一种油电混动无人机的供电装置和油电混动无人机的制作方法

[0001]
本实用新型涉及油电混动无人机的供电技术领域，具体涉及一种油电混动无人机的供电装置和油电混动无人机。


背景技术：

[0002]
无人机因其具有无需机载驾驶员、操控简单方便、成本低廉等优势，被广泛应用在
[0003]
航拍、植保、快递运输、灾难救援、测绘、新闻报道、电力巡检、影视拍摄等众多领域。根据供电方式的不同，无人机可分为蓄电池供电的无人机、燃油供电的无人机以及油电混合供电的无人机。蓄电池供电的无人机续航时间短、载重量小，燃油供电的无人机操控复杂、稳定性差，均难以适应工业级无人机需求。油电混合供电的无人机因其具有油动载重大、续航强，电动易操控、稳定性强的双重优势，发展迅速、应用广泛，受到了国内外无人机厂商的高度青睐，在工业测绘、农业植保等领域获得了广泛应用。
[0004]
一般的混动系统配备有大容量锂电池以配合内燃机共同承担动力输出，而锂电池因其充放电特性决定了其寿命短、易过充、过放，成本高的特性，而且油电混动无人机燃料为汽油，属于易燃品，一旦出现电池着火，极易引起飞机着火，带来巨大的经济损失，更甚者影响相关从业人员的安全问题。
[0005]
如何提高油电混动无人机的供电的安全性是目前亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

[0006]
本实用新型的目的是提供一种油电混动无人机的供电装置和油电混动无人机，以解决现有的油电混动无人机的供电安全性不高的问题。
[0007]
本实用新型实施例提供了以下方案：
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第一方面，本实用新型实施例提供一种油电混动无人机的供电装置，包括：
[0009]
内燃机、发电机、整流电路、充电电池组和电压均衡模块；
[0010]
所述内燃机，传动连接所述发电机，用以驱动所述发电机运转；
[0011]
所述发电机，连接所述整流电路，用以向所述整流电路输出三相交流电；
[0012]
所述整流电路，连接所述充电电池组，用以将所述三相交流电转换为直流电并对所述充电电池组进行充电；
[0013]
所述电压均衡模块，包括控制子模块和若干可控开关；所述控制子模块，分别连接所述若干可控开关的控制端，用以控制各个可控开关的通断；
[0014]
所述充电电池组，包括若干个串联连接的电池包；其中，每个电池包均与一条均衡电路串联连接；所述一条均衡电路由放电电阻与所述若干可控开关中的至少一个可控开关串联组成。
[0015]
在一种可能的实施例中，所述一条均衡电路由放电电阻、二极管和所述若干可控开关中的至少一个可控开关串联连接组成。
[0016]
在一种可能的实施例中，所述控制子模块，还连接所述电池包的两端，用以采集并
监控所述电池包的电压。
[0017]
在一种可能的实施例中，所述控制子模块，还连接铂电阻，所述铂电阻固定在所述充电电池组的外侧。
[0018]
在一种可能的实施例中，所述整流电路为三相全桥整流电路。
[0019]
在一种可能的实施例中，所述电压均衡模块为ltc6802-2芯片，所述ltc6802-2 芯片的spi接口用于与油电混动无人机的主控制器通讯连接。
[0020]
在一种可能的实施例中，所述电压均衡模块包括至少两块ltc6802-2芯片；其中，各ltc6802-2芯片的spi接口通过数字隔离器并联构建spi总线；所述spi 总线用于与油电混动无人机的主控制器通讯连接。
[0021]
第二方面，本实用新型实施例提供一种油电混动无人机，其特征在于，包括如第一方面中任一所述的供电装置。
[0022]
本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0023]
本实用新型通过将电压均衡模块中的可控开关与放电电阻、电池包串联连接，构建了电池包放电电路，通过电压均衡模块中的控制子模块控制可控开关的通断，以实现对电池包的放电，从而保证充电电池组中电池包的电压平衡，避免充电电池组中因各电池包间电压不平衡而产生的涓流以及烧毁风险，最终提高了油电混动无人机的供电的安全性。
[0024]
进一步的，本实用新型通过二极管固定电流的流通方向，使电池包能够进行正常的放电，但无法接收来自其他其他高电压电池包的反向电流，实现对电池包的保护，进一步提高油电混动无人机的供电的安全性。
[0025]
进一步的，本实用新型采用ltc6802-2芯片作为电压均衡模块，方便实时监控每个电池包的电压情况，及时对一些电压较高的电池包进行放电，以快速准确地实现充电电池组内的电压平衡，进一步提高了油电混动无人机的供电的安全性。
[0026]
进一步的，本实用新型采用多个ltc6802-2芯片作为电压均衡模块，使充电电池组的最大串联电池包数量不再收到单个ltc6802-2芯片只能连接12个电池包的数量限制，提高了油电混动无人机的供电的可适用性。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]
图1是本实用新型实施例提供的一种可能的油电混动无人机的供电装置的连接示意图；
[0029]
图2是本实用新型实施例提供的一种可能的油电混动无人机的供电装置的结构示意图。
[0030]
图3是本实用新型实施例提供的一种ltc6802-2芯片的外围电路的连接示意图。
[0031]
图4是本实用新型实施例提供的一种包含有三块ltc6802-2芯片的电压均衡模块的连接示意图。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型实施例保护的范围。
[0033]
请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的油电混动无人机的供电装置的连接示意图，该供电装置用于为无人机进行电力供应，具体包括：内燃机1、发电机2、整流电路3、充电电池组4和电压均衡模块5。
[0034]
所述内燃机1，传动连接所述发电机2，用以驱动所述发电机2运转。
[0035]
具体来说，内燃机1将燃料的化学能转化为机械能以驱动发电机2运转，具体的内燃机1可以采用小型柴油发动机，并且采用航空柴油作为燃料，这种方案中能量转化效率高，对环境污染小。
[0036]
具体来说，内燃机1可以通过曲柄连接所述发电机2的转子，该曲柄另一端连接内燃机1燃烧室中的活塞，这样，当内燃机1通过燃料的燃烧驱动活塞上下移动时，曲柄就带动发电机2的转子进行转动，实现了内燃机1与发电机2的传动连接。
[0037]
所述发电机2，连接所述整流电路3，用以向所述整流电路3输出三相交流电。
[0038]
具体来说，发电机2是将内燃机1产生的机械能驱动其发电转子转动，以通过发电机内部磁场的变化，产生出三相交流电，之后通过其定子侧的u、v、w 三相输出端输出三相交流电，具体的发电机2可以采用磁铁式交流发电机。
[0039]
所述整流电路3，连接所述充电电池组4，用以将所述三相交流电转换为直流电并对所述充电电池组4进行充电。
[0040]
具体来说，整流电路3能够将输入的交流电转换为直流电，供充电电池组4 使用，具体可以采用三相全桥整流电路作为整流电路3，也可以使用晶闸管、igbt 等可控开关元器件配合pwm信号控制，实现从交流电至直流电的转换。
[0041]
所述电压均衡模块5，包括控制子模块和若干可控开关；所述控制子模块，连接所述可控开关的控制端，用以控制所述可控开关的通断。
[0042]
具体的，控制子模块与所述若干可控开关的控制端是一对多的连接关系，控制子模块上设置有若干个输出端子，每个可控开关的控制端连接一个输出端子，控制子模块就通过该输出端子来控制各个可控开关的通断。
[0043]
所述充电电池组4，包括若干个串联连接的电池包；其中，每个电池包均与一条均衡电路串联连接；所述一条均衡电路由放电电阻与所述若干可控开关中的至少一个可控开关串联组成。
[0044]
具体来说，本实用新型实施例为每个电池包都配置了一条均衡电路，每个电池包都和其对应的均衡电路串联连接；每一条均衡电路都包含有电压均衡模块5 中的至少一个可控开关，这个可控开关(或这些可控开关)与放电电阻串联后，就构成了该均衡电路。当然，每个电池包对应的均衡电路中包含的可控开关都不同。
[0045]
具体来说，本实用新型实施例可以在每次充电之前，将所有电池的电能全部释放，来实现充电电池组中的所有电池包的电压均衡管理。
[0046]
具体来说，可控开关可以使用晶闸管、igbt等可控开关元器件，控制子模块可以使
用st公司的m32系列的单片机来实现对可控开关的控制。
[0047]
本实用新型实施例通过将电压均衡模块中的可控开关与放电电阻、电池包串联连接，构建了电池包放电电路，通过电压均衡模块中的控制子模块控制可控开关的通断，以实现对电池包的放电，从而保证充电电池组中电池包的电压平衡，避免充电电池组中因各电池包间电压不平衡而产生的涓流以及烧毁风险，最终提高了油电混动无人机的供电的安全性。
[0048]
在一种可能的实施例中，所述一条均衡电路由放电电阻、二极管和所述若干可控开关中的至少一个可控开关串联连接组成。
[0049]
具体的，所述二极管的连接要保证所述二极管电流流通方向为从电池包的正极到该电池包负极方向。
[0050]
本实用新型实施例通过二极管固定电流的流通方向，使电池包能够进行正常的放电，但无法接收来自其他其他高电压电池包的反向电流，实现对电池包的保护，进一步提高油电混动无人机的供电的安全性。
[0051]
在一种可能的实施例中，所述控制子模块，还连接所述电池包的两端，用以采集并监控所述电池包的电压。
[0052]
具体的，所述电池包两端与所述控制子模块连接，电池包两端可以通过模数转换器，将电池包两端的电压信号数字化，使控制子模块获知电池包两端的电压，以便更加灵活、准确地控制所述控制开关的通断。
[0053]
在一种可能的实施例中，所述控制子模块，还连接铂电阻，所述铂电阻固定在所述充电电池组的外侧。
[0054]
具体的，所述铂电阻是一种热敏电阻，其阻值与温度的变化曲线在一定温度范围内是线性的，本实用新型实施例中将铂电阻紧贴充电电池组外侧，以实时检测电池包的温度，避免电池包因过热而发生爆燃。
[0055]
在一种可能的实施例中，所述整流电路为三相全桥整流电路。
[0056]
具体的，为了更好地说明本实用新型实施例，本实用新型实施例还提供了一种油电混动无人机的供电装置。
[0057]
请参阅图2，图2所示为本实用新型实施例提供的一种油电混动无人机的供电装置的结构示意图，
[0058]
具体的，使用柴油内燃机作为内燃机1，使用磁铁式交流发电机作为发电机 2。内燃机1通过曲柄连接所述发电机2的转子，该曲柄另一端连接内燃机1燃烧室中的活塞，这样，当内燃机1通过燃料的燃烧驱动活塞上下移动时，曲柄就带动发电机2的转子进行转动，实现了内燃机1与发电机2的传动连接。
[0059]
具体的，使用三相全桥整流电路作为整流电路3，该整流电路3一端与发电机2定子侧的u、v、w三相输出端连接，另一端与充电电池组4连接，用于将三相交流电转化为直流电供充电电池组4充电使用。
[0060]
具体的，充电电池组4通过三个电池包(e1、e2、e3)串联组成。
[0061]
具体的，所述电压均衡模块5包括六个io接口(j1、j2、j3、j4、j5、j6)；所述电压均衡模块5中，接口j1与接口j2之间连接有可控开关s1，接口j3与接口j4之间连接有可控开关s2，接口j5与接口j6之间连接有可控开关s3，可控开关s1、s2、s3均采用jfet结型场效应晶
体管；所述电压均衡模块5还设有mcu，该mcu分别连接可控开关s1、s2、s3的栅极控制端，以控制可控开关s1、s2、 s3的通断；所述电压均衡模块5通过接口j1连接电池包e1的正极，并通过接口 j2、二极管d1以及放电电阻r1连接电池包e1的负极；所述电压均衡模块5通过接口j3连接电池包e2的正极，并通过接口j4、二极管d2以及放电电阻r2连接电池包e2的负极；所述电压均衡模块5通过接口j5连接电池包e3的正极，并通过接口j6、二极管d3以及放电电阻r3连接电池包e3的负极。
[0062]
在一种可能的实施例中，所述电压均衡模块为ltc6802-2芯片，所述ltc6802-2 芯片的spi接口用于与无人机主控制器通讯连接。
[0063]
具体的，请参阅图3，图3所示为ltc6802-2芯片的外围电路的连接示意图。其中，充电电池组包括有12个串联的电池包，第一个电池包负极连接到ltc6802-2 芯片的第26引脚gnd，其正极连接到第24引脚v1，第二个电池包负极连接到 ltc6802-2芯片第24引脚v1，其正极连接到ltc6802-2芯片第22引脚v2，第三个电池包负极连接到ltc6802-2芯片第22引脚v2，其正极连接到ltc6802-2芯片第20引脚v3，以此类推，第12个电池包负极连接到ltc6802-2芯片第4引脚 v11，其正极连接到ltc6802-2芯片第2引脚v12，使每个电池包依次连接到 ltc6802-2芯片的电池输入引脚中。ltc6802-2芯片的第2引脚与第3引脚之间连接有放电电阻r1x，ltc6802-2芯片的第4引脚与第5引脚之间连接有放电电阻r2x，依次类推，ltc6802-2芯片的第24引脚与第25引脚之间连接有放电电阻 r12x。
[0064]
在ltc6802-2芯片内部，其第3引脚与第4引脚之间设有可控开关，以使第 12个电池包通过放电电阻r1x放电，其第5引脚与第6引脚之间设有可控开关，以使第11个电池包通过放电电阻r2x放电，以此类推，其第25引脚与第26引脚之间设有可控开关，以使第1个电池包通过放电电阻r12x放电。
[0065]
ltc6802-2芯片上还有两路温度采集，即第28引脚、第29引脚，可接热敏电阻采集充电电池组的温度。
[0066]
ltc6802-2芯片通过其spi接口与无人机主控制器进行通讯连接，无人机主控制器可以以此发送写配置寄存器指令，配置ltc6802-2芯片，然后开启电池包电压ad转换寄存器，最后发送读电池包压寄存器命令读取各电池包电压。
[0067]
本实用新型实施例采用ltc6802-2芯片作为电压均衡模块，方便实时监控每个电池包的电压情况，及时对一些电压较高的电池包进行放电，以快速准确地实现充电电池组内的电压平衡，进一步提高了油电混动无人机的供电的安全性。
[0068]
在一种可能的实施例中，所述电压均衡模块包括至少两块ltc6802-2芯片；其中，各ltc6802-2芯片的spi接口通过数字隔离器并联构建spi总线；所述spi 总线用于与无人机主控制器通讯连接。
[0069]
具体的，请参阅图4，图4所示为包含有三块ltc6802-2芯片的电压均衡模块的连接示意图。各ltc6802-2芯片的spi接口通过数字隔离器并联构建spi总线；所述spi总线用于与无人机主控制器通讯连接，以实现无人机主控制器对36个电池包电压数据的采集。
[0070]
本实用新型实施例采用多个ltc6802-2芯片作为电压均衡模块，使充电电池组的最大串联电池包数量不再收到单个ltc6802-2芯片只能连接12个电池包的数量限制，提高了油电混动无人机的供电的可适用性。
[0071]
本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0072]
本实用新型实施例通过将电压均衡模块中的可控开关与放电电阻、电池包串联连接，构建了电池包放电电路，通过电压均衡模块中的控制子模块控制可控开关的通断，以实现对电池包的放电，从而保证充电电池组中电池包的电压平衡，避免充电电池组中因各电池包间电压不平衡而产生的涓流以及烧毁风险，最终提高了油电混动无人机的供电的安全性。
[0073]
进一步的，本实用新型实施例通过二极管固定电流的流通方向，使电池包能够进行正常的放电，但无法接收来自其他其他高电压电池包的反向电流，实现对电池包的保护，进一步提高油电混动无人机的供电的安全性。
[0074]
进一步的，本实用新型实施例采用ltc6802-2芯片作为电压均衡模块，方便实时监控每个电池包的电压情况，及时对一些电压较高的电池包进行放电，以快速准确地实现充电电池组内的电压平衡，进一步提高了油电混动无人机的供电的安全性。
[0075]
进一步的，本实用新型实施例采用多个ltc6802-2芯片作为电压均衡模块，使充电电池组的最大串联电池包数量不再收到单个ltc6802-2芯片只能连接12 个电池包的数量限制，提高了油电混动无人机的供电的可适用性。
[0076]
本领域内的技术人员应明白，本实用新型的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本实用新型可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本实用新型可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0077]
本实用新型以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
[0078]
尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

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