CN212085877U - 一种大型无人机供电冗余度*** - Google Patents

Abstract

一种大型无人机供电冗余度***，包括供电模块A，供电模块A包括相互并联的发电机模块A1和应急电池模块A2，发电机模块A1至少包括并联的1号发电机A11和2号发电机A12，实现供电模块的冗余度设计；还包括与供电模块A串联的电路分配模块B，电路分配模块B设有汇流条，通过汇流条实现供电模块A电路的汇聚、分配以及***故障隔离和切换功能；电路分配模块B还设有电压采集模块和控制模块B12，电压采集模块与汇流条串联，控制模块B12对电压采集模块获取信号。本公开结构的设置大大提高了飞行安全，通过供电***冗余度的设计，提高供电设备容错性，进而提高飞机的可靠性。

Description

一种大型无人机供电冗余度***

技术领域

本实用新型属于无人机供电领域，具体涉及一种大型无人机供电冗余度***。

背景技术

随着我国无人机技术的发展，近年来我国的无人机技术得到突飞猛进的发展。按照不同行业领域的应用特点，无人机的发展也出现了分化。按照使用高度一般可分为两类：一类为中低空无人机，一般具备低、小、慢的特点，使用半径小和整个制造成本相对较低。另一类为中高空无人机，使用半径大，造价成本高，集成度复杂，对飞机的飞行安全提出了较高要求。如果没有可靠稳定的电力供给，无人机整个***将无法进行工作，在无人机发展历史上，因为供电故障造成的事故举不胜数，尤其是中高空、长航时类无人机。

无人机电气***一般包括电源、配电***、用电设备三个部分，电源和配电***两者组合统称供电***。供电***的功能是向无人机各个电气***或设备提供满足预定设计要求的电能，根据电气***的位置，无人机电气***又可以分为机载电气***和地面电气***，机载电气***主要由主电源、应急电源、电气设备的控制保护装置及辅助设备组成。机载电气***的供电电源一般是指无人机主动力装置直接驱动的发电装置，而电动无人机的动力电池即为无人机提供电源。在大型无人机上，为了适应用电动无人机的动力电池即为无人机供电电源。在一些大型无人机上，为了适应用电***或设备对供电类型的不同要求，还应根据需要设置变换电源，一旦主电源***发生故障，必须有应急电源，为无人机安全飞行和返航着陆所必须的***或设备提供足够的电能。配电***应将电能可靠而有效地输送到各用电***和设备。配电***有传输电线和控制与保护装置组成。对于重要的***或设备，还应多路的独立供电措施。当配电***中发生局部性故障时，不能扩大影响到未发生故障的部分，更不能危及无人机的安全。

由于大型无人机飞行高度一般在中高空，续航时间长，采用单独电池供电的方案不可行，通常采用航空发动机带动发电机进行发电，持续向机载设备供电。但是发动机的高空停车和发动机转速低于发电机工作所需的现象时有发生，引发供电故障，给飞行安全带来巨大威胁。目前国内无人机供电***一般采用单一设备供电的方式。单一供电方式设计简单，控制单一，但是安全系数较低。一旦供电故障，就会导致飞机失控，乃至坠毁。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种大型无人机供电冗余度***，将双发电机互相备份切换的方案更改为自动切换，自动检测发电机供电故障，当一台发电机出现故障时，自动切换至另一台发电机；增加了应急电池设计，当两台发电机同时发生供电故障时，由应急电池进行供电，大大提高了飞行安全，通过供电***冗余度的设计，提高供电设备容错性，进而提高飞机的可靠性。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案包括：

一种大型无人机供电冗余度***，包括供电模块，供电模块包括相互并联的发电机模块和应急电池模块，发电机模块至少包括并联的1号发电机和2号发电机，实现供电模块的冗余度设计；还包括与供电模块串联的电路分配模块，电路分配模块设有汇流条，通过汇流条实现供电模块电路的汇聚、分配以及***故障隔离和切换功能；电路分配模块还设有电压采集模块和控制模块，电压采集模块与汇流条串联，控制模块对电压采集模块获取信号。

可选的，电压采集模块包括1号电压采集模块和2号电压采集模块，汇流条包括1号汇流条和2号汇流条；1号发电机、1号电压采集模块和1号汇流条依次串联，2号发电机、2号电压采集模块和2号汇流条依次串联。

可选的，1号发电机和1号电压采集模块B6之间连接有1号接触器。

可选的，1号发电机和2号汇流条串联，且1号发电机和2号汇流条之间连接有2号接触器。

可选的，应急电池模块和2号汇流条串联，且应急电池模块和2号汇流条之间连接有开关。

进一步的，还包括与电路分配模块串联的固态功率控制模块，固态功率控制模块实现负载电源通断控制、负载的过载和短路保护、负载电气参数的采集及上报。

可选的，固态功率控制模块分为I型SSPC和II型SSPC，I型SSPC包括1#SSPC、2#SSPC和3#SSPC，II型SSPC包括4#SSPC。

进一步的，还包括与电路分配模块连接的供电处理模块，供电处理模块收集供电模块的信号向1号接触器、2号接触器和开关发出指令。

可选的，1号汇流条B4将电路分为线路④和线路③；线路④串联4#SSPC；线路③依次串联4号接触器、3号汇流条和3#SSPC。

可选的，2号汇流条B5将电路分为线路①和线路②；线路①串联1#SSPC；线路②依次串联3号接触器、4号汇流条和2#SSPC。

本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：

(1)本实用新型的一种大型无人机供电冗余度***，将双发电机互相备份切换的方案更改为自动切换，自动检测发电机供电故障，当一台发电机出现故障时，自动切换至另一台发电机；增加了应急电池设计，当两台发电机同时发生供电故障时，由应急电池进行供电，大大提高了飞行安全。

(2)本实用新型的一种大型无人机供电冗余度***，设计方法新颖，改变的传统设计理念，通过供电***冗余度的设计，提高供电设备容错性，进而提供飞机的可靠性。

(3)本实用新型的一种大型无人机供电冗余度***，电路分配模块的设计，对于提供供电的稳定有非常大的提升，开关量信号采集处理的设计为整个***之间的切换提供了非常精准的参数。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型的***功能框图；

图2为本实用新型提供的一次配电装置功能框图；

A供电模块；A1发电机模块；A11 1号发电机；A12 2号发电机；A2应急电池模块；A21应急电池；A22恒压限流模块；B电路分配模块；B1 1号接触器；B2 2号接触器；B3开关；B4 1号汇流条；B5 2号汇流条；B6 1号电压采集模块；B7 2号电压采集模块；B8 3号接触器；B9 4号接触器；B10 3号汇流条；B11 4号汇流条；B12控制模块；C固态功率控制模块；C1 1#SSPC；C2 2#SSPC；C3 3#SSPC；C4 4#SSPC；D供电处理模块；E飞控平台。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

一种大型无人机供电冗余度***，包括供电模块A，供电模块A包括相互并联的发电机模块A1和应急电池模块A2，发电机模块A1至少包括并联的1号发电机A11和2号发电机A12，实现供电模块的冗余度设计；还包括与供电模块A串联的电路分配模块B，电路分配模块B设有汇流条，通过汇流条实现供电模块A电路的汇聚、分配以及***故障隔离和切换功能；电路分配模块B还设有电压采集模块和控制模块B12，电压采集模块与汇流条串联，控制模块B12对电压采集模块获取信号。1号发电机A11和2号发电机A12输出的三相交流电进行整流、输入滤波，然后通过隔离变换和滤波输出28V直流电。应急电池模块A2即为应急电池A21输出的交流电通过恒压限流模块A22输出28V直流电。汇流条分为1号汇流条B4和2号汇流条B5，1号汇流条B4用于1号发电机A11电能的汇聚，2号汇流条B5用于1号发电机A11、2号发电机A12和应急电池模块A2电能的汇聚，采用继电器和接触器技术实现集中的电能分配及线路的保护，分别向不同的机载设备供电。通过控制模块B12对电压采集模块获取信号，将双发电机互相备份切换的方案更改为自动切换，自动检测发电机供电故障，当一台发电机出现故障时，自动切换至另一台发电机；增加了应急电池设计，当两台发电机同时发生供电故障时，由应急电池进行供电，通过供电***冗余度的设计，提高供电设备容错性，进而提供飞机的可靠性，大大提高了飞行安全。

电压采集模块包括1号电压采集模块B6和2号电压采集模块B7，汇流条包括1号汇流条B4和2号汇流条B5；的1号发电机A11、1号电压采集模块B6和1号汇流条B4依次串联，2号发电机A12、2号电压采集模块B7和2号汇流条B5依次串联。1号发电机A11和1号电压采集模块B6之间连接有1号接触器B1。1号发电机A11和2号汇流条B5串联，且1号发电机A11和2号汇流条B5之间连接有2号接触器B2。所述控制模块B12可选用控制板。依次串联的1号发电机A11、1号接触器B1、1号电压采集模块B6和1号汇流条B4组成第一线路；所述1号接触器B1用于控制第一线路的连通/断开。依次串联的2号发电机A12、2号电压采集模块B7和2号汇流条B5组成第二线路。依次串联的1号发电机A11、2号接触器B2和2号汇流条B5组成第三线路，所述2号接触器B2用于控制第三线路的连通/断开。所述接触器B1正常工作时，1号发电机A11和2号发电机A12的输出电压基本一致，1号电压采集模块B6和2号电压采集模块B7采集到的1号汇流条B4和2号汇流条B5上的电压基本一致，此时两台发电机同时向机载设备供电，各承担部分机载设备的载荷；当1号发电机A11或2号发电机A12故障时，即为1号电压采集模块B6和2号电压采集模块B7采集到的1号汇流条B4与2号汇流条B5上的电压差距较大时，控制模块B12控制2号接触器B2闭合，此时1号汇流条B4和2号汇流条B5将联通，负载将全部转接至正常的那台发电机上。***将双发电机互相备份切换的方案更改为自动切换，自动检测发电机供电故障，当一台发电机出现故障时，自动切换至另一台发电机通过供电***冗余度的设计，提高供电设备容错性，进而提供飞机的可靠性，大大提高了飞行安全。

应急电池模块A2和2号汇流条B5串联，且应急电池模块A2和2号汇流条B5之间连接有开关B3。依次串联的应急电池模块A2、开关B3和2号汇流条B5组成第四线路。当1号发电机A11和2号发电机A12同时故障或负载能力不足以致电压下降严重，应急电池模块A2与2号汇流条B5连通，是的第一线路、第三线路和第四线路依次串联，负载将全部转接至应急电池模块A2。应急电池A21为在飞机发电机模块A1失效的情况下，满足机上关键设备至少60min的用电需求，保障飞机的安全回收；应急电池模块A2负责监测无人机应急电池的充放电状态、控制蓄电池的充电电流，根据蓄电池温度开启并关断蓄电池加热功能。当两台发电机同时发生供电故障时，由应急电池进行供电，通过供电***冗余度的设计，提高供电设备容错性，进而提供飞机的可靠性，大大提高了飞行安全。

还包括与电路分配模块B串联的固态功率控制模块C，固态功率控制模块C实现负载电源通断控制、负载的过载和短路保护、负载电气参数的采集及上报。固态功率控制模块C分为I型SSPC和II型SSPC，I型SSPC包括1#SSPCC1、2#SSPC C2和3#SSPC C3，II型SSPC包括4#SSPCC4。I型SSPC固态功率控制模块C外连各机载设备或平台，监视外连设备的工作状态。

还包括与电路分配模块B连接的供电处理模块D，供电处理模块D收集供电模块A的信号向1号接触器B1、2号接触器B2和开关B3发出指令。供电处理模块D将收集到的模拟型号转换为数字信号并发送给外连的飞控平台E。

1号汇流条B4将电路分为线路④和线路③；线路④串联4#SSPCC4；线路③依次串联4号接触器B9、3号汇流条B10和3#SSPCC3。2号汇流条B5将电路分为线路①和线路②；线路①串联1#SSPCC1；线路②依次串联3号接触器B8、4号汇流条B11和2#SSPCC2。根据实际运用的机载设备不同选用不同功率的SSPC。线路①和线路④外连机载关键设备，始终保持通电；线路②和线路③根据外连设备的实际需求，控制模块B12控制3号接触器B8和4号接触器B9开/闭，实现线路②和线路③是否连通通电。即为当飞机发电机模块A1失效的情况下应急电池A21负载整个无人机的用电需求，在保证飞机飞行安全的前提下，避免一些非必要机载设备的耗电，保证应急电池A21满足机上关键设备至少60min的用电需求。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所发明的内容。

Claims (10)

1.一种大型无人机供电冗余度***，其特征在于，包括供电模块(A)，所述供电模块(A)包括相互并联的发电机模块(A1)和应急电池模块(A2)，发电机模块(A1)至少包括并联的1号发电机(A11)和2号发电机(A12)，实现供电模块的冗余度设计；

还包括与供电模块(A)串联的电路分配模块(B)，所述电路分配模块(B)设有汇流条，通过汇流条实现供电模块(A)电路的汇聚、分配以及***故障隔离和切换功能；

所述电路分配模块(B)还设有电压采集模块和控制模块(B12)，所述电压采集模块与汇流条串联，控制模块(B12)对电压采集模块获取信号。

2.如权利要求1所述的大型无人机供电冗余度***，其特征在于，所述的电压采集模块包括1号电压采集模块(B6)和2号电压采集模块(B7)，所述的汇流条包括1号汇流条(B4)和2号汇流条(B5)；

所述的1号发电机(A11)、1号电压采集模块(B6)和1号汇流条(B4)依次串联，所述的2号发电机(A12)、2号电压采集模块(B7)和2号汇流条(B5)依次串联。

3.如权利要求2所述的大型无人机供电冗余度***，其特征在于，所述的1号发电机(A11)和1号电压采集模块(B6)之间连接有1号接触器(B1)。

4.如权利要求3所述的大型无人机供电冗余度***，其特征在于，所述的1号发电机(A11)和2号汇流条(B5)串联，且1号发电机(A11)和2号汇流条(B5)之间连接有2号接触器(B2)。

5.如权利要求4所述的大型无人机供电冗余度***，其特征在于，所述的应急电池模块(A2)和2号汇流条(B5)串联，且应急电池模块(A2)和2号汇流条(B5)之间连接有开关(B3)。

6.如权利要求5所述的大型无人机供电冗余度***，其特征在于，还包括与电路分配模块(B)串联的固态功率控制模块(C)，所述固态功率控制模块(C)实现负载电源通断控制、负载的过载和短路保护、负载电气参数的采集及上报。

7.如权利要求6所述的大型无人机供电冗余度***，其特征在于，所述固态功率控制模块(C)分为I型SSPC和II型SSPC，I型SSPC包括1#SSPC(C1)、2#SSPC(C2)和3#SSPC(C3)，II型SSPC包括4#SSPC(C4)。

8.如权利要求7所述的大型无人机供电冗余度***，其特征在于，还包括与电路分配模块(B)连接的供电处理模块(D)，供电处理模块(D)收集供电模块(A)的信号向1号接触器(B1)、2号接触器(B2)和开关(B3)发出指令。

9.如权利要求8所述的大型无人机供电冗余度***，其特征在于，所述1号汇流条(B4)将电路分为线路④和线路③；

线路④串联4#SSPC(C4)；

线路③依次串联4号接触器(B9)、3号汇流条(B10)和3#SSPC(C3)。

10.如权利要求8或9所述的大型无人机供电冗余度***，其特征在于，所述2号汇流条(B5)将电路分为线路①和线路②；

线路①串联1#SSPC(C1)；

线路②依次串联3号接触器(B8)、4号汇流条(B11)和2#SSPC(C2)。

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