一种用于无人机的混动系统及供电控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于无人机的混动系统及供电控制方法，包括：动力系统、功率输出控制系统和信号处理系统，所述功率输出控制系统同时与动力系统、信号处理系统以及供电总线连接，所述动力系统和信号处理系统连接；所述功率输出控制系统包括功率输出控制模块和超级电容组，所述信号处理系统包括控制模块和通讯模块，所述输出控制模块的一端和所述供电总线连接的同时与所述超级电容组并联，另一端和所述控制模块连接，所述控制模块一端和所述通讯模块连接，另一端和所述动力系统连接；本发明专利技术提供一种直接充电控制方法和结构，能够稳定输出功率，提高无人机的飞行可靠性。提高无人机的飞行可靠性。提高无人机的飞行可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无人机的混动系统及供电控制方法


[0001]本专利技术涉及无人机供电领域，特别涉及一种用于无人机的混动系统及供电控制方法。

技术介绍

[0002]电池驱动无人机发展迅速、应用甚广，但在如巡检、测绘、植保等部分应用领域，因其需要挂载专用设备，其续航里程、续航时间大打折扣，执行一次任务往往需要多个电池组，增加了使用成本。燃油驱动无人机相比与电池驱动无人机，其功率密度大大提高，可大载重、长时间航行，但因发动机的功率输出稳定性较差，导致燃油供电无人机的操作难度加大，安全性大有隐患。在此基础，混动系统应运而生，其由发动机提供高功率密度的动力来源，由挂载的锂电池来自然调控动力组的输出功率，综合了燃油能量密度大、电池放电性能稳定两者优点，实现了无人机的大载重、长时间的稳定航行。
[0003]混动系统主要由发动机、油箱、整流装置、控制系统、蓄电池组成，发动机通过燃烧燃油输出机械能，由启动、发电一体机将其转化为电能，通过整流桥输出直流电以供电机消耗、充能蓄电池。混动无人机的关键在于其供电问题，有厂商选择其混动系统的发动机输出恒功率的输出给电池包充电，当电池包电能充足，使用电池包单独给无人机供电，当功率不足则使用发动机与电池包共同给无人机供电，这样的供电方式类似于增程式电动汽车，其优点在于发动机端控制简单，逻辑清晰，但是该种方式需要挂载大容量的蓄电池，意味着无人机需要挂载多个电池包，因电池包而消耗的载重增加，无人机的功耗随之提高，空中飞行的安全性也随电池包的增多而减小，而且频繁的充放电也会减少电池包的寿命，更换电池包的成本也大大增加。
[0004]如何减少电池包的使用，稳定供电总线的功率输出、提高飞行安全性是一个待解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于无人机的混动系统，同时提供一种用于无人机的供电控制方法，该系统和供电控制方法的功率输出稳定，提高无人机的飞行可靠性。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种用于无人机的混动系统，包括：动力系统、功率输出控制系统和信号处理系统，所述功率输出控制系统同时与动力系统、信号处理系统以及供电总线连接，所述动力系统和信号处理系统连接；
[0008]所述功率输出控制系统包括功率输出控制模块和超级电容组，所述信号处理系统包括控制模块和通讯模块，所述输出控制模块的一端同时与所述供电总线和所述超级电容组连接、另一端和所述控制模块连接，所述控制模块一端和所述通讯模块连接，另一端和所述动力系统连接；
[0009]功率输出控制模块采集供电总线的输出电流电压值，将数据发送给所述控制模块，所述控制模块接受到信号后做出逻辑判断控制所述动力系统的功率输出，同时，通讯模块接受来自地面端的指令，通讯模块将地面端指令发送给所述控制模块，所述控制模块根据指令对控制动力系统的信息进行补偿。进一步的，所述功率输出控制系统还包括DC/DC稳压模块，所述DC/DC稳压模块输入端与所述动力系统输出端连接，输出端与所述功率输出控制模块连接，用于将所述动力系统输出的直流电压稳定到目标电压。
[0010]进一步的，所述功率输出控制系统还包括后备电池组，所述后备电池组和所述超级电容组连接且由若干块锂电池串联组成。
[0011]进一步的，所述动力系统包括发动机、节气门控制机构、发电启动一体机和AC/DC整流模块，所述发动机一端和所述节气门控制机构连接、另一端和所述发电启动一体机连接；所述AC/DC整流模块一端和所述发电启动一体机连接、另一端和所述DC/DC稳压模块连接，所述AC/DC整流模块和所述功率输出控制模块连接，所述节气门控制机构和所述控制模块连接。
[0012]进一步的，本专利技术提供了一种用于无人机的供电控制方法，包括，
[0013]当地面端无操作指令时，并且无人机需求功率稳定：
[0014]功率输出控制模块采集供电总线的电压信号值，判断需求电压变化；
[0015]功率输出控制模块和超级电容组配合进行功率输出；
[0016]当地面端有操作指令时，并且无人机需求功率稳定：
[0017]控制模块根据地面端的指令对发动机的油门信息进行的补偿，且随着无人机需求功率的增大一同增大发动机的输出功率；
[0018]功率输出控制模块采集供电总线的电压信号值，判断需求电压变化；
[0019]功率输出控制模块和超级电容组配合进行功率输出。
[0020]进一步的，所述步骤：功率输出控制模块采集供电总线的电压信号值，判断需求电压变化中具体包括如下步骤：
[0021]所述控制模块能够实时根据功率输出控制模块采集到的供电总线电流值、电压值得到供电总线的实时电压、电流状态；
[0022]所述控制模块能够根据采集到的实时电压、电流状态判断是否需要发送信号控制节气门控制机构增加或减小发动机的输出功率。
[0023]进一步的，所述节气门控制机构和油门连接，所述油门发出的油门信息用于控制所述节气门控制机构，进而控制发动机的动力输出。
[0024]进一步的，所述步骤：控制模块根据地面端的指令对发动机的油门信息进行补偿，且随着无人机需求功率的增大一同增大发动机的输出功率中具体包括以下步骤：
[0025]所述控制模块能够通过对地面端油门信号采用前馈控制方法，对控制模块给节气门控制机构发送的信号做出补偿；
[0026]当所述地面端的油门信号增大时，控制模块实时收到信号，并发送信号指令在无人机需求功率增大时同步补偿节气门控制信号，使功率输出控制模块在检测到供电总线的电压下降前提前增大发动机功率，减小因功率输出控制模块参考供电总线的电压值、电流值迟滞产生的影响。
[0027]相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
[0028]1、通过前馈控制的思路，能够在地面端发送运动指令的同时调整发动机的功率输出，防止因无人机需求功率突变造成的电压大幅下降，轻则飞行指令执行迟缓，重则影响飞行安全。在供电总线上并联有一超级电容组，可以稳定需求功率变化时的电压输出。因本控制思想而设计的功率输出控制模块能够控制电流的输出方向，不飞行时可以对备用电池组充电，飞行中可以给无人机直接供电，发动机意外熄火可以用来空中启动发动机。提高了混动系统的通用性，提高了无人机飞行时的安全性。
附图说明
[0029]图1为本专利技术一实施例的混动系统直接供电以及信号传输的结构示意图；
[0030]图2为混动系统直接供电方式方法的流程图。
[0031]1‑
动力系统、10
‑
发电机、11
‑
节气门控制机构、12
‑
发电启动一体机、13
‑
AC/DC整流模块；2
‑
功率输出控制系统、20
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DC/DC稳压模块、21
‑
功率输出控制模块、22
‑
后备电池组、23
‑
超级电容组；3
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于无人机的混动系统，包括：动力系统(1)、功率输出控制系统(2)和信号处理系统(3)，所述功率输出控制系统(2)同时与动力系统(1)、信号处理系统(3)以及供电总线(4)连接，所述动力系统(1)和信号处理系统(3)连接；其特征在于，所述功率输出控制系统(2)包括功率输出控制模块(21)和超级电容组(23)，所述信号处理系统(3)包括控制模块(30)和通讯模块(31)，所述输出控制模块(21)的一端同时与所述供电总线(4)和所述超级电容组(23)连接、另一端和所述控制模块(30)连接，所述控制模块(30)一端和所述通讯模块(31)连接、另一端和所述动力系统(1)连接；功率输出控制模块(21)采集供电总线(4)的输出电流电压值，将数据发送给所述控制模块(30)，所述控制模块(30)接受到信号后做出逻辑判断控制所述动力系统(1)的功率输出，同时，通讯模块(31)接受来自地面端的指令，通讯模块(31)将地面端指令发送给所述控制模块(30)，所述控制模块(30)根据指令对控制动力系统(1)的信息进行补偿。2.根据权利要求1所述的混动系统，其特征在于，所述功率输出控制系统(2)还包括DC/DC稳压模块(20)，所述DC/DC稳压模块(20)输入端与所述动力系统(1)输出端连接，输出端与所述功率输出控制模块(21)连接，用于将所述动力系统(1)输出的直流电压稳定到目标电压。3.根据权利要求2所述的混动系统，其特征在于，所述功率输出控制系统(2)还包括后备电池组(22)，所述后备电池组(22)与所述超级电容组(23)连接且由若干块锂电池串联组成。4.根据权利要求3所述的混动系统，其特征在于，所述动力系统(1)包括发动机(10)、节气门控制机构(11)、发电启动一体机(12)和AC/DC整流模块(13)，所述发动机(10)一端和所述节气门控制机构(11)连接、另一端和所述发电启动一体机(12)连接；所述AC/DC整流模块(13)一端和所述发电启动一体机(12)连接、另一端和所述DC/DC稳压模块(20)连接，所述AC/DC整流模块(13)和所述功率输出控制模块(21)连接，所述节气门控制机构...

【专利技术属性】
技术研发人员：张奇，赵琦，文斌，张雪梅，吴鑫宇，张国炜，
申请(专利权)人：北京航空航天大学苏州创新研究院，
类型：发明
国别省市：