一种混合动力的电源系统和无人机的制作方法

1.本技术涉及无人机电源技术领域，具体涉及一种混合动力的电源系统和无人机。


背景技术：

2.目前市面上存在的大量油电混动型复合翼无人机通常采用的电源系统的电动动力系统的供配电和航电系统的供配电独立分离。电动力系统电能来源是动力电池，向动力汇流条直接供电，动力电池的容量满足无人机起飞、降落的功率和时间需求。航电系统电能来源是发电机系统和锂电池，两者并联共同向航电汇流条供电，航电汇流条再向所有航电系统设备和任务设备供电，具有双余度供电能力。但此无人机电源系统虽有诸多优点，但也存在一些问题：无人机起飞始重较大；电源系统的生命力较低。


技术实现要素：

3.本技术提供一种混合动力的电源系统和无人机，用于缓解电源系统的生命力较低的问题。
4.在一方面，本技术提供一种混合动力的电源系统，具体地，包括高压电源系统和低压电源系统，所述高压电源系统包括动力电池、动力汇流条、动力组件，所述低压电源系统包括一般用电设备、关键用电设备、发电机、主汇流条、第一二极管、充电电池、第二二极管和蓄电池汇流条，所述动力电池通过所述动力汇流条连接所述动力组件，所述发电机通过所述主汇流条连接所述一般用电设备，所述蓄电池汇流条连接所述关键用电设备，所述主汇流条连接所述第一二极管的阳极，所述充电电池连接所述第二二极管的阳极，所述蓄电池汇流条连接所述第一二极管和所述第二二极管的阴极。
5.可选地，所述电源系统还包括充电模块，所述发电机通过所述充电模块连接所述动力电池。
6.可选地，所述电源系统中的所述动力电池包括第一动力电池和第二动力电池，所述第一动力电池和所述第二动力电池并联。
7.可选地，所述电源系统还包括第一通断装置，所述第一通断装置连接在所述发电机和所述主汇流条之间。
8.可选地，所述电源系统还包括地面电源接口，所述地面电源接口连接所述主汇流条。
9.可选地，所述电源系统还包括第二通断装置，所述第二通断装置连接在所述地面电源接口和所述主汇流条之间。
10.可选地，所述电源系统还包括第三通断装置，所述第三通断装置连接在所述一般用电设备和所述主汇流条之间。
11.可选地，所述电源系统还包括第一保险装置，所述第一保险装置连接在所述一般用电设备和所述主汇流条之间。
12.可选地，所述电源系统还包括第四通断装置，所述第四通断装置连接在所述关键
用电设备和所述蓄电池汇流条之间。
13.可选地，所述电源系统还包括第二保险装置，所述第二保险装置连接在所述关键用电设备和所述蓄电池汇流条之间。
14.可选地，所述电源系统还包括二次电源和航电设备，所述航电设备通过所述二次电源连接所述蓄电池汇流条。
15.可选地，所述电源系统不设置连接所述发电机向所述充电电池充电的蓄电池充电器。
16.可选地，所述电源系统还包括第五通断装置，所述第五通断装置连接在所述动力电池与所述动力汇流条之间。
17.可选地，所述电源系统还包括第六通断装置，所述第五通断装置和所述第六通断装置并联在所述动力电池与所述动力汇流条之间。
18.另一方面，本技术还提供一种混合动力的无人机，具体地，所述无人机包括如上任一项所述的电源系统。
19.如上所述，本技术提供的混合动力的电源系统和无人机通过多级汇流条向用电设备分布供电，采用层次化的设计方案，解决集中配电电源系统生命力低的问题，提高电源系统的可靠性。
附图说明
20.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本技术一实施例的混合动力的电源系统的方框图。
22.图2为本技术图1实施例基础上的混合动力的电源系统的结构图。
23.本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。通过上述附图，已示出本技术明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本技术构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本技术的概念。
具体实施方式
24.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
25.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本技术不同实施例中具
有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。
26.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
27.在一方面，本技术提供一种混合动力的电源系统，图1为本技术一实施例的混合动力的电源系统的方框图。
28.请参阅图1，在一实施例中，混合动力的电源系统包括高压电源系统和低压电源系统，高压电源系统包括动力电池10、动力汇流条20、动力组件30。低压电源系统包括一般用电设备40、关键用电设备41、发电机50、主汇流条60、第一二极管d1、充电电池70、第二二极管d2和蓄电池汇流条80。
29.可选地，动力电池10通过动力汇流条20连接动力组件30，发电机50通过主汇流条60连接一般用电设备40。蓄电池汇流条80连接关键用电设备41，主汇流条60连接第一二极管d1的阳极，充电电池70连接第二二极管d2的阳极。蓄电池汇流条80连接第一二极管d1和第二二极管d2的阴极。
30.低压电源系统采用了层次化的供配电设计，将所有用电设备根据重要程度划分为了一般用电设备40和关键用电设备41，为后续供电余度设计提供依据。关键用电设备41包括飞机安全飞行和着落所必需的设备，一般用电设备41包括除关键用电设备41以外的设备，如任务设备。可选地，一般用电设备40由发电机50向主汇流条60提供单余度供电，关键用电设备41由主汇流条60和充电电池70并联共同向蓄电池汇流条80提供双余度供电，此举能有效降低对充电电池70容量的需求，进而降低充电电池70重量。其中，余度设计指为了防止单次故障导致系统失效而采取的一种设计方法。
31.主汇流条60、充电电池70和蓄电池汇流条80之间都设计了单向导通的二极管装置，不仅能够防止主汇流条60通过蓄电池汇流条80向充电电池70充电，导致充电电池70处于危险状态，还能在发电机50失效时防止充电电池70通过蓄电池汇流条80向主汇流条供电60，导致充电电池70电量消耗过快，降低应急供电时间的问题。
32.在本实施例中，电源系统采用层次化的设计方案，通过多级汇流条向用电设备分布供电，解决集中配电生命力低的问题，提高电源系统的可靠性，使得电源系统的生存能力更高，扩展性更强，重量更轻。
33.请继续参阅图1，在一实施例中，电源系统还包括充电模块90。可选地，发电机50通过充电模块90连接动力电池10。
34.在本实施例中，高压电源系统设计充电模块90从发电机50提取电功率，可以在无人机水平飞行阶段向动力电池10补充起飞阶段消耗的电能，以保证无人机降落时的电能需求。通过增加充电模块90可以有效降低对动力电池10的容量需求，即可有效降低动力电池10的重量。可选地，发电机50通过另一电源输出通道向充电模块90提供电源，发电机50的两路高、低电源输出完全隔离，防止高压大电流噪声串扰到航电系统，影响航电设备正常工作。
35.需要说明的是，电源系统增加了充电模块90，也要考虑为其付出的重量和体积代价，应根据可以接受的空中充电时间详细设计在无人机降落前将动力电池10电量补充到满足降落所需的电量，并且还应保持一定容量裕度。可选地，本技术中设计动力电池10充电完成时间为1～2小时，详细设计后的充电模块90的重量和体积远低于动力电池10可减少的重
量和体积，说明此设计方法对降低始重有效。
36.图2为本技术图1实施例基础上的混合动力的电源系统的结构图。
37.请参阅图2，可选地，电源系统中的动力电池10包括第一动力电池11和第二动力电池12。第一动力电池11和第二动力电池12并联。
38.在本实施例中，高压电源系统设计了两个动力电池，并联向动力组件30供电。第一动力电池11和第二动力电池12并联后的容量满足无人机垂直起飞、降落的电能需求，实现了动力组件30多余度供电的功能，避免单个电池故障导致电动力组件失电的危险。可以理解地，两个动力电池供电需详细计算某一电池失效后，剩余电池提供应急降落所需的功率容量，保证供电余度设计的可靠性。需要说明的是，本技术对于动力电池的数量不做限定，根据电能需求设计多个动力电池。
39.请继续参阅图2，可选地，电源系统还包括第一通断装置k1。第一通断装置k1连接在发电机50和主汇流条60之间。
40.在本实施例中，第一通断装置k1能够接收程序指令执行动作，控制机载设备供电接通或断开。可选地，当发电机50的输出电压超过限制，或发电机50本身出现故障时，断开第一通断装置k1将故障的发电机50与无人机电网隔离，减少发电机50故障对整个无人机系统的损坏。
41.请继续参阅图2，可选地，电源系统还包括地面电源接口51。地面电源接口51连接主汇流条60。
42.在本实施例中，电源系统通过增加地面电源接口51，方便无人机在地面停留进行系统调试和维护时，接入地面电源向所有机载设备提供电能，减少机载充电电池70和发电机50的地面使用时间，保证飞行使用时间。
43.请继续参阅图2，可选地，电源系统还包括第二通断装置k2。第二通断装置k2连接在地面电源接口51和主汇流条60之间。
44.在本实施例中，第二通断装置k2能够接收程序指令执行动作，控制地面电源供电接通或断开。可选地，当无人机系统不在地面使用时，断开第二通断装置k2以关断地面电源接口51的供电。
45.请继续参阅图2，可选地，电源系统还包括第三通断装置k3。第三通断装置k3连接在一般用电设备40和主汇流条60之间。
46.在本实施例中，第三通断装置k3能够接收程序指令执行动作，控制机载设备供电接通或断开。可选地，在某个飞行阶段不需要一般用电设备40工作时，关断一般用电设备40供电，以减少对电能的需求。
47.请继续参阅图2，可选地，电源系统还包括第一保险装置cb1。第一保险装置cb1连接在一般用电设备40和主汇流条60之间。
48.在本实施例中，第一保险装置cb1可以在一般用电设备40短路故障时将其与主汇流条60隔离，保证主汇流条60能正常向其他设备供电，提高主汇流条60生存能力。
49.请继续参阅图2，可选地，电源系统还包括第四通断装置k4。关键用电设备41可以包括第一关键用电设备411和/或第二关键用电设备412。第四通断装置k4连接k4在第一关键用电设备411和蓄电池汇流条80之间。
50.在本实施例中，第四通断装置k4能够接收程序指令执行动作，控制机载设备供电
接通或断开。可选地，在某个飞行阶段不需要第一关键用电设备411工作时，关断第一关键用电设备411供电，以减少对电能的需求。
51.请继续参阅图2，可选地，电源系统还包括第二保险装置cb2。第二保险装置cb2连接在第一关键用电设备411和蓄电池汇流条80之间。
52.在本实施例中，第一保险装置cb2可以在第一关键用电设备411短路故障时将其与蓄电池汇流条80隔离，保证蓄电池汇流条80能正常向其他设备供电，提高蓄电池汇流条80生存能力。
53.请继续参阅图2，可选地，本技术还包括第二关键用电设备412，第二关键用电设备412直接连接至蓄电池汇流条80。
54.无人机上的一些关键用电设备在整个无人机系统的工作过程中是不能断电的，甚至于意外断电都不能发生。所以在第二关键用电设备412与蓄电池汇流条80之间的供电线路上可以选择直接连接。
55.请继续参阅图2，可选地，电源系统还包括二次电源42和航电设备43。航电设备43通过二次电源42连接蓄电池汇流条80。
56.需要说明的是，由于挂载到蓄电池汇流条80的航电设备43需要至少双余度供电，本技术中的二次电源42一定要设置两个或以上的数量。
57.在本实施例中，二次电源42将从蓄电池汇流条80接收到的电能转换成其他形式电能的给航电设备43进行持续供电。
58.可选地，电源系统不设置连接发电机50向充电电池70充电的蓄电池充电器。
59.在本实施例中，取消蓄电池充电器的设计能够进一步减轻电源系统的重量，只需在每次飞行前检查充电电池70的容量，以保证电源系统具有30分钟的应急供电时间。
60.请继续参阅图2，可选地，电源系统还包括第五通断装置k5。第五通断装置k5连接在动力电池10与动力汇流条20之间。
61.在本实施例中，第五通断装置k5能够接收程序指令执行动作，控制动力电池10供电接通或断开。可选地，当无人机系统起飞时，闭合第五通断装置k5导通动力电池10使无人机系统能够起飞并且在飞行过程中持续供电；当无人机系统降落时，断开第五通断装置k5减少对动力电池10的电能需求。
62.请继续参阅图2，可选地，电源系统还包括第六通断装置k6。第五通断装置k5和第六通断装置k6并联在动力电池10与动力汇流条20之间。
63.在本实施例中，在设置第五通断装置k5的基础上，可以并联第六通断装置k6对通/断电执行机构增加冗余设计，防止第五通断装置k5失效导致供电中断。可以理解地，可以并联设置多个通断装置保证供电的可靠性，本技术对通断装置的数量不做限定。
64.另一方面，本技术还提供一种混合动力的无人机，具体地，无人机包括以上实施例中的电源系统，无人机在实现混合动力中的电源系统与以上各实施例的技术细节相同，此处不再赘述。
65.如上所述，本技术提供的混合动力的电源系统和无人机采用层次化的设计方案，通过多级汇流条向用电设备分布供电，不仅解决集中配电生命力低的问题，提高电源系统的可靠性，还降低对充电电池的容量需求，进一步降充电电池重量。此外，大部分用电设备供电通道上设计保护装置，当设备短路故障时将其与汇流条隔离，不影响汇流条向其他设
备供电，提高了电源系统生存能力。通过多组动力电池并联供电，解决单一动力电池失效导致电动力系统失电的问题。设计动力电池充电模块以及取消航电系统蓄电池充电器，降低了电源系统始重。
66.以上仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。