世界首款商業(yè)化氫燃料電池為 執(zhí)行人道主義任務的無人機提供強大動力

    2021-01-13 11:44 來源:Vicor 公司 作者:電源網

    斗山創(chuàng)新(DMI)正在使用由其創(chuàng)新的能量密集型氫燃料電池驅動的無人機,向偏遠地區(qū)運送人道主義救援物資。這些無人機飛行時間長達兩個小時,在美屬維爾京群島之間運送口罩和應急物資并向位于濟州島的韓國最高漢拿山山頂(1947米)運送醫(yī)療AED。這項技術為拓展移動機器人活動范圍及載荷能力鋪平了道路。

    圖 1:DMI 無人機向維爾京群島運送緊急醫(yī)療物資。氫燃料電池組可為無人機實現超過 2 個小時的飛行時間,比大多數電池供電無人機長 4 倍。

    此外,DMI遠程無人機現在也用于商業(yè)應用,其中較長的飛行時間實現了對大型太陽能發(fā)電廠的監(jiān)控,例如韓國位于海南郡Solasido的最大太陽能發(fā)電廠。如果使用電池供電無人機來執(zhí)行這一任務,則需

    進行六次以上的電池更換 

    圖 2:DMI 無人機以極高的效率和速度實現對太陽能面板的檢查。使用配備通用攝像頭和熱成像攝像頭的氫燃料電池無人機,只進行了兩次自動網格飛行,就獲得了一座約 20 兆瓦的發(fā)電廠圖像。如果使用電池供電無人機來執(zhí)行這一任務,則需要進行六次以上的電池更換

    高密度電源設計,優(yōu)化電池組性能

    為移動設備開發(fā)氫燃料電池,需要全面的技術創(chuàng)新,從材料科學到整系統級設計優(yōu)化。移動性的關鍵是小型化、提高效率和減輕系統重量。此外,還應結合高能量輸出和耐用性,以實現長期、穩(wěn)定的飛行。因此,必須減輕堆棧的重量,配置具有高功率密度的動力系統,并簡化包括外圍組件在內的整個電池組的設計,全面進行系統優(yōu)化

    這些設計目標的核心是系統供電網絡(PDN)的架構及其實施。DP30電池組有兩大動力系統,為無人機的轉子和兩個堆棧的控制器供電。DP30電池組的輸出電壓范圍寬,而且可在40V至74V之間變化,因此動力系統旨在確保向無人機轉子電機提供嚴格穩(wěn)壓的48V,12A輸出,向堆棧控制器電路板及風扇提供 12V, 8A 輸出。

    圖 3:能量密度比較:
    氫燃料電池和鋰電池

    為了實現高效率和高能量密度的供電網絡(PDN),DMI 選擇了 Vicor PRM? 升降壓穩(wěn)壓器和ZVS 降壓穩(wěn)壓器。PRM 支持高達 74V 的氫燃料電池組開路電壓 (OCV),能夠針對 48V 電壓執(zhí)行穩(wěn)定穩(wěn)壓,如圖 5 所示。

    圖 4:氫燃料電池組的結構

    在無人機的轉子側 PDN 中,并行配置了兩個 PRM 升降壓穩(wěn)壓器

    (PRM48AF480T400A00),以提供轉子所需的 12A 電流。堆棧中用于數字控制器電路板的 PDN 先使用較低功耗的 PRM (PRM48AH480T200A00),然后接 48V 至 12V ZVS 降壓穩(wěn)壓器 (PI3546-00-LGIZ)。

     

     

    圖 5:為實現高效率和高能量密度,采用了 Vicor PRM? 升降壓穩(wěn)壓器和 ZVS 降壓穩(wěn)壓器。PRM 支持高達 74V 的氫燃料電池堆棧開路電壓 (OCV),能夠針對 48V 電壓執(zhí)行穩(wěn)定穩(wěn)壓。

    按電源容量提供多樣化的產品線

    除了目前正在生產的2.6kWDP30電池組,DMI計劃按電源容量提供多樣化的產品線。該公司不僅將開發(fā)各種容量的產品,從1.5kW氫燃料電池組(計劃于明年發(fā)布)到10kW氫燃料電池組應有盡有,而且還將推出適合每一款電池組的相應無人機。

    Vicor模塊化電源方案能夠實現可擴展性,支持這些不同的產品線。此外,這也有助于DMI 集中精力解決由電源容量擴展引起的各種其它工程問題,如堆棧結構變化、動力系統及外設組件以及散熱方法等。有了Vicor解決方案,DMI能夠更好地實現其重要目標:增加耐用性和穩(wěn)定性;以高能量密度實現小型化的輕量級燃料電池。

    VICOR 商業(yè)化氫燃料電池

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