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下一代无人机的锂电池和充电解决方案

发布日期:2021-01-22我要投稿我要评论
Epsilor Electric Fuel的销售和市场副总裁Felix Frisch撰写了以下文章,概述了可靠的锂电池和大容量充电解决方案对于无人机技术的下一代发展至关重要。他曾担任UAS行业的业务开发主管。Epsilor是电池组和充电器的领先开发商和生产商,其产品广泛用于国防,航海,航空航天和工业领域。

无人机的锂电池和充电解决方案

无人驾驶飞机(UAV)行业起源于军事需求,正经历着巨大的变革,因为民用无人机已成为家庭交付的通用解决方案。如今,诸如亚马逊和沃尔玛等大型公司都使用多旋翼无人机来运送从外卖餐点到运动鞋的各种物品。由总部位于加利福尼亚的Zipline经营的固定翼无人机目前正用于向非洲和美国的偏远医院紧急运送血液和药品。

无人机的锂电池和充电解决方案

图片由Amazon Prime Air提供

以色列是从1970年代到今天的军事无人机开发和运营的先驱之一,它通过发起全国性的非视距(NLOS)无人机试验计划,向前迈出了重要的一步,为欧洲铺平了道路。国家效仿。无人机的使用已扩展到空运应用,制图,石油和天然气勘探以及其他工业,农业和商业任务。在军事方面,需求也在变化,无人机不仅是“空中之眼”,而且是游荡的弹药系统,其成本可低于巡航导弹。

过去,大多数UAS都用于军事行动,并在军事隔离区进行操作,没有民航活动,因此发生空中碰撞的风险极低。如今,无人驾驶飞机在人口稠密的民用地区飞行,必须具备自主能力,以防止可能造成严重后果的坠机和致命故障。

随着任务变得越来越复杂,要求无人机在人口稠密的城市和地区上空飞行,并且必须符合民航法规,例如美国联邦航空管理局(FAA)发布的法规。此类法规有助于将无人机整合到通用航空领空中,并在无人机坠毁时保护公众。

新的安全性和可靠性要求

民用和军用无人机应用的变化导致了对任务安全性和飞机可靠性的新要求。不管无人机携带弹头或一盒鞋的有效载荷,都无法忍受无人机撞入校园的情况。新的初创公司已经开发了安全降落伞系统,响亮的警报喇叭和精确的着陆功能,这些功能可在GPS受限的环境或非视距飞行条件下运行。

同时,鉴于其对无人机安全的巨大重要性,一个重要的专业领域没有得到适当的重视:电池和充电。在满足电池和充电器的性能要求(例如,更长的使用寿命和更快的充电速度)时,电池安全性和可靠性常常被认为是次要的要求。

无人机的锂电池和充电解决方案

Epsilor的无人机联合充电网络

在无人机市场发生巨大变化的同时,锂电池行业见证了自己的革命。电池能量和功率密度的提高使无人机能够垂直起飞,并具有更长的续航能力和航程。智能电池管理系统(BMS)的添加可保护电池免受短路或热失控的影响,此类系统还将电池状态传达给无人机航空电子设备,从而进一步改善车辆性能。

先进的电池技术现在为无人机公司提供了一系列优势,包括:

续航能力:电池的电化学性能决定了车辆的续航能力及其执行快速回避机动的能力。

在极端天气条件下运行: 电池组成决定了无人机在冷热天气下的运行能力,这对于续航能力和动力以及在不同气候区域和不同季节进行飞行的可行性至关重要。

电池健康,监视和安全警报:先进的电池管理系统可以提高任务安全性,防止重大故障甚至在空中飞行时发生热失控。而且,这种BMS可以在危险情况发展很久之前就检测出电池化学和电气异常,例如平衡不良。然后,BMS可以警告操作员,使其能够安全地离开人群。同样先进的BMS还应在电池老化的情况下发出警报,允许操作单元在影响飞行寿命和造成损坏之前将其从机队中取出。

提高安全性

传统的锂电池没有配备所需的电子元件以实现最佳安全性,并且通常由低质量,低成本的电化学电池组成。它们可能足以进行RC模式十分钟的出动,但不足以为在大城市上空飞行的货运无人机提供动力。

电池在提高无人机安全性方面起着重要作用,因为带有先进电子设备的高端电池可提供更好的控制,这对于可能需要同时操作无人机群的现代操作员而言至关重要,要求他们更好地控制每架无人机。一个智能的BMS将能够向不注意异常的大型机队的操作员提供自动警报。

配备BMS的高级电池可为操作员提供高度关键的数据。这些系统的尺寸已最小化,使其适合无人机使用,并且在经济上变得可行。BMS可以输出循环次数,电池的剩余电量及其健康状态,同时可以补偿极端温度或过度使用等问题。这些电池还支持常见的通信协议。

无人机制造商可以通过将这些功能强大的电池与先进的管理系统和通讯功能结合在一起,从而检查并报告电池状况和故障可能性,从而显着改善产品质量。通过使用这种能源,设计人员可以改善飞行监控和预测。

电池库存管理

另一个至关重要但仍充满希望的问题与BMS通过自动命令和控制系统实现对大量电池库存管理的能力有关。军事单位通常为每架无人机配备几个备用电池,但是随着使用中的无人机数量的不断增加,真正需要有效管理能源预算和电池清单。

一个操作无人驾驶飞机的中队必须管理其能量预算,因为这直接影响可用的飞行时间。这也适用于以高节奏运行许多无人机的民用运输公司。此类重型任务的运营商需要提高效率,而独立的,未连接的能源是无法实现的。这些运营商还将需要大量充电功能,以便在短时间内在多个位置同时为许多电池充电。

解决这些挑战的方法是建立一个联合充电网络,该网络可以处理以下任务:管理24/7电池更换,监视公司所有地点的能源预算以及确定这些地点之间的飞行任务优先级。此外,它应该能够跟踪电池的老化和故障,同时支持新电池和相关设备的购买过程。该网络应根据任务强度和在一个工作日内不同的工作时间,支持快速或慢速充电,并可能运行自动更换电池的机器人电池更换系统。

随着无人机行业向前迈进了一大步,应提醒制造商仍在使用标准锂聚合物电池,尽管航空电子设备,传感器,有效载荷和结构材料占据了设计的大部分重点,但通常被忽略的电池也是可能会显着改善飞行耐久性和飞行安全的关键组件。改进的电池系统还可以显着减少飞机在地面上的时间,同时提高大型无人机机队的运营效率。无人机开发商和航空监管机构对机载能源系统的更多关注预计将导致无人机行业的进一步发展。
 
本文链接:https://www.81uav.cn/uav-news/202101/22/72920.html
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