[发明专利]一种串联式油电混动无人机能量管理系统及方法

说明书

本发明公开了一种串联式油电混动无人机能量管理系统及方法，能量管理系统包含包含发动机、发电机、整流器、电池、电机驱动控制器、电机、转速传感器、发动机电子控制单元、混合动力系统控制器、SOC估计模块和剩余油量监测模块。本发明将动态规划的全局最优计算能力与神经网络强大的非线性拟合能力相结合，通过动态规划将最佳功率分配的优化问题分成多段决策，通过选择每一步的最优决策，得出每种工况下的最优功率分配曲线，以该曲线为的目标值搭建神经网络并通过误差反向传播对神经网络进行优化训练。本发明使得发动机的工作点基都本在低油耗区，电池能及时提供额外输出功率，使系统尽快达到稳定状态，并且有效延长了系统的续航时间。

技术领域

本发明涉及混合动力系统能量管理策略领域，尤其涉及一种串联式油电混动无人机能量管理系统及方法。

背景技术

目前无人机行业迅速发展，逐渐成为人们生活的一部分，大多数无人机均是依靠电池供电，但由于电池的能量密度较低，导致其续航时间较短。油电混合动力是由两个动力源组成，依靠能量管理实现动力源之间的能量分配，集纯电动的高效率、低排放和内燃机的行驶里程长于一体，很大程度提高其综合性能，既提高了动力性也可以降低燃料消耗。

能量管理是整个混合动力系统技术的关键，它直接影响整机的运行性能，现有的无人机上的能量管理策略不能达到较好的协调性，对不同工况的自适应能力较差，局限性很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种串联式油电混动无人机能量管理系统及方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种串联式油电混动无人机能量管理系统，包含发动机、发电机、整流器、电池、电机驱动控制器、电机、转速传感器、发动机电子控制单元、混合动力系统控制器、SOC估计模块和剩余油量监测模块；

所述发动机的输出轴和发电机的输入轴同轴固连，发电机的电流输出端通过所述整流器和电池的输入端电气相连，其中，所述发动机用于带动发电机发电；所述发电机用于发电并将产生的电流经所述整流器传递给所述电机供电；

所述电机驱动控制器用于驱动所述电机；所述电机的电流输入端分别和所述电池的输出端、整流器的输出端相连；所述电池用于给所述电机供电；

所述转速传感器固定在发动机上，用于获得发动机的转速，并将其信号传递给所述发动机电子控制单元；

所述剩余油量监测模块是用于实时监测发动机的剩余油量，并将其传递给所述发动机电子控制单元；

所述发动机电子控制单元分别和所述转速传感器、剩余油量监测模块、混合动力系统控制器、发动机电气相连，用于将接收到的发动机的转速传递给所述混合动力系统控制器，并根据发动机的剩余油量和混合动力系统控制器输出的发动机节气门开度控制量控制所述发动机工作；

所述SOC估计模块分别和所述电池、混合动力系统控制器电气相连，用于根据电池输出端的电压和电流计算出电池的剩余电量，并将电池输出端的电流、电池的剩余电量传递给所述混合动力系统控制器；

所述混合动力系统控制器分别和所述电机驱动控制器、SOC估计模块、发动机电子控制单元相连，用于根据电机驱动控制器发出的电机控制信号、电池输出端的电流、电池的剩余电量、发动机的转速计算出发动机节气门开度控制量，并将其传递给所述发动机电子控制单元。

本发明还公开了一种该串联式油电混动无人机能量管理系统的控制方法，包含以下步骤：

步骤1)，搭建无人机动力系统的各个部件模型并连接各个部件模型，所述无人机动力系统部件模型包括发动机模型、发电机模型、电池模型；

步骤2)，运行无人机动力系统模型，记录不同工况下的发动机转速、需求功率、剩余油量、电池SOC、爬升率、悬停率、波动率、降落率，将这些参数作为训练数据保存下来；