[發明專利]一種系留無人機系統的功率極限保護裝置及保護方法

在審

• 申請號: 202011604124.2
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112671089A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 幸宗國;姚麗旋;張海峰
• 申請（專利權）人: 上海志茗航空科技有限公司
• 主分類號: H02J9/06
• 分類號: H02J9/06;H02J7/34
• 代理公司: 南京常青藤知識產權代理有限公司 32286
• 代理人: 毛洪梅

本發明提供一種系留無人機系統的功率極限保護裝置，包括直流供電設備、機載供電轉換設備、電機以及后備電池；機載供電轉換設備、電機以及后備電池均設置于無人機上，機載供電轉換設備用于后備電池的充電以及電機的續航供電，電機為高壓或低壓直接驅動的無刷電機，無刷電機為系留無人機提供動力；直流供電設備設置于地面上，并通過系留纜連接至機載供電轉換設備；系留無人機系統瞬態超功率情況下，后備電池迅速切換工作模式，進行功率補充；不僅具備緊急迫降能力，而且對瞬間電機功率超出極限值的情況提供補充功率作用，大幅降低炸機的概率。

技術領域

本發明屬于系留無人機技術領域，具體涉及一種系留無人機系統的功率極限保護裝置及保護方法。

背景技術

系留無人機系統是一種采用地面供電，機載大功率電源完成高壓轉低壓的系統。為了降低線損，通常采用的方式是地面AC220V或者AC380V輸入轉換為DC400-DC1000V或者以上電壓，該電壓通過系留纜傳輸至無人機機載端，傳輸距離可達100米至300米。

系留無人機系統搭載了機載大功率電源模組，通常電源模組功率為3KW至20KW之間，該電源模組的輸入電壓為地面端的輸出電壓，通常為DC300-DC1000V。機載大功率電源輸出電壓為6s/12s(25.2V、50.4V)。輸出的高壓或低壓直接供給無人機電機。這種應用方式下，系留無人機是處于12小時以上的滯空飛行狀態，對機載電源的可靠性要求非常高，一旦機載電源異常，直接發生墜機事故，所以一般機載端備有后備電池組件，電池電壓常規為25.2V，50.4V(6s/12s串聯電池組)或360V高壓電池。

系留無人機系統在運行過程中，存在地面升壓電源故障無輸出或者系留線纜斷裂的情況，這種情況如果機載沒有后備電池進行短時間供電迫降，會直接發生墜機事故。現有技術中采用后備電池雖然可以實現緊急迫降，但是無法解決無人機系統瞬態超功率炸機的問題(當系留無人機在幾百米高空受突然強烈整風擾動，瞬間功率超出地面供電極限功率)；為了兼顧解決上述問題的解決方案，本申請提出一種系留無人機系統的功率極限保護裝置及保護方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種系留無人機系統的功率極限保護裝置及保護方法，在系留無人機系統瞬態超功率情況下，實現后備電池無縫切入補充能量，降低炸機概率；同時，實現系留無人機系統在地面供電系統異常及系留纜破損的的情況下實現安全迫降。

本發明提供了如下的技術方案：

一種系留無人機系統的功率極限保護裝置，所述功率極限保護裝置包括直流供電設備、機載供電轉換設備、電機以及后備電池；所述機載供電轉換設備、電機以及后備電池均設置于無人機上，所述機載供電轉換設備用于后備電池的充電以及電機的續航供電，所述電機為高壓或低壓直接驅動的無刷電機，所述無刷電機為系留無人機提供動力；所述直流供電設備設置于地面上，并通過系留纜連接至機載供電轉換設備；所述系留無人機系統瞬態超功率情況下，所述后備電池迅速切換工作模式，進行功率補充。

優選的，所述系留無人機系統還包括功率監測裝置，所述功率監測裝置包括設置于電機供電導線上的電流傳感器以及電壓傳感器，所述功率監測裝置用于根據電流傳感器以及電壓傳感器獲取的信號數據從而計算電機的當前功率值。

優選的，所述功率監測裝置還包括數據采集模塊、交換機以及數據分析模塊；所述電流傳感器和電壓傳感器分別連接至數據采集模塊，所述交換機通過FFT快速傅里葉變換算法將數據采集模塊接收的電流時域信號數據和電壓時域信號數據分別轉換為電流頻域信號數據和電壓頻域信號數據，所述數據分析模塊將交換機輸出的電流頻域信號數據和電壓頻域信號數據截取頻譜峰值從而計算出當前功率極限。

優選的，所述系留無人機系統瞬態超功率為當前功率極限大于系留無人機系統的預設功率極限。

優選的，所述直流供電設備包括至少100串16并方式組成的電池組以提供320V、80HA電源。