(原標題:無人機續航難問題無線快充是否能解決?)
【中國安防展覽網 企業關注】 不能僅指望著靠充電技術來解決續航問題,廠家們也該在電池容量、節電技術等方面多下下功夫,幾種因素相輔相成才是行業真正需要的。續航一直是掣肘無人機應用的重要因素,由于電力供應往往和電池重量成正比,機身輕巧和超長續航,似乎已經成為一對矛盾的話題。近日,帝國理工學院的Samer Aldhaher博士為無人機發明的無線充電技術,使無人機無需電池,也能永久飛行。
在Samer Aldhaher的演示中,一臺沒有電池的輕型無人機在低空盤旋,由其下方放置的無線能量發送裝置提供能量。發送裝置由PCB(印刷電路板)線圈構成,機身上纏繞著銅帶,且配有D類整流器(class Drectifier)和DC/DC變換器(DC/DCconverter)。為了得到更好的無線傳輸效果,整套裝置還有一個13.56MHz逆變器。
這種方式既保證了無人機的機身輕便,且理論上可以實現無人機的永久運行。不過在該演示中,無人機距離無線能量發送裝置的高度僅有5英寸(12.7厘米),且橫向運動幅度也十分有限。雖說實驗結果差強人意,Samer Aldhaher的嘗試對于無人機領域來說依然是個好消息。
近兩年,無線充電技術快速發展,現已成為最炙手可熱的技術之一。手機、平板、甚至電動汽車行業都有可能因此發生顛覆性變革。Samer Aldhaher的嘗試可以說是對無人機無線充電的初步探索。那么,作為飽受續航困擾的產品,無人機究竟能否從無線充電技術中收益?
無線充電在手機和汽車領域前景看好
無線充電技術發展最好的應用領域是手機。三星、諾基亞、索尼等廠商均推出過支持無線充電功能的系列產品。例如,GalaxyS6、GalaxyS6Edge、GalaxyS6Active幾款三星旗艦機型均支持Qi標準和PMA標準,可以適應市面上多種無線充電插座。這種創新功能的實現,讓對三星手機電池續航不滿的消費者感到一絲安慰。
根據專業解釋,無線充電技術是利用交變電磁場的電磁感應原理,實現能量的無線傳輸。無線充電有兩種較為常見的技術途徑:分別是電磁感應式和磁場共振式。
百度詞條上介紹稱:電磁感應式指的是,初級線圈一定頻率的交流電,通過電磁感應在次級線圈中產生一定的電流,從而將能量從傳輸端轉移到接收端;磁場共振式則由能量發送裝置和能量接收裝置組成,當兩個裝置調整到相同頻率,或者說在一個特定的頻率上共振,它們就可以交換彼此的能量。
目前,一些磁感應解決方案已經進入大規模生產階段,磁共振技術也于2014年底投入量產。比較而言,磁感應需要緊密耦合,在X/Y方向的位置偏差達到最小時可實現最高效率水平;而磁共振允許更大的空間自由度,但它無法實現基于磁感應技術的高峰值效率。
手機充電的Qi方式即為電磁感應式,不同品牌的產品,只要有Qi的標識,就可以用Qi無線充電器充電,比如剛才提到的三星系列機型和lumia920就支持Qi協議。比亞迪公司在2005年12月申請的非接觸感應式充電器專利,使用的也是電磁感應技術。
磁共振無線充電技術引起關注的時間可以追溯到2008年,當時在麻省理工的一個實驗室,研究人員隔空點亮了一個60W的燈泡,系統的效率約為15%。磁共振式理論上傳輸距離可以很大,不過目前新聞報道中較長的無線充電距離也不過幾米,且實際效果還有待考證。
2015年年初,媒體報道稱,美國無線電力公司WiTricity以磁場共振的方式來實現無線供電,最遠距離達到了2.4米,可以同時為多個設備遠距離充電。
無論是仍需要接觸的無線充電,還是遠距離無線充電,其發展前景均不容小覷。據IHS Technology分析師在《2014年無線充電報告》中的預測,無線充電發射器和接收器的出貨量銷售額將從2013年的2.16億美元上升到2018年的85億美元,增長近40倍。
無線快充的優勢:
1、空間利用率高。無線充電設備貼近地面安裝,甚至可以埋入地下,在相同建設面積情況下,可植入的充電設備數量更多,增加了充電站空間利用率;
2、適應性強、可靠性高。無線充電可以采取密封安裝與無接觸使用,可在雨雪天氣下進行使用并提高了可靠性;
3、安全性高。無線充電設備無外露導電點,且使用時無人機與人都無需接觸充電設備,理論上可杜絕由于漏電產生的安全問題,保障人身安全;
4、支持無人化管理。簡化了充電流程,配合網絡進行無人化管理,無需專業人員值守,在方便了用戶的同時也降低了充電站的運營成本。
誠然,無線充電為用戶帶來了很多方便,不過基于以下幾點原因,筆者認為,無線充電很難在短時間內在無人機領域普及應用:
1、損耗大。尤其是遠距離充電,大功率無線磁電轉換,設備的耗能較高。隨著無線充電設備的距離和功率的增大,無用功的耗損也就會越大。有網友曾這樣評論:“共振本來就需要線圈,那個線圈就是導線,有共振的閑情還不如捋直了線圈直接充電吧。大力宣傳無線充電的應該都是為了搞點概念出來做點產品賺錢吧了。”
2、成本高。以汽車行業為例,美國Evatran公司開發的Plugless無線充電系統售價約為有線充電的5到6倍。加上鋪設無線充電設置,成本可能還會進一步提升。
3、缺少行業標準。無線充電在手機和一些便攜式電子產品領域發展較好,諸如Qi標準、PowerMattersAlliance標準等已經落地。不過其他領域,無線充電的標準尚未發展成熟,將該技術應用于無人機更是遙不可及,畢竟無人機自身還有很多標準沒統一。
4、民眾對于輻射的恐慌。早前就有傳言“無線充電器輻射比手機還大”,雖然后來有專業人士進行了辟謠,不過依然無法消除廣大群眾對于輻射的擔憂。手機尚且如此,其他的大型充電站恐怕更令人難以接受。
此外,對于無人機來說,還涉及實用性的問題。由于公交車的行車路線相對固定,而電動汽車更多行駛在高速路上或在城市內部通勤,均可計算出充電頻次相對高的地點,在此處建立充電站或充電樁可以充分提高充電樁的利用效率。但無人機的使用地點卻很難說是固定的,真正需要用到無線充電技術的,應該是高頻次、地點相對固定的工業級無人機。
最后想說的是,不能僅指望著靠充電技術來解決續航問題,廠家們也該在電池容量、節電技術等方面多下下功夫,幾種因素相輔相成才是行業真正需要的。