[发明专利]一种太阳能无人飞行器能源动力系统

说明书

一种太阳能无人飞行器能源动力系统，包括：网络化直流微电网系统，用于提供电能；同轴模块化电机，用于提供动能；功率变换单元，用于转换所述网络化直流微电网系统的电能并为所述同轴模块化电机供电；所述功率变换单元分别与所述网络化直流微电网系统和所述同轴模块化电机连接。本发明采用的多母线结构和基于电机子模组的动力系统结构有效减少了DC/DC变流器的用量，降低了重量，且低压配置易于通过适当选取若干子系统的并联形式配置不同电压等级功率输出，有效降低了DC/DC变流器变比，提高能量效率。本申请各个子系统之间是对等关系，且相对独立，设计灵活，同时，各模块互为备份，增加冗余度，在部分节点故障时系统仍可以继续工作，可靠性得到了提升。

技术领域

本发明属于无人飞行器能源动力系统技术领域，具体涉及一种太阳能无人飞行器能源动力系统。

背景技术

能源动力系统是太阳能无人飞行器的“心脏”，是保障飞行器高效运行、充分发挥其功能的基础，因此，能源动力系统的性能是决定某种无人飞行器是否可行、能否长期可靠发挥效力的一个关键因素。太阳能无人飞行器白天的能量来源为太阳能，夜间能量来源为储能电池白天储存的能量。储能电池供电能力不足、应对多变条件能力不足以及在考虑安全余量情况下有电发不出来是目前制约系统跨昼夜运行30天以上的主要问题。飞行器尺度效应(百米级尺度)带来的传输效率降低以及不同位置发电能力差异增加了储能电池不一致的可能性，进一步限制了储能电池发挥作用。供配电系统在理想情况下虽然是自稳定的，但是高空飞行时边界条件限制、随机干扰因素过多，破坏了系统的自稳定特性，在目前缺乏合适控制策略管理的情况下，很容易将小问题进行积累最终造成系统渐进性失控。

传统集中式或分布式能源系统将发电、储能、负荷作为独立的环节对待，过于重视各个环节之间的独立性，造成能源系统难以充分利用各环节的特点以及发挥各自的优势，最终导致系统总体效率的降低和重量的增加。更重要的是，传统集中式或分布式能源系统设计无法解决其与太阳能无人飞行器高效长航需求之间存在的诸多矛盾，如夜间能量需求与储能电池放电能力不足之间的矛盾，大尺度布局结构与高效能量传输、均衡发电需求之间的矛盾，载荷用电需求多样化与供电体制单一的矛盾，以及稳定供电需求与长时使用环境不可预测之间的矛盾。此外，传统飞行器能源系统设计采用相互隔离的多母线供电体制，这种结构导致了飞行器能源系统布局碎片化，不利用装备后期的升级维护。

动力系统、飞控系统以及有效载荷系统对供电能量大小、供电品质以及动态响应的需求各异，单一母线结构难以适应载荷多种多样的供电需求，导致变流器数量过多，精确控制母线电压得不偿失。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种太阳能无人飞行器能源动力系统，包括：

网络化直流微电网系统，用于提供电能；

同轴模块化电机，用于提供动能；

功率变换单元，用于转换所述网络化直流微电网系统的电能并为所述同轴模块化电机供电；所述功率变换单元分别与所述网络化直流微电网系统和所述同轴模块化电机连接。

优选地，所述网络化直流微电网系统包括：智能电源模块，多个所述智能电源模块串联连接或并联连接。

优选地，所述智能电源模块包括：光伏电池、光伏控制模块、储能电池组和功率输出模块，其中，所述光伏控制模块分别与所述光伏电池和所述储能电池组连接，所述功率输出模块与所述储能电池组连接。

优选地，所述同轴模块化电机包括：电机子模组和转速调节单元，其中，每个所述电机子模组均连接一个所述转速调节单元，多个所述电机子模组并联连接。

优选地，所述电机子模组包括：电枢绕组和线圈，其中，所述线圈缠绕于所述电枢绕组上，所述线圈与所述转速调节单元连接。

优选地，所述电枢绕组为9槽-8极电枢绕组。