CN208190342U - 一种用于无人机的电源系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型属于无人机技术领域，公开了一种用于无人机的电源系统，包括第一电池单元、第二电池单元、电源切换单元、电压检测电路和直流电机，电源切换单元分别与第一电池单元和第二电池单元通信连接，第一电池单元和第二电池单元均与直流电机电连接，电压检测电路与第一电池单元电连接，且其与电源切换单元通信连接；第一电池单元包括锂电池、第一继电器、超级电容和第一稳压器；电源切换单元与第一继电器的控制端通信连接；第二电池单元包括太阳能蓄电池、第二继电器和第二稳压器；电压检测电路包括三极管、PMOS管、第一到第四电阻和第五电容。本实用新型解决了现有技术存在的续航能力差以及发生供电故障或电量低时导致无人机坠毁事故的问题。

Description

一种用于无人机的电源系统
技术领域
本实用新型属于无人机技术领域，具体涉及一种用于无人机的电源系统。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机；无人机按应用领域，可分为军用与民用，军用方面，无人机分为侦察机和靶机，目前在航拍、农业、植保、自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。
目前，我国民用小型无人机市场一片欣欣向荣，业界专家表示，虽然国内的无人机产业发展仍处于起步阶段。但我国无人机企业这几年厚积薄发，迅速成长，已成为全行业的佼佼者。2015年，美国CES消费电子展上的无人机展区中，中国企业占了一半。全球每卖出10架无人机，就有7架是中国制造。
现有技术存在以下问题：
(1)现有技术中，无人机的电源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供电需求；
(2)无人机在航行中，容易发生供电故障或者电量低无法维持飞行，导致无人机坠毁。
实用新型内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种实用性高、续航能力强、防止坠毁以及自动切换备用电池的用于无人机的电源系统，解决了现有技术存在的续航能力差以及发生供电故障或电量低时导致无人机坠毁事故的问题。
本实用新型所采用的技术方案为：
一种用于无人机的电源系统，包括第一电池单元、第二电池单元、电源切换单元、电压检测电路和直流电机，电源切换单元分别与第一电池单元和第二电池单元通信连接，第一电池单元和第二电池单元均与直流电机电连接；电压检测电路与第一电池单元电连接，且其与电源切换单元通信连接。
第一电池单元包括锂电池、第一继电器、超级电容和第一稳压器，锂电池的正极与第一继电器的第一端连接，锂电池的负极与地连接，第一继电器的第二端与第一稳压器的输入端连接，第一稳压器的输入端与电压检测电路电连接，第一稳压器的输出端与直流电机的输入端连接，第一稳压器的地端与地连接；超级电容的正极与第一稳压器的输入端连接，超级电容的负极与地连接；电源切换单元与第一继电器的控制端通信连接。
第二电池单元包括太阳能蓄电池、第二继电器和第二稳压器，太阳能蓄电池的正极与第二继电器的第一端连接，太阳能蓄电池的负极与地连接，第二继电器的第二端与第二稳压器的输入端连接，第二稳压器的输出端与直流电机的输入端连接，第二稳压器的地端与地连接；电源切换单元与第二继电器的控制端通信连接。
电压检测电路包括三极管、PMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电容；第四电阻的两端和第五电容的两端均分别与三极管的集电极和电源切换单元的输出端连接；第一电阻的两端分别与第一稳压器的输入端和PMOS管的栅极连接；第二电阻的两端分别与PMOS管的漏极和电源切换单元的输入端连接；第三电阻的两端分别与三极管的基极和电源切换单元的输出端连接；三极管的发射极与PMOS管的栅极连接；PMOS管的源极与第一稳压器的输入端连接。
进一步地，电源切换单元包括中央处理器、第一控制器和第二控制器，中央处理器的三个输出端依次与第一控制器的输入端、第二控制器的输入端以及电压检测电路的输入端通信连接，电压检测电路的输出端与中央处理器的输入端通信连接，第一控制器与第一继电器的控制端通信连接，第二控制器与第二继电器的控制端通信连接。
进一步地，第一控制器和第二控制器均为C51单片机。
进一步地，第一电池单元还包括第一滤波电容和第二滤波电容，第一滤波电容位于超级电容和第一稳压器之间，第一滤波电容的输出端分别与第一电阻和PMOS管的一端连接，第二滤波电容位于第一稳压器与直流电机之间，第一滤波电容和第二滤波电容均与第一稳压器并联连接。
进一步地，第二电池单元还包括第三滤波电容和第四滤波电容，第三滤波电容位于第二继电器与第二稳压器之间，第四滤波电容位于第二稳压器与直流电机之间，第三滤波电容和第四滤波电容均与第二稳压器并联连接。
进一步地，用于无人机的电源系统还包括无线通信模块，无线通信模块与中央处理器通信连接，无线通信模块为蓝牙模块。
进一步地，第一继电器和第二继电器都为常开型微型继电器。
进一步地，第一电池单元还包括保险管，保险管位于第一继电器与第一稳压器之间，保险管的第一端与第一继电器的第二端连接，保险管的第二端与第一稳压器的输入端连接。
进一步地，太阳能蓄电池的输入端与外部的太阳能光伏板电连接。
进一步地，直流电机的转轴端与外部的螺旋桨固定连接。
本实用新型的有益效果为：
1)使用太阳能蓄电池作为备用电池，提高了无人机续航能力；
2)使用了锂电池为无人机供电，在锂电池发生故障或电量低时，超级电容放电供电，提供紧急降落的电量，防止无人机坠毁，进一步提高了续航能力；
3)电压检测电路检测电池的输出电压，中央处理器控制电池单元的切换，实现了自动切换备用电池的功能，提高了实用性；
4)无线通信模块实现了远程控制电池单元切换，并将无人机的电源模块情况传输给上位机，让使用者了解无人机的电源系统运行情况，进一步提高了实用性；
5)保险管防止电路过流烧坏无人机，提高了安全性。
附图说明
图1为本实用新型的电路框图；
图2为第一电池单元的电路图；
图3为第二电池单元的电路图；
图4为电压检测的电路图；
图5为中央处理器的电路图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。
一种用于无人机的电源系统，如图1所示，包括第一电池单元、第二电池单元、电源切换单元、电压检测电路和型号为x2212-6 2450kv的直流电机，电源切换单元分别与第一电池单元和第二电池单元通信连接，第一电池单元和第二电池单元均与直流电机M电连接；电压检测电路与第一电池单元电连接，且其与电源切换单元通信连接。
第一电池单元包括锂电池、第一继电器、超级电容和第一稳压器，锂电池的正极与第一继电器的第一端连接，锂电池的负极与地连接，第一继电器的第二端与第一稳压器的输入端连接，第一稳压器的输入端与电压检测电路电连接，第一稳压器的输出端与直流电机的输入端连接，第一稳压器的地端与地连接；超级电容的正极与第一稳压器的输入端连接，超级电容的负极与地连接；电源切换单元与第一继电器的控制端通信连接。
如图2所示，第一电池单元包括锂电池U1、第一继电器K1、15v 600F的超级电容C1(本实施例中使用6个2.5v 100F的超级电容串联得到)和型号为LM7815的第一稳压器W1，锂电池U1的正极与第一继电器K1的第一端连接，锂电池U1的负极与地连接，第一继电器K1的第二端即触点端与第一稳压器W1的输入端VIN连接，第一稳压器的输入端VIN与电压检测电路电连接，第一稳压器W1的输出端VOUT与直流电机M的输入端连接，第一稳压器的地端VGND与地连接；超级电容C1的正极与第一稳压器的输入端连接，超级电容C1的负极与地连接；电源切换单元与第一继电器K1的控制端B1即线圈端通信连接；还包括保险管FU，保险管FU位于第一继电器与第一稳压器之间，保险管FU的第一端与第一继电器K1的第二端连接，保险管FU的第二端与第一稳压器W1的输入端连接。
如图3所示，第二电池单元包括太阳能蓄电池U2、第二继电器K2和型号为LM7815的第二稳压器W2，太阳能蓄电池U2的正极与第二继电器K2的第一端连接，太阳能蓄电池U2的负极与地连接，第二继电器K2的第二端即触点端与第二稳压器W2的输入端VIN连接，第二稳压器W2的输出端VOUT与直流电机M的输入端连接，第二稳压器的地端VGND与地连接；电源切换单元与第二继电器K2的控制端B2即线圈端通信连接。
如图4所示，电压检测电路包括型号为NPN8050的三极管Q9、型号为P-MOS-B23H的PMOS管Q8、第一电阻R2、第二电阻R3、第三电阻R4、第四电阻R1和第五电容C6；第四电阻R1的两端和第五电容C6的两端均分别与三极管Q9的集电极C和电源切换单元的输出端连接；第一电阻R2的两端分别与第一稳压器的输入端和PMOS管Q8的栅极G连接；第二电阻R3的两端分别与PMOS管Q8的漏极D和电源切换单元的输入端连接；第三电阻R4的两端分别与三极管Q9的基极B和电源切换单元的输出端连接；三极管Q9的发射极与PMOS管Q8的栅极G连接；PMOS管Q8的源极与第一稳压器的输入端连接。
本实施例中，电源切换单元包括型号为STM32F072-R8T6的中央处理器、第一控制器和第二控制器，如图5所示，中央处理器的三个输出端依次与第一控制器的输入端、第二控制器的输入端以及电压检测电路的输入端通信连接，电压检测电路的输出端与中央处理器的输入端通信连接，第一控制器与第一继电器的控制端通信连接，第二控制器与第二继电器的控制端通信连接。
本实施例中，第一控制器和第二控制器均为型号AT89C51的C51单片机。
本实施例中，第一电池单元还包括提升高效平滑直流输出的第一滤波电容C2和第二滤波电容C3，第一滤波电容C2位于超级电容C1和第一稳压器W1之间，第一滤波电容C2的输出端分别与第一电阻R2和PMOS管Q8的一端连接，第二滤波电容C3位于第一稳压器W1与直流电机M之间，第一滤波电容C2和第二滤波电容C3均与第一稳压器并联连接。
本实施例中，第二电池单元还包括提升高效平滑直流输出的第三滤波电容C4和第四滤波电容C5，第三滤波电容C4位于第二继电器K2与第二稳压器M2之间，第四滤波电容C5位于第二稳压器M2与直流电机M之间，第三滤波电容C4和第四滤波电容C5均与第二稳压器并联连接。
本实施例中，用于无人机的电源系统还包括无线通信模块，无线通信模块与中央处理器通信连接，无线通信模块为型号HY-40R204P的蓝牙模块。
本实施例中，第一继电器K1和第二继电器K2都为型号CDZ9-52P的常开型微型继电器。
本实施例中，太阳能蓄电池U2的输入端与外部的太阳能光伏板电连接；直流电机M的转轴端与外部的螺旋桨固定连接。
本实用新型实施例中，开始供电时，电源切换单元的第一控制器控制第一继电器的控制端，第一继电器的刀闸闭合，锂电池通过过流保护的保险管与第一稳压器连接，第一稳压器输出工作电压15V，第一滤波电容和第二滤波电容提升高效平滑直流输出，使额定工作电压为15V的直流电机运转带动无人机飞行；当锂电池发生故障时，如果电流过大，保险管内保险丝烧断，电路断开，防止烧坏无人机，提高了安全性，通过电压检测电路检测电压，返回电压信号，第一控制器控制第一继电器的控制端，锂电池停止供电，第一继电器的刀闸断开，此时超级电容开始放电，放出的直流电通过第一稳压器，为无人机紧急降落提供电量；当锂电池电量低时，通过电压检测电路检测电压，返回电压信号，第一控制器控制第一继电器的控制端，锂电池停止供电，第一继电器的刀闸断开，第二控制器控制第二继电器的控制端，第二继电器的刀闸闭合，实现自动切换备用电池的功能，通过第二稳压器输出工作电压15V，第三滤波电容和第四滤波电容提升高效平滑直流输出，使额定工作电压为15V的直流电机运转带动无人机飞行，实现自动切换备用电池的功能，提高了无人机的续航能力；无线通讯模块接收来自工作人员的控制信号，传输给中央处理器，中央处理器控制第一控制器和第二控制器，实现远程切换备用电池的功能，并返回电源系统的工作情况，提高了实用性。
本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于无人机的电源系统，其特征在于：包括第一电池单元、第二电池单元、电源切换单元、电压检测电路和直流电机，所述电源切换单元分别与第一电池单元和第二电池单元通信连接，所述第一电池单元和第二电池单元均与直流电机电连接；所述电压检测电路与第一电池单元电连接，且其与电源切换单元通信连接；
所述第一电池单元包括锂电池、第一继电器、超级电容和第一稳压器，所述锂电池的正极与第一继电器的第一端连接，锂电池的负极与地连接，所述第一继电器的第二端与第一稳压器的输入端连接，所述第一稳压器的输入端与电压检测电路电连接，所述第一稳压器的输出端与直流电机的输入端连接，第一稳压器的地端与地连接；所述超级电容的正极与第一稳压器的输入端连接，超级电容的负极与地连接；所述电源切换单元与第一继电器的控制端通信连接；
所述第二电池单元包括太阳能蓄电池、第二继电器和第二稳压器，所述太阳能蓄电池的正极与第二继电器的第一端连接，太阳能蓄电池的负极与地连接，所述第二继电器的第二端与第二稳压器的输入端连接，所述第二稳压器的输出端与直流电机的输入端连接，第二稳压器的地端与地连接；所述电源切换单元与第二继电器的控制端通信连接；
所述电压检测电路包括三极管、PMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电容；第四电阻的两端和第五电容的两端均分别与三极管的集电极和电源切换单元的输出端连接；第一电阻的两端分别与第一稳压器的输入端和PMOS管的栅极连接；第二电阻的两端分别与PMOS管的漏极和电源切换单元的输入端连接；第三电阻的两端分别与三极管的基极和电源切换单元的输出端连接；三极管的发射极与PMOS管的栅极连接；PMOS管的源极与第一稳压器的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的用于无人机的电源系统，其特征在于：所述电源切换单元包括中央处理器、第一控制器和第二控制器，所述中央处理器的三个输出端依次与第一控制器的输入端、第二控制器的输入端以及电压检测电路的输入端通信连接，所述电压检测电路的输出端与中央处理器的输入端通信连接，所述第一控制器与第一继电器的控制端通信连接，所述第二控制器与第二继电器的控制端通信连接。
3.根据权利要求2所述的用于无人机的电源系统，其特征在于：所述第一控制器和第二控制器均为C51单片机。
4.根据权利要求1所述的用于无人机的电源系统，其特征在于：所述第一电池单元还包括第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电容位于超级电容和第一稳压器之间，第一滤波电容的输出端分别与第一电阻和PMOS管的一端连接，所述第二滤波电容位于第一稳压器与直流电机之间，第一滤波电容和第二滤波电容均与第一稳压器并联连接。
5.根据权利要求1所述的用于无人机的电源系统，其特征在于：所述第二电池单元还包括第三滤波电容和第四滤波电容，所述第三滤波电容位于第二继电器与第二稳压器之间，所述第四滤波电容位于第二稳压器与直流电机之间，第三滤波电容和第四滤波电容均与第二稳压器并联连接。
6.根据权利要求2所述的用于无人机的电源系统，其特征在于：还包括无线通信模块，所述无线通信模块与中央处理器通信连接，所述无线通信模块为蓝牙模块。
7.根据权利要求1所述的用于无人机的电源系统，其特征在于：所述第一继电器和第二继电器都为常开型微型继电器。
8.根据权利要求1所述的用于无人机的电源系统，其特征在于：所述第一电池单元还包括保险管，所述保险管位于第一继电器与第一稳压器之间，保险管的第一端与第一继电器的第二端连接，保险管的第二端与第一稳压器的输入端连接。
9.根据权利要求1所述的用于无人机的电源系统，其特征在于：所述太阳能蓄电池的输入端与外部的太阳能光伏板电连接。
10.根据权利要求1所述的用于无人机的电源系统，其特征在于：所述直流电机的转轴端与外部的螺旋桨固定连接。
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