基于应急状况下的移动式无人机充电平台研究

2020-11-11王淦彪官新威胡江华袁智斌

中国电气工程学报 2020年18期

王淦彪官新威胡江华袁智斌

一、前言

由于无人机电池续航能力差影响无人机的运行，且充电步骤又比较烦琐，影响工作效率，由此，本文结合系统负载时无人机的性能特点和悬停状态下拾取使用电能的独特性，对无人机充电平台内的无人机悬停的无线充电部分进行针对性设计。本文通过对各种充电方案进行对比分析，建立了充电平台模型，并对线圈进行了研究分析，从多方面验证应急状况下的移动式无人机充电平台方案的可行性。

二、成果介绍

广东电网时常遭受台风侵扰、粤西地区线路覆冰等，无人机已经应用到此类紧急灾情现场。常规巡维、灾情等场景对无人机工作时长及管理有更高要求，传统仅携带多块电池难满足此类应急情况的续航需求。另外，传统无人机电池充电是外漏插排式，方便快捷，但随着电池老化等因素，存在短路、漏电等隐患，严重的会引起起火、爆炸等安全事故，因此充电管理存在安全需求。

本成果为电力设备运维人员作业时提供了一套户外无人机巡检续航、安全充电的移动便携充电平台。充电平台通过充电控制器对各种无人机机型电池进行充电控制管理。内置空气开关、自动灭火器、烟雾报警器三重防护，确保异常短路等情况造成安全事故。装置采用封闭式设计，一旦有损伤的电池被无意充电而导致起火或爆炸时，可使火情或爆炸有效限制在柜体内部，避免对外部设备和环境造成影响，另外可限制电池的活动范围，避免搬运中磕碰。装置上方配以透明视窗，对电池状态进行可视化显示。充电平台具有对多种机型电池进行充电控制管理，实时显示各电池的充电电流。平台采用防水设计，防水等级IP22，且设有发电机连接端口和220V连接接口，使得移动综合充电平台能应用于各类场景。

三、核心技术及创新点

（1）应用场景多样化。本装置整个平台设置野外发电机连接端口和室内220V连接接口，使得移动综合充电平台能应用于各类场景。野外应急或运维场景，常规仅携带多块电池难满足续航需求，本移动充电平台可循环充电满足续航需求;户内场景，可充当充电机柜，功能多样。

（2）多重安全防线。本装置内含三道安全屏障，第一道屏障：空气开关在异常短路时可快速切断电源;第二道屏障：内置三组自动灭火器，一旦发生火灾，及时自动灭火;第三道屏障：内置烟雾报警器检测到烟雾后则立即以蜂鸣报警;

（3）装置防水特性。本装置基于野外应急、日常巡维等实际工作环境，设计具有防水功能，防水等级IP22;

（4）装置减震特性。智能电池采用独立合身的仓体设计，有效的限制了电池的活动范围，避免搬运过程中电池的磕碰损坏;脚轮选用优质减震脚轮，也对减震效果起到辅助作用;

（5）装置防爆特性。封闭式设计，一旦有损伤的电池被无意充电而导致起火或爆炸时，可使火情或爆炸有效限制在柜体内部，避免对外部设备和环境造成影响。

四、主要功能特点及性能指标

充电平台通过充电控制器对各种无人机机型电池进行充电控制管理。内置空气开关、自动灭火器、烟雾报警器三重防护，确保异常短路等情况造成安全事故。合理仓体设计，一是具有防爆，当电池充电过程中出现异常发生短路起火、爆炸能够限制其范围，不波及临近仓体;二是具有防水功能（IP22），方便野外巡维作业;三是能限制电池的活动范围，避免搬运中磕碰。装置配有透明视窗，对电池状态进行可视化显示。充电平台具有对各种机型电池进行充电控制管理，实时显示各电池的充电电流。平台设置发电机连接端口和220V连接接口，使得移动综合充电平台能应用于各类场景。本装置在面向主配网户外、户内多应用场景提供一套智能化、集中化和便携的解决方案，提高无人机输配电线路现场运维水平，降低人身伤害造成的安全及经济损失有良好的前景。

（1）装置结构及技术参数

电器参数：

a）额定电压：AC 220V

b）额定电流：10A

c）额定功率：2200W

充电电池类型和数量：

a）精灵系列电池：9块，精灵3系列电池3块，精灵4系列电池6塊;

b）悟1/M100/M600系列电池：3块;

c）非智能电池1s-9s：4块;

（2）充电模式有智能电池充电模式和非智能电池充电模式

智能电池充电：充电仓体内分为12个充电仓，有左往右第一个到第三个充电仓为精灵3电池充电仓，第四到第六个为悟1/M100/M600电池电充仓，剩下6个为精灵4充电仓，智能电池充电模式为自动充电，充满自动断开。细节图如下图所示：

智能电池充电模式