[發(fā)明專利]一種基于VICOR電源模塊的無人直升機(jī)鋰電池隔離充電系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010637824.5
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN114142541A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯憲宇
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02H7/18;H02M3/28;H02M1/44;H02M1/14;H02M1/32
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于VICOR電源模塊的無人直升機(jī)鋰電池充電系統(tǒng)，涉及無人直升機(jī)領(lǐng)域，主要目的在于采用高效率、小體積的VICOR電源模塊在機(jī)上為電池進(jìn)行充電，在保證安全性的前提下，大大的降低了充電系統(tǒng)的重量。所述系統(tǒng)包括隔離電源單元和輸出保護(hù)單元兩部分：隔離電源單元選擇VICOR?DCM電源模塊，采用電壓、電流雙閉環(huán)隔離反饋，并經(jīng)PI運(yùn)算后控制電源模塊的電壓控制腳，實(shí)現(xiàn)為電池進(jìn)行恒流限壓充電；輸出保護(hù)單元通過采用輸出控制、硬件電壓保護(hù)和電源使能三重保護(hù)的方式，對充電過程進(jìn)行保護(hù)，可有效防止電池過充。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人直升機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說涉及一種基于VICOR電源模塊的無人直升機(jī)鋰電池隔離充電系統(tǒng)。

技術(shù)背景

無人直升機(jī)具有垂直起降和空中懸停等飛行特性，在農(nóng)業(yè)、電力、交通等方面發(fā)揮著重要的作用。尤其是近幾年隨著動(dòng)力儲(chǔ)能系統(tǒng)、傳感器、飛行控制技術(shù)的發(fā)展，無人直升機(jī)得到了迅速的發(fā)展。與純電池驅(qū)動(dòng)的小型無人機(jī)不同，大型的無人直升機(jī)仍舊采用燃油驅(qū)動(dòng)，并采用鋰電池作為應(yīng)急電源。在飛行過程中，當(dāng)主電源系統(tǒng)不能正常工作時(shí)，必須依靠應(yīng)急電源為飛行控制系統(tǒng)、測控設(shè)備等關(guān)鍵用電設(shè)備供電，以確保飛行安全和盡快返航。

專利CN203491696U公開了無人直升機(jī)在正常情況下，無人直升機(jī)上的主電源電壓為28.5V和12V，應(yīng)急電源至少包括一塊24V蓄電池組或12V蓄電池組。當(dāng)主電源故障時(shí)，應(yīng)急電源保證影響飛行安全的直流基本負(fù)載正常工作，從而確保30min應(yīng)急飛行時(shí)間。

現(xiàn)存無人直升機(jī)充電系統(tǒng)，多采用非隔離式充電，通過電源芯片設(shè)計(jì)的斬波電路對電池進(jìn)行恒流和恒壓充電。但是非隔離式充電方式，安全性能較差，尤其是在電源內(nèi)部關(guān)鍵器件(MOS管等)等損壞時(shí)會(huì)對電池過充電，發(fā)生危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于以上問題，提出了一種基于VICOR電源模塊的無人直升機(jī)鋰電池隔離充電系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以有效的將無人直升機(jī)母線與鋰電池進(jìn)行電氣隔離，保護(hù)電池的安全。

該系統(tǒng)包含隔離電源單元與輸出保護(hù)單元兩部分：

隔離電源單元以VICOR-DCM電源模塊為核心，將無人直升機(jī)母線的28V恒壓源轉(zhuǎn)換為恒流10A限壓28.2V電源，為電池進(jìn)行充電。隔離電源單元包含輸入濾波電路、DCM電源電路、輸出濾波電路、電壓電流采集電路、電壓電流反饋電路、使能與故障電路。利用VICOR-DCM電源模塊的電壓輸出控制引腳實(shí)時(shí)控制電源模塊輸出電壓的特性，搭建輸出電壓、電流反饋電路，并通過線性光耦將反饋信號回傳到電壓輸出控制腳，從而控制VICOR-DCM電源模塊的輸出電壓。電流環(huán)可保證在負(fù)載發(fā)生變化時(shí)輸出電壓也跟著實(shí)時(shí)變化，從而達(dá)到恒流的目的；電壓環(huán)保證當(dāng)電池接近充滿電時(shí)，充電系統(tǒng)為電池進(jìn)行恒壓充電。

輸出保護(hù)單元包含輸出保護(hù)功率電路、硬件電壓保護(hù)電路和輸出控制電路三部分。輸出保護(hù)功率電路負(fù)責(zé)充電回路的通斷和防止電池的反向充電；硬件電壓保護(hù)電路在確保隔離電源單元電壓高于閾值時(shí)，控制硬件切斷充電回路；輸出控制電路受到外部控制系統(tǒng)控制，當(dāng)輸出控制電路有效時(shí)，閉合充電回路。輸出保護(hù)單元所包含的硬件電壓保護(hù)、輸出控制電路與輸入使能電路共同構(gòu)成了充電系統(tǒng)的三重充電保護(hù)。即使在外部系統(tǒng)控制失效的情況下，也可以保證充電系統(tǒng)正常。從而最大可能保證機(jī)上鋰電池的安全性。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明采用了隔離式充電方式，將無人直升機(jī)恒壓母線電源隔離變換為恒壓恒流電源為鋰電池進(jìn)行充電；電氣隔離的方式確保在器件發(fā)生故障時(shí)也不會(huì)對電池進(jìn)行過充電。

(2)通過搭建電壓和電流環(huán)雙閉環(huán)電路，將DCM恒壓電源模塊改造為恒壓恒流電源，實(shí)現(xiàn)為電池進(jìn)行恒壓限流充電。

(3)針對無人直升機(jī)對于充電系統(tǒng)重量非常敏感的特征，本發(fā)明采用轉(zhuǎn)換效率高、質(zhì)量輕的VICOR-DCM電源模塊，盡最大可能降低充電模塊重量。