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上海攀业施涛详解燃料电池无人机应用及最新进展

2017-09-15 09:24 出自 marketing

2017年9月14-15日,2017年(武汉)燃料电池技术与产业发展高峰论坛在武汉召开。上海攀业氢能源科技有限公司副总经理施涛以“燃料电池无人机应用及最新进展”为题发表了主旨演讲。

以下是施涛演讲全文(根据发言嘉宾演讲实录整理):

施涛:各位专家、各位领导,大家好。

上个月展会的时候,很多人说好久没有看见,的确是,我闭关一年多了,今天给大家汇报一下这一年多的成果。之前是我们公司介绍,很多人比较了解我们攀业,主要是做燃料电池。主要的应用是备用电源、车辆和无人机三个领域。

攀业做无人机这块,最早是2010年,当时给台湾成功大学赖老师团队无人机提供了电力系统,12年为同济大学飞跃号提供了电池动力系统。我们探讨燃料电池的可行性,从技术方面没有任何问题,大家可以从相关报道看到飞得还不错。现在比较大的问题就是起飞和降落受场地影响比较大,12年到现在一直没有太多关注,直到15年有多旋翼无人机出现,这时候碰到最大的问题,就是关于续航的问题。在15年开始为多螺旋无人机开发制定了方案,并且16年成立专门的公司开发无人机氢动力系统,并且开发出了现在HP1800动态系统,在16年进行了试飞。17年完成了很多测试,有代表性的就是在香格里拉做了高海拔测试。我们已经开始小批量对外出货,今年上半年出了20多套。这是在网络上可以看到的,我们给成功大学赖老师提供了无人机燃料电池,采用的是电力混合的方案,系统设计是比较漂亮的,飞行时速是80-100公里/小时。同济大学的这个不一样,完全是靠燃料电池,没有加锂电池,速度是30公里/小时,我们的续航时间是2小时。

15年以后有多旋翼无人机,什么样的情况下多旋翼可以用燃料电池。从现在来看五公斤以下的多旋翼无人机,由于在体积、重量方面不适合用燃料电池动力系统。5公斤以上是专业型的,对长时有迫切的需求,而且从系统结构和动力输入可以满足需求,轴距应该大于800毫米多旋翼无人机上面。最大的好处就是使用燃料电池,以后明显加大多旋翼无人机的时间,至少是4倍以上的时间。这是采用燃料电池系统的无人机,轴距是1550毫米,有效载荷是2公斤,流动时间是不小于2小时。

应用主要在两块,石油化工和勘测,还有军警领域,最直接大家看高速公路上走应急带被拍的罚单,就是无人机拍的,拍了就是200块钱。军警涉及到了很多,我们给诺基亚做了一套,把燃料电池动力系统配小型基站可以作为应急通讯的用途。为什么用2公斤,我们考虑了很多,因为2公斤可以搭载80%以上的挂载,适应绝大部分的任务需求。大家担心燃料电池技术用在无人机上达到什么样的程度,这几个阶段是我们一步步走过来的,商用市场调研在前置阶段,我们做了地质评估,在燃料电池的重量、功率与储能要求做了匹配。第二阶段是根据第一步的匹配方案做动力系统,先装机做简单的测试论证是否达到设计目标。如果做初步检验,整个控制逻辑上没有问题,那就是后面更多的测试,比如地面测试和飞行测试。飞行测试做了很多,包括高原测试、高压测试,后面我们可以分享,更多是对燃料电池提出了要求。整个过程是边改边测,涉及到燃料电池结构的调整,试点部署,我们飞了两百多次以后,基本上把所有的bug解除掉了。对我来说很幸运,我们飞了两百多次无人机没有摔过。我们在实验室测了大部分,在座专家都知道,有的东西可以在实验室测,但性能还是要放到实际中。我们有的已经完成了,有的还在做第四阶段部署,有的在做商业化布局。从技术工程实现和商业化,都是可行的方案。

现在看一下HPS1800动力系统,重量是9公斤,额定功率是1800瓦。如果把单个指标,比如说比功率,有的会比我们更高,比能量也会比我们更高,我们做了以后发现,产品是要追求一定指标,但还要考虑到综合平衡的结果,特别是这个产品用不用起来,好不好用,是不是非常挑环境。比如说只能在0-30度的环境下用,这个产品就没有太大的意义。这个产品在海拔1000米能用,2000米能不能用,3000米能不能用。上面所罗列的数据,就是可以保证产品在高低温和高海拔都做了完整的测试,这是我们非常有自信的地方。 3600瓦的发电能力,这是我们在无人机上面测出来的。

为了实现上面的参数,我们做了非常多的底层设计,从催化剂和膜上面都做了设计。从5度和40度,性能变化大概是3.9%,在实际应用中应该是属于可以接受的范围。在40度高温的情况下,20%和25%不同湿度下的变化情况。低温启动,我们把燃料电池冻到零下五度,运行以后上升到27.4度,整个过程没有外部加热的措施,完全是燃料电池自己在运行。下面红线是燃料电池电压的变化,正是有了燃料电池基础性能,刚才大家没有注意,整个系统环境温度是零下40度,有了基础可以通过性能层面的设计做到零下20度和零上40度的环境,整个产品适应度大幅度提高。

这是开关机对性能的影响,燃料电池性能影响很多,最多的就是开关机和加载时候的变化。我们根据客户要求做了一千多次的开关机变化,性能下降了3.6%,基本上满足了无人机应用的使用要求。这是跟锂电池的对比,我们没有去追求极致的数据,可以跑4-5个小时,这是没有挂载的情况下意义不大,我们拿了平均值,挂载1公斤的情况下可以飞行1800分钟,而锂电池只能跑60分钟左右,所以至少是3倍以上的性能。海拔飞行高度是在香格里拉测的,我们飞了两百多米的高度,和在平原飞是完全不一样的概念。

这是我们给客户做长时间悬停测试,背后就是玉龙雪山,先跑2000米、3000米,然后到4952米,不同高度不同地点测试。这是香格里拉那边的测试。这是我们在芬兰给诺基亚提供燃料电池无人机系统,搭载了一个小型的基站,主要是方便用于应急通讯。应急通讯有很多用途,救灾和军用等等。这是福州交警使用的情况。

总的来说,燃料电池无人机系统有优势也有挑战。相当于现在纯锂电池系统有更长的续航时间,更准确的留空时间预算。现在无人机有时候会摔下来,对于电量估算不足。现在的标准对于新锂电池没有问题,但可能是旧的电池,但是我们可以做到非常精确的估算,对于无人机可靠性是很大的提高。更低的飞机震动,现在多旋翼解决方案是用柴油机发电驱动六个或者四个电机工作,留空时间很长,它的挑战在于油机的震动非常长,无法挂载摄像机,没有办法给出清晰稳定的图像。挑战用户的使用习惯,用户习惯用锂电池,它的维护也是比较新的课题。相关法规,无人机这块齐博士标准里面也提到了,后面还需要更多的标准来方便我们解除客户的疑虑。第三是燃料电池环境适应性,主要是燃料电池在不同环境下性能变化,可能跟锂电池做比较,这也跟用户的使用习惯有关系。如果有标准出来的话,方便跟客户做比较。最后是氢气供应。

这是我的简单介绍,谢谢。

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