CN110395395A - 基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置 - Google Patents
基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置，包括：重油内燃机、调理单元以及锂电池；其特征在于，所述重油内燃机输出轴固定连接在发电机转子上，所述发电机电性连接有调理单元；所述调理单元通过控制器与所述重油内燃机电性连接，所述调理单元内部设置有双路开关，所述双路开关第一输入端口连接有整流电路；所述双路开关的第二输入端口连接有锂电池。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人机混合动力装置，尤其涉及基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置。
背景技术
多旋翼无人机，是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机。其通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生升推力。旋翼的总距固定，而不像一般直升机那样可变。通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹。
无人机混合动力装置是指由两个或多个能同时运转的驱动单元提供动力，它依据无人机实际行驶状态选择不同驱动单元独立或联合提供动力。按照动力传输路线分类，无人机混合动力装置可分为串联式、并联式和混联式三种类型，其中并联式混合动力装置体积小、质量轻、能量利用率高，是目前无人机最常用的混合动力形式。
目前市面上多旋翼混合动力装置采用传统串联式动力架构，以内燃机发电驱动发电机为电池充电，同时电池向螺旋桨电动机供电以提供电能。该种结构形式由于充电功能的存在，需要额外引入一套大功率充电电路，增加动力装置整体重量；同时由于充电过程存在功率损失，若要保持动力装置长时间的持续输出能力，需要选用更大功率的内燃机，无疑增加了成本和质量。
电气集成度高的多旋翼无人机应用平台存在多处点火源危险，如因线路故障产生的电打火，或是因无线电波产生的射频火花。而现有市场的多旋翼混合动力装置都是基于汽油内燃机开发，汽油闪点低(-50℃)、易挥发，实际应用过程中存在安全隐患。而重油内燃机燃油闪点高(≥40℃)、不易挥发，主要应用在对安全系数要求高的军用舰船平台，适合作为多旋翼无人机的动力装置动力源。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置，包括：重油内燃机、调理单元以及锂电池；所述重油内燃机输出轴固定连接在发电机转子上，所述发电机电性连接有调理单元；所述调理单元通过控制器与所述重油内燃机电性连接，所述调理单元内部设置有双路开关，所述双路开关第一输入端口连接有整流电路；所述双路开关的第二输入端口连接有锂电池。
本发明一个较佳实施例中，所述调理单元包括整流电路和双路开关，所述整流电路负责将发电机发出的电整流提供给双路开关，所述双路开关负责控制所述输出端口与整流电路和锂电池的电性连接。
本发明一个较佳实施例中，所述双路开关能够是继电器、接触器、整流硅或MOS管，具体控制方式由控制器根据所述发动机、所述发电机、负载以及所述锂电池状态决定。
本发明一个较佳实施例中，所述发电机通过外部启动电池启动，且所述发电机启动后切断外部启动电池。
本发明一个较佳实施例中，所述控制器内部的电流感应传感器采集锂电池电流反馈信号，控制器根据反馈信号控制内燃机油门。
本发明一个较佳实施例中，所述控制器内部的电流感应传感器包括但不限于霍尔电流传感器。
本发明一个较佳实施例中，当所述整流电路输出电压高于锂电池开路电压时，所述双路开关均闭合。
本发明一个较佳实施例中，所述重油内燃机与所述锂电池为并联方式供电。
本发明一个较佳实施例中，所述发电机能够是直流发电机或交流发电机。
本发明一个较佳实施例中，当所述整流电路输出端电压高于锂电池开路电压，此时所述发电机发出电流除提供给负载外，多余电流通过双路开关流入锂电池，对锂电池进行浮充。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
(1)通过将电池输出与内燃机发电输出并联协同供电，省去充电电路的损耗以及配备大功率内燃机的开支，提高机载动力设备的安全系数。
(2)发电机包括交流发电机和直流发电机，在此为盘式无刷无感永磁同步电机，质量轻、易安装、机械损耗小且寿命长。
(3)实际控制中，内燃机响应慢，会出现发电机发出多于负载需求的电流倒灌入锂电池，即整流电路输出端电压高于锂电池开路电压的现象，此情况为内燃机发电对电池进行浮充，不影响锂电池的寿命且增强锂电池的续航能力。
(4)飞行过程中，控制器内部的电流感应传感器采集锂电池电流反馈信号，控制器根据反馈信号控制内燃机油门，保证锂电池有持续低电流输出；如果飞行过程中出现内燃机或发电机故障，控制器控制双路开关通断，即切断故障电路，为无人机提供返航的稳定电力。
附图说明
图1是本发明的优选实施例的***框图；
附图标记：
1、重油内燃机，2、发电机，3、调理单元，4、锂电池，5、外部启动电池，6、控制器，7、整流电路，8、双路开关，9、输出端口。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，一种基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置，包括：重油内燃机1、调理单元3以及锂电池4；重油内燃机1输出轴固定连接在发电机2转子上，发电机2电性连接有调理单元3；调理单元3通过控制器6与重油内燃机1电性连接，调理单元3内部设置有双路开关8，双路开关8第一输入端口连接有整流电路7；双路开关8的第二输入端口连接有锂电池4。
发电机2通过外部启动电池5启动，且发电机2启动后切断外部启动电池5，控制器6根据锂电池4电流反馈信号用于控制内燃机油门，当整流电路7输出电压高于锂电池4开路电压时，双路开关8均闭合。
重油内燃机1与锂电池4为并联方式供电，通过将电池输出与内燃机发电输出并联协同供电，省去充电电路的损耗以及配备大功率内燃机的开支，提高机载动力设备的安全系数。
发电机2能够是直流发电机2或交流发电机2，在此为盘式无刷无感永磁同步电机，质量轻、易安装、机械损耗小且寿命长。
飞行过程中，控制器6内部的电流感应传感器采集锂电池4电流反馈信号，控制器6根据反馈信号控制内燃机油门，保证锂电池4有持续低电流输出；如果飞行过程中出现内燃机或发电机2故障，控制器6控制双路开关8通断，即切断故障电路，为无人机提供返航的稳定电力。
双路开关8能够控制电路通断，双路开关8能够是继电器、接触器、整流硅或MOS管，具体控制方式由控制器6根据发动机、发电机2、负载以及锂电池4状态决定。
控制器6内部的电流感应传感器包括但不限于霍尔电流传感器等一切能无延迟采集电流信息的连续性传感器，测量范围不小于0～60A，测量精度不低于0.1A。
当锂电池4输出电流小于0，即整流电路7输出端电压高于锂电池4开路电压，此时内燃机发电对锂电池4进行浮充。
实际控制中，内燃机响应慢，会出现发电机2发出多于负载需求的电流倒灌入锂电池4，即整流电路7输出端电压高于锂电池4开路电压的现象，此情况为内燃机发电对电池进行浮充，不影响锂电池4的寿命且增强锂电池4的续航能力。
整流电路7包括但不限于主动控制或被动控制，具体控制方式由控制器6根据发动机、发电机2、负载以及锂电池4状态决定。
双路开关8的第一输入端口对应双路开关8的S1,双路开关8的第二输入端口对应双路开关8的S2；双路开关8的输出端口9与无人机动力电能的输入端口实现对接；
正式启动前，双路开关8S2断开，S1闭合，控制器6控制内燃机准备启动，外部电池给发电机2供电，发电机2转子转动，带动与转子相连的内燃机输出轴，等待内燃机着火启动；
内燃机启动后，断开外部启动电池5与发电机2的连接，内燃机输出轴带动发电机2转子发电，发电机2输出电经整流电路7和开关S1后供给无人机动力；
控制器6调节内燃机油门，等待整流电路7输出电压高于锂电池4开路电压后，双路开关8均闭合；
多旋翼无人机上电，开始飞行；
本发明的工作原理为锂电池4和重油内燃机1发电并联的电力输出，锂电池4作为恒压源，保证输出电压的稳定，重油内燃机1发电作为恒流源，为输出提供电流和功率同时提高机载动力设备的安全系数。为实现恒压源与恒流源并联输出的目的，整流电路7输出端电压应不高于锂电池4输出端电压，工作过程中因为两者并联无法判断各自输出电压值，简单可行的控制方式是：控制锂电池4持续输出大于0的低电流，以保证总体输出电压为锂电池4端电压，总体输出电流中整流电路7输出占大部分。
实际控制中，内燃机响应慢，会出现锂电池4输出电流小于0，即整流电路7输出端电压高于锂电池4开路电压的现象，此情况为内燃机发电对电池进行浮充，不影响锂电池4的寿命且增强锂电池4的续航能力。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (10)
1.一种基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置，包括：重油内燃机、调理单元以及锂电池；其特征在于，
所述重油内燃机输出轴固定连接在发电机转子上，所述发电机电性连接有调理单元；
所述调理单元通过控制器与所述重油内燃机电性连接，所述调理单元内部设置有双路开关，所述双路开关第一输入端口连接有整流电路；
所述双路开关的第二输入端口连接有锂电池。
2.根据权利要求1所述的一种基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置，其特征在于：所述调理单元包括整流电路和双路开关，所述整流电路负责将发电机发出的电整流提供给双路开关，所述双路开关控制所述输出端口与整流电路和锂电池的电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置，其特征在于：所述双路开关能够是继电器、接触器、整流硅或MOS管。
4.根据权利要求1所述的一种基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置，其特征在于：所述发电机通过外部启动电池启动，且所述发电机启动后切断外部启动电池。
5.根据权利要求1所述的一种基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置，其特征在于：所述控制器内部的电流感应传感器采集锂电池电流反馈信号，控制器根据反馈信号控制内燃机油门。
6.根据权利要求1所述的一种基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置，其特征在于：所述控制器内部的电流感应传感器包括但不限于霍尔电流传感器。
7.根据权利要求1所述的一种基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置，其特征在于：当所述整流电路输出电压高于锂电池开路电压时，所述双路开关均闭合。
8.根据权利要求1所述的一种基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置，其特征在于：所述重油内燃机与所述锂电池为并联方式供电。
9.根据权利要求1所述的一种基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置，其特征在于：所述发电机能够是直流发电机或交流发电机。
10.根据权利要求1所述的一种基于重油内燃机的并联供电式多旋翼无人机混合动力装置，其特征在于：当所述整流电路输出端电压高于锂电池开路电压，此时所属发电机发出电流除提供给负载外，多余电流通过双路开关流入锂电池，对锂电池进行浮充。
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