CN105244924A - 一种无人机配电系统及无人机 - Google Patents

Abstract

一种无人机配电系统及无人机，所述无人机配电系统包括：电源和配电模块，所述配电模块包括：CPU；电源变换模块，电源变换模块与电源连接；通断控制与监测模块，通断控制与监测模块与电源变换模块连接，且通断控制与监测模块与CPU连接。所述无人机配电系统包括电源变换模块，所述电源变换模块可以实现单一电源供电，并为不同用电设备供电。还包括通断控制与监测模块，所述通断控制与监测模块可以侦测各用电设备的电流和故障状态，当发生过流或产生故障时，通断控制与监测模块立即切断此路供电，将故障隔离，提高了配电系统的可靠性。

Description

一种无人机配电系统及无人机

技术领域

本发明涉及无人机领域，特别涉及到一种无人机配电系统及无人机。

背景技术

由于无人机具有体型小、成本低等优势，而且随着飞控技术、通信技术和电子技术的快速发展，无人机的性能不断增强、类型不断增多，使其在军用领域和民用领域中的应用需求不断增大。

传统的无人机通常没有专用的配电系统，其配电方式一般分为两类。

第一类是通过采用多块电池供给不同的用电设备，如动力驱动电池、飞控电池、舵机电池、载荷电池等。这种配电方式中各用电设备的电池相互独立、互不干扰，不会因为某一用电设备短路或发生故障而威胁全机的供电，且具有一定的供电余度。

但是由于电池的数量较多，致使无人机的成本上升，而且电缆布置非常繁琐；另一方面由于需要维护多块电池，使得无人机使用不便；进一步，由于电池数量较多，要对各个电池的工作状态进行监测也不易实现。

第二类是采用一块电池统一供电，通过不同电压变换设备为不同用电设备进行供电。

这种方式由于只有一块电池供电，因此成本较低，监控电池的工作状态较为容易。

但是也由于仅有一块电池供电，一旦某一用电设备短路或发生故障，将威胁全机供电，可靠性低；而且需要多个不同的电压变换设备进行电压变换，电压变换设备布置分散，不易操作；通常还需要分线板或采用分叉线缆，布置、接线繁琐。

因此，现有技术中的无人机配电方式要么方式复杂，要么可靠性低。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中的无人机配电方式要么方式复杂，要么可靠性低。

为解决上述问题，本发明提供一种无人机配电系统，包括：电源和配电模块，所述配电模块包括：

CPU；

电源变换模块，电源变换模块与电源连接；

通断控制与监测模块，通断控制与监测模块与电源变换模块连接，且通断控制与监测模块与CPU连接。

进一步，所述电源变换模块包括动力电源变换模块和机载电源变换模块。

进一步，所述通断控制与监测模块的数量为多个，各通断控制与监测模块与无人机各用电设备连接。

进一步，所述电源包括主电源和备用电源。

进一步，还包括：

主备电源切换模块，所述主备电源切换模块与所述主电源和备用电源连接，并且所述主备电源切换模块与CPU连接。

进一步，还包括：

启动开关，所述启动开关与所述主备电源切换模块连接。

进一步，还包括：

存储器，所述存储器与CPU连接。

进一步，还包括：

总线驱动，所述总线驱动与CPU连接，并与无人机的飞控和/或地面站交联。

进一步，所述存储器和/或总线驱动与所述电源变换模块连接。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

所述无人机配电系统包括电源变换模块，所述电源变换模块可以实现单一电源供电，并为不同用电设备供电。

还包括通断控制与监测模块，所述通断控制与监测模块可以侦测各用电设备的电流和故障状态，当发生过流或产生故障时，通断控制与监测模块将相关信号发送至CPU，CPU在进行信号处理后作出响应，向通断控制与监测模块发出控制信号，通断控制与监测模块立即切断此路供电，将故障隔离，提高了配电系统的可靠性。

本发明还提供一种无人机，包括机身、机翼、电机和螺旋桨，还包括：

上述的无人机配电系统。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

所述无人机配电系统包括电源变换模块，所述电源变换模块可以实现单一电源供电，并为不同用电设备供电。

还包括通断控制与监测模块，所述通断控制与监测模块可以侦测各用电设备的电流和故障状态，当发生过流或产生故障时，通断控制与监测模块将相关信号发送至CPU，CPU在进行信号处理后作出响应，向通断控制与监测模块发出控制信号，通断控制与监测模块立即切断此路供电，将故障隔离，提高了配电系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明第一实施例中无人机配电系统的布局示意图；

图2是本发明第一实施例中无人机配电系统的工作原理图；

图3是本发明第一实施例中无人机配电系统的典型工作流程图。

具体实施方式

现有技术中的无人机配电方式要么方式复杂，要么可靠性低。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

第一实施例

参考图1和图2，本实施例提供一种无人机配电系统，包括：电源和配电模块。

所述电源与所述配电模块连接以实现电源为无人机各用电设备供电。所述配电模块通过总线接口与飞控和/或地面站交联。

在本实施例中，所述电源包括主电源和备用电源。所述主电源和备用电源均与配电模块连接。当主电源出现故障时，备用电源为无人机各用电设备供电，提高了无人机配电系统的可靠性。

所述配电模块包括：

CPU，所述CPU与主电源和备用电源连接。

在本实施例中，所述配电模块还包括主备电源切换模块，所述主备电源切换模块与所述主电源和备用电源连接，并且所述主备电源切换模块与CPU连接。

在本实施例中，所述配电模块还包括与所述主备电源切换模块连接的启动开关，所述启动开关可以控制电源是否向配电模块输入电能。

在正模式下，闭合启动开关，主备电源切换模块自动接入主电源，备用电源输出被阻断。CPU实时采集主电源的电压和电流，若主电源的电压和电流正常，则采用主电源供电。

若CPU采集到主电源的电压和电流数据异常或超过预设阈值时(如，当主电源因电量耗尽而使电压过低)，CPU发出通断控制信号至主备电源切换模块，所述主备电源切换模块立即切换至备用电源供电，主电源输出被阻断。

在具体实施例中，所述主备电源切换模块切换使备用电源供电的功能是由硬件电路完成，无需程序控制干预。

所述配电模块还包括电源变换模块，电源变换模块与电源连接。

通断控制与监测模块，通断控制与监测模块与电源变换模块连接，且通断控制与监测模块与CPU连接。

在本实施例中，所述电源变换模块包括动力电源变换模块和机载电源变换模块。

所述动力电源变换模块实现电压变换处理，产生满足动力用电设备(如使螺旋桨转动产生动力的电机)供电需求的电源。

按无人机整机系统的实际需求，从所述动力电源变换模块引出一定数量的动力电源通道，动力电源通道如图1所述，分成通道1，通道2，至通道n。各动力电源通道独立为无人机各动力用电设备供电。

所述动力电源变换模块与所述动力用电设备之间接入通断控制与监测模块，所述通断控制与监测模块的数量为多个，各通断控制与监测模块与无人机各用电设备连接。

在本实施例中，每个动力电源通道上都配置有一个通断控制与监测模块。

这样通断控制与监测模块可以监测各动力电源通道的电流和故障信息，并将监测得到的信息传输至CPU。当通断控制与监测模块检测到动力电源通道的电流和故障状态异常时，如，发生过流或产生故障信号时，该信号会发送至CPU，CPU对信号进行处理后向对应的通断控制与监测模块发送通断控制信号，通断控制与监测模块将立即切断此路供电，将故障隔离。这种操作提高了无人机配电系统的可靠性。

所述机载电源变换模块实现电压变换处理，产生满足飞控和其他机载系统部件所需的电源，如任务载荷、起落架、舵面舵机、航行灯等，同时也为配电模块的CPU、存储器和总线驱动供电。

按无人机整机系统的实际需求，从所述机载电源变换模块引出一定数量的机载电源通道，机载电源通道如图1所述，分成通道1，至通道n。各机载电源通道独立为无人机各机载用电设备供电。

所述机载电源变换模块与所述机载用电设备之间接入通断控制与监测模块，所述通断控制与监测模块的数量为多个，各通断控制与监测模块与无人机各用电设备连接。但在本实施例中，所述飞控、存储器和总线驱动与机载电源变换模块之间并不接入通断控制与监测模块，且对飞控保持持续供电。

这样通断控制与监测模块可以监测各机载电源通道的电流和故障信息，并将监测得到的信息传输至CPU。当通断控制与监测模块检测到机载电源通道的电流和故障状态异常，如，发生过流或产生故障信号时，该信号会发送至CPU，CPU对信号进行处理后向对应的通断控制与监测模块发送通断控制信号，通断控制与监测模块将立即切断此路供电，将故障隔离。这种操作提高了无人机配电系统的可靠性。

在本实施例中，所述无人机配电系统还包括存储器，所述存储器与CPU连接，且所述存储器与电源变换模块连接。

在本实施例中，所述存储器为NVM(非易失性存储器)，可用于存储各项阈值及配电模块的相关工作参数。

在本实施例中，所述存储器与机载电源变换模块连接，通过机载电源变换模块为所述存储器供电。

在本实施例中，所述存储器通过BUS(总线)与CPU连接，CPU通过总线向所述存储器进行读写操作。

在本实施例中，所述无人机配电系统还包括总线驱动，所述总线驱动与CPU连接，并与无人机的飞控和/或地面站交联，还与电源变换模块连接。

本实施例中的交联是指可以进行数据交互，连接方式可以是线连，也可以是无线通讯。

在本实施例中，所述总线驱动通过BUS(总线)与CPU连接。CPU通过总线驱动与飞控和/或地面站进行信息交互，CPU可以实时向飞控反馈主电源及各电源通道的工作状态、通断情况；也可以接受来自飞控和/或地面站的指令，控制电源通道的通断、设置各项阈值等。

总线驱动提供总线接口，以用于与飞控和/或地面站交联。

本实施例提供的无人机配电系统具有以下优点：

无人机整机统一配电，各用电设备具有自己独立的接口，接线简单方便，易于布置和使用；采用主电源和备用电源供电、配电模块统一配电，即保证了供电余度，又避免了多块电池、电压变换模块方式导致的繁琐与不易维护的缺点，保证了飞行安全、提高了易用性和可靠性；无人机整机无需额外增加任何电源变换装置，简化了系统连接使用；具备完善的电源监测、保护功能，可以在任何一路电源出现故障时及时将其切断、隔离出去，保证其余设备正常供电，有力的保障了飞行安全；配电模块具有存储器，可以存储各项保护阈值和参数，且参数可以根据不同的需求灵活更改，提高了配电系统的灵活性和适应性；配电系统具备标准的总线接口，可以与飞控和/或地面站进行实时数据交互，以便接受指令并及时反馈无人机的电源系统工作状态。

参考图3，本实施例提供的无人机配电系统的典型工作流程包括：

闭合启动开关；使电源向配电模块供电。

主备电源切换模块自动选择电源，并输出唯一供电总电源；由于具有主电源和备用电源，主备电源切换模块只会选择其中的一个电源进行供电，并禁用另一个电源。

飞控上电、动力电源变换模块上电、机载电源变换模块上电、配电模块其他元件上电；完成配电模块的所有器件上电。

飞控自检：

如果飞控自检不通过，那么就下电进行排故。

如果飞控自检通过，就会进行以下流程：

发送配电模块启动指令；

配电模块启动；

更新飞控指令；

读取各通道电流及故障状态；

根据各通道电流及故障状态以及飞控指令，控制各通道供电通断状态和主备电源的切换：

将以下信息发送给飞控：

1)各通道通断状态、故障状态和电流；

2)主电源电压和电流。

第二实施例

本实施例提供一种无人机，包括机身、机翼、电机和螺旋桨，还包括：第一实施例所述的无人机配电系统。

在本实施例中，所述无人机为垂直起降无人机。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

所述无人机配电系统包括电源变换模块，所述电源变换模块可以实现单一电源供电，并为不同用电设备供电。

还包括通断控制与监测模块，所述通断控制与监测模块可以侦测各用电设备的电流和故障状态，当发生过流或产生故障时，通断控制与监测模块将相关信号发送至CPU，CPU在进行信号处理后作出响应，向通断控制与监测模块发出控制信号，通断控制与监测模块立即切断此路供电，将故障隔离，提高了配电系统的可靠性。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种无人机配电系统，包括：电源和配电模块，其特征在于，所述配电模块包括：

CPU；

电源变换模块，电源变换模块与电源连接；

通断控制与监测模块，通断控制与监测模块与电源变换模块连接，且通断控制与监测模块与CPU连接。

2.如权利要求1所述的无人机配电系统，其特征在于，所述电源变换模块包括动力电源变换模块和机载电源变换模块。

3.如权利要求1所述的无人机配电系统，其特征在于，所述通断控制与监测模块的数量为多个，各通断控制与监测模块与无人机各用电设备连接。

4.如权利要求1所述的无人机配电系统，其特征在于，所述电源包括主电源和备用电源。

5.如权利要求4所述的无人机配电系统，其特征在于，还包括：

主备电源切换模块，所述主备电源切换模块与所述主电源和备用电源连接，并且所述主备电源切换模块与CPU连接。

6.如权利要求5所述的无人机配电系统，其特征在于，还包括：

启动开关，所述启动开关与所述主备电源切换模块连接。

7.如权利要求1所述的无人机配电系统，其特征在于，还包括：

存储器，所述存储器与CPU连接。

8.如权利要求1或7所述的无人机配电系统，其特征在于，还包括：

总线驱动，所述总线驱动与CPU连接，并与无人机的飞控和/或地面站交联。

9.如权利要求8所述的无人机配电系统，其特征在于，所述存储器和/或总线驱动与所述电源变换模块连接。

10.一种无人机，包括机身、机翼、电机和螺旋桨，其特征在于，还包括：

权利要求1-9任一所述的无人机配电系统。