近年來，無人機(jī)行業(yè)發(fā)展異常迅猛，市場上出現(xiàn)了大疆、科比特航空等一批知名企業(yè)，并且引起資本及各行業(yè)巨頭的持續(xù)關(guān)注。但是，續(xù)航時間短等問題(一 般的消費(fèi)級無人機(jī)只有20分鐘左右)仍在限制著無人機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展。如何解決電池續(xù)航問題?IC產(chǎn)品在這個方面上可以發(fā)揮什么樣的作用?
續(xù)航不足45分鐘充電卻超1小時
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來無人機(jī)從軍事領(lǐng)域拓展到民用領(lǐng)域，逐漸受到市場熱捧。按照研究機(jī)構(gòu)BI Intelligence的預(yù)測，未來10年民用無人機(jī)將占整個無人機(jī)市場12%的份額，價值為980億美元。當(dāng)前我國無人機(jī)市場規(guī)模在30億元左右，隨 著我國低空空域的開放以及無人機(jī)監(jiān)管政策的完善，未來10年我國民用無人機(jī)的增速有望超過30%。
然而，在無人機(jī)市場快速啟動的同時，續(xù)航能力有限等制約因素也逐漸凸顯出來。以“無人機(jī)”開發(fā)為創(chuàng)業(yè)方向的曉方科技合伙人劉銳告訴記者，續(xù)航時 間一直是限制無人機(jī)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。目前，市面上的無人機(jī)主要采用鋰電池作為主要動力，續(xù)航能力一般在20分鐘至30分鐘之間。這是無人機(jī)發(fā)展的一個重大 短板，大大限制了無人機(jī)行業(yè)的整體發(fā)展?jié)摿Α?/p>
而根據(jù)記者的調(diào)查，目前市面上包括大疆無人機(jī)在內(nèi)的多旋翼無人機(jī)大多使用鋰電池作為能源。因?yàn)殇囯姴少彿奖?，工藝成熟，但因個體差異，電芯無法 做到100%均衡的充放電，且大功率電池的充電時間比較長，使用起來較為麻煩。最讓人頭疼是其續(xù)航時間，300克重量的鋰電池理論上只能讓500克重的無 人機(jī)飛行17分鐘，即使考慮到技術(shù)差異，以及機(jī)體重量等因素，絕大多數(shù)產(chǎn)品的續(xù)航時間都在45分鐘以內(nèi)。而充電一次的時間卻要超過一小時。
因此，如何提升無人機(jī)的續(xù)航時間讓其滿足消費(fèi)級，甚至工業(yè)級市場的需求，成為所有無人機(jī)廠商必須要面對的挑戰(zhàn)。
電源管理芯片技術(shù)影響無人機(jī)市場成敗
如何解決無人機(jī)電池續(xù)航能力有限這個主要問題呢?對此，江蘇宏云總經(jīng)理陶建中表示，在鋰電材料沒有突破性進(jìn)展的情況下，解決無人機(jī)電力問題的途 徑主要有兩條：有的廠商開始嘗試采用新的電池材料替代鋰電;也有的采用電源管理芯片實(shí)現(xiàn)有效的電量管理，盡量延長續(xù)航能力、實(shí)現(xiàn)快速充電。
2015年5月，新加坡HUS公司研發(fā)出首個使用氫燃料電池的多軸無人機(jī)HYCOPTER，空載情況下能夠連續(xù)飛行4個小時，即使1千克滿載情況下仍能支撐150分鐘。目前大疆、科比特航空等廠商也都在進(jìn)行采用氫燃料電池的嘗試。
不過，鋰電池作為最常見的電池材料，由于其為固體電源、技術(shù)成熟、使用安全，仍是消費(fèi)級無人機(jī)最優(yōu)先的電力選擇。比如2015年9月，電動汽車 領(lǐng)域的佼佼者特斯拉公開發(fā)布了一款專門針對航拍應(yīng)用的無人機(jī)原型。憑借其在電池及電源管理技術(shù)上的實(shí)力，特斯拉公司在該款無人機(jī)上搭載了10000mAh 的電池，單次充電可持續(xù)飛行60分鐘，充電時間僅為20分鐘左右。
在此情況下，優(yōu)越的電源管理芯片技術(shù)就成為影響無人機(jī)市場成敗的關(guān)鍵因素之一。
尋求平衡充電是關(guān)鍵點(diǎn)
那么，當(dāng)前電源管理芯片技術(shù)在無人機(jī)市場的發(fā)展情況是怎樣的?根據(jù)賽微微電子公司的介紹，電池管理芯片是對電子設(shè)備的電池進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測、充電管 理和安全保護(hù)管理的芯片，它可以進(jìn)行充電電流電壓控制、電池使用安全保障以及準(zhǔn)確的電池剩余容量預(yù)測等。電池管理IC性能的好壞，對電子設(shè)備的運(yùn)行與使用 安全有極大的影響。
意法半導(dǎo)體IPD/AMS市場及應(yīng)用部技術(shù)產(chǎn)品市場經(jīng)理王巧娣也表示，電源管理芯片的應(yīng)用一直十分廣闊，智能手機(jī)、筆記本電腦、充電寶、平板電 腦、智能穿戴設(shè)備等產(chǎn)品中都廣泛使用電源管理芯片。與此同時，隨著電子產(chǎn)品用電量的逐漸增大，通過電源管理芯片實(shí)現(xiàn)快速充電，已經(jīng)成為當(dāng)前市場的顯學(xué)。
目前智能手機(jī)仍是快速充電應(yīng)用的最大市場。高通、聯(lián)發(fā)科、TI、蘋果、OPPO都在主導(dǎo)自有標(biāo)準(zhǔn)的快充方案。2016年高通、聯(lián)發(fā)科的智能手機(jī) 芯片平臺持續(xù)升級，蘋果也決定將手機(jī)新品電源供應(yīng)器瓦數(shù)由原先的15W增至20W，希望通過更高的電流縮短充電時間，達(dá)到快速充電的效果。
無人機(jī)則是快速充電技術(shù)最新，也最有潛力的應(yīng)用市場。根據(jù)陶建中的介紹，從電源管理芯片來講，智能手機(jī)與無人機(jī)的解決方案大同小異。但是手機(jī)充 電要受到USB接口和電池的制約，USB接口一般是5V供電。目前手機(jī)電池一般情況下最高是4.2V，快充的高電壓最終要降至手機(jī)電池能夠承受的電壓，通 過加大電流實(shí)現(xiàn)快充。而無人機(jī)快速充電的原理雖然與手機(jī)相同，都需要提高電壓或加大電流，但不同的是，無人機(jī)電池可能是由幾節(jié)鋰電池串聯(lián)(比如三節(jié)電池 3×4=12V，即要對12V進(jìn)行充電)而成，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了電池的串聯(lián)，就需要考慮平衡充電的問題，以防充電不平衡，引起事故。
至于未來的技術(shù)發(fā)展，手機(jī)快充技術(shù)一方面盡力尋找提供高電壓(如12V)的方法，供手機(jī)轉(zhuǎn)化為高電流，另一方面要注意手機(jī)和適配器的通信協(xié)議， 防止高電壓把手機(jī)燒壞。無人機(jī)則沒有這方面的限制，只要給每節(jié)電池提供最大能承受的電壓和電流，就是最快的了。因此，未來無人機(jī)快充技術(shù)還有很大發(fā)展空 間。
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