本發(fā)明屬于航空航天器能源系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于太陽能無人機的能源管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著太陽能技術(shù)的進步，太陽能無人機技術(shù)也隨之有了很大的發(fā)展，其中erast和zepsyr已經(jīng)實現(xiàn)首飛，但是結(jié)構(gòu)和儲能電池的重量依然是它們最大的制約，以當(dāng)前的技術(shù)水平，電池的重量幾乎占據(jù)了太陽能無人機重量的40％，因此，如太陽能單元、儲能電池、能源管理系統(tǒng)等新一代能源技術(shù)是太陽能無人機完成長時間航行的關(guān)鍵因素。
目前需要一種為整機提供能源并且監(jiān)測整機的能源供給狀況的管理系統(tǒng)，并且在盡可能提高太陽能陣列電池的利用率的同時，降低設(shè)備的重量和體積。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是提供一種基于太陽能無人機的能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)mppt功能、監(jiān)測功能、控制功能和通訊功能等功能，并與太陽能陣列電池結(jié)合以最大功率轉(zhuǎn)化能量為整機提供能源，監(jiān)測整機能源使用情況，同時，具有集成化程度高、體積小、重量輕的特點。
本發(fā)明的基于太陽能無人機的能源管理系統(tǒng)，包括：主控模塊、mppt模塊、rs232接口、輸入控制端、輸出控制端、電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器。輸入控制端連接太陽能陣列電池，輸出控制端連接儲能電池和dc-dc。
在輸入控制端連接有輸入端電壓傳感器和輸入端電流傳感器，輸入端電壓傳感器將輸入端電壓實時傳輸給主控模塊，輸入端電流傳感器將輸入端電流實時傳輸給mppt模塊。在輸出控制端連接有輸出端電壓傳感器和輸出端電流傳感器。
mppt模塊追蹤太陽能陣列電池輸入的最高電壓和電流值，以最大功率跟蹤點的電壓為輸出電壓，并傳輸給主控模塊和輸出控制端。輸出控制端以最大功率跟蹤點的電壓為輸出電壓。
主控模塊通過擾動分析法輸出脈沖寬度調(diào)制信號給mppt模塊，整理各電流傳感器、電壓傳感器和溫度傳感器采集的實時數(shù)據(jù)，通過rs232接口發(fā)送到任務(wù)控制計算機。
溫度傳感器采集太陽能陣列電池所在的機翼翼面溫度、機艙內(nèi)溫度和儲能電池溫度，并發(fā)送給主控模塊。
本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果在于：本發(fā)明的能源管理系統(tǒng)相比其他能源系統(tǒng)，集成化程度更高，重量更輕，體積更小，能根據(jù)飛機要求實現(xiàn)定制化，并且本身實現(xiàn)芯片級設(shè)計。同時，本發(fā)明的能源管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)mppt的跟蹤效率達到99.5％以上。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的基于太陽能無人機能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：
1-主控模塊；2-mppt模塊；3-rs232接口；4-輸入控制端；5-輸出控制端；
6-輸入端電壓傳感器；7-輸入端電流傳感器；8-輸出端電流傳感器；9-輸出端電壓傳感器；
10-溫度傳感器；11-單體電池電壓傳感器。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
太陽能陣列電池為整機提供能源，根據(jù)太陽能陣列電池的特性，需要尋找其最大功率點，最大程度將太陽能陣列電池提供的能源利用，本發(fā)明提供的基于太陽能無人機的能源管理系統(tǒng)，將mppt功能、監(jiān)測功能和通訊功能結(jié)合在一起，太陽能陣列電池連接在能源管理系統(tǒng)的mppt上，并通過電流傳感器和電壓傳感器測量能源管理系統(tǒng)輸入端的電壓和電流，并通過對能源管理系統(tǒng)輸入端的繼電器控制來控制能源管理系統(tǒng)輸入端的通斷，通過實驗，本發(fā)明的mppt功能其跟蹤效率始終保持在99.5％以上。
如圖1所示，本發(fā)明的基于太陽能無人機的能源管理系統(tǒng)，包括主控模塊1、mppt模塊2、rs232接口3、輸入控制端4、輸出控制端5、電壓傳感器6,9、電流傳感器7,8和溫度傳感器10。
本發(fā)明的能源管理系統(tǒng)的輸入端連接太陽能陣列電池，輸出端連接儲能電池和dc-dc。在能源管理系統(tǒng)的輸入端和輸出端均通過電壓傳感器和電流傳感器測量電壓和電流。dc-dc模塊為整個機載設(shè)備供電，存儲電池連接直流電機，并通過電機通斷模塊控制電機通斷，在無人機失聯(lián)或其他極端條件下，可通過將直流電機斷電來實現(xiàn)無人機自毀功能。
如圖1所示，太陽能陣列電池連接在輸入控制端4，輸入控制端4控制繼電器通斷來控制太陽能陣列電池能量的輸入。輸出控制端5連接儲能電池和dc-dc，輸出控制端5控制繼電器通斷來控制電壓的輸出。在輸入控制端4和輸出控制端5均連接有電壓傳感器和電流傳感器。輸入控制端4連接有輸入端電流傳感器7和輸入端電壓傳感器6，通過輸入端電流傳感器7和輸入端電壓傳感器6測試輸入端的電壓和電流。輸入端電壓傳感器6將輸入端電壓實時傳輸給主控模塊1。輸入端電流傳感器7將輸入端電流實時傳輸給mppt模塊2。在輸出控制端5連接有輸出端電流傳感器8和輸出端電壓傳感器9。
所述能源管理系統(tǒng)通過輸出端電流傳感器8和輸出端電壓傳感器9監(jiān)測輸出端的電壓電流，可以將監(jiān)測到的電壓電流數(shù)據(jù)通過rs232接口實時傳輸?shù)降孛娑恕?/p>
所述能源管理系統(tǒng)的輸入端和輸出端的電流傳感器使用acs758電流傳感器，電壓監(jiān)測采取高精電阻分壓測試方法。
所述輸入控制端4和輸出控制端5采用hfe-2固態(tài)繼電器，控制動力電通斷。
mppt模塊2追蹤太陽能陣列電池輸入的最高電壓和電流值，以最大功率跟蹤點的電壓為輸出電壓，傳輸給主控模塊1和輸出控制端5。輸出控制端5以最大功率跟蹤點的電壓為輸出電壓。通過能源管理系統(tǒng)的mppt模塊2實現(xiàn)太陽能陣列電池輸入能源的最大化利用。mppt模塊2是采用mppt(maximumpowerpointtracking，最大功率點跟蹤)方法實現(xiàn)的太陽能控制模塊，能夠?qū)崟r偵測太陽能陣列電池的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值(vi)，使能源管理系統(tǒng)以最大功率輸出對蓄電池充電。
所述主控模塊1采用atmega8avr芯片為mcu(微控制單元)，整理各電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器等采集的實時數(shù)據(jù)，通過rs232接口3發(fā)送到任務(wù)控制計算機中。主控模塊1通過擾動分析法輸出pwm(脈沖寬度調(diào)制)信號給mppt模塊2，控制mppt模塊2追蹤最高電壓電流值，使輸出控制端5以最大功率跟蹤點的電壓輸出。主控模塊1將pwm信號發(fā)送給芯片irs2184，irs2184的作用是控制mos管實現(xiàn)諧波整流，最終實現(xiàn)mppt功能。此處所述的irs2184和mos管都是mppt模塊中的元件。
單體電池電壓傳感器11監(jiān)測儲能電池的單體電池電壓，防止單體電壓出現(xiàn)過充和過放。單體電池電壓傳感器11將監(jiān)測的電壓結(jié)果實時發(fā)送給主控模塊1。
溫度傳感器10監(jiān)測太陽能陣列電池所在的機翼翼面溫度、機艙內(nèi)溫度、電池溫度等，發(fā)送給主控模塊1。所述溫度傳感器10采用k型電阻，通過溫度傳感器10可實現(xiàn)對太陽能陣列電池、能源管理系統(tǒng)等的溫度監(jiān)測。
所述能源管理系統(tǒng)通過rs232接口3與任務(wù)控制計算機通訊，將主控模塊1采集的溫度、電壓信息發(fā)送到任務(wù)控制計算機，任務(wù)控制計算機可以通過rs232接口3發(fā)送命令給輸入控制端4和輸出控制端5，控制固態(tài)繼電器通斷，實現(xiàn)對能源管理系統(tǒng)輸入端和對電池到電機端的通斷控制。所述的主控模塊1采用max232芯片將mcu輸出的ttl電平轉(zhuǎn)換為rs232串口信號。
本發(fā)明實現(xiàn)的一種高度集成化的能源管理系統(tǒng)，它將mppt功能，監(jiān)測功能，通訊功能結(jié)合在一起，實現(xiàn)了與太陽能陣列電池結(jié)合以最大功率轉(zhuǎn)化能量為整機提供能源，通過實驗，本發(fā)面的mppt功能其跟蹤效率始終保持在99.5％以上。本發(fā)明的能源管理系統(tǒng)還能監(jiān)測整機能源使用情況，并將信息傳遞給任務(wù)控制計算機的同時，實現(xiàn)小型化與輕型化。