启发电一体机控制器、无人机启发电系统及控制方法与流程

本技术涉及电子电器，尤指一种启发电一体机控制器、无人机启发电系统及控制方法。

背景技术：

1、传统的无人机在启动发动机(如图1所示)时，需要额外的地面设备提供电源，在启动后需要脱离，且必须要返回有地面保障设备所在处才能再次停机启动，工作场景受限，也存在操作复杂等问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种启发电一体机控制器、无人机启发电系统及控制方法，能够通过自动切换不同的启动工作模式，适应不同的启动工作场景，能够在脱离地面低压电源的情况下自行启动，也能在机载高压电池不能正常工作时，利用机载低压电池启动，提供多种备用启动方式，同时提供多种用途的发电控制。

2、本技术提供了一种启发电一体机控制器，应用于无人机的启发电一体机，包括：

3、所述启发电一体机控制器包括主功率电路、驱动电路和控制电路；

4、所述驱动电路，设置为在所述控制电路输出的驱动信号作用下，驱动所述主功率电路；

5、所述控制电路，设置为当接收到点火信号时，检测所述启发电一体机是否正常；当所述启发电一体机处于正常状态时，根据外接低压电池的状态信息和机载高压电池的状态信息，确定主功率电路的工作模式，并根据所确定的工作模式向所述驱动电路输出相应的驱动信号；

6、所述主功率电路，设置为在所述驱动电路的驱动下，至少进行如下操作之一：将直流电转换成三相交流电以驱动启发电一体机；将启发电一体机发电产生的三相交流电转换为高压直流电；将高压直流电转换为低压直流电；将低压直流电转换为高压直流电；其中，所述直流电包括高压直流电和低压直流电；

7、所述主功率电路包括分别与启发电一体机、机载高压电池、机载低压电池连接的连接端、以及外接低压电池接口。

8、在一种示例性的实施例中，所述主功率电路的工作模式包括第一启动工作模式、第二启动工作模式、以及第三启动工作模式；

9、根据外接低压电池的状态信息和机载高压电池状态信息确定主功率电路的工作模式，包括：

10、当判定外接低压电池连接状态为连接且处于正常状态时，确定主功率电路的工作模式为第一启动工作模式；

11、当判定外接低压电池连接状态为未连接且机载高压电池的工作状态为正常时，确定主功率电路的工作模式为第二启动工作模式；

12、当判定外接低压电池连接状态为未连接且机载高压电池的工作状态为异常时，确定主功率电路的工作模式为第三启动工作模式。

13、在一种示例性的实施例中，当处于第一启动工作模式时，主功率电路在驱动电路的驱动下将外接低压电池产生的直流电转换成三相交流电以驱动启发电一体机；

14、当处于第二启动工作模式时，主功率电路在驱动电路的驱动下将机载高压电池产生的直流电转换成三相交流电以驱动启发电一体机；

15、当处于第三启动工作模式时，主功率电路在驱动电路的驱动下将机载低压电池产生的低压直流电转换成高压直流电，再将高压直流电转换成三相交流电以驱动启发电一体机。

16、在一种示例性的实施例中，所述控制电路，还设置为当所述启发电一体机发电后，根据所确定的主功率电路的工作模式和机载高压电池是否上电，确定相应的发电模式。

17、在一种示例性的实施例中，根据所确定的主功率电路的工作模式和机载高压电池是否上电确定相应的发电模式，包括：

18、当处于第一启动工作模式或处于第三启动工作模式时，先根据第一发电模式控制所述主功率电路；所述第一发电模式为将发电产生的三相交流电转换成高压直流电；当所述机载高压电池已上电时，再根据第二发电模式控制所述主功率电路；

19、当处于第二启动工作模式时，根据第二发电模式控制所述主功率电路；

20、所述第二发电模式为利用所述高压直流电给所述机载高压电池充电、以及将所述高压直流电转换成低压直流电给所述机载低压电池充电。

21、在一种示例性的实施例中，所述控制电路，还设置为当所述启发电一体机发生故障且机载高压电池上电时，根据第三发电模式进行向所述驱动电路输出相应的驱动信号；

22、所述第三发电模式为将机载高压电池产生的高压直流电转换成低压直流电给机载低压电池充电。

23、在一种示例性的实施例中，所述主功率电路包括电机控制器模块、dcdc模块；

24、所述电机控制器模块，设置为将直流电转换成三相交流电以驱动所述启发电一体机；以及将所述启发电一体机发电产生的三相交流电转换为直流电；

25、所述dcdc模块，设置为将高压直流电转换为低压直流电，以及将低压直流电转换为高压直流电。

26、在一种示例性的实施例中，所述主功率电路还包括外接低压电池防反模块、机载低压电池防反模块；

27、所述外接低压电池防反模块，设置为电气隔离所述机载高压电池和外接低压电池，并防止外接低压电池反接；

28、所述机载低压电池防反模块，设置为电气隔离所述机载低压电池和所述dcdc模块，并防止机载低压电池反接。

29、在一种示例性的实施例中，所述电机控制器模块包括第一电容和三相全桥逆变子电路；

30、所述第一电容和所述三相全桥逆变子电路并联；

31、所述第一电容分别与所述机载高压电池连接和所述外接低压电池接口连接；所述三相全桥逆变子电路与所述启发电一体机连接。

32、在一种示例性的实施例中，所述dcdc模块包括第二电容、第一转换子电路、第一变压器、第二转换子电路、第一电感和第三电容；

33、所述第二电容与所述机载高压电池并联；所述第二电容通过所述外接低压电池防反模块与所述外接低压电池接口并联；

34、所述第一转换子电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管；所述第一晶体管的第一端与所述第二晶体管的第一端串联，所述第三晶体管的第一端与所述第四晶体管的第一端串联；所述第一晶体管的第二端与所述第二电容的一端连接；所述第二晶体管的第二端与所述第二电容的另一端连接；所述第一晶体管的第一端和所述第三晶体管的第一端分别与所述第一变压器的初级绕组连接；

35、所述第二转换子电路包括第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管；所述第五晶体管的第一端与所述第六晶体管的第一端串联，所述第七晶体管的第一端与所述第八晶体管的第一端串联；所述第五晶体管的第一端与所述第七晶体管的第一端分别与所述第一变压器的次级绕组连接；

36、所述第五晶体管的第二端、所述第七晶体管的第二端分别所述第一电感的第一端连接；所述第一电感的第二端连接与所述第三电容的第一端连接；所述第六晶体管的第二端、所述第八晶体管的第二端分别与所述第三电容的第二端连接；

37、所述第三电容的第一端通过所述机载低压电池防反模块与所述机载低压电池正极连接；所述第三电容的第二端与所述机载低压电池负极连接。

38、在一种示例性的实施例中，所述机载低压电池防反模块包括串联的2个晶体管；

39、所述外接低压电池防反模块包括串联的2个晶体管。

40、在一种示例性的实施例中，所述控制电路包括通讯接口；

41、通过所述通讯接口分别与无人机飞行控制器、发动机控制器、高压电池控制器进行通讯。

42、本技术提出了一种无人机启发电系统，包括：

43、启发电一体机控制器、启发电一体机、机载高压电池、机载低压电池、发动机控制器、机载高压电池控制器、无人机飞行控制器；

44、所述启发电一体机控制器分别与启发电一体机、机载高压电池、机载低压电池连接；

45、所述启发电一体机控制器包括主功率电路、驱动电路和控制电路；

46、所述驱动电路，设置为在所述控制电路输出的驱动信号作用下，驱动所述主功率电路；

47、所述控制电路，设置为当接收到点火信号时，检测所述启发电一体机是否正常；当所述启发电一体机处于正常状态时，根据外接低压电池的状态信息和机载高压电池的状态信息，确定主功率电路的工作模式，并根据所确定的工作模式向所述驱动电路输出相应的驱动信号；

48、所述主功率电路，设置为在所述驱动电路的驱动下，至少进行如下操作之一：将直流电转换成三相交流电以驱动启发电一体机；将启发电一体机发电产生的三相交流电转换为高压直流电；将高压直流电转换为低压直流电；将低压直流电转换为高压直流电；其中，所述直流电包括高压直流电和低压直流电；

49、所述主功率电路包括分别与启发电一体机、机载高压电池、机载低压电池连接的连接端、以及外接低压电池接口。

50、在一种示例性的实施例中，所述主功率电路的工作模式包括第一启动工作模式、第二启动工作模式、以及第三启动工作模式；

51、根据外接低压电池的状态信息和机载高压电池状态信息确定主功率电路的工作模式，包括：

52、当判定外接低压电池连接状态为连接且处于正常状态时，确定主功率电路的工作模式为第一启动工作模式；

53、当判定外接低压电池连接状态为未连接且机载高压电池的工作状态为正常时，确定主功率电路的工作模式为第二启动工作模式；

54、当判定外接低压电池连接状态为未连接且机载高压电池的工作状态为异常时，确定主功率电路的工作模式为第三启动工作模式。

55、在一种示例性的实施例中，当处于第一启动工作模式时，主功率电路在驱动电路的驱动下将外接低压电池产生的直流电转换成三相交流电以驱动启发电一体机；

56、当处于第二启动工作模式时，主功率电路在驱动电路的驱动下将机载高压电池产生的直流电转换成三相交流电以驱动启发电一体机；

57、当处于第三启动工作模式时，主功率电路在驱动电路的驱动下将机载低压电池产生的低压直流电转换成高压直流电，再将高压直流电转换成三相交流电以驱动启发电一体机。

58、在一种示例性的实施例中，所述控制电路，还设置为当所述启发电一体机发电后，根据所确定的主功率电路的工作模式和机载高压电池是否上电，确定相应的发电模式。

59、在一种示例性的实施例中，根据所确定的主功率电路的工作模式和机载高压电池是否上电确定相应的发电模式，包括：

60、当处于第一启动工作模式或处于第三启动工作模式时，先根据第一发电模式控制所述主功率电路；所述第一发电模式为将发电产生的三相交流电转换成高压直流电；当所述机载高压电池已上电时，再根据第二发电模式控制所述主功率电路；

61、当处于第二启动工作模式时，根据第二发电模式控制所述主功率电路；

62、所述第二发电模式为利用所述高压直流电给所述机载高压电池充电、以及将所述高压直流电转换成低压直流电给所述机载低压电池充电。

63、在一种示例性的实施例中，所述控制电路，还设置为当所述启发电一体机发生故障且机载高压电池上电时，根据第三发电模式进行向所述驱动电路输出相应的驱动信号；

64、所述第三发电模式为将机载高压电池产生的高压直流电转换成低压直流电给机载低压电池充电。

65、在一种示例性的实施例中，所述主功率电路包括电机控制器模块、dcdc模块；

66、所述电机控制器模块，设置为将直流电转换成三相交流电以驱动所述启发电一体机；以及将所述启发电一体机发电产生的三相交流电转换为直流电；

67、所述dcdc模块，设置为将高压直流电转换为低压直流电，以及将低压直流电转换为高压直流电。

68、在一种示例性的实施例中，所述主功率电路还包括外接低压电池防反模块、机载低压电池防反模块；

69、所述外接低压电池防反模块，设置为电气隔离所述机载高压电池和外接低压电池，并防止外接低压电池反接；

70、所述机载低压电池防反模块，设置为电气隔离所述机载低压电池和所述dcdc模块，并防止机载低压电池反接。

71、在一种示例性的实施例中，所述电机控制器模块包括第一电容和三相全桥逆变子电路；

72、所述第一电容和所述三相全桥逆变子电路并联；

73、所述第一电容分别与所述机载高压电池连接和所述外接低压电池接口连接；所述三相全桥逆变子电路与所述启发电一体机连接。

74、在一种示例性的实施例中，所述dcdc模块包括第二电容、第一转换子电路、第一变压器、第二转换子电路、第一电感和第三电容；

75、所述第二电容与所述机载高压电池并联；所述第二电容通过所述外接低压电池防反模块与所述外接低压电池接口并联；

76、所述第一转换子电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管；所述第一晶体管的第一端与所述第二晶体管的第一端串联，所述第三晶体管的第一端与所述第四晶体管的第一端串联；所述第一晶体管的第二端与所述第二电容的一端连接；所述第二晶体管的第二端与所述第二电容的另一端连接；所述第一晶体管的第一端和所述第三晶体管的第一端分别与所述第一变压器的初级绕组连接；

77、所述第二转换子电路包括第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管；所述第五晶体管的第一端与所述第六晶体管的第一端串联，所述第七晶体管的第一端与所述第八晶体管的第一端串联；所述第五晶体管的第一端与所述第七晶体管的第一端分别与所述第一变压器的次级绕组连接；

78、所述第五晶体管的第二端、所述第七晶体管的第二端分别所述第一电感的第一端连接；所述第一电感的第二端连接与所述第三电容的第一端连接；所述第六晶体管的第二端、所述第八晶体管的第二端分别与所述第三电容的第二端连接；

79、所述第三电容的第一端通过所述机载低压电池防反模块与所述机载低压电池正极连接；所述第三电容的第二端与所述机载低压电池负极连接。

80、在一种示例性的实施例中，所述机载低压电池防反模块包括串联的2个晶体管；

81、所述外接低压电池防反模块包括串联的2个晶体管。

82、在一种示例性的实施例中，所述控制电路包括通讯接口；

83、通过所述通讯接口分别与无人机飞行控制器、发动机控制器、高压电池控制器进行通讯。

84、所述启发电一体机，设置为在所述启发电一体机控制器的控制下通过地面的低压启动电池、或机载高压电池、或机载低压电池的电能启动并发电；

85、所述启发电一体机控制器还分别与所述无人机飞行控制器、发动机控制器及机载高压电池控制器连接；

86、所述无人机飞行控制器，用于获取无人机的工作状态，机载低压电池状态；

87、所述发动机控制器，用于获取发动机的工作状态，发动机的转矩及转速；

88、所述高压电池控制器，用于获取高压电池的工作状态，高压电池内部预充电继电器及主继电器的状态。

89、本技术提出了一种控制方法，包括：

90、当接收到点火信号时，检测所述启发电一体机是否正常；

91、当所述启发电一体机处于正常状态时，则根据外接电池的状态信息和机载高压电池状态信息确定主功率电路的工作模式；根据所确定的工作模式控制主功率电路启动所述启发电一体机并发电；当所述启发电一体机发电后，根据所确定的主功率电路的工作模式和机载高压电池是否上电确定相应的发电模式，根据确定的发电模式控制主功率电路。

92、在一种示例性的实施例中，所述主功率电路的工作模式包括第一启动工作模式、第二启动工作模式、以及第三启动工作模式；

93、根据外接电池连接状态信息和机载高压电池状态信息确定主功率电路的工作模式，包括：

94、当判定外接低压电池连接状态为连接时，确定主功率电路的工作模式为第一启动工作模式；

95、当判定外接低压电池连接状态为未连接且机载高压电池的工作状态为正常时，确定主功率电路的工作模式为第二启动工作模式；

96、当判定外接低压电池连接状态为未连接且机载高压电池的工作状态为异常时，确定主功率电路的工作模式为第三启动工作模式。

97、在一种示例性的实施例中，当处于第一启动工作模式时，主功率电路在驱动电路的驱动下将外接低压电池产生的直流电转换成三相交流电以驱动启发电一体机；

98、当处于第二启动工作模式时，主功率电路在驱动电路的驱动下将机载高压电池产生的直流电转换成三相交流电以驱动启发电一体机；

99、当处于第三启动工作模式时，主功率电路在驱动电路的驱动下将机载低压电池产生的低压直流电转换成高压直流电，再将高压直流电转换成三相交流电以驱动启发电一体机。

100、在一种示例性的实施例中，根据所确定的主功率电路的工作模式和机载高压电池是否上电确定相应的发电模式，包括：

101、当处于第一启动工作模式或处于第三启动工作模式时，先根据第一发电模式控制所述主功率电路；所述第一发电模式为将发电产生的三相交流电转换成高压直流电；当所述机载高压电池已上电时，再根据第二发电模式控制所述主功率电路；

102、当处于第二启动工作模式时，根据第二发电模式控制所述主功率电路；

103、所述第二发电模式为利用所述高压直流电给所述机载高压电池充电、以及将所述高压直流电转换成低压直流电给所述机载低压电池充电。

104、在一种示例性的实施例中，当所述启发电一体机存在故障且机载高压电池已经上电时，则根据第三发电模式控制所述主功率电路；

105、所述第三发电模式为将机载高压电池产生的高压直流电转换成低压直流电给机载低压电池充电。

106、本技术包括以下优点：

107、本技术至少一个实施例通过自动切换不同的启动工作模式，适应不同的启动工作场景，能够在脱离地面低压电源的情况下自行启动，也能在机载高压电池不能正常工作时，利用机载低压电池启动，提供多种备用启动方式。同时提供多种用途的发电控制。

108、本技术实施例的一种实现方式中，针对不同高低压启动控制及发电控制,将不同电路进行深度集成。

109、本技术实施例的一种实现方式中，由于采用高压电池，涉及到高压安全问题，必须进行高低压电气隔离，且各种模式的电源之间也需要互相隔离，不能存在倒灌。

110、当然，实施本技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

111、本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。