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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

时间：2021-01-12 09:31来源：21 Dianyuan

摘要：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。

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。
 
了解斗山创新氢燃料电池组的更多详情
 
关于斗山创新
斗山创新(DMI)是斗山集团的子公司，斗山集团是氢燃料电池市场上全球领先公司之一。该公司成立于2016年，始终致力于为移动设备开发氢燃料电池。斗山集团已经建立从材料到系统的完整技术、供应及生产系统，在磷酸燃料电池 (PAFC) 市场和固体聚合物电解质膜燃料电池 (PEMFC)市场分别拥有长达50年和长达30年的丰富经验，主要为汽车、家庭、发电及楼宇提供燃料电池。同时，DMI以斗山经过验证的氢燃料电池技术以及在固定应用领域的各种经验为基础，专门为移动设备开发氢燃料电池。此外，它也在对无人机以及无人驾驶出租车等无人机产业的发展贡献力量。如需了解更多信息，敬请访问：www.doosanmobility.com。
 
关于 Vicor 公司
Vicor公司始终致力于设计、开发、制造和销售基于各种专利技术的模块化电源组件和完整的电源系统。公司总部设在马萨诸塞州安多弗，产品销往各大电源系统市场，包括企业与高性能计算、工业设备与自动化、电信及网络基础架构、汽车与交通运输，以及航空航天与国防等。www.vicorpower.cn
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