本發(fā)明屬于航空航天器能源系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的能源管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著太陽(yáng)能技術(shù)的進(jìn)步，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)技術(shù)也隨之有了很大的發(fā)展，其中erast和zepsyr已經(jīng)實(shí)現(xiàn)首飛，但是結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)能電池的重量依然是它們最大的制約，以當(dāng)前的技術(shù)水平，電池的重量幾乎占據(jù)了太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)重量的40％，因此，如太陽(yáng)能單元、儲(chǔ)能電池、能源管理系統(tǒng)等新一代能源技術(shù)是太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)完成長(zhǎng)時(shí)間航行的關(guān)鍵因素。

目前需要一種為整機(jī)提供能源并且監(jiān)測(cè)整機(jī)的能源供給狀況的管理系統(tǒng)，并且在盡可能提高太陽(yáng)能陣列電池的利用率的同時(shí)，降低設(shè)備的重量和體積。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種基于太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)mppt功能、監(jiān)測(cè)功能、控制功能和通訊功能等功能，并與太陽(yáng)能陣列電池結(jié)合以最大功率轉(zhuǎn)化能量為整機(jī)提供能源，監(jiān)測(cè)整機(jī)能源使用情況，同時(shí)，具有集成化程度高、體積小、重量輕的特點(diǎn)。

本發(fā)明的基于太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的能源管理系統(tǒng)，包括：主控模塊、mppt模塊、rs232接口、輸入控制端、輸出控制端、電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器。輸入控制端連接太陽(yáng)能陣列電池，輸出控制端連接儲(chǔ)能電池和dc-dc。

在輸入控制端連接有輸入端電壓傳感器和輸入端電流傳感器，輸入端電壓傳感器將輸入端電壓實(shí)時(shí)傳輸給主控模塊，輸入端電流傳感器將輸入端電流實(shí)時(shí)傳輸給mppt模塊。在輸出控制端連接有輸出端電壓傳感器和輸出端電流傳感器。

mppt模塊追蹤太陽(yáng)能陣列電池輸入的最高電壓和電流值，以最大功率跟蹤點(diǎn)的電壓為輸出電壓，并傳輸給主控模塊和輸出控制端。輸出控制端以最大功率跟蹤點(diǎn)的電壓為輸出電壓。

主控模塊通過(guò)擾動(dòng)分析法輸出脈沖寬度調(diào)制信號(hào)給mppt模塊，整理各電流傳感器、電壓傳感器和溫度傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)rs232接口發(fā)送到任務(wù)控制計(jì)算機(jī)。

溫度傳感器采集太陽(yáng)能陣列電池所在的機(jī)翼翼面溫度、機(jī)艙內(nèi)溫度和儲(chǔ)能電池溫度，并發(fā)送給主控模塊。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果在于：本發(fā)明的能源管理系統(tǒng)相比其他能源系統(tǒng)，集成化程度更高，重量更輕，體積更小，能根據(jù)飛機(jī)要求實(shí)現(xiàn)定制化，并且本身實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)設(shè)計(jì)。同時(shí)，本發(fā)明的能源管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)mppt的跟蹤效率達(dá)到99.5％以上。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的基于太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1-主控模塊；2-mppt模塊；3-rs232接口；4-輸入控制端；5-輸出控制端；

6-輸入端電壓傳感器；7-輸入端電流傳感器；8-輸出端電流傳感器；9-輸出端電壓傳感器；

10-溫度傳感器；11-單體電池電壓傳感器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

太陽(yáng)能陣列電池為整機(jī)提供能源，根據(jù)太陽(yáng)能陣列電池的特性，需要尋找其最大功率點(diǎn)，最大程度將太陽(yáng)能陣列電池提供的能源利用，本發(fā)明提供的基于太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的能源管理系統(tǒng)，將mppt功能、監(jiān)測(cè)功能和通訊功能結(jié)合在一起，太陽(yáng)能陣列電池連接在能源管理系統(tǒng)的mppt上，并通過(guò)電流傳感器和電壓傳感器測(cè)量能源管理系統(tǒng)輸入端的電壓和電流，并通過(guò)對(duì)能源管理系統(tǒng)輸入端的繼電器控制來(lái)控制能源管理系統(tǒng)輸入端的通斷，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明的mppt功能其跟蹤效率始終保持在99.5％以上。

如圖1所示，本發(fā)明的基于太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的能源管理系統(tǒng)，包括主控模塊1、mppt模塊2、rs232接口3、輸入控制端4、輸出控制端5、電壓傳感器6,9、電流傳感器7,8和溫度傳感器10。

本發(fā)明的能源管理系統(tǒng)的輸入端連接太陽(yáng)能陣列電池，輸出端連接儲(chǔ)能電池和dc-dc。在能源管理系統(tǒng)的輸入端和輸出端均通過(guò)電壓傳感器和電流傳感器測(cè)量電壓和電流。dc-dc模塊為整個(gè)機(jī)載設(shè)備供電，存儲(chǔ)電池連接直流電機(jī)，并通過(guò)電機(jī)通斷模塊控制電機(jī)通斷，在無(wú)人機(jī)失聯(lián)或其他極端條件下，可通過(guò)將直流電機(jī)斷電來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自毀功能。

如圖1所示，太陽(yáng)能陣列電池連接在輸入控制端4，輸入控制端4控制繼電器通斷來(lái)控制太陽(yáng)能陣列電池能量的輸入。輸出控制端5連接儲(chǔ)能電池和dc-dc，輸出控制端5控制繼電器通斷來(lái)控制電壓的輸出。在輸入控制端4和輸出控制端5均連接有電壓傳感器和電流傳感器。輸入控制端4連接有輸入端電流傳感器7和輸入端電壓傳感器6，通過(guò)輸入端電流傳感器7和輸入端電壓傳感器6測(cè)試輸入端的電壓和電流。輸入端電壓傳感器6將輸入端電壓實(shí)時(shí)傳輸給主控模塊1。輸入端電流傳感器7將輸入端電流實(shí)時(shí)傳輸給mppt模塊2。在輸出控制端5連接有輸出端電流傳感器8和輸出端電壓傳感器9。

所述能源管理系統(tǒng)通過(guò)輸出端電流傳感器8和輸出端電壓傳感器9監(jiān)測(cè)輸出端的電壓電流，可以將監(jiān)測(cè)到的電壓電流數(shù)據(jù)通過(guò)rs232接口實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛娑恕?/p>

所述能源管理系統(tǒng)的輸入端和輸出端的電流傳感器使用acs758電流傳感器，電壓監(jiān)測(cè)采取高精電阻分壓測(cè)試方法。

所述輸入控制端4和輸出控制端5采用hfe-2固態(tài)繼電器，控制動(dòng)力電通斷。

mppt模塊2追蹤太陽(yáng)能陣列電池輸入的最高電壓和電流值，以最大功率跟蹤點(diǎn)的電壓為輸出電壓，傳輸給主控模塊1和輸出控制端5。輸出控制端5以最大功率跟蹤點(diǎn)的電壓為輸出電壓。通過(guò)能源管理系統(tǒng)的mppt模塊2實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能陣列電池輸入能源的最大化利用。mppt模塊2是采用mppt(maximumpowerpointtracking，最大功率點(diǎn)跟蹤)方法實(shí)現(xiàn)的太陽(yáng)能控制模塊，能夠?qū)崟r(shí)偵測(cè)太陽(yáng)能陣列電池的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值(vi)，使能源管理系統(tǒng)以最大功率輸出對(duì)蓄電池充電。

所述主控模塊1采用atmega8avr芯片為mcu(微控制單元)，整理各電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器等采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)rs232接口3發(fā)送到任務(wù)控制計(jì)算機(jī)中。主控模塊1通過(guò)擾動(dòng)分析法輸出pwm(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)給mppt模塊2，控制mppt模塊2追蹤最高電壓電流值，使輸出控制端5以最大功率跟蹤點(diǎn)的電壓輸出。主控模塊1將pwm信號(hào)發(fā)送給芯片irs2184，irs2184的作用是控制mos管實(shí)現(xiàn)諧波整流，最終實(shí)現(xiàn)mppt功能。此處所述的irs2184和mos管都是mppt模塊中的元件。

單體電池電壓傳感器11監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能電池的單體電池電壓，防止單體電壓出現(xiàn)過(guò)充和過(guò)放。單體電池電壓傳感器11將監(jiān)測(cè)的電壓結(jié)果實(shí)時(shí)發(fā)送給主控模塊1。

溫度傳感器10監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能陣列電池所在的機(jī)翼翼面溫度、機(jī)艙內(nèi)溫度、電池溫度等，發(fā)送給主控模塊1。所述溫度傳感器10采用k型電阻，通過(guò)溫度傳感器10可實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能陣列電池、能源管理系統(tǒng)等的溫度監(jiān)測(cè)。

所述能源管理系統(tǒng)通過(guò)rs232接口3與任務(wù)控制計(jì)算機(jī)通訊，將主控模塊1采集的溫度、電壓信息發(fā)送到任務(wù)控制計(jì)算機(jī)，任務(wù)控制計(jì)算機(jī)可以通過(guò)rs232接口3發(fā)送命令給輸入控制端4和輸出控制端5，控制固態(tài)繼電器通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源管理系統(tǒng)輸入端和對(duì)電池到電機(jī)端的通斷控制。所述的主控模塊1采用max232芯片將mcu輸出的ttl電平轉(zhuǎn)換為rs232串口信號(hào)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的一種高度集成化的能源管理系統(tǒng)，它將mppt功能，監(jiān)測(cè)功能，通訊功能結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了與太陽(yáng)能陣列電池結(jié)合以最大功率轉(zhuǎn)化能量為整機(jī)提供能源，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，本發(fā)面的mppt功能其跟蹤效率始終保持在99.5％以上。本發(fā)明的能源管理系統(tǒng)還能監(jiān)測(cè)整機(jī)能源使用情況，并將信息傳遞給任務(wù)控制計(jì)算機(jī)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)小型化與輕型化。