一种无人机用混合动力系统的制作方法

本发明属于无人机技术领域，涉及一种无人机用混合动力系统。

背景技术：

传统无人机多采用电力驱动，电能来源为机载动力电池。而受自身载重限制和动力系统效率的影响，无人机的续航时间一般在30min-60min之间，续航里程一般不超过30km。近年来，无人机在应急救援、环境监测、电力巡线、航拍测绘、农业植保和物流配送等多个领域得到广泛应用，且随着全球无人机产业发展持续提速，应用普及范围还在不断扩张，无人机续航能力和载荷问题也越发凸显。

超级电容器作为无人机的电源启动装置已有相当规模的应用，而将锂电池和电容器蓄电原理相结合的混合式蓄电装置也相继被提出。这些混合使用方式一定程度上满足了无人机机载动力系统高能量密度、高输出特性的性能需求，但附加的超级电容器装置也一定程度上增加了动力系统的重量，影响了无人机的负重和续航能力。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种无人机用混合动力系统，该混合动力系统最大限度的优化现有电动无人机的续航和载荷，在不增加无人机负重的前提下，实现了动力系统高能量密度和高功率密度的优势互补。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种无人机用混合动力系统，包括高能量密度的稳定动力输出模块、高功率密度的峰值瞬时动力输出模块和充放电管理模块组成。

所述高能量密度的稳定动力输出模块和充放电管理模块设置在机身内，所述高功率密度的峰值瞬时动力输出模块设置在机翼内，充放电管理模块通过线束与高能量密度的稳定动力输出模块和功率密度的峰值瞬时动力输出模块相连。所述充放电管理模块负责充放电管理。

进一步的，所述所述高能量密度的稳定动力输出模块可以是传统蓄电池、锂电池、燃料电池或太阳能电池的一种或几种。

进一步的，所述高功率密度的峰值瞬时动力输出模块由若干超级电容器单体组模而成，所述超级电容器模组设于机翼或机壳内，将超级电容器以机翼或机壳等结构件方式呈现。

进一步的，若干单个超级电容器可以以串联或并联的方式组成相应模组，超级电容器的结构为：碳纳米管和或石墨烯修饰的高比表面积的碳纤维布作为电极，固态电解质或聚合物凝胶电解质中加入结构填料(如空心玻璃微珠、玻纤等)制备结构电解质。通过热压或者其它加工方式制备“三明治”结构超级电容器。

进一步的，若干单个超级电容器制备模组：以环氧树脂或其他绝缘蒙皮封装，正负极极耳置于封装结构两侧，并根据需求进行连接，连接结构通过推拉式的机械装置绝缘保护，机械装置的材质也以碳纤维复合材料为佳。

进一步的，所述机翼内设有能量回收模块。

进一步的，所述充放电管理模块通过导线与超级电容器相连，所述超级电容器通过导线连接有电机。

进一步的，所述电机连接有旋翼。

进一步的，所述充放电管理模块通过导线连接有充电接入模块。

进一步的，所述充放电管理模块通过导线连接有电机控制器，所述电机控制器通过导线与电机相连。所述电机控制器为直流交流变换单元。

进一步的，所述电机通过导线连接有制动器，所述制动器通过导线与能量回收模块相连，所述能量回收模块通过导线与超级电容器和充放电管理模块相连。

进一步的，所述机身和机翼均由碳纤维复合材料制成。

进一步的，所述机身内设有动力电池模组。

当无人机速度稳定，也就是需要稳定能量输入时，充放电管理模块会控制动力电池模组输送能量，通过电机控制器驱动电机工作。当无人机启动或者急剧加速时，充放电管理模块控制大功率超级电容输出能量，驱动电机运行。而无人机突然制动时，就是制动器运行时，会有制动能量，制动能量通过能量回收模块和充放电管理模块将能量自动回收到超级电容，将能量储存起来。一方面可以提高无人机动力系统容量，提高无人机续航能力；另一方面通过充放电管理系统降低充放电过程的能量损耗，提高能量使用效率。

本发明的有益效果为：(1)机身和机翼都是由碳纤维复合材料制成，将兼具结构承载和储能能力的结构超级电容器融入无人机机身或机翼，一方面可以提高无人机动力系统容量，提高无人机续航能力；另一方面通过充放电管理系统降低充放电过程的能量损耗，提高能量使用效率，且不增加额外的体积或重量，不会影响无人机结构布局和载荷。(2)结构超级电容器的易加工性，可将超级电容器加工成各种无人机组件以匹配动力系统需求。(3)超级电容器提供无人机功率需求，可使用更高能量密度锂电池，满足长续航同时降低电池成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为无人机悬臂储能装置结构示意图；

图3为超级电容器结构示意图；

图4为无人机用混合动力系统工作原理图；

图5为超级电容器模组结构示意图；

图6为超级电容器并连结构示意图；

图7为超级电容器串连结构示意图。

附图标记：1-机身，2-机翼，3-充放电管理模块，4-动力电池模组，5-超级电容器，6-电机，7-旋翼，8-能量回收模块，9-充电接入模块，10-电机控制器，11-制动器，a-稳定低负荷，b-瞬时高负荷。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合附图，通过实施例，对本发明进行详细阐述：

一种无人机用混合动力系统，包括高能量密度的稳定动力输出模块、高功率密度的峰值瞬时动力输出模块和充放电管理模块3。

高能量密度的稳定动力输出模块和充放电管理模块3设于机身1内。高功率密度的峰值瞬时动力输出模块设于机翼2内。机身1和机翼2均由碳纤维复合材料制成。机翼的末端设有电机6。电机6连接有旋翼7。

高能量密度的稳定动力输出模块可以是传统蓄电池、锂电池、燃料电池或太阳能电池的一种或几种。

高功率密度的峰值瞬时动力输出模块由若干超级电容器5单体组模而成；超级电容器5设置在机翼或机壳内，将超级电容器5以机翼或机壳等结构件方式呈现。

单个超级电容器5可以以串或并联的方式组成相应模组。

超级电容器5的结构为：碳纳米管或石墨烯修饰的高比表面积的碳纤维布作为电极，固态电解质或聚合物凝胶电解质中加入结构填料(如空心玻璃微珠、玻纤等)制备结构电解质。通过热压或者其它加工方式制备“三明治”结构超级电容器。

单个超级电容器5制备模组：以环氧树脂或其他绝缘蒙皮封装，正负极极耳置于封装结构两侧，并根据需求进行连接，连接结构通过推拉式的机械装置绝缘保护，机械装置的材质也以碳纤维复合材料为佳。

充放电管理模块3通过线束与高能量密度的稳定动力输出模块和功率密度的峰值瞬时动力输出模块相连。

充放电管理模块3通过导线与超级电容器5相连，超级电容器5通过导线与电机6相连。

机身1内设有动力电池模组4，充电接入模块9，电机控制器10和制动器11。

充放电管理模块3通过导线连接充电接入模块9和电机控制器10，电机控制器10为直流交流变换单元。电机控制器10通过导线与电机6相连。

机翼2内设有能量回收模块8。电机6通过导线与制动器11相连，制动器11通过导线与能量回收模块8相连，能量回收模块8通过导线与超级电容器5和充放电管理模块3相连。

充放电管理模块3负责充放电管理。无人机速度稳定，也就是需要稳定能量输入，即处于稳定低负荷a时，充放电管理模块3会控制动力电池模组4输送能量，通过电机控制器10驱动电机6工作。

当无人机启动或者急剧加速,即处于瞬时高负荷b时，充放电管理模块3控制大功率超级电容5输出能量，驱动电机6运行。

而无人机突然制动时，就是制动器11运行时，会有制动能量，制动能量通过能量回收模块8和充放电管理模块3将能量自动回收到超级电容5，将能量储存起来。一方面可以提高无人机动力系统容量，提高无人机续航能力；另一方面通过充放电管理系统降低充放电过程的能量损耗，提高能量使用效率。

上述实施例只是对本发明技术方案的举例说明或解释，而不应理解为对本发明技术方案的限制，显然，本领域的技术人员可对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些修改和变型在内。