Vicor模块化电源方案实现小型化轻量级燃料电池的应用

斗山创新（DMI）正在使用由其创新的能量密集型氢燃料电池驱动的无人机，向偏远地区运送人道主义救援物资。这些无人机飞行时间长达两个小时，已在美属维尔京群岛之间运送口罩和应急物资，并向位于济州岛的韩国最高峰汉拿山山顶（1947米）运送医疗AED。这项技术为拓展移动机器人的活动范围及载荷能力铺平了道路。

此外，DMI远程无人机现在也用于商业应用，其中较长的飞行时间实现了对大型太阳能发电厂的监控，例如韩国位于海南郡Solasido的最大太阳能发电厂。如果使用电池供电无人机来执行这一任务，则需要进行六次以上的电池更换。

高密度电源设计，优化电池组性能

为移动设备开发氢燃料电池，需要全面的技术创新，从材料科学到整体系统级设计优化。移动性的关键是小型化、提高效率和减轻系统重量。此外，还应结合高能量输出和耐用性，以实现长期、稳定的飞行。因此，必须减轻堆栈的重量，配置具有高功率密度的动力系统，并简化包括外围组件在内的整个电池组的设计，全面进行系统优化。

这些设计目标的核心是系统供电网络（PDN）的架构及其实施。DP30电池组有两大动力系统，为无人机的转子和两个堆栈的控制器供电。DP30电池组的输出电压范围宽，而且可在40V至74V之间变化，因此动力系统旨在确保向无人机转子电机提供严格稳压的48V，12A输出，向堆栈控制器电路板及风扇提供 12V， 8A 输出。

图 3：能量密度比较：氢燃料电池和锂电池

为了实现高效率和高能量密度的供电网络（PDN），DMI 选择了 Vicor PRM？ 升降压稳压器和ZVS 降压稳压器。PRM 支持高达 74V 的氢燃料电池组开路电压 （OCV），能够针对 48V 电压执行稳定稳压，如图 5 所示。

图 4：氢燃料电池组的结构

在无人机的转子侧 PDN 中，并行配置了两个 PRM 升降压稳压器

（PRM48AF480T400A00），以提供转子所需的 12A 电流。堆栈中用于数字控制器电路板的 PDN 先使用较低功耗的 PRM （PRM48AH480T200A00），然后接 48V 至 12V ZVS 降压稳压器 （PI3546-00-LGIZ）。

图 5：为实现高效率和高能量密度，采用了 Vicor PRM？ 升降压稳压器和 ZVS 降压稳压器。PRM 支持高达 74V 的氢燃料电池堆栈开路电压 （OCV），能够针对 48V 电压执行稳定稳压。

按电源容量提供多样化的产品线

除了目前正在生产的2.6kWDP30电池组，DMI计划按电源容量提供多样化的产品线。该公司不仅将开发各种容量的产品，从1.5kW氢燃料电池组（计划于明年发布）到10kW氢燃料电池组应有尽有，而且还将推出适合每一款电池组的相应无人机。

Vicor模块化电源方案能够实现可扩展性，支持这些不同的产品线。此外，这也有助于DMI 集中精力解决由电源容量扩展引起的各种其它工程问题，如堆栈结构变化、动力系统及外设组件以及散热方法等。有了Vicor解决方案，DMI能够更好地实现其重要目标：增加耐用性和稳定性；以高能量密度实现小型化的轻量级燃料电池。

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