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前沿信息:氢燃料电池会帮助无人机停留在空中吗

发布时间:2021-05-15 07:47:20  编辑:  来源:

最近小编发现有诸多的小伙伴们对于氢燃料电池会帮助无人机停留在空中吗这个问题都颇为感兴趣的,大家也都想要及时了解到氢燃料电池会帮助无人机停留在空中吗相关信息,那么小编今天就来为大家梳理下具体的关于这个问题的一些消息吧。

几个月前,我们发表了一篇关于目前电动无人机空中时间(TITA)限制的文章。在那篇文章中,我们专注于三种替代方案,以延长电动无人机在空中执行任务所需的时间。系留设备,太阳能和现场快速电池更换是运营商目前拥有的三种可行选择。

所有这三种解决方案都对TITA进行了相当大的扩展,但在使用新的,有时是繁琐的替代方案取代传统和常用技术方面存在局限性。现在,能源行业似乎变得更加温暖(没有双关语)燃料电池动力系统(FCPS)的概念,以及威廉格罗夫于1838年首次提出的这项技术带来的许多优势。

今天,对于飞行时间为25分钟或更短(取决于转子和/或负载的数量)的小型商用无人机的限制正受到美国,欧洲和中国的许多创造商使用燃料电池的挑战。

为了本文的目的,我们专注于燃料电池领域的两个创新者:Protonex,总部位于马萨诸塞州的Ballard Power Systems(BLDP)的全资子公司,以及总部位于中国深圳省的MMC。这两家私营公司都在FCPS的开辟和商业化方面取得重大发展,以便在无人机中经常使用需要更长时间的无人机。

FCPS有多种形式。有些更适合轻型无人机的世界。其他是专为大型,工业或军事用途而设计和创造的。

Protonex专注于将质子交换膜(PEM)技术用于分量不到20磅的小型轻型无人机应用。对于这一类别,他们提供SBH无人机动力系统,这是一种PEM燃料电池,工作温度范围为60 o至80 o C(140ºF至175ºF)。这种替代方案提供快速启动时间,满负荷产生350 W。氢存储在化学氢化物滤筒中并根据系统需要释放,而氧气来自空气。燃料电池与电池混合,以提供发射或攀爬所需的峰值功率。该系统的发电量是LiPo电池比能量的2至3倍。

对于需要高有效负载且不具有热敏感性的应用,Protonex提供在压缩氢气上运行的PEM燃料电池,系统可提供高达1.4 kW的电力。当正确地集成到小型固定翼无人机中时,已经证明了5倍以上的LiPo电池的改进,包括海军研究实验室26小时飞行的离子虎(35磅,包括5磅有效载荷)。这项技术现在已经从军事系统和商业UAS中脱颖而出。

同样,MMC专注于使用氢气作为其电池的主要燃料来源。MMC目前正在生产和销售两种型号的燃料电池HyDrone 1800和HyDrone 1550,其耐久性(TITA)分别为4.5小时和2.5小时。

当我们询问是否有可能将这些替代动力源用于除MMC无人机模型以外的商用无人机时,MMC官员澄清说他们的氢燃料电池是专为各种流行的商用无人机设计的,包括固定翼和多转子,如DJI M600,DJI M600 Pro和其他重载荷无人机。

MMC-HD-光的氢的罐

氢气罐

燃料电池的主要优点是它们可以根据需要产生能量。这与电池不同,电池只是储存能量并按需释放。每个燃料电池都需要两个组件。一个是发电单元的主体,另一个是燃料箱,是氢气或任何其他气体或液体。然而,由于燃料电池使用空气中的氧气进行一半反应,因此能量密度比电池大大提高。

根据MMC,燃料电池分量与输出功率和燃料量直接相关。在这种情况下,氢气与飞行要求成正比。换句话说,更多的燃料,更多的分量,因此更多的时间在空中。LiPo电池可以存储和释放电力,而燃料电池主要用于发电,因此分量和发电之间的比例是固定的。对于燃料电池,可以增加或减小罐的尺寸以适应特定的任务,其中发电单元保持不变。

例如,MMC的HPS-1800氢燃料电池可以在分量与输出功率方面与锂电池进行比较。HPS-1800的分量为9.2kg,功率输出为1800W,氢气罐中的潜在储能量为4500Wh,其能量密度为490Wh / kg,是LiPo电池的两倍。

当被问及需要发动机的燃料电池和燃料箱之间的比较时,两个创造商都坚持认为燃料电池的可靠性要好得多。

燃料电池优于内燃机的一个关键因素是缺少运动部件,因此完全没有润滑剂,并且显着降低了维护成本和单元更换。虽然燃料电池创造商正在竞相降低分量并增加产量,但业内电池方面的人们仍然怀疑燃料电池是未来的进展方向。据我们采访的一些工程师和要求保持匿名的工程师说,目前的LiPo电池技术状况受到效率低下的困扰。使用新材料可以改进锂电池,这将使这些电池更加高效并与燃料电池相媲美。

如果我们将当今LiPo的能量密度与十年前的同等产品进行比较,我们看到每年约7%的稳定增长,这绝对不是一场革命,而是缓慢的演变。

一些燃料电池的另一个大问题是它们产生大量热量,大约相当于在某些情况下产生的电力高达1,000 o C. 在塑料是每个小型无人机的大部件的行业中,去除热量是一个集成挑战。这种紧密的温度干扰源可能会影响使用周密的热传感器或红外传感器。

尽管燃料电池可以大大增加空气中的时间,但无人机行业期待电池行业的“银弹”远未实现。

燃料电池,尤其是低温PEM,对于某些应用来说是非常有效和高效的,并且TITA的扩展是相当大的。如果燃料电池创造商继续以目前的速度成熟这项技术,我们可以在不久的将来看到一波小型无人机产品具有全新的功能。然而,为了使这些收益故意义,我们需要一个同意 超出视线(BVLOS)的航班的监管环境。

与此同时,推动使这项技术可行的努力将继续下去,并且看到这种情况发生的兴趣将来自多个地方吞吐行业。

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