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2023-08-07
如何满足特定供电需求的持续时间？
【摘要】：以微型无人驾驶飞机的电动系统为例，该系统在运行时需要15W的持续功率。而对于使用燃料的能源来说，系统所需要的功率决定了功率变换器的质量和体积，但是持续工作时间决定了所需要搭载的燃料量。接着，根据系统的效率，必须考虑满足持续运行时间所需的燃料量。
正如我们所看到的，应从多种可能的电能供给技术中选择合适的一种，相应的选择依据具体应用的不同而有多种。其中，基于预期持续工作时间的选择原则非常值得关注。
以微型无人驾驶飞机的电动系统（见图4-4）为例，该系统在运行时需要15W的持续功率。根据工作时间是否必须持续10min、30min或1h，电源的选择是不同的。对于特定的电池储能技术来说，功率和储能量直接与电池的质量或体积成正比。而对于使用燃料的能源来说，系统所需要的功率决定了功率变换器的质量和体积，但是持续工作时间决定了所需要搭载的燃料量。根据燃料和变换器的转化效率，以及所搭载的燃料类型，装满燃料的设备或多或少地会显得有些笨重。
图4-4 无人飞行器UAV（40W，60cm）[NOV]
图4-5说明了这样一个能源供应选择思路，即如果只是简单地保持飞行，只需要考虑能够提供15W功率的发电机和变换器的总质量就够了。接着，根据系统的效率，必须考虑满足持续运行时间所需的燃料量。在这个例子中我们注意到，对于在短时间（几分钟）的飞行任务，锂离子电池更为适合；对于8～20min的飞行任务，使用微型燃气轮机与发电机的能源供应方式比较合理，而对于20min以上的飞行任务，采用微型热电发电机则更为有效。我们在这里进行了一个基于持续运行时间的简化理论计算。这个例子并不是为了对所列出的不同能源供给技术进行分类，而是提出了在选择与系统需求相匹配的能源供给技术时必须考虑的一些参数。
图4-5 以一个15W系统为例，采用不同电源所需搭载的质量（g）与持续运行时间的关系
图中给出的数字仅仅是示意性的，其中用来计算的数据（如功率、效率、体积）引用了一本2003年出版的图书中的简要分析结果。因此，这些数据在今天看来已经发生了很大的变化，而按照当前的发展状况，上述的选择方案也可能会有很大不同。
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