一种无人机启发一体混动电源和方法与流程

本发明涉及无人机，具体为一种无人机启发一体混动电源和方法。

背景技术：

1、油电混动无人机以一种低成本的方式弥补了传统纯电动无人机续航时间短、载重量小的缺陷，因而被越来越广泛的用于农林植保、货运物流、军事用途等领域。纯电动无人机完全依靠电池供能，而油电混动无人机一般也配备电池，但主要依靠燃油发电机供能，机载电池只起到能量缓冲和启动前供电的作用。

2、现有混动无人机大多采用被动整流方案，发动机启动则有以下3种方式：

3、(1)依靠集成的减速电机启动，造成重量增加；

4、(2)使用无刷驱动器启动，一般为方波电调，成本较高，且易堵转过流而烧毁；

5、(3)使用额外的起动机，人员需靠近机器操作，有一定危险性，且自动化程度低，使用不便。

6、除了启动方面的缺点外，被动整流的能量利用率也不高。且由于整流模块发热严重，对散热能力要求较高，甚至需要水冷降温，使得重量增加。

7、少数混动无人机则采用了启动发电于一体的方案。三相整流桥中的二极管用可控晶体管(如：mos管、i gbt)代替，发动机启动时将直流电逆变为交流电驱动发电机旋转，进而带动发动机启动，发动机启动后则将三相交流电整流为直流电，为螺旋桨马达驱动器提供电力。下面，从启动和发电两方面对启发一体方案作简单分析。

8、启动方面，有带霍尔传感器的有感方式，和无位置传感器的无感方式。在持续高温和强振动的工况下，有感启动方式可靠性并不高。无感启动方案中，cn114513160a以预设电流拖动发电机先正向旋转到止点再反向旋转到止点，以得到足够长的低阻力行程，随后以最大电流正向旋转，依靠电磁力和动能越过发动机上止点启动；但活塞阻力的影响因素较多，如缸体温度、润滑状态、气缸内壁磨损情况等，特别是无点火时(点火未开或油气不足或空气不足等导致未点火或哑火)，由于压缩行程中气缸并不能完全密封，活塞运动的阻尼(与运动速度成正比)急剧增大，阻力变化并不大，以预设电流拖动可能导致无法停止，或越过上止点，或越过点火位置触发点火引起反转(点火有提前角)，此外，静止状态的可靠判断可能加剧启动流程的时间消耗。

9、发电方面，现有技术方案根据负载电流(或负载功率)与电流阈值(或功率阈值)的相对大小，以及储能电池电量综合判断确定发电系统的工作模式(额定输出、空闲输出)，致使发电系统对负载电流的响应慢且响应时间缺乏一致性，电池电量可能在较大的时间窗口内偏离目标值，对电池放电能力和电能容量要求较高，增加了电池重量和成本。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的启动耗时长、可靠性不高、发电系统不够简洁或成本高、电池重量大的问题，提供一种无人机启发一体混动电源和方法；

2、所述无人机启发一体混动电源包括燃油发电机，储能电源，燃油发电控制器；

3、所述燃油发电机包含燃油发动机、发动机电子控制单元(ecu)、发电机、启发控制器；

4、所述发电机可以是外转子或内转子电机，所述燃油发动机的输出主轴与所述发电机的转子固连，所述燃油发动机本体与所述发电机的定子固连，所述发电机的定子与转子之间没有机械连接，使得发电机定子与转子之间的摩擦力为零，避免了过定位造成的阻力和旋转轴不同心引起的连接件疲劳，提高了可靠性和能量利用效率；

5、所述发电机定子的三相线与所述启发控制器电性连接；所述启发控制器包含三相可控全桥，共6个桥臂，每个桥臂可由一个可控晶体管或多个可控晶体管并联组成。所述启发控制器还包含微控制器、电流采样电路等，通过实时测量并控制三相桥的通断，实现逆变与整流功能；

6、所述启发控制器的直流母线与所述储能电源的正负极电性连接；所述储能电源可以是电池和/或超级电容，所述储能电源还包括电源管理模块，所述电源管理模块至少用于：平衡单体电压、通断控制、电量管理、热管理等功能中的一项。所述燃油发动机与所述发动机电子控制单元电性连接。所述燃油发电控制器与所述发动机电子控制单元、所述启发控制器、所述储能电源电性连接。所述燃油发电控制器实时获取系统状态，接收外部指令，并根据指令控制所述无人机启发一体混动电源系统的其他部件，实现所述储能电源的电量保持功能。所述燃油发电控制器在硬件上不是必须的，其功能可以由启发控制器或ecu附加实现。

7、可选的，所述发电机还包含用于测量定子绕组温度的温度传感器，用于所述发电机的无感启动和/或温度监控。

8、所述无人机启发一体混动电源系统的方法，具体包括无感启动方法和发电控制方法。

9、所述无感启动方法包括以下步骤：

10、s1：准备工作：建立发电机参数随温度和电流变化的数据库；

11、s2：等待启动信号；

12、s3：启动前对发电机施加测量脉冲；

13、s4：根据测量结果估算发电机定子绕组温度；

14、s5：根据温度比对发电机数据库，查找并装载最优参数组；

15、s6：启动无感控制算法，并通过三相全桥输出矢量电压；

16、s7：矢量电压输出前还可以包括：pwm死区补偿；

17、s8：根据测量电流和发电机数据库实时调整发电机运行参数；

18、s9：根据电子转速判断发动机是否已启动；

19、s10：发动机启动后进入发电模式。

20、所述发电控制方法主要由串级控制实现，包括4个控制环路分别是储能电源电压控制环、储能电源电流控制环、燃油发电机的发电电流控制环和燃油发电机的转速控制环，从外到内依次是：

21、所述储能电源电压控制环；值得说明的是，本申请所有关于储能电源电压控制描述中的“电压”从效果上等价于储能电源电压测量值、储能电源电动势和储能电源电量三者任意之一。

22、所述储能电源电流控制环；

23、燃油发电机的发电电流控制环；所述发电电流控制环是可选的。

24、燃油发电机的转速控制环；值得说明的是，所述转速控制环可以作为串级控制的最内环，也可以独立控制，此时所述发电电流控制环作为串级控制的最内环，通过所述启发控制器直接调控所述发电机旋转坐标系下的交轴电流，优点是电流响应更快，缺点是短时间内将发动机曲轴与发电机转子的部分动能转化为了电能，对ecu要求较高，可能导致非电喷发动机熄火。

25、本申请与现有技术相比，具有的有益效果为：

26、混动电源系统的机械和硬件架构极致精简，重量和成本优势明显，配合高效的无感启动方法和发电控制方法，使得启动过程快捷便利，发电系统对负载电流响应迅速，储能电源重量小，且电量保持水平较高。

技术特征：

1.一种无人机启发一体混动电源，其特征在于，包括：包含燃油发电机，储能电源，燃油发电控制器；

2.根据权利要求1所述的无人机启发一体混动电源，其特征在于，所述发电机还包含用于测量定子绕组温度的温度传感器，用于所述发电机的无感启动或温度监控。

3.根据权利要求1所述的无人机启发一体混动电源的方法，其特征在于，包含无感启动方法和发电控制方法。

4.根据权利要求3所述的无人机启发一体混动电源的方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的无人机启发一体混动电源的方法，其特征在于，步骤s7包括：

6.根据权利要求3所述的无人机启发一体混动电源的方法，其特征在于，所述发电控制方法主要由串级控制实现，包括四个控制环路分别是储能电源电压控制环、储能电源电流控制环、燃油发电机的发电电流控制环和燃油发电机的转速控制环，从外到内依次是：

技术总结本发明公开了无人机启发一体混动电源和方法。无人机启发一体混动电源包含燃油发动机、发动机电子控制单元(ECU)、发电机、启发控制器、储能电源、燃油发电控制器。发电机的定子和转子之间无机械连接，其中定子与燃油发动机本体固连，转子与燃油发动机的输出轴固连。启发控制器集整流、逆变功能于一体，系统简洁轻便。本申请还提供了无感启动方法以及发电控制策略。发电控制策略的串级控制器以维持储能电源电压(电量)为目标，将负载电流视为扰动，通过反馈控制快速补偿负载电流。技术研发人员：艾永恒受保护的技术使用者：中山市聚变航空科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29