[發明專利]一種無人機能量調理電路及方法

在審

• 申請號: 201710345367.0
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107069930A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 何小民;黃亞坤;金瑤
• 申請（專利權）人: 浙江點辰航空科技有限公司
• 主分類號: H02J9/00
• 分類號: H02J9/00;H02J9/08;H02J7/00;B64D27/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及能源領域的熱動力電源系統，尤其涉及一種基于熱動力電源系統的無人機能量調理電路及方法。

背景技術

無人機可以通過無線電控制器從遠端位置進行控制，或基于預編程組態自行運轉。根據子系統的負載要求，無人機有幾種電源方案，包括電池電源系統，太陽能電源系統及燃料動力電源系統。電池電源系統的能量完全由電池提供，不管其使用鉛酸電池、鎳氫電池還是鋰電池等。由于電池的能量密度和使用壽命有限，這種方案僅適用于運行時間短、功率小的無人機。太陽能電源系統清潔環保、使用壽命長，但光伏發電具有間歇性和隨機性，在陰天、雨、雪天等不良天氣條件下將無法使用，而且太陽能電池能源密度很低，不適用于大載荷無人機，尤其是多旋翼無人機。燃料動力電源系統解決了使用時間短、使用壽命不長、環境條件受限及燃料能量損失大效率低的問題。

典型的燃料動力電源系統中，燃料經過發動機、發電機轉化為三相交流電源，該三相交流電源經過不控整流器轉換為直流電源，該直流電源供給后級負載使用。同時，該系統還配有備用電池，當燃料耗盡或發電機故障停機時，由該備用電池提供緊急動力，提高整機的冗余度及可靠性；當無人機處于巡航等低功耗階段時，由該備用電池存儲發電機發出的多余電量，提高燃料經濟性。這就存在一個如何有效分配發電機發出的電量供給后級各組件的問題。

發明內容

本發明主要是解決現有技術所存在的能量分配不夠準確、效率較低等的技術問題，提供一種可以提高能量利用率、使發電系統輸出穩定、減少發電系統調節量的無人機能量調理電路。

本發明針對上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種無人機能量調理電路，包括備用電池充放電電流調整單元、信號測量單元和控制驅動單元；所述備用電池充放電電流調整單元的第一電源端連接發電機的第一輸出端、負載的第一輸入端和備用電池的第一端，備用電池充放電電流調整單元的第二電源端連接發電機的第二輸出端、負載的第二輸入端和備用電池的第二端；控制驅動單元與備用電池充放電電流調整單元的四個控制端連接；信號測量單元分別連接負載、控制驅動單元、備用電池充放電電流調整單元和備用電池。

發電機發出的電提供給負載（無人機電動機），當發電量超過負載用電量時，備用電池充放電電流調整單元將多余的電能輸入到備用電池進行存儲，當出現負載需求電能大于發電機輸出電能或者發電機出現故障、燃料不足等情況時，備用電池充放電電流調整單元控制備用電池輸出能量到負載，以滿足負載的需求。信號測量單元測量負載、備用電池的狀態并反饋到控制驅動單元，使控制驅動單元能夠實現對備用電池充放電電流調整單元的準確控制。

作為優選，所述備用電池充放電電流調整單元包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管和電感；所述第一MOS管的漏極和第二MOS管的漏極連接并作為備用電池充放電電流調整單元的第一電源端；第一MOS管的源極連接第三MOS管的漏極，第二MOS管的源極連接第四MOS管的漏極；電感第一端連接第一MOS管的源極，電感第二端連接第二MOS管的源極；第三MOS管的源極和第四MOS管的源極連接并作為備用電池充放電電流調整單元的第二電源端；第一MOS管的柵極、第二MOS管的柵極、第三MOS管的柵極和第四MOS管的柵極為備用電池充放電電流調整單元的四個控制端。

使用MOS管作為開關，可以使系統具有極高的可靠性和較長的使用壽命。

作為優選，所述信號測量單元包括第一電流傳感器、第二電流傳感器和電壓傳感器；所述第一電流傳感器串接在負載的第一輸入端上，第二電流傳感器串接在備用電池的第一端上，電壓傳感器跨接在備用電池充放電電流調整單元的第一電源端和第二電源端之間；第一電流傳感器、第二電流傳感器和電壓傳感器的信號輸出端都連接到控制驅動單元。

第一電流傳感器檢測負載的輸入電流，第二電流傳感器檢測備用電池的輸入電流和輸出電流，電壓傳感器檢測備用電池充放電電流調整單元第一電源端和第二電源端的電壓。

作為優選，所述控制及驅動電路包括LM5008單片機。LM5008單片機還與無人機的總控制器連接，實時獲取飛行姿態、速度、高度、發動機運行狀態等信息，從而判斷負載所需的功率，并進行合理調整。

作為優選，所述發電機的輸入軸連接發動機的輸出軸。發動機為燃料發動機，將化學能轉化為機械能，然后通過發電機轉化為電能，提供給負載和備用電池。