大疆精靈4 系列的無人機電池便捷式移動充電箱的研究與應(yīng)用

陳 鳴

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局，廣東 惠州516000）

1 項目背景及研究意義

“十三五”期間，我國經(jīng)濟發(fā)展步入新常態(tài)，電力體制改革進一步深化，國家實施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略。隨著科技的進步，無人機、機器人等智能手段被應(yīng)用到了電網(wǎng)運行、規(guī)劃和建設(shè)中，相較于傳統(tǒng)人工模式大大提高了工作效率，降低了電網(wǎng)運行風(fēng)險，并取得了良好的成果。

隨著我國通信等技術(shù)的不斷成熟，無人機被廣泛應(yīng)用到了電力系統(tǒng)線路巡檢。與傳統(tǒng)人工巡檢相比，無人機巡檢具有效率高、質(zhì)量高、不受地形條件影響等特點，較好地解決了巡線人員一路走線勞動、強度較大及檢測數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確的問題，操作安全可靠，大大降低作業(yè)人員的勞動強度，也極大提高了故障處理的識別效率[1]。但是目前電力巡檢無人機為多旋翼無人機，大概20 分鐘左右就要更換一次電池，使得無人機工作效率較低，為了完成巡檢任務(wù)，配網(wǎng)人員必須攜帶足夠的電池或者攜帶充電設(shè)備在野外環(huán)境充電，然而無人機電池充電所需的設(shè)備繁雜，在運輸存儲過程中還要提供多方位的保護，不方便對其進行管理，而且充電設(shè)備所需電源幾乎都是市電AC220～50Hz 或者AC220～60Hz，無法在野外作業(yè)環(huán)境進行充電[2-5]。

基于以上現(xiàn)狀，本項目設(shè)計了一款移動充電柜，柜體內(nèi)包括兩部分，一個智能充電槽和一個無人機存放位，智能充電槽采用2×5 的布局方式整齊排列10 個充電位，充電槽通過輸入的市電經(jīng)內(nèi)置的開關(guān)電源進行轉(zhuǎn)換，并且通過控制處理器輸出對應(yīng)的電壓電流供大疆精靈4 系列的電池進行充放電，解決了無人機電池野外無法充電的問題；無人機存放位用來管理放置精靈4 系列的無人機，該款移動充電柜具有體積小、可移動、便于攜帶的特點，能夠?qū)o人機和電池進行統(tǒng)一管理，是一個集無人機電池充電、存放無人機于一體的設(shè)備，攜帶它外出工作節(jié)省了不少人力資源。

2 功能特點介紹

2.1 強勁且安全的充電性能

本產(chǎn)品的智能充電槽內(nèi)置10 個智能充電位，單個充電位最大功率＞95w，充電時最大輸出電流可達5.7A，在此充電功率下，同時充滿10 塊無人機智能電池僅需要1.5h 左右即可，節(jié)省了大量的充電時間，提高無人機的工作效率。

智能充電槽內(nèi)設(shè)置有多種安全保護機制，一種是對電池的安全保護，智能充電槽能對電池溫度進行實時監(jiān)控，從而自動地對電池進行充放電管理，當(dāng)在充電槽內(nèi)插入電池充電時，充電槽會全程自動地對電池進行溫度監(jiān)控，如果檢測到電池溫度過高即停止充電操作，等待電池溫度下降后再進行充電操作[6]。同時智能充電槽還能夠識別無法正常工作的電池和自動監(jiān)控電池狀態(tài)，防止電池過充、過放、過流，保護電池與電路安全；另一種是對充電槽的保護，充電槽會實時監(jiān)控自身的溫度，內(nèi)置有散熱風(fēng)扇，當(dāng)充電槽自身處于高溫或通風(fēng)不暢的環(huán)境下，充電槽會自動提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速以便進行散熱，如果風(fēng)扇處于高轉(zhuǎn)速下還是處于高溫狀態(tài)，則充電槽會自動停止所有電池的充電以保證移動充電箱與電池的安全。

2.2 存放一體

本項目柜體內(nèi)的設(shè)計可用來存放精靈4 系列無人機及其配件、電池、遙控與平板，優(yōu)點是不用分別搬運無人機和充電設(shè)備，有出行工作任務(wù)時，只需要把電池和飛機等所有物品同時裝進充電柜，帶著充電柜出行即可，使用飛機結(jié)束后，再把所有東西放回原位。移動充電柜是一體化的設(shè)備，方便對無人機及其設(shè)備等進行集中管理，有效避免出行或返回時有些設(shè)備遺漏遺忘。

2.3 體積小、可移動，方便攜帶

移動充電柜的外觀設(shè)計類似“行李箱”，尺寸大小是842*353*242mm，箱子外殼材料采用高強度塑料，強度和剛度較高，阻燃等級為V0，充電柜底部設(shè)有四個可移動的輪子，箱子最上面有拉桿箱設(shè)計，手持拉桿箱便可移動充電柜，方便運輸與攜帶。

圖2 一體化存放結(jié)構(gòu)示意圖

3 模塊設(shè)計

3.1 智能充電槽模塊設(shè)計

移動充電柜的智能充電槽由開關(guān)電源、變換器、DSP控制器和面板顯示器組成[7]。為了保護人身安全，智能充電槽內(nèi)的金屬裸露部分全部接地線，防止發(fā)生觸電事故。開關(guān)電源輸入為AC 85～264V 交流電源，為了防止電源內(nèi)部短路或過流等其他電氣安全事故，電源內(nèi)接有保險絲，當(dāng)發(fā)生電源內(nèi)部短路或者過流等其他電氣安全事故時，保險絲自動熔斷以保護后面的電路[8]。

變換器包括10 個充電位，每個充電位具有對電池的防呆、防反插設(shè)計，并且具有單獨的狀態(tài)指示燈，狀態(tài)指示燈通過不同顏色的Led 燈來顯示閃爍或常亮，以此來表示充電槽此時對電池的工作狀態(tài)。輸入的市電經(jīng)過開關(guān)電源轉(zhuǎn)換后主要輸出到變換器，通過變換器轉(zhuǎn)換成電池充電所需要的充電電壓與電流DSP 控制器通過控制變換器來管理電池的充放電過程，包括控制充電電壓、充電電流、充電溫度、充電曲線等信息，控制面板顯示當(dāng)前充電槽對應(yīng)的充電位置狀態(tài)（見圖1）。

3.2 一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計

移動充電柜一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計主要用來存放無人機、電池、遙控及其他設(shè)備等，把所有無人機巡檢作業(yè)需要的設(shè)備統(tǒng)一放進充電箱內(nèi)存放管理，其設(shè)計理念是為了簡化無人機巡檢的準(zhǔn)備工作，如果有巡檢作業(yè)需求時，巡檢人員只需檢查充電箱內(nèi)的裝備，確認無誤后攜帶移動充電箱出門即可（圖2）。

4 應(yīng)用前景

利用大疆精靈4 系列的無人機對配網(wǎng)線路進行常態(tài)化巡檢已經(jīng)成為供電部門的首選工具，利用無人機進行巡檢工作可以有效節(jié)約人力物力資源，但其存在需要攜帶大量電池、且野外沒有市電進行充電的問題和其他外部環(huán)境等因素的影響。本項目設(shè)計的移動充電柜可在野外便捷的供電池充放電，充電安全性能較高，能更好的適應(yīng)室外工作環(huán)境，是一個集電池充電、存放無人機于一體的設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)無人值守、自動監(jiān)控電池充放電、對電池過充過放過流的自動斷電保護、智能管理飛機的功能。