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優化電源管理芯片 延長無人機電池續航時間
 

近年來,無人機行業發展異常迅猛,市場上出現了大疆、科比特航空等一批知名企業,并且引起資本及各行業巨頭的持續關注。但是,續航時間短等問題(一般的消費級無人機只有20分鐘左右)仍在限制著無人機的應用與發展。如何解決電池續航問題?IC產品在這個方面可以發揮什么樣的作用?

17分鐘續航電力成制約

  隨著科學技術的發展,近年來無人機從軍事領域拓展到民用領域,逐漸受到市場熱捧。按照研究機構BI Intelligence的預測,未來10年民用無人機將占整個無人機市場12%的份額,價值為980億美元。當前我國無人機市場規模在30億元左右,隨著我國低空空域的開放以及無人機監管政策的完善,未來10年,我國民用無人機的增速有望超過30%。

  然而,在無人機市場快速啟動的同時,續航能力有限等制約因素也逐漸凸顯出來。以“無人機”開發為創業方向的曉方科技合伙人劉銳告訴記者,續航時間一直是限制無人機技術發展的瓶頸。目前,市面上的無人機主要采用鋰電池作為主要動力,續航能力一般在20分鐘至30分鐘之間。這是無人機發展的一個重大短板,大大限制了無人機行業的整體發展潛力。

  而根據記者的調查,目前市面上包括大疆無人機在內的多旋翼無人機大多使用鋰電池作為能源。因為鋰電采購方便,工藝成熟,但因個體差異,電芯無法做到100%均衡的充放電,且大功率電池的充電時間比較長,使用起來較為麻煩。最讓人頭疼的是其續航時間,300克重量的鋰電池理論上只能讓500克重的無人機飛行17分鐘,即使考慮到技術差異以及機體重量等因素,絕大多數產品的續航時間都在45分鐘以內。而充電一次的時間卻要超過1小時。

  因此,如何提升無人機的續航時間讓其滿足消費級以至工業級市場的需求,成為所有無人機廠商必須要面對的挑戰。

電源管理技術作用巨大

  如何解決無人機電池續航能力有限這個主要問題呢?對此,江蘇宏云總經理陶建中表示,在鋰電材料沒有突破性進展的情況下,解決無人機電力問題的途徑主要有兩條:有的廠商開始嘗試采用新的電池材料替代鋰電;此外采用電源管理芯片實現有效的電量管理,盡量延長續航能力、實現快速充電,也是解決問題的辦法之一。

  2015年5月,新加坡HUS公司研發出首個使用氫燃料電池的多軸無人機HYCOPTER,空載情況下能夠連續飛行4個小時,即使1千克滿載情況下仍能支撐150分鐘。目前大疆、科比特航空等廠商也都在進行采用氫燃料電池的嘗試。

不過,鋰電池作為最常見的電池材料,由于其為固體電源,技術成熟、使用安全,仍是消費級無人機最優先的電力選擇。比如2015年9月,電動汽車領域的佼佼者特斯拉公開發布了一款專門針對航拍應用的無人機原型。憑借其在電池及電源管理技術上的實力,特斯拉公司在該款無人機上搭載了10000mAh的電池,單次充電可持續飛行60分鐘,充電時間僅為20分鐘左右。

  在此情況下,優越的電源管理芯片技術就成為影響無人機市場成敗的關鍵因素之一。

  尋求平衡充電是關鍵點

  那么,當前電源管理芯片技術在無人機市場的發展情況是怎樣的?根據賽微微電子公司的介紹,電池管理芯片是對電子設備的電池進行狀態監測、充電管理和安全保護管理的芯片,它可以進行充電電流電壓控制、電池使用安全保障以及準確的電池剩余容量預測等。電池管理IC性能的好壞,對電子設備的運行與使用安全有極大的影響。

  意法半導體IPD/AMS市場及應用部技術產品市場經理王巧娣也表示,電源管理芯片的應用一直十分廣闊,智能手機、筆記本電腦、充電寶、平板電腦、智能穿戴設備等產品中,都廣泛地使用電源管理芯片。與此同時,隨著電子產品用電量的逐漸增大,通過電源管理芯片實現快速充電,已經成為當前市場的顯學。

  目前,智能手機仍是快速充電應用的最大市場。高通、聯發科、TI、蘋果、OPPO都在主導自有標準的快充方案。2016年高通、聯發科智能手機芯片平臺持續升級,蘋果也決定將手機新品電源供應器瓦數由原先15W增至20W,希望通過更高的電流縮短充電時間,達到快速充電的效果。

  無人機則是快速充電技術最新的也最有潛力的應用市場。根據陶建中的介紹,從電源管理芯片來講,智能手機與無人機的解決方案大同小異。但是手機充電要受到USB接口和電池的制約,USB接口一般是5V供電。目前手機電池一般情況下最高是4.2V,快充的高電壓最終要降至手機電池能夠承受的電壓,通過加大電流實現快充。而無人機快速充電的原理雖然與手機相同,同樣需要提高電壓或加大電流,不同的是無人機電池可能是幾節鋰電池串聯(比如三節電池3×4=12V,即要對12V進行充電),因為實現了電池的串聯,就需要考慮平衡充電的問題,以防充電不平衡引起事故。

  至于未來的技術發展,手機快充技術一方面盡力尋找提供高電壓(如12V)的方法,供手機轉化為高電流,另一方面要注意手機和適配器的通信協議,防止高電壓把手機燒壞。無人機則沒有這方面的限制,只要給每節電池提供最大能承受的電壓和電流,就是最快的了。因此,未來無人機快充技術還有很大發展空間。

 

 

 
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