一种无人机用具有配电功能的数字化电源装置的制作方法

本实用新型属于无人机机载电源设计技术领域，尤其涉及一种无人机用具有配电功能的数字化电源装置。

背景技术：

目前国内中大型无人机的电源系统多采用交直流发电机、电源变换装置、电能分配装置以及应急电池组成。该类型的系统构成存在着分立设备多、系统调试时间长、所需安装空间大、系统重量重以及质量控制难的缺点，尤其是对安装空间与重量要求较严格的无人机，此项缺点尤为明显。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种无人机用具有配电功能的数字化电源装置，该设备集成了电源转换与电能分配的功能，省去了电源与配电之间的联调工作；内部控制程序具有智能化操作设计，可根据无人机的飞行状态自动的调节设备用电配置；采用模块化设计，分为不同功能的功能板卡，在板卡损坏后可以进行替换操作，缩短了系统维护时间；采用rs422数字通讯串口与can总线通讯接口，实现了设备的单点数字通讯以及总线通信的功能。

本实用新型目的通过以下技术方案予以实现：一种无人机用具有配电功能的数字化电源装置，包括：交流电输入接口、地面电源与应急电池输入接口、v电能输出接口、汇流条a电能输出接口、汇流条b电能输出接口、通讯与预留信号接口、电源电能分配板卡、电源检测与控制板卡、电能转换板卡a和电能转换板卡b；其中，所述交流电输入接口分别与电能转换板卡a和电能转换板卡b相连接；所述地面电源与应急电池输入接口分别与电能转换板卡a和电能转换板卡b相连接；所述v电能输出接口与所述电源电能分配板卡相连接；所述汇流条a电能输出接口与所述电源电能分配板卡相连接；所述汇流条b电能输出接口与所述电源电能分配板卡相连接；所述通讯与预留信号接口与所述电源检测与控制板卡相连接；所述电源电能分配板卡分别与所述电源检测与控制板卡、电能转换板卡a和电能转换板卡b相连接；所述电源检测与控制板卡分别与电能转换板卡a和电能转换板卡b相连接。

上述无人机用具有配电功能的数字化电源装置中，所述交流电输入接口与发电机相连接，所述汇流条a电能输出接口与无人机应急平台用电设备供电端子相连接，所述汇流条b电能输出接口与无人机载荷设备供电端相互连接；所述v电能输出接口与无人机动力系统用电设备供电端子相互连接；所述通讯与预留信号接口与无人机飞控机通信接口相互连接；所述地面电源与应急电池输入接口与无人机应急电池相互连接。

上述无人机用具有配电功能的数字化电源装置中，还包括：散热风扇；其中，所述散热风扇与所述电源检测与控制板卡相连接。

上述无人机用具有配电功能的数字化电源装置中，启动发动机，发动机启动后带动发电机转动，两路相互独立的交流电输送到交流电输入接口，电能转换板卡a采集交流电输入接口的一路交流电，并经将交流电转换成固定值为28v以及12v的直流电，经过电源电能分配板卡8后通过汇流条a电能输出接口4以及14v电能输出接口3输送给无人机应急平台设备以及无人机动力系统设备；电能转换板卡b采集交流电输入接口的另一路交流电，并将交流电转换成v直流电，经过电源电能分配板卡后通过汇流条b电能输出接口将电能输送给用电载荷；电源检测与控制板卡采集电能转换板卡a与电能转换板卡b反馈的输入的交流电电压、输出直流电电压与电流、应急电池充电放电电流以及板卡工作温度，并通过通讯与预留信号接口发送到飞控机并在地面控制端进行显示，一旦电源出现输入过压、输入欠压、输出过压以及输出欠压的现象，电源将进行报警并停止工作；当电源工作温度高于40℃时，电源检测与控制板卡将启动散热风扇，一旦电源出现超温的现象，电源将发出报警信号，当报警长时间不恢复时，电源将自动停止工作，待温度恢复正常时再次开启；飞控机通过通讯与预留信号接口发送电源开关控制指令，电源检测与控制板卡接收并解算控制信息，控制电源电能分配板卡中开关的工作状态，电源电能分配板卡反馈开关工作状态情况到电源检测与控制板卡，最终通过通讯与预留信号接口发送到地面控制端，方便地面人员观察；根据无人机飞行过程的状态变化，飞控机通过通讯与预留信号接口向电源装置发送状态信息，电源检测与控制板卡在接收与解算到状态信息后控制电源电能分配板卡中开关的开合状态以实现电能的最优分配。

上述无人机用具有配电功能的数字化电源装置中，电源电能分配板卡内部含有一个单向导通二极管，当电能转换板卡a发生故障后，电能转换板卡b通过电源电能分配板卡的单向导通二极管向汇流条a供电。

上述无人机用具有配电功能的数字化电源装置中，在地面工作模式下，地面电源通过地面电源与应急电池输入接口与设备连接，地面电源与应急电池输入接口并分别与电能转换板卡a和电能转换板卡b的输出并联，电能通过电源电能分配板卡分别输出到14v电能输出接口、汇流条a电能输出接口以及汇流条b电能输出接口，通讯与预留信号接口与飞控机相互连接，电源检测与控制板卡在接收与解算控制指令后控制电源电能分配板卡中开关的工作状态并将开关的工作状态反馈给电源检测与控制板卡，通过通讯与预留信号接口传递给飞控机，最终显示在地面操作站中；电源检测与控制板卡监测14v输出电压与输出电流并将数值通过通讯与预留信号接口发送到飞控机并最终在地面操作站中显示。

上述无人机用具有配电功能的数字化电源装置中，通讯与预留信号接口接收adc检测数据以及pt1000数据并传输给电源检测与控制板卡，电源检测与控制板卡对adc检测数据以及pt1000数据结算后通过通讯与预留信号接口发送到飞控机并最终传送到地面操作站。

上述无人机用具有配电功能的数字化电源装置中，通讯与预留信号接口接收飞控机发送的do控制指令，电源检测与控制板卡对do控制指令进行解算后通过通讯与预留信号接口发送到飞控机并最终传送到地面操作站。

上述无人机用具有配电功能的数字化电源装置中，通讯与预留信号接口接收到外部的di信号输入并传送到电源检测与控制板卡，电源检测与控制板卡(9)在对信号进行结算后，通过通讯与预留信号接口发送到飞控机并在地面操作站中进行显示。

本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本实用新型采用模块化设计，分为不同功能的功能板卡，在板卡损坏后可以进行替换操作，缩短了系统维护时间；

(2)本实用新型集成了电源变换、电源电能分配的功能，取消了常规的电源变换与电能分配设备独立设计的原则，实现了电源装置的功能集成化，省去了电源变换装置与电能分配装置的联调时间：

(3)本实用新型可接收无人机飞控设备发送的无人机状态信息，电源装置可识别无人机的状态信息并控制电能分配开关与闭合，实现无人机智能化的电源分配管理。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本实用新型实施例提供的无人机用具有配电功能的数字化电源装置的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的无人机用具有配电功能的数字化电源装置与外部设备连接的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型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。

图1是本实用新型实施例提供的无人机用具有配电功能的数字化电源装置的示意图。如图1所示，该无人机用具有配电功能的集成化电源装置，包括交流电输入接口1、地面电源与应急电池输入接口2、14v电能输出接口3、汇流条a电能输出接口4、汇流条b电能输出接口5、通讯与预留信号接口6、散热风扇7、电源电能分配板卡8、电源检测与控制板卡9、电能转换板卡a10和电能转换板卡b11；其中，

所述交流电输入接口1分别与电能转换板卡a10和电能转换板卡b11相连接；所述地面电源与应急电池输入接口2分别与电能转换板卡a10和电能转换板卡b11相连接；所述14v电能输出接口3与所述电源电能分配板卡8相连接；所述汇流条a电能输出接口4与所述电源电能分配板卡8相连接；所述汇流条b电能输出接口5与所述电源电能分配板卡8相连接；所述通讯与预留信号接口6与所述电源检测与控制板卡9相连接；所述散热风扇7与所述电源检测与控制板卡9相连接；所述电源电能分配板卡8分别与所述电源检测与控制板卡9、电能转换板卡a10和电能转换板卡b11相连接；所述电源检测与控制板卡9分别与电能转换板卡a10和电能转换板卡b11相连接；

如图2所示，所述交流电输入接口1与发电机相连接，所述汇流条a电能输出接口4与无人机应急平台用电设备供电端子相连接，所述汇流条b电能输出接口5与无人机载荷设备供电端相互连接；所述14v电能输出接口3与无人机动力系统用电设备供电端子相互连接；所述通讯与预留信号接口6与无人机飞控机通信接口相互连接；所述地面电源与应急电池输入接口2与无人机应急电池相互连接。

如图1所示，该无人机用具有配电功能的集成化电源装置具有两种使用工况，分为飞行使用工况与地面使用工况，飞行使用工况包括：将发电机输入接口与电源装置的发电机输入接口1相互连接；将汇流条a电能输出接口4与无人机应急平台用电设备供电端子相互连接；将汇流条b电能输出接口5与无人机载荷设备供电端相互连接；将14vdc电能输出接口3与无人机动力系统用电设备供电端子相互连接；将通信与预留信号接口6与无人机飞控机通信接口相互连接；将地面电源与应急电池输入接口2与无人机应急电池相互连接；

打开电池供电开关，电能转换板卡a10中的14v模块进行工作并为动力系统供电；启动发动机，发动机启动后带动发电机转动，两路相互独立的交流电输送到发电机输入接口1，电能转换板卡a10采集输入交流电电压、输出直流电电压与电流、应急电池充放电电流，并经过同步整流电路、预稳压电路、28v电能转换电路、14v电能转换电路将交流电转换成固定值为28v以及12v的直流电，通过电能输出接口4以及14v电能输出接口3输送给无人机应急平台设备以及无人机动力系统设备，如果应急电池出现亏电现象，则可为应急电池充电；电流转换板卡b11采集输入交流电电压、输出直流电电压以及电流，并经过同步整流电路、预稳压电路、28v电能转换电路将交流电转换成28v直流电，通过电能输出接口5将电能输送给用电载荷；电源控制与检测板卡9采集电能转换板卡a10与电能转换板卡b11反馈的输入交流电电压、输出直流电电压与电流、应急电池充电放电电流以及板卡工作温度，上述数值将通过通讯与预留信号接口6发送到飞控机并在地面控制端进行显示，一旦电源出现输入过压、输入欠压、输出过压以及输出欠压等现象，电源将进行报警并停止工作；当电源工作温度高于40℃时，电源控制与检测板卡9将启动散热风扇7，一旦电源出现超温的现象，电源将发出报警信号，当报警长时间不恢复时，电源将自动停止工作，待温度恢复正常时再次开启；飞控机通过通信与预留信号接口6发送电源开关控制指令，电源控制与检测板卡9接收并解算控制信息，控制电源电能分配板卡8中开关的工作状态，电源电能分配板卡8反馈开关工作状态情况到电源控制与检测板卡9，最终通过通信与预留信号接口6发动到地面控制端，方便地面人员观察；电源电能分配板卡8内部含有一个单向导通二极管，当电能转换板卡a10发生故障后，电能转换板卡b11可以通过导通二极管向汇流条a供电；根据无人机飞行过程的状态变化，飞控机通过通信与预留信号接口6向电源装置发送状态信息，电源控制与检测板卡9在接收与解算到相关状态信息后控制电源电能分配板卡中开关的开合状态以实现电能的最优分配。

在地面工作模式下，地面电源通过地面电源与应急电池输入接口2与设备连接，并分别与电能转换板卡a10和电能转换板卡b11的输出并联，电能通过电源电能分配板卡8分别输出到14v电能输出接口3、汇流条a电能输出接口4以及汇流条b电能输出接口5，通讯与预留信号接口6与飞控机相互连接，电源控制与监测板卡9在接收与解算控制指令后控制电能分配板卡8中开关的工作状态并将开关的工作状态反馈给电源控制与监测板卡9，通过通讯与预留信号接口6传递给飞控机，最终显示在地面操作站中；电源控制与监测板卡9监测14v输出电压与输出电流并将数值通过通讯与预留信号接口6发送到飞控机并最终在地面操作站中显示。

电源装置如需要增加adc检测功能、di/do控制功能以及pt1000控制功能，与通讯与预留信号接口6中的对应电缆相互连接，adc检测数据以及pt1000数据经由电源控制与监测板卡9进行结算，通过通讯与预留信号接口6发送到飞控机并最终传送到地面操作站；通讯与预留信号接口6接收飞控机发送的do控制指令，电源控制与监测板卡9对数据进行解算与处理，在通讯与预留信号接口6中进行输出；通讯与预留信号接口6接收到外部的di信号输入并传送到电源控制与监测板卡9，在对信号进行结算后，通过通讯与预留信号接口6发送到飞控机并在地面操作站中进行显示。

该无人机用具有配电功能的集成化电源装置还包括电源装置外壳，其中，散热风扇7、电源电能分配板卡8、电源检测与控制板卡9、电能转换板卡a10和电能转换板卡b11均设置于电源装置外壳内。交流电输入接口1、地面电源与应急电池输入接口2、14v电能输出接口3、汇流条a电能输出接口4、汇流条b电能输出接口5、通讯与预留信号接口6设置于电源装置外壳的壳壁上。

电源装置外壳由铝合金制成，采用拼接结构制成，拼接处涂有导电胶以确保电源装置的电磁兼容性，外壳采用表面阳极化处理，防止外壳发生生锈、腐蚀等损坏。外壳表面开有散热风扇导流用散热小孔、小孔的直径满足电磁兼容性要求。

电能转换板卡a由交流输入电压采集电路、同步整流电路、预稳压电源模块、28v电源变换模块、14v电源变换模块、输出电压与电流检测电路、应急电池电压与充放电电流检测电路组成。板卡a输出的28v、经由电源控制与检测板卡、电源电能分配板卡后，由汇流条a电能输出接口输出。

电能转换板卡a中的14v电源变换模块输出的电能经由电源控制与检测板卡、电源电能分配板卡，由14v电能输出接口和通讯与预留信号接口输出；电能转换板卡a具有过载保护与短路保护功能。

电能转换板卡b由交流输入电压采集电路、同步整流电路、预稳压电源模块、28v电源变换模块以及输出电压、电流检测电路组成。板卡b输出的28v经由电源控制与检测板卡、电源电能分配板卡后，由汇流条b电能输出接口输出；电能转换板卡b具有过载保护与短路保护功能。

电源控制与监测板卡可以采集并处理板卡a与板卡b输入交流电的电压，输出电压、电流，板卡a与板卡b的工作温度，14v电源的电压、电流；电源控制与检测板卡可以根据监测到板卡a与板卡b的数据对电源装置的安全性进行监测，包括输入电压欠压保护、输入电压过压保护、输出电压过压保护以及输出电压欠压保护，上述参数异常时，该板卡将控制电源装置停止输出并发出故障警告；电源控制与监测板卡能够监测板卡a与板卡b的温度参数并回传到上位机，当两个板卡中任何一个温度异常时将控制电源将停止工作；机载应急电池通过地面电源与应急电池输入接口接入到电源装置中并与电能转换板卡a并联输出；电源控制与监测板卡能够监测应急电池的放电电流、充电电流以及电池电压的数值，监测结果最终上传到上位机。

电源电能分配板卡内部包含9个可控开关，每个开关的输入以及控制信号均相互独立。

电源控制与监测板卡能够接收上位机发送的控制指令以独立的控制9路开关的打开与闭合，实现电源电能的分配；采集开关的工作状态并将状态信息反馈给上位机；电源控制与监测板卡能够识别上位机发送的无人机飞行状态，例如巡航侦查、作战打击、起飞降落、异常返航等并根据无人机飞行状态自动的配置电源电能分配板卡中9路开关的开关与闭合，实现无人机电能的最优化配置与作战的智能化。

地面电源装置通过地面电源与应急电池输入接口接入到电源装置中，并分别与电能转换板卡a与电能转换板卡b并联输出；电能转换板卡a与电能转换板卡b之间设计使用功率二极管，在交流电输入a路失效、应急电池失效或者电能转换板卡a失效后，电能转换板卡b能够通过功率二极管单方向电能转换板卡a的用电设备供电。

电源装置内部存在四个散热风扇，散热风扇采用吹风的工作方式，风道经过电源装置电能转换板卡a、电能转换板卡b以及电源电能分配板卡上的散热条，保证电源装置具有良好的散热性能。

电源控制与监测板卡中存在一个隔离rs422串口以及一个can总线通讯接口，可以实现单点数字控制以及总线控制功能；电源控制与监测板卡中预留了2路隔离adc模块、2路di模块、两路do模块以及2路pt1000温度监测模块，该电源具有一定的控制与监测的可扩展性。

本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。