本发明涉及无人机电气设计技术领域，尤其涉及一种油电无人机电气系统架构。
背景技术：
电气系统是无人机的重要系统之一，电气系统负责全机的供配电，其设计影响无人机的整体性能。目前油电混合垂直起降无人机电能来自发电机和单个电池，配电使用定制的电器控制装置，而民用无人机机上部分设备用电电压在28v、12v或者更小，部分设备用电电压较高，达到80～100v，如为旋翼提供动力的电机。如果采用单个电池进行供电，就需要配置多个dc-dc，且因为是高电压转换，需要的dc-dc转换模块市面上不能买到，定制需要的时间长，费用高，重量大，电气控制装置设备也带来额外的重量和定制周期。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种无人机电气系统，解决无人机的单个电池供电，电池电压转换带来的重量增加、定制难度增加、费用增高的问题。
本发明的技术解决方案：
根据本发明的一方面，提供了一种无人机电气系统，包括发电机、动力电池、设备电池、电源转换模块、三个继电器和继电器控制器；设备电池通过继电器一与电源转换模块输入端相连，发电机与电源转换模块输入端相连，设备电池和发电机输出的电压通过电源转换模块转化为不大于安全电压的设备需要的电压，供给各设备使用，其中在电源转换模块输出端和无人机负载之间，设置继电器二；动力电池通过继电器三与使用电压大于安全电压的设备相连，继电器一、二、三与继电器控制器相连并由继电器控制器控制。
所述的动力电池由n块电池串联而成，串联后的电压满足使用电压大于安全电压的设备需要的电压。
所述的电源转换模块由dc-dc模块组成，所述的dc-dc模块为直接购买的低电压转换模块。
所述的设备电池是指在发电机功率不足和发动机停止工作时，为使用电压不大于安全电压的设备供电的电池，其电压与发电机提供的电压相同。
优选的所述的动力电池中的串联电池为可直接购买的锂电池。
优选的所述的动力电池在串联时采取均流措施。
优选的所述的继电器控制器为自动驾驶仪。
优选的所述的设备电池为可直接购买的锂电池。
根据本发明的另一方面，提供了一种无人机电气系统的控制方法，主要步骤如下：
1、无人机启动和起飞阶段，动力电池通过继电器控制器控制的继电器三给使用电压大于安全电压的设备供电，发电机或设备电池与发电机联合给使用电压不大于安全电压的设备开始供电，载荷不供电，所述的设备电池与发电机联合供电的方法为：在发电机效率升高时，所述的继电器控制器控制继电器一控制设备电池逐步减少到补齐发电机提供的功率，直到完全由发电机供电；
2、无人机巡航阶段，动力电池通过继电器控制器控制的继电器三给使用电压大于安全电压的设备供电，发电机通过电源转换模块给使用电压不大于安全的设备供电，发电机通过电源转换模块的输出端连接继电器二后给载荷供电，继电器二由继电器控制器控制；
3、无人机降落阶段，继电器控制器控制继电器三切断使用电压大于安全电压的设备的供电，继电器控制器控制继电器一切断载荷供电，设备电池或设备电池与发电机联合给使用电压不大于安全电压的设备开始供电，所述的设备电池与发电机联合供电的方法为：在发电机效率降低时，设备电池补上发电机功率的空缺，直到完全由设备电池供电；
4、若继电器控制器检测发电机供电出现问题，则在无人机工作的全过程皆有设备电池给使用电压不大于安全电压的设备供电。
进一步的，所述的动力电池为高电压电池，电压不经过升压即可满足用电设备的需要。
优选的，所述的电源转换模块采用dc-dc模块进行转换，所采用的dc-dc模块为直接购买的低电压转换模块。
应用本发明的技术方案，可实现的有益效果如下：
1、本发明通过使用高电压动力电池给大于安全电压的设备供电，发电机和设备电池联合给不大于安全电压的设备供电，从而只需要发电机和设备电池给不大于安全电压的设备供电时需要进行电压转换，只需一级dc-dc或两级dc-dc转换，但因需要转换的电压和功率都小，dc-dc重量小，可以在市面购买，解决现有技术中电池电压转换的dc-dc的重量大，定制时间长，定制费用高的问题。
2、本发明通过继电器和继电器控制器对电源的电路进行控制，简化了电路控制，减轻了无人机的重量，降低了无人机的制造成本。
3、本发明通过使用继电器控制器控制继电器对设备电池和发电机的控制，实现了发电机故障时，电推进系统的冗余，使无人机正常工作。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了无人机电气系统架构示意图；
图2示出了实施例中无人机电气系统架构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
实施例1、如图1所示，本发明提供了一种无人机电气系统，包括发电机、动力电池、设备电池、电源转换模块、继电器和继电器控制器。
本实施例以50kg级油电混合动力无人机为例，如图2所示，机上用电设备分为旋翼动力电机和机上其他用电设备，其中旋翼动力电机使用电压为88v，机上其他用电设备使用电压分别为28v、12v、5v，动力电池采用选用市面常见四块22.2v，10ah，25c电池串联，设备电池选择市面常见的6s，5.3ah，25c电池，电源转换模块为市场购买的dc-dc转换模块，通过转换将设备电池和发电机的电压转换为12v、5v，满足机上其他用电设备的需要；继电器选用市面上常用的继电器，继电器控制器使用自动驾驶仪；发电机可选用和发动机配套并且满足输出功率要求的型号。
设备电池通过继电器和电源转换模块相连，发电机与电源转换模块相连，通过电源转换模块得到电压为28v、12v、5v的电压，分别供给机上设备，其中28v电压通过继电器提供给载荷、机载测控使用，12v电压提供给自动驾驶仪使用，5v电压提供给伺服电机等设备使用，优选的，可以在设备电池和电源转换模块之间安装防反灌二极管。
动力电池通过继电器与引擎电机相连，动力电池在串联时采取均流措施，选用同一厂家同一型号的电池进行串联，并选用适配电池的最大线规线缆连接电池，减少线规不匹配带来的电阻过大产生压降，影响单体电池的放电均衡性。在每次飞行任务之前和完成任务后使用电池检测仪检测电芯电压差、电阻差、容量差，当差值过大时，及时更换电池，保障电池的使用寿命。平时存放过程中可以拆下单独存放，提高安全性。
自动驾驶仪作为继电器控制器接到每个继电器上，按照每个设备需要的供电时间控制继电器的开关。
以50kg级油电混合动力无人机为例，将无人机电气系统的现有技术和本发明进行比较：设备电池需为机上除旋翼动力电机外设备供电4ah，设备用电电压分别为28v、12v和5v，放电电流小于10a，而旋翼动力电机需电池电压88v，供电8ah，放电电流常态90a峰值140a。现有技术为选用一块电池为所有用电设备供电，6s电池电压为21.6v～25.2v时为市面常用电压，且为提供给旋翼动力电机转换次数最少电压值，用电端容量至少12ah，此时需采用两级dc-dc模块为旋翼动力电机供电，由于低用电设备功率较小，此处计算忽略因低电压用电设备dc-dc模块带来的功率损失，由于电池随着使用次数的增加电量会降低，故考虑15％安全余量和15％转换带来的容量损失，容量至少需要[(8ah/85％/85％ 4ah)/85％]＝17.7ah，结合放电电流和市面上容量规格，选取6s，22ah，45c电池，重量为2.55kg，但此方案对dc-dc模块要求非常高，功率需大于10000w，且要求输出电流大，为非市面产品需定制，价格昂贵，且重量高，体积大，影响无人机总体重量和体积的控制；配电使用定制的电器控制装置，重量大，定制需要的时间和费用都比较高。
采用本发明的无人机电气系统，设备电池只需选择市面常见的6s，5.3ah，25c电池，重量0.79kg，需一级dc-dc模块进行降压得到12v电压，两级dc-dc模块进行降压得到5v电压，但因为dc-dc的价格、制作难度、重量随转换功率和电压的增大而增大，功率和电压小的可从市面选购，且价格低、重量轻。动力电池选用市面常见四块22.2v，10ah，25c电池串联，增加均流措施后不再需要额外的dc-dc模块，在降低价格的同时缩短研制周期；配电使用继电器和自动驾驶仪，继电器为标准配件，可以直接采购，其重量、费用都很低，有利于降低无人机的重量和价格。
实施例2、本实施例以50kg级油电混合动力无人机为例，
1、无人机启动和起飞阶段，动力电池通过自动驾驶仪控制的继电器三给使用电压88v的动力引擎供电，发电机或设备电池与发电机联合给使用电压28v、12v和5v的设备供电，载荷不供电，所述的设备电池与发电机联合供电的方法为：在发电机效率升高时，自动驾驶仪控制继电器一控制设备电池逐步减少到补齐发电机提供的功率，直到完全由发电机供电；
2、无人机巡航阶段，动力电池通过自动驾驶仪控制的继电器三给动力引擎供电，发电机通过电源转换模块给使用电压28v、12v和5v的设备供电，发电机通过电源转换模块的输出端连接继电器二后给载荷供电，继电器二由自动驾驶仪控制；
3、无人机降落阶段，自动驾驶仪控制继电器三切断动力引擎的供电，自动驾驶仪控制继电器一切断载荷供电，设备电池或设备电池与发电机联合给使用电压28v、12v和5v的的设备开始供电，设备电池与发电机联合供电的方法为：在发电机效率降低时，设备电池补上发电机功率的空缺，直到完全由设备电池供电。
4、若继电器控制器检测发电机供电出现问题，则在无人机工作的全过程皆有设备电池给使用电压28v、12v和5v的的设备供电。
进一步的在一个实施例中，所述的动力电池选用市面常见四块22.2v，10ah，25c电池串联，增加均流措施后不再需要额外的dc-dc模块电压不经过升压即可满足用电设备的需要。
设备电池设备电池只需选择市面常见的6s，5.3ah，25c电池，重量0.79kg，发电机选用适用的发电机，需一级dc-dc模块进行降压得到12v电压，两级dc-dc模块进行降压得到5v电压。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种无人机电气系统，包括发电机、电源转换模块、其特征在于:还包括设备电池、动力电池、继电器和继电器控制器，设备电池通过继电器一与电源转换模块输入端相连，发电机与电源转换模块输入端相连，设备电池和发电机输出的电压通过电源转换模块转化为不大于安全电压的设备需要的电压，供给各设备使用，其中在电源转换模块输出端和无人机负载之间，设置继电器二；动力电池通过继电器三与使用电压大于安全电压的设备相连，继电器一、二、三与继电器控制器相连并由继电器控制器控制。
2.根据权利要求1所述的无人机电气系统，其特征在于:所述的电压转换采用dc-dc模块进行转换，所采用的dc-dc模块为低电压转换模块。
3.根据权利要求1所述的无人机电气系统，其特征在于:所述的动力电池由n块电池串联而成，串联后的电压满足使用电压大于安全电压的设备需要的电压。
4.根据权利要求3所述的无人机电气系统，其特征在于:所述的动力电池中的串联电池为锂电池，所述的设备电池为锂电池。
5.根据权利要求1所述的无人机电气系统，其特征在于:所述的设备电池是指在发电机功率不足和发电机不工作时，为使用电压不大于安全电压的设备供电的电池，其电压与发电机提供的电压相同。
6.一种采用权利要求1所述的无人机电气系统的控制方法，其特征在于：步骤如下，
s1、无人机启动和起飞阶段，动力电池通过继电器控制器控制的继电器三给使用电压大于安全电压的设备供电，发电机或设备电池与发电机联合给使用电压不大于安全电压的设备开始供电，载荷不供电，所述的设备电池与发电机联合供电的方法为：在发电机效率升高时，所述的继电器控制器控制继电器一控制设备电池逐步减少到补齐发电机提供的功率，直到完全由发电机供电；
s2、无人机巡航阶段，动力电池通过继电器控制器控制的继电器三给使用电压大于安全电压的设备供电，发电机通过电源转换模块给使用电压不大于安全的设备供电，发电机通过电源转换模块的输出端连接继电器二后给载荷供电，继电器二由继电器控制器控制；
s3、无人机降落阶段，继电器控制器控制继电器三切断使用电压大于安全电压的设备的供电，继电器控制器控制继电器一切断载荷供电，设备电池或设备电池与发电机联合给使用电压不大于安全电压的设备开始供电，所述的设备电池与发电机联合供电的方法为：在发电机效率降低时，设备电池补上发电机功率的空缺，直到完全由设备电池供电；
s4、若继电器控制器检测发电机供电出现问题，则在无人机工作的全过程皆有设备电池给使用电压不大于安全电压的设备供电。
7.根据权利要求6所述的无人机电气系统控制方法，其特征在于:所述的动力电池为高电压电池，电压不经过升压即可满足用电设备的需要。
8.根据权利要求6所述的无人机电气系统控制方法，其特征在于:所述的电压转换采用dc-dc模块进行转换，所采用的dc-dc模块为低电压转换模块。
技术总结