CN107472073A - 多源联合无人机无线供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多源联合无人机无线供电系统，其中电能转化装置的输出端与电能存储装置的输入端连接，电能转化装置的输出端与电能存储装置的输入端之间接入前级升、降压模块，电能存储装置的输出端与后级升压模块的输入端连接，后级升压模块的输出端与无线充电发送装置连接，无线充电发送装置将输入电压通过内部集成的DC‑AC交直流转换电路将直流电压转换为满足线圈发送频率的交流电压，通过线圈天线将电能以场的形式发送；无线充电接收装置，用于接收并且其输出端与电源降压充电管理模块的输入端连接。本发明能解决无人机在执行过程中的续航问题，扩大工作范围，并可以减少无人机充电过程的能源浪费，以及简化无人机充电过程。
Description
技术领域
本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种多源联合无人机无线供电系统。
背景技术
随着近几年科技水平的快速提升，无人机的应用领域已从军事领域扩展到民用领域，无人机凭借其独特优势，在消防救灾、国土测绘、气象环保监测、包裹派送等方面被大量应用。在无人机应用范围越来越广的同时，也暴露出无人机的严重弊端，大多数无人机都面临续航时间过短，工作范围严重受限问题。尤其是在执行重要任务过程中，需要考虑电源供应问题，限制了我国无人机行业的整体发展。
目前对于无人机的供电问题大部分采用传统的有线充电方式，即通过固定的专用充电装置为无人机充电。但考虑到无人机的特殊应用方式，如海上巡航、远距离监测等。传统有线充电严重限制了无人机的充电条件，由于其在充电过程中需要专人负责无人机电源与充电装置的连接设置，必须让无人机回归充电基站。使得无人机在执行任务时需预留大部分时间进行原路径返回充电，大大降低了无人机的工作时长和工作效率，又浪费了多余的成本建造无人机供电基站。因此提出一种新型的无人机供电解决方案，具有重要的社会意义和应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种多源联合无人机无线供电系统，能解决无人机在执行过程中的续航问题，扩大工作范围，并可以减少无人机充电过程的能源浪费，以及简化无人机充电过程。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多源联合无人机无线供电系统，该系统包括多源电源管理装置、无线充电接收装置、电源降压充电管理模块，多源电源管理装置包括电能转化装置、电能存储装置、无线充电发送装置，电能转化装置包括太阳能电源和风能发电电源，电能转化装置的输出端与电能存储装置的输入端连接，电能转化装置的输出端与电能存储装置的输入端之间接入前级升、降压模块，电能存储装置的输出端与后级升压模块的输入端连接，后级升压模块的输出端与无线充电发送装置连接，还包括继电器，电能存储装置的正极接入继电器的输入端，继电器一支路连接前级升、降压模块的输出端，另一支路连接后级升压模块的输入端，电能存储装置正极输出同时连接继电器开关电源，当接收充电信号时，继电器切换至升、降压模块支路，实现对电能存储装置电能的存储，当接收供能信号时，继电器切换至后级升压模块支路，实现对电能存储装置电能的释放；无线充电发送装置将输入电压通过内部集成的DC-AC交直流转换电路将直流电压转换为满足线圈发送频率的交流电压，通过线圈天线将电能以场的形式发送；无线充电接收装置将线圈天线感应产生的交流电压通过内部集成的AC-DC交直流转换电路将交流电压转换为满足电源降压充电管理模块输入要求的直流电压；无线充电接收装置的输出端与电源降压充电管理模块的输入端连接，电源降压充电管理模块，将无线充电接收装置输出电压降低至满足无人机锂电池安全充电电压。
按上述技术方案，在电能转化装置与电能存储装置之间还设置有电源选择继电器模块，选择将太阳能电源或者风能发电电源或者同时将太阳能电源和风能发电电源的输出端接入电能存储装置，太阳能电源和风能发电电源之间为串联连接。
按上述技术方案，电能存储装置为蓄电池。
本发明产生的有益效果是：能解决无人机在执行过程中的续航问题，扩大工作范围，并可以减少无人机充电过程的能源浪费，以及简化无人机充电过程。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例中电能转化装置、电能存储装置结构图；
图2为本发明实施例中无线充电发送装置、无线充电接收装置部分结构图；
图3为本发明实施例多源联合无人机无线供电系统效果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，如图1-图3所示，提供一种多源联合无人机无线供电系统，该系统包括多源电源管理装置、无线充电接收装置、电源降压充电管理模块，多源电源管理装置包括电能转化装置、电能存储装置、无线充电发送装置，电能转化装置包括太阳能电源4和风能发电电源3，电能转化装置的输出端与电能存储装置的输入端连接，电能转化装置的输出端与电能存储装置的输入端之间接入前级升、降压模块，电源升、降压模块采用具有高稳定性，高精度，低温度漂移的专用集成可调升、降压芯片为主体组成升、降压电源管理模块，将太阳能电源和风能发电电压源输出的无规则不稳定的大电压进行降压，通过新型稳定的升、降压使输出电压稳定至满足蓄电池的充电的输入电压要求，且模块配有充电管理电路，对蓄电池充电的方式是随着电压接近饱和电压电流逐渐减小，充满后实行涓流充电保持持续稳定的电能供应，后接入电能存储装置。选用蓄电池作为电能存储装置，蓄电池具有存储容量大，输出稳定，受温度影响小等诸多优点，适用于电能的储存。电能存储装置的输出端与后级升压模块的输入端连接，后级升压模块的输出端与无线充电发送装置连接，无线充电发送装置输入要求为大电压，电能存储装置直接输出电压不能满足无线充电发送装置发送要求电压，因此需要经过后级升压模块，将电能存储装置输出电压升压至满足无线充电发送装置发送要求电压，采用具有高稳定性，高精度，低温度漂移的专用集成可调升压芯片为主体组成后级升压电源管理模块，通过新型稳定的升压方式使输出电压满足后级无线充电发送装置输入要求电压。还包括继电器，电能存储装置的正极接入继电器的输入端，继电器一支路连接前级升、降压模块的输出端，另一支路连接后级升压模块的输入端，电能存储装置正极输出同时连接继电器开关电源，当接收充电信号时，继电器切换至升、降压模块支路，实现对电能存储装置电能的存储，当接收供能信号时，继电器切换至后级升压模块支路，实现对电能存储装置电能的释放；电能存储装置需要输入和输出需要同时接入前级升、降压模块和后级升压模块，如果单纯连接会出现前级输出电流过大使后级升压模块损坏的问题，为提高系统持续供电的稳定性，采用控制切换电能存储装置工作状态，通过遥控控制选择继电器所连接支路，继电器遥控信号由单片机进行接收控制控制。无线充电发送装置将输入电压通过内部集成的DC-AC交直流转换电路将直流电压转换为满足线圈发送频率的交流电压，通过线圈天线将电能以场的形式发送；无线充电接收装置将线圈天线感应产生的交流电压通过内部集成的AC-DC交直流转换电路将交流电压转换为满足电源降压充电管理模块输入要求的直流电压；无线充电接收装置的输出端与电源降压充电管理模块的输入端连接，电源降压充电管理模块，将无线充电接收装置输出电压降低至满足无人机锂电池安全充电电压。电源降压充电管理模块采用具有高稳定性，高精度的专用集成可调升压芯片组成降压模块，并同时具有锂电池充电管理电路，可将无线充电接收装置输出电压降低至满足无人机1锂电池安全充电电压，并以满足锂电池充电规律的方式输出电压电流。无线充电发送装置设置在无人机降落平台2中。
进一步地，在电能转化装置与电能存储装置之间还设置有电源选择继电器模块，选择将太阳能电源或者风能发电电源或者同时将太阳能电源和风能发电电源的输出端接入电能存储装置，太阳能电源和风能发电电源之间为串联连接。将太阳能电源和风能发电电源输出端同时并接电源选择继电器模块，电源选择继电器模块一条支路接入电源输入端，另一条支路跨过电源接入下一电源，同时将电源电压输出同时经分压接入继电器控制电源端，当能源正常工作时会产生输出电压控制继电器支路选择切换，电源不工作无电压输出时继电器连接支路相当于将电源跨过，电源正常工作有电压输出时继电器连接支路相当于将电源接入，太阳能板将太阳能所拥有的能量收集，经过内部特殊结构，通过物理作用将太阳光所拥有光能吸收产生电能，并通过线路将多板块级联使其成一个通路提高太阳能板输出电压，从而输出直流电压；垂直风力发电机，通过流动的风能使扇叶转动由此将风能转化为动能，并通过扇叶转动产生动力带动垂直风力发电机内部供电发电电机，令其产生转动，通过发电电机的转动产生三相交变电压，通过六个整流二极管以及电容搭建的三相交变整流滤波电路，将电机产生的三相交变电压整流成直流电压输出；将两种能源输出端形成串型联接，使两者工作产生电压可以叠加，考虑到由于天气变化原因，可能会出现只有太阳能电源工作有输出电压，只有风能发电电源工作有输出电压，以及太阳能电源和风能发电电源同时工作都有输出电压的三种工作状态，单纯的串型联接可能会导致工作过程中出现电源供应断路而导致整个系统无法正常，所以为满足每个电源工作互补产生影响，将太阳能电源和风能发电电源输出端同时并接电源选择继电器模块，可以解决自适应多种能源供应方式选择问题。
进一步地，电能存储装置为蓄电池。蓄电池容量大，输出电压稳定，受温度影响小。
本发明的一个较佳实施例中提供一种多源联合无人机无线供电系统，首先太阳能发电板将太阳能所拥有的能量收集，经过内部特殊结构，通过物理作用将太阳光所拥有光能吸收产生电能，并通过线路将多板块级联使其成一个通路提高太阳能发电板输出电压，从而输出直流电压；垂直风力发电机，通过流动的风能使扇叶转动由此将风能转化为动能，并通过扇叶转动产生动力带动垂直风力发电机内部供电发电电机，令其产生转动，通过发电电机的转动产生三相交变电压，通过六个整流二极管以及电容搭建的三相交变整流滤波电路，将电机产生的三相交变电压整流成直流电压输出；将两种能源输出端形成串型联接，使两者工作产生电压可以叠加，考虑到由于天气变化原因，可能会出现只有太阳能电源工作有输出电压，只有风能发电电源工作有输出电压，以及太阳能电源和风能发电电源同时工作都有输出电压的三种工作状态，单纯的串型联接可能会导致工作过程中出现电源供应断路而导致整个系统无法正常，所以为满足个电源工作互补产生影响将太阳能电源和风能发电电源输出端同时并接选择继电器模块，继电器模块一条支路接入电源输入端，另一条支路跨过电源接入下一电源，同时将电源电压输出同时经分压接入继电器控制电源端，当能源正常工作时会产生输出电压控制继电器支路选择切换，电源不工作无电压输出时继电器连接支路相当于将电源跨过，电源正常工作有电压输出时继电器连接支路相当于将电源接入，因此可以解决自适应多种能源供应方式选择问题。串联输出电压由于太阳能电源和风能发电电压源不同组合工作状态，会出现不同组合工作状态之间电压相差幅度过大，因此后级需根据工作状态产生的不同电压选择是接入后级降压模块还是接入后级升压模块，根据模式分析将太阳能输出电压接入升、降压模块切换控制继电器电源端可以以实现在不同的组合工作状态实现不同的后级升、降压模块的切换，阳能电源和风能发电电压源同时输出，控制继电器切换至后级接降压模块，只有太阳能电源工作有输出电压时，控制继电器切换至后级接降压模块，只有风能发电电源工作有输出电压时，控制继电器切换至后级接升压模块，通过控制继电器自动切换选择简化了控制步骤，以及提高能源利用效率。电源升、降压模块采用具有高稳定性，高精度，低温度漂移的专用集成可调升、降压芯片为主体组成升、降压电源管理模块，将太阳能电源和风能发电电压源输出的无规则不稳定的大电压进行降压，通过新型稳定的升、降压使输出电压稳定至满足蓄电池的充电的输入电压要求，且模块配有充电管理电路，对蓄电池充电的方式是随着电压接近饱和电压电流逐渐减小，充满后实行涓流充电保持持续稳定的电能供应，后接入电能存储装置，存储选用蓄电池作为电能的存储部分，蓄电池具有存储容量大，输出稳定，受温度影响小等诸多优点，适用于电能的储存。蓄电池需要输入和输出需要同时接入前级升、降压模块和后级升压模块，如果单纯连接会出现前级输出电流过大使后级升压模块损坏的问题，为提高系统持续供电的稳定性，采用控制切换蓄电池工作状态，通过遥控控制选择继电器所连接支路，蓄电池正极接入继电器的输入端，继电器一支路连接上一级升、降压模块的输出端，另一支路连接后一级升压模块的输入端，蓄电池正极输出同时连接继电器开关电源，继电器遥控信号由单片机进行接收控制控制，当接收充电信号时，继电器切换至升、降压模块支路，实现对蓄电池电能的存储，当接收供能信号时，继电器切换至升压模块支路，实现对蓄电池电能的释放。
蓄电池输出接升压模块的输入端，无线充电发送装置输入要求为大电压，蓄电池直接输出电压不能满足无线充电发送装置发送要求电压，因此需要经过电源升压模块，将蓄电池输出电压升压至满足无线充电发送装置发送要求电压，采用具有高稳定性，高精度，低温度漂移的专用集成可调升压芯片为主体组成升压电源管理模块，通过新型稳定的升压方式使输出电压满足后级无线充电发送装置输入要求电压。
无线充电发送装置发射需要交流电，且输入需要大电压，将升压模块输出的大电压连接至无线充电发送装置输入端，无线充电发送装置内部集成的DC-AC交流电到直流电转换电路可以将输入直流大电压转换为满足线圈天线所要求发送的特定频率的交流电压，通过线圈天线将可以将输入电能转换为电磁场将电能以场的方式发送。无线充电接收装置接收线圈天线通过电磁感应原理，感应无线充电发送装置线圈天线所发射的特定频率的电磁场，将电磁场的能量转换形成交流电压，无线充电接收装置内部集成的AC-DC直流电到交流电转换电路可以将输入特定频率的交流电压转换直流电压。
降压管理模块需要将无线充电接收装置输出电压降低至满足无人机锂电池充电所需要的额定电压，由于无人机的供电电池为锂电池，锂电池充电过程需要经历三个阶段，第一阶段恒压充电，此阶段锂电池电压逐渐升高，第二阶段恒流充电，此阶段锂电池的充电电流逐渐减少，第三阶段涓流充电，此阶段电流最小。所以降压模块还需配有锂电池充电管理部分，以保证充电满足锂电池安全充电步骤。采用具有高稳定性，高精度，低温度漂移的专用集成可调降压芯片为主体组成降压电源管理模块，通过新型稳定的降压方式使输出电压满足锂电池充电要求输入电压。
本发明的有益效果为：
1、供电能源由自然能源直接转换，降低了充电成本；
2、供电系统结构简单，搭建方便，成本低，可大量制作；
3、通过采用新型供电系统，可大幅提高无人机巡航范围，解决了由于无人机续航时间较短而导致能应用范围有限问题。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种多源联合无人机无线供电系统，其特征在于，该系统包括多源电源管理装置、无线充电接收装置、电源降压充电管理模块，多源电源管理装置包括电能转化装置、电能存储装置、无线充电发送装置，电能转化装置包括太阳能电源和风能发电电源，电能转化装置的输出端与电能存储装置的输入端连接，电能转化装置的输出端与电能存储装置的输入端之间接入前级升、降压模块，电能存储装置的输出端与后级升压模块的输入端连接，后级升压模块的输出端与无线充电发送装置连接，还包括继电器，电能存储装置的正极接入继电器的输入端，继电器一支路连接前级升、降压模块的输出端，另一支路连接后级升压模块的输入端，电能存储装置正极输出同时连接继电器开关电源，当接收充电信号时，继电器切换至升、降压模块支路，实现对电能存储装置电能的存储，当接收供能信号时，继电器切换至后级升压模块支路，实现对电能存储装置电能的释放；无线充电发送装置将输入电压通过内部集成的DC-AC交直流转换电路将直流电压转换为满足线圈发送频率的交流电压，通过线圈天线将电能以场的形式发送；无线充电接收装置将线圈天线感应产生的交流电压通过内部集成的AC-DC交直流转换电路将交流电压转换为满足电源降压充电管理模块输入要求的直流电压；无线充电接收装置的输出端与电源降压充电管理模块的输入端连接，电源降压充电管理模块，将无线充电接收装置输出电压降低至满足无人机锂电池安全充电电压。
2.根据权利要求1所述的多源联合无人机无线供电系统，其特征在于，在电能转化装置与电能存储装置之间还设置有电源选择继电器模块，选择将太阳能电源或者风能发电电源或者同时将太阳能电源和风能发电电源的输出端接入电能存储装置，太阳能电源和风能发电电源之间为串联连接。
3.根据权利要求1或2所述的多源联合无人机无线供电系统，其特征在于，电能存储装置为蓄电池。
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