一种无人机混合动力系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及无人机技术领域，具体涉及一种一种无人机混合动力系统。


背景技术：

[0002]
电气化、电力化是未来交通运输工具的发展趋势。无人机电动力系统是一种创新的航空动力技术，是使用电能的飞机推进系统，具有效率高，推重比高，易于实现旋翼无人机稳定性精确控制且抗气流扰动响应快等优异特性。
[0003]
无人机电动力系统主要由动力电池、电动机及减速器、螺旋桨、控制器四部分组成。由于动力电池能量密度的制约，目前的电动无人机普遍存在续航时间短、有效载荷低等问题，其工作性能指标无法满足电动无人机应用需求。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本实用新型提供一种无人机混合动力系统，其采用无人机混合动力电动力系统，可以满足电动无人机高输出功率和高电量需求。
[0005]
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种无人机混合动力系统，包括一发动机发电系统、一动力电池系统以及分别与发动机发电系统和动力电池系统连接的混合动力管理系统。
[0006]
优选地，发动机发电系统包括发动机、与发动机连接的发电机以及与发电机连接的pmu模块。
[0007]
优选地，发动机包括设置于中心位置的曲轴箱以及两侧的气缸，气缸连接有一点火装置。
[0008]
优选地，发动机设置于一导流罩内，气缸设置于导流罩内两个独立的风道内。
[0009]
优选地，两个风道之间通过一连接管连通，使得两个风道之间连通，使得两个风道的气压保持一致。
[0010]
优选地，发电机的定子以及转子分别通过磁电机定子支架和磁电机转子支架与发动机连接。
[0011]
优选地，动力电池系统包括一充电设备以及一与充电设备连接的动力电池。
[0012]
优选地，混合动力管理系统通过一ecu模块与发电机发电系统连接。
[0013]
优选地，混合动力管理系统通过一bms模块与动力电池系统连接。
[0014]
优选地，混合动力管理系统与ecu模块和bms模块之间can通讯连接。
[0015]
优选地，混合动力管理系统通过一can总线收发器分别与无人机动力系统、ecu模块以及bms模块连接。
[0016]
一种无人机混合动力系统控制方法，该方法包括：
[0017]
s10：混合动力管理系统根据不同工况判断对无人机动力系统对电能的需求量；
[0018]
s20：对发电机发电系统以及动力电池系统的状态进行实时监测；
[0019]
s30：结合发电机发电系统和动力电池系统的状态以及该工况下对电能的需求，分
配充电路径。
[0020]
优选地，步骤s30中的充电路径包括：发电机发电系统充电路径、动力电池系统充电路径以及发电机发电系统和动力电池系统结合充电路径。
[0021]
优选地，发动机发电系统包括两个工作模式，分别为发电模式以及发电机起动模式。
[0022]
本实用新型具有的优点和积极效果是：通过设置无人机混合动力，有效提升了电动无人机的大载重、长续航能力，拓宽了消费级无人机的工农业应用场景，如农田植保、电力巡检、工业勘探、交通应急、紧急救援、特殊军事用途等领域；在军事等领域，既可以实现纯电形式的静音隐蔽供电功能，也可以实现混合电推进大功率供电，进行特殊作业需求。
附图说明
[0023]
图1是本实用新型的无人机混合动力系统的结构示意图；
[0024]
图2是本实用新型的混合动力管理系统的发动机发电系统的结构示意图；
[0025]
图3是本实用新型的混合动力管理系统的pmu模块的结构示意图；
[0026]
图4是本实用新型的混合动力管理系统的发动机与导流罩的相互配合的内部结构示意图；
[0027]
图5是本实用新型的混合动力管理系统的导流罩的立体结构示意图；
[0028]
图6是本实用新型的混合动力管理系统的导流罩的侧视图；
[0029]
图7是图6沿bb方向的剖视图；
[0030]
图8是图6沿cc方向的剖视图；
[0031]
图9是本实用新型的混合动力管理系统的发动机与导流罩的相互配合的立体结构示意图；
[0032]
图10是本实用新型的混合动力管理系统的发动机与导流罩的相互配合的侧视结构示意图；
[0033]
图11是本实用新型的混合动力管理系统的发电机第一方向的立体结构示意图；
[0034]
图12是本实用新型的混合动力管理系统的发电机第二方向的立体结构示意图；
[0035]
图13是本实用新型的混合动力管理系统的发电机的侧视图；
[0036]
图14是本实用新型的混合动力管理系统的发电机的剖视图；
[0037]
图15是本实用新型的混合动力管理系统的电路原理示意图；
[0038]
图16是本实用新型的can通讯连接电路原理图；
[0039]
图17是本实用新型的电源的原理图。
具体实施方式
[0040]
为了更好的理解本实用新型，下面结合具体实施例和附图对本实用新型进行进一步的描述。
[0041]
如图1所示，本实用新型提供一种无人机混合动力系统，该混合动力系统包括一发动机发电系统10、一与发动机发电系统10连接的动力电池系统20，以及分别与发动机发电系统10和动力电池系统20连接的混合动力管理系统30，发动机发电系统10能够实现启动以及发电的过程；动力电池系统20接收发动机发电系统10的电能，并进行充放电；混合动力管
理系统30根据无人机的飞行工况，对整体的能量进行管理。
[0042]
具体地，如图1、图2、图3所示，发动机发电系统10包括发动机110、与发动机110连接的发电机120以及与发电机120连接的pmu(power management unit，电源管理单元)模块130；其中，发动机110的输出轴与发电机120连接，发动机110将燃料的化学能转化成机械能，并且带动发电机120的转子进行旋转，发电机120的转子旋转，将机械能转化成电能，发动机110带动发电机120发电，并将电压传输给pmu模块130，pmu模块130对接收的电压进行滤波以及整形，然后输出电量。
[0043]
进一步地，发动机110包括设置于中心位置的曲轴箱1102以及两侧的气缸1101，气缸1101连接有一点火装置1103，在整个结构中，气缸1101为主要动力，其不断做功，产生热量，所以主要需要为气缸1101进行降温。
[0044]
如图4至图9所示，在本实用新型的一个具体的实施例内，发动机110设置于一导流罩150内，导流罩150内部中空，导流罩150在内部设有两个内壁1501，该两处内壁1501将导流罩150内部分隔成三个空间，分别为设置于两侧的风道1502以及风道1502中间的曲轴箱通道1503；发动机110的曲轴箱1102设置于曲轴箱通道1503内，发动机110的气缸1101设置于风道1502内，且风道1502与曲轴箱通道1503之间连通；进一步地，导流罩150两端开口，分别为入风端以及出风端，每个风道1502的入口处安装有冷却吸风扇160，每个风道1502与冷却吸风扇160之间设置为文丘里管结构1505；冷却吸风扇160通过风道1502直吹发动机110的气缸1101，并且在经过文丘里管结构1505的时候，风速增加，在损耗功率最小的情况下提供最大的冷却风量，以最大程度的带走气缸的热量。
[0045]
在本实用新型的一个具体的实施例中，两个风道1502之间通过一连接管1506连通，使得两个风道1502之间连通，使得两个风道1502的气压保持一致，保证发动的气缸1101工作的环境保持一致，从而保证各个气缸1101做功一致，减少发动机110的振动。
[0046]
进一步地，在本实用新型的一个具体的实施例中，发动机110的气缸1101上直连一个排气管1103，该排气管1105从导流罩150上方穿出，排气管1105的排气方向向后，同冷却吸风扇160的进气方向法相垂直；本实施例中，发动机110的气缸1101直接连接有排气管1105，使得气缸1101产生的废气直接从排气管1105排出，且其排气方向垂直并且远离进气方向，避免排气混入进气，造成发动机110的冷却效果下降，从而其动力下降。
[0047]
进一步地，如图10所示，点火装置1103设置于导流罩150外部，在该实施例中，点火装置1103分别与两个气缸1101连接。
[0048]
进一步地，如图2、图4以及图11至图14所示，发动机110的输出轴与发电机120连接，发电机120的定子1201以及转子1202分别通过磁电机定子支架180和磁电机转子支架170与发动机110连接，发电机120的定子1201和转子1202分别同磁电机定子支架180以及磁电机转子支架170相连，磁电机定子支架180分为上下两半，通过抱紧的方式固定在发动机110的曲轴箱1102上，磁电机转子支架170同发动机110的输出轴连接。
[0049]
进一步地，在本实用新型的一个具体的实施例中，发动机110的输出端连接有发电机120，冷却吸风扇160设置于发动机110的输出端，即冷却吸风扇160与发电机120设置于发动机110的同一端，且发电机120的转子1202支撑部分修改成扇叶状，从而构成一个排风扇，转子1202旋转产生的气流方向同所述冷却吸风扇160产生的气流方向相同，将冷却空气吸进发电机120静子的线圈并从发电机120的转子的扇叶中排出，给发电机120静子的线圈冷
却。同时所述的冷却吸风扇160的风向同所述的发电机120工作产生的风向一致，避免冷却气流相撞消耗的冷却吸风扇160功率。
[0050]
进一步地，如图3所示，pmu模块130是一种控制数字平台电源功能的微控制器，该微控制器包括存储器、cpu、输入/输出接口、测量时间间隔的定时器、以及用于测量发电机120发电电压的模数转换器，其是一种现有的集成的电源管理模块，用于对发电机120的发电量进行管理，具体的，对发电机120的发电电压进行模数转换、滤波、整形。
[0051]
进一步地，在本实用新型一个具体的实施例中，发动机发电系统10包括两个工作模式，分别为发电模式以及发电机起动模式；具体的，发电模式下，发动机110与发电机120同轴连接，发动机110带动发电机120的转子进行旋转，发电机120的转子相对于定子进行旋转运行发电，并传输给pmu模块130，pmu模块130对发电机120输出的电压进行整形滤波，并输出电量；起动模式下，pmu模块130接收电能，通过发电机130(此时发电机为电动机功能)带动发动机120起动。
[0052]
进一步地，在本实用新型的一个具体的实施例中，无人机混合动力系统还包括一动力电池系统20，该动力电池系统20输入端与发动机发电系统10连接，接收发动机发电系统10的电量，另一端与无人机动力系统40连接，向无人机动力系统40提供电能，以驱动无人机动力系统40。
[0053]
具体的，动力电池系统20包括一充电设备201以及一与充电设备201连接的动力电池202，充电设备201与发动机发电系统10的pmu模块130连接，接收经过pmu模块130整形以及过滤的电能，并且为动力电池202进行充电，动力电池202一方面与无人机动力系统40连接，为无人机动力系统40提供电量，另一方面与发动机发电系统10的pmu模块130连接，在起动模式下，为pmu模块130提供电能，通过发电机130(带动发动机120起动。
[0054]
在本实用新型的一个具体的实施例中，如图3所示，充电设备201直接集成于pmu模块130上。
[0055]
进一步地，在本实用新型的一个具体的实施例中，无人机混合动力系统还包括一混合动力管理系统30，该混合动力管理系统30通过一ecu模块50与发电机发电系统10连接，通过一bms模块60与动力电池系统20连接。
[0056]
具体的，ecu模块50分别与发动机110以及pmu模块130连接，ecu模块50一方面用于对发动机110的状态进行监控，获取发动机110运行的最新情况，可监测的发动机参数包括：发动机转速、喷油脉宽、喷油相位、点火提前角、进气温度、进气压力、发动机缸体温度、节气门开度等，这些参数可以反映发动机的运行状态；另一方面实现对发动机110的控制，使其能够正常工作并满足无人机在飞行过程中所需的能量要求，控制参数包括喷油脉宽、点火提前角、节气门开度等。
[0057]
ecu模块50对发动机的状态进行监控，并传输给混合动力管理系统30，该混合动力管理系统30，并接收混合动力管理系统30的指令，根据该指令对无人机动力系统40提供电能。
[0058]
进一步地，bms模块60分别与充电设备201、动力电池202以及ecu模块50模块连接，bms模块60实时监控动力电池202的状态，bms模块60可监控的动力电池202参数主要包括输出电流、开路电压、放电时间、soc(state of charge，充电状态)、soh(state of health，健康程度)、充放电循环次数、电池温度等；通过采集蓄电池的输出电流、开路电压和放电时
间，蓄电池智能能量管理系统可以计算出电池当前的soc(state of charge，充电状态)，并判断是否需要为蓄电池充电。
[0059]
bms模块60将测得的电池参数发送给混合动力管理系统30，用于监控蓄电池的状态，并接收混合动力管理系统30的指令，根据该指令对无人机动力系统40提供电能。
[0060]
混合动力管理系统30根据无人机的飞行工况，对整体的能量进行管理；首先混合动力管理系统30内部存储有不同工况下对电能的需求，根据实时采集的发电机发电系统10以及动力电池系统20的电能状态，结合该工况下对电能的需求，分配充电路径。
[0061]
进一步地，整个系统包括两路供电系统，即发电机发电系统10(a路供电系统)以及动力电池系统20(b路供电系统)，两个供电系统相互配合为无人机动力系统40进行供电；其中发电机发电系统10(a路供电系统)中，发动机110驱动发电机120进行发电，发电机120将产生的电能经过pmu模块130进行过滤以及整形，为无人机动力系统40供电，动力电池系统20(b路供电系统)中，动力电池202接收发动机发电系统10产生的电能不进行储存，在需要的时候为无人机动力系统40供电。
[0062]
无人机在不同的飞行工况下选择不同的供电系统；具体的，当无人机爬升、高航速、瞬时大功率工况下，发电机发电系统(a路供电系统)与动力电池系统(b路供电系统)共同为无人机动力系统40提供电能，并为飞行器其它用电设备提供电能；在巡航和中小功率工况下，发电机发电系统(a路供电系统)将为无人机动力系统40和其它用电设备供电，剩余电能给动力电池202充电，或者在发电机120(a路供电系统)提供的电能不足以同时驱动其它用电设备与无人机动力系统40时，动力电池系统20则处于放电状态(b路供电系统)，起到辅助电源的作用。
[0063]
如图2和图3所示，在本实用新型的一个具体的实施例中，混合动力管理系统30采用芯片stm32f105lqfp64，其通过一can总线收发器分别与无人机动力系统40、ecu模块50以及bms模块60连接，实现can通讯。
[0064]
进一步地，如图4所示，无人机混合动力系统还包括一电源模块，分别为混合动力管理系统30、ecu模块50、bms模块60、pmu模块130、以及充电设备201供电。
[0065]
在本实用新型中，ecu模块50、bms模块60、pmu模块130、以及充电设备201均选用行业通用的设备以及芯片，在此不再对其具体型号做出选择。
[0066]
进一步地，本实用新型的第二方面提供一种无人机混合动力系统控制方法，该方法包括：
[0067]
s10：混合动力管理系统30根据不同工况判断对无人机动力系统对电能的需求量；
[0068]
s20：对发电机发电系统10以及动力电池系统20的状态进行实时监测；
[0069]
s30：结合发电机发电系统10和动力电池系统20的状态以及该工况下对电能的需求，分配充电路径。
[0070]
步骤s30中的充电路径包括：发电机发电系统10充电路径、动力电池系统20充电路径以及发电机发电系统10和动力电池系统20结合充电路径。
[0071]
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除