Mobiles UAV-Ladegerät

Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs oder Drohnen) werden in unzähligen Anwendungen eingesetzt, z. B. zur Überwachung und Kontrolle, zum Einsatz in gefährlichen Umgebungen, zur Vermessung großer Gebäude oder zum schnellen Transport von Gütern. Nach der Rückkehr von einem Einsatz müssen diese Geräte so schnell wie möglich wieder einsatzbereit sein. Viele verschiedene Batterien müssen schnell geladen werden. Das geht am besten mit einem Universal-Ladegerät, das den Ladezyklus an die jeweilige Drohne anpassen kann. Möchten Sie wissen, wie das erreicht werden kann?

Dank moderner Batterie- und Motorantriebstechnologien haben unbemannte Luftfahrzeuge (UAV) viele Aufgaben übernommen, die für Menschen schwierig oder gefährlich sind. In den zurückliegenden Jahren sind tausende neuer Anwendungen entstanden – vom Spielzeug bis zu militärischen Drohnen. Doch was sind die größten Herausforderungen auf diesem Markt? Natürlich sind das Gewicht, die Nutzlast und die Betriebsdauer des UAV wichtig. Eine weitere große Herausforderung, vor allem bei größeren Geräten, ist das sichere Fliegen und Landen, selbst bei Unterbrechungen des Fernsteuersignals, bei Störungen oder im schlimmsten Fall bei Fehlern in der Elektronik oder den Motoren. Eine Drohne darf niemandem auf den Kopf fallen, darf keinen Schaden verursachen und nicht verloren gehen.

Daher müssen Autopilot-Funktionen nicht nur vorhanden sein, sondern in einigen Anwendungen sogar als redundante Systeme ausgelegt werden. In diesem Fall musste der Kunde sicherstellen, dass die Überwachungsdrohne auch bei einem Batterieausfall sicher über eine längere Strecke zurückfliegen kann. Um diese Redundanz zu erreichen, werden zwei komplett voneinander getrennte Batterien in die Drohne eingebaut. Ein weiterer wichtiger Faktor auf diesem Markt ist die erneute Einsatzbereitschaft nach einem langen Flug. Moderne Batterien erlauben ein schnelles Laden mit hoher Leistung, in diesem Fall zweimal 1,2kW. Das klingt einfach, aber das Ladegerät musste mobil und daher so klein und leicht wie möglich sein. Die ideale Lösung war die Kombination einer ultrakompakten, 1,2kW starken und nur 1000g schweren AC/DC-Stromversorgung. Mit einem Aufwärts-/Abwärts (Buck-Boost)-Regler können alle Batterietypen mit Strömen bis zu 50A geladen werden.

Die AC/DC-Stromversorgung generiert eine Ausgangsspannung von 48VDC. Der Regler erhöht oder verringert diese Spannung auf den Wert, der für den gesamten Ladevorgang der Batterie nötig ist. Die Ausgangsspannung des Reglers wird von einem Mikrocontroller gesteuert, der den Ladezustand und die Temperatur der Batterien überwacht. Durch die Verwendung von zwei dieser Kombinationen erhält der Kunde die notwendigen unabhängigen Ladekanäle. Die beiden AC/DC-Stromversorgungen, zwei Regler und die komplette Steuerelektronik passen bequem in ein Gehäuse, das kleiner ist als eine normale Aktentasche. Das Gesamtgewicht der Leistungskomponenten betrug weniger als 2kg.

Zusätzlich wurden kleine RECOM-Wandler eingesetzt, um von diesem 48VDC-Bus Versorgungsspannungen von 12, 5 und 3,3VDC für die Steuer- und Überwachungselektronik zu generieren. Die Herausforderung, ein mobiles zweikanaliges 2,4kW-Ladegerät zu konstruieren, wurde gelöst, und der Kunde kann in Zukunft die Leistung mit einer ähnlichen, sehr kleinen 3kW AC/DC-Einheit, die bereits auf RECOMs Roadmap steht, problemlos erhöhen. Der im aktuellen Design verwendete Regler verfügt über ausreichend Kapazität, um diese Leistung zu verarbeiten. Und was, wenn noch mehr Leistung benötigt wird? Beide Einheiten können parallel geschaltet werden, um eine Leistung von 6kW zu erhalten.