《无人机工作系统实用技术》PPT课件模块3-无人机航电系统.pptx

1、无人机工作系统实用技术PPT课件模块3-无人机航电系统1.了解无人机电路的组成部分。2.掌握无人机电路的基本结构和相关术语。3.掌握无人机电路各项模块的工作原理。4.学会拆装和检修无人机电路系统。知识目标知识目标任务描述学习本部分的内容，是为了了解电路系统组成部分，电路各项接口、各项参数意义，该部分知识能够使人了解电路系统的重要性和复杂程度。无人机的电路系统有众多不同的应用方案。这里阐述的只是其中一种电动无人机的电路系统方案。主要内容包括供电部分、配电部分、用电部分，3个部分。（1）供电部分 无人机的供电部分是无人机主要的电力提供部分，主要由电池组成。多旋翼无人机的供电由动力电池提供，燃油固定

2、翼无人机的供电部分则由供电电池提供。供电部分支持了无人机整体需要用电的所有部分。（2）配电部分 无人机的配电部分是分配电力的主要部分，主要由电线和电路板组成。多旋翼无人机的配电部通常铺设在机架内部，通过分电板联通飞机各项用电器和电池的连接。燃油固定翼无人机的配电部分则大多为电线组成，主要联通飞控和各项传感器，舵机，火花塞之间。（3）用电部分 无人机用电部分是无人机主要的做工部分，多旋翼无人机的大部分零件都属于用电部分，比如电机，飞控，各项传感器等。燃油固定翼无人机的用电部分较少，主要是舵机，飞控，点火系统等。相关知识点1:无人机供电部分l 无人机的供电大多由电池支撑，电池（Battery）指盛

3、有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置。具有正极、负极之分。常见的电池有干电池，铅酸蓄电池，锂电池等。经过筛选和综合考虑后，大多数无人机都选择锂电池作为无人机的供电部分。l“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N.Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。l 锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。l 锂金属电池一般是

4、使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。l 锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。相关知识点1:无人机供电部分l 作为无人机的供电部分，锂电池有以下优点：1.能量比较高,具有高储存能量密度，已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；2.使用寿命长,使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池1C（100%DOD）充放电，有可以使用10,000次的记录；3.额定电压高（单体工作电压为3.7V或3.2V）,约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便于组成电池电源组；锂电池可以通过一种新型的锂电池

5、调压器的技术，将电压调至3.0V，以适合小电器的使用。4.具备高功率承受力,其中无人机用的锂离子电池可以达到15-45C放电的能力，便于高强度的变速加速；5.自放电率很低,这是该电池最突出的优越性之一，一般可做到1%/月以下，不到镍氢电池的1/20；6.重量轻,相同体积下重量约为铅酸产品的1/6-1/5；7.高低温适应性强,可以在-20-60的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在-45环境下使用；8.绿色环保,不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。l 但是锂电池也不是完美的供电选择，缺点也有：1.锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险。2.锂离子电

6、池均需保护线路，防止电池被过充过放电。3.生产要求条件高，成本高。4.使用条件有限制，高低温使用危险大。相关知识点2:无人机配电部分l无人机配电部分的主要作用是根据设备的用电要求，对供电部分提供的电能进行合理分配和控制。配电部分主要由电线和电路板组成，用过导体将电能从供电部分传输到各个用电器中。但是因为各项用电器的工作电压并不相同，所以用电器都需要稳压降压模块的辅助才能正常工作。l1.电线l电线是指传输电能的导线。分裸线、电磁线和绝缘线。裸线没有绝缘层，包括铜、铝平线、架空绞线以及各种型材(如型线、母线、铜 排、铝排等)。它主要用于户外架空及室内汇流排和开关箱。电磁线是通电后产生磁场或在磁场中

7、感应产生电流的绝缘导线。它主要用于电动机和变压器绕圈以及其他有关电磁设备。其导体主要是铜线，应有薄的绝缘层和良好的电气机械性能，以及耐热、防潮、耐溶剂等性能。选用不同的绝缘材料可获得不同的特性。l电线通常由导体、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分组成。l导体是电线电缆的导电部分，用来输送电能，是电线电缆的主要部分。绝缘层是将导体与大地以及不同相的导体之间在电气上彼此隔离，保证电能输送，是电线电缆结构中不可缺少的组成部分。屏蔽层是防止大电流通过时产生的电磁波影响用电器电路而设置的阻断层。15KV及以上的电线电缆一般都有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层。保护层的作用是保护电线电缆免受外界杂质和水分的侵入，以及防止

8、外力直接损坏电线。l无人机所使用电线的外部绝缘皮通常有各种不同颜色。这些颜色也代表了不同的含义。无人机常用的电线颜色其中红色代表正极，蓝色代表信号，黑色或黄绿相间代表负极。但各个国家的电线颜色要求并不一致。相关知识点2:无人机配电部分l分电板l分电板用于连接电池，电调的电路板，将电分为多路。很多分电板集成BEC输出，功能更加丰富强大，集成功能更多。比如LED控制、追踪器、低电压报警等。l分电板本质上就是一块电路板，其主要功能是使各种电子元器组件通过电路进行连接，起到导通和传输的作用，是电子产品的关键电子互连件。几乎每种电子设备都离不开印制电路板，因为其提供各种电子元器件固定装配的机械支撑、实现

9、其间的布线和电气连接或电绝缘、提供所要求的电气特性，其制造品质直接影响无人机的稳定性和使用寿命。相关知识点3:用电部分l 无人机用电部分包含了飞机主要的工作系统，如电机，电调，舵机，飞控，载荷等。无人机的动力系统主要由螺旋桨和电机，电调所组成。当螺旋桨旋转时，便可以产生反作用力来带动机体飞行。电机用于旋转桨翼做功，电调用于调节电机的转速。舵机用于操控无人机的舵面和起落架等可动部件。飞控是无人机的控制核心，需要通电才能控制无人机的工作。载荷是无人机主要的任务执行系统，也需要连接飞控和电源才能正常工作。l 无人机的动力系统的工作电压通常为电池的电压。电池电压在经过电调被降低到电机所需要的电压水平，

10、以免转速过快损坏电机导致飞机失控。同时在连接飞控或接收机端的接口处将电压降低至5V左右，以避免接收机或飞控烧坏。l 无人机的飞控是无人机的控制核心，负责处理飞机飞行中各种信息流，所以飞控有大大小小各种接口。除信号端口以外，通常工作电压为5V。飞控的电力来源由供电部分提供，经过PMU电源管理模块降压后供给飞控，也有少量飞控使用经过电调降压后供给的电力。l 载荷是无人机主要的作业系统，种类广泛，例如相机云台，农药喷洒器，抓手喷火器等。不同载荷所需要电源的电压也不尽相同。但大多结构相似，都是通过飞控或接收机连接舵机，再通过舵机的活动完成载荷的运动。大多数载荷都会自带电源保障工作，也有些载荷会通过集成

11、到配电部分通过动力电池获得电力。模块2 无人机动力系统学习任务2 无人机充放电系统的使用1.了解充电器的区别。2.掌握充电器的使用方法。3.能够使用充电器充电。知识目标知识目标任务描述本模块介绍了无人机系统中充放电系统的重要知识。充电器是无人机的关键配件之一，主要作用是为无人机的动力电池充电和放电，它直接影响到无人机电池的寿命、效率和安全性。充电器的作用不光是为给无人机的动力电池充电，他还有为无人机动力电池放电的功能。放电功能通常会在保养，或者保存不经常使用的动力电池的情况下用到。无人机的电池和充电池选择一定要谨慎，由于无人机使用的都是高能量的锂聚合物电池，瞬间放电能造成危险，例如：爆炸、起火

12、等，所以无人机的电池在充电的时候也是要谨慎注意，选择合适的充电器和合适的充电方法尽量避免危险发生。所以一个合格的无人机动力电池充电器主要有以下特性：平衡电压测量分辨率，可以充分保护电池。节能环保的再生放电功能。超快平衡电池单片电芯的能力。提供智能电源管理系统，可设置放电电流、电压限制和放电量告警，避免过度放电。支持并联充电，在并联充电板的支持下，可同时给多块电池充电。相关知识点1:认识无人机动力电池充电器l 无人机动力电池充电器通常被成为平衡充电器。这是因为无人机所用的动力电池是由多片锂电池串联而成，为了能让串联的锂电池组每一块锂电池都能平衡电压，同时充满电池，就需要专用的平衡充电器。l 电器

13、的输入输出接口：l 充电器输出的接口，一般是XT60和XT30，再配上平衡头的接口。一般还有5V的输出，甚至是无线充电的输出，可以给到手机充电，也有type-C的输出，给笔记本电脑供电。相关知识点1:认识无人机动力电池充电器充电器的输入接口一般有两种，一种是充电器内置了直流电源，可以直接接到家里的220V的市电，另一种就需要有额外的直流电源把220V的市电转换成直流电或者是使用大的电池包，给到充电器，然后再给电池充电。如图就是两种输入接口，左边是直流输入，右边是交流输入两种接口各有各的好处：直流输入1.一般充电功率比较大。2.可以在外场接大的电池包，给小电池充电。使用不方便，需要额外的直流电源

14、。交流输入1.使用方便，直接接到市电就就可以用。充电器需要内置直流电源，增加充电器的体积和成本，一般充电功率也没有直接输入大，是由于体积和成本的限制。如果充电器能同时支持直流输入和交流输入，当然是最好了，一般价格和体积也较高。相关知识点2:平衡充电器的主要参数（2）输出功率 一般无人机使用46s的电池，电池容量在5200mAh左右，小型无人机使用34s的电池，电池容量在2200mAh左右。电池充电一般选择2C电流以下充电，过高充电电流会影响电池的性能和寿命。所以一般无人机，一块电池充电功率在6*4.2V*5.2A*2=262W，小型无人机，一块电池充电功率在4*4.2V*2.2A*2=73.9

15、2W。这里计算选择是一个常用的值，当然使用更小的电流充电，需要的功率就越小。选择充电器的输出功率时，要满足单通道电池充电所需的功率。（1）通道数 通道数指能同时给电池充电的数量。当然是越多越好，但是越多，价格也越贵，体积也越大。一般飞无人机，标配24块电池，选个2通道或者4通道的充电器比较合适，1通道的充电器也可以，体积小，携带方便，就是充电的时候需要经常更换电池。（3）支持的电池串数 常见的穿越机电池串数为36s，选择充电器时要能覆盖到自己电池的串数。相关知识点3:电池与充电器使用注意事项l1、充电充电电流：充电电流不得超过最大充电电流（一般情况下为0.51.0C或以下），使用高于推荐电流充

16、电将可能引起电池的充放电性能、机械性能和安全性能的问题，并可能导致发热或泄漏。充电电压：充电电压不得超过规定的限制电压（4.2V/单体电池），4.25V为每单片充电电压的最高极限。充电温度：电池必须在规定环境温度范围内进行充电，否则电池易受损坏。当电池表面温度异常时（指电池表面温度超过50C），应立即停止充电。反向充电：正确连接电池的正负极，严禁反向充电。若正负极接反，将无法对电池进行充电。l2、放电放电电流：放电电流不得超过规定的最大放电电流，过大电流放电会导致容量剧减并导致电池过热膨胀。放电温度：电池必须在规定的工作温度范围内放电。当电池表面温度超过70C时，要暂时停使用，直到电池冷却到室温为止。过放电：过放电会导致电池损坏，放电时不得使单片电池的电压低于3.6V。l3、贮存电池应放置在阴凉的环境下贮存，长期存放电池时（超过3个月），建议置于温度为10-25C且低温度无腐蚀性气体的环境中。电池在长期贮存过程中每3个月充放电一次以保持电池活性，并保证每个电芯电压在3.73.9V范围内。