RU2792109C1 - Устройство электропитания беспилотного летательного аппарата мультироторного типа - Google Patents
Устройство электропитания беспилотного летательного аппарата мультироторного типа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2792109C1 RU2792109C1 RU2022120136A RU2022120136A RU2792109C1 RU 2792109 C1 RU2792109 C1 RU 2792109C1 RU 2022120136 A RU2022120136 A RU 2022120136A RU 2022120136 A RU2022120136 A RU 2022120136A RU 2792109 C1 RU2792109 C1 RU 2792109C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery
- converter
- electronic
- contacts
- unmanned aerial
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для электропитания бортовой аппаратуры, а также двигателей электропривода беспилотных летательных аппаратов мультироторного типа. Устройство электропитания мультироторного беспилотного летательного аппарата содержит полетный контроллер, микроконтроллер управления электронным реле и электронным ключом, электронное реле, аккумуляторную батарею, понижающий DC-DC преобразователь, батарею параллельно соединенных суперконденсаторов, расположенную на плате-контроллере, повышающий импульсный DC-DC преобразователь с ограничителем выходного тока, батарею последовательно соединенных гибких термоэлектрических генераторов количеством, равным количеству электродвигателей винтомоторных групп, защитный диод, электронный коммутационный ключ, повышающий импульсный DC-DC преобразователь, соединенные определенным образом. Обеспечивается повышение продолжительности полета беспилотного летательного аппарата мультироторного типа. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для электропитания бортовой аппаратуры, а также двигателей электропривода беспилотных летательных аппаратов мультироторного типа.
Известны устройства, позволяющие увеличить продолжительность полета беспилотного летательного аппарата мультироторного типа за счет использования технологии так называемых «привязанных беспилотных летательных аппаратов», подробное описание которых представлено в [1, 2]. Смысл функционирования данных аппаратов заключается в том, что из конструкции беспилотных летательных аппаратов мультироторного типа исключается самая тяжелая их часть, а именно - аккумуляторная батарея, которую в свою очередь заменяет электрический кабель, посредством которого через стационарный источник питания производится электроснабжение беспилотного летательного аппарата мультироторного типа. Данный способ позволяет осуществлять полет указанного аппарата значительный промежуток времени. Однако недостаток данных устройств заключается в ограниченном радиусе полета, зависящим от длины кабеля и высоты полета.
Недостаток данных устройств, устраняется за счет устройства, предложенного автором патента РФ [3], предназначенного для обеспечения электроэнергией мультироторного летательного аппарата, содержащее буксируемый внешний источник энергии с положительной плавучестью в воде и регулируемой плавучестью в воздушной среде, электрический кабель питания, аккумуляторную группу, расположенную внутри герметичного гидроизолированного корпуса, заполненного газом легче воздуха. Данное устройство позволяет повысить продолжительность полета за счет буксировки источника энергии по воде и в воздушной среде. Однако за счет наличия кабеля питания и буксируемого груза, снижаются его летно-технические характеристики, что делает круг применения данного устройства весьма ограниченным.
Техническим результатом изобретения является повышение продолжительности полета беспилотного летательного аппарата мультироторного типа.
Требуемый технический результат достигается тем, что в устройстве электропитания мультироторного беспилотного летательного аппарата, содержащим полетный контроллер, аккумуляторную батарею, понижающий DC-DC преобразователь, отличающееся тем, что в него дополнительно введены микроконтроллер управления электронным реле и электронным ключом, электронное реле, батарея параллельно соединенных суперконденсаторов, расположенная на плате-контроллере, повышающий импульсный DC-DC преобразователь с ограничителем выходного тока, батарея последовательно соединенных гибких термоэлектрических генераторов, защитный диод, электронный коммутационный ключ, повышающий импульсный DC-DC преобразователь, причем вход микроконтроллера управления электронным реле соединен прямой связью с выходом полетного контроллера, а выход в свою очередь соединен прямой связью с управляющими и питающими контактами электронного реле, первая группа рабочих контактов которого соединена прямой связью с контактами аккумуляторной батареи, а вторая группа рабочих контактов электронного реле соединена прямой связью с контактами батареи параллельно соединенных суперконденсаторов, расположенной на плате-контроллере, контакты которой в свою очередь соединены прямой связью с входом повышающего импульсного DC-DC преобразователя с ограничителем выходного тока, выход которого соединен прямой связью с входом полетного контроллера; батарея последовательно соединенных гибких термоэлектрических генераторов, расположена вокруг боковых поверхностей корпусов электродвигателей винтомоторных групп, контакты которой соединены прямой связью, через последовательно соединенный с отрицательным полюсом контакта батареи гибких термоэлектрических генераторов защитный диод с входом повышающего импульсного DC-DC преобразователя через электронный коммутационный ключ, соединенный прямой связью с выходом микроконтроллера управления электронным реле и электронным ключом, при этом выход повышающего импульсного DC-DC преобразователя соединен прямой связью с контактами батареи параллельно соединенных суперконденсаторов, расположенной на плате-контроллере.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства. На фиг. 2 показана схема соединения гибких термоэлектрических генераторов. На фиг. 3 представлен внешний вид гибкого термоэлектрического генератора, размещенного на корпусе электродвигателя.
Устройство электропитания содержит (фиг. 1): полетный контроллер 1, микроконтроллер управления электронным реле и электронным ключом 2, электронное реле 3, аккумуляторную батарею 4, понижающий DC-DC преобразователь 5, батарею параллельно соединенных суперконденсаторов, расположенную на плате-контроллере 6, повышающий импульсный DC-DC преобразователь с ограничителем выходного тока 7, батарею последовательно соединенных гибких термоэлектрических генераторов 8, количеством равным количеству электродвигателей винтомоторных групп, защитный диод 9, электронный коммутационный ключ 10, повышающий импульсный DC-DC преобразователь 11.
Устройство работает следующим образом.
При включении беспилотного летательного аппарата мультироторного типа и нахождении его в исходном положении (не в режиме взлета, полета и т.д.) его питание осуществляется от аккумуляторной батареи 4 через понижающий DC-DC преобразователь 6 и полетный контроллер 1.
После задания определенной команды на пульте управления оператором мультироторного беспилотного летательного аппарата, она преобразуется в кодированный сигнал и поступает на приемник (не показан), который декодирует его и передает через разъем на полетный контроллер 1. Полетный контроллер 1 передает сигнал на микроконтроллер регулятора оборотов винтомоторной группы (не показан), который регулирует величины коммутированных токов в обмотках бесколлекторных двигателей в зависимости от требуемых частот вращения каждого двигателя. Полетный контроллер 1 имеет дополнительный разъем, через который он передает тот же сигнал, что и на микроконтроллер регулятора оборотов (не показан) на микроконтроллер управления электронным реле и электронным ключом 2, который преобразовывает сигналы, поступающие с полетного контролера на проведение определенного действия (общий газ, тангаж, крен, рысканье и т.д.) в сигналы управления электронным реле 3, кроме того электропитание электронного реле 3 осуществляется также через микроконтроллер управления электронного реле и электронным ключом 2.
Суть преобразования сигналов заключается в следующем: каждый режим работы мультироторного беспилотного летательного аппарата характеризуется потреблением мощностей, находящихся в определенных диапазонах, а микроконтроллер и электронным ключом 2 группирует эти диапазоны по двум режимам потребления мощности электродвигателями: режим потребления номинальной мощности и режим потребления пиковой мощности и преобразует их в два управляющих сигнала соответственно. При этом сигнал с полетного контроллера 1 вначале поступает на микроконтроллер управления электронным реле и электронным ключом 2, а затем на микроконтроллер регулятора оборотов (не показан).
При поступлении сигнала с микроконтроллера управления электронным реле и электронным ключом 2, соответствующего работе электродвигателей в номинальном режиме, он подает сигнал на управляющие контакты электронного реле 3 и замыкает первую группу рабочих контактов и питание полетного контроллера 1 осуществляется аккумуляторной батарей 4 через понижающий импульсный DC-DC преобразователь 5. Понижающий импульсный DC-DC преобразователь 5 служит для понижения и стабилизации выходного напряжения аккумуляторной батареи 4 до уровней необходимых для нормального функционирования полетного контролера 1 и регулятора оборотов (не показан).
При поступлении сигнала с микроконтроллера управления электронным реле и электронным ключом 2, соответствующего работе электродвигателей в режиме потребления пиковой мощности, он подает сигнал на управляющие контакты электронного реле 3 и размыкает первую группу рабочих контактов, и замыкает вторую группу рабочих контактов и питание полетного контроллера 1 осуществляется от батареи параллельно соединенных суперконденсаторов 6 через повышающий импульсный DC-DC преобразователь с ограничителем выходного тока 7. Повышающий импульсный DC-DC преобразователь с ограничителем выходного тока 7 служит для повышения и стабилизации выходного напряжения с батареи суперконденсаторов и ограничения выходного тока, до уровней необходимых для нормального функционирования полетного контролера 1 и регулятора оборотов (не показан). Плата-контроллер служит для балансировки сопротивлений параллельно соединенных суперконденсаторов.
К наружным боковым поверхностям электродвигателей винтомоторных групп по всем площадям их боковых поверхностей на расстоянии обеспечивающим их максимальную контактную площадь, прилегают гибкие термоэлектрические генераторы 8-1…8-n количеством равным количеству электродвигателей соответственно, подключенные между собой последовательно и образующие собой батарею гибких термоэлектрических генераторов 8.
Последовательное соединение гибких термоэлектрических генераторов в 8-1…8-n (фиг. 2) обусловлено тем, что выходные напряжения каждого из указанных генераторов не равны между собой, поэтому при их совместной работе на общую нагрузку генератор с наибольшим выходным напряжением будет нагружен больше других, что приведет к его перегреву и выходу из строя, кроме того суммарное КПД указанной батареи будет сниженным. При последовательном соединении термоэлектрических генераторов их выходные напряжения суммируются и необходимость их выравнивания устраняется.
Защитный диод 9 служит для защиты батареи гибких термоэлектрических генераторов от возникновения обратных токов.
Электронный коммутационный ключ 10 также управляется микроконтроллером управления электронным реле 2 и работает следующим образом:
1) при питании полетного контроллера 1 от батареи суперконденсаторов 6 электронный коммутационный ключ 10 находится в выключенном состоянии (разомкнут) и препятствует подаче напряжения с батареи гибких термоэлектрических генераторов 8 через повышающий DC-DC преобразователь 11 на батарею суперконденсаторов 6, расположенную на плате контроллере;
2) при переходе в режим потребления электродвигателями номинальной мощности микроконтроллер управления электронным реле и электронным ключом 2 подает первый сигнал на электронное реле 3 на переход электропитания от аккумуляторной батареи 4 и следом второй сигнал на электронный ключ 10, который включается (замыкается) и с батареи гибких термоэлектрических генераторов 8 через повышающий импульсный DC-DC преобразователь 11 осуществляется заряд батареи суперконденсаторов, расположенной на плате-контроллере. Повышающий импульсный DC-DC преобразователь 11 служит для повышения выходного напряжения от батареи гибких термоэлектрических генераторов 8 до уровня необходимого для заряда батареи суперконденсаторов 6.
Гибкие термоэлектрические генераторы подробно описаны в научных статьях [4, 5]. Основу конструкции гибкого термоэлектрического генератора (фиг. 3) составляют последовательно соединенные термопары 12, состоящие из двух разнородных полупроводниковых элементов p-, n-типа, расположенных между внутренней пластиной из органического электропроводного полимера 13, прилегающей к боковой поверхности электродвигателя (не показан), и внешней пластиной из органического электропроводного полимера 14. При этом горячий спай, размещается у боковых поверхностей электродвигателей, а холодный спай - в направлении окружающей среды. Так, тепловая энергия, выделяемая при работе электродвигателей, преобразуется в электрическую.
Таким образом, в предложенном устройстве используются: свойства суперконденсаторов, а именно:
способность отдавать пиковую мощность в требуемом количестве, что позволит экономить уровень заряда аккумуляторной, значительно снижающегося при пиковых токовых нагрузках;
способность достаточно быстро накапливать заряд, что позволяет использовать для их заряда гибкие термоэлектрические генераторы, преобразующие за счет эффекта Зеебека тепловую энергию электродвигателей в электрическую энергию.
Источники информации
[1] https://russiandrone.ru/publications/coderzhanie-i-razvitie-kontseptsii-privyazannyy-bespilotnyy-letatelnyy-apparat/?.
[2] Патент РФ RU 2683133 «Беспилотный привязной авиационный комплекс» от 26.03.2019 / М. Левчук, С. Левчук, С. Воскресенский.
[3] Патент РФ RU 2655113 «Устройство для обеспечения электроэнергией мультироторного летательного аппарата через буксируемый внешний источник энергии» от 23.05.2018 / П. Васильев.
[4] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261917307420.
[5] https://www.science.org/doi/10.1126/sctadv.abe0586.
Claims (1)
- Устройство электропитания мультироторного беспилотного летательного аппарата, содержащее полетный контроллер, аккумуляторную батарею, понижающий DC-DC преобразователь, отличающееся тем, что в него дополнительно введены микроконтроллер управления электронным реле и электронным ключом, электронное реле, батарея параллельно соединенных суперконденсаторов, расположенная на плате-контроллере, повышающий импульсный DC-DC преобразователь с ограничителем выходного тока, батарея последовательно соединенных гибких термоэлектрических генераторов, защитный диод, электронный коммутационный ключ, повышающий импульсный DC-DC преобразователь, причем вход микроконтроллера управления электронным реле соединен прямой связью с выходом полетного контроллера, а выход в свою очередь соединен прямой связью с управляющими и питающими контактами электронного реле, первая группа рабочих контактов которого соединена прямой связью с контактами аккумуляторной батареи, а вторая группа рабочих контактов электронного реле соединена прямой связью с контактами батареи параллельно соединенных суперконденсаторов, расположенной на плате-контроллере, контакты которой в свою очередь соединены прямой связью с входом повышающего импульсного DC-DC преобразователя с ограничителем выходного тока, выход которого соединен прямой связью с входом полетного контроллера; батарея последовательно соединенных гибких термоэлектрических генераторов расположена вокруг боковых поверхностей корпусов электродвигателей винтомоторных групп, контакты которой соединены прямой связью через последовательно соединенный с отрицательным полюсом контакта батареи гибких термоэлектрических генераторов защитный диод с входом повышающего импульсного DC-DC преобразователя через электронный коммутационный ключ, соединенный прямой связью с выходом микроконтроллера управления электронным реле и электронным ключом, при этом выход повышающего импульсного DC-DC преобразователя соединен прямой связью с контактами батареи параллельно соединенных суперконденсаторов, расположенной на плате-контроллере.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2792109C1 true RU2792109C1 (ru) | 2023-03-16 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111864891A (zh) * | 2015-12-31 | 2020-10-30 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | Uav混合电力系统和方法 |
| US20210403158A1 (en) * | 2020-02-28 | 2021-12-30 | The Board Of Trustees Of The University Of Alabama | Infinite wireless charging of a uas (unmanned aerial system) with power infrastructure |
| RU212660U1 (ru) * | 2022-03-31 | 2022-08-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Устройство подзарядки аккумулятора беспилотного летательного аппарата |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111864891A (zh) * | 2015-12-31 | 2020-10-30 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | Uav混合电力系统和方法 |
| US11228200B2 (en) * | 2015-12-31 | 2022-01-18 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | UAV hybrid power systems and methods |
| US20210403158A1 (en) * | 2020-02-28 | 2021-12-30 | The Board Of Trustees Of The University Of Alabama | Infinite wireless charging of a uas (unmanned aerial system) with power infrastructure |
| RU2779934C1 (ru) * | 2021-07-13 | 2022-09-15 | Общество с ограниченной ответственностью "ДРОНСТРОЙСК" | Система управления питанием беспилотного летательного аппарата |
| RU212660U1 (ru) * | 2022-03-31 | 2022-08-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Устройство подзарядки аккумулятора беспилотного летательного аппарата |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20190047704A1 (en) | Hybrid-powered unmanned vehicle | |
| CN104972886B (zh) | 混合动力车辆的电力系统 | |
| KR101539693B1 (ko) | 멀티 bms 기동 장치 | |
| US8409052B2 (en) | Starting method for hybrid electric vehicle and system architecture of hybrid electric vehicle | |
| US11862780B2 (en) | Fuel cell—battery hybrid system for transportation use | |
| US20230123946A1 (en) | Power management for hybrid power system | |
| WO2006093515A3 (en) | Hybrid electric propulsion system and method | |
| WO2010146470A3 (en) | Solar array regulator based on step-up and down conversion and solar power system comprising the same | |
| US20110049892A1 (en) | System For Efficient Energy Generation | |
| KR20220019770A (ko) | 이중 전압 배터리 및 그 동작 방법 | |
| EP3418674A1 (en) | Pulsed power hybrid electric unmanned underwater vehicle propulsion system | |
| US9127592B2 (en) | Range extender, drive and motor vehicle | |
| RU2792109C1 (ru) | Устройство электропитания беспилотного летательного аппарата мультироторного типа | |
| CN211790810U (zh) | 充电系统、充电器、电池组及可移动平台 | |
| WO2005073077A3 (de) | Energieversorgungseinrichtung für ein u-boot | |
| Padma et al. | MPPT and SEPIC based controller development for energy utilisation in cubesats | |
| Galushin | Characteristics of power-supply control in marine vehicles with a power plant based on fuel cells | |
| KR102161980B1 (ko) | 비행체의 하이브리드 전원 공급 장치 | |
| RU2579153C1 (ru) | Электропривод постоянного тока | |
| KR20210003977A (ko) | 연료전지차량의 양방향 컨버터에 따른 전자식 4륜 구동 제어 방법 및 장치 | |
| RU2555746C1 (ru) | Блок преобразователей для силовой установки с двигателем внутреннего сгорания и электромеханической трансмиссией | |
| NL2027384B1 (en) | Electric power supply system, vehicle, electric power conversion system and method | |
| RU200414U1 (ru) | Устройство электропитания импульсной нагрузки для систем электроснабжения постоянного тока | |
| CA2795781A1 (en) | Motor-double alternator apparatus | |
| US20220281328A1 (en) | Vehicle electrostatic propulsion system |