CN110789397A - 一种氢燃料电池无人机的动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池无人机的动力系统，包括：充电模块、供电模块和控制模块；所述控制模块包括数据收集模块和管理模块，无人机起飞时数据收集模块对参数进行收集并向管理模块进行反馈，通过管理模块对充电模块和供电模块进行合理的配置。本发明能够合理的分配氢燃料电池和锂电池的能量，增强氢燃料电池无人机的续航时间。

Description

一种氢燃料电池无人机的动力系统
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其是一种氢燃料电池无人机的动力系统。
背景技术
随着无人机行业的发展，无人机作为工具被越来越广泛的使用在很多领域。现如今无人机已经在农业、军事、工业等方面起到了重要的作用。但目前以锂电池为供电能源的无人机的续航时间过短，这一缺陷极大地限制了其应用。因此我们使用氢能作为无人机的主要能量源来延长续航时间。利用氢能作为无人机动力来源，可大幅提升其续航能力和起飞能力，颠覆无人机的应用场景和使用策略，具有极高的潜在军用价值和民用价值。但由于氢燃料电池特性较软，我们需要以锂电池作为辅助电源。因此我们需要对锂电池和氢燃料电池进行能量的管理和分配，使得能量得到合理的应用。虽然氢燃料电池的动力系统已得到很多关注，但可以直接作用于无人机上的还较少涉及。中国专利(申请号为CN201910386443.1)公开了一种氢燃料电池的动力系统，但不能被直接使用于无人机上。还有中国专利(申请号为CN201710106738.X)公开了一种氢燃料电池飞行器的动力系统，但并未设置充电模块。在无人机飞行时若锂电池电量不足，而氢燃料电池还有多余电量时，充电模块可以使能量得到更合理的分配。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种氢燃料电池无人机的动力系统，能够合理的分配氢燃料电池和锂电池的能量，增强氢燃料电池无人机的续航时间。
为解决上述技术问题，本发明提供一种氢燃料电池无人机的动力系统，包括：充电模块、供电模块和控制模块；所控制模块包括数据收集模块和管理模块，无人机起飞时数据收集模块对参数进行收集并向管理模块进行反馈，通过管理模块对充电模块和供电模块进行合理的配置。
优选的，数据收集模块对氢燃料电池和锂电池的电压和pwm值进行监测和收集，并将数据向管理模块进行传输；管理模块对收集到的数据进行判定，当氢燃料电池电压较高时，若pwm变化范围较小且值在设定范围内只有氢燃料电池供电，若此时锂电池电压较低，氢燃料电池为锂电池充电模块工作；若pwm变化范围或值超过设定时，因为氢燃料电池特性较软，当起飞、降落或遇到湍流等情况时需要锂电池补充一部分功率，因此锂电池和氢燃料电池供电电路同时工作；当氢燃料电池电压较低时，锂电池供电电路工作。pwm值反映了无人机的状态，遥控油门从0％～100％分别对应输出高电平时间0～2.5s，确定无人机悬停时油门百分比可得到对应的输出高电平时长，当时长较高或变化较大时，可通过控制模块的管理模块控制氢燃料电池的输出电压来应对无人机所需功率突变的情况，有效延长氢燃料电池的使用寿命。
优选的，管理模块设置有可控开关，可控开关通过开发板输出高电平或低电平控制接触器的通断来控制充电电路，当根据数据收集模块收集的数据判定充电电路接通时，开发板控制引脚输出3.3v高电平时接触器联通；反之输出0v低电平接触器断开。
优选的，管理模块设置有可控的分压装置，通过分压装置控制氢燃料电池向无人机输出的电压，控制无人机的能量来源。
优选的，分压装置使用电阻和数字电位器，数据收集模块监测到pwm值确定无人机的状态，之后开发板输出引脚向数字电位器发送脉冲，通过发送脉冲个数来确定数字电位器的阻值，当数字电位器上分压使得氢燃料电池向无人机提供电压小于锂电池时，无人机主要从锂电池取电。
优选的，供电模块为氢燃料电池和锂电池并联供电，在电池与负载之间设置有二极管保护。
优选的，充电模块为氢燃料电池通过充电装置对锂电池进行平衡充电。
本发明的有益效果为：本发明可以通过控制模块的数据收集模块实时监测锂电池和氢燃料电池的状态。而控制模块的管理模块则可控制充电模块和供电模块的输出情况，能够更加合理的分配氢燃料电池和锂电池的能量，延长氢燃料电池的使用寿命，有效增长氢燃料电池无人机的续航时间。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为本发明的分压装置示意图。
图3为本发明的充电装置示意图。
图4为本发明的充放电过程示意图。
具体实施方式
如图1和图4所示，一种氢燃料电池无人机的动力系统，包括：控制模块、充电模块和供电模块，控制模块分为数据收集模块和管理模块。数据收集模块核心为开发板；数据收集模块使用双路ADC进行数据的监测和收集，并反馈至开发板的引脚。管理模块收集到的数据进行判定。当氢燃料电池电压较高时：若pwm变化范围较小且值在设定范围内只有氢燃料电池供电，若此时锂电池电压较低，氢燃料电池为锂电池充电模块打开；若pwm变化范围或值超过设定时，因为氢燃料电池特性较软，需要锂电池补充一部分功率，因此锂电池和氢燃料电池供电电路同时通路。当氢燃料电池电压较低时：锂电池供电电路通路。管理模块通过开发板的引脚输出以及分压装置和可控开关分别对供电模块和充电模块进行控制。供电模块主要为氢燃料电池和锂电池并联供电，电源与负载之间有二极管保护。
如图2所示，管理模块设置分压装置，作为优选方案分压装置可以使用电阻和数字电位器。
如图3所示，分压装置设置在氢燃料电池和负载之间来控制氢燃料电池向负载的输出电压，以此控制负载向锂电池和氢燃料电池所取的功率。充电模块为氢燃料电池通过充电装置向锂电池平衡充电的模块。充电装置作为优选方案使用转5v的降压电路板和TP4056电源管理器。管理模块设置可控开关，通过数据的判定，控制开关的通断，以此控制氢燃料电池向锂电池充电电路的通断。

Claims (7)

1.一种氢燃料电池无人机的动力系统，其特征在于，包括：充电模块、供电模块和控制模块；所述控制模块包括数据收集模块和管理模块，无人机起飞时数据收集模块对参数进行收集并向管理模块进行反馈，通过管理模块对充电模块和供电模块进行合理的配置。
2.如权利要求1所述的氢燃料电池无人机的动力系统，其特征在于，数据收集模块对氢燃料电池和锂电池的电压和pwm值进行监测和收集，并将数据向管理模块进行传输；管理模块对收集到的数据进行判定，当氢燃料电池电压较高时，若pwm变化范围较小且值在设定范围内只有氢燃料电池供电，若此时锂电池电压较低，氢燃料电池为锂电池充电模块工作；若pwm变化范围或值超过设定时，因为氢燃料电池特性较软，需要锂电池补充一部分功率，因此锂电池和氢燃料电池供电电路同时工作；当氢燃料电池电压较低时，锂电池供电电路工作。
3.如权利要求1所述的氢燃料电池无人机的动力系统，其特征在于，管理模块设置有可控开关，可控开关通过开发板输出高电平或低电平控制接触器的通断来控制充电电路，当根据数据收集模块收集的数据判定充电电路接通时，开发板控制引脚输出3.3v高电平时接触器联通；反之输出0v低电平接触器断开。
4.如权利要求1所述的氢燃料电池无人机的动力系统，其特征在于，管理模块设置有可控的分压装置，通过分压装置控制氢燃料电池向无人机输出的电压，控制无人机的能量来源。
5.如权利要求4所述的氢燃料电池无人机的动力系统，其特征在于，分压装置使用电阻和数字电位器，数据收集模块监测到pwm值确定无人机的状态，之后开发板输出引脚向数字电位器发送脉冲，通过发送脉冲个数来确定数字电位器的阻值，当数字电位器上分压使得氢燃料电池向无人机提供电压小于锂电池时，无人机从锂电池取电。
6.如权利要求1所述的氢燃料电池无人机的动力系统，其特征在于，供电模块为氢燃料电池和锂电池并联供电，在电池与负载之间设置有二极管保护。
7.如权利要求1所述的氢燃料电池无人机的动力系统，其特征在于，充电模块为氢燃料电池通过充电装置对锂电池进行平衡充电。
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