CN113036894B - 一种太阳能无人机电气系统架构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能无人机电气系统架构，包括电池组、太阳能电池、52V设备汇流条管理装置、52V动力汇流条管理装置、直流变换装置、28V设备汇流条管理装置；电池组包括动力电池组、设备电池组；52V设备汇流条管理装置采集设备电池组状态信息，控制直流变换装置的输入；52V动力汇流条管理装置采集动力电池组状态信息，控制电动机供电；动力电池组、设备电池组、太阳能电池为直流变换装置冗余供电；28V汇流条管理装置采集用电设备信息，控制并联连接在28V汇流条设备母线上的继电器通断，实现用电设备供配电控制。本发明提高供电可靠性、安全性，同时降低电气检查难度，达到可靠性与复杂度的平衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能无人机电气系统架构，属于无人机技术领域。
背景技术
电气系统是无人机的重要系统之一，具有为动力系统、飞行控制系统、电气系统、测控系统等供配电等功能，负责全机的供配电。太阳能无人机飞行时间较一般飞机长，具有航时长等特点，对电气系统供配电可靠性提出了更高的要求。
现有技术由于重量和成本问题，配电系统的冗余度少，造成可靠性、安全性差，无法满足太阳能无人机的需求。另外当电源系统发生故障和问题时，一般难以具体定位，通常拆卸下来，回厂家进行检查，检查难度大，不能快速的发现解决问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种太阳能无人机电气系统架构，实现机上用电设备的冗余供电，提高供电可靠性、安全性，同时降低飞行中及架次间电气检查难度，达到可靠性与复杂度的平衡。
本发明的技术解决方案：
包括电池组、太阳能电池、52V设备汇流条管理装置、52V动力汇流条管理装置、直流变换装置、28V设备汇流条管理装置；
电池组包括动力电池组、设备电池组、太阳能电池，太阳能电池与设备电池并联供电，通过继电器连接到52V设备汇流条设备母线上；太阳能电池与动力电池组并联供电，通过继电器连接到52V动力汇流条设备母线上；太阳能电池给动力电池组、设备电池组充电；
所述52V设备汇流条管理装置对设备电池组进行状态信息采集，对连接在52V设备汇流条母线上的继电器进行控制，对直流变换装置的输入进行控制；
所述52V动力汇流条管理装置对动力电池组的电压及电流进行状态信息采集，对连接在52V动力汇流条母线上的继电器进行控制，对电动机进行供电；当设备电池组出现故障时，直流变换装置的输入转换为动力电池组；
所述直流变换装置实现机上52V到28V间的电源转换；
所述28V汇流条管理装置采集用电设备信息采集，控制并联连接在28V汇流条设备母线上的继电器通断，实现用电设备供配电控制。
本发明与现有技术相比的有益效果：
本发明电气系统架构提高了电网供电的生命力，当某个用电设备发生短路故障时可以保障电源的安全性，单个电源故障时其余电源仍能保持正常供电，进而提高供电可靠性，同时各汇流条管理装置设置了信息采集功能，便于试验中监测、检查电气系统状态。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中太阳能无人机电气系统架构示意图；
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
参见图1，本实施例主要由电池组、太阳能电池、52V设备汇流条管理装置、52V动力汇流条管理装置、直流变换装置、28V设备汇流条管理装置组成。
一、电池
电池包括电池组和太阳能电池，其中电池组包括动力电池组、设备电池组，太阳能电池与电池组共同为全机上用电设备提供电能源。
其中，动力电池组主要为大功率用电设备电动机提供电能；设备电池组主要为其它用电设备提供电能。
动力电池组、设备电池组由多组电池组成，通过继电器分别连接到接在52V动力汇流条动力母线、52V设备汇流条设备母线上。
太阳能电池分别与设备电池组、动力电池组并联供电，提高供电可靠性。太阳能电池将光能转换为电能，输出与电池组电压相同电压。太阳能电池在有光照条件下，由太阳能电池及电池组共同提供电能，同时太阳能电池为电池组充电，补充夜晚电池组消耗的电能，电池组数量满足光照最微弱条件下机上设备的长时间工作，进而保证在电池重量可承受条件下实现长航时飞行。
二、52V设备汇流条管理装置
52V设备汇流条管理装置对设备电池组进行电压、电流等状态信息采集，对连接在52V设备汇流条母线上的继电器进行控制，实现对直流变换装置的输入控制和信息采集，完成直流变换装置电源输入冗余管理、短路保护、信息采集。实现单电源故障时电源输出控制，保障设备正常供电。
设备电池的电压、电流等信息除供自身判断，且反馈给飞行控制装置，辅助飞行控制系统进行全机电气状态判断，同时根据状态信息实现白天、夜晚交替时太阳能电源的开关控制、直流变换装置输入控制，减少夜间太阳能电池自身能源消耗。
设备电池组为直流变换装置提供电能输入，设备电池组满足直流变换装置功率输入要求。
三、52V动力汇流条管理装置
52V动力汇流条管理装置对动力电池组的电压及电流进行状态信息采集，对连接在52V动力汇流条母线上的继电器进行控制，实现电动机电源输入冗余管理，实现大功率设备电动机可靠供电。
多个动力电池组并联提供电源并实现冗余供电。实时监测电池组电压、电流等信息，当单个电池组出现故障，通过控制继电器通断，使其从汇流条上断开，其余电池组仍可保证电动机正常工作，实现故障隔离、供电转换。并将采集信息反馈给飞行控制装置，供其进行全机电气状态判断，根据相应状态发出对应指令。52V动力汇流条与52V设备汇流条在一般情况下为隔离状态。
另太阳能电池并联在52V动力汇流条上，进一步保障供电可靠性，同时可以根据太阳能电池输出功率控制其通断，降低太阳能自身工作带来的电量损耗。
同时当设备电池组出现故障时，飞行控制装置控制继电器通断将电源输入切换到动力电池组，为直流变换装置提供电能，保障机上设备正常供电。
三、直流变换装置
由于28V用电设备中包含多个关键、重要设备，故对直流变换装置直流变换装置输入进行了冗余设计。直流变换装置实现机上52V到28V间的电源转换，为机上除动力系统外用电设备供电。直流变换装置输入来自52V设备流条与52V动力汇流条，由52V设备汇流条管理装置和52V动力汇流条管理装置共同控制供电。正常状态下直流变换装置由设备电池组独立供电，为主电源，电动机由动力电池组供电，减小电动机工作时对28V用电设备的影响，实现工作状态下28V用电设备电源与大功率用电设备电动机的隔离，同时在用电设备短路故障时实现隔离故障。在52V设备汇流条出现故障时切换到52V动力汇流条为直流变换装置供电。
直流变换装置由多个模块组成，当其中一个模块出现异常时仍可以保障28V用电设备供电。
四、28V汇流条管理装置
28V汇流条管理装置包含控制采集模块、执行模块，采集模块实时采集用电设备电压、电流等信息采集，为短路保护提供判据，为飞行控制系统提供自身状态，便于故障后的定位及检测维修。执行模块接受控制采集模块信号，控制并联连接在28V汇流条设备母线上的继电器通断，实现用电设备供配电控制。
正常状态下，保障用电设备正常供电。当用电设备存在短路风险可能影响电源时，根据采集到的电压电流等异常信息控制继电器动作实现短路保护，提高供电可靠性。实现机上28V用电设备的供配电控制、状态采集、短路保护。
机上关键设备一般进行冗余设计，当关键设备某个冗余模块发生故障时，28V设备汇流条管理装置通过电压、电流信息控制继电器通断控制关键用电设备供电来达到隔离故障的目的，降低对电源的影响，保障其它设备的正常用电。机上一般设备不影响无人机飞行安全，当一般设备存在短路故障时，28V设备汇流条管理装置通过电压、电流信息控制继电器通断控制用电设备供电来达到隔离故障的目的，将其从供电网络中剔除，防止影响电源安全，当飞机返回地面时更换故障模块即可。同时28V设备汇流条管理装置将采集信息反馈给飞行控制装置，供其进行全机电气状态判断。
本发明的实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
Claims (3)
1.一种太阳能无人机电气系统架构，其特征在于包括电池组、太阳能电池、52V设备汇流条管理装置、52V动力汇流条管理装置、直流变换装置、28V设备汇流条管理装置；
电池组包括动力电池组、设备电池组、太阳能电池，太阳能电池与设备电池并联供电，通过继电器连接到52V设备汇流条设备母线上；太阳能电池与动力电池组并联供电，通过继电器连接到52V动力汇流条设备母线上；太阳能电池给动力电池组、设备电池组充电；
所述52V设备汇流条管理装置对设备电池组进行状态信息采集，对连接在52V设备汇流条母线上的继电器进行控制，对直流变换装置的输入进行控制；
所述52V动力汇流条管理装置对动力电池组的电压及电流进行状态信息采集，对连接在52V动力汇流条母线上的继电器进行控制，对电动机进行供电；当设备电池组出现故障时，直流变换装置的输入转换为动力电池组；
所述直流变换装置实现机上52V到28V间的电源转换；
所述28V设备汇流条管理装置采集用电设备信息采集，控制并联连接在28V汇流条设备母线上的继电器通断，实现用电设备供配电控制。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能无人机电气系统架构，其特征在于所述设备电池组、动力电池组、用电设备采集的信息包括电压、电流。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能无人机电气系统架构，其特征在于所述设备电池组、动力电池组、用电设备的信息反馈给飞行控制装置。
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