一种无人机集成化轻型启动电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型的一种无人机集成化轻型启动电源，包括超级电容器模块（1）、充电模块（2）、电压显示模块（3）、显示控制开关（4）、启动控制开关（5）、接触器（6）、充电接口（7）和放电接口（8）；电压显示模块（3）由超级电容器模块（1）供电，供电和信号线路上串联显示控制开关（4）；放电回路中，超级电容器模块（1）与放电接口（8）之间串联接触器（6），接触器（6）由超级电容器模块（1）供电，供电线路上串联启动控制开关（5）；充电回路中，市电输入充电模块（2），充电模块（2）的输出直接连接到超级电容器模块（1）的正负端。本实用新型具有功率密度高、充电时间短、循环寿命长、环境适应性好等优点。
【专利说明】一种无人机集成化轻型启动电源
【技术领域】
[0001]本实用新型属于启动电源【技术领域】，特别涉及一种能用于无人机发动机的电启动的启动电源。
【背景技术】
[0002]无人机发动机的电启动一般由地面启动电源实现。地面启动电源是无人机系统的重要保障设备之一，其性能的优劣直接影响无人机系统的正常工作和军事战备。
[0003]目前常用的无人机发动机地面启动电源大多为蓄电池，然而蓄电池的化学特性和较大的输出内阻使得启动所产生的瞬间电流会造成蓄电池很大的电压降，致使其输出电流变小，瞬间功率达不到启动要求。同时，长期大电流放电还会对蓄电池造成极大伤害，性能变差，寿命缩短，甚至损坏。蓄电池的环境适应性也一直是难以解决的问题，在低温等恶劣环境下，蓄电池的放电能力会明显下降，内阻急剧增加，使启动系统无法正常大功率运转。此外，蓄电池需要定期维护和更换，这大大耗费了用户的人力资源，提高了系统维护和运行成本。
[0004]目前已有一些基于超级电容器的启动电源用于坦克、装甲车发动机的启动。受重量的限制，这些启动电源的容量有限，其内部的超级电容器需要频繁充电，需要专门配备充电器与其配合使用，这就增加了保障设备的数量，不便于使用，也不利于装备管理。
[0005]为解决目前所存在问题，从改善无人机的启动性能、便于使用、节约人力资源、节省成本等方面来考虑，研制一种体积小、重量轻、性能优异、适应能力强、寿命长、成本低、综合化和标准化程度高的无人机发动机地面启动电源是十分必要的。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是，克服现有技术的不足，提供一种体积小、重量轻、性能优异、适应能力强、寿命长、成本低、综合化和标准化程度高的无人机集成化轻型启动电源。
[0007]本实用新型的技术解决方案是，一种无人机集成化轻型启动电源，包括超级电容器模块、充电模块、电压显示模块、显示控制开关、启动控制开关、接触器、充电接口和放电接口 ；电压显示模块由超级电容器模块供电，供电和信号线路上串联显示控制开关；放电回路中，超级电容器模块与放电接口之间串联接触器，接触器由超级电容器模块供电，供电线路上串联启动控制开关；充电回路中，市电输入充电模块，充电模块的输出直接连接到超级电容器模块的正负端。
[0008]所述超级电容器模块选用容量为3000F的功率型超级电容器单体组模而成。
[0009]本实用新型与现有技术相比的优点如下:
[0010](I)与基于蓄电池的无人机发动机启动电源相比，本实用新型采用超级电容器模块作为启动电源的能量存储单元，具有功率密度高、充电时间短、循环寿命长、环境适应性好等优点，还可以有效地节约用户方的人力资源，节省使用和维护所产生的费用。
[0011](2)与仅包含超级电容器的装甲车发动机启动电源相比，该启动电源不需外接充电器，接入市电即可对其进行充电，更便于用户使用和管理，提高了保障设备的综合化和标准化程度，更加适用于无人机等装备的保障需求。
[0012]( 3 )本实用新型提出的无人机发动机启动电源设计中权衡了设备重量和电源容量指标，在启动电源内部集成了轻型充电器，并设计合理的充电时间和充电电流参数，在保证功能和性能的前提下节省重量。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的系统组成框图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0015]如图1所示，本实用新型的一种无人机集成化轻型启动电源，包括超级电容器模块1、充电模块2、电压显示模块3、显示控制开关4、启动控制开关5、接触器6、充电接口 7和放电接口 8。其中超级电容器模块I是启动电源的能量存储单元；充电模块2负责为超级电容器充电；电压显示模块3可以实时显示超级电容器模块的电压；显示控制开关4负责控制电压显示模块3供电线路的通断；启动控制开关5和接触器6负责电源输出的控制和执行。
[0016]电压显示模块3由超级电容器模块I供电，供电和信号线路上串联显示控制开关4 ;放电回路中，超级电容器模块I与放电接口 8之间串联接触器6，接触器6由超级电容器模块I供电，供电线路上串联启动控制开关5;充电回路中，市电输入充电模块2，充电模块2的输出直接连接到超级电容器模块I的正负端。
`[0017]本实施例中，某无人机发动机起动机的额定功率为0.7kW/12V。发动机启动时的峰值电流为240A，峰值电流持续时间约为Is ;稳态电流为60A，持续时间约为4s。为了满足使用要求，超级电容器模块I应满足发动机10次启动所需的能量。
[0018]超级电容器模块I选用容量为3000F的功率型超级电容器单体组模而成。该单体的额定电压为2.7V，启动电源的工作电压范围为IOV~15V，为了充分发挥超级电容器模块I的性能，延长使用寿命，一般需要降额使用。按单体充电截止电压为2.5V计算，需要串联的单体电容数量为ns ^ 15/2.5=6。故超级电容器模块I在组模时，至少需要使用6只串联才能满足启动电源的电压平台要求。
[0019]a)发动机启动10次所需的总能量Et为:
[0020]Et= (240X1+60X4) X 12X 10=57600J ；
[0021]b)如果采用6串2并的方式组成超级电容器模块I，启动电源电压从15V将到IOV所释放的能量E为:
[0022]E=0.5C (?2-?2) =0.5X3000/6X2X (152_102) =62500J ;
[0023]其中C为超级电容器模块I的容量，U1为启动电源的额定电压，U2为启动电源的截止电压。上述计算表明6串2并组成的超级电容器模块I的容量可以满足使用要求。
[0024]为了提高无人机系统保障设备使用的便捷性，满足保障设备简单化、综合化和通用化的设计要求，启动电源内部集成了轻型的充电模块2，无需专门配备外部充电器。充电模块2使用市电供电，供电接口为通用的交流220V三芯插座，无需专用的供电线缆。[0025]为了使启动电源的重量更轻，需要设计适宜的充电参数，在保证启动电源充电时间可接受的前提下，减轻充电模块2的重量。根据设计要求，启动电源的充电时间应控制在10分钟以内。根据使用经验，选用最大充电电流为15A的充电器可以满足要求，重量可控制在Ikg以内。经过测试，该充电器将超级电容器I由OV充满需要7分钟。
[0026]该充电器的工作模式为“恒流-恒压”，先以恒定电流将超级电容器模块I充至预定的电压值，然后以很小的充电电流将超级电容器模块I的电压稳定在恒定值。该充电器在保证不对超级电容器造成过大冲击的前提下，能够实现快速充电，并可以补充超级电容器自放电造成的能量损失。
[0027]为了使启动电源更轻，便于单人携带，本实用新型设计初始便对各功能模块的重量进行分配，在所限制的重量范围内选用适宜的材料和器件，尽可能做到减重。启动电源重量分配情况如表1所示:
[0028]表1
[0029]
【权利要求】
1.一种无人机集成化轻型启动电源，其特征在于:包括超级电容器模块(I)、充电模块(2)、电压显示模块(3)、显示控制开关(4)、启动控制开关(5)、接触器(6)、充电接口(7)和放电接口(8);电压显示模块(3)由超级电容器模块(I)供电，供电和信号线路上串联显示控制开关(4);放电回路中，超级电容器模块(I)与放电接口(8)之间串联接触器(6)，接触器(6)由超级电容器模块(I)供电，供电线路上串联启动控制开关(5);充电回路中，市电输入充电模块(2)，充电模块(2)的输出直接连接到超级电容器模块(I)的正负端。
2.根据权利要求1的一种无人机集成化轻型启动电源，其特征在于:所述超级电容器模块(I)选用容量为3000F的功率型超级电容器单体组模而成。
【文档编号】H02J7/00GK203596648SQ201320817443
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】郭一凡, 崔宁 申请人:中国航天空气动力技术研究院