CN110406431B - 用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路和电调能馈吸收利用方法 - Google Patents

用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路和电调能馈吸收利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路和电调能馈吸收利用方法,其中用于无人机的燃料电池供电系统包括至少一燃料电池电堆、一电调能馈吸收利用电路和一备用可充电电池，其中所述电调能馈吸收利用电路的输入端被电连接于所述燃料电池堆的输出端，所述能馈吸收利用电路的输出端电连接于所述被备用可充电电池，所述能馈吸收利用电路用于电连接一电调，监控所述电调能馈，并且将所述电调能馈吸收存储至所述备用可充电电池，从而降低系统电压至安全范围。

Description

用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路 和电调能馈吸收利用方法
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路和电调能馈吸收利用方法。
背景技术
无人机系统中，当电机停转或者转速突然减小时，在电机的电源端会产生较大的瞬态能量，电调可以通过恰当的算法将该能量回馈到电调的输入端，即电调能馈。但是，如果不能及时的对该能馈进行处理，它就会叠加在系统电压上，使系统电压不断升高，回馈能量越大，系统电压就会被抬升的越高，这样当电压超过系统内该电源线上其他元器件的最大使用电压时，就可能导致元器件的损坏，以致于系统的崩溃。
传统无人机系统大都采用锂电池供电，当能馈产生时，锂电池可以及时的吸收这些能馈，不存在系统电压抬升过高的情况，同时还能提高系统效率，这也是为什么现在无人机电调算法都在向高能馈效率方向发展的原因。
但是，对于燃料电池供电的无人机系统，由于系统电压输出端没有与之直接相连的锂电池，当能馈发生时，就需要通过一种办法去消除能馈，最好是将该能馈存储起来再给系统使用，在保证电源可靠性的同时也提高了系统效率。
在电调的电机控制算法中，不对能馈方面进行处理，使电机在停转或者转速突然减小时，电调的输入端不产生能馈。
电调的能馈如果存储起来，时间长了将会是不小的能量，对于无人机这种飞行时长受限于系统功率的系统而言将会是一个很好的补充。同时，随着无人机技术的发展，电调带能馈功能将是一种技术方向，并且能馈的效率还会进一步提高，不带能馈的电调势必会被市场所淘汰。
有些无人机用燃料电池供电系统，为了消除电调能馈，在系统输出端接一风扇或者电阻等较大功率的负载90P，如图1所示，这样，当电机94P的电源端产生较大的瞬态能量，电调93P将能量回馈到电调93P的输入端，即有能馈产生时，能馈会导致系统电压升高，当系统电压高于某一值（燃料电池电堆91P的电压和备用锂电池92P的电压的较高者）时，该负载90P的电源由能馈提供，这样就可将能馈消耗，拉低升高的系统电压至安全值。
但是，上述方法由于无法判断能馈什么时候产生，因此负载90P需要一直挂接在系统电压上，只要系统运行，负载90P就要受电。同时，由于不知道每次能馈的大小，只能按预估的最大能馈来设计，这样，就需要一个较大的负载90P，负载90P小了只能消除部分能馈，系统电压还是会升高，但是负载90P大了一直在消耗功率，对系统效率不利。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路和电调能馈吸收利用方法，通过电调能馈吸收利用电路，可实时的监控能馈，并吸收能馈至可充电电池，从而拉低系统电压至安全值，保证系统电压的可靠性和安全性，同时，将能馈存储起来再利用，提高系统的效率。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路和电调能馈吸收利用方法，能够控制电调能馈对系统电压、元器件以及整个系统的影响，提高了系统的可靠性和效率。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路和电调能馈吸收利用方法，能够通过对系统电压的采样、比较来判断是否发生能馈。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路和电调能馈吸收利用方法，能够通过对系统电流的采样、比较来判断是否发生能馈。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路和电调能馈吸收利用方法，能够通过高压阈值和低压阈值来限制能馈处理时间。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路和电调能馈吸收利用方法，能够将电调能馈存储于至少一备用可充电电池以利用。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路和电调能馈吸收利用方法，通过至少一DC/DC充电电路给所述备用可充电电池充电。
本发明的另一目的在于提供一种用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路和电调能馈吸收利用方法，通过至少一DC/DC放电电路给所述备用可充电电池放电。
为了实现上述至少一个目的，本发明提供了一种用于无人机的燃料电池供电系统，包括至少一燃料电池电堆、一电调能馈吸收利用电路和一备用可充电电池，其中所述电调能馈吸收利用电路的输入端被电连接于所述燃料电池堆的输出端，所述电调能馈吸收利用电路的输出端电连接于所述被备用可充电电池，所述电调能馈吸收利用电路用于电连接一电调，监控所述电调能馈，并且将所述电调能馈吸收存储至所述备用可充电电池，从而降低系统电压至安全范围。
在一些实施例中，还包括至少一DC/DC充电电路，所述DC/DC充电电路被电连接于所述备用可充电电池，并且为所述备用可充电电池进行充电。
在一些实施例中，所述电调能馈吸收利用电路包括至少一电压采样电路，所述电压采样电路被连接于所述供电系统的系统电压输出端，对系统电压的大小进行采样。
在一些实施例中，所述电调能馈吸收利用电路包括至少一电压比较电路，所述电压比较电路被连接于所述电压采样电路，所述电压比较电路判断系统电压是否超过预设电压。
在一些实施例中，所述电调能馈吸收利用电路包括至少一驱动电路、至少一限流单元以及至少一开关电路，当所述电压比较电路反馈系统电压超过预设电压，所述驱动电路发出驱动信号至所述开关电路，所述开关电路闭合，系统电源端通过所述限流单元和所述开关电路给所述备用可充电电池充电，从而吸收电调能馈，将系统电压降低至安全范围，当系统电压被降低至安全范围内后，所述驱动电路的驱动信号被禁止，所述开关电路被关断，充电动作停止，从而电调能馈被存储在所述备用可充电电池。
在一些实施例中，当系统电压被检测到大于或者等于至少一高压阈值时，所述驱动电路发出驱动信号至所述开关电路，所述开关电路闭合，所述备用可充电电池被充电，充电电流的大小通过所述限流单元进行调整。
在一些实施例中，系统电压被检测到小于或者等于至少一低压阈值时，所述驱动电路的驱动信号被禁止，所述开关电路断开，所述备用可充电电池被停止充电。
在一些实施例中，所述电调能馈吸收利用电路包括至少一DC/DC放电电路，所述DC/DC放电电路被连接于所述开关电路，所述DC/DC放电电路对所述备用可充电电池进行放电。
在一些实施例中，所述DC/DC放电电路为Boost升压电路或者Buck-boost升压电路。
在一些实施例中，还包括至少一DC/DC充电电路，所述DC/DC充电电路被电连接于所述备用可充电电池，并且为所述备用可充电电池进行充电。
在一些实施例中，进一步包括至少一电流传感器，所述电流传感器被设置于所述系统电压输出端以检测系统电流。
在一些实施例中，所述电调能馈吸收利用电路包括至少一电流采样电路，所述电流采样电路被连接于所述电流传感器，对流经的系统电流进行采样。
在一些实施例中，所述电调能馈吸收利用电路包括至少一电流比较电路，所述电流比较电路被连接于所述电流采样电路以判断系统电流是否超过至少一预先设定的动作值。
在一些实施例中，所述电调能馈吸收利用电路包括至少一驱动电路、至少一限流单元以及至少一开关电路，所述限流单元被连接于所述DC/DC放电电路以及所述开关电路，当系统电流被判断为超过预先设定的所述动作值时，所述驱动电路发出驱动信号至所述开关电路，所述开关电路被接通，所述备用可充电电池被充电。
在一些实施例中，当所述电流采样电路以及所述电流比较电路检测到反向电流为零时，所述驱动电路的驱动信号被禁止，所述开关电路被断开，所述备用可充电电池被停止充电。
在一些实施例中，所述电调能馈吸收利用电路包括至少一DC/DC放电电路，所述DC/DC放电电路被连接于所述开关电路，所述DC/DC放电电路对所述备用可充电电池进行放电。
在一些实施例中，进一步包括至少一DC/DC充电电路，所述DC/DC充电电路被电连接于所述备用可充电电池，并且为所述备用可充电电池进行充电。
在一些实施例中，所述备用可充电电池为锂电池。
在一些实施例中，所述供电系统包括至少一防反模块，以使得电流按预定方向流动，所述防反模块包括一个或多个并联的MOS管组和一智能二极管控制器，所述智能二极管控制器控制MOS管组的工作。
根据本发明的另一方面，还提供了一种用于无人机的电调能馈吸收利用方法，包括以下步骤：
（A）至少一电调能馈吸收利用电路的至少一电压采样电路对系统电压的大小进行采样；
（B）通过至少一电压比较电路判断系统电压是否超过了至少一预设电压；
（C）至少一驱动电路发出至少一驱动信号至至少一开关电路；
（D）所述开关电路闭合；
（E）系统电源端通过至少一限流单元和所述开关电路给至少一备用可充电电池充电；以及
（F）系统电压被降低至安全范围。
在一些实施例中，进一步包括以下步骤：
所述驱动电路的驱动信号被禁止；
所述开关电路被关断，充电动作停止；以及
电调能馈被存储在所述备用可充电电池中。
在一些实施例中，进一步包括以下步骤：所述备用可充电电池的电压被实时监控。
在一些实施例中，进一步包括以下步骤：实时监控所述备用可充电电池的电压，判断所述备用可充电电池的电压是否在至少一预设范围内。
在一些实施例中，进一步包括以下步骤：所述备用可充电电池的电压高于预设范围时，至少一DC/DC放电电路给所述备用可充电电池放电。
在一些实施例中，进一步包括以下步骤：所述备用可充电电池的电压低于预设范围时，至少一DC/DC充电电路给所述备用可充电电池充电。
在一些实施例中，进一步包括以下步骤：所述电压采样电路和所述电压比较电路通过对系统电压的采样判断是否发生能馈。
在一些实施例中，进一步包括以下步骤：所述电压比较电路判断系统电压是否超过了安全阈值范围。
在一些实施例中，进一步包括以下步骤：
当检测到系统电压大于或者等于至少一高压阈值时，所述驱动电路向所述开关电路发出驱动信号；
所述开关电路闭合；以及
至少一DC/DC充电电路给所述备用可充电电池充电。
在一些实施例中，进一步包括以下步骤：
实时监控充电电流；以及
当充电电流超出预设的至少一限流值时，至少一限流单元对充电电流执行调整。
在一些实施例中，进一步包括以下步骤：
当系统电压小于等于至少一低压阈值时，所述驱动电路的驱动信号被禁止；以及
所述开关电路被断开。
根据本发明的另一方面，还提供了一种用于无人机的电调能馈吸收利用方法，包括以下步骤：
至少一电调能馈吸收利用电路的至少一电流传感器检测反向电流；
根据反向电流的大小判断能馈的大小；以及
电调能馈被存储在至少一备用可充电电池中。
在一些实施例中，所述电流传感器被设置于所述系统电压输出端。
在一些实施例中，进一步包括以下步骤：
至少一电流采样电路对系统电流的大小进行采样；以及
设置至少一比较电路的至少一动作值。
在一些实施例中，进一步包括以下步骤：当反向电流大于设置的动作值时，所述驱动电路发出驱动信号至所述开关电路，所述开关电路接收驱动信号，所述备用可充电电池被充电。
在一些实施例中，进一步包括以下步骤：当反向电流被检测为零时，所述驱动电路被禁止驱动，所述开关电路断开，所述备用可充电电池被停止充电。
在一些实施例中，至少一DC/DC充电电路给所述备用可充电电池充电。
在一些实施例中，至少一DC/DC放电电路给所述备用可充电电池放电。
附图说明
图1是现有技术中的一种无人机用燃料电池供电系统工作原理图。
图2A是根据本发明的一个优选实施例的一种用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路框图示意图。
图2B是根据本发明的一个实施例的一种用于无人机的燃料电池供电系统的防反模块示意图。
图3是根据本发明的上述优选实施例的另一变形实施方式的一种用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路框图示意图。
图4是根据本发明的一个实施例的一种电调能馈吸收利用方法的流程示意图。
图5是根据本发明的一个实施例的一种电调能馈吸收利用方法的流程示意图。
图6是根据本发明的一个实施例的一种电调能馈吸收利用方法的流程示意图。
图7是根据本发明的一个实施例的一种电调能馈吸收利用方法的流程示意图。
实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
如图2A至图3所示，基于本发明的一优选实施例的一种用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路被阐释，所述用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路通过电调能馈吸收利用电路，可实时的监控能馈，并吸收能馈至锂电池，从而拉低系统电压至安全值，保证系统电压的可靠性和安全性，同时，将能馈存储起来再利用，提高系统的效率。
本领域的技术人员可以理解的是，在本发明的揭露中，术语DC/DC是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，也称为直流斩波器；BUCK电路是指降压电路；BUCK-BOOST电路是指降压升压电路。电调为电子调速器，针对电机不同，可分为有刷电调和无刷电调。它根据控制信号调节电动机的转速。本发明中揭露的电调能馈指的是无人机系统中，当电机停转或者转速突然减小时，在电机的电源端会产生较大的瞬态能量，电调将该能量回馈到电调的输入端，即电调能馈。
如图2A所示，本发明的所述用于无人机的燃料电池供电系统包括一电调能馈吸收利用电路10、一燃料电池电堆20、一备用可充电电池30、一电机40、一电调50以及一DC/DC充电电路60。所述备用可充电电池30在本发明的这个优选实施例中被实施为备用锂电池，本领域的技术人员可以理解的是，在其他实施例中还可以是其他类型的可充电电池，能够被充电，从而吸收能馈。
所述电调能馈吸收利用电路10的输入端被连接于所述电调50的输入端，所述电调能馈吸收利用电路10的输出端被连接于所述备用可充电电池30。所述燃料电池电堆20被连接于所述电调50，所述备用可充电电池30被连接于所述燃料电池电堆20，所述DC/DC充电电路60被连接于所述燃料电池电堆20、所述电调50、所述备用可充电电池30以及所述电调能馈吸收利用电路10。所述备用可充电电池30被连接于所述电调50，所述电机40被连接于所述电调50。在本发明的这个优选实施例中，所述燃料电池电堆20和所述电调50之间还设置有一防反模块80，以使得电流从所述燃料电池电堆20流向所述电调50，并且防止电流反向；所述DC/DC充电电路60以及所述电调能馈吸收利用电路10之间设置有一所述防反模块80，以使得电流从所述DC/DC充电电路60流向所述电调能馈吸收利用电路10，并且防止电流反向；所述备用可充电电池30以及所述电调50之间还设置有一所述防反模块80，以使得电流从所述备用可充电电池30流向所述电调50，并且防止电流反向。
进一步地，所述电调能馈吸收利用电路10包括一电压采样电路11、一电压比较电路12、一驱动电路13、一限流单元14、一开关电路15以及一DC/DC放电电路16。
所述电压采样电路11被连接于所述电调50以及所述限流单元14，所述电压比较电路12被电连接于所述电压采样电路11以及所述驱动电路13，所述驱动电路13被电连接于所述电压比较电路12以及所述开关电路15，所述开关电路15被电连接于所述限流单元14、所述驱动电路13以及所述DC/DC放电电路16，所述DC/DC放电电路16被电连接于所述开关电路15、所述备用可充电电池30以及所述DC/DC充电电路60。在本发明的这个优选实施例中，所述DC/DC放电电路16以及所述限流单元14之间、所述DC/DC放电电路16以及所述电压采样电路之间、所述DC/DC放电电路16以及所述电调50之间设置有所述防反模块80，电流从所述DC/DC放电电路16流向所述限流单元14、所述电压采样电路11以及所述电调50，防止电流的反向。
进一步地，所述电调能馈吸收利用电路10的所述电压采样电路11负责对系统电压的大小进行采样，并通过所述电压比较电路12判断系统电压是否超过了预设电压，如果达到了预设电压，所述驱动电路13给出驱动信号至所述开关电路15，所述开关电路15闭合后，系统电源端，如所述燃料电池电堆20，通过所述限流单元14和所述开关电路15给所述备用可充电电池30充电，从而吸收能馈，将系统电压降低至安全范围。当系统电压被降低至安全值后，所述驱动电路13的驱动信号被禁止，所述开关电路15被关断，充电动作停止，从而电调能馈就被存储在所述备用可充电电池30中。
此外，在电调能馈被存储在所述备用可充电电池30的过程中，同时，本发明的所述用于无人机的燃料电池供电系统对所述备用可充电电池30的电压进行监控。因为正常情况下，为了保证无人机系统能在较短时间的过载情况下正常飞行，所述备用可充电电池30此时也需要输出一定的负载功率，这样势必会消耗所述备用可充电电池30能量，导致所述备用可充电电池30电压降低，为了应对这种情况的反复发生，需要及时的通过系统电压给所述备用可充电电池30充电，保证其能量的饱和性。但是，当这种过载情况很久不发生，而能馈又频繁发生，并且能馈能量又较大时，所述备用可充电电池30就有充爆的可能。因此，需要通过所述DC/DC放电电路16，将快要充满的所述备用可充电电池30适当进行放电，所述DC/DC放电电路16可以被实施为Boost、Buck-boost等升压电路，将所述备用可充电电池30的电压转换成一更高的电压供系统使用，以保证在系统运行时能及时和快速的对所述备用可充电电池30放电。
进一步地，所述电压采样电路11和所述电压比较电路12是通过对系统电压的采样来判断是否发生了能馈，再通过所述电压比较电路12判断系统电压是否超过了安全阈值。一般情况下，不同的系统，不同的电压等级均会设置两个比较电压，即一高压阈值VH以及一低压阈值VL，安全阈值范围为所述高压阈值VH以及所述低压阈值VL之间，当检测到系统电压大于或者等于所述高压阈值VH时，所述驱动电路13给出驱动信号，使所述开关电路15闭合，系统电压开始给所述备用可充电电池30充电。充电电流的大小通过所述限流单元14进行调整，需要考虑到能馈的大小、所述备用可充电电池30能承受的充电电流大小等因素，合理选择限流值。不然，充电电流小了无法将能馈及时吸收，系统电压还是会急剧升高；充电电流过大，所述备用可充电电池30不能承受，充电回路也容易损坏。所述备用可充电电池30的大电流充电可以有效吸收能馈，将系统电压降低，当系统电压小于等于所述低压阈值VL时，所述驱动电路13的驱动信号被禁止，所述开关电路15断开，充电结束，系统正常运行。
其中，所述高压阈值VH和所述低压阈值VL的设定也要根据系统具体的工作电压来设置，所述高压阈值VH值要高于系统的正常运行电压，低于芯片最小耐受电压，同时，所述高压阈值VH与最小耐受电压之间要留有足够的余量，以留给硬件电路足够的反应时间。所述低压阈值VL值要比所述高压阈值VH小，但要比额定负载条件下的系统电压高，如果把所述低压阈值VL值设置的过低，负载电流无法将系统电压拉至所述低压阈值VL，那么系统电压就会一直给所述备用可充电电池30充电，就有可能将所述备用可充电电池30充爆。
参照图2B，是根据本发明的一个实施例的一种用于无人机的燃料电池供电系统的防反模块示意图。所述防反模块80包括了一个或者多个MOS管并联的MOS管组81以及一个智能二极管控制器82。如图所示的电路，MOS管组81由一个MOS管或者由多个MOS管并联组成，每个MOS管内部集成了二极管811，防反模块80的输入端与MOS管组81的S极连接，防反模块41的输出端与MOS管组81的D极连接；智能二级管控制器82的输入端821与MOS管组81的S端连接，智能二级管控制器82的输出端822与MOS管组801的D端连接,智能二极管控制器82的驱动端823与MOS管组81的G端连接，智能二极管控制器82为一款集成芯片，当输入电压高于输出电压一定值时，该芯片能够通过采样无人机电机电流来控制MOS管组81驱动电压的大小，使MOS管组81两端电压小于等于芯片设定开通阀值，保证MOS管组81的导通压降足够小，以减小损耗。当输出端电压高于输入端电压时，该芯片可以在极短的时间内关闭MOS管组81，防止输出端电能流入输入端。所述MOS管优选为N沟道MOS管。
如图3所示，基于本发明的优选实施例的另一变形实施方式的所述用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路被阐释。所述用于无人机的燃料电池供电系统对能馈的判断是通过电流传感器检测电流来判断。
具体地，如图3所示，本发明的所述用于无人机的燃料电池供电系统包括一电调能馈吸收利用电路10A、一燃料电池电堆20A、一备用可充电电池30A、一电机40A、一电调50A以及一DC/DC充电电路60A。所述备用可充电电池30A在本发明的这个变形实施例中被实施为备用锂电池，本领域的技术人员可以理解的是，在其他实施例中还可以是其他类型的可充电电池，能够被充电，从而吸收能馈。
所述电调能馈吸收利用电路10A的输入端被电连接于所述电调50A的输入端，所述电调能馈吸收利用电路10A的输出端被电连接于所述备用可充电电池30A。所述用于无人机的燃料电池供电系统还包括至少一电流传感器70A，在本发明的这个变形实施例中，所述电流传感器70A被设置于所述电调能馈吸收利用电路10A的输入端，也就是说，所述电调能馈吸收利用电路10A的输入端以及所述燃料电池电堆20A之间、所述电调能馈吸收利用电路10A的输入端以及所述电调50A之间设置所述电流传感器70A。
所述燃料电池电堆20A通过所述电流传感器70A被连接于所述电调50A，所述备用可充电电池30A通过所述电流传感器70A被连接于所述燃料电池电堆20A，所述DC/DC充电电路60A被连接于所述燃料电池电堆20A、所述备用可充电电池30、所述电调能馈吸收利用电路10A以及通过所述电流传感器70A被连接于所述电调50A。所述备用可充电电池30A通过所述电流传感器70A被连接于所述电调50A，所述电机40A被连接于所述电调50A。在本发明的这个优选实施例中，所述燃料电池电堆20A和所述电调50A之间还设置有一防反模块80A二极管元件，电流从所述燃料电池电堆20A流向所述电调50A，并且被所述电流传感器70A获取电流值；所述DC/DC充电电路60A以及所述电调能馈吸收利用电路10A之间设置有所述防反模块80，电流从所述DC/DC充电电路60A流向所述电调能馈吸收利用电路10A；所述备用可充电电池30A以及所述电调50A之间还设置有所述防反模块80，电流从所述备用可充电电池30A流向所述电调50A，并且被所述电流传感器70A获取电流值。
进一步地，所述电调能馈吸收利用电路10A包括一电流采样电路17A、一电流比较电路18A、一驱动电路13A、一限流单元14A、一开关电路15A以及一DC/DC放电电路16A。
所述电流采样电路17A被电连接于所述电流传感器70A以及所述限流单元14A，所述电流比较电路18A被电连接于所述电流采样电路17A以及所述驱动电路13A，所述驱动电路13A被电连接于电流比较电路18A以及所述开关电路15A，所述开关电路15A被连接于所述限流单元14A、所述驱动电路13A以及所述DC/DC放电电路16A，所述DC/DC放电电路16A被电连接于所述开关电路15A、所述备用可充电电池30A以及所述DC/DC充电电路60A。在本发明的这个变形实施例中，所述DC/DC放电电路16A以及所述限流单元14A之间、所述DC/DC放电电路16A以及所述电压采样电路之间、所述DC/DC放电电路16A以及所述电调50A之间设置有所述防反模块80，电流从所述DC/DC放电电路16A流向所述限流单元14A、所述电流采样电路17A以及所述电调50A。
也就是说，图3所示的变形实施方式中，所述用于无人机的燃料电池供电系统对能馈的判断改为了通过所述电流传感器70A检测电流来判断，当检测到反向电流时，即发生了能馈。然后通过反向电流的大小来判断能馈的大小，从而设置所述电流比较电路18A的动作值。由于系统电源本身就存在一定的负载，因此少量的能馈系统本身还是可以吸收的，只有当能馈大到系统本身无法及时吸收时，才需要能馈电路动作，帮助吸收能馈。这个值要小于系统静态电流，这里的系统静态电流指的是电调不工作，系统运行时的系统电流，要给硬件电路留足够的反应时间。当反向电流大于该值时，所述驱动电路13A驱动所述开关电路15A开始给备用可充电电池30A充电，当反向电流为0时所述驱动电路13A被禁止驱动。而其他的逻辑结构和图2中的相同。
如图4至图7所示，根据本发明的另一方面，还提供了一种电调能馈吸收利用方法。
如图4所示，所述电调能馈吸收利用方法包括以下步骤：
（410）所述电调能馈吸收利用电路10的所述电压采样电路11对系统电压的大小进行采样；
（420）通过所述电压比较电路12判断系统电压是否超过了预设电压；
（430）所述驱动电路13给出驱动信号至所述开关电路15；
（440）所述开关电路15闭合；
（450）系统电源端通过所述限流单元14和所述开关电路15给所述备用可充电电池30充电；
（460）系统电压被降低至安全值；
（470）所述驱动电路13的驱动信号被禁止；
（480）所述开关电路15被关断，充电动作停止；以及
（490）电调能馈被存储在所述备用可充电电池30中。
如图5所示，所述电调能馈吸收利用方法包括以下步骤：
（510）所述备用可充电电池30的电压被实时监控；
（520）判断所述备用可充电电池30的电压是否在预设范围内；
（530）所述备用可充电电池30的电压高于预设范围时，所述DC/DC放电电路16给所述备用可充电电池30放电；以及
（540）所述备用可充电电池30的电压低于预设范围时，所述DC/DC充电电路60给所述备用可充电电池30充电。
如图6所示，所述电调能馈吸收利用方法包括以下步骤：
（610）所述电压采样电路11和所述电压比较电路12通过对系统电压的采样判断是否发生能馈；
（620）所述电压比较电路12判断系统电压是否超过了安全阈值范围；
（631）当检测到系统电压大于或者等于高压阈值时，所述驱动电路13向所述开关电路15发出驱动信号；
（632）所述开关电路15闭合；
（633）所述DC/DC充电电路60给所述备用可充电电池30充电；
（634）实时监控充电电流；以及
（635）当充电电流超出预设的限流值时，所述限流单元14对充电电流执行调整。
所述电调能馈吸收利用方法还包括以下步骤：
（641）当系统电压小于等于所述低压阈值时，所述驱动电路13的驱动信号被禁止；以及
（642）所述开关电路15被断开。
图4至图6的所述电调能馈吸收利用方法能够通过图2所示的实施例中的所述用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路所实施。本领域的技术人员可以理解的是，图4至图6的所述电调能馈吸收利用方法还能够被其他结构的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路所实施，图2所示的实施例中的仅仅为举例，本发明在这一方面并不受此限制。
如图7所示，所述电调能馈吸收利用方法包括以下步骤：
（700）所述电调能馈吸收利用电路10A的所述电流传感器70A检测反向电流；
（710）根据反向电流的大小判断能馈的大小；
（720）所述电流采样电路17A对系统电流的大小进行采样；以及
（730）设置所述电流比较电路18A的动作值。
所述电调能馈吸收利用方法还包括以下步骤：
（741）当反向电流大于设置的动作值时，所述驱动电路13A发出驱动信号至所述开关电路15A；以及
（742）所述开关电路15A接收驱动信号，并给所述备用可充电电池30A充电。
所述电调能馈吸收利用方法还包括以下步骤：
（750）当反向电流被检测为0时，所述驱动电路13A被禁止驱动。
图7的所述电调能馈吸收利用方法能够通过图3所示的实施例中的所述用于无人机的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路所实施。本领域的技术人员可以理解的是，图7的所述电调能馈吸收利用方法还能够被其他结构的燃料电池供电系统及其电调能馈吸收利用电路所实施，图3所示的实施例中的仅仅为举例，本发明在这一方面并不受此限制。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (26)

1.一种用于无人机的燃料电池供电系统，其特征在于，包括:
至少一燃料电池电堆；
一电调能馈吸收利用电路；和
一备用可充电电池，其中所述电调能馈吸收利用电路的输入端被电连接于所述燃料电池电堆的输出端，所述电调能馈吸收利用电路的输出端电连接于所述备用可充电电池，所述电调能馈吸收利用电路用于电连接一电调，监控所述电调能馈，并且将所述电调能馈吸收存储至所述备用可充电电池，从而降低系统电压至安全范围，其中所述电调能馈吸收利用电路包括至少一电压采样电路、至少一电压比较电路、至少一驱动电路、至少一限流单元以及至少一开关电路，其中所述电压采样电路被连接于所述供电系统的系统电压输出端，对系统电压的大小进行采样；所述电压比较电路被连接于所述电压采样电路，所述电压比较电路判断系统电压是否超过预设电压；其中当所述电压比较电路反馈系统电压超过预设电压，所述驱动电路发出驱动信号至所述开关电路，所述开关电路闭合，系统电源端通过所述限流单元和所述开关电路给所述备用可充电电池充电，从而吸收电调能馈，将系统电压降低至安全范围。
2.如权利要求1所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其中还包括至少一DC/DC充电电路，所述DC/DC充电电路被电连接于所述备用可充电电池，并且为所述备用可充电电池进行充电。
3.如权利要求1所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其中当系统电压被降低至安全范围内后，所述驱动电路的驱动信号被禁止，所述开关电路被关断，充电动作停止，从而电调能馈被存储在所述备用可充电电池。
4.如权利要求1、2或3所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其中所述备用可充电电池为锂电池。
5.如权利要求1、2或3任一所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其中所述供电系统包括至少防反模块，以使得电流按预定方向流动，所述防反模块包括一个或多个并联的MOS管组和一智能二极管控制器，所述智能二极管控制器控制MOS管组的工作。
6.如权利要求1所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其中当系统电压被检测到大于或者等于至少一高压阈值时，所述驱动电路发出驱动信号至所述开关电路，所述开关电路闭合，所述备用可充电电池被充电，充电电流的大小通过所述限流单元进行调整。
7.如权利要求3所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其中系统电压被检测到小于或者等于至少一低压阈值时，所述驱动电路的驱动信号被禁止，所述开关电路断开，所述备用可充电电池被停止充电。
8.如权利要求1所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其中所述电调能馈吸收利用电路包括至少一DC/DC放电电路，所述DC/DC放电电路被连接于所述开关电路，所述DC/DC放电电路对所述备用可充电电池进行放电。
9.如权利要求8所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其中所述DC/DC放电电路为Boost升压电路或者Buck-boost升压电路。
10.如权利要求5所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其中还包括至少一DC/DC充电电路，所述DC/DC充电电路被电连接于所述备用可充电电池，并且为所述备用可充电电池进行充电。
11.一种用于无人机的燃料电池供电系统，其特征在于，包括:
至少一电流传感器，所述电流传感器被设置于燃料电池供电系统的电压输出端以检测燃料电池供电系统的电流；
至少一燃料电池电堆；
一电调能馈吸收利用电路，其包括至少一DC/DC放电电路；和
一备用可充电电池，其中所述电调能馈吸收利用电路的输入端被电连接于所述燃料电池电堆的输出端，所述电调能馈吸收利用电路的输出端电连接于所述备用可充电电池，所述电调能馈吸收利用电路用于电连接一电调，监控所述电调能馈，并且将所述电调能馈吸收存储至所述备用可充电电池，从而降低系统电压至安全范围，其中所述电调能馈吸收利用电路包括至少一电流采样电路、至少一电流比较电路、至少一驱动电路、至少一限流单元以及至少一开关电路，其中所述电流采样电路被连接于所述电流传感器，对流经的系统电流进行采样；所述电流比较电路被连接于所述电流采样电路以判断系统电流是否超过至少一预先设定的动作值；所述限流单元被连接于所述DC/DC放电电路以及所述开关电路，其中当系统电流被判断为超过预先设定的所述动作值时，所述驱动电路发出驱动信号至所述开关电路，所述开关电路被接通，所述备用可充电电池被充电。
12.如权利要求11所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其中当所述电流采样电路以及所述电流比较电路检测到反向电流为零时，所述驱动电路的驱动信号被禁止，所述开关电路被断开，所述备用可充电电池被停止充电。
13.如权利要求11所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其中所述DC/DC放电电路被连接于所述开关电路，所述DC/DC放电电路对所述备用可充电电池进行放电。
14.如权利要求11所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其中进一步包括至少一DC/DC充电电路，所述DC/DC充电电路被电连接于所述备用可充电电池，并且为所述备用可充电电池进行充电。
15.如权利要求11至14中任一所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其中所述备用可充电电池为锂电池。
16.如权利要求11至14任一所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其中所述供电系统包括至少防反模块，以使得电流按预定方向流动，所述防反模块包括一个或多个并联的MOS管组和一智能二极管控制器，所述智能二极管控制器控制MOS管组的工作。
17.一种用于无人机的电调能馈吸收利用方法，其中该无人机具有如权利要求1-16任一所述的用于无人机的燃料电池供电系统，其特征在于，包括以下步骤：
(A)至少一电调能馈吸收利用电路的至少一电压采样电路对系统电压的大小进行采样；
(B)通过至少一电压比较电路判断系统电压是否超过了至少一预设电压；
(C)至少一驱动电路发出至少一驱动信号至至少一开关电路；
(D)所述开关电路闭合；
(E)系统电源端通过至少一限流单元和所述开关电路给至少一备用可充电电池充电；以及
(F)系统电压被降低至安全范围。
18.如权利要求17所述的用于无人机的电调能馈吸收利用方法，其中进一步包括以下步骤：所述驱动电路的驱动信号被禁止；
所述开关电路被关断，充电动作停止；以及
电调能馈被存储在所述备用可充电电池中。
19.如权利要求18所述的用于无人机的电调能馈吸收利用方法，其中进一步包括以下步骤：实时监控所述备用可充电电池的电压，判断所述备用可充电电池的电压是否在至少一预设范围内。
20.如权利要求19所述的用于无人机的电调能馈吸收利用方法，其中进一步包括以下步骤：
所述备用可充电电池的电压高于预设范围时，至少一DC/DC放电电路给所述备用可充电电池放电。
21.如权利要求19所述的用于无人机的电调能馈吸收利用方法，其中进一步包括以下步骤：所述备用可充电电池的电压低于预设范围时，至少一DC/DC充电电路给所述备用可充电电池充电。
22.如权利要求17所述的用于无人机的电调能馈吸收利用方法，其中进一步包括以下步骤：所述电压采样电路和所述电压比较电路通过对系统电压的采样判断是否发生能馈。
23.如权利要求17所述的用于无人机的电调能馈吸收利用方法，其中进一步包括以下步骤：所述电压比较电路判断系统电压是否超过了安全阈值范围。
24.如权利要求23所述的用于无人机的电调能馈吸收利用方法，其中进一步包括以下步骤：当检测到系统电压大于或者等于至少一高压阈值时，所述驱动电路向所述开关电路发出驱动信号；
所述开关电路闭合；以及
至少一DC/DC充电电路给所述备用可充电电池充电。
25.如权利要求24所述的用于无人机的电调能馈吸收利用方法，其中进一步包括以下步骤：实时监控充电电流；以及
当充电电流超出预设的至少一限流值时，至少一限流单元对充电电流执行调整。
26.如权利要求23所述的用于无人机的电调能馈吸收利用方法，其中进一步包括以下步骤：
当系统电压小于等于至少一低压阈值时，所述驱动电路的驱动信号被禁止；以及
所述开关电路被断开。
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