一种适于无人机的小型油电混合动力系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适于无人机的小型油电混合动力系统及其控制方法，系统包括发动机、旋转电机、电能存储装置、发动机控制器、电能存储控制器和减振模块。方法包括：通过发动机将燃料的化学能转化为动能；通过旋转电机将动能转化为电能，并实时提供当前的电机转速；利用效率跟踪算法将发动机和旋转电机的工作效率控制在最佳效率点，并将电能输出至电量存储装置进行储存。本发明专利技术能有效控制系统工作在最佳效率点，从而能在不显著增加系统重量的情况下，大幅度延长无人机的续航时间，大大提高能源的利用率，绿色环保，且可以与传统电力驱动无人机兼容使用。本发明专利技术可广泛应用于无人机动力系统中。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及混合动力能源
，尤其涉及一种适于无人机的小型油电混合动力系统及其控制方法。

技术介绍

电力驱动无人机在航拍、地质探测以及军事应用等场合应用广泛。然而电力驱动无人机耗电迅速，常规电池只能满足半小时左右的续航时间，且使用不当时电池衰老加快。燃油驱动的直升机油耗较大，且噪声较大，稳定性和续航能力较差，且能量利用率不高。

技术实现思路

为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种能延长续航时间，且能提高能源利用率的一种适于无人机的小型油电混合动力系统及其控制方法。
本专利技术所采取的技术方案是：
一种适于无人机的小型油电混合动力系统，包括发动机、旋转电机、电能存储装置、发动机控制器、电能存储控制器和减振模块，所述发动机的输出轴通过变速架构与旋转电机的输入轴机械连接，所述旋转电机的第一输出端与电能存储控制器的输入端连接，所述旋转电机的第二输出端与发动机控制器的输入端连接，所述发动机控制器的输出端与发动机的输入端连接，所述电能存储控制器分别与发动机控制器和电能存储装置连接，所述电能存储装置的输出端于发动机控制器的电源输入端连接，所述发动机、旋转电机、电能存储装置、发动机控制器和电能存储控制器均安装在减振模块上。
作为所述的一种适于无人机的小型油电混合动力系统的进一步改进，所述电能存储控制器包括开关电源控制器、均衡控制器、温度控制器和充放电控制器，所述发动机的输出端通过开关电源控制器进而连接至电能存储装置的输入端，所述均衡控制器分别与发动机控制器和电能存储装置连接，所述温度控制器分别与发动机控制器和电能存储装置连接，所述充放电控制器分别与发动机控制器和电能存储装置连接。
本专利技术所采用的另一技术方案是：
一种适于无人机的小型油电混合动力系统控制方法，包括以下步骤：
A、通过发动机将燃料的化学能转化为动能；
B、通过旋转电机将动能转化为电能，并实时提供当前的电机转速；
C、利用效率跟踪算法将发动机和旋转电机的工作效率控制在最佳效率点，并将电能输出至电量存储装置进行储存。
作为所述的一种适于无人机的小型油电混合动力系统控制方法的进一步改进，所述步骤C包括：
C1、获取发动机在不同负载下的最佳效率点所对应的转速，并形成效率查找表；
C2、在线计算储能系统的剩余能量；
C3、根据当前系统电源的电压和电流，在线计算系统功耗；
C4、根据储能系统的初始能量、剩余能量和系统功耗，在线计算电动机负载；
C5、根据电动机负载，在效率查找表中查询其对应的最佳转速；若查找表中没有该电动机负载对应的数据，则采用插值法获取其对应的最佳转速；
C6、通过控制发动机输出的动能从而控制旋转电机在最佳转速上进行工作。
作为所述的一种适于无人机的小型油电混合动力系统控制方法的进一步改进，所述步骤C还包括发动机保护检测步骤，其具体包括：
C11、获取发动机在不同油耗下的最佳效率点所对应的转速，并形成油耗查找表；
C12、在线测量旋转电机的转速；
C13、根据旋转电机的转速换算出对应的发动机转速，并判断是否与油耗查找表中的转速相匹配，若是，则返回执行步骤C12；反之，则控制发动机停止工作，并向电能存储控制器发送报告。
作为所述的一种适于无人机的小型油电混合动力系统控制方法的进一步改进，所述步骤C还包括飞行器保护检测步骤，其具体包括：
C21、根据当前系统电源的电压和电流，在线计算系统功耗；
C22、判断系统功耗是否小于发动机在最佳效率点时的实际输出功率，若是，则返回执行步骤C21；反之，则执行步骤C23；
C23、判断当前电能存储装置中的电量是否高于低电量报警下限值，若是，则控制发动机工作在最佳效率点；反之，则控制发动机工作在大功率输出点上，直到电能存储装置中的电量高于低电量报警上限值；
C24、判断燃料是否耗尽，若是，则发出警报；反之，则返回执行步骤C21。
作为所述的一种适于无人机的小型油电混合动力系统控制方法的进一步改进，所述步骤C还包括温度保护检测步骤，其具体包括：
C31、检测发动机、旋转电机、电能存储装内部和开关电源表面的温度；
C32、判断检测到的温度是否均低于温度保护阈值，若是，则返回执行步骤C31；反之，则执行步骤C33；
C33、判断当前电能存储装置中的电量是否高于低电量报警上限值，若是，则控制发动机停止工作并返回执行步骤C31；反之，则控制发动机工作在低速输出状态并返回执行步骤C31。
作为所述的一种适于无人机的小型油电混合动力系统控制方法的进一步改进，所述步骤C还包括充放电控制步骤，其具体包括：
C41、获取电能存储装置的剩余电量与开路电压的对应关系，形成电量查找表；
C42、获取供电电路的内阻，并根据当前电能存储装置的端电压值和电流值，结合电量查找表计算得出当前的剩余电量；
C43、根据剩余电量的状态执行对应的操作，若剩余电量达到充电上限，则控制发电机停止工作，并控制电能存储系统对无人机供电；若剩余电量在充电上限与低电压报警上限之间，则控制发电机保持当前工作状态；如果若剩余电量达到低电压报警上限，则控制发电机开始工作，对电能存储装置充电，且电能存储装置在充电同时对无人机供电；若剩余电量达到低电压报警下限，则发出报警信号，并通知用户控制无人机下落。
作为所述的一种适于无人机的小型油电混合动力系统控制方法的进一步改进，还包括：
D、根据最佳效率点时的振动频率，进行振动消除处理。
作为所述的一种适于无人机的小型油电混合动力系统控制方法的进一步改进，所述步骤D包括：
D1、获取发动机工作在最佳效率点时的振动频率；
D2、对振动信号进行相位检测，并施加与该振动信号相位相差180°且幅度和频率相同的信号。
本专利技术的有益效果是：
本专利技术一种适于无人机的小型油电混合动力系统通过发动机控制器和电能存储控制器能有效控制系统工作在最佳效率点，从而能在不显著增加系统重量的情况下，大幅度延长无人机的续航时间，大大提高能源的利用率，绿色环保，且可以与传统电力驱动无人机兼容使用。
本专利技术的另一个有益效果是：
本专利技术一种适于无人机的小型油电混合动力系统控制方法通过效率跟踪算法能有效控制系统工作在最佳效率点，从而能在不显著增加系统重量的情况下，大幅度延长无人机的续航时间，大大提高能源的利用率，绿色环保，且可以与传统电力驱动无人机兼容使用。
附图说明
下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：
图1是本专利技术一种适于无人机的小型油电混合动力系统的原理方框图；
图2是本专利技术一种适于无人机的小型油电混合动力系统控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
参考图1，本专利技术一种适于无人机的小型油电混合动力系统，包括发动机、旋转电机、电能存储装置、发动机控制器、电能存储控制器和减振模块，所述发动机的输出轴通过变速架构与旋转电机的输入轴机械连接，所述旋转电机的第一输出端与电能存储控制器的输入端连接，所述旋转电机的第二输出端与发动机控制器的输入端连接，所述发动机控制器的输出端与发动机的输入端连接，所述电能存储控制器分别与发动机控制器和电能存储装置连接，所述电能存储装置的输出端于发动机控制器的电源输入端连接，所述发动机、旋转电机、电能存储装置、发动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于无人机的小型油电混合动力系统，其特征在于：包括发动机、旋转电机、电能存储装置、发动机控制器、电能存储控制器和减振模块，所述发动机的输出轴通过变速架构与旋转电机的输入轴机械连接，所述旋转电机的第一输出端与电能存储控制器的输入端连接，所述旋转电机的第二输出端与发动机控制器的输入端连接，所述发动机控制器的输出端与发动机的输入端连接，所述电能存储控制器分别与发动机控制器和电能存储装置连接，所述电能存储装置的输出端于发动机控制器的电源输入端连接，所述发动机、旋转电机、电能存储装置、发动机控制器和电能存储控制器均安装在减振模块上。

【技术特征摘要】
1.一种适于无人机的小型油电混合动力系统，其特征在于：包括发动机、旋转电机、电能存储装置、发动机控制器、电能存储控制器和减振模块，所述发动机的输出轴通过变速架构与旋转电机的输入轴机械连接，所述旋转电机的第一输出端与电能存储控制器的输入端连接，所述旋转电机的第二输出端与发动机控制器的输入端连接，所述发动机控制器的输出端与发动机的输入端连接，所述电能存储控制器分别与发动机控制器和电能存储装置连接，所述电能存储装置的输出端于发动机控制器的电源输入端连接，所述发动机、旋转电机、电能存储装置、发动机控制器和电能存储控制器均安装在减振模块上。
2.根据权利要求1所述的一种适于无人机的小型油电混合动力系统，其特征在于：所述电能存储控制器包括开关电源控制器、均衡控制器、温度控制器和充放电控制器，所述发动机的输出端通过开关电源控制器进而连接至电能存储装置的输入端，所述均衡控制器分别与发动机控制器和电能存储装置连接，所述温度控制器分别与发动机控制器和电能存储装置连接，所述充放电控制器分别与发动机控制器和电能存储装置连接。
3.一种适于无人机的小型油电混合动力系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、通过发动机将燃料的化学能转化为动能；
B、通过旋转电机将动能转化为电能，并实时提供当前的电机转速；
C、利用效率跟踪算法将发动机和旋转电机的工作效率控制在最佳效率点，并将电能输出至电量存储装置进行储存。
4.根据权利要求3所述的一种适于无人机的小型油电混合动力系统控制方法，其特征在于：所述步骤C包括：
C1、获取发动机在不同负载下的最佳效率点所对应的转速，并形成效率查找表；
C2、在线计算储能系统的剩余能量；
C3、根据当前系统电源的电压和电流，在线计算系统功耗；
C4、根据储能系统的初始能量、剩余能量和系统功耗，在线计算电动机负载；
C5、根据电动机负载，在效率查找表中查询其对应的最佳转速；若查找表中没有该电动机负载对应的数据，则采用插值法获取其对应的最佳转速；
C6、通过控制发动机输出的动能从而控制旋转电机在最佳转速上进行工作。
5.根据权利要求3所述的一种适于无人机的小型油电混合动力系统控制方法，其特征在于：所述步骤C还包括发动机保护检测步骤，其具体包括：
C11、获取发动机在不同油耗下的最佳效率点所对应的转速，并形成油耗查找表；
C12、在线测量旋转电机的转速；
C13、根据旋转电机的转速换算出对应的发动机转速，并判断是否与油耗查找表中的转速相匹配，若是，则返回执行步骤C12；反之，则控制发动机停止工作，并向电能存储控制器发...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐晓鹏，高福荣，刘博洋，
申请(专利权)人：广州市香港科大霍英东研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44