一种用于无人机的氢燃料电池动力管理系统

1.本技术涉及电池管理领域，具体涉及一种用于无人机的氢燃料电池动力管理系统。


背景技术：

2.随着无人机行业的发展，无人机作为工具被越来越广泛的使用在很多领域。现如今无人机已经在农业、军事、工业等方面起到了重要的作用。但目前以锂电池为供电能源的无人机的续航时间过短，这一缺陷极大地限制了其应用。因此我们使用氢能作为无人机的主要能量源来延长续航时间。利用氢能作为无人机动力来源，可大幅提升其续航能力和起飞能力，颠覆无人机的应用场景和使用策略，具有极高的潜在军用价值和民用价值。但由于氢燃料电池特性较软，我们需要以锂电池作为辅助电源。因此我们需要对锂电池和氢燃料电池进行能量的管理和分配，使得能量得到合理的应用。虽然氢燃料电池的动力系统已得到很多关注，但可以直接作用于无人机上的还较少涉及。


技术实现要素：

3.本技术提供了一种用于无人机的氢燃料电池动力管理系统，通过实时采集电池组的pwm信号值和供电电压值，对电池组的供电方式进行适当的切换，同时利用热回收模块对氢燃料电池工作时产生的热量进行回收利用。
4.为达到上述目的，本技术提供了以下方案：
5.一种用于无人机的氢燃料电池动力管理系统，包括：电池组模块、数据采集模块、热量回收模块和供电管理模块；
6.所述电池组模块分别与所述热量回收模块和所述供电管理模块连接，所述电池组模块用于为所述无人机供电；
7.所述数据采集模块与所述供电管理模块连接，所述数据采集模块用于采集无人机飞行动力参数；
8.所述热量回收模块还与所述供电管理模块连接，所述热量回收模块用于回收所述电池组产生的热量；
9.所述供电管理模块用于监测所述电池组模块的电气数据，并基于所述电气数据控制所述电池组模块的供电方式。
10.优选的，所述电池组模块包括：氢燃料电池和锂电池；
11.所述氢燃料电池用于所述无人机的主要供电；
12.所述锂电池用于所述无人机的备用供电。
13.优选的，所述数据采集模块包括：pwm信号采集单元和电压采集单元；
14.所述pwm信号采集单元与所述电池组模块连接，所述pwm信号采集单元用于采集pwm信号值；
15.所述电压采集单元与所述电池组模块连接，所述电压采集单元用于采集供电电压
值。
16.优选的，所述数据采集模块的工作流程包括：
17.所述电池组模块发出pwm信号，所述pwm信号采集单元采集所述pwm信号，生成pwm信号值；同时，所述电压采集单元实时采集所述电池组模块的所述供电电压值。
18.优选的，所述热量回收模块包括：热量回收单元和发电单元；
19.所述热量回收单元分别与所述氢燃料电池和所述发电单元连接，所述热量回收单元用于吸收所述氢燃料电池产生的热量，并向所述发电单元提供用于发电的动力；
20.所述发电单元还与所述锂电池连接，所述发电单元用于基于所述动力进行发电，并将发出的电能向所述锂电池充电。
21.优选的，所述热量回收模块的工作流程包括：
22.所述氢燃料电池在工作时会产生大量的热量，所述热量回收单元将所述热量进行收集回收，并向所述发电单元提供发电动力，所述发电单元基于所述动力进行发电，为所述锂电池进行充电。
23.优选的，所述供电管理模块包括：分压装置和切换装置；
24.所述分压装置分别与所述电池组模块和所述数据采集模块连接，所述分压装置用于控制所述电池组模块向所述无人机输出的电压；
25.所述切换装置分别与所述电池组模块和所述数据采集模块连接，所述切换装置用于基于所述供电电压值切换所述电池组模块的所述供电方式。
26.优选的，所述供电管理模块的工作流程包括：
27.所述数据采集模块采集到所述pwm信号值后，将所述pwm信号值发送至所述分压装置中，所述分压装置基于所述pwm信号值控制所述电池组模块的输出电压；同时，所述数据采集模块将采集到的所述供电电压值发送至所述切换装置中，所述切换装置对所述供电电压值大小进行比较，当所述供电电压值小于设定阈值时，所述切换装置会自动切换所述电池组模块的供电方式。
28.本技术的有益效果为：
29.本技术通过实时采集电池组的pwm信号值和供电电压值，能够对氢燃料电池发出的电能进行合理分配，并对电池组的供电方式进行适当切换，延长氢燃料电池的使用寿命；同时利用热回收模块对氢燃料电池工作时产生的热量进行回收利用，有效增长无人机的续航时间。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本技术实施例一的系统结构示意图。
具体实施方式
32.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
33.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
34.在本实施例中，如图1所示，一种用于无人机的氢燃料电池动力管理系统，包括：电池组模块、数据采集模块、热量回收模块和供电管理模块；
35.电池组模块分别与热量回收模块和供电管理模块连接，电池组模块用于为无人机供电。电池组模块包括：氢燃料电池和锂电池；氢燃料电池用于无人机的主要供电；锂电池用于无人机的备用供电。氢燃料电池和锂电池为无人机并联供电，在电池与负载之间设置有二极管保护。
36.数据采集模块与供电管理模块连接，数据采集模块用于采集无人机飞行动力参数。数据采集模块包括：pwm信号采集单元和电压采集单元；pwm信号采集单元与电池组模块连接，pwm信号采集单元用于采集pwm信号值；电压采集单元与电池组模块连接，电压采集单元用于采集供电电压值。
37.数据采集模块的工作流程包括：电池组模块发出pwm信号，pwm信号采集单元采集pwm信号，生成pwm信号值；同时，电压采集单元实时采集电池组模块的供电电压值。
38.热量回收模块还与供电管理模块连接，热量回收模块用于回收电池组产生的热量。热量回收模块包括：热量回收单元和发电单元；热量回收单元分别与氢燃料电池和发电单元连接，热量回收单元用于吸收氢燃料电池产生的热量，并向发电单元提供用于发电的动力；发电单元还与锂电池连接，发电单元用于基于动力进行发电，并将发出的电能向锂电池充电。
39.热量回收模块的工作流程包括：氢燃料电池在工作时会产生大量的热量，热量回收单元将热量进行收集回收，并向发电单元提供发电动力，发电单元基于动力进行发电，为锂电池进行充电。同时，热量回收模块的工作受到供电管理模块的控制，若供电管理模块监测到锂电池电压过低，供电管理模块会控制热量回收模块开启，将氢燃料电池工作时发出的热量进行回收，并为锂电池充电。
40.供电管理模块用于监测电池组模块的电气数据，并基于电气数据控制电池组模块的供电方式。供电管理模块包括：分压装置和切换装置；分压装置分别与电池组模块和数据采集模块连接，分压装置用于控制电池组模块向无人机输出的电压；切换装置分别与电池组模块和数据采集模块连接，切换装置用于基于供电电压值切换电池组模块的供电方式。
41.供电管理模块的工作流程包括：数据采集模块采集到pwm信号值后，将pwm信号值发送至分压装置中，分压装置基于pwm信号值控制电池组模块的输出电压；同时，数据采集模块将采集到的供电电压值发送至切换装置中，切换装置对供电电压值大小进行比较，当供电电压值小于设定阈值时，切换装置会自动切换电池组模块的供电方式。
42.供电管理模块对收集到的数据进行判定，当氢燃料电池电压较高时，若pwm变化范围较小且值在设定范围内只有氢燃料电池供电，若此时锂电池电压较低，氢燃料电池工作时发出的热量通过热量回收模块为锂电池充电；若pwm变化范围或值超过设定时，因为氢燃料电池特性较软，当起飞、降落或遇到湍流等情况时需要锂电池补充一部分功率，因此锂电池和氢燃料电池供电电路同时工作；当氢燃料电池电压较低时，锂电池供电电路工作。pwm
值反映了无人机的状态，遥控油门从0％～100％分别对应输出高电平时间0～2.5s，确定无人机悬停时油门百分比可得到对应的输出高电平时长，当时长较高或变化较大时，可通过控制模块的管理模块控制氢燃料电池的输出电压来应对无人机所需功率突变的情况，有效延长氢燃料电池的使用寿命。
43.以上所述的实施例仅是对本技术优选方式进行的描述，并非对本技术的范围进行限定，在不脱离本技术设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本技术的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本技术权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于无人机的氢燃料电池动力管理系统，其特征在于，包括：电池组模块、数据采集模块、热量回收模块和供电管理模块；所述电池组模块分别与所述热量回收模块和所述供电管理模块连接，所述电池组模块用于为所述无人机供电；所述数据采集模块与所述供电管理模块连接，所述数据采集模块用于采集无人机飞行动力参数；所述热量回收模块还与所述供电管理模块连接，所述热量回收模块用于回收所述电池组产生的热量；所述供电管理模块用于监测所述电池组模块的电气数据，并基于所述电气数据控制所述电池组模块的供电方式。2.根据权利要求1所述一种用于无人机的氢燃料电池动力管理系统，其特征在于，所述电池组模块包括：氢燃料电池和锂电池；所述氢燃料电池用于所述无人机的主要供电；所述锂电池用于所述无人机的备用供电。3.根据权利要求1所述一种用于无人机的氢燃料电池动力管理系统，其特征在于，所述数据采集模块包括：pwm信号采集单元和电压采集单元；所述pwm信号采集单元与所述电池组模块连接，所述pwm信号采集单元用于采集pwm信号值；所述电压采集单元与所述电池组模块连接，所述电压采集单元用于采集供电电压值。4.根据权利要求3所述一种用于无人机的氢燃料电池动力管理系统，其特征在于，所述数据采集模块的工作流程包括：所述电池组模块发出pwm信号，所述pwm信号采集单元采集所述pwm信号，生成pwm信号值；同时，所述电压采集单元实时采集所述电池组模块的所述供电电压值。5.根据权利要求2所述一种用于无人机的氢燃料电池动力管理系统，其特征在于，所述热量回收模块包括：热量回收单元和发电单元；所述热量回收单元分别与所述氢燃料电池和所述发电单元连接，所述热量回收单元用于吸收所述氢燃料电池产生的热量，并向所述发电单元提供用于发电的动力；所述发电单元还与所述锂电池连接，所述发电单元用于基于所述动力进行发电，并将发出的电能向所述锂电池充电。6.根据权利要求5所述一种用于无人机的氢燃料电池动力管理系统，其特征在于，所述热量回收模块的工作流程包括：所述氢燃料电池在工作时会产生大量的热量，所述热量回收单元将所述热量进行收集回收，并向所述发电单元提供发电动力，所述发电单元基于所述动力进行发电，为所述锂电池进行充电。7.根据权利要求3所述一种用于无人机的氢燃料电池动力管理系统，其特征在于，所述供电管理模块包括：分压装置和切换装置；所述分压装置分别与所述电池组模块和所述数据采集模块连接，所述分压装置用于控制所述电池组模块向所述无人机输出的电压；所述切换装置分别与所述电池组模块和所述数据采集模块连接，所述切换装置用于基
于所述供电电压值切换所述电池组模块的所述供电方式。8.根据权利要求7所述一种用于无人机的氢燃料电池动力管理系统，其特征在于，所述供电管理模块的工作流程包括：所述数据采集模块采集到所述pwm信号值后，将所述pwm信号值发送至所述分压装置中，所述分压装置基于所述pwm信号值控制所述电池组模块的输出电压；同时，所述数据采集模块将采集到的所述供电电压值发送至所述切换装置中，所述切换装置对所述供电电压值大小进行比较，当所述供电电压值小于设定阈值时，所述切换装置会自动切换所述电池组模块的供电方式。

技术总结
本申请公开了一种用于无人机的氢燃料电池动力管理系统，包括：电池组模块、数据采集模块、热量回收模块和供电管理模块；电池组模块分别与热量回收模块和供电管理模块连接，用于为所述无人机供电；数据采集模块与供电管理模块连接，用于采集无人机飞行动力参数；热量回收模块还与供电管理模块连接，用于回收所述电池组产生的热量；供电管理模块用于监测电池组模块的电气数据，并基于电气数据控制电池组模块的供电方式。本申请通过实时采集电池组的PWM信号值和供电电压值，能够对氢燃料电池发出的电能进行合理分配，并对电池组的供电方式进行适当切换，同时利用热回收模块对氢燃料电池工作时产生的热量进行回收利用，有效增长无人机的续航时间。人机的续航时间。人机的续航时间。


技术研发人员：李勇 马高山 韩非非 任高峰 张翔 李树豪
受保护的技术使用者：郑州航空工业管理学院
技术研发日：2023.02.02
技术公布日：2023/5/4