锂電池混合動力-將推動電動無人機的未來飛行
爲了突破電動無人機飛行性能的界限,電池必須變得更小更輕。在功率密度方面,我們似乎達到了一定的限制。 锂聚合物(Li-Po)和锂離子(Li-ion)電池已變得非常小且價格合理,主要由于電動無人機行業對電池要求標准,目前來說锂電池更適合作爲電動無人機的動力來源。所以導致了廣泛的應用,今天來說說電動無人機爲什麽都使用锂電池作爲電源。


为什么使用锂電池作为电动无人机能源动力为最佳方案呢?
锂電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,但并不意味無人機電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電池作为电动無人機電池,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。所以以锂電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電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?
由于整個無人機動力系統(能源+推進系統)對飛行性能有影響,因此單獨將其減少能源是錯誤的。如果推進系統(例如渦輪機或燃料電池)非常重並且超過標准,則具有極高能量密度的能源(例如煤油或H 2)將無濟于事。推進系統的效率因素也非常不同:雖然電池供電系統將73%的所提供能量轉化爲運動,但燃料電池提供44%,內燃機僅提供39%。
下面來講述下電動無人機中的其他能源。
1.氫燃料電池
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.氣電混合
很好的例子是來自加拿大的安大略省滑鐵盧的飛馬航空和來自德國柏林的YEAIR的混合式氣電發動機。兩者都結合了電動機的快速反應和汽油動力飛行的優點。
4.太陽能
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.太陽能與電的混合動力
太陽能混合動力(太陽能+電池)達到驚人的耐力。 Alta Devices 和 PowerOasis 宣布他們“正在合作開發世界上第一個用于小型無人機的集成太陽能和锂離子電池電源系統的參考設計”。該參考架構將使用5s-7s锂離子電池,以2-4米(6.5-13英尺)跨度無人機爲目標。
6.石墨烯電池
石墨烯會將無人機帶到新的高度嗎?諸如內燃機,燃料電池和電池之類的主要能源很好地作爲低功率的連續來源,但是由于它們緩慢地放電和再充電,所以不能有效地處理峰值功率需求或重新獲得能量。 超級電容器在峰值功率需求期間提供快速突發能量,然後快速存儲能量,否則將丟失的多余功率。似乎電容器在能量密度方面遠遠落後于電池,但它們似乎是增強靈活的氣電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小時 使用激光爲基礎的充電系統。”,潛行者的項目經理說:“地面到空中這樣的充電系統使我們能夠提供幾乎無限的飛行耐力,以擴展無人機可以實現的任務航行。


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電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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