全系统能量来源的供电系统解析

2023-07-23 理论教育版权反馈

【摘要】：绝大部分无人机系统都在野外使用，供电系统是全系统能量来源。常见的供电系统包含发电机、充电器、备用电池存储设备以及维护工具，对于系留无人机来说还要加上高压输电设备，电缆缠绕设备等。发电机微型无人机系统往往只携带备用电池作为能量来源，而全部地面设备都自带电池，能够满足一到两个任务的循环使用，它们不需要发电机。飞机还必须配备电池，作为备用电源，一旦地面供电系统发生故障或者电缆意外断线，飞机能够自主降落。

绝大部分无人机系统都在野外使用，供电系统是全系统能量来源。常见的供电系统包含发电机、充电器、备用电池存储设备以及维护工具，对于系留无人机来说还要加上高压输电设备，电缆缠绕设备等。

发电机

微型无人机系统往往只携带备用电池作为能量来源，而全部地面设备都自带电池，能够满足一到两个任务的循环使用，它们不需要发电机。大型无人机的使用往往需要机场，所以电源直接取自机场保障系统。但是绝大部分中小型民用无人机需要在野外使用，而且需要反复长时间工作，所以发电机是必备装备。

发电机和电源车

民用发电机大多使用汽油作为燃料，用摩托车润滑油作为添加剂，输出功率大多数在10千瓦以下。更大功率的发电机体积庞大，运输不便，往往配备专用车辆底盘，成为电源车。发电机在使用的时候需要良好的接地和散热，因此很少在车上使用，大多放置于地面，这样也可以减小振动和噪声对车上人员的干扰。发电机一般输出220伏50赫兹标准交流电，部分产品带有小功率12伏输出，可以供给计算机系统和充电器使用。

当前民用无人机系统中，对发电机依赖最为强烈的是电动植保无人机，每次执行喷洒任务往往需要携带大量电池，根据喷洒时间和充电时间计算配套数量，形成边喷边充电的有效任务循环，保障不间断喷洒。

充电器

由于民用无人机系统全部依赖锂电池，而锂电池的充电方法相对复杂，所以催生了一批智能化和数字化的充电设备。现有的充电器产品已经可以管理各种锂电池，包括聚合物锂电池、磷酸铁锂电池、铅酸电池、镍氢镍铬电池等，并且能够进行不同功率的充电、放电和自动循环维护。针对聚合物锂电池产品一致性不好的问题，无人机锂电池的充电器采用平衡充的方式，可以针对电池组中的每个单体进行充电平衡，使它们在充电完成时的电压精确相等。这种技术基本保证了聚合物锂电池无人机飞行器上的正常使用，但是也造成了充电时间较长的缺陷。

大功率平衡充电器

这几年，大家都把目光集中在电池的发展上面，但是手机厂商却给无人机工程师们提供了另一个思路：使用大功率充电器。虽然电池的容量改进缓慢，但是充电能力却一直有富余。研发大功率充电器，缩短充电时间，可以解决大部分需求。“充电十分钟，飞行一小时”，这多像是手机的宣传口号，不过这也是多旋翼无人机系统比较贴近现实的发展方向。

系留无人机的变电系统

系留无人机是一类特殊的无人机系统，它利用多旋翼飞行器能够悬停的特点，使用地面供电解决飞行器续航时间不足的问题，使飞行器可以不限时悬停在空中进行指定区域的观察和监视。

系留无人机系统

系留无人机的电源系统相对复杂，因为需要远距离输电又要降低电缆重量，一般采用高压交流输电的方法。将发电机的普通交流电，升压到200～1000伏，此时电流可以变得非常小，使用很细的导线就可以以很小的能量损失将动力电输送至飞行器了。但是这种方法需要在飞行器上配备一台体积较大、重量也很大的变电装置，降压并变成直流电，才能供给无刷电动机使用。所以系留无人机的变电设备依然是需要研发的重点。另外，由于飞行器是不断浮动的，而且起飞降落是一种高速运动，输电电缆必须随之收放，不能干扰飞机飞行，所以需要配置电缆收放器。飞机还必须配备电池，作为备用电源，一旦地面供电系统发生故障或者电缆意外断线，飞机能够自主降落。

全系统能量来源的供电系统解析

相关推荐