鋰電池混合動力-將推動電動無人機的未來飛行

為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。 鋰聚合物（Li-Po）和鋰離子（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(yè)對電池要求標(biāo)準(zhǔn)，目前來說鋰電池更適合作為電動無人機的動力來源。所以導(dǎo)致了廣泛的應(yīng)用，今天來說說電動無人機為什么都使用鋰電池作為電源。

為什么使用鋰電池作為電動無人機能源動力為最佳方案呢？

鋰電池的好處是它們可以在任何地方充電，在大多數(shù)情況下可以無限制地運輸，相比起汽油來驅(qū)動電動無人機，干凈，不產(chǎn)生污漬，重量輕，并且通過更換電池塊可以輕松地“重新加油”。

鋰聚合物電池（Li-po）和鋰離子電池（Li-Ion）是電動無人機最常見的來源，但并不意味無人機電池的發(fā)展歷程就此結(jié)束。因為最新的設(shè)想是可能會把石墨烯電池作為電動無人機電池，由于技術(shù)還未成熟，所以石墨烯可能會是未來的電動無人機的動力來源之一。而鋰亞硫酰氯電池（Li-SOCl 2）與鋰聚合物電池（Li-Po）電池相比，每千克能量密度提高2倍，鋰空氣電池幾乎提高了7倍。但是，它們并沒有廣泛使用，它們帶有一定的價格。鋰硫電池（Li-S）可以接替鋰離子電池（Li-Ion），因為它們具有更高的能量密度，并且降低了使用硫的成本。所以以鋰電池作為無人機飛行的能源再合適不過了。

我們已經(jīng)知道為什么無人機會選擇鋰電池作為無人機的動力來源，那么下面講講其他電池方案是否合適無人機動力能源呢？

由于整個無人機動力系統(tǒng)（能源+推進系統(tǒng)）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(tǒng)（例如渦輪機或燃料電池）非常重并且超過標(biāo)準(zhǔn)，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(tǒng)的效率因素也非常不同：雖然電池供電系統(tǒng)將73％的所提供能量轉(zhuǎn)化為運動，但燃料電池提供44％，內(nèi)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

氫燃料電池非常吸引人：沒有直接污染，環(huán)保，它們由極其強大的來源提供動力：氫（H 2）。將液體H 2  與鋰聚合物（Li-Po）電池的能量密度[Wh / kg]進行比較，它們之間差異較大！僅這一點就足以將氫燃料無人機推向市場。

2.汽油，煤油，甲醇，乙醇，LPG丙烷

有許多完善的汽油動力解決方案 – 其中一些具有卓越的飛行性能。而其優(yōu)點是耐久性，汽油動力無人機隨著時間的推移而減少油量，從而使之減輕重量，使云臺更輕，從而增加了續(xù)航時間。無人機工廠的“企鵝C”固定翼可以用一整箱汽油，Siebel的“CAMC??OPTER S-100”飛行超過20小時。這種能源的美妙之處在于高質(zhì)量比能量[Wh / kg]和高體積比能量[Wh / l]的組合。與Li-Po電池相比，汽油的質(zhì)量密度為48倍，體積密度為13倍。此外，燃燒發(fā)動機堅固，體積小，重量輕，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(fā)動機。兩者都結(jié)合了電動機的快速反應(yīng)和汽油動力飛行的優(yōu)點。

4.太陽能

太陽能電池在過去幾年中的效率從10％提高到近46％，功率比達到175W / m 2左右。為了給太陽能專用無人機提供大型表面 – 如機翼的上側(cè)是必需的。然而，它們也可以作為多旋翼無人機使用。

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(fā)世界上第一個用于小型無人機的集成太陽能和鋰離子電池電源系統(tǒng)的參考設(shè)計”。該參考架構(gòu)將使用5s-7s鋰離子電池，以2-4米（6.5-13英尺）跨度無人機為目標(biāo)。

6.石墨烯電池

石墨烯會將無人機帶到新的高度嗎？諸如內(nèi)燃機，燃料電池和電池之類的主要能源很好地作為低功率的連續(xù)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(fā)能量，然后快速存儲能量，否則將丟失的多余功率。似乎電容器在能量密度方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于電池，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開發(fā)了無人機動力連接技術(shù)，該動力配備了激光接收器。2012年“洛克希德·馬丁公司，與激光動力的協(xié)助下，展示了其‘潛行者’無人機飛行了連續(xù)  48小時  使用激光為基礎(chǔ)的充電系統(tǒng)?！保瑵撔姓叩捻椖拷?jīng)理說：“地面到空中這樣的充電系統(tǒng)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(xiàn)的任務(wù)航行。

所有無人機能源都有其獨特的優(yōu)勢，使特定任務(wù)完成?；旌辖鉀Q方案更符合向更清潔能源的過渡。今天，由于混合動力允許從單一技術(shù)中平衡缺點，因此充分利用結(jié)合鋰電池混合起來兩種動力作為無人機動力來源似乎更是明智的選擇。此外，看看其他行業(yè)的發(fā)展方向（例如汽車行業(yè)）可能是一個聰明的舉措，因為由于大規(guī)模生產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施的可用性，這些都是未來成本降低的良好方向。