CN107994644A - 太阳能供电的无人机能量转化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能供电的无人机能量转化方法，所采用的设备包括：能量转化平台和置于无人机内无人机电池；能量转换方法包括下面的步骤：光伏电池板接收太阳能，为蓄电池组进行充电，控制器对蓄电池组的过充电和过放电进行保护；当无人机悬停在平台上，开始充电，发射端通信模块接收到接收端的接收电压要求之后，开始充电并控制供电电压；发射端无线充电模块将直流电压逆变为交流电，并通过发射端线圈实现能量交换，产生高频电磁场；充电时，保持与接收端通信模块的通信；接收端通信模块对接收电压进行监控并且反馈给发射端通信模块，对发射电压进行调整，保持在安全充电电压。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能供电的无人机能量转化方法。
背景技术
近年来，无人机在航拍、物流、农业等领域的应用越来越广泛。但是制约无人机大规模运用的一个重要原因就是其无人机的续航问题。对无人机进行有线充电，不仅需要反复插拔，导致电池损坏，而且当无人机工作在危险环境，有线充电产生的电火花则会导致更多的问题。似乎无线充电是提高无人机续航能力最好的选择。随着无线充电技术的发展，逐渐出现了通过电磁感应来实现无线充电的技术，但是目前的无线充电技术还不够完善，充电效率低、充电速度慢的问题普遍存在，并且采用无线充电也需要稳定供电电源，限制依旧很大。想要应用无线充电技术为无人机进行充电，就需要提高其充电的性能并且提高其便利性。
随着全球经济发展和人口增加和全球环境的恶化，新能源的应用已迫在眉睫。太阳能资源是最重要的可再生能源之一，是最理想的替代能源之一。太阳能光伏发电是太阳能直接应用的形式之一。单晶硅太阳能电池是发展最快、最稳定、转化效率最高、一直以来占据太阳能电池市场主导地位的硅基太阳能电池。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是克服现有技术的不足，本发明提出一种太阳能供电的无人机能量转化方法，本发明的技术方案如下：
一种太阳能供电的无人机能量转化方法，所采用的设备包括：能量转化平台和置于无人机内无人机电池，其中，
能量转化平台，包括太阳能电能储存模块、无线充电发射模块和发射端线圈及发射端通信模块；太阳能电能储存模块包括光伏电池板、控制器和蓄电池组；光伏电池板接收太阳能，为蓄电池组进行充电，控制器对蓄电池组的过充电和过放电进行保护；蓄电池作为供电电源，无线充电发射模块和发射端线圈将电能发射出去，发射端通信模块用于保证和接收端的通信，根据无人机所处状态，控制充电开启与关闭及供电电压大小；
无人机电池，包括电压控制模块、接收端通信模块和多组微小充电电池组件，每个组件包括微小充电模块、小型电池和微小线圈，微小线圈接收能量后通过微小充电模块整流之后为小型电池充电；电压控制模块控制每个小型电池的充电电压，接收端通信模块监控接收电压并且反馈给发射端通信模块，各组小型锂电池及微小线圈均平行式放置，多个微小线圈的平行放置使得每一个线圈成为增强器。
能量转换方法包括下面的步骤：
(1)光伏电池板接收太阳能，为蓄电池组进行充电，控制器对蓄电池组的过充电和过放电进行保护；
(2)当无人机悬停在平台上，开始充电，发射端通信模块接收到接收端的接收电压要求之后，开始充电并控制供电电压；发射端无线充电模块将直流电压逆变为交流电，并通过发射端线圈实现能量交换，产生高频电磁场；充电时，保持与接收端通信模块的通信；
(3)每个微小线圈处在高频磁场之内，与相应的微小充电模块中的电容产生高频能量交换，接收到能量，整流之后为小型电池充电；
(4)接收端通信模块对接收电压进行监控并且反馈给发射端通信模块，对发射电压进行调整，保持在安全充电电压；
(5)电池充满后，由接收端通信模块反馈给发射端通信模，进行断电，充电完毕后小型电池串联为无人机进行供电。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
(1)便捷性。无人机在有线充电时需要不断插拔，对于本发明，在充电时，仅需要将无人机悬停在发射线圈之上就可以进行充电，无需插拔。
(2)便携性。采用太阳能作为无线充电的供电能源，无线充电平台摆脱需要固定供电电源的限制，使其便携性更强，提高无人机户外工作的续航能力
(3)安全性。现代无人机经常在危险环境执行任务，有线充电的接口易产生电火花，具有不安定因素。无线充电则更加安全。
(4)快速。对于无人机来说，普通无线充电由于效率低下，难以得到大幅应用。此发明以能量损失换取充电时间的减少和接收线圈重量的减轻，保证了快速充电。
附图说明
图1是太阳能供电的无人机能量转化平台组成结构示意图。
图2是太阳能供电的无人机能量转化平台太阳能电能储存模块组成结构示意图。
图3是太阳能供电的无人机能量转化平台充电过程示意图。
图4是太阳能供电的无人机能量转化平台基本原理图。
附图说明如下：
1：小型电池；2：接收端小线圈；3：电池盒；4：接收端通信模块；5：接收端微型充电模块；6：发射端线圈和无线充电发射模块；7：太阳能电能储存模块；8：发射端通信模块；9：无人机电池；10：无线充电发射端
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
本发明的能量转换方法采用太阳能作为无线充电的供电能源，无线充电平台摆脱需要固定供电电源的限制，使其便携性更强，结合无人机的阵列式微型电池，充电效率更高，充电时间大大减短。无人机室外工作时，阳光充足的情况下，平台可以及时为无人机充电并且为其蓄电池充电，室外阳光不足或室内工作时，无人机无线充电平台自带的光伏充电蓄电池，使得其便携性更强。本发明所采用的硬件包含两部分，一部分是能量转换平台，一部分是置于无人机内的无人机无线充电电池。
本发明采用的太阳能供电的无人机能量转化平台，包括：太阳能电能储存模块、无线充电发射模块和发射端线圈及发射端通信模块，太阳能电能储存模块包括单晶硅光伏电池板、控制器和蓄电池组。单晶硅光伏电池板接收太阳能，为蓄电池组进行充电，控制器对蓄电池组的过充电和过放电进行保护，蓄电池作为供电电源，无线充电发射模块和线圈将电能发射出去，通信模块保证和接收端的通信，进行开关控制和电压微调。无人机能量转化平台采用太阳能供电，实现太阳能到电能的转换；太阳能电能储存模块使用控制器对蓄电池组的过充电和过放电进行保护，保证蓄电池组的安全充电；发射端通信模块可以与接收端通信模块相互通信，根据无人机所处状态，控制充电开启与关闭及供电电压大小，充电时保证与无人机电池通信模块通信。
本发明采用的无人机无线充电电池，包括多组微小充电组件、电池盒、电压控制模块和接收端通信模块。每个微小充电组件包括微小线圈、充电模块和小型锂电池，微小线圈接收能量后通过充电模块为小型锂电池充电；通信模块保证和发射端的通信；电压控制模块控制小型锂电池的电压。电池盒采用塑料制作，尺寸完全贴合电池尺寸与无人机尺寸，保证轻薄易携带。接收端通信模块监控接收电压并且反馈给发射端通信模块，对供电电压进行微调，保持在安全充电电压。各组小型锂电池及微小线圈均平行式放置，多个微小线圈的平行放置使得每一个线圈成为增强器，接收电压随着与发射线圈距离增加而递增，小型锂电池的容量也呈递增设置，保证接收能量的最大利用。
本发明的太阳能供电的无人机能量转化方法如下：
(1)太阳能供电的无人机能量转化平台，包括太阳能电能储存模块、无线充电发射模块和发射端线圈及发射端通信模块，太阳能电能储存模块包括单晶硅光伏电池板、控制器和蓄电池组。
(2)阳光充足时，单晶硅光伏电池板接收太阳能，为蓄电池组进行充电，控制器对蓄电池组的过充电和过放电进行保护。阳光充足时同时进行无人机充电和蓄电池组的充电，阳光不足或在室内时，由蓄电池组作为供电电源；
(3)当无人机悬停在平台上，开始充电，发射端通信模块接收到接收端的接收电压要求之后，开始充电并控制供电电压；无线充电发射模块将接收到的直流电压逆变为交流电，此时发射端线圈和无线充电发射模块中的电容以高频速度实现能量交换，产生高频电磁场；充电时，保持与接收端通信模块的通信。
(4)无人机电池，包括微小充电模块、小型电池、电池盒和通信模块。
(5)微小充电模块集成微小线圈与充电模块，整合于小型电池上，小型电池容量相等，以保证相同充电时间。微小线圈处在高频磁场之内，与充电模块中的电容产生高频能量交换，接收到能量，整流之后为小型电池充电。
(6)接收端接收到能量后，为锂电池进行充电，接收端通信模块对接收电压进行监控并且反馈给发射端通信模块，对发射电压进行微调，保持在安全充电电压。
(7)电池充满后，充电模块亮红灯并且由接收端通信模块反馈给发射端通信模，进行断电，充电完毕后小型电池串联为无人机进行供电。
Claims (1)
1.一种太阳能供电的无人机能量转化方法，所采用的设备包括：能量转化平台和置于无人机内无人机电池，其中，
能量转化平台，包括太阳能电能储存模块、无线充电发射模块和发射端线圈及发射端通信模块；太阳能电能储存模块包括光伏电池板、控制器和蓄电池组；光伏电池板接收太阳能，为蓄电池组进行充电，控制器对蓄电池组的过充电和过放电进行保护；蓄电池作为供电电源，无线充电发射模块和发射端线圈将电能发射出去，发射端通信模块用于保证和接收端的通信，根据无人机所处状态，控制充电开启与关闭及供电电压大小；
无人机电池，包括电压控制模块、接收端通信模块和多组微小充电电池组件，每个组件包括微小充电模块、小型电池和微小线圈，微小线圈接收能量后通过微小充电模块整流之后为小型电池充电；电压控制模块控制每个小型电池的充电电压，接收端通信模块监控接收电压并且反馈给发射端通信模块，各组小型锂电池及微小线圈均平行式放置，多个微小线圈的平行放置使得每一个线圈成为增强器。
能量转换方法包括下面的步骤：
(1)光伏电池板接收太阳能，为蓄电池组进行充电，控制器对蓄电池组的过充电和过放电进行保护；
(2)当无人机悬停在平台上，开始充电，发射端通信模块接收到接收端的接收电压要求之后，开始充电并控制供电电压；发射端无线充电模块将直流电压逆变为交流电，并通过发射端线圈实现能量交换，产生高频电磁场；充电时，保持与接收端通信模块的通信；
(3)每个微小线圈处在高频磁场之内，与相应的微小充电模块中的电容产生高频能量交换，接收到能量，整流之后为小型电池充电；
(4)接收端通信模块对接收电压进行监控并且反馈给发射端通信模块，对发射电压进行调整，保持在安全充电电压；
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