試述無人機(jī)野外作業(yè)充電站

余勇軍 張?zhí)煜? 李長(zhǎng)凱 吳風(fēng)婷

摘 要 本項(xiàng)目采用三元鋰電作為儲(chǔ)能介質(zhì)、采用高速同步數(shù)字電源轉(zhuǎn)換，體積縮小50%，功率提升300%，存貯能量高達(dá)1554Wh采用拖拽式移動(dòng)底盤，可輕松運(yùn)輸至外場(chǎng)作業(yè)。充電速度快，且同時(shí)兼容各種大型無人機(jī)電池。

關(guān)鍵詞 數(shù)字電源;移動(dòng)底盤;無人機(jī)電池

隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技飛速的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)以及控制算法和傳感器的進(jìn)步催生了各種無人機(jī)產(chǎn)業(yè)，除了我們經(jīng)常看到的消費(fèi)級(jí)航拍無人機(jī)外還有各類我們所不熟悉的野外作業(yè)無人機(jī)，如質(zhì)保無人機(jī)、消防無人機(jī)、林業(yè)無人機(jī)、勘探無人機(jī)、航測(cè)無人機(jī)和電力巡檢無人機(jī)等等。自從多旋翼無人機(jī)興起之后，這類無人機(jī)的結(jié)構(gòu)大體和它們相同，而多旋翼結(jié)構(gòu)很少有油動(dòng)的，因?yàn)橛蛣?dòng)的需要采取變距結(jié)構(gòu)控制，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性低，且技術(shù)不成熟，噪聲污染性高，危險(xiǎn)性較高，不適合大面積應(yīng)用。因此多旋翼都是電動(dòng)的，而電動(dòng)的卻都有一個(gè)弊端，那就是受限于電池技術(shù)的影響，一般的電動(dòng)無人機(jī)續(xù)航都很低，穩(wěn)定性差。

1無人機(jī)野外作業(yè)充電站

本項(xiàng)目的無人機(jī)野外作業(yè)充電站也由此應(yīng)運(yùn)而生，在野外作業(yè)的無人機(jī)大多數(shù)很難有持續(xù)的電力供應(yīng)，小型發(fā)電機(jī)供電不足，而且成本很高，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪音，不利于無人機(jī)的隱蔽性;而小型汽油發(fā)電機(jī)也不具備綠色環(huán)保、節(jié)能可持續(xù)的特點(diǎn)，所以本項(xiàng)目采用環(huán)保的三元鋰電作為儲(chǔ)能介質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性好可利用率高，而符合國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，同時(shí)未來還可升級(jí)為太陽能，集儲(chǔ)能發(fā)電于一體[1]。

2功能介紹

2.1 成本低，無任何污染

本系統(tǒng)采用三元鋰作為儲(chǔ)能介質(zhì)，持續(xù)放電倍率高，且整個(gè)轉(zhuǎn)換過程只有電力轉(zhuǎn)換，無污染，無噪音，在配合我們的能量管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，能夠讓電芯壽命達(dá)到最大，可以達(dá)到600次循環(huán)，綜合使用成本要遠(yuǎn)低于小型發(fā)電機(jī)。

2.2 轉(zhuǎn)換效率高

三元鋰能量密度高，目前所有的電動(dòng)無人機(jī)幾乎都采用鋰電池供電，正因?yàn)殇囯姵啬芰棵芏雀撸曳烹姳堵蚀?，沒有記憶效應(yīng)，數(shù)字電源同步轉(zhuǎn)換技術(shù)，能夠讓我們充電站的轉(zhuǎn)換效率大大提升，使能量利用率更高。

2.3 加入能量管理系統(tǒng)

創(chuàng)新性的加入能量管理系統(tǒng)，記錄每一次電芯組放電曲線，事實(shí)掌握電芯組健康狀況，在提高效率和安全性的同時(shí)，還大大延長(zhǎng)了電芯組壽命，是整個(gè)系統(tǒng)總體使用成本更低。

3功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 無人機(jī)野外作業(yè)充電站總體框圖

3.2 電芯在不同放電倍率下放電曲線

3.3 能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路圖

4實(shí)物模塊設(shè)計(jì)

4.1 電芯組設(shè)計(jì)

采用6s2p的組合方式，選用單片為3.7v，37AH的電芯，在采用6s串聯(lián)時(shí)電壓為22.2v使充電站輸入電壓比普通充電器提供的12v高一倍，在同樣功率下電流熱損耗更低，使充電效率更高，另外兩組6s電芯組再進(jìn)行2p連接使容量翻倍的同時(shí)穩(wěn)定性更高，在一組電芯出問題時(shí)，另一組可正常工作。

4.2 底盤設(shè)計(jì)

底盤設(shè)計(jì)，使用方形鋁合金管，縱向采用不同大小的方管使拉桿可以伸縮，底部以90度焊接承重底盤，在縱向拉桿底部安裝兩個(gè)硅膠承重輪，輪軸我們創(chuàng)新使用雙列角軸承，占用更小的軸向空間。使底盤能夠承受徑向負(fù)荷和作用在兩個(gè)方向的軸向負(fù)荷，它能限制軸或外殼雙向軸向位移，并能承受傾覆力矩。讓充電站在野外崎嶇地形移動(dòng)式能夠更穩(wěn)定耐用。

5結(jié)束語

在信息化的今天，野外作業(yè)無人機(jī)應(yīng)用越來越廣泛的特點(diǎn)，針對(duì)野外作業(yè)無人機(jī)的主要缺點(diǎn)設(shè)計(jì)出可方便移動(dòng)的底盤，并采用充電儲(chǔ)能一體的快速充電方案，具有操作簡(jiǎn)單應(yīng)用方便的特點(diǎn)，也使野外作業(yè)無人機(jī)應(yīng)用更廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1] 李英.風(fēng)光柴蓄混合發(fā)電系統(tǒng)在小型船舶上的應(yīng)用[J].中國(guó)科技縱橫，2014，（9）：62-63.

作者簡(jiǎn)介

余勇軍（1997-），男，安徽宣城人;畢業(yè)院校：安徽新華學(xué)院，專業(yè)：電子信息工程，現(xiàn)就職單位：安徽新華學(xué)院。

張?zhí)煜椋?997-），男，安徽亳州人;畢業(yè)院校：安徽新華學(xué)院，專業(yè)：電子信息工程，現(xiàn)就職單位：安徽新華學(xué)院。

李長(zhǎng)凱（1982-），男，安徽懷遠(yuǎn)人;畢業(yè)院校：合肥工業(yè)大學(xué)，專業(yè)：信號(hào)與信息處理，學(xué)歷：碩士，講師，現(xiàn)就職單位：安徽新華學(xué)院，研究方向：數(shù)字圖像處理。

吳風(fēng)婷（1991-），女，安徽蚌埠人;畢業(yè)院校：安徽大學(xué)，專業(yè)：社會(huì)工作，學(xué)歷：碩士，助教，現(xiàn)就職單位：安徽新華學(xué)院，研究方向：學(xué)校社會(huì)工作，家庭社會(huì)工作。