一种电动无人机组合供电装置、方法及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种电动无人机组合供电装置、方法及系统。该方法包括：获取无人机的功率需求信号；根据功率需求信号判断需求功率是否大于金属空气电池的额定输出功率，得到第一判断结果；若第一判断结果表示是，则获取超级电容的剩余电量；判断超级电容的剩余电量是否大于电容电量最低阈值，得到第二判断结果；若第二判断结果表示是，则向超级电容充电管理模块发出控制超级电容放电的控制信号；若第二判断结果表示否，则发出功率不足告警信号；若第一判断结果表示否，则控制金属空气电池按照功率需求信号输出功率。本发明专利技术的电动无人机组合供电装置、方法及系统，能够满足无人机瞬时大功率的需求。的需求。的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种电动无人机组合供电装置、方法及系统
[0001]本申请是名为《一种电动无人机组合供电装置、方法及系统》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2019年04月12日，申请号为201910293309.7。


[0002]本专利技术涉及无人机领域，特别是涉及一种电动无人机组合供电装置、方法及系统。

技术介绍

[0003]无人机发展至今已有百年历史，目前已经广泛应用于军事和民用领域。军用无人机改变了传统的作战模式，向中继通讯、情报搜集、电子对抗和空中打击四大职能转变；民用无人机也在农林植保、电力巡检、消防救灾、气象监测、包裹派送等领域发挥着举足轻重的作用。无人机作为一种利用无线电设备或自带程序控制、可重复使用的不载人航天器，按照飞行平台构型可以分为固定翼、旋翼、伞翼、扑翼、直升飞机和无人飞艇等类型。其中电动多旋翼无人机因其操纵简单、成本低、机动性高等优点，已经成为国内外研究的热点。但采用传统锂电池作为动力的多旋翼无人机，续航时间普遍不超过半小时，限制了该类型无人机的进一步发展，续航时间短的难题亟待解决。
[0004]在航天航空领域，氢氧燃料电池、太阳能电池等新型能源已经开始取代传统的燃油燃气，新能源飞行器成为未来发展的一个重要趋势。氢氧燃料电池无人机采用氢气作为燃料，将氢气的化学能直接转化为电能，为无人机飞行提供能量，反应过程不受卡诺循环的限制，因此转化效率高，且具有零污染、能量密度大等优点。由于氢氧燃料电池所需氢气携带储氢罐，体积大，储氢量少，续航里程短，同时氢氧燃料电池动态性能比较软，难以满足无人机在需要抗湍流、变换飞行姿势等工况下需要的较大瞬时功率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种电动无人机组合供电装置、方法及系统，满足无人机瞬时大功率的需求。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种电动无人机组合供电装置，包括：金属空气电池、超级电容、信号检测模块、金属空气电池控制模块、超级电容充电管理模块、组合电源控制器和并流器；
[0008]所述金属空气电池以及所述超级电容的电能输出端与所述并流器的电能输入端连接；
[0009]所述并流器的电能输出端与无人机负载的电能输入端连接；
[0010]所述金属空气电池的控制输入端与所述金属空气电池控制模块的控制输出端连接，所述超级电容充电管理模块的控制输出端与所述超级电容的控制输入端连接；
[0011]所述信号检测模块的信号输入端分别与所述金属空气电池和所述超级电容连接；所述信号检测模块的信号输出端与所述组合电源控制器的信号输入端连接；所述组合电源控制器的信号输入端还与无人机飞行控制系统的信号输出端连接，用于获取所述无人机飞
行控制系统发送的功率需求信号；所述组合电源控制器的控制输出端与所述金属空气电池控制模块以及所述超级电容充电管理模块的控制输入端连接；
[0012]所述信号检测模块用于检测所述金属空气电池以及所述超级电容的荷电状态，所述组合电源控制器用于在需求功率超过所述金属空气电池的额定输出功率时向所述超级电容充电管理模块发出功率不足信号；所述超级电容充电管理模块在接收到所述功率不足信号时控制所述超级电容放电补充功率；所述并流器用于将所述金属空气电池输出的电能和所述超级电容输出的电能进行并流；
[0013]所述组合电源控制器内置并流模型，并流模型通过并流器分别对金属空气电池和超级电容的输出功率进行实时控制，并通过超级电容充电管理模块实现金属空气电池对超级电容的安全电流充电；
[0014]组合电源控制器对金属空气电池和超级电容的供电控制采用模糊控制方法，模糊控制方法是将无人机负载的需求功率在金属空气电池和超级电容之间进行合理分配，金属空气电池功率在无人机负载需求功率中的功率占比K
Metal
作为模糊控制的输出结果，表达形式如下式：
[0015]K
Metal
＝P
Metal
/P
req
[0016]P
Metal
＝P
req
·
K
Metal
[0017]P
scap
＝P
req
(1
‑
K
Metal
)
[0018]确定模糊逻辑控制的输入量是无人机负载需求功率P
req
、金属空气电池荷电状态SOC
Metal
以及超级电容荷电状态SOC
scap
；金属空气电池和超级电容的荷电状态SOC限制条件如下所示：
[0019]SOC
Metal_max
(80％)≥SOC
Metal
≥SOC
Metal_min
(20％)
[0020]SOC
scap_max
(80％)≥SOC
scap
≥SOC
scap
(20％)。
[0021]可选地，所述组合电源控制器通过CAN总线与无人机飞控系统进行通信。
[0022]可选地，所述组合电源控制器与上位机以及远程控制器通过无线通信连接。
[0023]可选地，所述装置实时监测金属空气电池和超级电容的工作状态，监测信息包括金属空气电池的电流、电压、电堆温度、荷电状态，超级电容的电流、电压以及荷电状态。
[0024]可选地，所述金属空气电池为铝空气电池、镁空气电池、锂空气电池或锌空气电池。
[0025]可选地，所述超级电容为2500F/2.7V的超级电容。
[0026]为实现上述目的，本专利技术还提供了一种电动无人机组合供电方法，应用于所述的电动无人机组合供电装置，所述组合供电方法包括：获取所述无人机的功率需求信号；
[0027]根据所述功率需求信号判断需求功率是否大于金属空气电池的额定输出功率，得到第一判断结果；
[0028]若所述第一判断结果表示是，则获取超级电容的剩余电量；
[0029]判断所述超级电容的剩余电量是否大于电容电量最低阈值，得到第二判断结果；
[0030]若所述第二判断结果表示是，则向超级电容充电管理模块发出控制超级电容放电的控制信号；
[0031]若所述第二判断结果表示否，则发出功率不足告警信号；
[0032]若所述第一判断结果表示否，则控制所述金属空气电池按照所述功率需求信号输
出功率。
[0033]可选地，所述控制所述金属空气电池按照所述功率需求信号输出功率，具体包括：判断所述金属空气电池的剩余电量是否大于电池电量最低阈值，得到第三判断结果；
[0034]若所述第三判断结果表示否，则发出电量不足告警信号，并向无人机飞行控制系统发出降低需求功率的请求；
[0035]若所述第三判断结果表示是，则根据所述功率需求信号判断所述额定输出功率与所述需求功率的差值是否大于最低预设差值，得到第四判断结果；
[0036本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动无人机组合供电装置，其特征在于，包括：金属空气电池、超级电容、信号检测模块、金属空气电池控制模块、超级电容充电管理模块、组合电源控制器和并流器；所述金属空气电池以及所述超级电容的电能输出端与所述并流器的电能输入端连接；所述并流器的电能输出端与无人机负载的电能输入端连接；所述金属空气电池的控制输入端与所述金属空气电池控制模块的控制输出端连接，所述超级电容充电管理模块的控制输出端与所述超级电容的控制输入端连接；所述信号检测模块的信号输入端分别与所述金属空气电池和所述超级电容连接；所述信号检测模块的信号输出端与所述组合电源控制器的信号输入端连接；所述组合电源控制器的信号输入端还与无人机飞行控制系统的信号输出端连接，用于获取所述无人机飞行控制系统发送的功率需求信号；所述组合电源控制器的控制输出端与所述金属空气电池控制模块以及所述超级电容充电管理模块的控制输入端连接；所述信号检测模块用于检测所述金属空气电池以及所述超级电容的荷电状态，所述组合电源控制器用于在需求功率超过所述金属空气电池的额定输出功率时向所述超级电容充电管理模块发出功率不足信号；所述超级电容充电管理模块在接收到所述功率不足信号时控制所述超级电容放电补充功率；所述并流器用于将所述金属空气电池输出的电能和所述超级电容输出的电能进行并流；所述组合电源控制器内置并流模型，并流模型通过并流器分别对金属空气电池和超级电容的输出功率进行实时控制，并通过超级电容充电管理模块实现金属空气电池对超级电容的安全电流充电；组合电源控制器对金属空气电池和超级电容的供电控制采用模糊控制方法，模糊控制方法是将无人机负载的需求功率在金属空气电池和超级电容之间进行合理分配，金属空气电池功率在无人机负载需求功率中的功率占比K
Metal
作为模糊控制的输出结果，表达形式如下式：K
Metal
＝P
Metal
/P
req
P
Metal
＝P
req
·
K
Metal
P
scap
＝P
req
(1
‑
K
Metal
)确定模糊逻辑控制的输入量是无人机负载需求功率P
req
、金属空气电池荷电状态SOC
Metal
以及超级电容荷电状态SOC
scap
；金属空气电池和超级电容的荷电状态SOC限制条件如下所示：SOC
Metal_max
(80％)≥SOC
Metal
≥SOC
Metal_min
(20％)SOC

【专利技术属性】
技术研发人员：卢惠民，卢小溪，
申请(专利权)人：易航时代北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：