中國粉體網(wǎng)訊  當前，低空經(jīng)濟正在快速發(fā)展，無人機等飛行器已經(jīng)逐漸應用在測繪、航拍、農(nóng)業(yè)、物流、醫(yī)療或緊急救援等領(lǐng)域。尤其在一些人力執(zhí)行相當棘手且危險的領(lǐng)域，無人機成為了我們的得力幫手。

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相關(guān)機構(gòu)調(diào)研顯示，全球無人飛行器市場規(guī)模預計將從2024年的317億美元成長至2030年的912.3億美元，預測期間的年復合增長率為16.3%。

市場不斷擴大的同時，對無人機的性能要求越來越高，比如圖像傳輸速度和清晰度等，還要飛得越高飛得越久，相應地其工作時產(chǎn)生的熱量也越來越多。但是由于無人機的體積要盡可能小巧，這便導致其整體設備的散熱成為了制約其技術(shù)突進的瓶頸。

01.熱從何來

電池

電池是無人機的能量儲備庫，當電池放電時，化學能變?yōu)殡娔茯?qū)動電機，這個過程會發(fā)熱，尤其在無人機緊急起飛或者快速攀升時需要大功率輸出，電池需要高倍率放電，電池發(fā)熱問題更為嚴重。

相關(guān)研究表明，鋰離子電池的最佳使用溫度范圍為25~40℃，超過45℃電池性能就會下降，甚至會起火爆炸。因此需要對無人機用鋰離子電池進行散熱設計，使其產(chǎn)生的熱量及時地散去。

電機、電調(diào)

無人機的兩大核心就是電機和電調(diào)（即電子調(diào)速器）。

無人機飛行全靠螺旋槳或者渦扇來牽引帶動，驅(qū)動它們旋轉(zhuǎn)的動力都是來自電機，電機作為無人機的動力輸出單元，也是個“發(fā)熱大戶”。電機內(nèi)部有鐵芯和繞組線圈，繞組通電產(chǎn)生電阻損耗，也就是常說的銅損，電流越大、電阻越高，銅損就越大，發(fā)熱也就越厲害；鐵芯在交變磁場下會產(chǎn)生磁滯渦流損耗，即鐵損。像無人機在持續(xù)飛行、尤其是高速巡航時，電機長時間高負荷運轉(zhuǎn)，銅損和鐵損疊加，熱量迅速積聚，這不僅會降低電機自身的效率，導致動力輸出減弱，還可能使電機的絕緣材料受損，引發(fā)短路故障，讓飛行器在空中失去動力，后果不堪設想。

電機隨時承擔著動力輸出工作，電機的轉(zhuǎn)速和功率大小卻是靠電調(diào)控制，所以無人機能平穩(wěn)飛行電調(diào)是功不可沒的。電調(diào)在運行過程中會產(chǎn)生大量的熱量，如果電調(diào)過熱導致性能衰減，那就不能很好地控制電機轉(zhuǎn)速，那飛控就無法承受住這樣大的電流。

逆變器

負責將電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換為電機所需的交流電。逆變器工作時，通過半導體開關(guān)管的頻繁導通和關(guān)斷來實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換。在這個過程中，開關(guān)管自身會產(chǎn)生熱量，而且由于電流的快速變化，還會在電路中形成高頻諧波，進一步增加損耗、產(chǎn)生熱量。一旦逆變器過熱，其內(nèi)部的電子元件性能會下降，甚至損壞，造成交流電輸出異常，電機無法正常工作，無人機也就陷入了飛行困境。

馬達與推進系統(tǒng)電動馬達

驅(qū)動螺旋槳的馬達會因電阻和機械摩擦而產(chǎn)生熱量，尤其是在高負載或長時間運作時。電子速度控制器這些裝置可調(diào)節(jié)馬達的速度，并在運作期間產(chǎn)生熱量，尤其是在管理高電流時。

配電系統(tǒng)配線和連接器

電氣連接器和配線會因電阻而產(chǎn)生熱量，特別是當電氣連接器和配線的大小不足以承載電流或連接不良時。

此外，無人機等各類飛行器具有一定的智能化功能，實現(xiàn)這些先進功能也必使得芯片和器件本身的發(fā)熱量進一步增加。如攝像頭，它是飛行器的眼睛，然而攝像頭在運行時產(chǎn)生的熱量多，如果散熱不及時，導致溫度升高，電子設備電阻升高，就會損壞電子元件，從而影響圖像傳送的穩(wěn)定性。

02.散熱“三十六計”

為了解決無人機散熱問題，工程師們想了很多辦法，如液冷、風冷以及各種高效的導散熱材料。

液冷，就像是給設備安排了一條“清涼小溪”。冷卻液在封閉的管路中循環(huán)流動，流經(jīng)發(fā)熱部件時，熱量就如同被溪水裹挾著，源源不斷地帶走。重新冷卻后的冷卻液又回到電池部位，如此往復，確保電池始終處于適宜的工作溫度區(qū)間。

風冷，則是借助風扇、通風口等，讓空氣流動起來帶走熱量，好似給設備吹起了“清涼之風”。在一些小型無人機或者對重量、成本控制極為嚴苛的項目中，風冷大顯身手。

電池包用膠詳解，來源：漢高

導/散熱材料及部件在無人機熱管理中表現(xiàn)也相當給力，例如，在電池熱管理中，導熱凝膠、導熱硅脂、導熱粘接膠、導熱墊片等熱界面材料必不可少；在芯片散熱方面，熱界面材料、熱管、均熱板等也能發(fā)揮重要作用。

小結(jié)

總之，無人機的技術(shù)發(fā)展與熱管理水平息息相關(guān)，有效的熱管理解決方案可確保所有元件在指定的溫度范圍內(nèi)運作，提升飛行作業(yè)的性能、可靠性與安全性。

參考來源：

[1]中國粉體網(wǎng)

[2]eVTOL熱管理：解鎖電動飛行的“熱”密碼.eVTOL產(chǎn)業(yè)通

[3]無人機用鋰離子電池散熱設計.清華大學

[4]新一代無人飛行器（UAV）熱管理的需求與機遇.熱管理Ultra

[5]無人機散熱方案.工典科技

（中國粉體網(wǎng)/山川）

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