近年来,随(suí)着(zhe)科学技(jì)术的发展,无(wú)人(rén)机从军事领域拓展到民用领域,尤其(qí)是被广泛应用于(yú)民用领(lǐng)域的农业、林业、电(diàn)力、安防等(děng)方面。在无人机应(yīng)用范围越来越广的同时,市场上也出(chū)现繁多(duō)的无人机种类(lèi),但这些无人机都(dōu)存在一个明显的问题——续航能力(lì)有限。
目前,市面上的无人机主要采用锂(lǐ)聚合物电池作为主要(yào)动力,续航能力一般在20分钟至30分钟之间,因技术方面(miàn)不同(tóng)有所差别,不过大(dà)部分(fèn)续航时间都是在(zài)45分钟(zhōng)以内,但充电时间却都超过了一(yī)小时。由于无人机需要尽可能减轻起飞重量,所以无(wú)法(fǎ)携带较重(chóng)的大容量电池,大多数无人机维持十几分钟到二(èr)十分钟飞行(háng)之后,就必须有人为它们(men)更换电池或者插上(shàng)充电(diàn)线,导(dǎo)致(zhì)通常(cháng)出门都要携带三四块电池。这(zhè)是无人(rén)机发展一个致(zhì)命的(de)短板,大大(dà)限制了我国无人机行(háng)业的整(zhěng)体发展,若要促(cù)进无(wú)人机市场持(chí)久的良性发(fā)展,解决无人(rén)机电池续航(háng)能力问题迫在眉睫。
无人机电池续航问(wèn)题,是(shì)限制无人机行业发展(zhǎn)的一块(kuài)短板(bǎn),也是世界(jiè)各国无人(rén)机发展亟待攻克的技术性难(nán)题(tí)。目前,对于(yú)解决无人机(jī)电池续航问题的研究大致(zhì)有以下几(jǐ)个方向:
一、燃料电池
(1)首个使用(yòng)氢燃料电池(chí)的多轴(zhóu)无人机(jī)
2015年(nián)5月新加(jiā)坡HUS公司(sī),研发出首(shǒu)个使(shǐ)用氢燃料电(diàn)池的多轴(zhóu)无人机(jī)HYCOPTER,空(kōng)载(zǎi)情况(kuàng)下能够连续飞行4个小时,即使1Kg满载情况(kuàng)下仍能支撑 150分钟,远(yuǎn)超锂电池来驱(qū)动的无(wú)人机(jī)续(xù)航时间。
由于使用氢燃(rán)料电池,HYCOPTER的结构与其他无人机也(yě)有些不同,中间除了氢燃料锂聚合物电(diàn)池之外(wài),还有两根储存氢气的(de)管 状容器,最多可(kě)以存放4L氢气。工(gōng)作过程当中氢(qīng)气(qì)通入到氢(qīng)燃料电池内部(bù),经化学反应后生成电力为几个旋翼的电动机供电,充满氢气后(hòu)的HYCOPTER在电 量(liàng)方面与3Kg重量(liàng)锂电池相当。遗憾的是目前HYCOPTER还(hái)在研发阶段,刚刚进行试飞(fēi)。
(2)Intelligent Energy氢燃料电池(chí)
2015年(nián)12月配(pèi)备Intelligent Energy氢燃料电池的大疆(jiāng)Matrice 100无人机飞行了超(chāo)过1小时时(shí)间。如果使用标(biāo)准电池,那么这(zhè)款无人机(jī)一次充电(diàn)只能飞行(háng)20分钟。氢燃料电池通(tōng)过化学反应将氢气转换为电力,而副产(chǎn)品仅仅只(zhī)是(shì)水蒸(zhēng)气。由于燃(rán)料储(chǔ)存(cún)在小盒子(zǐ)中,而更换燃(rán)料(liào)盒只需(xū)几秒钟时间,因此无人(rén)机在燃料耗尽时(shí)可以快速补充燃料并升空。
Intelligent Energy将在明年(nián)1月(yuè)的拉斯维加斯消(xiāo)费(fèi)电子展(CES)上展示工程(chéng)成果。该公司希望(wàng),这一产品能吸(xī)引无(wú)人机(jī)厂商,将燃料电池作为无(wú)人(rén)机动力的一种选择(zé)。该公司没有计划(huá)面向普通用户提供改装产品。
二(èr)、太阳能电(diàn)池板
(1)2010年(nián)英国(guó)“和风”号(hào)超轻型太阳能无人飞行器在飞行中安装太阳能电池板(bǎn)和使用(yòng)陆基激光供(gòng)电提高无人机飞行时间,创(chuàng)造了连续飞行14天无人飞(fēi)行器的飞行时间(jiān)记录。
(2)2014年6月,瑞士(shì)帕耶讷全(quán)球最大的太(tài)阳能飞机(jī)“阳光(guāng)动力2号”首飞。这(zhè)架(jià)飞机机翼上安(ān)装有1.7万(wàn)块超薄且(qiě)高效能的太阳能(néng)电池板,翼(yì)展长达72米。太(tài)阳能飞机是以太阳辐射作为推进(jìn)能源(yuán)的飞(fēi)机,动(dòng)力(lì)装置由太阳能电池组(zǔ)、直流电(diàn)动机、减速器、螺旋桨和控制装(zhuāng)置组成。由于太阳辐射能量密度小,为获得足够能量,太(tài)阳能(néng)飞机(jī)须有较大(dà)的摄取阳光(guāng)的表面积。太阳能板在日间吸收能量,让飞机在晚间也可飞行(háng),大(dà)大提高了飞(fēi)行续航时间。
三、锂(lǐ)电池创新
2015年9月,特斯拉Tesla作为电动(dòng)汽车(chē)领域的佼(jiǎo)佼(jiǎo)者,公布了一(yī)款专门针对航(háng)拍应用的无人(rén)机原型。特(tè)斯拉公司在充电(diàn)电池方(fāng)面(miàn)显然更为老道(dào),据悉,该款无人机搭载(zǎi)了一(yī)块(kuài)10000mAh电(diàn)池,单次充(chōng)电可持续飞行60分钟,充(chōng)电时间为20分钟左右。
在电池领域有独(dú)门(mén)绝技的(de)特斯(sī)拉(lā)公司(sī)进入无人机(jī)市场,势必(bì)会对国内无人机电(diàn)池带来(lái)巨大影响。谁不(bú)希望(wàng)拥(yōng)有一款充电时间短(duǎn)、续航时间长(zhǎng)的无人机电池呢?但目前此项万众期待(dài)的产(chǎn)品还处于概念设(shè)计阶(jiē)段,产(chǎn)品何时问世也尚无定论。
无(wú)人机电池续航技术研(yán)究层出不穷,目前状(zhuàng)况多是处在研发(fā)当中,未来(lái)还会有(yǒu)哪些新的无人机电池续航技术(shù)无法预测,实用性也不得而知(zhī)。但无(wú)人机电池续(xù)航技术是赚足了吆喝噱头十足,希望(wàng)这些无人机电池续航技术面(miàn)世后(hòu)能不负所望(wàng),突破无人机电池续航不足(zú)这一制约无人(rén)机发挥更大作用的瓶(píng)颈(jǐng)。(全球(qiú)无人机(jī)网 董冬)

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