CN112140914B - 一种无人机供电*** - Google Patents

Abstract

本说明书实施例公开一种无人机供电***。该***包括：地面供电装置、无线充电装置、无人机、地面总控平台以及恒温箱，其中：地面供电装置，用于将风能和太阳能转化为电能，并进行存储至储能蓄电池，通过储能蓄电池为无线充电装置供电；无线充电装置，用于通过发射电路对停靠在充电位上的无人机进行充电；无人机，用于接收地面总控平台发送的充电指令，根据充电指令，前往指定的无线充电装置上的充电位充电；所述地面总控平台，用于获取所述地面供电装置、无线充电装置以及无人机的状态信息，并根据所述状态信息，向所述无人机发送所述充电指令；所述恒温箱，用于根据正在充电的无人机的电池温度，将无人机的电池温度维持在预设的温度范围内。

Description

一种无人机供电***

技术领域

本说明书涉及无人机技术领域，具体而言，涉及一种无人机供电***。

背景技术

由于无人机能到达巡检人员无法或不便到达的地方，安全高效的完成原本耗时耗力的工作，把巡检人员从高风险环境、高强度体力劳动中解放出来，因此无人机逐渐用于完成一些侦察、巡检等预设任务。

然而，有些无人机应用在偏僻的边防地区，这些地区交通不便，人烟稀少，环境恶劣。由于边防地区人烟稀少，且地理地势危险，工作人员难以给无人机更换电池，为此可以通过无人机供电***来实现无人机的自主充电。但由于这些地区交通不便，地势复杂，电网的电力能源难以送达或者送达的电网电压不稳定，难以保证供电***的电力能源稳定，从而难以保证无人机的电力及时补给，降低了无人机的巡检效率。因此，需要通过当地资源获取电力能源，但边防地区资源短缺，如何通过有限的资源实现边防供电***的能量自给自足，保证无人机的电力补给，也是需解决的一大难题。除此之外，环境恶劣的边防地区，供电***的运行和维护会受到环境极大的影响，导致无人机充电效率一再降低，保证供电***的安全稳定运行是亟需解决另一难题。

发明内容

本说明书实施例提供一种无人机供电***，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。

根据本说明书实施例的第一方面，提供一种无人机供电***，包括：地面供电装置、无线充电装置、无人机、地面总控平台以及恒温箱，其中：

所述地面供电装置，用于将风能和太阳能转化为电能，并进行存储至储能蓄电池，通过所述储能蓄电池为所述无线充电装置供电，接收所述地面总控平台发送的切换指令，根据所述切换指令，将所述储能蓄电池切换至应急备用电源为所述无线充电装置供电；

所述无线充电装置，用于通过发射电路对停靠在充电位上的无人机进行充电，并根据无人机的无线传能接收端的接收电路的电流、电压，调整发射电路；其中，所述充电位阵列式布置在所述无线充电装置的平台上，所述发射电路和所述接收电路分别为磁共振式无线充电电路的发射端和接收端；所述发射电路包括发射电路电源、发射侧附加谐振电感内阻、发射侧附加谐振电感、可调阻抗匹配电路、切换开关以及多个发射线圈，其中：所述发射电路电源串联所述附加谐振电感内阻和所述发射侧附加谐振电感，并与所述可调阻抗匹配电路的输入端并联；所述切换开关串联所述发射线圈，并与所述可调阻抗匹配电路的输出端并联；所述可调阻抗匹配电路包括电容、电阻以及可变电容器，所述电阻与所述可变电容器并联，所述电容分别串联所述电阻和所述可变电容器；所述发射侧附加谐振电感串联所述电容；所述切换开关串联所述发射线圈并与所述可变电容并联；

所述无人机，用于接收所述地面总控平台发送的充电指令，根据所述充电指令，前往指定的无线充电装置上的充电位充电，并在充电过程中，将所述接收电路的电流、电压发送至所述无线充电装置，将无人机电池的电池温度发送至所述恒温箱，在完成充电后，返回前往充电前的位置，继续执行飞行任务；

所述地面总控平台，用于获取所述地面供电装置、无线充电装置以及无人机的状态信息，并根据所述状态信息，向所述无人机发送所述充电指令，以及向所述地面供电装置发送所述切换指令；

所述恒温箱，用于根据正在充电的无人机的电池温度，将无人机的电池温度维持在安全范围内。

可选地，所述地面供电装置包括：发电装置、储能装置、应急备用电源、第一测量装置以及第一通信装置，其中：

所述发电装置，用于通过太阳能电池板和风力发电机，将太阳能和风能转换为电能，通过太阳能控制器将太阳能电池板产生的电能存储到所述储能装置中，以及通过第一整流电路将风力发电机产生的电能存储到所述储能装置中；

所述储能装置，用于将所述发电装置产生的电能存储到所述储能蓄电池中，并通过电池管理***获取所述储能蓄电池的电量信息，通过第一DC-DC变换器将所述储能蓄电池中的电能转换成可用电能，向所述无线充电装置充电；

所述第一测量装置，用于测量所述发电装置周围的环境参数，获取环境信息；其中，所述环境信息包括风速、光辐强度、环境温度以及环境湿度；

所述应急备用电源，用于接收所述第一通信装置转发的所述切换指令，根据所述切换指令，向所述无线充电装置供电；

所述第一通信装置，用于向所述地面总控平台发送所述地面供电装置的状态信息，以及接收所述地面总控平台发送的所述切换指令，并将所述切换指令发送至所述应急备用电源；其中，所述地面供电装置的状态信息包括所述环境信息、所述电量信息以及应急备用电源状态信息，所述应急备用电源状态信息包括工作状态、总电池组以及可用电池组。

可选地，所述应急备用电源包括：电解液槽、管道、电磁阀门以及金属空气电池单体，其中：

每个所述金属空气电池单体对应通过一个所述管道连接至所述电解液槽，每个所述管道上设有一个所述电磁阀门，所述电磁阀门与所述第一通信装置信号连接；其中，所述电磁阀门为常闭阀门。

可选地，所述无线充电装置包括：重力传感器、所述高频逆变器、所述发射电路、第二测量装置、第二通信装置以及发射端控制电路，其中：

所述重力传感器，用于感应无人机的降落，从而获取降落的无人机在所述无线充电装置上的降落位置，并根据所述降落位置，向对应的充电位的发射电路发送启动信号，以及获取已用充电位的数量信息和已用充电位的编号信息；

所述高频逆变器，用于作为所述发射电路电源；

所述发射电路，用于接收所述重力传感器发送的启动信号，从而向停靠在对应充电位上的无人机的接收电路传递电能；一个充电位对应配置一个所述发射电路；

所述第二测量装置，用于通过电压传感器、电流传感器分别获取已用充电位对应的发射电路的电压和电流，用于通过功率传感器获取已用充电位对应的发射电路的功率；

所述第二通信装置，用于向所述地面总控平台发送所述无线充电装置的状态信息，以及接收所述无人机发送的充电信息；其中，所述无线充电装置的状态信息包括所述第一位置信息和所述充电位信息，所述第一位置信息表征所述无线充电装置的地理位置，所述充电位信息包括已用充电位的数量信息、已用充电位的编号信息以及已用充电位的供电信息，所述已用充电位的供电信息包括已用充电位对应的发射电路的电压、电流和功率；

发射端控制电路，用于根据无人机与所述发射线圈的位置关系，选取最优发射线圈，并将所述切换开关切换至所述最优发射线圈；根据所述接收电路的电流、电压，所述发射电路的电流、电压，获取传输功率；根据所述传输功率，调整所述可调阻抗匹配电路的可变电容器的电容值，当所述传输功率达到最大值时，停止调整。

可选地，所述无线传能接收端设置在所述无人机机身，所述无线传能接收端包括接收电路、第二整流电路、第二DC-DC变换器以及第三测量装置，其中：

所述接收电路，用于接收所述发射电路传递的电能；其中，所述接收电路包括一个接收线圈；

所述第二整流电路，用于将所述接收电路接收到的电能传递给所述第二DC-DC变换器；

所述第二DC-DC变换器，用于将第二整流电路传递来的电能转换成可用电能，向无人机电池充电；

所述第三测量装置，用于获取所述无人机的充电信息，并将所述充电信息发送至所述无人机的第一通信模块；其中，所述充电信息包括无人机对应的接收电路的电压、电流以及功率。

可选地，所述无线传能接收端采用赋形设计。

可选地，所述无人机包括：定位模块、电池模块、定点降落模块、第一通信模块以及记忆模块，其中：

所述定位模块，被配置为获取所述无人机的第二位置信息；其中，所述第二位置信息表征所述无人机的地理位置；

所述电池模块，被配置为获取所述无人机的电池信息；其中，所述电池信息包括所述无人机电池的电池容量、剩余电量、电池温度、电池健康状态、用电功率以及电压；

所述定点降落模块，被配置为根据所述充电指令，使得所述无人机降落到对应的无线充电装置的充电位上；

所述第一通信模块，被配置为向所述地面总控平台发送所述无人机的状态信息，以及接收所述地面总控平台发送的所述充电指令，在无人机充电时，将所述充电信息至所述第二通信装置，以及将所述无人机的电池温度发送至所述恒温箱；其中，所述无人机的状态信息包括所述电池信息、所述第二位置信息；

所述记忆模块，被配置为记录所述无人机降落充电前的位置坐标，在所述无人机充满电时，根据所述位置坐标，返回充电前的位置。

可选地，所述地面总控平台包括：第二通信模块、第一控制模块、第二控制模块以及显示模块，其中：

所述第二通信模块，被配置为接收所述第一通信装置、第二通信装置以及第一通信模块分别发送的所述地面供电装置的状态信息、所述无线充电装置的状态信息、所述无人机的状态信息，以及向所述无人机发送所述充电指令，向所述地面供电装置发送所述切换指令；

所述第一控制模块，被配置为根据所述电池信息的无人机剩余电量，判断所述无人机是否需要充电，若所述无人机需要充电，则根据所述第一位置信息和所述第二位置信息，确认所述无人机前往充电的无线充电装置，根据该无线充电装置对应的充电位信息，确认所述无人机停靠的充电位，根据该无线充电装置的第一位置信息以及对应的充电位的编号信息，生成所述充电指令；

所述第二控制模块，被配置为根据所述储能蓄电池的电量信息，以及所述应急备用电源状态信息，向所述第一通信装置发送所述切换指令；

所述显示模块，被配置为通过上位机交互界面，显示所述地面供电装置、无线充电装置以及无人机的状态信息，显示充电中的无人机的充电信息。

可选地，所述第一控制模块包括：

获取单元，被配置为获取所述无人机的电池容量、剩余电量、用电功率、电压、飞行速度、第二位置信息以及所述无线充电装置的第一位置信息，并根据所述第一位置信息和所述第二位置信息，获取所述无人机与最近的无线充电装置的距离；

计算单元，被配置为根据预设的能量计算公式，获取所述无人机的当前能量，并根据预设的最小能量计算公式，获取所述无人机飞往最近的无线充电装置所需的最小能量，从而获取所述无人机的当前能量与所述无人机飞往最近的无线充电装置所需的最小能量的差值，根据预设的飞行时间公式，获取所述无人机的冗余飞行时间；其中，

所述能量计算公式为

c_e＝c×s×u

所述最小能量计算公式为

所述飞行时间公式为

其中，c_e为无人机当前能量、c为无人机的电池容量、s为无人机的剩余电量百分比、u为无人机电压、c_min为无人机飞往最近的无线充电装置所需的最小能量、d为无人机与最近的无线充电装置的距离、v为无人机的飞行速度、p为无人机的用电功率、Δ为无人机的当前能量与无人机飞往最近的无线充电装置所需的最小能量的差值，Δ＝c_e-c_min、t为无人机的冗余飞行时间；

优先级排序单元，被配置为若所述冗余飞行时间在预设的时间范围内，则将所述无人机的冗余飞行时间与飞往同一个无线充电装置的无人机的冗余飞行时间进行比较，按照所述冗余飞行时间，对所有前往同一个无线充电装置的无人机优先级进行排列；其中，所述冗余飞行时间越小，无人机优先级越高。

可选地，所述无线充电装置设置在所述恒温箱内部，所述恒温箱包括风机、第一继电器、第二继电器、比较电路以及第三通信装置，所述风机排列布置在所述充电位四周，每个所述风机的吹风口对着一个充电位，横排布置的风机和纵列布置的风机的吹风口延长直线的交点处的充电位对应为两风机负责的充电位，每个充电位对应一个比较电路，一个第一继电器，一个第二继电器以及两个风机，其中：

所述第三通信装置，用于接收所述第二通信装置发送的所述已用充电位的编号信息，接收所述第一通信模块发送的已用充电位上无人机的电池温度，根据所述已用充电位的编号信息，确认已用充电位的具***置，从而将对应的已用充电位上无人机的电池温度发送至对应的比较电路；

所述比较电路，用于将对应的已用充电位上无人机的电池温度与预设的温度范围进行比较，若已用充电位上无人机的电池温度低于所述预设的温度范围的最低温度，则向对应的第一继电器和对应的第二继电器发送高电平信号，若已用充电位上无人机的电池温度高于所述预设的温度范围的最高温度，则向对应的第二继电器发送高电平信号和向对应的第一继电器发送低电平，若已用充电位上无人机的电池温度处于所述预设的温度范围，则向对应的第一继电器和对应的第二继电器发送低电平信号；

所述第一继电器，用于接收对应的比较电路发送的高电平信号，并启动对应风机的电阻丝加热装置，或接收对应的比较电路发送的低电平信号，并关闭对应风机的电阻丝加热装置；

所述第二继电器，用于接收对应的比较电路发送的高电平信号，并启动对应风机的吹风装置，或接收对应的比较电路发送的低电平信号，并关闭对应风机的吹风装置；

所述风机，用于向对应的已用充电位上无人机吹风。

本说明书实施例的有益效果如下：

本说明书实施例提供的无人机供电***，通过发电装置将风能和太阳能转化成电能并存储至储能装置，由储能装置向无线充电装置供电。无人机实时向地面总控平台发送无人机的电量信息和第二位置信息，地面总控平台根据无人机的剩余电量、无人机与无线充电装置的距离、无人机的用电功率等信息，判断无人机是否需要充电，以及无人机前往哪个无线充电装置充电，并以此生成充电指令，由第二通信模块发送给无人机的第一通信模块。无人机接收到充电指令后，自动前往指定的无线充电装置充电，充电结束后，无人机自动返回充电前所在位置，继续沿着规划路径循迹，真正实现无人***，解决了现有技术中无人机采用有线充电或人工参与更换电池，导致无人机无法自主执行长距离的预设空中巡检任务的问题。

本说明书实施例的创新点包括：

1、本发明通过发电装置将风能和太阳能转化成电能并存储至储能装置，由储能装置向无线充电装置供电。无人机实时向地面总控平台发送无人机的电量信息和第二位置信息，地面总控平台根据无人机的剩余电量、无人机与无线充电装置的距离、无人机的用电功率等信息，判断无人机是否需要充电，以及无人机前往哪个无线充电装置充电，并以此生成充电指令，由第二通信模块发送给无人机的第一通信模块。无人机接收到充电指令后，自动前往指定的无线充电装置充电，充电结束后，无人机自动返回充电前所在位置，继续沿着规划路径循迹，真正实现无人***，是本说明书实施例的创新点之一。

2、本发明在当前储能蓄电池剩余电量不足，且当前风光发电效率不高时，由地面总控平台向地面供电装置的第一通信装置发送切换指令，由于第一通信装置与应急备用电源的电磁阀门信号连接，第一通信装置在接收到切换指令之后向电磁阀门发送高电平信号，使得电磁阀门从常闭状态转为常开状态，电解液槽中的电解液顺着管道流入金属空气电池单体，使得金属空气电池单体开始放电，实现了由储能蓄电池向无线充电装置供电切换至应急备用电源向无线充电装置供电的全自动操作过程，减少人工参与度和对电网的依赖程度，实现更加全面化的无人值守供电***，使得该无人机供电***适用于任何场所，包括环境恶劣，电网难以保证及时供电的地区，变相提高了无人机供电***的可靠程度，是本说明书实施例的创新点之一。

3、本发明采用磁共振式无线充电方式实现无人机自主高效充电，基于磁共振的无线充电方式具有传输距离远、传输功率高的优点，但该充电方式会受到发射端和接收端的距离，以及发射端和接收端的频率影响。本发明对发射电路进行改造，在发射电路中添加可调阻抗匹配电路和多个可切换的发射线圈，以及通过第二测量装置和第三测量装置分别获取发射电路的电压、电流以及功和接收电路的电压、电流。根据无人机与所述发射线圈的位置关系，选取最优发射线圈，并将所述切换开关切换至所述最优发射线圈；根据传输功率，调整所述可调阻抗匹配电路的可变电容器的电容值，至所述传输功率达到最大值，此时发射电路的回路阻抗最小，电能传输效率高，提高了充电效率，节省充电时间，有效解决了无线充电效率随距离变化衰减的问题，提高距离鲁棒性，是本说明书实施例的创新点之一。

4、本发明中无线充电装置的充电位采用阵列式设计，可同时停放多架无人机，同时为多架无人机供电，使得无线充电装置的数量小于无人机的数量有效提高了无线充电装置的利用率。但在实际使用过程中，可能会出现需充电的无人机数量大于无线充电装置的可用充电位数量的情况，因此本发明的地面总控平台的第一控制模块设置有对无人机充电顺序进行管理的程序，用于判断无人机充电优先级。通过计算单元计算无人机的冗余飞行时间，对飞往同一个无线充电装置的无人机的优先级进行排序，冗余飞行时间越小，代表无人机可用电量不多，优先级越高，无人机可优先前往对应的无线充电装置充电。通过对无人机的充电顺序进行管理，实现对有限电能资源合理利用，避免无人机在充电资源上出现使用冲突，变相提高了无人机供电***的供电稳定性，是本说明书实施例的创新点之一。

5、在本发明提供的无人机供电***所需的硬件中，对温度最为敏感的是无人机的电池。温度过低，电池可能无法进行充电；温度过高，电池可能发生着火、***等热失控现象。本发明提供的无人机供电***主要应用在环境恶劣的边防地区，环境可能极冷或极热。为此，本发明设置有恒温箱，无线充电装置设置在恒温箱内部，恒温箱既为无线充电装置遮风挡雨，又能加热或冷却位于无线充电装置上无人机电池的环境温度，使得无人机电池始终处于适宜充电的温度范围内，使得无人机的电池温度在安全范围内。恒温箱的风机排列设置在充电位四周，风机的吹风口对着一个充电位，横排布置的风机和纵列布置的风机的吹风口延长直线的交点处的充电位对应为两风机负责的充电位，通过对风机的摆放，实现对无人机的精准加热或冷却，效率高，解决了现有技术中恒温箱对整个密闭空间进行加热冷却效率低的问题，是本说明书实施例的创新点之一。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，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是示出了根据本说明书实施例提供的一种无人机供电***的装置示意图；

图2是示出了根据本说明书实施例提供的另一种无人机供电***的装置示意图；

图3是示出了根据本说明书实施例提供的应急备用电源的结构示意图；

图4是示出了根据本说明书实施例提供的磁共振无线充电的等效电路图；

图5是示出了根据本说明书实施例提供的发射电路和接收电路的结构示意图；

图6是示出了根据本说明书实施例提供的恒温箱内部风机的排列示意图；

图中，100为地面供电装置、200为无线充电装置、300为无人机、400为地面总控平台、500为恒温箱、110为发电装置、120为第一测量装置、130为第一通信装置、140为储能装置、150为应急备用电源、210为第二测量装置、220为第二通信装置、230为高频逆变器、240为发射电路、250为发射端控制电路、260为重力传感器、310为无线传能接收端、320为无人机电池、330为记忆模块、340为定位模块、350为电池模块、360为定点降落模块、370为第一通信模块、410为第二通信模块、420为第一控制模块、430为第二控制模块、440为显示模块、510为第三通信装置、520为比较电路、530为第一继电器、540为第二继电器、550为风机、111为太阳能电池板、112为风力发电机、113为太阳能控制器、114为第一整流电路、141为储能蓄电池、142为第一DC-DC变换器、143为电池管理***、311为接收电路、312为第二整流电路、313为第二DC-DC变换器、314为第三测量装置。

具体实施方式

下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明书保护的范围。

需要说明的是，本说明书实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本说明书实施例公开了一种无人机供电***。以下分别进行详细说明。

图1是示出了根据本说明书实施例提供的一种无人机供电***的装置示意图。如图1所示，本说明书实施例提供的一种无人机供电***，可以包括：地面供电装置100、无线充电装置200、无人机300、地面总控平台400以及恒温箱500，其中：

地面供电装置100，用于将风能和太阳能转化为电能，并进行存储至储能蓄电池141，通过所述储能蓄电池141为所述无线充电装置200供电，接收所述地面总控平台400发送的切换指令，根据所述切换指令，将所述储能蓄电池141切换至应急备用电源150为所述无线充电装置200供电；

无线充电装置200，用于通过发射电路240对停靠在充电位上的无人机进行充电，并根据无人机300的无线传能接收端310的接收电路311的电流、电压，调整发射电路240；

其中，所述充电位阵列式布置在所述无线充电装置200的平台上，所述发射电路240和所述接收电路311分别为磁共振式无线充电电路的发射端和接收端；发射电路240包括发射电路电源、发射侧附加谐振电感内阻、发射侧附加谐振电感、可调阻抗匹配电路、切换开关以及多个发射线圈；其中，所述发射电路电源串联所述附加谐振电感内阻和所述发射侧附加谐振电感，并与所述可调阻抗匹配电路的输入端并联；所述切换开关串联所述发射线圈，并与所述可调阻抗匹配电路的输出端并联；所述可调阻抗匹配电路包括电容、电阻以及可变电容器，所述电阻与所述可变电容器并联，所述电容分别串联所述电阻和所述可变电容器；所述发射侧附加谐振电感串联所述电容；所述切换开关串联所述发射线圈并与所述可变电容并联；

无人机300，用于接收所述地面总控平台400发送的充电指令，根据所述充电指令，前往指定的无线充电装置200上的充电位充电，并在充电过程中，将所述接收电路311的电流、电压发送至所述无线充电装置200，在完成充电后，返回前往充电前的位置，继续执行飞行任务；

地面总控平台400，用于获取所述地面供电装置100、无线充电装置200以及无人机300的状态信息，并根据所述状态信息，向所述无人机300发送所述充电指令，以及向所述地面供电装置100发送所述切换指令；

所述恒温箱500，用于根据正在充电的无人机300的电池温度，将无人机300的电池温度维持在安全范围内。

具体的，上述实施例的工作原理为：太阳能和风能产生的电能汇流到风光互补控制器中，风光互补控制器将接收到的电能存储到储能蓄电池141中，储能蓄电池141中的电能经过第一DC-DC变换器142，变成可用的电能输出给无线充电装置200。地面供电装置100增设应急备用电源150，地面总控平台400接收储能蓄电池141的剩余电量的信息，并将储能蓄电池141的剩余电量与预设的电量阈值相比较，当剩余电量低于电量阈值时，地面总控平台400向地面供电装置100发送切换信号，地面供电装置100根据切换信号，切换应急备用电源150为所述无线充电装置200供电。无线充电装置200接收地面供电装置100传输的电能，并通过高频逆变器230传输至发射电路240，由发射电路240向对应供电位上无人机300的接收电路311传输电能。发射电路240和接收电路311分别为磁共振式无线充电电路的发射端和接收端，其工作原理为发射线圈与接收线圈调整到同一频率，产生磁共振，实现能量传输。执行飞行任务中的无人机300，每时每刻向地面总控平台400发送无人机电池320的剩余电量，由地面总控平台400监控无人机300的状态。地面总控平台400将无人机电池320的剩余电量与预设的电量阈值进行比较，当无人机电池320的剩余电量低于电量阈值时，地面总控平台向无人机300发送充电指令，无人机300接收充电指令后，根据充电指令前往指定的充电位上充电。充电中的无人机300，每时每刻向无线充电装置200发送接收电路311的电流、电压，无线充电装置200根据接收电路311的电流、电压以及发射电路240的电流、电压，调整发射线圈与接收线圈在同一频率上。充电中的无人机300还通过无人机电池320的电池管理***获取电池温度，并将电池温度发送至恒温箱500，恒温箱500将无人机电池320的电池温度与预设的温度范围进行比较，当电池温度低于温度范围的最低温度时，恒温箱500的风机550对无人机吹热风，提高无人机电池320的电池温度，当电池温度高于温度范围的最高温度时，恒温箱500的风机550对无人机吹热风，提高无人机电池320的电池温度。无人机300在完成充电后，返回前往充电前的位置，继续执行飞行任务。

图2是示出了根据本说明书实施例提供的另一种无人机供电***的装置示意图。如图2所示，地面供电装置100包括发电装置110、第一测量装置120、储能装置140、第一通信装置130以及应急备用电源150，发电装置110包括太阳能电池板111、风力发电机112、太阳能控制器113以及第一整流电路114，储能装置140包括储能蓄电池141、第一DC-DC变换器142以及电池管理***143；其中：

发电装置110，用于通过太阳能电池板111和风力发电机112，将太阳能和风能转换为电能，通过太阳能控制器113将太阳能电池板111产生的电能存储到所述储能装置140中，以及通过第一整流电路114将风力发电机112产生的电能存储到所述储能装置140中；

储能装置140，用于将所述发电装置110产生的电能存储到所述储能蓄电池141中，并通过电池管理***143获取所述储能蓄电池141的电量信息，通过第一DC-DC变换器142将所述储能蓄电池141中的电能转换成可用电能，向所述无线充电装置200充电；

第一测量装置120，用于测量所述发电装置110周围的环境参数，获取环境信息；其中，所述环境信息包括风速、光辐强度、环境温度以及环境湿度；

应急备用电源150，用于接收所述第一通信装置130转发的所述切换指令，根据所述切换指令，向所述无线充电装置200供电；

第一通信装置130，用于向所述地面总控平台400发送所述地面供电装置100的状态信息，以及接收所述地面总控平台400发送的所述切换指令，并将所述切换指令发送至所述应急备用电源150；其中，所述地面供电装置100的状态信息包括所述环境信息、所述电量信息以及应急备用电源140状态信息，所述应急备用电源150状态信息包括工作状态、总电池组以及可用电池组。

具体的，上述实施例提供的应急备用电池150可以包括电解液槽、管道、电磁阀门以及金属空气电池单体，每个所述金属空气电池单体对应通过一个所述管道连接至所述电解液槽，每个所述管道上设有一个所述电磁阀门，所述电磁阀门与所述第一通信装置130信号连接；其中，所述电磁阀门为常闭阀门。参考图3，图3是示出了根据本说明书实施例提供的应急备用电源150的结构示意图。其中，应急备用电池150的工作原理为：电磁阀门接收到第一通信装置130发送的高电平信号，自动打开阀门，电解液槽中的电解液顺着管道流入与其连接的金属空气电池单体中，金属空气电池开始放电。

无线充电装置200包括重力传感器260、第二测量装置210、高频逆变器230、发射电路240、第二通信装置220以及发射端控制电路250；其中：

所述重力传感器260，用于感应无人机300的降落，从而获取降落的无人机300在所述无线充电装置200上的降落位置，并根据所述降落位置，向对应的充电位的发射电路240发送启动信号，以及获取已用充电位的数量信息和已用充电位的编号信息；

所述高频逆变器230，用于作为所述发射电路240电源；

所述发射电路240，用于接收所述重力传感器260发送的启动信号，从而向停靠在对应充电位上的无人机300的接收电路311传递电能；一个充电位对应配置一个所述发射电路240；

所述第二测量装置210，用于通过电压传感器、电流传感器分别获取已用充电位对应的发射电路240的电压和电流，用于通过功率传感器获取已用充电位对应的发射电路240的功率；

所述第二通信装置220，用于向所述地面总控平台400发送所述无线充电装置200的状态信息，以及接收所述无人机300发送的充电信息；其中，所述无线充电装置200的状态信息包括所述第一位置信息和所述充电位信息，所述第一位置信息表征所述无线充电装置200的地理位置，所述充电位信息包括已用充电位的数量信息、已用充电位的编号信息以及已用充电位的供电信息，所述已用充电位的供电信息包括已用充电位对应的发射电路240的电压、电流和功率；

发射端控制电路250，用于根据无人机300与所述发射线圈240的位置关系，选取最优发射线圈，并将所述切换开关切换至所述最优发射线圈；根据所述接收电路311的电流、电压，所述发射电路240的电流、电压，获取传输功率；根据所述传输功率，调整所述可调阻抗匹配电路的可变电容器的电容值，当所述传输功率达到最大值时，停止调整。

具体的，上述实施例的工作原理为：待充电的无人机300在降落到无线充电装置200的充电位上后，设置在充电位上的重力传感器260感应到无人机300的降落位置，确定无人机300对应的充电位，从而启动该充电位的发射电路240电源。由于重力传感器260可以感知无人机300的降落，根据无人机300的降落位置，可得到未使用的充电位的信息，比如数量，位置以及编号。高频逆变器230作为发射电路电源，在接收到重力传感器260发送的启动信号后，向发射电路240供电。发射电路240采用磁共振无线充电方式给无人机300充电，无人机300端设置有接收电路311。接收电路311包括一个接收线圈，发射电路240包括多个发射线圈，每个发射线圈的分布位置不同，在无人机300降落到充电位后，无论无人机300的接收线圈位于哪个位置，都具有与其相匹配的发射线圈，解决了发射线圈和接收线圈的距离过大影响传输效率的问题。除此之外，发射线圈通过切换开关接入发射电路240，形成发射回路，由于切换开关为单刀多掷开关，在一个发射线圈接入发射电路240时，其他发射线圈没有形成闭合回路，不会产生电感影响发射电路240的工作状态。发射电路240还添加了可调阻抗匹配电路，其可变电容器的电容值可调。第二测量装置210获取发射电路240的电流、电压以及功率，第二通信装置220接收无人机300的第一通信模块370发送的第三测量装置314测量的接收电路311的电流、电压以及功率。发射端控制电路260根据接收线圈与发射线圈的位置关系，选取最优发射线圈，并将所述切换开关切换至所述最优发射线圈。在确定发射线圈后，调整所述可调阻抗匹配电路的可变电容器的电容值至接收电路311的功率达到最大值，此时，发射回路阻抗最小，传输效率最高。第二通信装置220将表征所述无线充电装置200地理位置的第一位置信息和充电位信息发送至地面总控平台400，地面总控平台400可根据第一位置信息和充电位信息，合理调配附近的无人机300的充电顺序。

参考图4，图4是示出了根据本说明书实施例提供的磁共振无线充电的等效电路图。图4中，各组件说明：U_s为高频交流电源，R₀为发射侧附加谐振电感内阻，L₀为发射侧附加谐振电感，C₁为发射侧谐振补偿电容，R₁为发射回路等效电阻，L₁为发射线圈自感，L₂为接收线圈自感，R₂为接收回路等效电阻，C₃为接收侧谐振补偿电容，R₃为接收侧附加谐振电感内阻，L₃为接收侧谐振附加谐振电感，R_L为负载电阻。M为发射线圈和接收线圈的互感。

具体的，上述实施例中磁共振无线充电的工作原理为：假设L₀＝L₁＝L₂＝L₃，则完全谐振的情况下有：

电路简化网孔方程为：

忽略发射侧附加谐振电感内阻R₀，发射回路等效电阻R₁，接收回路等效电阻R₂，接收侧附加谐振电感内阻R₃，可得

电流传输比：

电压传输比：

***传输功率为：

由上述内容可知，磁共振无线充电方式接收端的电压和电流、以及***传输功率均与谐振频率w、互感M、负载R_L、发射线圈自感L₁和接收线圈自感L₂有关。当接收端负载发生变化，或接收端与发射端的距离发生变化时，均对无线充电产生影响。

为削弱接收端负载变化、接收端与发射端距离变化对无线充电的影响，本实施例根据磁共振无线充电的等效电路的工作原理，对磁共振无线充电电路进行改造。参考图5，图5是示出了根据本说明书实施例提供的发射电路和接收电路的结构示意图。其中，发射电路240是根据磁共振无线充电的基本谐振等效电路的发射端进行改进，将谐振补偿电容替换成可调阻抗匹配电路，并添加了多支路切换电路，每条支路为发射线圈，等效为电感串联电阻。接收电路311直接应用磁共振无线充电的谐振等效电路的接收端。接收电路311增设电压表和电流表，分别用于测量接收电路311的电压值和电流值。图5中，各组件说明：U_s为高频交流电源，R₀为发射侧附加谐振电感内阻，L₀为发射侧附加谐振电感，C_a为可调阻抗匹配电路电容，R_a为可调阻抗匹配电路电阻，L_a为可调阻抗匹配电路电感，C_p为可调阻抗匹配电路的可变电容器，R₁和R₄分别为两个发射回路等效电阻，L₁和L₄对应为R₁和R₂的发射电路的发射线圈自感，L₂为接收线圈自感，R₂为接收回路等效电阻，C₃为接收侧谐振补偿电容，R₃为接收侧附加谐振电感内阻，L₃为接收侧谐振附加谐振电感，R_L为负载电阻。M为发射线圈和接收线圈的互感。除此之外，还在磁共振无线充电的谐振等效电路的基础上，增设发射端控制电路260，用于调整可调阻抗匹配电路。还增设无线通信模块，用于传输接收电路的电压值、电流值。

具体的，上述发射端控制电路260的工作原理为：根据接收线圈与发射线圈的位置关系，选取与接收线圈距离最优的发射线圈。在确认发射线圈后，获取发射电路240的电压值和电流值，以及获取接收电路311的电压值和电流值，根据上述的***传输功率公式，计算***传输功率。调整可变电容器的电容值，当***传输功率达到最大值时，完成调整，此时发射回路匹配阻抗最小，提高了充电效率。通过对发射电路进行改造以及通过发射端控制电路调整发射电路参数，提高充电效率，是本实施例的发明点之一。

无人机300包括无线传能接收端310、无人机电池320、记忆模块330、定位模块340、电池模块350、定点降落模块360以及第一通信模块370，无线传能接收端310包括接收电路311、第二整流电路312、第三测量装置314以及第二DC-DC变换器313；其中：

接收电路311，用于接收所述发射电路240传递的电能；其中，所述接收电路311包括一个接收线圈；第二整流电路312，用于将所述接收电路311接收到的电能传递给所述第二DC-DC变换器313；第二DC-DC变换器313，用于将第二整流电路312传递来的电能转换成可用电能，向无人机电池320充电；第三测量装置314，用于获取所述无人机300的充电信息，并将所述充电信息发送至所述无人机300的第一通信模块370；其中，所述充电信息包括无人机300对应的接收电路311的电压、电流以及功率；

定位模块340，被配置为获取所述无人机300的第二位置信息；其中，所述第二位置信息表征所述无人机300的地理位置；电池模块350，被配置为获取所述无人机300的电池信息；其中，所述电池信息包括所述无人机电池320的电池容量、剩余电量、电池温度、电池健康状态、用电功率以及电压；定点降落模块360，被配置为根据所述充电指令，使得所述无人机300降落到对应的无线充电装置200的充电位上；第一通信模块370，被配置为向所述地面总控平台400发送所述无人机300的状态信息，以及接收所述地面总控平台400发送的所述充电指令，在无人机300充电时，将所述充电信息至所述第二通信装置220，以及将所述无人机电池320的电池温度发送至所述恒温箱500；其中，所述无人机300的状态信息包括所述电池信息、所述第二位置信息；记忆模块330，被配置为记录所述无人机300降落充电前的位置坐标，在所述无人机300充满电时，根据所述位置坐标，返回充电前的位置。

具体的，无线传能接收端310采用赋形设计。

具体的，上述实施例的工作原理为：无人机300在飞行过程中，通过第一通信模块370向地面总控平台400的第二通信模块410发送表征无人机地理位置的第二位置信息，以及无人机300的电池信息。地面总控平台400每时每刻监控无人机电池320的剩余电量，在剩余电量低于预设的电量阈值时，根据无人机300的地理位置，选择相对位置比较接近的无线充电装置200，以及该无线充电装置200上空闲的充电位，生成充电指令，并通过第二通信模块410将充电指令发送至第一通信模块370。无人机300接收充电指令，并对其解析，得到应该前往的无线充电装置200的地理位置以及应该停靠的充电位编号和位置。定点降落模块360根据前往的无线充电装置200的地理位置，以及停靠的充电位编号和位置，驱动无人机300降落在对应的充电位。在前往充电时，通过记忆模块330记录降落充电前的位置坐标，以便在完成充电时，根据位置坐标返回对应坐标继续执行未完成的飞行任务。无人机300降落在对应充电位上后，重力传感器260感应无人机300的降落位置，并获取无人机300停靠的充电位信息，从而启动对应的充电位，使其对无人机300进行充电。第二通信装置220可将无人机03停靠的充电位编号发送至地面总控平台400，地面总控平台400将发送给无人机300的充电位编号与第二通信装置220发送来的无人机300停靠的充电位编号进行校对，避免地面总控平台400中记录的信息出现错误，导致后续地面总控平台400为其他无人机03安排充电位时，无人机300降落的充电位重合。充电位启动后，接收电路311接收发射电路240传递的电能，第二整流电路312将接收电路311接收到的电能传递给第二DC-DC变换器313，第二DC-DC变换器313将第二整流电路312传递来的电能转换成可用电能，向无人机电池320充电。此时，第三测量装置314测量接收电路311的电压值、电流值以及功率，并由第一通信模块370转发至第二通信装置220，以便发射端控制电路260根据接收电路313的电压值、电流值以及功率，调整传输功率。在无人机300进入充电模式后，无人机电池320的电池管理***获取电池温度，并由第一通信模块370将电池温度发送至恒温箱500的第三通信装置510，以便恒温箱500根据无人机电池320的电池温度，将电池温度维持在适宜的温度范围内。

地面总控平台400包括第二通信模块410、第一控制420、第二控制模块430以及显示模块440：

第二通信模块410，被配置为接收所述第一通信装置130、第二通信装置220以及第一通信模块370分别发送的所述地面供电装置100的状态信息、所述无线充电装置200的状态信息、所述无人机300的状态信息，以及向所述无人机300发送所述充电指令，向所述地面供电装置100发送所述切换指令；

第一控制模块420，被配置为根据所述电池信息的无人机剩余电量，判断所述无人机300是否需要充电，若所述无人机300需要充电，则根据所述第一位置信息和所述第二位置信息，确认所述无人机300前往充电的无线充电装置200，根据该无线充电装置200对应的充电位信息，确认所述无人机300停靠的充电位，根据该无线充电装置200的第一位置信息以及对应的充电位的编号信息，生成所述充电指令；

第二控制模块430，被配置为根据所述储能蓄电池141的电量信息，以及所述应急备用电源150状态信息，向所述第一通信装置130发送所述切换指令；

显示模块440，被配置为通过上位机交互界面，显示所述地面供电装置100、无线充电装置200以及无人机300的状态信息，显示充电中的无人机300的充电信息。

具体的，上述实施例中的第一控制模块420可以包括：

获取单元，被配置为获取所述无人机300的电池容量、剩余电量、用电功率、电压、飞行速度、第二位置信息以及所述无线充电装置200的第一位置信息，并根据所述第一位置信息和所述第二位置信息，获取所述无人机300与最近的无线充电装置200的距离；

计算单元，被配置为根据预设的能量计算公式，获取所述无人机300的当前能量，并根据预设的最小能量计算公式，获取所述无人机飞300往最近的无线充电装置200所需的最小能量，从而获取所述无人机300的当前能量与所述无人机300飞往最近的无线充电装置200所需的最小能量的差值，根据预设的飞行时间公式，获取所述无人机300的冗余飞行时间；其中，

所述能量计算公式为

c_e＝c×s×u

所述最小能量计算公式为

所述飞行时间公式为

其中，c_e为无人机当前能量、c为无人机的电池容量、s为无人机的剩余电量百分比、u为无人机电压、c_min为无人机飞往最近的无线充电装置所需的最小能量、d为无人机与最近的无线充电装置的距离、v为无人机的飞行速度、p为无人机的用电功率、Δ为无人机的当前能量与无人机飞往最近的无线充电装置所需的最小能量的差值，Δ＝c_e-c_min、t为无人机的冗余飞行时间；

优先级排序单元，被配置为若所述冗余飞行时间在预设的时间范围内，则将所述无人机300的冗余飞行时间与飞往同一个无线充电装置200的无人机300的冗余飞行时间进行比较，按照所述冗余飞行时间，对所有前往同一个无线充电装置200的无人机300优先级进行排列；其中，所述冗余飞行时间越小，无人机300优先级越高。

其中，第一控制模块420的工作原理为：实时获取第一通信模块370发送的无人机300的电池容量、剩余电量百分比、电压、飞行速度、用电功率、第一位置信息。根据第一位置信息与无人机300附近所有的无线充电装置200的第二位置信息，求得无人机300与最近的无线充电装置200的距离。根据上述的能量计算公式，得到无人机当前能量。根据上述的最小能量计算公式，得到无人机飞往最近的无线充电装置所需的最小能量，从而可以获取无人机的当前能量与无人机飞往最近的无线充电装置所需的最小能量的差值。考虑到不同型号无人机的电池容量和功率不同，若直接使用差值作为判断依据，局限性较大。因此，根据上述的飞行时间公式，得到无人机300的冗余飞行时间。可选用冗余可飞行时间作为判断无人机300是否需要充电，以及无人机300充电优先级的排序标准。原则上，只要冗余可飞行时间t≥0，无人机300即可飞至最近无线充电装置200。但考虑到实际飞行过程中存在其他电子器件的能量损耗，因此设定为当t<150秒时，判断无人机需及时进行充电处理。无人机300的充电优先级，以其冗余可飞行时间t的数值进行排序，优先对t值较小的无人机300进行充电处理。通过对无人机的充电顺序进行管理，实现对有限电能资源合理利用，是本实施例的发明点之一。

恒温箱500包括第三通信装置510、比较电路520、第一继电器530、第二继电器540以及风机550；无线充电装置200设置在恒温箱500内部，风机550排列布置在充电位四周，每个风机550的吹风口对着一个充电位，横排布置的风机550和纵列布置的风机550的吹风口延长直线的交点处的充电位对应为两风机550负责的充电位，每个充电位对应一个比较电路520，一个第一继电器530，一个第二继电器054以及两个风机550；其中：

第三通信装置510，用于接收所述第二通信装置220发送的所述已用充电位的编号信息，接收所述第一通信模块130发送的已用充电位上无人机300的电池温度，根据所述已用充电位的编号信息，确认已用充电位的具***置，从而将对应的已用充电位上无人机300的电池温度发送至对应的比较电路520；

比较电路520，用于将对应的已用充电位上无人机300的电池温度与预设的温度范围进行比较，若已用充电位上无人机300的电池温度低于所述预设的温度范围的最低温度，则向对应的第一继电器530和对应的第二继电器540发送高电平信号，若已用充电位上无人机300的电池温度高于所述预设的温度范围的最高温度，则向对应的第二继电器540发送高电平信号和向对应的第一继电器530发送低电平，若已用充电位上无人机的电池温度处于所述预设的温度范围，则向对应的第一继电器530和对应的第二继电器540发送低电平信号；

第一继电器530，用于接收对应的比较电路520发送的高电平信号，并启动对应风机550的电阻丝加热装置，或接收对应的比较电路520发送的低电平信号，并关闭对应风机550的电阻丝加热装置；

第二继电器540，用于接收对应的比较电路520发送的高电平信号，并启动对应风机550的吹风装置，或接收对应的比较电路520发送的低电平信号，并关闭对应风机550的吹风装置；

风机550，用于向对应的已用充电位上无人机300吹风。

具体的，上述实施例的工作原理为：由于恒温箱500中的风机550的工作模式是二对一，两台风机550对应负责一个无人机300，在通过第三通信装置510接收第一通信模块370发送的无人机电池320的电池温度后，需要通过第三通信装置510接收到的第二通信装置220发送的无人机300停靠的充电位的编号信息，从而根据充电位的编号信息确定充电位的具***置。根据充电位的具***置，将电池温度发送至对应的比较电路520，由比较电路520判断电池温度是否在预设的温度范围内。若电池温度低于温度范围的最低温度，则向对应的第一继电器530和对应的第二继电器540发送高电平信号，若电池温度高于温度范围的最高温度，则向对应的第二继电器540发送高电平信号和向对应的第一继电器530发送低电平，若电池温度处于所述预设的温度范围，则向对应的第一继电器530和对应的第二继电器540发送低电平信号。第一继电器530连接风机的电阻丝加热装置，在第一继电器530接收到高电平信号或低电平信号后，启动或关闭风机550的电阻丝加热装置。第二继电器540连接风机550的吹风装置，在第二继电器540接收到高电平信号或低电平信号后，启动或关闭风机550的吹风装置。当风机550的电阻丝加热装置和吹风装置同时运行时，风机550吹出热风，可提高无人机电池的环境温度，从而提高无人机电池320的电池温度。当风机550只有吹风装置运行时，风机550吹出冷风，可降低无人机电池320的环境温度，从而降低无人机电池320的电池温度。

具体的，参考图6，图6是示出了根据本说明书实施例提供的恒温箱内部风机的排列示意图。图6中，充电位为四排四列的摆放方式，风机550横排摆放在充电位的前后排，每排风机550的个数和每排充电位的个数相同，横排摆放的风机550的吹风口对准同一列的充电位。风机550纵列摆放在充电位的左右列，每列风机550的个数和每列充电位的个数相同，纵列摆放的风机550的吹风口对准同一行的充电位。假设C_xy表示充电位的位置，具体为第x排第y列。当无人机停靠在C₁₁充电位充电时，启动前排从左到右第一个风机550和左列从上到下第一个风机550。其中，对于C₁₁充电位来说，前排从左到右第四个风机550和右列从上到下第一个风机550的吹风口的延长线也相交在C₁₁处，但由于前排从左到右第一个风机550和左列从上到下第一个风机550距离更近，加热或冷却效果更佳，会对应启动这两个位置的风机。风机与充电位的位置对应关系可预先设置，通过充电位与风机之间的第一继电器和第二继电器实现。通过横排和纵列两个风机点对点加热或冷却无人机电池的环境温度，是本实施例的发明点之一。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本说明书所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本说明书的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本说明书进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本说明书实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种无人机供电***，其特征在于，包括：地面供电装置、无线充电装置、无人机、地面总控平台以及恒温箱，其中：

所述地面供电装置，用于将风能和太阳能转化为电能，并进行存储至储能蓄电池，通过所述储能蓄电池为所述无线充电装置供电，接收所述地面总控平台发送的切换指令，根据所述切换指令，将所述储能蓄电池切换至应急备用电源为所述无线充电装置供电；

所述无线充电装置，用于通过发射电路对停靠在充电位上的无人机进行充电，并根据无人机的无线传能接收端的接收电路的电流、电压，调整发射电路；其中，所述充电位阵列式布置在所述无线充电装置的平台上，所述发射电路和所述接收电路分别为磁共振式无线充电电路的发射端和接收端；所述发射电路包括发射电路电源、发射侧附加谐振电感内阻、发射侧附加谐振电感、可调阻抗匹配电路、切换开关以及多个发射线圈，其中：所述发射电路电源串联所述附加谐振电感内阻和所述发射侧附加谐振电感，并与所述可调阻抗匹配电路的输入端并联；所述切换开关串联所述发射线圈，并与所述可调阻抗匹配电路的输出端并联；所述可调阻抗匹配电路包括电容、电阻以及可变电容器，所述电阻与所述可变电容器并联，所述电容分别串联所述电阻和所述可变电容器；所述发射侧附加谐振电感串联所述电容；所述切换开关串联所述发射线圈并与所述可变电容器并联；

所述无人机，用于接收所述地面总控平台发送的充电指令，根据所述充电指令，前往指定的无线充电装置上的充电位充电，并在充电过程中，将所述接收电路的电流、电压发送至所述无线充电装置，将无人机电池的电池温度发送至所述恒温箱，在完成充电后，返回前往充电前的位置，继续执行飞行任务；

所述地面总控平台，用于获取所述地面供电装置、无线充电装置以及无人机的状态信息，并根据所述状态信息，向所述无人机发送所述充电指令，以及向所述地面供电装置发送所述切换指令；

所述恒温箱，用于根据正在充电的无人机的电池温度，将无人机的电池温度维持在预设的温度范围内；

所述无线充电装置包括：重力传感器、高频逆变器、所述发射电路、第二测量装置、第二通信装置以及发射端控制电路，其中：

所述重力传感器，用于感应无人机的降落，从而获取降落的无人机在所述无线充电装置上的降落位置，并根据所述降落位置，向对应的充电位的发射电路发送启动信号，以及获取已用充电位的数量信息和已用充电位的编号信息；

所述高频逆变器，用于作为所述发射电路电源；

所述发射电路，用于接收所述重力传感器发送的启动信号，从而向停靠在对应充电位上的无人机的接收电路传递电能；一个充电位对应配置一个所述发射电路；

所述第二测量装置，用于通过电压传感器、电流传感器分别获取已用充电位对应的发射电路的电压和电流；

所述第二通信装置，用于向所述地面总控平台发送所述无线充电装置的状态信息，以及接收所述无人机发送的充电信息；其中，所述无线充电装置的状态信息包括第一位置信息和充电位信息，所述第一位置信息表征所述无线充电装置的地理位置，所述充电位信息包括已用充电位的数量信息、已用充电位的编号信息以及已用充电位的供电信息，所述已用充电位的供电信息包括已用充电位对应的发射电路的电压、电流；

发射端控制电路，用于根据无人机与所述发射线圈的位置关系，选取最优发射线圈，并将所述切换开关切换至所述最优发射线圈；根据所述接收电路的电流、电压，所述发射电路的电流、电压，获取传输功率；根据所述传输功率，调整所述可调阻抗匹配电路的可变电容器的电容值，当所述传输功率达到最大值时，停止调整；

所述地面供电装置包括：发电装置、储能装置、应急备用电源、第一测量装置以及第一通信装置，其中：

所述发电装置，用于通过太阳能电池板和风力发电机，将太阳能和风能转换为电能，通过太阳能控制器将太阳能电池板产生的电能存储到所述储能装置中，以及通过第一整流电路将风力发电机产生的电能存储到所述储能装置中；

所述储能装置，用于将所述发电装置产生的电能存储到所述储能蓄电池中，并通过电池管理***获取所述储能蓄电池的电量信息，通过第一DC-DC变换器将所述储能蓄电池中的电能转换成可用电能，向所述无线充电装置充电；

所述第一测量装置，用于测量所述发电装置周围的环境参数，获取环境信息；其中，所述环境信息包括风速、光辐强度、环境温度以及环境湿度；

所述应急备用电源，用于接收所述第一通信装置转发的所述切换指令，根据所述切换指令，向所述无线充电装置供电；

所述第一通信装置，用于向所述地面总控平台发送所述地面供电装置的状态信息，以及接收所述地面总控平台发送的所述切换指令，并将所述切换指令发送至所述应急备用电源；其中，所述地面供电装置的状态信息包括所述环境信息、所述电量信息以及应急备用电源状态信息，所述应急备用电源状态信息包括工作状态、总电池组以及可用电池组；

所述无线传能接收端设置在所述无人机机身，所述无线传能接收端包括接收电路、第二整流电路、第二DC-DC变换器以及第三测量装置，其中：

所述接收电路，用于接收所述发射电路传递的电能；其中，所述接收电路包括一个接收线圈；

所述第二整流电路，用于将所述接收电路接收到的电能传递给所述第二DC-DC变换器；

所述第二DC-DC变换器，用于将第二整流电路传递来的电能转换成可用电能，向无人机电池充电；

所述第三测量装置，用于获取所述无人机的充电信息，并将所述充电信息发送至所述无人机的第一通信模块；其中，所述充电信息包括无人机对应的接收电路的电压、电流；

所述无线传能接收端采用赋形设计。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述应急备用电源包括：电解液槽、管道、电磁阀门以及金属空气电池单体，其中：

每个所述金属空气电池单体对应通过一个所述管道连接至所述电解液槽，每个所述管道上设有一个所述电磁阀门，所述电磁阀门与所述第一通信装置信号连接；其中，所述电磁阀门为常闭阀门。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述无人机包括：定位模块、电池模块、定点降落模块、第一通信模块以及记忆模块，其中：

所述定位模块，被配置为获取所述无人机的第二位置信息；其中，所述第二位置信息表征所述无人机的地理位置；

所述电池模块，被配置为获取所述无人机的电池信息；其中，所述电池信息包括所述无人机电池的电池容量、剩余电量、电池温度、电池健康状态、用电功率以及电压；

所述定点降落模块，被配置为根据所述充电指令，使得所述无人机降落到对应的无线充电装置的充电位上；

所述第一通信模块，被配置为向所述地面总控平台发送所述无人机的状态信息，以及接收所述地面总控平台发送的所述充电指令，在无人机充电时，将所述充电信息发送至所述第二通信装置，以及将所述无人机的电池温度发送至所述恒温箱；其中，所述无人机的状态信息包括所述电池信息、所述第二位置信息；

所述记忆模块，被配置为记录所述无人机降落充电前的位置坐标，在所述无人机充电结束后，根据所述位置坐标，返回充电前的位置。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述地面总控平台包括：第二通信模块、第一控制模块、第二控制模块以及显示模块，其中：

所述第二通信模块，被配置为接收所述第一通信装置、第二通信装置以及第一通信模块分别发送的所述地面供电装置的状态信息、所述无线充电装置的状态信息、所述无人机的状态信息，以及向所述无人机发送所述充电指令，向所述地面供电装置发送所述切换指令；

所述第一控制模块，被配置为根据所述电池信息的无人机剩余电量，判断所述无人机是否需要充电，若所述无人机需要充电，则根据所述第一位置信息和所述第二位置信息，确认所述无人机前往充电的无线充电装置，根据该无线充电装置对应的充电位信息，确认所述无人机停靠的充电位，根据该无线充电装置的第一位置信息以及对应的充电位的编号信息，生成所述充电指令；

所述第二控制模块，被配置为根据所述储能蓄电池的电量信息，以及所述应急备用电源状态信息，向所述第一通信装置发送所述切换指令；

所述显示模块，被配置为通过上位机交互界面，显示所述地面供电装置、无线充电装置以及无人机的状态信息，显示充电中的无人机的充电信息。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述第一控制模块包括：

获取单元，被配置为获取所述无人机的电池容量、剩余电量、用电功率、电压、飞行速度、第二位置信息以及所述无线充电装置的第一位置信息，并根据所述第一位置信息和所述第二位置信息，获取所述无人机与最近的无线充电装置的距离；

计算单元，被配置为根据预设的能量计算公式，获取所述无人机的当前能量，并根据预设的最小能量计算公式，获取所述无人机飞往最近的无线充电装置所需的最小能量，从而获取所述无人机的当前能量与所述无人机飞往最近的无线充电装置所需的最小能量的差值，根据预设的飞行时间公式，获取所述无人机的冗余飞行时间；其中，

所述能量计算公式为

c_e＝c×s×u

所述最小能量计算公式为

所述飞行时间公式为

其中，c_e为无人机当前能量、c为无人机的电池容量、s为无人机的剩余电量百分比、u为无人机电压、c_min为无人机飞往最近的无线充电装置所需的最小能量、d为无人机与最近的无线充电装置的距离、v为无人机的飞行速度、p为无人机的用电功率、Δ为无人机的当前能量与无人机飞往最近的无线充电装置所需的最小能量的差值，Δ＝c_e-c_min、t为无人机的冗余飞行时间；

优先级排序单元，被配置为若所述冗余飞行时间在预设的时间范围内，则将所述无人机的冗余飞行时间与飞往同一个无线充电装置的无人机的冗余飞行时间进行比较，按照所述冗余飞行时间，对所有前往同一个无线充电装置的无人机优先级进行排列；其中，所述冗余飞行时间越小，无人机优先级越高。

6.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述无线充电装置设置在所述恒温箱内部，所述恒温箱包括风机、第一继电器、第二继电器、比较电路以及第三通信装置，所述风机排列布置在所述充电位四周，每个所述风机的吹风口对着一个充电位，横排布置的风机和纵列布置的风机的吹风口延长直线的交点处的充电位对应为两风机负责的充电位，每个充电位对应一个比较电路，一个第一继电器，一个第二继电器以及两个风机，其中：

所述第三通信装置，用于接收所述第二通信装置发送的所述已用充电位的编号信息，接收所述第一通信模块发送的已用充电位上无人机的电池温度，根据所述已用充电位的编号信息，确认已用充电位的具***置，从而将对应的已用充电位上无人机的电池温度发送至对应的比较电路；

所述比较电路，用于将对应的已用充电位上无人机的电池温度与预设的温度范围进行比较，若已用充电位上无人机的电池温度低于所述预设的温度范围的最低温度，则向对应的第一继电器和对应的第二继电器发送高电平信号，若已用充电位上无人机的电池温度高于所述预设的温度范围的最高温度，则向对应的第二继电器发送高电平信号和向对应的第一继电器发送低电平，若已用充电位上无人机的电池温度处于所述预设的温度范围，则向对应的第一继电器和对应的第二继电器发送低电平信号；

所述第一继电器，用于接收对应的比较电路发送的高电平信号，并启动对应风机的电阻丝加热装置，或接收对应的比较电路发送的低电平信号，并关闭对应风机的电阻丝加热装置；

所述第二继电器，用于接收对应的比较电路发送的高电平信号，并启动对应风机的吹风装置，或接收对应的比较电路发送的低电平信号，并关闭对应风机的吹风装置；

所述风机，用于向对应的已用充电位上无人机吹风。

Images