CN114400730A - 一种系留多旋翼无人机备用电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种系留多旋翼无人机备用电源系统，备用电源装置采用串联超级电容组作为储能器件，有效地解决系留多旋翼无人机后备电源的低温环境适应性问题，拓宽其应用场景，以便多旋翼无人机备电自降过程出现异常情况下遥控器介入操控，确保平台和载荷的安全；主控单元实时监控串联超级电容组的运行状态，并通过均衡单元对超级电容器进行电压均衡，有效地解决串联超级电容器组内各超级电容器的电压均衡问题，避免因个体差异影响备用电源的性能和使用寿命，降低维护成本。

Description

一种系留多旋翼无人机备用电源系统
技术领域
本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种系留多旋翼无人机备用电源系统。
背景技术
系留多旋翼无人机是将多旋翼无人机和系留综合缆绳组合起来的一种新型无人机系统。其与普通多旋翼无人机的本质区别是供电方式由机载锂电池供电变为了地面电源直接供电，飞行过程中，供电设备通过导线为无人机传输电能，从而使无人机不受电能限制而长时间停留在空中；因其解决了普通多旋翼无人机的续航难题，系留多旋翼无人机被认为是未来无人机发展的一大趋势。
系留多旋翼无人机系统要求在外部供电电源中断后具有一定时间的通信控制能力，以便多旋翼无人机备电自降和异常情况遥控器操控，确保平台和载荷的安全。目前，常规备用电源多采用能量密度大的锂电池作为储能器件，由于系留多旋翼无人机系统温度环境使用要求-40～55℃，锂电池备用电源需采用加热处理解决低温充放电问题，这增加系统的复杂度和维护成本。
然而超级电容器自身单体电压较低，在系留多旋翼无人机系统中需要串联使用，同时由于材料、制造水平等因素的制约，超级电容器单体间等效容值、等效串联电阻值等参数存在明显的不一致性，直接应用在系留多旋翼无人机系统会导致超级电容器组性能因木桶效应受特性最差单体制约，还会随时间和循环次数不断增大，影响超级电容器模块输出特性和寿命，甚至引发故障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是系留多旋翼无人机系统的常规锂电池备用电源难以满足系统的使用温度环境，在加热处理解决低温充放电问题时，增加系统的复杂度和维护成本，本发明目的在于提供一种系留多旋翼无人机备用电源系统，解决上述技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：
本方案提供一种系留多旋翼无人机备用电源系统，包括：充电单元、主控单元、电源模块、均衡单元、放电单元和串联超级电容组；
所述电源模块通过充电单元向串联超级电容组充电，串联超级电容组通过放电单元向系留多旋翼无人机放电；所述均衡单元对串联超级电容组进行电压均衡；
所述主控单元实时监控串联超级电容组的运行状态并依据监控结果控制充电单元、放电单元和均衡单元。
本方案工作原理：系留多旋翼无人机系统的常规锂电池备用电源难以满足系统的使用温度环境，在加热处理解决低温充放电问题时，增加系统的复杂度和维护成本，本方案中备用电源装置采用串联超级电容组作为储能器件，有效地解决系留多旋翼无人机后备电源的低温环境适应性问题，拓宽其应用场景，以便多旋翼无人机备电自降过程出现异常情况下遥控器介入操控，确保平台和载荷的安全；主控单元实时监控串联超级电容组的运行状态，并通过均衡单元对超级电容器进行电压均衡，有效地解决串联超级电容器组内各超级电容器的电压均衡问题，避免因个体差异影响备用电源的性能和使用寿命，降低维护成本。
进一步优化方案为，所述串联超级电容组由至少5个超级电容器单体串联构成。超级电容器作为新型储能器件，具有功率密度高、充放电速度快(大于90％)、循环寿命长(百万次以上)、工作温度范围宽(－40～70℃)等优点，超级电容器自身单体电压较低，在系留多旋翼无人机系统中需要串联使用；串联超级电容器组由相同的超级电容器串联构成，作为备用电源装置的储能器件，在系留多旋翼无人机系统外部供电断开时，提供一定时间的供电能力。
进一步优化方案为，所述超级电容器单体结构为：超级电容器CAP的第一负极端、第二负极端、第三负极端和第四负极端连接芯片IMP809SEUR的GND端；电阻R1一端连接芯片IMP809SEUR的VCC端，电阻R1另一端连接场效应管Q的漏极；电阻R2和电阻R3分别并联在电阻R1两侧；第一场效应管K的源极连接芯片IMP809SEUR的GND端，第一场效应管K的栅极连接芯片IMP809SEUR的RESET端；
超级电容器CAP的正极和芯片IMP809SEUR的VCC端均连接至下一超级电容器单体结构中超级电容器CAP的任意负极端。
进一步优化方案为，所述均衡单元包括超级电容管理芯片和外围均衡电路，每个超级电容器单体结构匹配一个外围均衡电路；
所述外围均衡电路包括：电阻R4一端连接第二场效应管Q的源极，另一端连接第二场效应管Q的栅极；电容C1一端连接第二场效应管Q的源极，另一端接地；电阻R5一端连接第二场效应管Q的漏极，另一端接地或连接上一超级电容器单体结构匹配的外围均衡电路；第二场效应管Q的源极连接超级电容管理芯片。电阻R6一端连接第二场效应管Q的栅极，另一端串联电阻R7后接地，从电阻R6和电阻R7之间引出一条线连接超级电容管理芯片。
由于超级电容器自身单体电压较低，在系留多旋翼无人机系统中需要串联使用，同时由于材料、制造水平等因素的制约，超级电容器单体间等效容值、等效串联电阻值等参数存在明显的不一致性，导致超级电容器组性能因木桶效应受特性最差单体制约，还会随时间和循环次数不断增大，影响超级电容器模块输出特性和寿命，甚至引发系统故障；因此，为提升超级电容器组储能模块的性能和可靠性，超级电容器单体电压均衡是系统中必不可少的一部分。
进一步优化方案为，所述超级电容管理芯片用于监测串联超级电容组的运行状态信息并通过I2C总线方式上报给主控单元，所述串联超级电容组的运行状态信息包括串联超级电容组的电流、串联超级电容组的电压和串联超级电容组的温度信息。
主控单元通过I2C总线与超级电容管理芯片通信，实时获取超级电容器组的电压、电流和温度数据；主控单元通过CAN总线接口将超级电容器组的状态信息反馈给系留多旋翼无人机系统。
主控单元根据超级电容单体电压状态触发均衡机制，有效地控制了超级电容单体的电压一致性。
进一步优化方案为，所述放电单元包括电源管理芯片TPS54320及其外围电路构成；
所述外围电路包括：电阻R8一端接地，另一端连接芯片TPS54320的RT引脚，芯片TPS54320的VIN引脚、PVIN1引脚和PVIN2引脚连接在一起后与电阻R9连接，电阻R9另一端连接芯片TPS54320的EN引脚；电阻R10一端连接芯片TPS54320的EN引脚，另一端接地；电容C2一端接地，另一端连接芯片TPS54320的PVIN2引脚；电容C3并联在电容C2两端；
芯片TPS54320的GND1引脚、GND2引脚和ETPad引脚均接地；
电容C4一端连接芯片TPS54320的BOOT引脚，另一端连接电感L后连接至电源VDD，电容C7一端连接电源VDD，另一端接地；电容C8并联在电容C7两侧；芯片TPS54320的PH1引脚和PH2引脚连接在一起后接至电容C4和电感L之间，电容C9一端连接电源VDD，另一端连接芯片TPS54320的VSENSE引脚，电阻R12并联在电容C9两侧；电阻R13一端连接芯片TPS54320的VSENSE引脚，另一端接地；
电容C5一端连接芯片TPS54320的SS引脚，另一端接地；电容C6一端连接芯片TPS54320的COMP引脚，另一端接地；电阻一端连接芯片TPS54320的COMP引脚，另一端串联电容C10后接地。
进一步优化方案为，所述电源模块由VRB4824LD-50WR3组成，实现隔离输入电源和电源转换。
进一步优化方案为，所述充电单元的电路包括：
电阻R12一端连接至第一电源VDD1，另一端串联电容C11后接地；二极管D1的正极连接第一电源VDD1，负极连接第三场效应管M1的栅极，充电芯片BQ24640的VCC引脚串联电容C14后接地；电容C16一端连接第三场效应管M1的栅极，一端接地，电容C17并联在电容C16两侧；电容R20一端连接充电芯片BQ24640的VCC引脚，另一端连接二极管D1的负极；
充电芯片BQ24640的VREF引脚与CE引脚短接；电容C12一端连接充电芯片BQ24640的VREF引脚，另一端接地；电阻R16一端连接充电芯片BQ24640的VREF引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的ISET引脚；电阻R17一端连接充电芯片BQ24640的ISET引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的GND引脚，充电芯片BQ24640的GND引脚接地；电容C13一端连接充电芯片BQ24640的TS引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的TPAD引脚；充电芯片BQ24640的TPAD引脚与GND引脚短接；电阻R13一端连接充电芯片BQ24640的VREF引脚，另一端串联电阻R14后连接充电芯片BQ24640的GND引脚；电阻R15一端连接充电芯片BQ24640的TS引脚，另一端连接至电阻R13和电阻R14之间；热敏电阻RT并联在电阻R14两侧；
电阻R18一端连接充电芯片BQ24640的STAT引脚，另一端连接发光二极管D4的负极，发光二极管D4的正极连接第二电源VDD2，电阻R19一端连接充电芯片BQ24640的
Figure BDA0003409985310000041
引脚，另一端连接发光二极管D5的负极，发光二极管D5的正极连接第二电源VDD2；
充电芯片BQ24640的HIDRV引脚连接第三场效应管M1的源极，电感L2一端连接第三场效应管M1的漏极，另一端连接至充电芯片BQ24640的SRN引脚；电阻R21一端连接至充电芯片BQ24640的SRP引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的SRN引脚，电容C19并联在电阻R21两侧；
第三场效应管M1的漏极连接充电芯片BQ24640的PH引脚；电容C15一端连接充电芯片BQ24640的BTST引脚，另一端连接第三场效应管M1的源极；
第四场效应管M2的栅极连接充电芯片BQ24640的LODRV引脚，第四场效应管M2的漏极连接第三场效应管M1的源极；第四场效应管M2的源极接地，二极管D2正极和二极管D3正极连接至充电芯片BQ24640的RENG引脚，二极管D2负极和二极管D3负极连接充电芯片BQ24640的BTST引脚；电容C19一端连接二极管D2正极，另一端连接第四场效应管M2的源极；电容C18一端连接第四场效应管M2的源极，另一端连接至充电芯片BQ24640的SRP引脚。
进一步优化方案为，所述充电单元的电路还包括：
电容C20一端连接充电芯片BQ24640的SRN引脚，另一端接地；电容C21并联在电容C20两侧；电阻R22一端连接充电芯片BQ24640的SRN引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的VFB引脚；电容C22并联在电阻R22两侧；
第三电源VDD3连接至充电芯片BQ24640的SRN引脚；电阻R24一端连接充电芯片BQ24640的SRN引脚，另一端接地；
电阻R23一端连接充电芯片BQ24640的VFB引脚，另一端连接第五场效应管M3的漏极，第五场效应管M3的源极接地，第五场效应管M3的栅极连接均衡单元；电阻R25一端连接充电芯片BQ24640的VFB引脚，另一端连接第六场效应管M4的漏极，第六场效应管M4的源极接地，第六场效应管M4的栅极连接均衡单元。
充电单元由DC-DC电源转换芯片及其外围电路构成，为超级电容提供恒流恒压充电，
系留多旋翼无人机备用电源系统的充电和放电单元集成隔离电路，有效地避免外部电源供电时超级电容放电和外部电源断电时后备电源内部电路耗电，极大提升了超级电容储能的利用率，降低成本，并节省空间。
主控单元由单片机C8051F500及其外围电路组成，通过I2C总线读取超级电容管理芯片的寄存器数据，根据状态控制充电MOS管开关为超级电容器充电，并把状态信息通过CAN总线反馈给上位机，在不增加外部接口的情况下，CAN总线接口易于备用电源装置的扩展。
进一步优化方案为，还包括上位机，所述主控单元包括单片机C8051F500，单片机C8051F500将串联超级电容组的运行状态信息通过CAN总线方式反馈给上位机。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的一种系留多旋翼无人机备用电源系统，备用电源装置采用串联超级电容组作为储能器件，有效地解决系留多旋翼无人机后备电源的低温环境适应性问题，拓宽其应用场景，以便多旋翼无人机备电自降过程出现异常情况下遥控器介入操控，确保平台和载荷的安全；主控单元实时监控串联超级电容组的运行状态，并通过均衡单元对超级电容器进行电压均衡，有效地解决串联超级电容器组内各超级电容器的电压均衡问题，避免因个体差异影响备用电源的性能和使用寿命，降低维护成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。在附图中：
图1为系留多旋翼无人机备用电源系统结构示意图；
图2为串联超级电容组结构示意图；
图3为均衡单元结构示意图；
图4为放电单元结构示意图；
图5为充电单元结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供一种系留多旋翼无人机备用电源系统，如图1所示，包括：充电单元、主控单元、电源模块、均衡单元、放电单元和串联超级电容组；
所述电源模块通过充电单元向串联超级电容组充电，串联超级电容组通过放电单元向系留多旋翼无人机放电；所述均衡单元对串联超级电容组进行电压均衡；
所述主控单元实时监控串联超级电容组的运行状态并依据监控结果控制充电单元、放电单元和均衡单元。
如图2所示，本实施例中所述串联超级电容组由至少5个超级电容器单体串联构成。
所述超级电容器单体结构为：
超级电容器CAP的第一负极端、第二负极端、第三负极端和第四负极端连接芯片IMP809SEUR的GND端；电阻R1一端连接芯片IMP809SEUR的VCC端，电阻R1另一端连接场效应管Q的漏极；电阻R2和电阻R3分别并联在电阻R1两侧；第一场效应管K的源极连接芯片IMP809SEUR的GND端，第一场效应管K的栅极连接芯片IMP809SEUR的RESET端；
超级电容器CAP的正极和芯片IMP809SEUR的VCC端均连接至下一超级电容器单体结构中超级电容器CAP的任意负极端。
串联超级电容器组由5个370F的超级电容器单体结构组成，作为备用电源装置的储能器件，实施案例需要选用370F超级电容器单体结构，但不局限于370F。
如图3所示，所述均衡单元包括超级电容管理芯片和外围均衡电路，每个超级电容器单体结构匹配一个外围均衡电路；在末端的外围均衡电路除了下述结构外还包括电阻R6和电阻R7串联后连接至超级电容管理芯片。
所述外围均衡电路包括：电阻R4一端连接第二场效应管Q的源极，另一端连接第二场效应管Q的栅极；电容C1一端连接第二场效应管Q的源极，另一端接地；电阻R5一端连接第二场效应管Q的漏极，另一端接地或连接上一超级电容器单体结构匹配的外围均衡电路；第二场效应管Q的源极连接超级电容管理芯片。电阻R6一端连接第二场效应管Q的栅极，另一端串联电阻R7后接地，从电阻R6和电阻R7之间引出一条线连接超级电容管理芯片。
所述超级电容管理芯片用于监测串联超级电容组的运行状态信息并通过I2C总线方式上报给主控单元，所述串联超级电容组的运行状态信息包括串联超级电容组的电流、串联超级电容组的电压和串联超级电容组的温度信息。
主控单元根据超级电容单体电压状态触发均衡机制，有效地控制了超级电容单体的电压一致性。
如图4所示，所述放电单元包括电源管理芯片TPS54320及其外围电路构成；
所述外围电路包括：电阻R8一端接地，另一端连接芯片TPS54320的RT引脚，芯片TPS54320的VIN引脚、PVIN1引脚和PVIN2引脚连接在一起后与电阻R9连接，电阻R9另一端连接芯片TPS54320的EN引脚；电阻R10一端连接芯片TPS54320的EN引脚，另一端接地；电容C2一端接地，另一端连接芯片TPS54320的PVIN2引脚；电容C3并联在电容C2两端；
芯片TPS54320的GND1引脚、GND2引脚和ETPad引脚均接地；
电容C4一端连接芯片TPS54320的BOOT引脚，另一端连接电感L后连接至电源VDD，电容C7一端连接电源VDD，另一端接地；电容C8并联在电容C7两侧；芯片TPS54320的PH1引脚和PH2引脚连接在一起后接至电容C4和电感L之间，电容C9一端连接电源VDD，另一端连接芯片TPS54320的VSENSE引脚，电阻R12并联在电容C9两侧；电阻R13一端连接芯片TPS54320的VSENSE引脚，另一端接地；
电容C5一端连接芯片TPS54320的SS引脚，另一端接地；电容C6一端连接芯片TPS54320的COMP引脚，另一端接地；电阻一端连接芯片TPS54320的COMP引脚，另一端串联电容C10后接地。
放电单元由电源管理芯片TPS54320及其外围电路组成，电阻R12和电阻R13组成输出电压配置电路，电感L和电容C7、电容C8组成LC滤波电路。
所述电源模块由VRB4824LD-50WR3组成，实现隔离输入电源和电源转换。
如图5所示，所述充电单元的电路包括：
电阻R12一端连接至第一电源VDD1，另一端串联电容C11后接地；二极管D1的正极连接第一电源VDD1，负极连接第三场效应管M1的栅极，充电芯片BQ24640的VCC引脚串联电容C14后接地；电容C16一端连接第三场效应管M1的栅极，一端接地，电容C17并联在电容C16两侧；电容R20一端连接充电芯片BQ24640的VCC引脚，另一端连接二极管D1的负极；
充电芯片BQ24640的VREF引脚与CE引脚短接；电容C12一端连接充电芯片BQ24640的VREF引脚，另一端接地；电阻R16一端连接充电芯片BQ24640的VREF引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的ISET引脚；电阻R17一端连接充电芯片BQ24640的ISET引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的GND引脚，充电芯片BQ24640的GND引脚接地；电容C13一端连接充电芯片BQ24640的TS引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的TPAD引脚；充电芯片BQ24640的TPAD引脚与GND引脚短接；电阻R13一端连接充电芯片BQ24640的VREF引脚，另一端串联电阻R14后连接充电芯片BQ24640的GND引脚；电阻R15一端连接充电芯片BQ24640的TS引脚，另一端连接至电阻R13和电阻R14之间；热敏电阻RT并联在电阻R14两侧；
电阻R18一端连接充电芯片BQ24640的STAT引脚，另一端连接发光二极管D4的负极，发光二极管D4的正极连接第二电源VDD2，电阻R19一端连接充电芯片BQ24640的
Figure BDA0003409985310000081
引脚，另一端连接发光二极管D5的负极，发光二极管D5的正极连接第二电源VDD2；
充电芯片BQ24640的HIDRV引脚连接第三场效应管M1的源极，电感L2一端连接第三场效应管M1的漏极，另一端连接至充电芯片BQ24640的SRN引脚；电阻R21一端连接至充电芯片BQ24640的SRP引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的SRN引脚，电容C19并联在电阻R21两侧；
第三场效应管M1的漏极连接充电芯片BQ24640的PH引脚；电容C15一端连接充电芯片BQ24640的BTST引脚，另一端连接第三场效应管M1的源极；
第四场效应管M2的栅极连接充电芯片BQ24640的LODRV引脚，第四场效应管M2的漏极连接第三场效应管M1的源极；第四场效应管M2的源极接地，二极管D2正极和二极管D3正极连接至充电芯片BQ24640的RENG引脚，二极管D2负极和二极管D3负极连接充电芯片BQ24640的BTST引脚；电容C19一端连接二极管D2正极，另一端连接第四场效应管M2的源极；电容C18一端连接第四场效应管M2的源极，另一端连接至充电芯片BQ24640的SRP引脚。
所述充电单元的电路还包括：
电容C20一端连接充电芯片BQ24640的SRN引脚，另一端接地；电容C21并联在电容C20两侧；电阻R22一端连接充电芯片BQ24640的SRN引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的VFB引脚；电容C22并联在电阻R22两侧；
第三电源VDD3连接至充电芯片BQ24640的SRN引脚；电阻R24一端连接充电芯片BQ24640的SRN引脚，另一端接地；
电阻R23一端连接充电芯片BQ24640的VFB引脚，另一端连接第五场效应管M3的漏极，第五场效应管M3的源极接地，第五场效应管M3的栅极连接均衡单元；电阻R25一端连接充电芯片BQ24640的VFB引脚，另一端连接第六场效应管M4的漏极，第六场效应管M4的源极接地，第六场效应管M4的栅极连接均衡单元。
充电单元由超级电容充电芯片BQ24640及其外围电路组成，其中电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16和电阻R17配置充电电流，电阻R21用来检测充电电流，电阻R22、电阻R23、电阻R24和电阻R25用来配置充电电压，第三场效应管M1和第四场效应管M2组成上下桥臂来调节输出电压，L2和C18组成滤波电路抑制电流突变及电源纹波，第五场效应管M3和第六场效应管M4通过主控单元控制超级电容器组的充电电源开断，其中超级电容充电芯片不局限于BQ24640，具有限流输出并满足电压转换需求的也适用。
还包括上位机，所述主控单元包括单片机C8051F500，单片机C8051F500将串联超级电容组的运行状态信息通过CAN总线方式反馈给上位机。
通过DC-DC电源模块将输入电源电压转换为充电单元和主控单元所需电压；充电单元配置为15V输出，3A限流，放电单元隔离备用电源与负载，防止负载主电倒灌；主控单元通过I2C总线读取超级电容管理芯片信息，实时采集超级电容器组的电流和温度，及超级电容单体的电压数据，控制均衡单元对超级电容器组荷电状态管理，并克服超级电容个体差异，控制均衡单元对单个超级电容充电，极大提升超级电容器组的利用率，以CAN总线方式上报备用电源的状态。
备用电源利用超级电容较强的温度环境适应性，能在低温-40℃条件下进行充放电，有效地解决后备电源的低温环境适应性问题，拓宽系留多旋翼无人机系统的应用场景，以便多旋翼无人机备电自降过程出现异常情况下遥控器介入操控，确保平台和载荷的安全
采用超级电容管理芯片实时监测串联超级电容器组电压、电流和温度状态，并对超级电容器进行电压均衡，有效地解决串联超级电容器组内各超级电容器的电压均衡问题，避免因个体差异影响备用电源的性能和使用寿命。
备用电源的放电单元集成隔离电路，有效地避免外部电源供电时超级电容放电，极大提升了超级电容储能的利用率，降低成本，节省空间。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种系留多旋翼无人机备用电源系统，其特征在于，包括：充电单元、主控单元、电源模块、均衡单元、放电单元和串联超级电容组；
所述电源模块通过充电单元向串联超级电容组充电，串联超级电容组通过放电单元向系留多旋翼无人机放电；所述均衡单元对串联超级电容组进行电压均衡；
所述主控单元实时获取串联超级电容组的运行状态并依据监控结果控制充电单元、放电单元和均衡单元。
2.根据权利要求1所述的一种系留多旋翼无人机备用电源系统，其特征在于，所述串联超级电容组由至少5个超级电容器单体串联构成。
3.根据权利要求2所述的一种系留多旋翼无人机备用电源系统，其特征在于，所述超级电容器单体结构为：
超级电容器CAP的第一负极端、第二负极端、第三负极端和第四负极端连接芯片IMP809SEUR的GND端；电阻R1一端连接芯片IMP809SEUR的VCC端，电阻R1另一端连接场效应管Q的漏极；电阻R2和电阻R3分别并联在电阻R1两侧；第一场效应管K的源极连接芯片IMP809SEUR的GND端，第一场效应管K的栅极连接芯片IMP809SEUR的RESET端；
超级电容器CAP的正极和芯片IMP809SEUR的VCC端均连接至下一超级电容器单体结构中超级电容器CAP的任意负极端。
4.根据权利要求3所述的一种系留多旋翼无人机备用电源系统，其特征在于，所述均衡单元包括超级电容管理芯片和外围均衡电路，每个超级电容器单体结构匹配一个外围均衡电路；
所述外围均衡电路包括：电阻R4一端连接第二场效应管Q的源极，另一端连接第二场效应管Q的栅极；电容C1一端连接第二场效应管Q的源极，另一端接地；电阻R5一端连接第二场效应管Q的漏极，另一端接地或连接上一超级电容器单体结构匹配的外围均衡电路；第二场效应管Q的源极连接超级电容管理芯片。
5.根据权利要求4所述的一种系留多旋翼无人机备用电源系统，其特征在于，所述超级电容管理芯片用于监测串联超级电容组的运行状态信息并通过I2C总线方式上报给主控单元，所述串联超级电容组的运行状态信息包括串联超级电容组的电流、串联超级电容组的电压和串联超级电容组的温度信息。
6.根据权利要求1所述的一种系留多旋翼无人机备用电源系统，其特征在于，所述放电单元包括电源管理芯片TPS54320及其外围电路构成；
所述外围电路包括：电阻R8一端接地，另一端连接芯片TPS54320的RT引脚，芯片TPS54320的VIN引脚、PVIN1引脚和PVIN2引脚连接在一起后与电阻R9连接，电阻R9另一端连接芯片TPS54320的EN引脚；电阻R10一端连接芯片TPS54320的EN引脚，另一端接地；电容C2一端接地，另一端连接芯片TPS54320的PVIN2引脚；电容C3并联在电容C2两端；
芯片TPS54320的GND1引脚、GND2引脚和ETPad引脚均接地；
电容C4一端连接芯片TPS54320的BOOT引脚，另一端连接电感L后连接至电源VDD，电容C7一端连接电源VDD，另一端接地；电容C8并联在电容C7两侧；芯片TPS54320的PH1引脚和PH2引脚连接在一起后接至电容C4和电感L之间，电容C9一端连接电源VDD，另一端连接芯片TPS54320的VSENSE引脚，电阻R12并联在电容C9两侧；电阻R13一端连接芯片TPS54320的VSENSE引脚，另一端接地；
电容C5一端连接芯片TPS54320的SS引脚，另一端接地；电容C6一端连接芯片TPS54320的COMP引脚，另一端接地；电阻一端连接芯片TPS54320的COMP引脚，另一端串联电容C10后接地。
7.根据权利要求1所述的一种系留多旋翼无人机备用电源系统，其特征在于，所述电源模块包括VRB4824LD-50WR3用于提供备用电源系统所需电源。
8.根据权利要求1所述的一种系留多旋翼无人机备用电源系统，其特征在于，所述充电单元的电路包括：
电阻R12一端连接至第一电源VDD1，另一端串联电容C11后接地；二极管D1的正极连接第一电源VDD1，负极连接第三场效应管M1的栅极，充电芯片BQ24640的VCC引脚串联电容C14后接地；电容C16一端连接第三场效应管M1的栅极，一端接地，电容C17并联在电容C16两侧；电容R20一端连接充电芯片BQ24640的VCC引脚，另一端连接二极管D1的负极；
充电芯片BQ24640的VREF引脚与CE引脚短接；电容C12一端连接充电芯片BQ24640的VREF引脚，另一端接地；电阻R16一端连接充电芯片BQ24640的VREF引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的ISET引脚；电阻R17一端连接充电芯片BQ24640的ISET引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的GND引脚，充电芯片BQ24640的GND引脚接地；电容C13一端连接充电芯片BQ24640的TS引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的TPAD引脚；充电芯片BQ24640的TPAD引脚与GND引脚短接；电阻R13一端连接充电芯片BQ24640的VREF引脚，另一端串联电阻R14后连接充电芯片BQ24640的GND引脚；电阻R15一端连接充电芯片BQ24640的TS引脚，另一端连接至电阻R13和电阻R14之间；热敏电阻RT并联在电阻R14两侧；
电阻R18一端连接充电芯片BQ24640的STAT引脚，另一端连接发光二极管D4的负极，发光二极管D4的正极连接第二电源VDD2，电阻R19一端连接充电芯片BQ24640的
Figure FDA0003409985300000021
引脚，另一端连接发光二极管D5的负极，发光二极管D5的正极连接第二电源VDD2；
充电芯片BQ24640的HIDRV引脚连接第三场效应管M1的源极，电感L2一端连接第三场效应管M1的漏极，另一端连接至充电芯片BQ24640的SRN引脚；电阻R21一端连接至充电芯片BQ24640的SRP引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的SRN引脚，电容C19并联在电阻R21两侧；
第三场效应管M1的漏极连接充电芯片BQ24640的PH引脚；电容C15一端连接充电芯片BQ24640的BTST引脚，另一端连接第三场效应管M1的源极；
第四场效应管M2的栅极连接充电芯片BQ24640的LODRV引脚，第四场效应管M2的漏极连接第三场效应管M1的源极；第四场效应管M2的源极接地，二极管D2正极和二极管D3正极连接至充电芯片BQ24640的RENG引脚，二极管D2负极和二极管D3负极连接充电芯片BQ24640的BTST引脚；电容C19一端连接二极管D2正极，另一端连接第四场效应管M2的源极；电容C18一端连接第四场效应管M2的源极，另一端连接至充电芯片BQ24640的SRP引脚。
9.根据权利要求1所述的一种系留多旋翼无人机备用电源系统，其特征在于，所述充电单元的电路还包括：
电容C20一端连接充电芯片BQ24640的SRN引脚，另一端接地；电容C21并联在电容C20两侧；电阻R22一端连接充电芯片BQ24640的SRN引脚，另一端连接充电芯片BQ24640的VFB引脚；电容C22并联在电阻R22两侧；
第三电源VDD3连接至充电芯片BQ24640的SRN引脚；电阻R24一端连接充电芯片BQ24640的SRN引脚，另一端接地；
电阻R23一端连接充电芯片BQ24640的VFB引脚，另一端连接第五场效应管M3的漏极，第五场效应管M3的源极接地，第五场效应管M3的栅极连接均衡单元；电阻R25一端连接充电芯片BQ24640的VFB引脚，另一端连接第六场效应管M4的漏极，第六场效应管M4的源极接地，第六场效应管M4的栅极连接均衡单元。
10.根据权利要求1所述的一种系留多旋翼无人机备用电源系统，其特征在于，还包括上位机，所述主控单元包括单片机C8051F500，单片机C8051F500将串联超级电容组的运行状态信息通过CAN总线方式反馈给上位机。
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