CN205864058U - 用于无人机系统的冗余电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于无人机系统的冗余电源。该用于无人机系统的冗余电源包括：电源保护模块，与电源模块相连接，用于获取冗余电源的主电压；第一降压模块，与电源保护模块相连接，用于将主电压降压至第一预设电压；电池，为无人机系统的备用电源；以及调整模块，与第一降压模块和电池相连接，用于根据第一预设电压对电池执行升压，得到第二预设电压，并根据第二预设电压为电源通道无缝切换模块供电，其中，电源通道无缝切换模块用于根据第二预设电压切换双电源的输入通道以对无人机供电。通过本实用新型，达到了冗余电源有效地满足无人机系统长时间供电需求的技术效果。

Description

用于无人机系统的冗余电源

技术领域

本实用新型涉及无人机系统领域，具体而言，涉及一种用于无人机系统的冗余电源。

背景技术

目前，无人机系统采用纽扣电池作为备用电源，电源容量低，输出电流小，供电时间很有限，只能短时间满足系统供电需求，不能长时间稳定地满足供电系统的要求，从而不能有效地满足无人机系统供电需求。

采用微控制器(MCU)监控电源模块及备用电源的电压状态，然后通过微控制器的端口控制场效应管(MOS)的导通进行通道切换，这种方式虽然能满足系统要求，但是电路却过于复杂，不能有效地满足无人机系统供电需求。

采用发电机给备用电源充电，效率比较低同时增加了无人机的系统重量，由于发电机体积及重量的局限性，降低了飞行器的续航时间，并不适合于对载荷要求比较严格的中小型无人机系统，不能有效地满足无人机系统长时间不间断供电需求。

针对相关技术中冗余电源不能有效地满足无人机系统长时间不间断供电需求的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种用于无人机系统的冗余电源，以至少解决相关技术中冗余电源不能有效地满足无人机系统供电需求的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于无人机系统的冗余电源。该用于无人机系统的冗余电源包括：电源保护模块，与电源模块相连接，用于获取冗余电源的主电压；第一降压模块，与电源保护模块相连接，用于将主电压降压至第一预设电压；电池，为无人机系统的备用电源；以及调整模块，与第一降压模块和电池相连接，用于根据第一预设电压对电池执行升压，得到第二预设电压，并根据第二预设电压为电源通道无缝切换模块供电，其中，电源通道无缝切换模块用于根据第二预设电压切换双电源的输入通道以对无人机供电。

进一步地，调整模块包括：充电模块，用于根据第一预设电压对电池执行充电，得到预设电量。

进一步地，充电模块包括：第一接收端，与第一降压模块相连接，用于接收第一预设电压；以及第二接收端，与电池相连接，用于接收电池的电量。

进一步地，调整模块包括：第三接收端，与第一降压模块相连接，用于接收第一预设电压；第四接收端，与电池相连接，用于接收电池的电压；以及第一输出端，用于输出第二预设电压。

进一步地，还包括：第二降压模块，与电源保护模块相连接，用于将主电压降压至第三预设电压；电源通道无缝切换模块，与第二降压模块相连接，用于根据第三预设电压切换双电源的输入通道，得到第一输出电压；第三降压模块，与电源通道无缝切换模块相连接，用于对第一输出电压执行多路降压，得到第二输出电压；以及负载，与第三降压模块相连接，用于接收第二输出电压。

进一步地，负载为无人机系统的主控芯片和/或无人机系统的外设电路。

进一步地，调整模块包括：

升压模块，与第一降压模块和电源通道无缝切换模块相连接，用于将第一预设电压升压至第四预设电压。

进一步地，升压模块包括：第五接收端，用于接收第一预设电压；以及第二输出端，用于输出第四预设电压。

进一步地，电源保护模块包括：防雷子模块，与电源模块相连接，用于为冗余电源执行防雷保护；以及ESD保护子模块，与电源模块相连接，用于为冗余电源执行静电放电保护。

进一步地，电池为单节电池，电池的容量大于预设容量。

通过本实用新型，采用电源保护模块，与电源模块相连接，用于获取冗余电源的主电压；第一降压模块，与电源保护模块相连接，用于将主电压降压至第一预设电压；电池，为无人机系统的备用电源；以及调整模块，与第一降压模块和电池相连接，用于根据第一预设电压对电池执行升压，得到第二预设电压，并根据第二预设电压为电源通道无缝切换模块供电，其中，电源通道无缝切换模块用于根据第二预设电压切换双电源的输入通道以对无人机供电，解决了相关技术中冗余电源不能有效地满足无人机系统长时间不间断供电需求的问题，进而达到了冗余电源有效地满足无人机系统长时间供电需求的技术效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型第一实施例的用于无人机系统的冗余电源的示意图；

图2是根据本实用新型第二实施例的用于无人机系统的冗余电源的示意图；

图3是根据本实用新型实施例的锂电充电及升压模块的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的过程、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、产品或设备固有的其它单元。

本实用新型实施例提供了一种用于无人机系统的冗余电源。

图1是根据本实用新型第一实施例的用于无人机系统的冗余电源的示意图。如图1所示，该用于无人机系统的冗余电源包括：电源保护模块10，第一降压模块20，电池30和调整模块40。

电源保护模块10，与电源模块相连接，用于获取冗余电源的主电压。

无人机系统为无人机及与其配套的通信站、起飞(发射)回收装置以及无人机的运输、储存和检测装置等的统称，无人机系统主要包括飞机机体、飞控系统、数据链系统、发射回收系统、电源系统等。冗余电源用于无人机系统中的电源系统中。冗余电源包括电源保护模块10，该电源保护模块10与电源模块相连接，用于获取冗余电源的主电压。电源模块为电源保护模块10的主电源输入，除了为动力系统供电之外，还为无人机系统的主控系统供电，从而为冗余电源提供主电压。比如，电源模块提供高压48V至50V，电源保护模块10获取该高压48V至50V以作为冗余电源的主电压。可选地，电源模块可以由多个高倍率的电池组构成。其中，电池是一类由锂金属或者锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。需要理解的是，在本实施例以及后续的说明中，仅使用电池作为阐述的例子，但是本实用新型并不限定电池的种类，对于其他的电池，也可以用在本实用新型中。

第一降压模块20，与电源保护模块10相连接，用于将主电压降压至第一预设电压。

第一降压模块20与电源保护模块10相连接，在电源保护模块10获取冗余电源的主电压之后，第一降压模块20获取该冗余电源的主电压，将主电压降压至第一预设电压。比如，该第一预设电压为5V，可以将主电压为高压48V至50V降压至低压5V以供后续电路采用。

电池30，为无人机系统的备用电源。电池30为无人机系统的备用电源，可以为无人机系统的控制系统的备用电源，可选地，电池30为电池。当冗余电源的正常电源被切断时，电池30启用，用来维持无人机系统的电气装置或者无人机系统的某些部分的供电，以使无人机系统保持供电状态，而不至于由于无人机系统突然断电而出现故障造成不安全事故的发生，进而造成损失。

调整模块40，与第一降压模块20和电池30相连接，用于根据第一预设电压对电池30执行升压，得到第二预设电压，并根据第二预设电压为电源通道无缝切换模块供电，其中，电源通道无缝切换模块用于根据第二预设电压切换双电源的输入通道以对无人机供电。

可选地，第一降压模块20和电池30相连接，用于在第一降压模块20将主电压降压至第一预设电压之后，接收第一预设电压，并根据第一预设电压调整电池30的电量参数，比如，当检测到电池30的电量不足时，调整模块40根据第一预设电压为电池30充电，当电池30电量充满之后，调整模块40自动停止为电池30充电。

可选地，调整模块40在任何时候都有电压输出。调整模块40在根据第一预设电压调整电池30的电参数，得到调整结果之后，将调整结果输出至冗余电源的后续电路中。

在该实施例中，电源保护模块10与电源模块相连接，用于获取冗余电源的主电压，第一降压模块20与电源保护模块10相连接，用于将主电压降压至第一预设电压，电池30为无人机系统的备用电源，调整模块40与第一降压模块20和电池30相连接，用于根据第一预设电压调整电池30的电参数，得到调整结果，通过采用电池30作为无人机系统的控制系统的备用电源，灵活地对电池30的电参数进行调整，避免了无人机系统采用纽扣电池作为备用电源所导致的电源容量低、输出电流小、只能短时间满足无人机系统长时间不间断供电需求的不足，避免了发电机给备用电池充电，由于发电机的体积和重量使冗余电源适用具有局限性，进而达到了冗余电源有效地满足无人机系统长时间供电需求的技术效果。

可选地，调整模块包括：充电模块，用于根据第一预设电压对电池执行充电，得到预设电量。

调整模块可以为锂电充电模块，根据第一预设电压对锂电池进行充电，得到预设电量。可选地，电池输出当前电池的电量，调整模块获取该电池的电量，判断电池的电量是否低于第一预设电量，其中，该第一预设电量是预先设置好的用于确定电池是否需要充电的电量临界值。如果判断出电池的电量低于第一预设电量，则电池需要充电，通过充电模块获取第一降压模块输出的第一预设电压，根据第一预设电压对电池执行充电，得到第二预设电量，该第二预设电量为无人机系统正常工作时电池所具有的电量，比如，该第二预设电量为电池的满电量。当调整模块通过充电模块根据第一预设电压将电池的电量充电至预设电量时，调整模块控制充电模块停止充电。

可选地，该充电模块包括第一接收端和第二接收端。其中，第一接收端，与第一降压模块相连接，用于接收第一预设电压；第二接收端，与电池相连接，用于接收电池的电量。

充电模块的电压可以取自第一降压模块，充电模块的第一接收端与第一降压模块相连接，通过第一接收端接收第一降压模块输出的第一预设电压；充电模块的第二接收端与电池相连接，通过第二接收端接收电池的电量，根据第一预设电压将电池的电量充电至预设电量，可选地，当电池的电量为满电量时，充电模块通过第一接收端和第二接收端停止对电池充电。

可选地，调整模块与电池相连接，可以根据第一预设电压对电池执行升压，将电池的电压升压至第二预设电压。调整模块获取电池的电压，判断电池的电压是否达到第二预设电压，如果判断出电池的电压没有达到第二预设电压，需要将电池的电压升压至第二预设电压。调整模块接收来自第一降压模块输出的第一预设电压，根据第一预设电压对电池执行升压，得到第二预设电压，并输出该第二预设电压至冗余电源的后续电路。

可选地，调整模块包括第三接收端和第一输出端。其中，第三接收端，与第一降压模块相连接，用于接收第一预设电压；第四接收端，与电池相连接，用于接收电池的电压；以及第一输出端，用于输出第二预设电压。

调整模块的电压可以取自第一降压模块，调整模块的第三接收端与第一降压模块相连接，通过第三接收端接收第一降压模块输出的第一预设电压，调整模块的第四接收端与电池相连接，通过第四接收端接收电池的电压。在调整模块根据第一预设电压将电池的电压升压至第二预设电压之后，通过第一输出端输出第二预设电压。

可选地，该用于无人机系统的冗余电源还包括第二降压模块，电源通道无缝切换模块，第三降压模块和负载。其中，第二降压模块，与电源保护模块相连接，用于将主电压降压至第三预设电压；电源通道无缝切换模块，与第二降压模块相连接，用于根据第三预设电压切换双电源的输入通道；第三降压模块，与电源通道无缝切换模块相连接，用于对电源通道无缝切换模块的第一输出电压执行多路降压，得到第二输出电压；负载，与第三降压模块相连接，用于接收第二输出电压。

第二降压模块，与电源保护模块相连接，用于在电源保护模块获取主电压之后，对主电压执行降压，将主电压降压至第三预设电压，比如，将主电压为高压48V降压至低压12V以供后续电路使用。电源通道无缝切换模块与第二降压模块相连接，用于在通过第二降压模块将主电压降低至第三预设电压之后根据第三预设电压切换双电源的输入通道，并且输出第一输出电压，该第一输出电压对应于电源通道无缝切换模块切换的双电源通道，从而实现了双电源通道的无缝切换；第三降压模块，与电源通道无缝切换模块相连接，用于在电源通道无缝切换模块根据第三预设电压切换双电源的输入通道之后，对第一输出电压执行多路降压，得到第二输出电压。该用于无人机系统的冗余电源还包括负载，与第三降压模块相连接，用于接收第三降压模块输出的第二输出电压，该第二输出电压可以满足负载的供电需求。

可选地，负载为无人机系统的主控芯片和/或无人机系统的外设电路。

第三降压模块将电源通道无缝切换模块输出的第一输出电压进行多路降压，直至输出的第二输出电压满足主控芯片以及各种外设电路的电源需求。

可选地，该调整模块包括升压模块，与第一降压模块和电源通道无缝切换模块相连接，用于将第一预设电压升压至第四预设电压。

调整模块与第一降压模块相连接，可以通过升压模块对第一降压模块执行升压，将第一降压模块输出的第一预设电压升压至第四预设电压。在调整模块通过升压模块将第一预设电压升压至第四预设电压之后，调整模块通过该升压模块输出该第四预设电压至冗余电源的后续电路。

可选地，升压模块包括第五接收端和第二输出端。其中，第五接收端，用于接收第一预设电压；第二输出端，用于输出第四预设电压。

升压模块的电压可以取自第一降压模块，通过第五接收端接收第一降压模块输出的第一预设电压，将第一预设电压升压至第四预设电压。在升压模块将第一预设电压升压至第四预设电压之后，通过第二输出端输出第四预设电压。

可选地，该电源保护模块包括防雷子模块和静电释放(Electro StaticDischarge，简称为ESD)保护子模块。其中，防雷子模块，与电源模块相连接，用于为冗余电源执行防雷保护；ESD保护子模块，与电源模块相连接，用于为冗余电源执行静电放电保护。

电源保护模块包括防雷子模块，与电源模块相连接，用于对冗余电源的雷电效应进行防护，该防雷子模块可以由避雷针、避雷线、保护间隙、避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等组成的装置；ESD保护子模块与电源模块相连接，用于防止冗余电源产生的静电造成的危害，提高了冗余电源的安全性。

可选地，电池为单节电池，电池的容量大于预设容量。

电池采用单节大容量的电池，避免了无人机系统采用纽扣电池作为无人机系统的备用电源造成电源容量低、输出电流小、只能短时间满足无人机系统供电的需求的不足，从而达到了冗余电源有效地满足无人机系统供电需求的技术效果。

该实施例通过采用单节大容量电池作为无人机系统的备用电源，灵活地采用降压、升压技术、并且融合多路电源无缝切换的方式有效地解决了无人机系统的冗余电源不能长时间稳定地工作的问题，进而达到了冗余电源有效地满足无人机系统长时间供电需求的技术效果。

下面结合优选的实施例对本实用新型的用于无人机系统的冗余电源的技术方案进行说明。

图2是根据本实用新型第二实施例的用于无人机系统的冗余电源的示意图。如图2所示，该无人机系统的冗余电源包括：锂电池组1，电源保护模块2，一级降压模块3，二级降压模块4，锂电充电及升压模块5，锂电池6，电源通道无缝切换模块7，多级降压模块8和主控及外设9。

在该实施例中，锂电池组1可以由多个高倍率的电池组构成，该锂电池组1除了给动力系统供电之外还给主控系统供电，图2中所示的虚线框所包括的部分即为主控系统的电源框图。电源保护模块2与锂电池组1相连接，该电源保护模块2包括防雷子模块和ESD保护子模块等，锂电池组1为冗余电源提供主电压的电源模块。一级降压模块3与电源保护模块2相连接，用于将锂电池组1接入的主电压降低至第三预设电压，也即，将电源模块接入的高电压降低到某一设定值，比如，将高压48V降压到低压12V以供应后续电路的使用。二级降压模块4与电源保护模块2相连接，用于将锂电池组1接入的主电压降压至第一预设电压，比如，将锂电池组1接入的高压48V至50V降压至低压5V以供锂电充电及升压模块5的使用。锂电充电及升压模块5与二级降压模块4和锂电池6相连接，可以检测到当锂电池6的电量不足时通过二级降压模块4输入的第一预设电压对锂电池6执行充电，当锂电池6的电量充满后自动停止对锂电池6的充电，其中，锂电池6为冗余电源的备用电源。锂电充电及升压模块5还具有升压功能，可以直接将二级降压模块4的输入的第一预设电压升压到第四预设电压，比如，将二级降压模块4的输入的5V电压升压到12V电压，锂电充电及升压模块5也可以直接把锂电池6的电压升压到第二预设电压，比如，将锂电池6的电压升压至12V电压，该锂电充电及升压模块5在任何时候都有电压输出。

电源通道无缝切换模块7与一级降压模块3相连接，可以实现双电源通道的无缝切换。电源通道无缝切换模块7可以根据一级降压模块3输出的第三预设电压自主切换输入通道，从而保证后续电路无间断的电源供应，多级降压模块8与电源通道无缝切换模块7相连接，将电源通道无缝切换模块7输出的第一输出电压进行多级降压，得到第二输出电压，以满足主控及外设9的供电需求，也即，满足冗余电源的主控芯片以及各种外控设备的电源需求。

电源通道无缝切换模块7与锂电充电及升压模块5相连接，用于根据锂电充电及升压模块5输出的电压自主切换输入通道，从而保证后续电路无间断的电源供应。一级降压模块3输出的第三预设电压和电池充电及保护模块5输出的第二预设电压或者第四预设电压基本相同，这两路电压同时输入到电源通道无缝切换模块7，该电源通道无缝切换模块7会根据输入的电压自主切换输入通道以保证后续电路无间断的电源供应。多级降压模块8将来自电源通道无缝切换模块7输出的电压进行多级降压以满足主控及外设9的电压需求。

图3是根据本实用新型实施例的锂电充电及升压模块的示意图。如图3所示，该锂电充电及升压模块包括：锂电充电模块51和升压模块52。

锂电充电模块51用于根据二级降压模块4输出的第一预设电压将电池的电量充电至预设电量。锂电充电模块51通过第一接收端与二级降压模块4相连接，用于接收第一预设电压；锂电充电模块51通过第二接收端与锂电池6相连接，用于接收锂电池6的电量，从而使锂电充电模块51根据一级降压模块3输出的第一预设电压将电池的电量充电至预设电量。

升压模块52与锂电池6相连接，用于根据第一预设电压将锂电池6的电压升压至第二预设电压。升压模块52通过第五接收端与二级降压模块4相连接，用于接收第一预设电压。

升压模块52与二级降压模块4和电源通道无缝切换模块7相连接，用于将二级降压模块4输出的第一预设电压升压至第四预设电压。升压模块52通过第五接收端与二级降压模块4相连接，用于接收第一预设电压，通过第二输出端输出第四预设电压。

可选地，上述升压模块52的第三接收端和升压模块52的第五接收端可以为升压模块的同一接收端，升压模块52的第一输出端和升压模块52的第二输出端可以为升压模块52的同一输出端。

该实施例采用单节大容量锂电做飞控的备用电源，从电路上对电源系统进行优化设计，即满足了飞控系统的电源无间断供应要求又不会对飞行器的载荷产生太大影响。

该实施例从电源模块中分支供应飞行控制板电源需求，并同时完成备用电源的充电及电源管理工作，灵活地运用降压、升压技术，融合电源通道无缝切换方式实现了飞控板长时间稳定不间断的电源供应。

本实用新型实施例可以应用于无间断电源供应的场合，比如，不间断电源(Uninterruptible Power System，简称为UPS)、无人机主控制板的冗余电源系统、浮空器及其他飞行器等控制系统中需要对电源进行冗余设计的场合，以及其它需要无间断电源供应的场合；本实用新型实施例适用性强，即适用于低功率场合，也适用于高功率场合，不同场合的应用只需要更改替换主回路中几个少量元器件即可。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于无人机系统的冗余电源，其特征在于，包括：

电源保护模块，与电源模块相连接，用于获取冗余电源的主电压；

第一降压模块，与所述电源保护模块相连接，用于将所述主电压降压至第一预设电压；

电池，为所述无人机系统的备用电源；以及

调整模块，与所述第一降压模块和所述电池相连接，用于根据所述第一预设电压对电池执行升压，得到第二预设电压，并根据所述第二预设电压为电源通道无缝切换模块供电，其中，所述电源通道无缝切换模块用于根据所述第二预设电压切换双电源的输入通道以对无人机供电。

2.根据权利要求1所述的冗余电源，其特征在于，所述调整模块包括：充电模块，用于根据所述第一预设电压对所述电池执行充电，得到预设电量。

3.根据权利要求2所述的冗余电源，其特征在于，所述充电模块包括：

第一接收端，与所述第一降压模块相连接，用于接收所述第一预设电压；以及

第二接收端，与所述电池相连接，用于接收所述电池的电量。

4.根据权利要求1所述的冗余电源，其特征在于，所述调整模块包括：

第三接收端，与所述第一降压模块相连接，用于接收所述第一预设电压；

第四接收端，与所述电池相连接，用于接收所述电池的电压；以及

第一输出端，用于输出所述第二预设电压。

5.根据权利要求1所述的冗余电源，其特征在于，还包括：

第二降压模块，与所述电源保护模块相连接，用于将所述主电压降压至第三预设电压；

电源通道无缝切换模块，与所述第二降压模块相连接，用于根据所述第三预设电压切换双电源的输入通道，得到第一输出电压；

第三降压模块，与所述电源通道无缝切换模块相连接，用于对所述第一输出电压执行多路降压，得到第二输出电压；以及

负载，与所述第三降压模块相连接，用于接收所述第二输出电压。

6.根据权利要求5所述的冗余电源，其特征在于，所述负载为所述无人机系统的主控芯片和/或所述无人机系统的外设电路。

7.根据权利要求5所述的冗余电源，其特征在于，所述调整模块包括：

升压模块，与所述第一降压模块和所述电源通道无缝切换模块相连接，用于将所述第一预设电压升压至第四预设电压。

8.根据权利要求7所述的冗余电源，其特征在于，所述升压模块包括：

第五接收端，用于接收所述第一预设电压；以及

第二输出端，用于输出所述第四预设电压。

9.根据权利要求1所述的冗余电源，其特征在于，所述电源保护模块包括：

防雷子模块，与所述电源模块相连接，用于为所述冗余电源执行防雷保护；以及

ESD保护子模块，与所述电源模块相连接，用于为所述冗余电源执行静电放电保护。

10.根据权利要求1所述的冗余电源，其特征在于，所述电池为单节电池，所述电池的容量大于预设容量。