太阳能无人机能源管理系统及具有其的太阳能无人机技术方案

本发明专利技术提供了一种太阳能无人机能源管理系统及具有其的太阳能无人机，能源管理系统包括：分线盒、储能电池、多个太阳能电池子阵、多个MPPT控制器、DC‑DC变换器和能源管理单元EMU，储能电池与分线盒连接，各个太阳能电池子阵均由多个太阳能电池片组成，多个太阳能电池子阵与储能电池并联连接在分线盒上，太阳能电池子阵用于为储能电池和用电设备供电，各个太阳能电池子阵之间的功率差值范围为0W至10W，多个MPPT控制器与多个太阳能电池子阵一一对应连接，DC‑DC变换器与分线盒连接，能源管理单元EMU分别与储能电池、多个MPPT控制器以及DC‑DC变换器连接。应用本发明专利技术的技术方案，以解决现有技术中太阳能电池阵的整体发电效率低以及能源系统可靠性差的技术问题。

Solar UAV Energy Management System and Solar UAV with Solar UAV

The invention provides a solar unmanned aerial vehicle energy management system and a solar unmanned aerial vehicle with the system. The energy management system includes a junction box, energy storage battery, multiple solar cell subarrays, multiple MPPT controllers, DC DC converters and energy management unit EMU. The energy storage battery is connected with the junction box, and each solar cell subarray is composed of multiple solar cells. Solar cell subarrays are connected in parallel with energy storage cells on the branch boxes. Solar cell subarrays are used to supply power for energy storage cells and electrical equipment. The power difference between each solar cell subarrays ranges from 0 W to 10 W. Multiple MPPT controllers are connected with multiple solar cell subarrays one by one. DC DC converters are connected with the branch boxes. Energy management unit EMU is connected with energy storage cells respectively. The pool, multiple MPPT controllers and DC DC converters are connected. The technical scheme of the invention is applied to solve the technical problems of low overall power generation efficiency and poor reliability of the energy system of the solar array in the prior art.

【技术实现步骤摘要】
太阳能无人机能源管理系统及具有其的太阳能无人机
本专利技术涉及航空航天能源系统
，尤其涉及一种太阳能无人机能源管理系统及具有其的太阳能无人机。
技术介绍
目前，在太阳能飞行器的相关研究中，以高空长航时太阳能无人机的研究最为广泛。太阳能无人机以太阳能为能源，理论上可以永久飞行，且对环境无污染，使用灵活、成本低，有着广阔的应用前景。在民用上，太阳能无人机可用于大气研究、天气预报、环境及灾害监测、农作物遥测、交通管制、电信和电视服务、自然保护区监控、外星球探测等。在军事上，太阳能无人机可用于边境巡逻、侦察、通信中继、电子对抗等任务。但受制于现有技术发展水平，高空长航时太阳能无人机目前还处于理论研究以及试验验证阶段。为了实现高空长航时飞行，高效高可靠性的能源管理系统设计是关键之一。太阳能无人机能源管理系统能够实现对能源获取、储存和传输变换环节进行有效协调，以满足平台昼夜循环工作的能源需求。目前，对太阳能无人机而言，比较成熟的能源系统方案是使用太阳能电池与储能电池协同供能。能源系统拓扑结构和管理策略的设计关系到平台能否实现能源闭环。然而，现有的太阳能无人机能源管理系统通过将多个太阳能电池片并联在一起以对负载和储能电池供电，由于不同的太阳能电池片之间所获取的光照存在差异，因此导致不同的太阳能电池片间的输出特性存在较大差异，从而多个太阳能电池片的输出特性曲线会存在多个功率峰值。由于多功率峰值的存在，由多个太阳能电池片构成的太阳能电池阵所产生的功率将低于实际最大可能值，降低了太阳能电池阵的整体发电效率。
技术实现思路
本专利技术提供了一种太阳能无人机能源管理系统及具有其的太阳能无人机，能够解决现有技术中太阳能电池阵的整体发电效率低以及能源系统可靠性差的技术问题。根据本专利技术的一方面，提供了一种太阳能无人机能源管理系统，能源管理系统包括：分线盒，分线盒用于实现能源管理系统的能源的输入和输出；储能电池，储能电池与分线盒连接，储能电池用于为用电设备供电；多个太阳能电池子阵，各个太阳能电池子阵均由多个太阳能电池片组成，多个太阳能电池子阵与储能电池并联连接在分线盒上，太阳能电池子阵用于为储能电池和用电设备供电，各个太阳能电池子阵之间的功率差值范围为0W至10W；多个MPPT控制器，多个MPPT控制器与多个太阳能电池子阵一一对应连接；DC-DC变换器，DC-DC变换器与分线盒连接，DC-DC变换器用于调节电压；能源管理单元EMU，能源管理单元EMU分别与储能电池、多个MPPT控制器以及DC-DC变换器连接。进一步地，多个太阳能电池子阵设置在太阳能无人机机翼表面的不同位置，各个太阳能电池子阵所在的机翼表面的弧度不同，构成太阳能电池子阵的多个太阳能电池片在机翼表面的倾角的差值范围为0°至5°。进一步地，多个太阳能电池子阵分为至少两个并联设置在分线盒上的太阳能电池阵组，各个太阳能电池阵组包括至少两个串联设置的太阳能电池子阵，至少两个太阳能电池子阵分别与相对应的MPPT控制器连接后串联设置。进一步地，各个MPPT控制器具有正常工作模式、直通工作模式和旁通工作模式，正常工作时，MPPT控制器实现太阳能电池子阵的最大功率输出；当MPPT控制器的输入电压和输出电压之间的差值处于0V至1V时，MPPT控制器处于直通工作模式时，与MPPT控制器相对应的太阳能电池子阵与分线盒直接连接；当太阳能电池子阵发生故障时，MPPT控制器处于旁通工作模式时，与MPPT控制器相对应的太阳能电池子阵与分线盒断开连接。进一步地，各个MPPT控制器均包括主电路和控制电路，主电路分别与太阳能电池子阵和分线盒连接，控制电路与主电路连接，控制电路根据采集到的输入输出电压值和电流值以控制主电路的工作模式。进一步地，储能电池具有两阶段充电状态，在第一阶段充电状态下，能源管理单元EMU控制多个太阳能电池子阵以最大功率充电法对储能电池进行充电，储能电池的充电电流在不超过最大充电倍率的情况下维持最大；在第二阶段充电状态下，能源管理单元EMU控制多个太阳能电池子阵以阶梯减小充电电流的方式模拟恒压对储能电池进行充电，储能电池的充电电压先下降后回升，直至储能电池的充电电流小于指定阈值后结束充电。进一步地，储能电池包括多个储能电池组，多个储能电池组根据太阳能无人机的重心位置要求分散设置在机翼以及机身的不同位置处。进一步地，能源管理单元EMU为多个，多个能源管理单元EMU与多个储能电池组一一对应连接，储能电池组由多个电池单体构成，能源管理单元EMU通过对储能电池组的状态监测以实现对储能电池组和电池单体的电压的均衡管理。进一步地，DC-DC变换器为冗余设计，DC-DC变换器包括主通道和备用通道，主通道和备用通道同时工作，DC-DC变换器通过并联设置的主通道和备用通道与分线盒连接。根据本专利技术的又一方面，提供了一种具有太阳能无人机能源管理系统的太阳能无人机，太阳能无人机能源管理系统为上述提供的太阳能无人机能源管理系统。应用本专利技术的技术方案，通过将发电能力相同的太阳能电池片划分为一个太阳能电池子阵，使得多个太阳能电池子阵之间的功率等级大致相同，各个太阳能子阵之间的功率差值限制在0W至10W，从而避免了太阳能电池子阵中由于太阳能电池片之间的输出特性的差异而导致的太阳能电池子阵的整体输出功率降低，由此能够提高由多个太阳能电池子阵构成的太阳能电池阵的整体发电效率。此外，通过太阳能电池子阵与MPPT控制器分布式设置，能够较好地提高能源系统的可靠性。附图说明所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了根据本专利技术的具体实施例提供的太阳能无人机能源管理系统的结构示意图；图2示出了根据本专利技术的具体实施例提供的太能能电池子阵与MPPT控制器串联的结构示意图；图3示出了图2中的MPPT控制器工作在直通模式下的结构示意图；图4示出了图2中的MPPT控制器工作在旁通模式下的结构示意图；图5示出了根据本专利技术的具体实施例提供的太阳能无人机能源管理系统的工作流程图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、分线盒；20、储能电池；30、太阳能电池子阵；31、太阳能电池阵组；40、MPPT控制器；41、主电路；42、控制电路；50、DC-DC变换器；60、能源管理单元EMU。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能无人机能源管理系统，其特征在于，所述能源管理系统包括：分线盒(10)，所述分线盒(10)用于实现能源管理系统的能源的输入和输出；储能电池(20)，所述储能电池(20)与所述分线盒(10)连接，所述储能电池(20)用于为用电设备供电；多个太阳能电池子阵(30)，各个所述太阳能电池子阵(30)均由多个太阳能电池片组成，多个所述太阳能电池子阵(30)与所述储能电池(20)并联连接在所述分线盒(10)上，所述太阳能电池子阵(30)用于为所述储能电池(20)和所述用电设备供电，各个所述太阳能电池子阵(30)之间的功率差值范围为0W至10W；多个MPPT控制器(40)，多个所述MPPT控制器(40)与多个所述太阳能电池子阵(30)一一对应连接；DC‑DC变换器(50)，所述DC‑DC变换器(50)与所述分线盒(10)连接，所述DC‑DC变换器(50)用于调节电压；能源管理单元EMU(60)，所述能源管理单元EMU(60)分别与所述储能电池(20)、多个所述MPPT控制器(40)以及所述DC‑DC变换器(50)连接。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能无人机能源管理系统，其特征在于，所述能源管理系统包括：分线盒(10)，所述分线盒(10)用于实现能源管理系统的能源的输入和输出；储能电池(20)，所述储能电池(20)与所述分线盒(10)连接，所述储能电池(20)用于为用电设备供电；多个太阳能电池子阵(30)，各个所述太阳能电池子阵(30)均由多个太阳能电池片组成，多个所述太阳能电池子阵(30)与所述储能电池(20)并联连接在所述分线盒(10)上，所述太阳能电池子阵(30)用于为所述储能电池(20)和所述用电设备供电，各个所述太阳能电池子阵(30)之间的功率差值范围为0W至10W；多个MPPT控制器(40)，多个所述MPPT控制器(40)与多个所述太阳能电池子阵(30)一一对应连接；DC-DC变换器(50)，所述DC-DC变换器(50)与所述分线盒(10)连接，所述DC-DC变换器(50)用于调节电压；能源管理单元EMU(60)，所述能源管理单元EMU(60)分别与所述储能电池(20)、多个所述MPPT控制器(40)以及所述DC-DC变换器(50)连接。2.根据权利要求1所述的太阳能无人机能源管理系统，其特征在于，多个所述太阳能电池子阵(30)设置在太阳能无人机机翼表面的不同位置，各个所述太阳能电池子阵(30)所在的机翼表面的弧度不同，构成所述太阳能电池子阵(30)的多个太阳能电池片在所述机翼表面的倾角的差值范围为0°至5°。3.根据权利要求1所述的太阳能无人机能源管理系统，其特征在于，多个所述太阳能电池子阵(30)分为至少两个并联设置在所述分线盒(10)上的太阳能电池阵组(31)，各个所述太阳能电池阵组(31)包括至少两个串联设置的所述太阳能电池子阵(30)，至少两个所述太阳能电池子阵(30)分别与相对应的所述MPPT控制器(40)连接后串联设置。4.根据权利要求3所述的太阳能无人机能源管理系统，其特征在于，各个所述MPPT控制器(40)具有正常工作模式、直通工作模式和旁通工作模式，正常工作时，所述MPPT控制器(40)实现所述太阳能电池子阵(30)的最大功率输出；当所述MPPT控制器的输入电压和输出电压之间的差值处于0V至1V时，所述MPPT控制器(40)处于直通工作模式时，与所述MPPT控制器(40)相对应的太阳能电池子阵(30)与所述分线盒(10)直接连接；当所述太阳能电池子阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：许冬冬，张花，黄列伟，杨发友，
申请(专利权)人：海鹰航空通用装备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11