的未来飞行

为了突破电动无人机飞行性能的界限,电池必须变得更小更轻。在功率密度方面,我们似乎达到了一定的限制。 锂聚合物(Li-Po)和锂离子(Li-ion)电池已变得非常小且价格合理,主要由于电动无人机行业对电池要求标准,目前来说锂电池更适合作为电动无人机的动力来源。所以导致了广泛的应用,今天来说说电动无人机为什么都使用锂电池作为电源。

tattu无人机电池

为什么使用锂电池作为电动无人机能源动力为最佳方案呢?

锂电池的好处是它们可以在任何地方充电,在大多数情况下可以无限制地运输,相比起汽油来驱动电动无人机,干净,不产生污渍,重量轻,并且通过更换电池块可以轻松地“重新加油”。

锂聚合物电池(Li-po)和锂离子电池(Li-Ion)是电动无人机最常见的来源,但并不意味无人机电池的发展历程就此结束。因为最新的设想是可能会把石墨烯电池作为电动无人机电池,由于技术还未成熟,所以石墨烯可能会是未来的电动无人机的动力来源之一。而锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl 2)与锂聚合物电池(Li-Po)电池相比,每千克能量密度提高2倍,锂空气电池几乎提高了7倍。但是,它们并没有广泛使用,它们带有一定的价格。锂硫电池(Li-S)可以接替锂离子电池(Li-Ion),因为它们具有更高的能量密度,并且降低了使用硫的成本。所以以锂电池作为无人机飞行的能源再合适不过了。

我们已经知道为什么无人机会选择锂电池作为无人机的动力来源,那么下面讲讲其他电池方案是否合适无人机动力能源呢?

由于整个无人机动力系统(能源+推进系统)对飞行性能有影响,因此单独将其减少能源是错误的。如果推进系统(例如涡轮机或燃料电池)非常重并且超过标准,则具有极高能量密度的能源(例如煤油或H 2)将无济于事。推进系统的效率因素也非常不同:虽然电池供电系统将73%的所提供能量转化为运动,但燃料电池提供44%,内燃机仅提供39%。

下面来讲述下电动无人机中的其他能源。

1.氢燃料电池

氢燃料电池非常吸引人:没有直接污染,环保,它们由极其强大的来源提供动力:氢(H 2)。将液体H 2  与锂聚合物(Li-Po)电池的能量密度[Wh / kg]进行比较,它们之间差异较大!仅这一点就足以将氢燃料无人机推向市场。

2.汽油,煤油,甲醇,乙醇,LPG丙烷

有许多完善的汽油动力解决方案 – 其中一些具有卓越的飞行性能。而其优点是耐久性,汽油动力无人机随着时间的推移而减少油量,从而使之减轻重量,使云台更轻,从而增加了续航时间。无人机工厂的“企鹅C”固定翼可以用一整箱汽油,Siebel的“CAMC​​OPTER S-100”飞行超过20小时。这种能源的美妙之处在于高质量比能量[Wh / kg]和高体积比能量[Wh / l]的组合。与Li-Po电池相比,汽油的质量密度为48倍,体积密度为13倍。此外,燃烧发动机坚固,体积小,重量轻,并且具有良好的燃料消耗率。

3.气电混合

很好的例子是来自加拿大的安大略省滑铁卢的飞马航空和来自德国柏林的YEAIR的混合式气电发动机。两者都结合了电动机的快速反应和汽油动力飞行的优点。

4.太阳能

太阳能电池在过去几年中的效率从10%提高到近46%,功率比达到175W / m 2左右。为了给太阳能专用无人机提供大型表面 – 如机翼的上侧是必需的。然而,它们也可以作为多旋翼无人机使用。

5.太阳能与电的混合动力

太阳能混合动力(太阳能+电池)达到惊人的耐力。 Alta Devices  和  PowerOasis  宣布他们“正在合作开发世界上第一个用于小型无人机的集成太阳能和锂离子电池电源系统的参考设计”。该参考架构将使用5s-7s锂离子电池,以2-4米(6.5-13英尺)跨度无人机为目标。

6.石墨烯电池

石墨烯会将无人机带到新的高度吗?诸如内燃机,燃料电池和电池之类的主要能源很好地作为低功率的连续来源,但是由于它们缓慢地放电和再充电,所以不能有效地处理峰值功率需求或重新获得能量。 超级电容器在峰值功率需求期间提供快速突发能量,然后快速存储能量,否则将丢失的多余功率。似乎电容器在能量密度方面远远落后于电池,但它们似乎是增强灵活的气电混合配置的重要工具。

7.激光

Laser Motive开发了无人机动力连接技术,该动力配备了激光接收器。2012年“洛克希德·马丁公司,与激光动力的协助下,展示了其‘潜行者’无人机飞行了连续  48小时  使用激光为基础的充电系统。”,潜行者的项目经理说:“地面到空中这样的充电系统使我们能够提供几乎无限的飞行耐力,以扩展无人机可以实现的任务航行。

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所有无人机能源都有其独特的优势,使特定任务完成。混合解决方案更符合向更清洁能源的过渡。今天,由于混合动力允许从单一技术中平衡缺点,因此充分利用结合锂电池混合起来两种动力作为无人机动力来源似乎更是明智的选择。此外,看看其他行业的发展方向(例如汽车行业)可能是一个聪明的举措,因为由于大规模生产和基础设施的可用性,这些都是未来成本降低的良好方向。

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