УДК 62

Разработка станции зарядки для аккумуляторов беспилотных летательных аппаратов

Синельников Данил Павлович – студент факультета информационных технологий Московского политехнического университета

Аннотация: В статье рассматривается авторская разработка станции зарядки для аккумуляторов беспилотных летательных аппаратов. На рынке станций зарядок одной существенной проблемой является необходимость подключения к постоянным источникам энергии, что в свою очередь влечет ограниченность возможностей применения этих станций. Данная разработка решает эту проблему с помощью использования гибких солнечных панелей в процессе регенерации электроэнергии на аккумуляторной сборке, встроенной в станцию. Данное решение позволяет увеличить возможности применения станции зарядки, так как не имеет привязки к постоянным источникам энергии.

Ключевые слова: БПЛА, станция зарядки, АКБ, беспилотная авиация.

В последнее десятилетие во многих странах мира, включая Россию, резкий скачок в развитии получила беспилотная авиация. Относится это как к гражданской, так и к военной областям применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Достаточно быстро растет сегмент мирового рынка, связанный с разработкой малых БПЛА. К такому виду БПЛА относятся аппараты с взлётной массой не больше 150 кг и дальностью полёта до 10 км. Тип двигателей таких аппаратов обычно электрические бесколлекторные, источники питания чаще всего литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы [1].

Несмотря на крупные технологические достижения в области энергоемкости аккумуляторов, их зарядки, чаще всего, хватает 40-50 минут полётного времени для БПЛА вертолётного типа, и 2-3 часа для БПЛА самолётного типа. Для выполнения большинства ставящихся перед БПЛА задач этого времени не хватает. Поэтому быстрая и удобная перезарядка или замена аккумуляторов является острой проблемой не только гражданской, но и военной беспилотной авиации. Хуже всего дела обстоят с БПЛА вертолётного типа, у них большие энергозатраты, по сравнению с БПЛА самолётного типа. В связи с этим рассматриваться далее будут именно БПЛА вертолётного типа [2].

Решения, которые существуют сейчас имеют один фактор, который в определённых ситуациях является отрицательным. Практически все существующие решения требуют постоянный источник питания самих станций зарядки. В условиях военных действия, или в случае чрезвычайной ситуации, где используются БПЛА может не быть постоянного источника питания, что влечет за собой сильную ограниченность в использовании станций подзарядки [3,4,5].

Целью данной работы является обеспечение автономности системы зарядки для АКБ БПЛА, за счет использования альтернативных источников энергии вместо классических. На роль источников были выбраны гибкие солнечные панели.

Описание системы

Система будет состоять и трёх частей:

Кейс с аккумуляторной сборкой и инвертором.

Будет представлять из себя кейс с установленной внутрь аккумуляторной сборкой, через минус сборки будет подключена BMS, для защиты от неправильного применения аккумуляторной сборки. К аккумуляторной батарее BMS будет подключена с помощью балансировочного шлейфа. Далее плюсовой и минусовой контакты аккумуляторной батареи подключаются к плате управления. Плата управления нужна, для правильной настройки передачи электричества в зависимости от того в какой разъём был подключен АКБ БПЛА. К плате управления также подключается инвертор преобразования в 220 В. Инвертор представляет из себя прямоугольную металлическую коробку. Она состоит из двух частей. В верхней части корпуса имеются отверстия для вывода воздуха. Также на верхней крышке присутствуют отверстия для крепления инвертора к АКБ. На нижней крышке установлены крепления радиаторов. Дополнительно присутствуют крепления платы управления инвертором. Вдоль нижней крышки находятся отверстия для фиксации инвертора.

Система преобразования состоит из нескольких трансформаторных каскадов. Высокочастотный и низкочастотный. После ток попадает на систему выпрямления и преобразуется из постоянного в переменный.

Система охлаждения состоит из двух частей.

• активная система охлаждения. Она представляет собой два радиальных вентилятора. Направление продува вентиляторами продольное. Включаются при получении сигнала от термодатчиков.
• пассивная система охлаждения. Она представлена теплоотводным блоком. Он состоит из двух радиаторов. К ним подведены термодатчиками.

Система электропитания состоит из двух частей

• Контактная группа.
• Проводное соединение.
• Соединяется инвертор с АКБ.
• Соединяется инвертор и розетка 220V.

Система индикации инвертора состоит из двух частей.

Первая – световая индикация. Представляет из себя блок светодиодов. Зажигаются при включении инвертора.

Вторая – звуковая индикация. Представлена в виде пьезоизлучателя. Подаёт звуковой сигнал при включении и выключении.

За включение и выключение отвечает кнопка. Представляет собой кнопку с фиксацией и внутренней подсветкой. При включении замыкает цепь питания от АКБ.

На корпусе кейса будет находиться ЖК-дисплей. Он необходим для демонстрации индикации заряда аккумуляторной сборки.

Коллектор зарядки с возможностью подключения до 4 аккумуляторов для БПЛА

Будет представлять из себя герметичный кейс. В нем установлено металлическое основание. К нему крепятся ложемента для установки аккумуляторов БПЛА. Для зарядки АКБ будет использоваться плата управления, имеющая до 4 параллельных выводов. Каждый вывод будет настраиваться отдельно. Это сделано для того, чтобы параллельно могли заряжаться аккумуляторы разной ёмкости. Каждый вывод будет оснащен разъемом серии XT с возможность их быстрой замены на подходящий к аккумулятору. Настраивать режим зарядки будет возможно с помощь управляющих кнопок. Вся информация будет отображаться на дисплее. Дисплей встроен в металлическое основание. Системой охлаждения будет служить радиаторы и радиальный вентилятор. Радиаторы будут установлены в местах сильного нагрева платы. Радиальный вентилятор будет работать на выдув горячего воздуха из области нагрева. За включение и выключение отвечает кнопка. Представляет собой кнопку с фиксацией и внутренней подсветкой. При включении замыкает цепь питания от АКБ.

Коннектор для подключения альтернативных источников энергии к кейсу с аккумуляторной сборки

Представляет собой металлический кейс с определённым количеством разъёмов для подключения альтернативных источников энергии. Источником энергии являются солнечные панели. В корпус будет крепиться плата управления. Она будет преобразовывать получаемую энергию в электрический ток. Передача преобразованной энергии будет передаваться посредством проводного соединения в основной кейс на аккумуляторную сборку. Таким образом будет производиться зарядка аккумуляторной сборки.

Таким образом система будет состоят из трёх частей. Они будут соединены посредством проводного соединения, и не будут превышать общую массу в тридцать килограмм.

Рисунок 1. Архитектура системы.

Список литературы

1. Беспилотные летательные аппараты / С.В. Ганин, А.В. Карпенко, В.В. Колногоров, Г.Ф. Петров. – СПб.: Невский бастион, 1999. – 160 с
2. Общие виды и характеристики беспилотных летательных аппаратов: справ, пособие / А.Г. Гребеников, А.К. Мялица, В.В. Парфенюк и др. – X.: Нац. аэрокосм, ун-т "Харьк.авиац. ин-т", 2008. - 377 с.
3. Airobotics Optimus URL: https://www.airoboticsdrones.com/optimus/(дата обращения: 23.03.2023)
4. DHL Express ка дронами – URL: https://logdok.ru/news/dhl-dostavlyaet-gruzy-s-pomoshhyu-dronov (дата обращения: 23.03.2023).
5. HEISHA DNEST2 // Heisha Technology. 03.2022. – URL: https://www.heishatech.com/solutions/dnest-hardware-for-drone-in-a-box-solution/ (дата обращения: 23.03.2023).