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优化电源管理芯片 延长无人机电池续航时间

关键词:无人机行业发展迅猛 电源管理芯片

时间:2016-06-02 14:21:47       作者:陈炳欣       来源:中国电子报

近年来,无人机行业发展异常迅猛,市场上出现了大疆、科比特航空等一批知名企业,并且引起资本及各行业巨头的持续关注。但是,续航时间短等问题(一般的消费级无人机只有20分钟左右)仍在限制着无人机的应用与发展。如何解决电池续航问题?IC产品在这个方面可以发挥什么样的作用?

  17分钟续航电力成制约

  随着科学技术的发展,近年来无人机从军事领域拓展到民用领域,逐渐受到市场热捧。按照研究机构BI Intelligence的预测,未来10年民用无人机将占整个无人机市场12%的份额,价值为980亿美元。当前我国无人机市场规模在30亿元左右,随着我国低空空域的开放以及无人机监管政策的完善,未来10年,我国民用无人机的增速有望超过30%。

  然而,在无人机市场快速启动的同时,续航能力有限等制约因素也逐渐凸显出来。以“无人机”开发为创业方向的晓方科技合伙人刘锐告诉记者,续航时间一直是限制无人机技术发展的瓶颈。目前,市面上的无人机主要采用锂电池作为主要动力,续航能力一般在20分钟至30分钟之间。这是无人机发展的一个重大短板,大大限制了无人机行业的整体发展潜力。

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  而根据记者的调查,目前市面上包括大疆无人机在内的多旋翼无人机大多使用锂电池作为能源。因为锂电采购方便,工艺成熟,但因个体差异,电芯无法做到100%均衡的充放电,且大功率电池的充电时间比较长,使用起来较为麻烦。最让人头疼的是其续航时间,300克重量的锂电池理论上只能让500克重的无人机飞行17分钟,即使考虑到技术差异以及机体重量等因素,绝大多数产品的续航时间都在45分钟以内。而充电一次的时间却要超过1小时。

  因此,如何提升无人机的续航时间让其满足消费级以至工业级市场的需求,成为所有无人机厂商必须要面对的挑战。

  电源管理技术作用巨大

  如何解决无人机电池续航能力有限这个主要问题呢?对此,江苏宏云总经理陶建中表示,在锂电材料没有突破性进展的情况下,解决无人机电力问题的途径主要有两条:有的厂商开始尝试采用新的电池材料替代锂电;此外采用电源管理芯片实现有效的电量管理,尽量延长续航能力、实现快速充电,也是解决问题的办法之一。

  2015年5月,新加坡HUS公司研发出首个使用氢燃料电池的多轴无人机HYCOPTER,空载情况下能够连续飞行4个小时,即使1千克满载情况下仍能支撑150分钟。目前大疆、科比特航空等厂商也都在进行采用氢燃料电池的尝试。

  不过,锂电池作为最常见的电池材料,由于其为固体电源,技术成熟、使用安全,仍是消费级无人机最优先的电力选择。比如2015年9月,电动汽车领域的佼佼者特斯拉公开发布了一款专门针对航拍应用的无人机原型。凭借其在电池及电源管理技术上的实力,特斯拉公司在该款无人机上搭载了10000mAh的电池,单次充电可持续飞行60分钟,充电时间仅为20分钟左右。

  在此情况下,优越的电源管理芯片技术就成为影响无人机市场成败的关键因素之一。

  寻求平衡充电是关键点

  那么,当前电源管理芯片技术在无人机市场的发展情况是怎样的?根据赛微微电子公司的介绍,电池管理芯片是对电子设备的电池进行状态监测、充电管理和安全保护管理的芯片,它可以进行充电电流电压控制、电池使用安全保障以及准确的电池剩余容量预测等。电池管理IC性能的好坏,对电子设备的运行与使用安全有极大的影响。

  意法半导体IPD/AMS市场及应用部技术产品市场经理王巧娣也表示,电源管理芯片的应用一直十分广阔,智能手机、笔记本电脑、充电宝、平板电脑、智能穿戴设备等产品中,都广泛地使用电源管理芯片。与此同时,随着电子产品用电量的逐渐增大,通过电源管理芯片实现快速充电,已经成为当前市场的显学。

  目前,智能手机仍是快速充电应用的最大市场。高通、联发科、TI、苹果、OPPO都在主导自有标准的快充方案。2016年高通、联发科智能手机芯片平台持续升级,苹果也决定将手机新品电源供应器瓦数由原先15W增至20W,希望通过更高的电流缩短充电时间,达到快速充电的效果。

  无人机则是快速充电技术最新的也最有潜力的应用市场。根据陶建中的介绍,从电源管理芯片来讲,智能手机与无人机的解决方案大同小异。但是手机充电要受到USB接口和电池的制约,USB接口一般是5V供电。目前手机电池一般情况下最高是4.2V,快充的高电压最终要降至手机电池能够承受的电压,通过加大电流实现快充。而无人机快速充电的原理虽然与手机相同,同样需要提高电压或加大电流,不同的是无人机电池可能是几节锂电池串联(比如三节电池3×4=12V,即要对12V进行充电),因为实现了电池的串联,就需要考虑平衡充电的问题,以防充电不平衡引起事故。

  至于未来的技术发展,手机快充技术一方面尽力寻找提供高电压(如12V)的方法,供手机转化为高电流,另一方面要注意手机和适配器的通信协议,防止高电压把手机烧坏。无人机则没有这方面的限制,只要给每节电池提供最大能承受的电压和电流,就是最快的了。因此,未来无人机快充技术还有很大发展空间。

 

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