齊志剛：電動(dòng)無(wú)人機(jī)優(yōu)點(diǎn)多 是未來發(fā)展趨勢(shì)
2016-11-29 14:39:40
摘要：武漢眾宇副總齊志剛表示，電動(dòng)化是發(fā)展的趨勢(shì)，電動(dòng)無(wú)人機(jī)優(yōu)點(diǎn)很多，操作比較簡(jiǎn)單、可靠性高、飛行高度也可以增加，壽命也會(huì)比較長(zhǎng)。
以下為齊志剛演講文字實(shí)錄：
齊志剛：今天給大家介紹一下國(guó)產(chǎn)無(wú)人機(jī)，公司是致力于開發(fā)和生產(chǎn)燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，現(xiàn)在員工50多名，其中四位是留學(xué)歸國(guó)人員，公司也開發(fā)一些跟開發(fā)燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)上需要的關(guān)鍵核心輔助部件，現(xiàn)在已經(jīng)和幾家車企簽署了物流車的協(xié)議。公司參與了15項(xiàng)燃料電池的制修訂工作，我們本人參與了30項(xiàng)，咱們國(guó)家發(fā)布了41項(xiàng)燃料電池方面的標(biāo)準(zhǔn)，我本人也是國(guó)際電工協(xié)會(huì)燃料電池技術(shù)分會(huì)第一工作組的牽頭人。
空氣冷電堆，主要是無(wú)人機(jī)、便攜式電源和備用電源，四川達(dá)州運(yùn)行了兩年多也比較好，水冷電堆是功率比較大，車用動(dòng)力電源和船用的輔電源，以及分布式電源。制解甲醇，基本上沒有能力做，但是公司有一定的技術(shù)儲(chǔ)備，關(guān)于制氫這塊，這是無(wú)人機(jī)上用的氣瓶是相對(duì)來說非常輕，儲(chǔ)氫量非常高，閥門的部件，核心的部件在全球是很難找到的，這是限制燃料電池發(fā)展的原因之一，空冷電堆一般電堆功率密度比水冷的低，整個(gè)系統(tǒng)是非常簡(jiǎn)單的，整個(gè)系統(tǒng)非常的輕，非常適合于無(wú)人機(jī)的應(yīng)用，因?yàn)闊o(wú)人機(jī)對(duì)重量要求非常苛刻。
空冷電堆在0.7伏左右的時(shí)候，功率密度達(dá)到0.6平方厘米，這對(duì)空冷電堆來說非常高，從整個(gè)電堆功率密度來講，1350瓦的電堆體積和質(zhì)量功率密度達(dá)到400和500瓦每公斤，我們也在進(jìn)行減重的工作，減重會(huì)達(dá)到600瓦每公斤，4500小時(shí)衰減10%，所以可靠性比較高，電堆的測(cè)試是24效果連續(xù)運(yùn)行，國(guó)內(nèi)能這么做的企業(yè)也不多。
減壓閥把70兆的氫氣減少到0.1兆帕，出口氫氣壓力非常的穩(wěn)定，閥只有200克，包括一些關(guān)鍵的部件，壓力傳感器、傳感器等功能閥門，可以批量化的生產(chǎn)，經(jīng)過改裝以后會(huì)拓展到大功率燃料電池的車用和船用的動(dòng)力系統(tǒng)上來。
無(wú)人機(jī)的發(fā)展情況，無(wú)人機(jī)發(fā)展速度非常快，無(wú)人機(jī)反恐、防火、測(cè)繪、農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域起到非常重要的作用，常規(guī)的無(wú)人機(jī)是以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的，但是有振動(dòng)、污染、噪音、隱蔽性比較差，現(xiàn)在電動(dòng)化是發(fā)展的趨勢(shì)，電動(dòng)無(wú)人機(jī)優(yōu)點(diǎn)很多，操作比較簡(jiǎn)單、可靠性高、飛行高度也可以增加，壽命也會(huì)比較長(zhǎng)。在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域如果用內(nèi)燃機(jī)一般只能累計(jì)飛行一百小時(shí)，所以壽命是很短的，因?yàn)橐獮榱藴p重，所以把無(wú)人機(jī)造的壽命并不長(zhǎng)。電動(dòng)化過程中電池是最簡(jiǎn)單的選擇，一開始發(fā)展的時(shí)候是電池為動(dòng)力的無(wú)人機(jī)，但是大家知道，跟機(jī)車上用的電池一樣也有問題，關(guān)鍵是電池能量密度比較低，飛機(jī)連續(xù)飛行的時(shí)間比較短，多旋翼的無(wú)人機(jī)電池飛不過一個(gè)小時(shí)，所以燃料電池成為最佳的選擇，關(guān)于固定翼無(wú)人機(jī)，有內(nèi)燃機(jī)和電驅(qū)動(dòng)，不管用什么驅(qū)動(dòng)，一定要滿足這些要求，首先要能夠維持水平飛行、爬行和機(jī)動(dòng)飛行提供動(dòng)力，要滿足真實(shí)的情況或者是天氣惡劣情況下的飛行，要與系統(tǒng)里的導(dǎo)航和自動(dòng)控制設(shè)備提供能力。目前超過80%的固定翼無(wú)人機(jī)是采用內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)航時(shí)比較長(zhǎng)，但是振動(dòng)噪音也是問題，電動(dòng)無(wú)人機(jī)從五年前不足10%現(xiàn)在接近20%，發(fā)展速度非常快。
用柴油的話增加一個(gè)小時(shí)是增加一升柴油的重量，時(shí)間飛的越長(zhǎng)，用請(qǐng)燃料電池反倒比用液體燃料飛行的時(shí)間更長(zhǎng)，這是很大的優(yōu)勢(shì)。國(guó)外固定翼燃料電池飛行了48小時(shí)，但是采用的是液體的燃料。圖上看到48小時(shí)連續(xù)飛行的記錄，平時(shí)大部分時(shí)間需要300瓦，起飛的時(shí)候達(dá)到600瓦，這是燃料電池?zé)o人機(jī)的應(yīng)用要求過載能力非常大，否則飛機(jī)跑道需要很長(zhǎng)才能起飛，飛機(jī)空中飛要考慮風(fēng)速的影響，過載率不高，大風(fēng)的時(shí)候會(huì)把飛機(jī)吹下來，風(fēng)比較大的時(shí)候需求的功率達(dá)到600瓦左右。
多旋翼無(wú)人機(jī)，現(xiàn)在比固定翼發(fā)展的更快，比較燃料電池多旋翼、電池多旋翼和燃油直升機(jī)續(xù)航時(shí)間、使用壽命、可靠性、振動(dòng)及噪音，和使用成本上的比較，燃料電池在這幾項(xiàng)中都占有優(yōu)勢(shì)。國(guó)際上多旋翼無(wú)人機(jī)，加拿大的公司飛了3小時(shí)40分鐘，實(shí)際情況下，我們已經(jīng)飛到了4小時(shí)33分鐘，這是現(xiàn)在的世界紀(jì)錄。
中宇多旋翼無(wú)人機(jī)發(fā)展歷程，2015年1月份到6月份是驗(yàn)證，當(dāng)時(shí)心里也沒譜，不敢包括利用燃料電池把無(wú)人機(jī)飛起來，第二階段是實(shí)用化，主要進(jìn)行了一些工作，完成可續(xù)航兩小時(shí)，打在兩到三公斤多旋翼無(wú)人機(jī)的平臺(tái)開發(fā)，采取大量減重的措施，實(shí)現(xiàn)了野外飛行三小時(shí)的世界紀(jì)錄，采用新型的飛控機(jī)任務(wù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)鏈拓展到十公里，升力效率達(dá)到12到15克每瓦，多旋翼無(wú)人機(jī)知道飛機(jī)大概多重，需要燃料電池加上電池的功率需要多少。2016年1月份到現(xiàn)在，向產(chǎn)品化進(jìn)軍，實(shí)現(xiàn)野外飛行4.5小時(shí)世界紀(jì)錄，抗風(fēng)能力達(dá)到12到14米每秒，瞬間抗七級(jí)風(fēng)，在新疆進(jìn)行的測(cè)試，完成了環(huán)境溫度的測(cè)試，燃料電池系統(tǒng)和電池系統(tǒng)快速的互換，現(xiàn)在無(wú)人機(jī)銷售的價(jià)格相對(duì)是比較好的，客戶想買一臺(tái)有的時(shí)候需要用電池、有的時(shí)候需要用燃料電池，我們就讓它能夠互換，用電池有很大的優(yōu)勢(shì)，電池如果倍率非常大雖然飛的時(shí)間短，但是能帶動(dòng)大的載荷。
實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)了系列化，現(xiàn)在開發(fā)載荷5公斤、續(xù)航超過1.5小時(shí)的產(chǎn)品。如圖，多旋翼無(wú)人機(jī)雖然也有額外的功率需求，但是一直要抵抗重力所以功率一直都是比較高的，也不會(huì)出現(xiàn)一開始固定翼一開始起飛時(shí)候的功率密度要求那么大，但是多旋翼一直要求很高的功率。
主要是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的模擬測(cè)試，根據(jù)飛行中功率的變化和需求對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，每天下班以后開始測(cè)試，因?yàn)闇y(cè)試過程中噪音會(huì)比較大，用風(fēng)扇類似的東西噪音比較大，所以夏天測(cè)試超過十個(gè)小時(shí)，近一年時(shí)間中累計(jì)測(cè)試1400小時(shí)，測(cè)試的目的是不同情況下單次連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間，系統(tǒng)累計(jì)運(yùn)行衰減情況和，無(wú)人機(jī)的電條、電機(jī)、螺旋槳的可靠性，產(chǎn)品化的動(dòng)力系統(tǒng)，燃料電池整個(gè)的系統(tǒng)和儲(chǔ)氫的模塊，這是針對(duì)使用無(wú)人機(jī)的客戶來提供的。
環(huán)境溫度達(dá)到40度，當(dāng)時(shí)測(cè)的時(shí)候，當(dāng)時(shí)一代達(dá)到37度，這是環(huán)境溫度對(duì)它的影響。5升、9升、20升的氣瓶，匯報(bào)固定翼的無(wú)人機(jī)，固定翼的無(wú)人機(jī)飛起來比較的好飛，2015年2月份到6月份實(shí)用化，6月份實(shí)現(xiàn)了續(xù)航8小時(shí)，目標(biāo)是帶三公斤實(shí)現(xiàn)續(xù)航12小時(shí)，大部分飛行的時(shí)間只有300多瓦，但是飛機(jī)起飛的時(shí)候是1100多瓦，過載三四倍。
多旋翼和固定翼，固定翼飛20次，多旋翼是室內(nèi)飛了50次，測(cè)試的內(nèi)容不同的環(huán)境條件，不同的機(jī)型，不同的電堆、燃料電池系統(tǒng)、飛控、客戶演示等等。標(biāo)準(zhǔn)制定的問題無(wú)人機(jī)用燃料電池全球都沒有標(biāo)準(zhǔn)，我們和國(guó)家標(biāo)委會(huì)合作制定團(tuán)標(biāo)，第一是無(wú)人機(jī)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是使用氫氣為燃料為微型輕型無(wú)人機(jī)做燃料電池標(biāo)準(zhǔn)，修改了三次，測(cè)試的內(nèi)容共19大項(xiàng)需要測(cè)試，跟燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)相配套的燃料系統(tǒng)，也有個(gè)定義，燃料系統(tǒng)是可以很復(fù)雜的，但是無(wú)人機(jī)是需要盡量的簡(jiǎn)化，因?yàn)橹亓渴欠浅ｊP(guān)鍵的，保證安全性的情況下很多部件最好不需要使用，這里就提出了可選的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試的內(nèi)容是9項(xiàng)，國(guó)家燃料電池標(biāo)委會(huì)把無(wú)人機(jī)燃料電池標(biāo)準(zhǔn)列入明年的計(jì)劃中，前幾天去韓國(guó)開會(huì)，提到了國(guó)內(nèi)燃料電池?zé)o人機(jī)的情況，建議國(guó)家把燃料電池?zé)o人機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)向IEC提出申請(qǐng)，希望IEC做國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，被IEC接受的話這將是據(jù)我所知是中國(guó)唯一一個(gè)中國(guó)提議并被采納的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
環(huán)境適應(yīng)性，0度以下或者是溫度很高的情況下，對(duì)燃料電池也是個(gè)考驗(yàn)，尤其是空冷電堆，最大的缺點(diǎn)是耐高溫的能力比較差，因?yàn)槭峭ㄟ^空氣進(jìn)行冷卻的，如何適應(yīng)更廣的溫度范圍，還有大雨天，還有糟糕的空氣質(zhì)量。通過各種化學(xué)的制氫是可以的而且儲(chǔ)氫量也并不多，30到70兆帕的氫氣加氫站也不普及，需要暫時(shí)為客戶提供氫氣加壓的裝置，不但要賣燃料電池系統(tǒng)還要提供一套氫氣加壓的方式，現(xiàn)有的配套設(shè)備單次連續(xù)運(yùn)營(yíng)和累計(jì)運(yùn)行壽命不足，現(xiàn)在電池?zé)o人機(jī)好多部件，比如說多旋翼的是不能飛行超過一個(gè)小時(shí)的，超過一個(gè)小時(shí)有些部件燒掉了，有的時(shí)候我們和無(wú)人機(jī)企業(yè)進(jìn)行合作進(jìn)行改進(jìn)，沒有現(xiàn)成的。
多旋翼和固定翼燃料電池有效把電池和燃機(jī)優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，這是剛性的需求，最容易被市場(chǎng)接受，市場(chǎng)容量很可觀，高壓氫氣是目前最實(shí)用的供氫方式，氫氣的質(zhì)量比達(dá)到10%，這是非常高的。做標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，疲勞次數(shù)，車用氣瓶次數(shù)是一萬(wàn)五千次，加氫站的缺乏為加氫帶來了不便，用戶最喜歡的是電，不要通過氣來增壓，因?yàn)殡娮罘奖悖F(xiàn)有的無(wú)人機(jī)配套設(shè)備根據(jù)長(zhǎng)航時(shí)的特性進(jìn)行改進(jìn)，謝謝大家！(能源新聞網(wǎng))
