CN105048594A - 一种基于燃料电池的便携式无人机自动充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提出了一种基于燃料电池的便携式无人机自动充电系统，包括供电装置、直流-直流电源模块、第一触片、机载锂电池、极性转换模块和第二触片；其中，供电装置输出端与直流-直流电源模块输入端连接，供电装置将外部电能转化为直流电；直流-直流电源模块输出端与第一触片连接，直流-直流电源模块用于将转化后的直流电输出；第一触片与第二触片连接；极性转换模块输入端与第二触片连接，用于接收第二触片传递直流电并提供电池充电反接保护；机载锂电池输入端与极性转换模块输出端连接，用于储存电能。本发明通过采用燃料电池和市电双供电，实现对无人机实时供电；克服了无人机须拆卸电池进行充电的不便，提高了无人机使用效率。

Description

一种基于燃料电池的便携式无人机自动充电系统
技术领域
本发明涉及无人驾驶飞行器领域，具体的说，涉及一种基于燃料电池的便携式无人机自动充电系统。
背景技术
随着科学技术的不断进步，无人机技术已广泛应用于商业、军事在内的许多领域。如商业无人机可参与航拍，建筑物内外监控以及居高检测等生产活动；商业无人机可参与战术侦查、地域监视、电子干扰等军事活动。
但现有技术中也存在一定程度的不足。由于无人机自身无法携带充足储能器件，进而造成续航能力差，无法长时间执行任务。现有技术中采用无人机返航，取下电池并连接适配器的方式进行充电，这极大的降低了无人机的工作效率。
发明内容
针对以上不足，本发明提出了一种基于燃料电池的便携式无人机自动充电系统，解决了无人机充电需取下电池并连接适配器进而造成无人机工作效率低下的问题。
为了实现以上技术方案，本发明提出了一种基于燃料电池的便携式无人机自动充电系统，包括：供电装置、直流-直流电源模块、第一触片、机载锂电池、极性转换模块和第二触片；
其中，所述供电装置的输出端与直流-直流电源模块的输入端电连接，所述供电装置用于将外部电能转化为直流电；
所述直流-直流电源模块的输出端与第一触片电连接，所述直流-直流电源模块用于将转化后的直流电输出；
所述第一触片与无人机上的第二触片电连接，以实现向所述无人机充电；
所述极性转换模块的输入端与所述第二触片电连接，用于接收所述第二触片传递的直流电并提供电池充电反接保护；
所述机载锂电池的输入端与所述极性转换模块的输出端电连接，用于储存经过极性转换模块后的电能。
进一步的，所述供电装置包括燃料电池系统和交流-直流电源模块。
进一步的，所述燃料电池系统包括电池控制模块、电池辅助模块、电堆及碳纤维高压储氢瓶；
其中，所述电池控制模块与电池辅助模块、电堆及碳纤维高压储氢瓶相连，用于采集上述三者的工作状态参数，进而处理后发送控制信号至所述电池辅助模块及碳纤维高压储氢瓶；
所述电池辅助模块用于根据所述电池控制模块发送的控制信号向所述电堆注入空气；
所述碳纤维高压储氢瓶用于根据所述电池控制模块发送的控制信号，向所述电堆注入氢气；
所述电堆与所述直流-直流电源模块电连接，用于根据接收的空气和氢气，产生电能。
进一步的，所述供电装置中燃料电池系统的输出端与所述交流-直流电源模块的输出端分别与所述直流-直流电源模块的输入端电连接。
进一步的，所述第一触片和第二触片均为金属触片。
进一步的，所述第一触片和所述第二触片均为电磁式金属触片或接触式连接触片。
本发明便携式无人机自动充电系统与无人机之间通过采用接触式连接的方式进行充电，利用燃料电池系统和交流-直流电源模块作为供电装置，经过直流-直流模块，极性转换模块并最终储存在机载锂电池中。本发明解决了无人机充电时需将电池卸下后再连接适配器充电的不便，提高了无人机的使用效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于燃料电池的便携式无人机自动充电系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于燃料电池的便携式无人机自动充电系统中燃料电池系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
实施例一
图1是本发明实施例提供的基于燃料电池的便携式无人机自动充电系统的结构示意图。
由图1所示，无人机充电装置，包括有：供电装置110、直流-直流电源模块120、第一触片130、机载锂电池140、极性转换模块150和第二触片160。
其中，供电装置110的输出端与直流-直流电源模块120的输入端电连接，供电装置110用于将外部电能转化为直流电；
直流-直流电源模块120的输出端与第一触片130电连接，直流-直流电源模块120用于将转化后的直流电输出。
值得注意的是，直流-直流电源模块120接收供电装置110所发送的直流电后，会对直流电进行限压限流，之后输出至第一触片130。这样做的目的在于通过限制电压和电流，进而达到限制充电装置的充电电压和电流，从而保护便携式无人机自动充电系统工作于正常的电压电流范围。
第一触片130与无人机上的第二触片160电连接，以实现向无人机充电。这里第一触片130与第二触片160均为金属触片，并且优选电磁式金属片，因为由于电磁式金属片会产生磁场，因此当无人机飞近充电装置时，在电磁场的帮助下会更容易寻找到对应落点，便于实现对接。本发明也可采用普通接触式连接触片。
极性转换模块150的输入端与第二触片160电连接，用于接收第二触片160传递的直流电并提供电池充电反接保护；
其中，极性转换模块150的作用在于接收第二金属触片160输出的电能，并传递给机载锂电池140，并保证机载锂电池140电芯不会随着充电过程而发生极性的变化。
机载锂电池140的输入端与极性转换模块150的输出端电连接，用于储存经过极性转换模块150之后的电能。
因此，一种基于燃料电池的便携式无人机自动充电系统的工作流程可总结为如下步骤：
无人机通过第二触片160与第一触片130建立的电磁场选定正确的降落点。之后供电装置110产生电能，并发送至直流-直流模块120。直流-直流模块120会对电流进行限压限流操作，之后输出到第一触片130。
第一触片130与第二触片160对接，电能由第一触片130转移至第二触片160。
通过第二触片160，电能进一步经过极性转换模块150并最终传递至机载锂电池130进行储能。
本发明实施例通过采用两支金属触片对接的形式，实现了无人机充电过程中不必拆卸电池，并可以边工作边充电的工作模式。同时加入了限压限流模块以及极性转换模块，实现了对便携式无人机自动充电系统的保护。
实施例二
供电装置110包括有燃料电池系统111和交流-直流电源模块112。
其中，交流-直流电源模块112的作用在于市电条件下，对无人机充电装置进行供电，而燃料电池系统111的作用在于在无市电的情况下，对无人机装置进行充电。
附图2是本发明实施例提供的一种基于燃料电池的便携式无人机自动充电系统中燃料电池系统结构示意图。由附图2可知，燃料电池系统111包括电池控制模块210、电池辅助模块220、电堆230及碳纤维高压储氢瓶240；
其中，电池控制模块210与电池辅助模块220、电堆230及碳纤维高压储氢瓶240相连，用于采集上述三者的工作状态参数，进而处理后发送控制信号至电池辅助模块220及碳纤维高压储氢瓶240；
电池辅助模块220用于根据电池控制模块210发送的控制信号向电堆230注入空气；
碳纤维高压储氢瓶240用于根据电池控制模块210发送的控制信号，向所述电堆230注入氢气；
电堆230与直流-直流电源模块120电连接，用于根据接收的空气和氢气，产生电能。
因此，在无市电的情况下，电池控制模块210采集电池辅助模块220、电堆230及碳纤维高压储氢瓶240的状态参数。
其中，状态参数包括有碳纤维高压储氢瓶240中氢气含量，电堆230的设备状态参数及初始电量。
电堆230接收氢气和空气便自动开始化学反应，生成不稳定的电能和水。由于电能并不稳定，因此通过直流-直流电源模块120不但能够起到限压限流的作用，同时也能起到稳定电能的作用。而水则作为反应所产生的废物被排出装置。
本发明实施例二通过采用市电和燃料电池系统双供电的方式，在无市电工作的环境下，选择燃料电池对无人机进行充电，实现了对无人机的实时充电，提高了无人机的使用效率。
实施例三
极性转换模块150的作用在于通过与第二触片160接触，防止第一触片130与第二触片160发生极性相反的接触进而造成极性转换，从而保证电芯正负极不变。
值得注意的是，第一触片130与第二触片160均为两只金属片所组成的触片组，这是由于传输的电能存在正负极的关系，因此需要两片金属片分别用于传递电能的正极与负极。
无人机与充电装置进行对接的时候，由于停靠角度的问题，可能会造成第一触片130与第二触片160的两只金属片接反，进而会造成机载锂电池140的电芯发生正负极的变化。
本发明实施例三通过采用极性转换模块，防止第一触片与第二触片由于无人机停靠角度问题而造成的反向接触进而造成锂电池的正负极发生变化，提高了便携式无人机自动充电系统的工作的安全性。
值得注意的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的构思和原则的前提下所做的等同变化、修改与结合，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于燃料电池的便携式无人机自动充电系统，其特征在于，包括：供电装置、直流-直流电源模块、第一触片、机载锂电池、极性转换模块和第二触片；
其中，所述供电装置的输出端与直流-直流电源模块的输入端电连接，所述供电装置用于将外部电能转化为直流电；
所述直流-直流电源模块的输出端与第一触片电连接，所述直流-直流电源模块用于将转化后的直流电输出；
所述第一触片与无人机上的第二触片电连接，以实现向所述无人机充电；
所述极性转换模块的输入端与所述第二触片电连接，用于接收所述第二触片传递的直流电并提供电池充电反接保护；
所述机载锂电池的输入端与所述极性转换模块的输出端电连接，用于储存经过极性转换模块后的电能。
2.根据权利要求1所述的便携式无人机自动充电系统，其特征在于，所述供电装置包括燃料电池系统和交流-直流电源模块。
3.根据权利要求2所述的便携式无人机自动充电系统，其特征在于，所述燃料电池系统包括电池控制模块、电池辅助模块、电堆及碳纤维高压储氢瓶；
其中，所述电池控制模块与电池辅助模块、电堆及碳纤维高压储氢瓶相连，用于采集上述三者的工作状态参数，进而处理后发送控制信号至所述电池辅助模块及碳纤维高压储氢瓶；
所述电池辅助模块用于根据所述电池控制模块发送的控制信号向所述电堆注入空气；
所述碳纤维高压储氢瓶用于根据所述电池控制模块发送的控制信号，向所述电堆注入氢气；
所述电堆与所述直流-直流电源模块电连接，用于根据接收的空气和氢气，产生电能。
4.根据权利要求2所述的便携式无人机自动充电系统，其特征在于，所述供电装置中燃料电池系统的输出端与所述交流-直流电源模块的输出端分别与所述直流-直流电源模块的输入端电连接。
5.根据权利要求1所述的便携式无人机自动充电系统，其特征在于，所述第一触片和第二触片均为金属触片。
6.根据权利要求5所述的便携式无人机自动充电系统，其特征在于，所述第一触片和所述第二触片均为电磁式金属触片或接触式连接触片。
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