Epsilor Electric Fuel的銷售和市場副總裁Felix Frisch撰寫了以下文章，概述了可靠的鋰電池和大容量充電解決方案對于無人機技術的下一代發展至關重要。他曾擔任UAS行業的業務開發主管。Epsilor是電池組和充電器的領先開發商和生產商，其產品廣泛用于國防，航海，航空航天和工業領域。


無人駕駛飛機（UAV）行業起源于軍事需求，正經歷著巨大的變革，因為民用無人機已成為家庭交付的通用解決方案。如今，諸如亞馬遜和沃爾瑪等大型公司都使用多旋翼無人機來運送從外賣餐點到運動鞋的各種物品。由總部位于加利福尼亞的Zipline經營的固定翼無人機目前正用于向非洲和美國的偏遠醫院緊急運送血液和藥品。


以色列是從1970年代到今天的軍事無人機開發和運營的先驅之一，它通過發起全國性的非視距（NLOS）無人機試驗計劃，向前邁出了重要的一步，為歐洲鋪平了道路。國家效仿。無人機的使用已擴展到空運應用，制圖，石油和天然氣勘探以及其他工業，農業和商業任務。在軍事方面，需求也在變化，無人機不僅是“空中之眼”，而且是游蕩的彈藥系統，其成本可低于巡航導彈。

過去，大多數UAS都用于軍事行動，并在軍事隔離區進行操作，沒有民航活動，因此發生空中碰撞的風險極低。如今，無人駕駛飛機在人口稠密的民用地區飛行，必須具備自主能力，以防止可能造成嚴重后果的墜機和致命故障。

隨著任務變得越來越復雜，要求無人機在人口稠密的城市和地區上空飛行，并且必須符合民航法規，例如美國聯邦航空管理局（FAA）發布的法規。此類法規有助于將無人機整合到通用航空領空中，并在無人機墜毀時保護公眾。

新的安全性和可靠性要求

民用和軍用無人機應用的變化導致了對任務安全性和飛機可靠性的新要求。不管無人機攜帶彈頭或一盒鞋的有效載荷，都無法忍受無人機撞入校園的情況。新的初創公司已經開發了安全降落傘系統，響亮的警報喇叭和精確的著陸功能，這些功能可在GPS受限的環境或非視距飛行條件下運行。

同時，鑒于其對無人機安全的巨大重要性，一個重要的專業領域沒有得到適當的重視：電池和充電。在滿足電池和充電器的性能要求（例如，更長的使用壽命和更快的充電速度）時，電池安全性和可靠性常常被認為是次要的要求。


在無人機市場發生巨大變化的同時，鋰電池行業見證了自己的革命。電池能量和功率密度的提高使無人機能夠垂直起飛，并具有更長的續航能力和航程。智能電池管理系統（BMS）的添加可保護電池免受短路或熱失控的影響，此類系統還將電池狀態傳達給無人機航空電子設備，從而進一步改善車輛性能。

先進的電池技術現在為無人機公司提供了一系列優勢，包括：

續航能力：電池的電化學性能決定了車輛的續航能力及其執行快速回避機動的能力。

在極端天氣條件下運行： 電池組成決定了無人機在冷熱天氣下的運行能力，這對于續航能力和動力以及在不同氣候區域和不同季節進行飛行的可行性至關重要。

電池健康，監視和安全警報：先進的電池管理系統可以提高任務安全性，防止重大故障甚至在空中飛行時發生熱失控。而且，這種BMS可以在危險情況發展很久之前就檢測出電池化學和電氣異常，例如平衡不良。然后，BMS可以警告操作員，使其能夠安全地離開人群。同樣先進的BMS還應在電池老化的情況下發出警報，允許操作單元在影響飛行壽命和造成損壞之前將其從機隊中取出。

提高安全性

傳統的鋰電池沒有配備所需的電子元件以實現最佳安全性，并且通常由低質量，低成本的電化學電池組成。它們可能足以進行RC模式十分鐘的出動，但不足以為在大城市上空飛行的貨運無人機提供動力。

電池在提高無人機安全性方面起著重要作用，因為帶有先進電子設備的高端電池可提供更好的控制，這對于可能需要同時操作無人機群的現代操作員而言至關重要，要求他們更好地控制每架無人機。一個智能的BMS將能夠向不注意異常的大型機隊的操作員提供自動警報。

配備BMS的高級電池可為操作員提供高度關鍵的數據。這些系統的尺寸已最小化，使其適合無人機使用，并且在經濟上變得可行。BMS可以輸出循環次數，電池的剩余電量及其健康狀態，同時可以補償極端溫度或過度使用等問題。這些電池還支持常見的通信協議。

無人機制造商可以通過將這些功能強大的電池與先進的管理系統和通訊功能結合在一起，從而檢查并報告電池狀況和故障可能性，從而顯著改善產品質量。通過使用這種能源，設計人員可以改善飛行監控和預測。

電池庫存管理

另一個至關重要但仍充滿希望的問題與BMS通過自動命令和控制系統實現對大量電池庫存管理的能力有關。軍事單位通常為每架無人機配備幾個備用電池，但是隨著使用中的無人機數量的不斷增加，真正需要有效管理能源預算和電池清單。

一個操作無人駕駛飛機的中隊必須管理其能量預算，因為這直接影響可用的飛行時間。這也適用于以高節奏運行許多無人機的民用運輸公司。此類重型任務的運營商需要提高效率，而獨立的，未連接的能源是無法實現的。這些運營商還將需要大量充電功能，以便在短時間內在多個位置同時為許多電池充電。

解決這些挑戰的方法是建立一個聯合充電網絡，該網絡可以處理以下任務：管理24/7電池更換，監視公司所有地點的能源預算以及確定這些地點之間的飛行任務優先級。此外，它應該能夠跟蹤電池的老化和故障，同時支持新電池和相關設備的購買過程。該網絡應根據任務強度和在一個工作日內不同的工作時間，支持快速或慢速充電，并可能運行自動更換電池的機器人電池更換系統。

隨著無人機行業向前邁進了一大步，應提醒制造商仍在使用標準鋰聚合物電池，盡管航空電子設備，傳感器，有效載荷和結構材料占據了設計的大部分重點，但通常被忽略的電池也是可能會顯著改善飛行耐久性和飛行安全的關鍵組件。改進的電池系統還可以顯著減少飛機在地面上的時間，同時提高大型無人機機隊的運營效率。無人機開發商和航空監管機構對機載能源系統的更多關注預計將導致無人機行業的進一步發展。