大疆精灵4 系列的无人机电池便捷式移动充电箱的研究与应用

陈 鸣

（广东电网有限责任公司惠州供电局，广东 惠州516000）

1 项目背景及研究意义

“十三五”期间，我国经济发展步入新常态，电力体制改革进一步深化，国家实施创新驱动战略。随着科技的进步，无人机、机器人等智能手段被应用到了电网运行、规划和建设中，相较于传统人工模式大大提高了工作效率，降低了电网运行风险，并取得了良好的成果。

随着我国通信等技术的不断成熟，无人机被广泛应用到了电力系统线路巡检。与传统人工巡检相比，无人机巡检具有效率高、质量高、不受地形条件影响等特点，较好地解决了巡线人员一路走线劳动、强度较大及检测数据不够准确的问题，操作安全可靠，大大降低作业人员的劳动强度，也极大提高了故障处理的识别效率[1]。但是目前电力巡检无人机为多旋翼无人机，大概20 分钟左右就要更换一次电池，使得无人机工作效率较低，为了完成巡检任务，配网人员必须携带足够的电池或者携带充电设备在野外环境充电，然而无人机电池充电所需的设备繁杂，在运输存储过程中还要提供多方位的保护，不方便对其进行管理，而且充电设备所需电源几乎都是市电AC220～50Hz 或者AC220～60Hz，无法在野外作业环境进行充电[2-5]。

基于以上现状，本项目设计了一款移动充电柜，柜体内包括两部分，一个智能充电槽和一个无人机存放位，智能充电槽采用2×5 的布局方式整齐排列10 个充电位，充电槽通过输入的市电经内置的开关电源进行转换，并且通过控制处理器输出对应的电压电流供大疆精灵4 系列的电池进行充放电，解决了无人机电池野外无法充电的问题；无人机存放位用来管理放置精灵4 系列的无人机，该款移动充电柜具有体积小、可移动、便于携带的特点，能够对无人机和电池进行统一管理，是一个集无人机电池充电、存放无人机于一体的设备，携带它外出工作节省了不少人力资源。

2 功能特点介绍

2.1 强劲且安全的充电性能

本产品的智能充电槽内置10 个智能充电位，单个充电位最大功率＞95w，充电时最大输出电流可达5.7A，在此充电功率下，同时充满10 块无人机智能电池仅需要1.5h 左右即可，节省了大量的充电时间，提高无人机的工作效率。

智能充电槽内设置有多种安全保护机制，一种是对电池的安全保护，智能充电槽能对电池温度进行实时监控，从而自动地对电池进行充放电管理，当在充电槽内插入电池充电时，充电槽会全程自动地对电池进行温度监控，如果检测到电池温度过高即停止充电操作，等待电池温度下降后再进行充电操作[6]。同时智能充电槽还能够识别无法正常工作的电池和自动监控电池状态，防止电池过充、过放、过流，保护电池与电路安全；另一种是对充电槽的保护，充电槽会实时监控自身的温度，内置有散热风扇，当充电槽自身处于高温或通风不畅的环境下，充电槽会自动提高风扇转速以便进行散热，如果风扇处于高转速下还是处于高温状态，则充电槽会自动停止所有电池的充电以保证移动充电箱与电池的安全。

2.2 存放一体

本项目柜体内的设计可用来存放精灵4 系列无人机及其配件、电池、遥控与平板，优点是不用分别搬运无人机和充电设备，有出行工作任务时，只需要把电池和飞机等所有物品同时装进充电柜，带着充电柜出行即可，使用飞机结束后，再把所有东西放回原位。移动充电柜是一体化的设备，方便对无人机及其设备等进行集中管理，有效避免出行或返回时有些设备遗漏遗忘。

2.3 体积小、可移动，方便携带

移动充电柜的外观设计类似“行李箱”，尺寸大小是842*353*242mm，箱子外壳材料采用高强度塑料，强度和刚度较高，阻燃等级为V0，充电柜底部设有四个可移动的轮子，箱子最上面有拉杆箱设计，手持拉杆箱便可移动充电柜，方便运输与携带。

图2 一体化存放结构示意图

3 模块设计

3.1 智能充电槽模块设计

移动充电柜的智能充电槽由开关电源、变换器、DSP控制器和面板显示器组成[7]。为了保护人身安全，智能充电槽内的金属裸露部分全部接地线，防止发生触电事故。开关电源输入为AC 85～264V 交流电源，为了防止电源内部短路或过流等其他电气安全事故，电源内接有保险丝，当发生电源内部短路或者过流等其他电气安全事故时，保险丝自动熔断以保护后面的电路[8]。

变换器包括10 个充电位，每个充电位具有对电池的防呆、防反插设计，并且具有单独的状态指示灯，状态指示灯通过不同颜色的Led 灯来显示闪烁或常亮，以此来表示充电槽此时对电池的工作状态。输入的市电经过开关电源转换后主要输出到变换器，通过变换器转换成电池充电所需要的充电电压与电流DSP 控制器通过控制变换器来管理电池的充放电过程，包括控制充电电压、充电电流、充电温度、充电曲线等信息，控制面板显示当前充电槽对应的充电位置状态（见图1）。

3.2 一体化结构设计

移动充电柜一体化结构设计主要用来存放无人机、电池、遥控及其他设备等，把所有无人机巡检作业需要的设备统一放进充电箱内存放管理，其设计理念是为了简化无人机巡检的准备工作，如果有巡检作业需求时，巡检人员只需检查充电箱内的装备，确认无误后携带移动充电箱出门即可（图2）。

4 应用前景

利用大疆精灵4 系列的无人机对配网线路进行常态化巡检已经成为供电部门的首选工具，利用无人机进行巡检工作可以有效节约人力物力资源，但其存在需要携带大量电池、且野外没有市电进行充电的问题和其他外部环境等因素的影响。本项目设计的移动充电柜可在野外便捷的供电池充放电，充电安全性能较高，能更好的适应室外工作环境，是一个集电池充电、存放无人机于一体的设备，能够实现无人值守、自动监控电池充放电、对电池过充过放过流的自动断电保护、智能管理飞机的功能。