基于應急狀況下的移動式無人機充電平臺研究

王淦彪 官新威 胡江華 袁智斌

一、前言

由于無人機電池續航能力差影響無人機的運行，且充電步驟又比較煩瑣，影響工作效率，由此，本文結合系統負載時無人機的性能特點和懸停狀態下拾取使用電能的獨特性，對無人機充電平臺內的無人機懸停的無線充電部分進行針對性設計。 本文通過對各種充電方案進行對比分析，建立了充電平臺模型，并對線圈進行了研究分析，從多方面驗證應急狀況下的移動式無人機充電平臺方案的可行性。

二、成果介紹

廣東電網時常遭受臺風侵擾、粵西地區線路覆冰等，無人機已經應用到此類緊急災情現場。常規巡維、災情等場景對無人機工作時長及管理有更高要求，傳統僅攜帶多塊電池難滿足此類應急情況的續航需求。另外，傳統無人機電池充電是外漏插排式，方便快捷，但隨著電池老化等因素，存在短路、漏電等隱患，嚴重的會引起起火、爆炸等安全事故，因此充電管理存在安全需求。

本成果為電力設備運維人員作業時提供了一套戶外無人機巡檢續航、安全充電的移動便攜充電平臺。充電平臺通過充電控制器對各種無人機機型電池進行充電控制管理。內置空氣開關、自動滅火器、煙霧報警器三重防護，確保異常短路等情況造成安全事故。裝置采用封閉式設計，一旦有損傷的電池被無意充電而導致起火或爆炸時，可使火情或爆炸有效限制在柜體內部，避免對外部設備和環境造成影響，另外可限制電池的活動范圍，避免搬運中磕碰。裝置上方配以透明視窗，對電池狀態進行可視化顯示。充電平臺具有對多種機型電池進行充電控制管理，實時顯示各電池的充電電流。平臺采用防水設計，防水等級IP22，且設有發電機連接端口和220V連接接口，使得移動綜合充電平臺能應用于各類場景。

三、核心技術及創新點

（1）應用場景多樣化。本裝置整個平臺設置野外發電機連接端口和室內220V連接接口，使得移動綜合充電平臺能應用于各類場景。野外應急或運維場景，常規僅攜帶多塊電池難滿足續航需求，本移動充電平臺可循環充電滿足續航需求;戶內場景，可充當充電機柜，功能多樣。

（2）多重安全防線。本裝置內含三道安全屏障，第一道屏障：空氣開關在異常短路時可快速切斷電源;第二道屏障：內置三組自動滅火器，一旦發生火災，及時自動滅火;第三道屏障：內置煙霧報警器檢測到煙霧后則立即以蜂鳴報警;

（3）裝置防水特性。本裝置基于野外應急、日常巡維等實際工作環境，設計具有防水功能，防水等級IP22;

（4）裝置減震特性。智能電池采用獨立合身的倉體設計，有效的限制了電池的活動范圍，避免搬運過程中電池的磕碰損壞;腳輪選用優質減震腳輪，也對減震效果起到輔助作用;

（5）裝置防爆特性。封閉式設計，一旦有損傷的電池被無意充電而導致起火或爆炸時，可使火情或爆炸有效限制在柜體內部，避免對外部設備和環境造成影響。

四、主要功能特點及性能指標

充電平臺通過充電控制器對各種無人機機型電池進行充電控制管理。內置空氣開關、自動滅火器、煙霧報警器三重防護，確保異常短路等情況造成安全事故。合理倉體設計，一是具有防爆，當電池充電過程中出現異常發生短路起火、爆炸能夠限制其范圍，不波及臨近倉體;二是具有防水功能（IP22），方便野外巡維作業;三是能限制電池的活動范圍，避免搬運中磕碰。裝置配有透明視窗，對電池狀態進行可視化顯示。充電平臺具有對各種機型電池進行充電控制管理，實時顯示各電池的充電電流。平臺設置發電機連接端口和220V連接接口，使得移動綜合充電平臺能應用于各類場景。本裝置在面向主配網戶外、戶內多應用場景提供一套智能化、集中化和便攜的解決方案，提高無人機輸配電線路現場運維水平，降低人身傷害造成的安全及經濟損失有良好的前景。

（1）裝置結構及技術參數

電器參數：

a）額定電壓：AC 220V

b）額定電流：10A

c）額定功率：2200W

充電電池類型和數量：

a）精靈系列電池：9塊，精靈3系列電池3塊，精靈4系列電池6塊;

b）悟1/M100/M600系列電池：3塊;

c）非智能電池1s-9s：4塊;

（2）充電模式有智能電池充電模式和非智能電池充電模式

智能電池充電：充電倉體內分為12個充電倉，有左往右第一個到第三個充電倉為精靈3電池充電倉，第四到第六個為悟1/M100/M600電池電充倉，剩下6個為精靈4充電倉，智能電池充電模式為自動充電，充滿自動斷開。細節圖如下圖所示：

智能電池充電模式

非智能電池充電：裝置解鎖后拉出充電平臺前方中部抽屜，將電池插入充電端口，固定后設置合適充電電壓和電流即可。細節圖如下所示：

六、結語

為了優化無人機充電模式，本文提出了一種基于應急狀況下的移動式無人機充電平臺。首先對比了三種無線充電方案，并對充電平臺的特征進行分析，發現無線電能傳輸具有三個特 征：弱耦合、動態負載及動態互感。最后，對充電線圈的互感耦合理論進行重點分析，歸納無人機無線充電所表 現出來的特征。