CN107086656A - 一种无人机充电装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种无人机充电装置，该无人机充电装置包括：太阳能电池板、储电装置、充电柱、控制单元，其中，上述的太阳能电池板为染料敏化太阳能电池，该染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极、电解液，该光阳极为一种基于TiO2纳米结构的双层光阳极，包括基底、设于基底上的TiO2纳米颗粒层、设于TiO2纳米颗粒之上的TiO2纳米片层。
Description
技术领域
本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机充电装置。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人固定翼机、无人垂直起降机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。在民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，而在具体的救灾领域中，如森林的火灾的监控，则需要无人机在森林中长时间的飞行，而无人机自身的电能储备极其有限，因此需要实时的提供无人机充电，但是对在森林中往往电力设施未铺设到位，因此执行任务的无人机来说，充电非常不便，若集中充电则会影响执行任务无人机的飞行距离。
发明内容
本发明旨在提供一种无人机充电装置，以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种无人机充电装置，该无人机充电装置包括：
太阳能电池板，设置于无人机工作的区域，用以将接受的太阳能转换为电能；
储电装置，与太阳能电池板连接，用以将转化的电能储存；
充电柱，固定设置于地面上，并与储电装置连接；
该充电柱包括：第一充电接口，设置于充电柱的顶部，无人机上设置匹配第一充电接口的第二充电接口；
控制单元，与第一充电接口连接，用以在无人机的第二充电接口与第一充电接口连接后，控制储电装置对无人机进行充电；
其中，上述的太阳能电池板为染料敏化太阳能电池，该染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极、电解液，该光阳极为一种基于TiO2纳米结构的双层光阳极，包括基底、设于基底上的TiO2纳米颗粒层、设于TiO2纳米颗粒层之上的TiO2纳米片层。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明的无人机充电装置可灵活的设置于无人机工作区域，不仅结构简单，而且方便将收集的太阳能转化为电能，可满足对无人机及时充电。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明无人机充电装置的结构示意图；
图2是本发明所述光阳极的结构示意图；
其中，1-太阳能电池板，2-储电装置，3-充电柱，4-第一充电接口，5-控制单元，6-定位单元，7-无线通信单元，15-基底，16-TiO2纳米颗粒层，17-TiO2纳米片层。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本申请的实施例涉及一种无人机充电装置，如图1所示，包括：
太阳能电池板1，设置于无人机工作的区域，用以将接受的太阳能转换为电能；
储电装置2，与太阳能电池板1连接，用以将转化的电能储存；
充电柱3，固定设置于地面上，并与储电装置2连接；
该充电柱3包括：第一充电接口4，设置于充电柱3的顶部，无人机上设置匹配第一充电接口4的第二充电接口；
控制单元5，与第一充电接口4连接，用以在无人机的第二充电接口与第一充电接口4连接后，控制储电装置2对无人机进行充电。
上述的太阳能电池板1为染料敏化太阳能电池，该染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极、电解液，光阳极上吸附有染料，该光阳极为一种基于TiO2纳米结构的双层光阳极，，结合图2所示，包括基底15、设于基底15上的TiO2纳米颗粒层16、设于TiO2纳米颗粒层16之上的TiO2纳米片层17。
上述技术方案中，无人机充电装置可根据无人机工作区域分别设置多个，以方便对不同区域工作的无人机提供充电，为了保证处于不同位置的无人机充电装置对无人机进行充电，本申请通过采用太阳能电池板收集太阳能并将太阳能转化为电能储存在储电装置中，无人机在需要充电时可将第二接口与所述充电柱上的第一充电接口对接，控制装置在无人机与第一充电接口对接后控制储电装置对无人机进行充电。
在一种优选地实施方式中，该充电柱3还设置有定位单元6，用以获取充电柱的位置信息。
在一种优选地实施方式中，该充电柱3还包括一总控服务端，充电柱3设置有无线通信单元7，该无线通信单元7与所述定位单元6连接，控制单元5于储电装置2充满电后，将位置信息通过无线通信单元7发送至总控服务端。
在一种优选地实施方式中，当无人机需要充电时，向总控服务端发送一充电请求，总控服务端根据请求返回一充电柱的位置信息至无人机。
上述技术方案中，为了获得每个充电装置的具体位置，方便无人机获取无人机充电装置的位置，可通过定位单元获取充电柱的具体位置信息，并将获取的位置信息通过无线通信单元发送至总控服务端，方便总控服务端获知可进行充电的充电柱的位置，其中控制单元用以在储电装置充满电之后主动将当前的充电柱的位置信息上报至总控服务端；当无人机需要充电时，通过无线的方式发送一充电请求至总控服务端，其中充电请求还可包括无人机的位置信息，总控服务端根据无人机的位置信息，安排离无人机最近的可充电的充电柱的位置信息至无人机，无人机根据充电柱的位置信息后，到达充电柱的位置进行充电操作。
在一种优选地实施方式中，该TiO2纳米颗粒层基于TiO2空心球，还包括有WO3纳米颗粒、MnO2纳米颗粒、石墨烯；该TiO2纳米片层基于TiO2纳米片结构。
本申请的光阳极结构中，在基底表面依次设有TiO2纳米颗粒层和TiO2纳米片层，上述的TiO2纳米颗粒层和TiO2纳米片层均具有很大的比表面积，能够增大对染料的吸附，同时，其对光具有良好的散射能力，从而增大了光阳极对光的捕获能力，提高了光电转换效率。
优选地，上述的光阳极中，该TiO2纳米颗粒层包括TiO2空心球、WO3纳米颗粒、MnO2纳米颗粒、石墨烯，上述各物质占TiO2纳米颗粒层总质量的质量百分比分别为55％、18％、15％、12％。
其中，该TiO2纳米颗粒层中，TiO2空心球的球壳是由TiO2纳米晶团聚而成，具有较大的比表面积和多孔结构，从而能够增大对于染料的吸附、加强电解液在光阳极中的扩散、提高光阳极上光的散射，TiO2空心球结构是一种很有潜力的光阳极材料，然而，TiO2空心球与导电基底的接触性不好，在接触界面上存在很多空隙，降低了导电基底收集电子的能力，进而导致光电转换效率的下降；因此，本申请中，在TiO2空心球之间还混合填充有石墨烯，石墨烯是一种没有能隙的物质，显示金属性；石墨烯具有非常大的比表面积、优异的机械性能和物理性能、良好的导电性能，将石墨烯作为染料敏化太阳能电池的光阳极材料的技术方案不多。
同时，该TiO2纳米颗粒层中还填充有WO3纳米颗粒，纳米氧化钨是一种具有催化、电致变色、气致变色、光致变色、气敏、超导等诸多特性的多功能过渡金属氧化物半导体功能材料，其对红外线具有一定的吸收功能，而染料及TiO2空心球对光的吸收较多的集中在紫外及可见光区，WO3纳米颗粒的加入增大了该光阳极对光的吸收频率范围，提高了光电转换效率。
在一种优选地实施方式中，上述光阳极的制备过程为：
S1，透明导电基片选FTO基片，将其裁剪、然后放入丙酮、乙醇、去离子水中依次超声清洗30min；
S2，将2.6g的Ti(SO4)2加入到150ml的蒸馏水中，搅拌30min；将0.41g的氟化铵和1.2g的尿素加入到上述溶液中，搅拌50min；将上述溶液转移到两个100ml水热釜中，在180℃下水热反应12h，反应结束后，收集水热釜中的白色沉淀并分别水洗和醇洗各3遍，然后在真空干燥箱中80℃下干燥8h，得到TiO2空心球粉末；
S3，将单层石墨烯溶于丙酮中，超声处理至完全溶解，单层石墨烯的浓度为23.6mg/ml；
S4，按照比例将TiO2空心球粉末、WO3纳米颗粒、MnO2纳米颗粒和上述得到的石墨烯溶液混合均匀，并超声分散，得到混合材料；
S5,将上述的混合材料旋涂到FTO基底上，放置60h以上晾干，然后将FTO基底放入水合肼蒸汽中进行还原，在FTO基底表面得到TiO2纳米颗粒层；
S6，将25ml的Ti(OC4H9)4和3ml的HF加入到100ml聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后在180℃水热24h；水热结束后，收集白色沉淀物，分别用无水乙醇和去离子水反复冲洗，最后，将白色沉淀物转移到真空干燥箱中80℃下干燥8h，得到TiO2纳米片粉末；
S7，取1.5g的TiO2纳米片粉末、5g的松油醇、8.5g 10％的乙基纤维素乙醇溶液、25ml的无水乙醇，将上述物质加入到50ml烧杯中，并在烧杯中放入磁子，微热搅拌，直到乙醇挥发变成粘性浆料，将该浆料滴加到FTO基底上，用载玻片快速刮涂均匀，使浆料均匀铺展，晾干后，将其放入马弗炉中在450℃退火30min、500℃退火30min，煅烧结束后，得到TiO2纳米片层，即为本申请的光阳极。
实施例1
S1，透明导电基片选FTO基片，将其裁剪、然后放入丙酮、乙醇、去离子水中依次超声清洗30min；
S2，将2.6g的Ti(SO4)2加入到150ml的蒸馏水中，搅拌30min；将0.41g的氟化铵和1.2g的尿素加入到上述溶液中，搅拌50min；将上述溶液转移到两个100ml水热釜中，在180℃下水热反应12h，反应结束后，收集水热釜中的白色沉淀并分别水洗和醇洗各3遍，然后在真空干燥箱中80℃下干燥8h，得到TiO2空心球粉末；
S3，将单层石墨烯溶于丙酮中，超声处理至完全溶解，单层石墨烯的浓度为23.6mg/ml；
S4，按照比例将TiO2空心球粉末和上述得到的石墨烯溶液混合均匀，并超声分散，得到混合材料；
S5,将上述的混合材料旋涂到FTO基底上，放置60h以上晾干，然后将FTO基底放入水合肼蒸汽中进行还原，在FTO基底表面得到TiO2纳米颗粒层；
S6，将25ml的Ti(OC4H9)4和3ml的HF加入到100ml聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后在180℃水热24h；水热结束后，收集白色沉淀物，分别用无水乙醇和去离子水反复冲洗，最后，将白色沉淀物转移到真空干燥箱中80℃下干燥8h，得到TiO2纳米片粉末；
S7，取1.5g的TiO2纳米片粉末、5g的松油醇、8.5g 10％的乙基纤维素乙醇溶液、25ml的无水乙醇，将上述物质加入到50ml烧杯中，并在烧杯中放入磁子，微热搅拌，直到乙醇挥发变成粘性浆料，将该浆料滴加到FTO基底上，用载玻片快速刮涂均匀，使浆料均匀铺展，晾干后，将其放入马弗炉中在450℃退火30min、500℃退火30min，煅烧结束后，得到TiO2纳米片层，即为本申请的光阳极。
采用上述光阳极，以N719为染料制备的染料敏化太阳能电池的光电转换效率达到6.73％。
实施例2
S1，透明导电基片选FTO基片，将其裁剪、然后放入丙酮、乙醇、去离子水中依次超声清洗30min；
S2，将2.6g的Ti(SO4)2加入到150ml的蒸馏水中，搅拌30min；将0.41g的氟化铵和1.2g的尿素加入到上述溶液中，搅拌50min；将上述溶液转移到两个100ml水热釜中，在180℃下水热反应12h，反应结束后，收集水热釜中的白色沉淀并分别水洗和醇洗各3遍，然后在真空干燥箱中80℃下干燥8h，得到TiO2空心球粉末；
S3，将单层石墨烯溶于丙酮中，超声处理至完全溶解，单层石墨烯的浓度为23.6mg/ml；
S4，按照比例将TiO2空心球粉末、WO3纳米颗粒和上述得到的石墨烯溶液混合均匀，并超声分散，得到混合材料；
S5,将上述的混合材料旋涂到FTO基底上，放置60h以上晾干，然后将FTO基底放入水合肼蒸汽中进行还原，在FTO基底表面得到TiO2纳米颗粒层；
S6，将25ml的Ti(OC4H9)4和3ml的HF加入到100ml聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后在180℃水热24h；水热结束后，收集白色沉淀物，分别用无水乙醇和去离子水反复冲洗，最后，将白色沉淀物转移到真空干燥箱中80℃下干燥8h，得到TiO2纳米片粉末；
S7，取1.5g的TiO2纳米片粉末、5g的松油醇、8.5g 10％的乙基纤维素乙醇溶液、25ml的无水乙醇，将上述物质加入到50ml烧杯中，并在烧杯中放入磁子，微热搅拌，直到乙醇挥发变成粘性浆料，将该浆料滴加到FTO基底上，用载玻片快速刮涂均匀，使浆料均匀铺展，晾干后，将其放入马弗炉中在450℃退火30min、500℃退火30min，煅烧结束后，得到TiO2纳米片层，即为本申请的光阳极。
采用上述光阳极，以N719为染料制备的染料敏化太阳能电池的光电转换效率达到8.29％。
实施例3
S1，透明导电基片选FTO基片，将其裁剪、然后放入丙酮、乙醇、去离子水中依次超声清洗30min；
S2，将2.6g的Ti(SO4)2加入到150ml的蒸馏水中，搅拌30min；将0.41g的氟化铵和1.2g的尿素加入到上述溶液中，搅拌50min；将上述溶液转移到两个100ml水热釜中，在180℃下水热反应12h，反应结束后，收集水热釜中的白色沉淀并分别水洗和醇洗各3遍，然后在真空干燥箱中80℃下干燥8h，得到TiO2空心球粉末；
S3，将单层石墨烯溶于丙酮中，超声处理至完全溶解，单层石墨烯的浓度为23.6mg/ml；
S4，按照比例将TiO2空心球粉末、WO3纳米颗粒、MnO2纳米颗粒和上述得到的石墨烯溶液混合均匀，并超声分散，得到混合材料；
S5,将上述的混合材料旋涂到FTO基底上，放置60h以上晾干，然后将FTO基底放入水合肼蒸汽中进行还原，在FTO基底表面得到TiO2纳米颗粒层；
S6，将25ml的Ti(OC4H9)4和3ml的HF加入到100ml聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后在180℃水热24h；水热结束后，收集白色沉淀物，分别用无水乙醇和去离子水反复冲洗，最后，将白色沉淀物转移到真空干燥箱中80℃下干燥8h，得到TiO2纳米片粉末；
S7，取1.5g的TiO2纳米片粉末、5g的松油醇、8.5g 10％的乙基纤维素乙醇溶液、25ml的无水乙醇，将上述物质加入到50ml烧杯中，并在烧杯中放入磁子，微热搅拌，直到乙醇挥发变成粘性浆料，将该浆料滴加到FTO基底上，用载玻片快速刮涂均匀，使浆料均匀铺展，晾干后，将其放入马弗炉中在450℃退火30min、500℃退火30min，煅烧结束后，得到TiO2纳米片层，即为本申请的光阳极。
采用上述光阳极，以N719为染料制备的染料敏化太阳能电池的光电转换效率达到9.55％。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无人机充电装置，其特征在于，该无人机充电装置包括：
太阳能电池板，设置于无人机工作的区域，用以将接受的太阳能转换为电能；
储电装置，与太阳能电池板连接，用以将转化的电能储存；
充电柱，固定设置于地面上，并与储电装置连接；
该充电柱包括：第一充电接口，设置于充电柱的顶部，无人机上设置匹配第一充电接口的第二充电接口；
控制单元，与第一充电接口连接，用以在无人机的第二充电接口与第一充电接口连接后，控制储电装置对无人机进行充电；
其中，上述的太阳能电池板为染料敏化太阳能电池，该染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极、电解液，该光阳极为一种基于TiO2纳米结构的双层光阳极，包括基底、设于基底上的TiO2纳米颗粒层、设于TiO2纳米颗粒层之上的TiO2纳米片层。
2.根据权利要求1所述的无人机充电装置，其特征在于，该TiO2纳米颗粒层包括TiO2空心球、石墨烯。
3.根据权利要求1所述的无人机充电装置，其特征在于，该TiO2纳米颗粒层包括TiO2空心球、WO3纳米颗粒、石墨烯。
4.根据权利要求1所述的无人机充电装置，其特征在于，该TiO2纳米颗粒层包括TiO2空心球、WO3纳米颗粒、MnO2纳米颗粒、石墨烯。
5.根据权利要求4所述的无人机充电装置，其特征在于，该TiO2纳米颗粒层中，TiO2空心球、WO3纳米颗粒、MnO2纳米颗粒、石墨烯占TiO2纳米颗粒层总质量的质量百分比分别为55％、18％、15％、12％。
6.根据权利要求5所述的无人机充电装置，其特征在于，上述光阳极的制备过程为：
S1，透明导电基片选FTO基片，将其裁剪、然后放入丙酮、乙醇、去离子水中依次超声清洗30min；
S2，将2.6g的Ti(SO4)2加入到150ml的蒸馏水中，搅拌30min；将0.41g的氟化铵和1.2g的尿素加入到上述溶液中，搅拌50min；将上述溶液转移到两个100ml水热釜中，在180℃下水热反应12h，反应结束后，收集水热釜中的白色沉淀并分别水洗和醇洗各3遍，然后在真空干燥箱中80℃下干燥8h，得到TiO2空心球粉末；
S3，将单层石墨烯溶于丙酮中，超声处理至完全溶解，单层石墨烯的浓度为23.6mg/ml；
S4，按照比例将TiO2空心球粉末、WO3纳米颗粒、MnO2纳米颗粒和上述得到的石墨烯溶液混合均匀，并超声分散，得到混合材料；
S5,将上述的混合材料旋涂到FTO基底上，放置60h以上晾干，然后将FTO基底放入水合肼蒸汽中进行还原，在FTO基底表面得到TiO2纳米颗粒层；
S6，将25ml的Ti(OC4H9)4和3ml的HF加入到100ml聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后在180℃水热24h；水热结束后，收集白色沉淀物，分别用无水乙醇和去离子水反复冲洗，最后，将白色沉淀物转移到真空干燥箱中80℃下干燥8h，得到TiO2纳米片粉末；
S7，取1.5g的TiO2纳米片粉末、5g的松油醇、8.5g 10％的乙基纤维素乙醇溶液、25ml的无水乙醇，将上述物质加入到50ml烧杯中，并在烧杯中放入磁子，微热搅拌，直到乙醇挥发变成粘性浆料，将该浆料滴加到FTO基底上，用载玻片快速刮涂均匀，使浆料均匀铺展，晾干后，将其放入马弗炉中在450℃退火30min、500℃退火30min，煅烧结束后，得到TiO2纳米片层，即为本申请的光阳极。
7.根据权利要求1所述的无人机充电装置，其特征在于，该充电柱还设置有定位单元，用以获取充电柱的位置信息。
8.根据权利要求7所述的无人机充电装置，其特征在于，该充电柱还包括一总控服务端，充电柱设置有无线通信单元，该无线通信单元与所述定位单元连接，控制单元于储电装置充满电后，将位置信息通过无线通信单元发送至总控服务端。
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