CN108616147A - 一种无人机及其太阳能供电电路与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无人机领域，提供了一种无人机及其太阳能供电电路与方法；本发明通过包括电池组件和光伏控制模块，第一光伏电源包括光伏控制模块和原始光伏电源；当第一光伏电源的功率大于负载需求功耗时，光伏控制模块输出的第一光伏电源对负载进行供电和/或对电池组件进行充电；当第一光伏电源小于或等于负载需求功耗且不为零时，光伏控制模块输出的第一光伏电源与电池组件同时对负载进行供电；当第一光伏电源的功率为零时，电池组件对负载进行供电；故当第一光伏电源的功率大于负载需求功耗转变为小于负载需求功耗时，不存在硬性的供电电源切换，提高了无人机系统的稳定性。

Description

一种无人机及其太阳能供电电路与方法
技术领域
本发明属于无人机供电领域，尤其涉及一种无人机及其太阳能供电电路与方法。
背景技术
在现有技术中，无人机的太阳能供电电路如图1所示，其包括光伏控制模块、电池以及单刀双掷开关；其中，光伏控制模块的电压输出正极端与单刀双掷开关的第一不动端连接，光伏控制模块的电压输出负极端与电池的负极和负载的第一端连接，电池的正极与单刀双掷开关的第二不动端连接，单刀双掷开关的动端与负载的第二端连接；通过单刀双掷开关切换负载的供电电源，供电电源为光伏控制模块或电池。由于单刀双掷开关切换负载的供电电源时会出现短暂的负载得不到供电的情况，从而导致了无人机系统无法稳定工作。
因此，现有技术存在因硬性进行供电电源切换而导致无人机系统无法稳定工作的问题。
发明内容
本发明提供了一种无人机及其太阳能供电电路与方法，旨在解决现有技术所存在的无人机系统无法稳定工作的问题。
本发明是这样实现的，一种太阳能供电电路，
其包括电池组件和光伏控制模块，第一光伏电源包括所述光伏控制模块和原始光伏电源，所述光伏控制模块接入原始光伏电源，并对所述原始光伏电源进行最大功率跟踪；所述光伏控制模块的电源输入正极端和电源输入负极端接入所述原始光伏电源，所述光伏控制模块的电源输出正极端与所述电池组件的正极和负载的电输入端连接，所述光伏控制模块的电源输出负极端与所述电池组件的负极和负载的回路端连接；
当所述第一光伏电源的功率大于所述负载需求功耗时，所述光伏控制模块输出的光伏电流流入所述负载和/或所述电池组件，所述光伏控制模块输出的所述第一光伏电源对所述负载进行供电和/或对所述电池组件进行充电；
当所述第一光伏电源的功率小于或等于所述负载需求功耗且不为零时，所述光伏控制模块输出的光伏电流和所述电池组件输出的电池电流同时流入所述负载，所述光伏控制模块输出的所述第一光伏电源与所述电池组件同时对所述负载进行供电；
当所述第一光伏电源的功率为零时，所述电池组件对所述负载进行供电。
本发明还提供一种无人机，其包括负载和上述的太阳能供电电路。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：从上述本发明可知，由于包括电池组件和光伏控制模块，第一光伏电源包括光伏控制模块和原始光伏电源；当第一光伏电源的功率大于负载需求功耗时，光伏控制模块输出的第一光伏电源对负载进行供电和/或对电池组件进行充电；当第一光伏电源小于或等于负载需求功耗且不为零时，光伏控制模块输出的第一光伏电源与电池组件同时对负载进行供电；当第一光伏电源的功率为零时，电池组件对负载进行供电；故当第一光伏电源的功率大于负载需求功耗转变为小于负载需求功耗时，不存在硬性的供电电源切换，提高了无人机系统的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术太阳能供电电路的一种模块结构图；
图2为本发明实施例提供的太阳能供电电路的一种模块结构图；
图3为本发明实施例提供的太阳能供电电路的另一种模块结构图；
图4为本发明实施例提供的太阳能供电电路的另一种模块结构图；
图5为本发明实施例提供的太阳能供电电路的另一种模块结构图；
图6为本发明实施例提供的太阳能供电电路的一种示例电路结构图；
图7是本发明实施例提供的一种太阳能供电方法的一示意流程图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2示出了本发明实施例提供的太阳能供电电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
一种太阳能供电电路10其包括电池组件01和光伏控制模块02，第一光伏电源包括光伏控制模块02和原始光伏电源，光伏控制模块02接入原始光伏电源，并对原始光伏电源进行最大功率跟踪。
其中，光伏控制模块02的电源输入正极端和电源输入负极端接入原始光伏电源(正极为VAA+，负极为VAA-)，光伏控制模块02的电源输出正极端与电池组件01的正极和负载05的电输入端连接，光伏控制模块02的电源输出负极端与电池组件01的负极和负载05的回路端连接。
在上述太阳能供电电路10中，当第一光伏电源的功率大于负载需求功耗时，光伏控制模块输出的光伏电流流入负载和/或电池组件，光伏控制模块02输出的第一光伏电源对负载05进行供电和/或对电池组件01进行充电；当第一光伏电源的功率小于或等于负载需求功耗且不为零时，光伏控制模块输出的光伏电流和电池组件输出的电池电流同时流入负载，光伏控制模块02输出的第一光伏电源与电池组件同时对负载05进行供电；当第一光伏电源的功率为零时，电池组件对负载05进行供电。
如图3所示，无人机的太阳能供电电路10还包括电源管理模块03和电压转换模块04。
其中，光伏控制模块02的电源输出正极端与电池组件01的正极、电源管理模块03的第一检测端和负载05的电输入端连接，光伏控制模块02的电源输出负极端与电压转换模块04的第二输入端连接，电压转换模块04的输出端与电池组件01的负极、电源管理模块03的第二检测端和负载05的回路端连接，电源管理模块03的第一控制端与电压转换模块04的第一输入端连接。
当第一光伏电源的功率大于负载需求功耗时，光伏控制模块02输出的第一光伏电源对负载05进行供电和/或对电池组件01进行充电可以具体为：当电源管理模块03判断第一光伏电源的电压大于电池电压且电池电压小于电池电压阈值时，电源管理模块03驱动电压转换模块04将第一光伏电源转换为第二光伏电源以对负载05进行供电，并同时对电池组件01进行充电。其中，电源管理模块03驱动电压转换模块04将第一光伏电源转换为第二光伏电源以对负载05进行供电，并同时对电池组件01进行充电进一步具体为：电源管理模块03根据第一光伏电源驱动电压转换模块04按照第一开关占空比实现通断，电压转换模块04根据第一光伏电源生成第二光伏电源以对负载05进行供电，并同时对电池组件01进行充电。
其中，电池电压阈值为电池达到过充时的电压值。
电压转换模块04根据第一光伏电源生成第二光伏电源具体为：当电池电压在第二电池电压阈值和电池电压阈值之间时，电压转换模块04根据第一光伏电源生成恒流的光伏电流；当电池电压小于第二电池电压阈值时，电压转换模块04根据第一光伏电源生成恒压的第二光伏电源。其中，第二电池电压阈值小于电池电压阈值，为电池由恒压充电转为恒流充电的电压阈值。实现了当电池电压小于第二电池电压阈值时对电池进行恒压充电，当电池电压在第二电池电压阈值和电池电压阈值之间时对电池进行恒流充电。
当第一光伏电源的功率小于或等于负载需求功耗且不为零时，光伏控制模块02输出的第一光伏电源与电池组件同时对负载05进行供电可以具体为：当电源管理模块03判断第一光伏电源的电压小于电池电压且不为零时，电源管理模块03驱动电压转换模块04将第一光伏电源转换为第三光伏电源，并与电池组件同时对负载05进行供电。其中，当电源管理模块03判断第一光伏电源的电压小于电池电压且不为零时，电源管理模块03驱动电压转换模块04将第一光伏电源转换为第三光伏电源，并与电池组件同时对负载05进行供电具体为：电源管理模块03根据第一光伏电源开启电压转换模块04，电压转换模块04根据第一光伏电源生成第三光伏电源与电池组件同时对负载05进行供电。
当第一光伏电源的功率大于负载需求功耗时，光伏控制模块02输出的第一光伏电源对负载05进行供电，和/或对电池组件01进行充电可以具体为：当电源管理模块03判断第一光伏电源的电压大于电池电压且电池电压大于或等于电池电压阈值时，电源管理模块03驱动电压转换模块04将第一光伏电源转换为第四光伏电源以对负载05进行供电。其中，电源管理模块03驱动电压转换模块04将第一光伏电源转换为第四光伏电源以对负载05进行供电具体为：电源管理模块03根据第一光伏电源驱动电压转换模块04按照第二开关占空比实现通断，电压转换模块04根据第一光伏电源生成第四光伏电源以对负载05进行供电。其中，第四光伏电源的电压等于电池电压。当第一光伏电源的电压大于电池电压且电池电压大于或等于电池电压阈值时，实现了对负载05供电的同时避免了电池组件01的过充。
当第一光伏电源的功率为零时，电池组件对负载05进行供电可以具体为：当电源管理模块03判断第一光伏电源的电压为零时，电源管理模块03控制电压转换模块04停止输出转换电压，电池电压对负载05进行供电。
此外，光伏控制模块02的数据发送端与电源管理模块03的数据接收端连接，光伏控制模块02的控制信号接收端与电源管理模块03的控制信号发送端连接；光伏控制模块02还将第一光伏电源信号发送至电源管理模块03，电源管理模块03根据第一光伏电源的电压和第一光伏电压阈值生成光伏电压控制信号，光伏控制模块02根据光伏电压控制信号调节第一光伏电源。其中，光伏控制模块02根据光伏电压控制信号调节第一光伏电源具体为：当第一光伏电源的电压大于第一光伏电压阈值时，光伏控制模块02根据光伏电压控制信号减小第一光伏电源的电压；当第一光伏电源的电压小于第一光伏电压阈值时，光伏控制模块02根据光伏电压控制信号增大第一光伏电源的电压。
如图4所示，太阳能供电电路10还包括开关模块06。其中，开关模块06的第一输入端与电源管理模块03的第二控制端连接，光伏控制模块02的电源输出负极端与开关模块06的第二输入端连接，开关模块06的输出端与电压转换模块04的第二输入端连接；开关模块06用于控制电压转换模块04所输出的转换电压是否输出至光伏控制模块02；电源管理模块03根据用户输入的指令控制开关模块06的开启或关闭。其中，接收到的用户输入的指令控制可以为通过按键接收到的用户输入的指令控制，也可以为通过通信链路接收到的用户输入的指令。
如图5所示，太阳能供电电路10还包括检流元件07；其中，检流元件07的第一端与电池组件01的负极和电源管理模块03的第二检测端连接，检流元件07的第二端与电压转换模块04的输出端、负载05的回路端以及电源管理模块03的第三检测端连接；当电源管理模块03判断第一光伏电源的电压大于电池电压且电池电压处于第二电池电压阈值与电池电压阈值之间时，电源管理模块03检测检流元件07两端的检测电压，并根据检测电压和检流元件07的特征参数计算电池组件01的充电电流；电源管理模块03根据第一光伏电源的电压和充电电流驱动电压转换模块04对第一光伏电源的电压进行电压转换。其中，电源管理模块03根据第一光伏电源的电压和充电电流驱动电压转换模块04对第一光伏电源的电压进行电压转换具体为：电源管理模块03根据第一光伏电源的电压和充电电流驱动电压转换模块04按照第三开关占空比实现通断，以对第一光伏电源的电压进行电压转换。
图6示出了本发明实施例提供的无人机的太阳能供电电路10的一种示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
开关模块06为第一场效应管M1。第一场效应管M1的栅极、漏极以及源极分别为为开关模块06的第一输入端、第二输入端以及输出端。
检流元件07为电阻R1。
电压转换模块04为第二场效应管M2。第二场效应管M2的栅极、漏极以及源极分别为为电压转换模块04的第一输入端、输出端以及第二输入端。
电池组件01包括一个或多个电芯。
以下结合工作原理对图6所示的太阳能供电电路10作进一步说明：
当电源管理模块判断第一光伏电源的电压大于电池电压且电池电压小于电池电压阈值时，电源管理模块03根据第一光伏电源的电压驱动第一场效应管M1按照第一开关占空比实现通断，第一场效应管M1根据第一光伏电源生成第二光伏电源以对负载05进行供电，并同时对电池组件01进行充电。
当电源管理模块判断第一光伏电源的电压小于电池电压时，电源管理模块03根据第一光伏电源开启第一场效应管M1，第一场效应管M1根据第一光伏电源生成第三光伏电源与电池组件同时对负载05进行供电。
当电源管理模块判断第一光伏电源的电压大于电池电压且电池电压大于或等于电池电压阈值时，电源管理模块03根据第一光伏电源驱动第一场效应管M1按照第二开关占空比实现通断，第一场效应管M1根据第一光伏电源生成第四光伏电源以对负载05进行供电。
当电源管理模块判断第一光伏电源的电压为零时，第一场效应管M1停止输出电压，电池电压对负载05进行供电。
当第一光伏电源的电压大于电池电压且电池电压处于第二电池电压阈值与电池电压阈值之间时，电源管理模块03检测电阻R1两端的检测电压，并根据检测电压和电阻R1的阻值计算电池模组的充电电流；电源管理模块03根据第一光伏电源的电压和充电电流驱动第一场效应管M1按照第三开关占空比实现通断，故可以实现第一场效应管M1根据第一光伏电源生成恒流的光伏电流以对电池组件01进行恒流充电并同时对负载05进行供电。
电源管理模块03根据接收到的用户输入的指令控制第二场效应管M2的开启或关闭。
基于上述太阳能供电电路10提高了无人机系统的稳定性，因此本发明实施例还提供一种无人机，其包括负载和上述的太阳能供电电路10。其中，负载可以为旋翼电机和航电设备。
综上所述，在本发明实施例中，通过在无人机当中采用包括电池组件和光伏控制模块的太阳能供电电路，第一光伏电源包括光伏控制模块和原始光伏电源，其中，当第一光伏电源的功率大于负载需求功耗时，光伏控制模块输出的第一光伏电源对负载进行供电和/或对电池组件进行充电；当第一光伏电源小于或等于负载需求功耗且不为零时，光伏控制模块输出的第一光伏电源与电池组件同时对负载进行供电；当第一光伏电源的功率为零时，电池电压对负载进行供电；故当第一光伏电源的功率大于负载需求功耗转变为小于负载需求功耗时，不存在硬性的供电电源切换，提高了无人机系统的稳定性。
基于上述太阳能供电电路10，本发明实施例还提供一种太阳能供电方法，图7示出了该太阳能供电方法的实现流程，详述如下：
在步骤101中，电源管理模块获取第一光伏电源的电压和电池电压。
在步骤102中，电源管理模块判断第一光伏电源的电压是否大于电池电压且电池电压是否小于电池电压阈值。
在步骤103a中，若是，则电源管理模块驱动电压转换模块将第一光伏电源转换为第二光伏电源以对负载进行供电，并同时对电池组件进行充电。
在步骤103b中，若否，则电源管理模块判断第一光伏电源的电压是否小于或等于电池电压且不为零。
在步骤104a中，若是，则电源管理模块驱动电压转换模块将第一光伏电源转换为第三光伏电源，并与电池组件同时对负载进行供电。
在步骤104b中，若否，则电源管理模块判断第一光伏电源的电压是否大于电池电压且电池电压是否大于或等于电池电压阈值。
在步骤105a中，若是，则电源管理模块驱动电压转换模块将第一光伏电源转换为第四光伏电源以对负载进行供电。
在步骤105b中，若否，则电源管理模块判断第一光伏电源的电压是否为零。
在步骤106中，若是，则电源管理模块控制电压转换模块停止输出转换电压，电池电压对负载进行供电。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种太阳能供电电路，其包括电池组件和光伏控制模块，第一光伏电源包括所述光伏控制模块和原始光伏电源，所述光伏控制模块接入所述原始光伏电源，并对所述原始光伏电源进行最大功率跟踪；其特征在于，所述光伏控制模块的电源输入正极端和电源输入负极端接入所述原始光伏电源，所述光伏控制模块的电源输出正极端与所述电池组件的正极和负载的电输入端连接，所述光伏控制模块的电源输出负极端与所述电池组件的负极和负载的回路端连接；
当所述第一光伏电源的功率大于所述负载需求功耗时，所述光伏控制模块输出的光伏电流流入所述负载和/或所述电池组件，所述光伏控制模块输出的所述第一光伏电源对所述负载进行供电和/或对所述电池组件进行充电；
当所述第一光伏电源的功率小于或等于所述负载需求功耗且不为零时，所述光伏控制模块输出的光伏电流和所述电池组件输出的电池电流同时流入所述负载，所述光伏控制模块输出的所述第一光伏电源与所述电池组件同时对所述负载进行供电；
当所述第一光伏电源的功率为零时，所述电池组件对所述负载进行供电。
2.如权利要求1所述的太阳能供电电路，其特征在于，所述太阳能供电电路还包括电源管理模块和电压转换模块；
所述光伏控制模块的电源输出正极端与所述电池组件的正极、所述电源管理模块的第一检测端和负载的电输入端连接，所述光伏控制模块的电源输出负极端与所述电压转换模块的第二输入端连接，所述电压转换模块的输出端与所述电池组件的负极、所述电源管理模块的第二检测端和负载的回路端连接，所述电源管理模块的第一控制端与所述电压转换模块的第一输入端连接；
当所述第一光伏电源的功率大于所述负载需求功耗时，所述光伏控制模块输出的所述第一光伏电源对所述负载进行供电和/或对所述电池组件进行充电具体为：
当所述电源管理模块判断所述第一光伏电源的电压大于所述电池电压且所述电池电压小于电池电压阈值时，所述电源管理模块驱动所述电压转换模块将所述第一光伏电源转换为第二光伏电源以对所述负载进行供电，并同时对所述电池组件进行充电；
所述当所述第一光伏电源的功率小于或等于所述负载需求功耗且不为零时，所述光伏控制模块输出的所述第一光伏电源与所述电池组件同时对所述负载进行供电具体为：
当所述电源管理模块判断所述第一光伏电源的电压小于所述电池电压且不为零时，所述电源管理模块驱动所述电压转换模块将所述第一光伏电源转换为第三光伏电源，并与所述电池组件同时对所述负载进行供电；
所述当所述第一光伏电源的功率大于所述负载需求功耗时，所述光伏控制模块输出的所述第一光伏电源对所述负载进行供电和/或对所述电池组件进行充电具体为：
当所述电源管理模块判断所述第一光伏电源的电压大于所述电池电压且所述电池电压大于或等于电池电压阈值时，所述电源管理模块驱动所述电压转换模块将所述第一光伏电源转换为第四光伏电源以对所述负载进行供电；
所述当所述第一光伏电源的功率为零时，所述电池组件对所述负载进行供电具体为：
当所述电源管理模块判断所述第一光伏电源的电压为零时，所述电源管理模块控制所述电压转换模块停止输出转换电压，所述电池组件对所述负载进行供电。
3.如权利要求1所述的太阳能供电电路，其特征在于，所述太阳能供电电路还包括开关模块；
所述开关模块的第一输入端与所述电源管理模块的第二控制端连接，所述光伏控制模块的电源输出负极端与所述开关模块的第二输入端连接，所述开关模块的输出端与所述电压转换模块的第二输入端连接；
所述开关模块用于控制所述电压转换模块所输出的转换电压是否输出至所述光伏控制模块；所述电源管理模块根据用户输入的指令控制所述开关模块的开启或关闭。
4.如权利要求3所述的太阳能供电电路，其特征在于，所述开关模块为第一场效应管；
所述第一场效应管的栅极、漏极以及源极分别为所述开关模块的第一输入端、第二输入端以及输出端。
5.如权利要求1所述的太阳能供电电路，其特征在于，所述太阳能供电电路还包括检流元件；
所述检流元件的第一端与所述电池组件的负极和所述电源管理模块的第二检测端连接，所述检流元件的第二端与所述电压转换模块的输出端、所述负载的回路端以及所述电源管理模块的第三检测端连接；
当所述电源管理模块判断所述第一光伏电源的电压大于所述电池电压且所述电池电压处于第二电池电压阈值与电池电压阈值之间时，所述电源管理模块检测所述检流元件两端的检测电压，并根据所述检测电压和所述检流元件的特征参数计算所述电池组件的充电电流；所述电源管理模块根据所述第一光伏电源的电压和所述充电电流驱动所述电压转换模块对所述第一光伏电源的电压进行电压转换。
6.如权利要求5所述的太阳能供电电路，其特征在于，所述检流元件为电阻。
7.如权利要求1所述的太阳能供电电路，其特征在于，所述光伏控制模块的数据发送端与所述电源管理模块的数据接收端连接，所述光伏控制模块的控制信号接收端与所述电源管理模块的控制信号发送端连接；
所述光伏控制模块还将第一光伏电源信号发送至所述电源管理模块，所述电源管理模块根据所述第一光伏电源的电压和第一光伏电压阈值生成光伏电压控制信号，所述光伏控制模块根据光伏电压控制信号调节所述第一光伏电源。
8.如权利要求1所述的太阳能供电电路，其特征在于，所述电压转换模块为第二场效应管；
所述第二场效应管的栅极、源极以及漏极分别为所述电压转换模块的第一输入端、第二输入端以及输出端。
9.如权利要求1所述的太阳能供电电路，其特征在于，所述电池组件包括一个或多个电芯。
10.一种太阳能供电方法，其特征在于，所述太阳能供电方法包括：
电源管理模块获取第一光伏电源的电压和电池电压；
所述电源管理模块判断所述第一光伏电源的电压是否大于所述电池电压且所述电池电压是否小于电池电压阈值；
若是，则所述电源管理模块驱动电压转换模块将所述第一光伏电源转换为第二光伏电源以对负载进行供电，并同时对电池组件进行充电；
若否，则所述电源管理模块判断所述第一光伏电源的电压是否小于或等于所述电池电压且不为零；
若是，则所述电源管理模块驱动所述电压转换模块将所述第一光伏电源转换为第三光伏电源，并与所述电池电压同时对所述负载进行供电；
若否，则所述电源管理模块判断所述第一光伏电源的电压是否大于所述电池电压且所述电池电压是否大于或等于电池电压阈值；
若是，则所述电源管理模块驱动所述电压转换模块将所述第一光伏电源转换为第四光伏电源以对所述负载进行供电；
若否，则所述电源管理模块判断所述第一光伏电源的电压是否为零；
若是，则所述电源管理模块控制所述电压转换模块停止输出转换电压，所述电池电压对所述负载进行供电。
11.一种无人机，包括负载，其特征在于，所述无人机还包括如权利要求1至9任一项所述的太阳能供电电路。
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