無人機能源系統智能管理軟件的設計與開發

陳祥紅 周婷 陳利偉

摘 要：本文對無人機能源系統其智能管理軟件的設計進行了簡單的分析，該無人機能源系統主要包括鋰電池組件、太陽能電池組件、能源控制模塊、無人機供電單位、DC-DC 轉換器、無人機主控制模塊等，該控制系統將鋰電池與太陽能電池進行了合理配置，可有效彌補無人機儲能不足的問題，為了驗證其應用的合理性，本文隨后根據相應無人機能源系統智能管理軟件內部部件工作情況進行了相應實驗論證。

關鍵詞：無人機能源系統；智能管理軟件；設計；開發

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.134

0 前言

該無人機能源智能管理系統主要包括鋰電池組件、太陽能電池組件、能源控制模塊、無人機供電單位、DC-DC 轉換器、無人機主控制模塊等，其中能源管理控制機制主要包括能源管理控制器、智能充放電模塊、最大功率跟蹤模塊、電池狀態監測模塊。在這個系統中可通過DC-DC變換器、太陽能電池組件、最大功率跟蹤模塊、電池監測模塊兩兩相連，而鋰電池組件可以與電池狀態監測模塊、智能充放電模塊進行連接，從而保證整體系統穩定的運行。

1 無人機能源系統智能管理軟件流程

在整體智能管理系統運行過程中，能源管理模式可以對太陽能電池組件、無人機供電單元、鋰電池組件供電狀態及電量狀態進行綜合判定管理[1]。對無人機供電單元供電狀態的檢測首先應對其正常運行情況進行檢測，若出現運行故障則對其整體架構進行全面分析，并發出預警信號，反之則執行待機狀態；對于鋰電池組件電力檢測主要是對其內部電量程度的判定，若確定鋰電池組件電量充滿則執行待機信號，反之進行繼續充電；對于太陽能電池組件輸出狀態的判定主要以輸出功率為依據，若存在輸出功率則執行待機狀態，反之進行充電措施。此外為了保證無人機能源處理智能系統的正常運行，還需對鋰電池組件電量進行一定的監測，若出現鋰電池組件電量低于最低限度，則開啟報警裝置，并進行后續的降落準備措施。

2 無人機能源系統智能管理軟件設計開發

2.1 無人機能源系統設計

無人機能源系統設計主要是針對DC-DC電路、BDMR電路及MPPT數據采集電路的設計[2]。其中DC-DC電路的設計主要是通過動力母線多次變換保證控制系統、數據傳輸的正常進行。而MPPT數據采集電路則是根據整體能源運行情況對其輸入電流、輸出電流、輸入電壓、輸出電壓進行數據采集，便于對能源系統工作狀態的實時監測。在MPPT采集電路設計時采用光電隔離的模式將整體電路與相關設備進行連接，可有效避免電路串聯導致的物理量懸浮地問題。而在BDMR電路設計時需將蓄電池組、太陽能電池進行隔離控制，可采用二極管的方式進行。另外為了對能源系統功率進行有效控制，可在輸入電路及蓄電池回路中進行等效控制，即當相應回路電流小于一定數值時會出現截止信號，通過二極管避免電源繼續消耗，從而實現電路有效控制。

2.2 無人機能源系統智能管理系統應用測試

本文結合大疆PHANTOM無人機進行了智能管理系統的應用測試，其主要是用于目標觀察及密閉操作。大疆無人機工作頻率為2.400-2.483GHZ，電池為智能飛行電池，機身內部具有USB、Micro USB接口。能源系統智能管理軟件測試機構主要由電子負載、工控設備、太陽電池模擬設備、直流電源等構成。其中太陽方陣模擬設備通過與MPPT電路連接對太陽電池應用過程進行模擬，而鋰電池管理狀態則通過直流電源模擬，電機負載、電機設備負載則由相應的電子負載模擬，工控設備則模擬整體的智能管理軟件終端，對無人機能源系統各部件的運行狀態進行實時監測，并將檢測數據進行綜合分析記錄。同時為了保證整體能源管理系統監測的嚴密性，在整體系統運行過程中不接入蓄電池，其中設置太陽能模擬設備總輸出功率及單路工作點電壓分別為1050W、32V，電流整體負載為恒流負載狀態，測試結果顯示當輸入功率為1279.97W時，負載電流在9.22A-11.85A之間，而負載電壓在105.5V-127.9V之間，而整體系統負載功率在1239W-1260W之間，可得出整體能源系統轉化效率均在97%以上。然后將蓄電池組接入整體系統進行后續觀察，在系統管理過程中將某條太陽能組件采取端開措施，可明顯觀察到蓄電池組工作電壓大于太陽能系統工作電壓，而通過對鋰電池組控制及其他太陽能組件調整，對其強制升壓功能進行了進一步分析，在實驗中通過能源系統智能管理軟件強制升壓功能的使用促使升壓電路與蓄電池進行了重新連接，然后為整體能源管理系統的正常工作提供了保障，并在后續運行中逐步恢復到以往工作狀態，經過重復試驗，可得出該無人機能源系統智能管理軟件具有智能修復、故障屏蔽的功能。

3 總結

綜上所述，本文對無人機能源系統智能管理軟件工作流程進行了簡單的分析，并根據能源系統智能管理軟件具體的工作流程對其相關的電路設計進行了深入的探究，為了驗證無人機能源系統智能管理軟件運行的效果，通過模擬實驗對其系統運行效率及智能修復能力進行了驗證，根據具體的實驗結果可得出該管理軟件可具有良好的運行效率，具有良好的發展前景。

參考文獻：

[1]胡斌，時景立，馮利軍.太陽能無人機能源管理器研究與設計[J].電源技術，2015，39（10）：2161-2165.

[2]劉莉，杜孟堯，張曉輝等.太陽能/氫能無人機總體設計與能源管理策略研究[J].航空學報，2016，37（01）：144-162.