氫能無人機新品相繼亮相，動力系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈玩家加碼布局

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/莫婷婷）近年來，我國氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合研究制定的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》提到，到2025年，我國將形成較為完善的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展制度政策環(huán)境，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力顯著提高，基本掌握核心技術(shù)和制造工藝，初步建立較為完整的供應鏈和產(chǎn)業(yè)體系，初步建立以工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫就近利用為主的氫能供應體系。

當前，氫能在無人機領(lǐng)域已經(jīng)有所應用。在氫能無人機產(chǎn)業(yè)鏈上，包括無人機品牌企業(yè)、氫能燃料電池系統(tǒng)企業(yè)、通信系統(tǒng)研發(fā)商等多家企業(yè)均在該領(lǐng)域迎來進展。

解決無人機續(xù)航問題：氫能

2020年，我國推出《無人機用氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)》，對無人機用氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的通用要求、技術(shù)要求、試驗方法以及標志、包裝和運輸要求有了統(tǒng)一的要求，該標準于2020年12月正式實施。氫能具備零污染、零碳排放、能量密度大的特點，被認為是能夠彌補無人機續(xù)航不足的解決方案之一。

云創(chuàng)氫電科技創(chuàng)始人徐偉強在XC02氫動力超長航時工業(yè)無人機的發(fā)布會上對比了采用氫燃料的氫動力無人機、采用鋰電池的電動無人機、油動無人機的優(yōu)劣勢。從續(xù)航時間來看，氫動力無人機和油動無人機是最好的，油動無人機的優(yōu)劣勢是很明顯的，在環(huán)境適應性、能源補充速度上具有優(yōu)勢，但是振動噪聲和環(huán)保特性都比較差。而氫動力無人機在環(huán)境適應性、振動噪聲、能源補充速度以及環(huán)保特性上都具有一定的優(yōu)勢。

盡管電池企業(yè)正在大力研發(fā)能量密度更大、續(xù)航時間更長的電池，但氫能在無人機續(xù)航能力的優(yōu)勢在現(xiàn)階段是非常明顯的，可以說，續(xù)航能力的提升是氫能源幫助無人機解決的第一個大難題，特別是在工業(yè)級無人機的應用上。

當前，工業(yè)無人機的需求也在隨著無人化作業(yè)的普及而提升。這主要是因為用于工業(yè)場景的無人機，例如低空巡檢、地理測繪的場景航程較遠，以完成長時間的數(shù)據(jù)監(jiān)測和收集，電量要足夠無人機順利返程。另一方面，部分工業(yè)無人機需要攜帶高清攝像頭等較重的設(shè)備，對動力系統(tǒng)也提出了要求。一般而言，采用鋰電池的電動工業(yè)無人機在進行作業(yè)的時候需要準備多塊鋰電池以備不時之需。但頻繁更換電池會降低工作效率。

徐偉強表示，氫能源的能量密度是鋰電池的6倍以上，可以讓無人機續(xù)航接近5小時，飛行距離超過300km，作業(yè)效率提升8倍，且能量轉(zhuǎn)化銷量是車用發(fā)動機的3倍?！斑@是以前不敢想象的。氫動力系統(tǒng)全過程零排放，最終產(chǎn)物只有純水，而且還是目前能量轉(zhuǎn)化效率最高的動力形式。”

除此之外，森林巡檢、火災救援等無人機還要求能夠在不同的溫度下能穩(wěn)定工作，對環(huán)境適應性有較高的要求。

從多種優(yōu)勢來看，氫能源被認為是當下工業(yè)無人機發(fā)電系統(tǒng)的最佳解決方案。

早在2016年，科比特航空發(fā)布的多旋翼無人機采用氫燃料電池，續(xù)航能力做到了273分鐘，也就是約4個小時。彼時，消費級無人機的續(xù)航時間一般是在半個鐘左右，工業(yè)級多旋翼無人機為1小時左右?？票忍氐男缕纷寴I(yè)內(nèi)看到了氫能在無人機續(xù)航性能上的更多可能性。

時間到了2020年，中國航空公司與新研氫能共同推出六旋翼氫燃料電池無人機，續(xù)航時間達到了331分鐘。

無人機產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)，持續(xù)探索氫能在無人機上的潛能，并最終通過續(xù)航性能的提升體現(xiàn)出來。例如貴州自然資源采用大翼展無人機巡查土地違法行為，一個架次飛巡1.5至2個小時，監(jiān)測覆蓋面積300平方公里。

從電池、發(fā)動機，再到無人機，產(chǎn)業(yè)鏈玩家加速推新品

在氫燃料電池系統(tǒng)的企業(yè)中，協(xié)氫新能源專注于風冷小型氫燃料電池系統(tǒng)。協(xié)氫新能源認為小型風冷氫燃料電池在補能時間、續(xù)航里程、電池重量、成本下降速度、環(huán)保、低溫運行這六大方面解決了鋰電池的痛點。

在補能時間方面，氫燃料電池不像鋰電池需要充電時間，加氫或換罐僅需 10 秒鐘。續(xù)航方面，鋰電無人機的續(xù)航普遍在 1-1.5 小時，氫能無人機可以做到續(xù)航 3-5 小時。

而成本，更是投資人以及無人機企業(yè)都在關(guān)注的問題，氫無人機可以對鋰電無人機形成“降維打擊”，徐偉強表示，“從初始成本、使用成本和實現(xiàn)無人作業(yè)的配套成本來看，氫無人機的綜合使用成本還不到電動無人機的一半”。協(xié)氫新能源營銷總監(jiān)袁勝在公開演講時也提到，由于上游鋰材料成本下降較難，氫燃料電池在產(chǎn)業(yè)化后成本下降空間大，下降快，規(guī)?；髢r格將低于鋰電。

電池重量對無人機的飛行性能、航程、續(xù)航等方面都有一定的影響，同時電池重量的增加會減少無人機的有效載荷，在工業(yè)場景下會限制其攜帶其他設(shè)備的能力。袁勝表示，無人機氫燃料電池系統(tǒng)可以減重60%。

在環(huán)保方面，氫燃料電池雙極板、膜電極回收利用率極高，對環(huán)境的影響較小。在雙碳背景下，氫能源的使用有著得天獨厚的優(yōu)勢。

在今年4月，公司發(fā)布了新一代5000W小型風冷氫燃料電池——麒麟HITS-5000，面向大載重無人機市場。額定功率為5000W，電壓48—76V，裸堆尺寸110x230x395mm，重量4.6公斤。

圖：麒麟HITS-5000（協(xié)氫新能源）

同樣是在今年4月，北京航空航天大學能源與動力工程學院研制的“北航氫動一號”全電航空發(fā)動機完成首飛，試飛無人機為翼展3.5米的復合翼無人機。根據(jù)介紹，“北航氫動一號”氫能航空發(fā)動機將推進器、電機、燃料電池等經(jīng)過融合設(shè)計，也是國內(nèi)首個直吹冷卻氫能發(fā)動機。該團隊還在研發(fā)功率量級更高的氫能混合動力航空發(fā)動機。

隨著上游氫燃料電池以及氫能發(fā)動機的研發(fā)以及推出，更多氫能無人機也逐一亮相。

2023年12月，協(xié)氫新能源發(fā)布了超長續(xù)航的氫能工業(yè)級無人機入云龍Ⅱ六旋翼無人機，搭載麒麟HITS-2600氫燃料電池系統(tǒng)。該工業(yè)無人機的續(xù)航是鋰電無人機續(xù)航的3倍以上，可以長達3小時。

云創(chuàng)氫電在今年4月發(fā)布了氫鵬XC02氫動力超長航時工業(yè)無人機，及其F840型號無人機用氫燃料電池。根據(jù)云創(chuàng)氫電科技創(chuàng)始人徐偉強的介紹，氫電混合動力系統(tǒng)可以帶來長續(xù)航，氫鵬XC02無人機可以做到加氫三分鐘，飛行三小時?！拔覀兙哂袕暮诵牟考饺剂想姵囟?、到氫動力系統(tǒng)的全產(chǎn)業(yè)鏈正向自主開發(fā)能力”，他表示。

F840型號無人機用氫燃料電池采用長壽命高可靠性的石墨板電堆，額定功率2kw，重量僅為2kg，質(zhì)量功率密度達到行業(yè)領(lǐng)先。

通過氫鵬XC02無人機的云端控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)跨越城市的遠程自主作業(yè)。在安全性方面，六旋翼布局可以在出現(xiàn)單槳故障的情況下，實現(xiàn)安全降落；氫鵬XC02還集成設(shè)計搭載的降落傘和智能開傘系統(tǒng)；通過整體式強化機身結(jié)構(gòu)，可以承受超過10倍重量的過載。在其他方面，氫鵬XC02采用快拆式的腳架和機臂設(shè)計，更加便利。

氫鵬XC02無人機可以實現(xiàn)200km以上的遠程應急物資配送，低噪音，4G信號云端控制，適合跨城市貨運飛行；可以實現(xiàn)長達100km的油氣電力管線、高速、河道等固定線路巡檢，在進行廣域測繪作業(yè)時，使用電動無人機需要頻繁起降更換電池，但氫動力工業(yè)無人機的長續(xù)航性能，讓作業(yè)效率提升到原來的6-8倍。值得一提的是，在進行森林巡查時，氫鵬XC02無人機可以實現(xiàn)一鍵式起降連續(xù)高效作業(yè)，定點自主飛行，深入原始森林內(nèi)部，不需要飛手。

在今年5月， 氫源智能完成了固體氫動力無人機“理工氫源-翠亨1號”首飛儀式。采用全球MOF（金屬有機骨架材料）固體氫電驅(qū)動系統(tǒng)，內(nèi)置高密度儲氫模塊、彈性釋氫模塊與改進型氫燃料電池，質(zhì)量儲氫密度接近10%。載重30公斤級。

理工氫源-翠亨1號無人機（圖：氫源智能）

官方表示，這是國內(nèi)首款固體氫動力無人機，在實用性、安全性、經(jīng)濟型上，均優(yōu)于35MPa的高壓氣瓶常規(guī)氣態(tài)儲氫方式。

需要關(guān)注的是，盡管當前氫能源已經(jīng)在無人機領(lǐng)域有所應用，但是要真正實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應用，還需要技術(shù)的持續(xù)突破，包括實現(xiàn)比功率、材料利用率、發(fā)電效率的提高，更重要的還有氫氣利用率也需要不斷通過技術(shù)手段實現(xiàn)優(yōu)化。