燃料电池研发进展概述课件

深圳市大疆联创科技有限公司地址：深圳市龙岗区坂田上雪科技园深圳市大疆联创科技有限公司地址：深圳市龙岗区坂田上雪科技园1目录◆燃料电池概述◆大疆联创简介◆新型燃料电池动力多旋翼无人机研发进程◆新型燃料电池动力固定翼无人机研发进程目录◆燃料电池概述2氢为燃料、为能量载体的时代正在稳步到来…….燃料电池概述氢为燃料、为能量载体的时代正在稳步到来…….燃料电池概述3燃料电池原理氢气+氧气=电+水+热燃料电池原理氢气+氧气=电+水+热4为什么效率高？多次转化导致效率低下天然气或者煤等燃料的化学能燃烧产生热能热能转化为机械能机械能再转化为电能输送到终端被使用一次转化天然气或者氢气等燃料的化学能直接转化为电能就地使用燃料电池:一级能量转化STEP01STEP02STEP03STEP04STEP05STEP01为什么效率高？多次转化导致效率低下天然气或者煤等燃料的化学能5燃料电池的应用5MW300kW5kW1kW

100W以下社区,医院,商业大楼,工厂,火车,飞机,潜艇…大型无人机公共汽车,小汽车,货车,小火车,备用应急电源…中型无人机、家用电源,叉车,轮椅,摩托车、基站备用电源小型无人机、笔记本电脑,摄像机,电动自行车,及其他移动用电设备…微型无人机、玩具,手机等小功率移动用电设备…燃料电池的应用5MW社区,医院,商业大楼,工厂,大型6大疆联创简介大疆联创简介7公司状况2011年6月注册注册资金100万元人民币，实际投入500余万元集开发、生产和销售燃料电池与无人机系统设备高科技企业中国电器工业协会燃料电池分会理事会长单位现有全职员工35名，全为本科以上学历，其中博士5名，高工4名公司状况2011年6月注册8公司核心团队成员参与了波音公司推出的世界上首架载人燃料电池飞机，为该飞机提供了动力系统。2008年在西班牙试飞成功。动力系统功率40kW，由两个20kW的燃料电池电堆组成，使用碳纤氢气瓶。动力系统公司核心团队成员参与了波音公司推出的世界上首架载人燃料电池飞9核心市场核心市场10技术平台风冷

针对备用电源及无人机动力

世界一流的功率密度

超过4500小时不间断测试，预期寿命达到10000小时。高可靠性

从批量生产的角度来进行电池设计1kW发电模块技术平台风冷1kW发电模块11技术平台水冷

针对大型动力系统、备用电源设计

世界一流的功率密度(2.7kW/L,2.9kW/kg)寿命超过20000小时高可靠性

从批量生产的角度来进行电池设计

金属双极板设计

高性能镀层一体化密封操作方便，实现高效率生产技术平台水冷金属双极板设计12燃料电池多旋翼无人机2小时！——让多旋翼无人机真正实用燃料电池多旋翼无人机2小时！——让多旋翼无人机真正实用13现状现状14优势●我们意识到了燃料电池在能量密度上的优势，于2014年底开始尝试在无人机上应用燃料电池技术●大疆联创的XFM系列燃料电池多旋翼无人机研发已经进入第三阶段优势●我们意识到了燃料电池在能量密度上的优势，于2014年底15大疆联创的发展计划第一阶段时间：2015.1－2015.5内容：完成燃料电池动力用于多旋翼无人机的验证飞行第二阶段时间：2015.5－2015.8内容：完成可飞行2h、可搭载2－3kg任务载荷的产品化多旋翼无人机平台研发第三阶段时间：2015.8－2016.2内容：完善二阶段产品优化工作，并在其基础上研发1款更小型的便携式无人机和1款大载重型无人机。大疆联创的发展计划第一阶段时间：2015.1－2015.5内16第一阶段：国内第一！世界第二！第一阶段：国内第一！世界第二！17第二阶段：向实用型迈进第二阶段：向实用型迈进18第二阶段规划STEP1利用市场上成品组装验证机验证基础设计并试飞展开优化设计STEP2完成优化设计及试飞飞行器产品化、地面保障系统、服务体系建设STEP3完成原型机的调整、组装与试飞完善地面保障系统及售后服务体系第二阶段规划STEP1利用市场上成品组装验证机验证基础设计19第二阶段：STEP1进度：STEP1样机从6月初至今已完成多次试飞，为下一步工作打下良好基础。下图展示的就是STEP1的工程样机第二阶段：STEP1进度：STEP1样机从6月初至今已完成20第二阶段：STEP2进度：STEP2样机采用航天技术，进行了大量减重措施下图展示的就是STEP2的工程样机第二阶段：STEP2进度：STEP2样机采用航天技术，进行21STEP2试飞成果STEP2试飞成果22第二阶段：STEP3改进落实部件当前重量能实现重量减重说明机架330020001300当前机架采用成品型材加工，钢质螺栓紧固，重量较大；即将采用的机架经过有限元分析，全面优化，设计重量1900g燃料电池模块33003200100当前模块未对无人机应用进行深度优化，重量较大；已经完成的模块在相同输出功率下减重目标已达成，正在进行地面测试高压气瓶32503100150当前采用成品5L30MPa气瓶；采用国产航天用高压气瓶，14L23MPa，容量增加1倍多，重量减轻100克电子调速器63654096当前采用成品重量偏大；目前已经订制专门针对燃料电池优化的产品控制系统600350250控制系统的优化减重已经完成，目前正在进行地面测试线缆接头800600200验证机为保证灵活修改，线缆接头留有较大余量合计2096第二阶段：STEP3改进落实部件当前重量能实现重量减重说明机23第三阶段：计划目标第三阶段：计划目标24第三阶段：完善与发展现有型号完善1、先进储氢技术应用，相同重量可多储存30%的氢气2、产品外形完善，增强全天候能力、快速部署能力1、地面保障系统完善，包括运载车辆、燃料补给、维护体系等2、售后服务体系完善，包括人员培训、产品大修等等型号的扩展1、研发1款轻小型长航时平台，全重6kg，载荷1kg，续航时间2h以上，可单兵携行，快速展开。2、研发1款更大载重的长航时飞行平台，续航时间视载荷而定。面向公安警用、应急救灾、电力架线等等行业应用第三阶段：完善与发展现有型号完善1、先进储氢技术应用，相同重25燃料电池固定翼无人机更远！更高！更强！燃料电池固定翼无人机更远！更高！更强！26现状－燃料电池应用于固定翼较早UAV动力内燃机电驱动活塞式发动机涡轮发动机喷气式发动机蓄电池太阳能电池燃料电池目前超过80%的无人机采用内燃机驱动电动无人机从5年前的不足10%，到现在近20%，呈现稳步上升趋势电动无人机的隐形性能优异，发射、操作和维修便捷内燃机驱动型无人机航时长、载荷量大燃料电池动力兼具电池驱动和内燃机的优点，此外还对环境无污染固定翼无人机动力系统需具备以下能力维持水平飞行爬升和机动飞行真实或恶略天气飞行给导航、自动操控系统等设备提供能量根据通信数据，实现任务载荷飞行现状－燃料电池应用于固定翼较早UAV动力内燃机电驱动活塞式发27无人机动力系统对比在小于2小时续航时间以内具有优势；但是更长的续航时间，必然导致重量的成比例增长，且优化空间很小。目前锂电池无人续航时间不超过3小时。生命周期内性能衰减较大。充电时间长。锂电池最长记录续航48小时。生命周期内性能衰减小。氢气加注时间短。燃料电池目前可以续航60小时以上。生命周期内性能不会衰减。燃油加注时间短。内燃机无人机动力系统对比在小于2小时续航时间以内具有优势；但是更长28无人机动力系统对比可随意启动、关闭、再启动。无需调试，操作简单。噪音和震动很小。锂电池介于内燃机和锂电池之间。随着燃料电池技术的成熟和模块化设计，便捷性可以接近锂电池。燃料电池系统复杂，专业程度高。使用调试麻烦。噪音大，震动大。需要大量的维护。内燃机无人机动力系统对比可随意启动、关闭、再启动。锂电池介于内燃机29无人机动力系统对比使用过程中零排放。生产和报废时会产生污染，需要企业进行严格管控生产环节并回收废旧电池按照规定进行处理。充电的电源效率跟内燃机一下，效率较低。锂电池只排放纯净水。从生产、使用到回收都不会产生任何污染。电转换效率~45%。燃料电池排放二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、粉尘等有害物质，污染环境。受卡诺循环限制，效率低，小型内燃机效率不足10%。内燃机无人机动力系统对比使用过程中零排放。锂电池只排放纯净水。燃30无人机动力系统对比危险性较高。锂的活性非常高，而且电池内部已经存在其燃烧或者爆炸所需要的所有物质，可以不依赖氧气燃烧，稍微管理不善可能就会出问题。锂电池氢气是最轻的、逃逸性最强的燃料，很难聚集。燃料电池工作的整个过程温度在80C以下，没有燃烧过程。海拔3000m以下，对燃料电池性能影响微乎其微。燃料电池技术成熟，安全。受海拔因素影响较大，会导致输出不足，严重时出现熄火，且没有重新启动可能。无人机启动时，需要人在螺旋桨旁做调试，容易出现危险。内燃机无人机动力系统对比危险性较高。锂的活性非常高，而且电池内部已31燃料电池UAV动力系统组成动力系统组成：燃料电池电堆供氢系统辅助监测、控制系统能量管理系统蓄电池组电动机燃料电池UAV动力系统组成动力系统组成：32大疆联创的固定翼无人机发展计划第一阶段时间：2014.10－2015.2内容：完成燃料电池动力用于固定翼无人机的验证飞行，续航时间2h第二阶段时间：2015.2－2015.6内容：完成可飞行8h、可搭载2kg任务载荷的产品化固定翼无人机平台研发第三阶段时间：2015.6－2015.12内容：完善二阶段产品优化工作，并应用最新技术成果完成1款翼展3m，任务载荷2kg，续航时间8h\自主起飞降落的固定翼飞行平台。大疆联创的固定翼无人机发展计划第一阶段时间：2014.10－33第一阶段：顺利完成第一阶段：顺利完成34阶段成果比较项目燃料电池系统（目前阶段）燃料电池系统（第二阶段）锂电池系统（成熟产品）重量4.5千克3.5千克4.3千克最大输出功率相当相当相当最大续航时间4小时8小时3小时功率输出灵活性一般好好系统复杂性复杂（定型模块化后）简单简单系统易用性差好好气候适应性中好好阶段成果比较项目燃料电池系统燃料电池系统锂电池系统重量4.535燃料电池vs.蓄电池燃料电池vs.蓄电池36第二阶段：目标达成第二阶段：目标达成37第三阶段：改进完善及新型号研发第三阶段：改进完善及新型号研发38燃料电池研发进展概述39深圳市大疆联创科技有限公司地址：深圳市龙岗区坂田上雪科技园深圳市大疆联创科技有限公司地址：深圳市龙岗区坂田上雪科技园40目录◆燃料电池概述◆大疆联创简介◆新型燃料电池动力多旋翼无人机研发进程◆新型燃料电池动力固定翼无人机研发进程目录◆燃料电池概述41氢为燃料、为能量载体的时代正在稳步到来…….燃料电池概述氢为燃料、为能量载体的时代正在稳步到来…….燃料电池概述42燃料电池原理氢气+氧气=电+水+热燃料电池原理氢气+氧气=电+水+热43为什么效率高？多次转化导致效率低下天然气或者煤等燃料的化学能燃烧产生热能热能转化为机械能机械能再转化为电能输送到终端被使用一次转化天然气或者氢气等燃料的化学能直接转化为电能就地使用燃料电池:一级能量转化STEP01STEP02STEP03STEP04STEP05STEP01为什么效率高？多次转化导致效率低下天然气或者煤等燃料的化学能44燃料电池的应用5MW300kW5kW1kW

100W以下社区,医院,商业大楼,工厂,火车,飞机,潜艇…大型无人机公共汽车,小汽车,货车,小火车,备用应急电源…中型无人机、家用电源,叉车,轮椅,摩托车、基站备用电源小型无人机、笔记本电脑,摄像机,电动自行车,及其他移动用电设备…微型无人机、玩具,手机等小功率移动用电设备…燃料电池的应用5MW社区,医院,商业大楼,工厂,大型45大疆联创简介大疆联创简介46公司状况2011年6月注册注册资金100万元人民币，实际投入500余万元集开发、生产和销售燃料电池与无人机系统设备高科技企业中国电器工业协会燃料电池分会理事会长单位现有全职员工35名，全为本科以上学历，其中博士5名，高工4名公司状况2011年6月注册47公司核心团队成员参与了波音公司推出的世界上首架载人燃料电池飞机，为该飞机提供了动力系统。2008年在西班牙试飞成功。动力系统功率40kW，由两个20kW的燃料电池电堆组成，使用碳纤氢气瓶。动力系统公司核心团队成员参与了波音公司推出的世界上首架载人燃料电池飞48核心市场核心市场49技术平台风冷

针对备用电源及无人机动力

世界一流的功率密度

超过4500小时不间断测试，预期寿命达到10000小时。高可靠性

从批量生产的角度来进行电池设计1kW发电模块技术平台风冷1kW发电模块50技术平台水冷

针对大型动力系统、备用电源设计

世界一流的功率密度(2.7kW/L,2.9kW/kg)寿命超过20000小时高可靠性

从批量生产的角度来进行电池设计

金属双极板设计

高性能镀层一体化密封操作方便，实现高效率生产技术平台水冷金属双极板设计51燃料电池多旋翼无人机2小时！——让多旋翼无人机真正实用燃料电池多旋翼无人机2小时！——让多旋翼无人机真正实用52现状现状53优势●我们意识到了燃料电池在能量密度上的优势，于2014年底开始尝试在无人机上应用燃料电池技术●大疆联创的XFM系列燃料电池多旋翼无人机研发已经进入第三阶段优势●我们意识到了燃料电池在能量密度上的优势，于2014年底54大疆联创的发展计划第一阶段时间：2015.1－2015.5内容：完成燃料电池动力用于多旋翼无人机的验证飞行第二阶段时间：2015.5－2015.8内容：完成可飞行2h、可搭载2－3kg任务载荷的产品化多旋翼无人机平台研发第三阶段时间：2015.8－2016.2内容：完善二阶段产品优化工作，并在其基础上研发1款更小型的便携式无人机和1款大载重型无人机。大疆联创的发展计划第一阶段时间：2015.1－2015.5内55第一阶段：国内第一！世界第二！第一阶段：国内第一！世界第二！56第二阶段：向实用型迈进第二阶段：向实用型迈进57第二阶段规划STEP1利用市场上成品组装验证机验证基础设计并试飞展开优化设计STEP2完成优化设计及试飞飞行器产品化、地面保障系统、服务体系建设STEP3完成原型机的调整、组装与试飞完善地面保障系统及售后服务体系第二阶段规划STEP1利用市场上成品组装验证机验证基础设计58第二阶段：STEP1进度：STEP1样机从6月初至今已完成多次试飞，为下一步工作打下良好基础。下图展示的就是STEP1的工程样机第二阶段：STEP1进度：STEP1样机从6月初至今已完成59第二阶段：STEP2进度：STEP2样机采用航天技术，进行了大量减重措施下图展示的就是STEP2的工程样机第二阶段：STEP2进度：STEP2样机采用航天技术，进行60STEP2试飞成果STEP2试飞成果61第二阶段：STEP3改进落实部件当前重量能实现重量减重说明机架330020001300当前机架采用成品型材加工，钢质螺栓紧固，重量较大；即将采用的机架经过有限元分析，全面优化，设计重量1900g燃料电池模块33003200100当前模块未对无人机应用进行深度优化，重量较大；已经完成的模块在相同输出功率下减重目标已达成，正在进行地面测试高压气瓶32503100150当前采用成品5L30MPa气瓶；采用国产航天用高压气瓶，14L23MPa，容量增加1倍多，重量减轻100克电子调速器63654096当前采用成品重量偏大；目前已经订制专门针对燃料电池优化的产品控制系统600350250控制系统的优化减重已经完成，目前正在进行地面测试线缆接头800600200验证机为保证灵活修改，线缆接头留有较大余量合计2096第二阶段：STEP3改进落实部件当前重量能实现重量减重说明机62第三阶段：计划目标第三阶段：计划目标63第三阶段：完善与发展现有型号完善1、先进储氢技术应用，相同重量可多储存30%的氢气2、产品外形完善，增强全天候能力、快速部署能力1、地面保障系统完善，包括运载车辆、燃料补给、维护体系等2、售后服务体系完善，包括人员培训、产品大修等等型号的扩展1、研发1款轻小型长航时平台，全重6kg，载荷1kg，续航时间2h以上，可单兵携行，快速展开。2、研发1款更大载重的长航时飞行平台，续航时间视载荷而定。面向公安警用、应急救灾、电力架线等等行业应用第三阶段：完善与发展现有型号完善1、先进储氢技术应用，相同重64燃料电池固定翼无人机更远！更高！更强！燃料电池固定翼无人机更远！更高！更强！65现状－燃料电池应用于固定翼较早UAV动力内燃机电驱动活塞式发动机涡轮发动机喷气式发动机蓄电池太阳能电池燃料电池目前超过80%的无人机采用内燃机驱动电动无人机从5年前的不足10%，到现在近20%，呈现稳步上升趋势电动无人机的隐形性能优异，发射、操作和维修便捷内燃机驱动型无人机航时长、载荷量大燃料电池动力兼具电池驱动和内燃机的优点，此外还对环境无污染固定翼无人机动力系统需具备以下能力维持水平飞行爬升和机动飞行真实或恶略天气飞行给导航、自动操控系统等设备提供能量根据通信数据，实现任务载荷飞行现状－燃料电池应用于固定翼较早UAV动力内燃机电驱动活塞式发66无人机动力系统对比在小于2小时续航时间以内具有优势；但是更长的续航时间，必然导致重量的成比例增长，且优化空间很小。目前锂电池无人续航时间不超过3小时。生命周期内性能衰减较大。充电时间长。锂电池最长记录续航48小时。生命周期内性能衰减小。氢气加注时间短。燃料电池目前可以续航60小时以上。生命周期内性能不会衰减。燃油加注时间短。内燃机无人机动力系统对比在小于2小时续航时间以内具有优势；但是更长67无人机动力系统对比可随意启动、关闭、再启动。无需调试，操作简单。噪音和震动很小。锂电池介于内燃机和锂电池之间。随着燃料电池技术的成熟和模块化设计，便捷性可以接近锂电池。燃料电池系统复杂，专业程度高。使用调试麻烦。噪音大，震动大。需要大量的维护。内燃机无人机动力系统对比可随意启动、关闭、再启动。锂电池介于内燃机68无人机动力系统对比使用过程中零排放。生产和报废时会产生污染，需要企业进行严格管控生产环节并回收废旧电池按照规定进行处理。充电的电源效率跟内燃机一下，效率较低。锂电池只排放纯净水。从生产、使用到回收都不会产生任何污染。电转换效率~45%。燃料电池排放二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、粉尘等有害物质，污染环境。受卡诺循环限制，效率低，小型内燃机效率不足10%。内燃机无人机动力系统对比使用过程中零排放。锂电池只排放纯净水。