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世界首款商业化氢燃料电池为 执行人道主义任务的无人机提供强大动力

2021-01-13 07:33 来源:Vicor 编辑:电源网

执行人道主义任务的无人机提供强大动力

斗山创新(DMI)正在使用由其创新的能量密集型氢燃料电池驱动的无人机,向偏远地区运送人道主义救援物资。这些无人机飞行时间长达两个小时,已在美属维尔京群岛之间运送口罩和应急物资,并向位于济州岛的韩国最高峰汉拿山山顶(1947米)运送医疗AED。这项技术为拓展移动机器人的活动范围及载荷能力铺平了道路

图 1:DMI 无人机向维尔京群岛运送紧急医疗物资。氢燃料电池组可为无人机实现超过 2 个小时的飞行时间,比大多数电池供电无人机长 4 倍。

此外,DMI远程无人机现在也用于商业应用,其中较长的飞行时间实现了对大型太阳能发电厂的监控,例如韩国位于海南郡Solasido的最大太阳能发电厂。如果使用电池供电无人机来执行这一任务,则需

要进行六次以上的电池更换。

图 2:DMI 无人机以极高的效率和速度实现对太阳能面板的检查。使用配备通用摄像头和热成像摄像头的氢燃料电池无人机,只进行了两次自动网格飞行,就获得了一座约 20 兆瓦的发电厂图像。如果使用电池供电无人机来执行这一任务,则需要进行六次以上的电池更换。

高密度电源设计,优化电池组性能

为移动设备开发氢燃料电池,需要全面的技术创新,从材料科学到整体系统级设计优化。移动性的关键是小型化、提高效率和减轻系统重量。此外,还应结合高能量输出和耐用性,以实现长期、稳定的飞行。因此,必须减轻堆栈的重量,配置具有高功率密度的动力系统,并简化包括外围组件在内的整个电池组的设计,全面进行系统优化。

这些设计目标的核心是系统供电网络(PDN)的架构及其实施。DP30电池组有两大动力系统,为无人机的转子和两个堆栈的控制器供电。DP30电池组的输出电压范围宽,而且可在40V至74V之间变化,因此动力系统旨在确保向无人机转子电机提供严格稳压的48V,12A输出,向堆栈控制器电路板及风扇提供 12V, 8A 输出。

图 3:能量密度比较:

氢燃料电池和锂电池

为了实现高效率和高能量密度的供电网络(PDN),DMI 选择了 Vicor PRM™ 升降压稳压器和ZVS 降压稳压器。PRM 支持高达 74V 的氢燃料电池组开路电压 (OCV),能够针对 48V 电压执行稳定稳压,如图 5 所示。

图 4:氢燃料电池组的结构

在无人机的

转子侧 PDN 中,并行配置了两个 PRM 升降压稳压器

(PRM48AF480T400A00),以提供转子所需的 12A 电流。堆栈中用于数字控制器电路板的 PDN 先使用较低功耗的 PRM (PRM48AH480T200A00),然后接 48V 至 12V ZVS 降压稳压器 (PI3546-00-LGIZ)。

图 5:为实现高效率和高能量密度,采用了 Vicor PRM™ 升降压稳压器和 ZVS 降压稳压器。PRM 支持高达 74V 的氢燃料电池堆栈开路电压 (OCV),能够针对 48V 电压执行稳定稳压。

按电源容量提供多样化的产品线

除了目前正在生产的2.6kWDP30电池组,DMI计划按电源容量提供多样化的产品线。该公司不仅将开发各种容量的产品,从1.5kW氢燃料电池组(计划于明年发布)到10kW氢燃料电池组应有尽有,而且还将推出适合每一款电池组的相应无人机。

Vicor模块化电源方案能够实现可扩展性,支持这些不同的产品线。此外,这也有助于DMI 集中精力解决由电源容量扩展引起的各种其它工程问题,如堆栈结构变化、动力系统及外设组件以及散热方法等。有了Vicor解决方案,DMI能够更好地实现其重要目标:增加耐用性和稳定性;以高能量密度实现小型化的轻量级燃料电池。


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