一种用于太阳能无人机的供电管理电路结构的制作方法

本实用新型涉及一种供电管理系统，特别涉及无人机研究领域的一种用于太阳能无人机的供电管理电路结构。

背景技术：

太阳能无人机指以太阳能为动力的无人驾驶飞机，通过光伏电池将太阳能转化为电能储存在储能电池中，白天使用太阳能电池板维持机上各系统工作并对机上储能电池进行充电；晚上通过释放储能电池中储存的电能来维持整个无人机系统的运转。

高空长航时太阳能无人机具有飞行高度高、工作时间长、覆盖区域广、使用灵活、运行成本低和无环境污染等优点，是未来无人机的发展方向之一。而要保证太阳能无人机长时间不间断的持续飞行，设计一个可靠的供电管理系统来对所获取的太阳能源进行合理分配，以期在保证飞行的条件下最大限度的利用能源，减少因为各种原因产生的电能损耗以延长飞行时间是十分重要的。

现有的太阳能无人机的供电管理系统大多为太阳能向储能电池充电再通过储能电池向动力电机供电的单一模式，经过中间环节产生的电能损耗较多，且不能根据光照情况灵活变换供电方式，不利于节约能源以达到长时间飞行的目的。

现有系统多为单纯的供电管理系统，只对接收的太阳能进行分配管理，无法根据光照及电源情况及时调整飞行策略，以节约能源保证长时间飞行。光照条件较差且储能电池电量不足的情况下，易因为动力不足而增加飞机坠毁的危险。

技术实现要素：

针对现有系统的缺陷，本实用新型提供了一种用于太阳能无人机的供电管理电路结构，本着应尽可能的直接利用太阳能电池板供电以提高整个供电管理系统的效率的原则进行设计。

本实用新型实现目的而采用的技术方案为：

电路结构包括MPPT最大功率追踪电路、光照传感器、直流升压充电电路、库仑计、多个继电器和单片机，光照传感器置于太阳能无人机的机身中部，MPPT最大功率追踪电路的输入端与太阳能电池板连接，MPPT最大功率追踪电路的一个输出端经第一继电器后与太阳能无人机的动力电机连接，MPPT最大功率追踪电路的另一个输出端依次经第三继电器、直流升压充电电路后与储能电池连接，储能电池经第二继电器和动力电机连接，储能电池经库仑计和单片机相连接，单片机分别与光照传感器、第一继电器、第二继电器和第三继电器连接。

所述光照传感器用于采集太阳能无人机飞行环境下的光照数据并发送到单片机，库仑计采集当前电量数据发送到单片机，动力电机将自身的油门数据发送到单片机；单片机输出控制信号到第一继电器、第二继电器、第三继电器和数字电位器，控制第一继电器、第二继电器和第三继电器的通断实现太阳能电池板和储能电池对动机电机供电的切换。

光照传感器置于机身中部，与单片机相连，用于检测当前光照强度，根据光照强度获得太阳能电池板当前的可提供最大功率。

MPPT最大功率追踪电路采用市场上常用的电路模块，跟踪太阳能电池板的电压和电流并自动分配到动力电机和储能电池的供电中，以达到使太阳能电池板输出功率最大的目的。

直流升压充电电路分别与MPPT最大功率追踪电路和储能电池相连，用于对MPPT最大功率追踪电路输出的电压进行升压和稳压操作，来对储能电池进行充电，具有充电保护功能。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点：

通过本实用新型的电路结构可以采取太阳能优先向动力电机供电的方式，剩余电能供给储能电池，若检测到动力电机功率要求较高才采用两路供电的方式以增加供电电源系统提供的电能,避免了中间环节产生的电源损耗，提高了太阳能的利用率。

本实用新型能用于增强长航时飞机的稳定性，能延长太阳能无人机的飞行时间，使得飞机具有更强的适应性，不需更改原飞控，可以与不同型号的太阳能无人机配合使用。

附图说明

图1是本系统的总体框图。

图2是本系统的供电方式一框图。

图3是本系统的供电方式二框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括MPPT最大功率追踪电路、光照传感器、直流升压充电电路、库仑计、多个继电器和单片机，光照传感器置于太阳能无人机的机身中部，MPPT最大功率追踪电路的输入端与太阳能电池板连接，MPPT最大功率追踪电路的一个输出端经第一继电器后与太阳能无人机的动力电机连接，MPPT最大功率追踪电路的另一个输出端依次经第三继电器、直流升压充电电路后与储能电池连接，储能电池经第二继电器和动力电机连接，储能电池经库仑计和单片机相连接，单片机分别与光照传感器、第一继电器、第二继电器和第三继电器连接。

光照传感器用于采集太阳能无人机飞行环境下的光照数据并发送到单片机，库仑计采集当前电量数据发送到单片机，动力电机将自身的油门数据发送到单片机；单片机输出控制信号到第一继电器、第二继电器、第三继电器和数字电位器，控制第一继电器、第二继电器和第三继电器的通断实现太阳能电池板和储能电池对动机电机供电的切换。

具体地是：控制第一继电器的通断实现光照传感器和动机电机之间的电连接，控制第二继电器的通断实现储能电池和动机电机之间的电连接，控制第三继电器的通断实现MPPT最大功率追踪电路和直流升压充电电路之间的电连接。

通过本实用新型的硬件结构,能在当检测到太阳能充足时太阳能优先向动力电机供电，剩余电能供给储能电池；检测到动力电机功率要求较高而太阳能供电无法满足其要求时采用太阳能和储能电池两路供电的方式向动力电机供电。

根据光照传感器的光照强度对照电池自身性能查表获得太阳能电池板当前的可提供最大功率，提供给单片机选择不同的供电方式，进而对三个继电器进行控制。

一般情况下：当太阳能电池板当前可提供最大功率大于动力电机油门功率时，太阳能电池板向动力电机供电，同时剩余功率向储能电池充电，如图3所示。

当储能电池当前电量不低于30％且太阳能电池板单独供电可提供最大功率小于等于动力电机油门功率时，即太阳能电池板和储能电池同时向动力电机供电以保证其需要，如图2所示。

特殊情况下：若储能电池当前电量低于30％且太阳能电池板单独供电可提供最大功率小于等于动力电机油门功率，或遇到紧急情况(大风，降落，障碍物，故障等)时，能够通过单片机向地面站报警或由地面站向单片机发出信号，地面操作人员可通过手动模式操控飞机，禁止飞机进行大功率的动作。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。本实用新型可以有各种合适的更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何改动、等同替换改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。