CN211981524U - 一种飞行器电源管理*** - Google Patents

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李志宁
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Abstract

本实用新型提供一种飞行器电源管理***，包括主电源模块和N个电源管理模块，所述N个电源管理模块之间并联设置，N大于等于1，所述主电源模块包括主电池和与主电池电性连接的定压限流器，所述定压限流器用以固定主电池的放电电流。本实用新型的飞行器电源管理***在相同的电池重量下，提高电池容量从而提高飞行器能重比，提高能源利用效率，增强飞行器的续航能力；各模块电池作为备份应急电池供给特殊情况下各模块用电，增强了飞行器的安全性和可靠性；结构清晰，便于调试和维护，放电电流较小有利于保护各模块电池及主电池，增加使用寿命，降低维护成本。

Description

一种飞行器电源管理***
技术领域
本实用新型属于电源管理***技术领域，具体而言，涉及一种飞行器电源管理***。
背景技术
目前市面上的无人飞行器多为电机驱动，整机能源由电池提供，而无人飞行器需要供电的地方较多，如电机、飞控、载荷、舵机、航灯等，因此电源管理对于现代化的无人飞行器来说必不可少。
无人飞行器使用的电源多为锂离子电池及锂聚合物电池，其中锂离子电池常见的为18650（电池元直径18mm，长度65mm）及21700（电池元直径18mm，长度65mm），锂离子电池的优势为能量密度大，但是一般情况下放电倍率较低，即能允许的最大放电电流较小；锂聚合物电池的优势则与锂离子电池相反，放电倍率较高，但是其能量密度没有锂离子电池这么高，同时高能量密度高容量的电池造价较高，笼统的来讲，放电倍率与能量密度成反比。
无人飞行器飞行过程中，垂直起降时，垂直起降电机高功率工作，此时经过电流高达几十A，此过程仅持续2-3分钟，巡航飞行时，巡航电机维持正常功率工作，在转弯、爬高等机动动作时，巡航电机会持续高功率工作，此时电流也高达上百A，对于大容量低放电倍率的电池，该电流已超过电源所能允许的电流；垂直起降固定翼无人机一般情况下垂直起降过程仅持续十分钟以内，因此电源***分配给垂直起降***的电能较少，仅能供飞行器完成一次安全的垂直起降过程，无法实现飞行器在不更换电池的情况下多次垂直起降或悬停。
由于现有产品存在着以下问题：
一、因电机电流限制，决定了选取电池时不仅需要考虑高能量密度，同时也需要考虑高放电倍率，从而不能选取使整个能源***能重比最大的电池；
二、因各***共同使用电源，当飞行器巡航时耗电过多会导致垂直降落时没有足够的电能降落，甚至导致飞控、舵机等飞行器关键部位断电；
三、单电源或双电源驱动的电源***，其排线布线较为复杂；垂直起降电机及巡航电机离电池仓较远，需要容载大电流的导线长距离输送，增加重量和线损；飞行器起飞前调试会使用部分电源的电能，导致飞行器不能满电起飞，影响续航性能；
四、电源使用过程中经常会接近或达到最大允许电流，导致电源损伤或损坏，使用寿命降低，维护成本增高；
五、垂直起降电源容量较小，无法提供多次垂直起降或悬停所需的电能。
因此，设计制造出一种飞行器电源管理***，显得非常重要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种飞行器电源管理***，包括主电源模块和N个电源管理模块，所述N个电源管理模块之间并联设置，N大于等于1，所述主电源模块包括主电池和与主电池电性连接的定压限流器，所述定压限流器用以固定主电池的放电电流；
所述电源管理模块包括稳压限流电源管理器、模块电池、N个电机和N个电子调速器，其中N大于1，所述模块电池与N个电机和N个电子调速器串联构成回路，所述稳压限流电源管理器并联在电源两端；
所述主电源模块通过导线与N个电源管理模块连接，以定压限流形式给各模块电池充电。
所述稳压限流电源管理器包括与模块电池串联的检测模块，所述检测模块检测模块电池电芯电压值，充电时还获取模块电池中电芯电压值。
所述主电池采用低放电倍率高容量电池。
所述模块电池包括不限于锂聚合物电池。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
1.本实用新型的设置，该发明通过将各模块电池分离、大容量电池供给各模块电池的方法，使得大容量主电池可选用低放电倍率高容量的电池，从而增加整个飞行器携带的电能，大大增强飞行器的续航能力，在相同的电池重量下，提高电池容量从而提高飞行器能重比，提高能源利用效率，增强飞行器的续航能力。
2.本实用新型的设置，各模块电池互相分离，互不干扰，避免了某模块出现问题影响全机电源供给的情况；若在起飞前就将电能分成垂直起降和巡航部分，则难免会出现垂直起降或巡航模块电池浪费一部分电能的情况，该发明中的大容量主电池给各模块电池随用随充的设计可以有效避免这种情况的出现，进一步提高电能的利用率，提高续航能力；各模块电池的容量也可在主电池电能耗尽或发生紧急情况时，作为备用电源支撑飞行器迫降过程，提高了飞行器的安全性和可靠性。
3.本实用新型电源管理***布局简单，易于调试且调试不影响各模块电池电量；主电池与各模块电池间充电电流较小，可选用较细导线减轻飞行器重量。
4.本实用新型的设置，电流较高的模块如垂直起降模块及巡航模块的模块电池可选用高放电倍率的锂聚合物电池，其允许通过的电流远远超过飞行器使用时的实际电流，因此不会对各模块电池造成损伤，在飞行器偶尔的高功率状态如爬升、垂直起降、转弯时，主要电能由各模块电池提供，主电池以定压限流形式给各模块电池充电，因此主电池的放电电流也远远小于其允许通过的电流，主电池的使用寿命相比其他能源***会大大提高。
5.本实用新型电源管理***可根据飞行器任务不同，智能分配主电池电能，冬天或者寒冷地区，可以通过电源管理***给飞行器持续供电，利用各***运行给电池加载发热致适用温度，可在保持飞行器上各电池满电的情况下保证飞行器正常工作，一般的飞行器其垂直起降电源仅会携带安全完成一次垂直起降的电能；该发明所述电源管理***可实现在不更换电池的情况下完成多次垂直起降或悬停。
附图说明
图1是本实用新型的电源管理***结构图。
图2是本实用新型的电源管理模块安装方式图。
图3是本实用新型的主电源及各模块电源在飞行器上所处位置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图1至附图3对本实用新型做进一步描述：
实施例1：
如图1所示，为该飞行器电源管理***结构图，该飞行器选用高容量低放电倍率18650锂电池为主电源，容量为1800W·h，下分垂直起降模块、巡航模块、设备模块等三个模块；
电源管理模块安装方式以巡航模块为例，如图2所示，图中主电源回路为附图1中主电源模块，从主电源输出到定压限流器的电流通过稳压限流电源管理器，在巡航电机正常工作时，稳压限流电源管理器直接输出至电子调速器和巡航电机；
在飞行器进行机动动作时，因限流电源管理器输出电流的限制，检测模块断开，此时巡航电源同时供给电子调速器和巡航电机，
当飞行器机动动作完成后，检测模块闭合，电源管理器同时输出巡航电机正常工作电流和巡航电源充电电流直至巡航模块电池充满。
其中，垂直起降模块按照左右尾撑杆分为两部分，各选用一个稳压限流18A的稳压限流电源管理器，垂直模块电池则选用79W·h容量，放电倍率为75C的锂聚合物电池；
当飞行器垂直起降时，瞬间电流可达到130A左右，此时由垂直模块电池主要供给垂直起降电机的能量；
当垂直起降完成后，此时垂直模块电池因放电电压降低，稳压限流电源管理器会以18A的电流为垂直模块电池充电直至充满，充满后可进行下一次垂直起降或悬停动作。
巡航模块由一块235W·h容量，放电倍率为75C的锂聚合物电池和一个稳压限流25A的电源管理器组成；
当飞行器正常巡航平飞时，消耗功率较小，此时由电源管理器直接供给电调和电机，当飞行器进行机动动作时，由巡航模块电池进行大电流放电，补充缺少的动力；完成机动动作后，电源管理器以25A的电流为巡航模块电池充电直至充满。
设备模块由控制部分、载荷部分和舵机部分组成，控制部分由一块6s电压的设备电池及飞控、电台组成，飞控与电台负责无人飞行器的控制及通讯，对于无人飞行器非常重要，载荷部分则为飞行器为完成飞行任务搭载的各种仪器设备，舵机及航灯使用电压为2s，因此单独放置一个稳压限流电源管理器。设备模块的电池虽不需提高大电流放电，但在飞行器飞行过程出现问题时，这些模块电池都可作为应急电源，提供飞控、电台及舵机迫降所需要的电能，同时也给载荷设备存储资料的时间，避免设备突然断电丢失数据。
实施例2：
一种飞行器电源管理***，包括主电源模块和N个电源管理模块，所述N个电源管理模块之间并联设置，N大于等于1，所述主电源模块包括主电池和与主电池电性连接的定压限流器，所述定压限流器用以固定主电池的放电电流；
所述电源管理模块包括稳压限流电源管理器、模块电池、N个电机和N个电子调速器，其中N大于1，所述模块电池与N个电机和N个电子调速器串联构成回路，所述稳压限流电源管理器并联在电源两端；
所述主电源模块通过导线与N个电源管理模块连接，以定压限流形式给各模块电池充电。
所述电源管理模块内的稳压限流电源管理器在飞行器进行与当前稳压限流电源管理器关联动作时，因稳压限流电源管理器输出电流的限制，此时模块电池同时供给电子调速器和电机；当飞行器与当前稳压限流电源管理器关联动作完成后，稳压限流电源管理器同时输出巡航电机正常工作电流和模块电池充电电流直至电池充满。
所述稳压限流电源管理器包括与模块电池串联的检测模块，所述检测模块检测模块电池电芯电压值，充电时还获取模块电池中电芯电压值，并在模块电池达到电芯电压值或电池包总电压达到截止电压时，发送信号给稳压限流电源管理器，断开对应的稳压限流电源管理器；所述检测模块在飞行器进行与当前稳压限流电源管理器关联动作时，断开与模块电池的连接；所述检测模块在飞行器进行与当前稳压限流电源管理器关联动作完成时，打开与模块电池的连接。
所述主电池采用低放电倍率高容量电池。
所述模块电池包括不限于锂聚合物电池。
利用本实用新型所述的技术方案，或本领域的技术人员在本实用新型技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种飞行器电源管理***，其特征在于：包括主电源模块和N个电源管理模块，所述N个电源管理模块之间并联设置，N大于等于1，所述主电源模块包括主电池和与主电池电性连接的定压限流器，所述定压限流器用以固定主电池的放电电流；
所述电源管理模块包括稳压限流电源管理器、模块电池、N个电机和N个电子调速器，其中N大于1，所述模块电池与N个电机和N个电子调速器串联构成回路，所述稳压限流电源管理器并联在电源两端；
所述主电源模块通过导线与N个电源管理模块连接，以定压限流形式给各模块电池充电。
2.根据权利要求1所述的一种飞行器电源管理***，其特征在于：所述稳压限流电源管理器包括与模块电池串联的检测模块，所述检测模块检测模块电池电芯电压值。
3.根据权利要求1所述的一种飞行器电源管理***，其特征在于：所述主电池采用低放电倍率高容量电池。
4.根据权利要求1所述的一种飞行器电源管理***，其特征在于：所述模块电池包括锂聚合物电池。
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