无人机能源系统

1、一、 太阳能飞机现实状况与趋势1、太阳能飞机发展历史试飞年月名称重量功率太阳电池数目储能电池1974美国Sunrise I翼展9.76m重量12.25kg450W4096片1975美国SunriseII翼展9.76m重量10.21kg600W4480片 14%1976德国Solaris在50米高度进行了三次150秒飞行1976美国Solar Solitude飞行距离抵达38.84km，两年后抵达非常高度1283m1990德国Solar Excel飞行距离抵达190km，速度抵达62.15km/h(模型)1998德国Picosol重量159.5g翼展1.11m8.64w1）、无人机探索阶段1无人

2、机能源系统第1页一、 太阳能飞机现实状况与趋势试飞年月名称重量功率太阳电池数/飞行时间及距离储能电池1979美国Solar Riser翼展9.76m重量12.25kg350W10分钟、800m距离Ni-Cd蓄电池1980美国Gossamer Penguin成功进行了第一次载人太阳能飞机飞行1981美国Solar Challenger2.5kw16128片/5小时23分钟，262.3km无1990美国Sunseeker实现了跨越美国飞行（飞行21次，121小时）2）、尝试载人阶段2无人机能源系统第2页一、 太阳能飞机现实状况与趋势试飞年月名称重量功率太阳电池数/飞行时间及距离储能电池1994-1

3、998美国PathfinderNASA环境研究计划30m翼展重量254kg，飞行高度抵达15392m1997-1999美国CenturionNASA遥感、通信平台研究计划翼展是Pathfinder两倍，可携带超出300kg遥感及通信设备，飞行高度达24400m，锂电池储能，日落后可连续飞行2-5小时1994-美国HellosNASA飞行高度29524m，其中有40分钟以上在29261m高空飞行1994-1998欧洲，Solitair5.2m翼展，可调整角度太阳能电池帆板-欧洲 Heliplat用于宽频通信和地球观察，24米翼展，后期改为Shampo美国Solong飞行二十四小时11分钟，无储能

4、，4.74m翼展，11.5kg，同年6月实现了48小时16分钟飞行,76片20%SunPower A-300电池,约300W英国 Zephyr飞行6小时，高度7925m，实现18小时飞行，实现54小时飞行，打破了无人机飞行时间统计，高度抵达17786m，重量30kg，18m 翼展。-瑞士新一代Solar-Impulse开始，80m翼展，kg重量，将于实现环球飞行。3）、高空长距离发展阶段3无人机能源系统第3页1）、瑞士“Solar Impulse”号11628块150微米厚薄硅电池12%转换效率220Wh/kg高能密度比蓄电池63.4米翼长1600千克重量,首架可昼夜飞行太阳能飞机由苏威、欧米

5、伽、德意志银行等共同投资一、 太阳能飞机现实状况与趋势2、太阳能飞机主要项目4无人机能源系统第4页2）、瑞士“SkySailor”号苏黎世瑞士联邦理工学院和欧洲宇航局合作设计216块超薄硅电池220Wh/kg高能密度比蓄电池27小时连续飞行统计3.2米翼长2.41Kg轻巧机身一、 太阳能飞机现实状况与趋势5无人机能源系统第5页3）、英国Zephyr“西风”号由英国QinetiQ企业为英国国防部研制历经6代更新柔性非晶硅太阳电池(unisolar)12米翼展12Kg机身重量4万米最大飞高度82.5小时世界最长飞行时间采取锂硫电池组,576只单体电池作48并12串组合，总重约10kg，单体电池质量

6、能量密度到达350Wh/kg一、 太阳能飞机现实状况与趋势6无人机能源系统第6页4）、德国“SunSeaker”号德国SolarFilght企业和日本Sanyo企业合作开发高效单晶硅电池氢氧燃料电池一、 太阳能飞机现实状况与趋势7无人机能源系统第7页共使用264片单结GaAs太阳电池，效率17.88%，电池尺寸66cm ，单片电池功率0.49W，总功率130W。5）、NASA无人机（GaAS）NASA研制一个小型无人机，机身长2m，翼展4.7m，重9.2kg。这种飞机设计为短程使用，所以没有储能设备。一、 太阳能飞机现实状况与趋势8无人机能源系统第8页电池安装在机翼上条格中，电池和机翼使用硅胶

7、粘结，同时在二者之间贴有泡沫垫片，防止电池在粘结过程中破损。电池和电池之间使用1mm0.5mm银条串联，银条和电池使用焊接连接技术。 一、 太阳能飞机现实状况与趋势9无人机能源系统第9页 Pathfinder使用了三种硅太阳电池作为电源，厚度110um是双面电池，厚度150um是薄硅电池，厚度350um是普通硅电池。电池尺寸均为67.3mm69.8mm，双面电池平均效率15%，薄硅电池平均效率15.7%。 6）、NASA无人机(三种硅电池)太阳电池组件由8行7列共56片太阳电池组成，以下列图所表示。行列间隔为0.51mm。每个组件装有7个旁路二极管。组件中电池间连接使用25um厚银箔。 一、

8、太阳能飞机现实状况与趋势10无人机能源系统第10页1994年，NASA开始高空太阳能无人机研究，其目标就是研制一个在高空中可长时间飞行飞行器，且有一定负载能力，用于大气观察等用途。NASA高空太阳能无人机一共发展了Pathfinder，Centurion，Helios等5个型号。 一、 太阳能飞机现实状况与趋势11无人机能源系统第11页PathfinderPathfinder-PlusCenturionHelios HP01Helios HP03长度 (m)3,63,6 3,63,65,0翼展 (m)29,536,361,875,3飞行速度 (km/h)27-3127-3127-3330.6-

9、43.5n/a爬高纪录 (m) 21,80224,445n/a29,52319,812净重 (kg)207247.5592600n/a最大起飞重量 (kg)2523158629291,052负载 (kg)4567,5270329n/a发动机1.5kW直流电机发动机数量68141410太阳电池阵功率7.512.531n/an/a储能电池蓄电池蓄电池锂电池锂电池燃料电池各型号无人机一些主要参数 一、 太阳能飞机现实状况与趋势12无人机能源系统第12页 Pathfinder用组件功率和质量(AM0,25) 电池类型薄硅双面电池厚度（um）150110电池质量（g）118.277.3组件质量（g）17

10、5.6134.7组件输出功率（W）55.2553.34质量功率比（W/kg）315396后面电池功率（W）08质量功率比（W/kg）315455组件采取了层压技术，由上下两组Tedlar膜和硅橡胶组成，将太阳电池密封在中间。Tedlar膜厚度为12.5um，硅橡胶厚度为50um。 一、 太阳能飞机现实状况与趋势无人机能源系统第13页高空飞行并长时间滞空短程不采取储能设施，简单可靠采取更为高效、智能电源系统一、 太阳能飞机现实状况与趋势3、太阳能飞机发展趋势14无人机能源系统第14页二、太阳能飞机电源技术发展趋势1、太阳能飞机电源系统 能源分系统为飞机动力、控制及任务载荷等提供能源，是整个飞机能

11、量唯一起源，可采取： 太阳电池阵 储能电池（锂离子、锂硫蓄电池组等） 控制系统 光照条件下，太阳电池为负载供电并为蓄电池进行充电； 无光照条件下，蓄电池放电为飞机供电，以维持系统正常功效。15无人机能源系统第15页 二、太阳能飞机电源技术发展趋势2、太阳能飞机电源关键技术高效太阳电池方阵技术高比能量蓄电池组技术智能化控制技术16无人机能源系统第16页 二、太阳能飞机电源技术发展趋势高效太阳电池方阵技术1）、电池逐步高效化2）、方阵逐步柔性化3）、电池排布采取分布式设计太阳电池种类效 率 （%）AM0质量比功率（W/kg）（AM0）高效硅太阳电池1555单结砷化镓太阳电池1965三结砷化镓太阳电

12、池28105柔性非晶硅薄膜太阳电池9300柔性铜铟硒薄膜太阳电池12400太阳电池性能指标现实状况17无人机能源系统第17页 这是由NASA设计一个硅电池阵由3串30片共90片硅太阳电池组成，每片电池63.5cm。总功率22.5W。电池片排布18无人机能源系统第18页 二、太阳能飞机电源技术发展趋势高比能量蓄电池组技术不一样高度储能电池容量影响19无人机能源系统第19页 二、太阳能飞机电源技术发展趋势锂离子电池和锂硫电池性能参数比较电池体系电极材料理论容量(mAh/g)实际容量(mAh/g)理论比能量Wh/kg实际比能量Wh/kg锂离子电池LiCoO2正极275140568160200石墨负极

13、372330锂硫电池S8正极167570010002600350远期600金属锂负极3861100020无人机能源系统第20页 二、太阳能飞机电源技术发展趋势智能化控制技术机翼改变智能化:辐照度随时间天气角度改变21无人机能源系统第21页 二、太阳能飞机电源技术发展趋势模块化:22无人机能源系统第22页1）高效太阳电池阵和锂离子蓄电池组相结合方案 储能电源采取高比能量聚合物锂离子蓄电池组，聚合物锂离子电池含有比能量更高、安全性好、循环寿命更长等优势。 3、 未来系统能源方案选择二、太阳能飞机电源技术发展趋势23无人机能源系统第23页2）高效太阳电池和可再生燃料电池相结合方案 可再生燃料电池含有高比能量和比功率，而且克服了蓄电池自放电、放电深度及电池容量有限等弱