电动飞行器的主回路低边控制开关安全架构及其控制方法与流程

本申请涉及电动飞行器领域，特别是一种涉及电动飞行器的主回路低边控制开关安全架构及其控制方法。

背景技术：

1、随着我国对低空经济领域的不断利好和开放，以及当前市场对evtol（电动垂直起降飞机）的领域不断突破与广泛的项目引入，电动飞行器技术得到了快速发展。evtol以锂离子动力电池系统为动力来源，在设计初期，对高安全性与鲁棒性的要求也越来越高。

2、然而，目前大部分evtol的锂离子电池系统架构设计主流方案是以传统的汽车电池包架构为原型。在这种架构下，通过单个电池包内部的bms（电池管理系统）来控制单独电池包的主回路继电器开启和闭合，以此控制电池包上下高压。但汽车级的系统电子电气架构设计与故障处理方式与飞行器存在较大的差异化。

3、具体来说，汽车动力电池是以保护电池安全为导向对继电器进行上下高压操作。通常情况下，如果出现继电器的线圈控制端单端失效或者不输出高边控制信号，则继电器会因为驱动信号丢失而断开，导致系统动力丢失。而对于电动航空飞行器，特别是载人级的evtol，更高优先级是以保证空中飞机动力不丢失的目标为导向。

4、因此，现有的以汽车电池包架构为原型的锂离子电池系统架构设计方案无法满足evtol对主回路架构安全性和鲁棒性的要求，急需一种稳定可靠的主回路开关设计方案应用在evtol电池系统领域。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了电动飞行器的主回路低边控制开关安全架构及其控制方法，针对目前技术存在的大部分 evtol 的锂离子电池系统架构以传统汽车电池包架构为原型，其故障处理方式与飞行器需求存在差异，无法满足 evtol 对主回路架构安全性和鲁棒性的要求等问题。

2、本发明核心技术主要是通过飞控控制器和电池控制单元共同控制开关继电器模块，在其中一个失效时另一个可单独控制，且包括特定的开关继电器模块结构及控制方法，以保证电动飞行器动力输出的安全性和可靠性。

3、第一方面，本申请提供了电动飞行器的主回路低边控制开关安全架构，包括：

4、电池包组，多个电池包并联；

5、输入口，与每个电池包电连接，用于接入电池包；

6、开关继电器模块，与输入口连接，用于控制每个电池包的动力输出；

7、飞控控制器，与开关继电器模块通信连接；

8、电池控制单元，与开关继电器模块电连接；

9、飞控控制器和电池控制单元共同控制开关继电器模块；当飞控控制器和电池控制单元中任一个失效时，另外一个能够单独控制开关继电器模块。

10、进一步地，开关继电器模块包括预充电阻、预充继电器k1、主继电器k2以及主继电器k3，预充电阻和预充继电器组成预充回路，主继电器k2和主继电器k3并联作为主回路的一部分，用于负责主回路的通断。

11、进一步地，主继电器k2和主继电器k3均连接飞控控制器和电池控制单元。

12、进一步地，主继电器k2的线圈高边接入低压电源，低边接入飞控控制器和电池控制单元。

13、进一步地，飞控控制器上设有安全竞争控制接口，该安全竞争控制接口用于驱动每个电池包的主继电器的低边回路。

14、进一步地，每个电池包通过连接器并联输出与飞控控制器电连接。

15、第二方面，本申请提供了一种电动飞行器的主回路低边控制开关安全架构的控制方法，包括：

16、电池控制单元驱动开关继电器模块的主继电器闭合上高压；

17、飞控控制器完成电池包的状态数据收集且确认无故障后进入起飞模式；

18、在起飞前，飞控控制器使能连接开关继电器模块的主继电器的控制端；

19、电动飞行器起飞后，当电池控制单元的控制信号失效时，飞控控制器继续控制开关继电器模块的主继电器通断，以保证电动飞行器正常运行；

20、在电动飞行器降落后，飞控控制器停止使能信号，使得开关继电器模块的主继电器断开。

21、本发明的主要贡献和创新点如下：

22、1.提高安全性：本发明的电动飞行器主回路低边控制开关安全架构，采用飞控控制器和电池控制单元共同控制开关继电器模块的方式。当其中一个控制单元失效时，另一个能够单独控制开关继电器模块，极大地提高了系统的安全性。与现有技术中以汽车电池包架构为原型的设计相比，避免了因单个控制单元失效而导致系统动力丢失的风险，特别是在载人级的 evtol 中，能够更好地保障空中飞行的安全。

23、2.增强鲁棒性：通过设置多个电池包并联的电池包组，以及包括预充电阻、预充继电器、主继电器 k2 和主继电器 k3 的开关继电器模块，使得主回路的通断控制更加可靠。主继电器 k2 和主继电器 k3 并联作为主回路的一部分，增加了系统的冗余度，提高了系统的鲁棒性。即使在复杂的飞行环境下，也能保证电动飞行器的动力输出稳定可靠。

24、3.优化控制流程：本发明的控制方法明确了电池控制单元和飞控控制器在不同阶段的作用。电池控制单元先驱动开关继电器模块的主继电器闭合上高压，飞控控制器完成电池包状态数据收集确认无故障后进入起飞模式，并在起飞前使能连接开关继电器模块的主继电器控制端。在飞行过程中，当电池控制单元控制信号失效时，飞控控制器继续控制主继电器通断，保证电动飞行器正常运行。降落后，飞控控制器停止使能信号使主继电器断开。这种控制流程更加科学合理，提高了系统的稳定性和可靠性。

25、综上所述，本发明相对于现有技术在安全性、鲁棒性和控制流程等方面都具有显著的有益效果，为电动飞行器的发展提供了一种更加稳定可靠的主回路开关设计方案。

26、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

技术特征：

1.电动飞行器的主回路低边控制开关安全架构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的电动飞行器的主回路低边控制开关安全架构，其特征在于，所述开关继电器模块包括预充电阻、预充继电器k1、主继电器k2以及主继电器k3，所述预充电阻和所述预充继电器组成预充回路，所述主继电器k2和所述主继电器k3并联作为主回路的一部分，用于负责主回路的通断。

3.如权利要求2所述的电动飞行器的主回路低边控制开关安全架构，其特征在于，所述主继电器k2和所述主继电器k3均连接所述飞控控制器和所述电池控制单元。

4.如权利要求3所述的电动飞行器的主回路低边控制开关安全架构，其特征在于，所述主继电器k2的线圈高边接入低压电源，低边接入所述飞控控制器和所述电池控制单元。

5.如权利要求1所述的电动飞行器的主回路低边控制开关安全架构，其特征在于，所述飞控控制器上设有安全竞争控制接口，该安全竞争控制接口用于驱动每个电池包的主继电器的低边回路。

6.如权利要求1-5任意一项所述的电动飞行器的主回路低边控制开关安全架构，其特征在于，每个所述电池包通过连接器并联输出与所述飞控控制器电连接。

7.权利要求1-6任意一项所述的电动飞行器的主回路低边控制开关安全架构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本申请提出了电动飞行器的主回路低边控制开关安全架构及其控制方法，包括电池包组，多个电池包并联；输入口，与每个电池包电连接，用于接入电池包；开关继电器模块，与输入口连接，用于控制每个电池包的动力输出；飞控控制器，与开关继电器模块通信连接；电池控制单元，与开关继电器模块电连接；飞控控制器和电池控制单元共同控制开关继电器模块；当飞控控制器和电池控制单元中任一个失效时，另外一个能够单独控制开关继电器模块。保证了飞行过程飞行器的极致安全性能。技术研发人员：吴圣恺,王海辉受保护的技术使用者：牛瓦时克（上海）科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18