本田VTOL飞行器垂起巡航切换时电力分配控制与电池防过充方案

在航空业电动化转型进程中，兼具垂直起降(VTOL)与巡航能力的复合翼飞行器成为研发热点，如图1所示。这类飞行器的电力系统需同时为VTOL电机(驱动产生向上推力的VTOL旋翼)和巡航电机(驱动产生水平推力的巡航旋翼)等负载供电，在模式切换时面临复杂的电力动态平衡问题。

图1 飞行器的示意图

现有电力系统依赖发动机驱动发电机供电，并通过电池实现能量缓冲，但在 VTOL 电机停止运行时，其产生的再生电力与发电机输出电力叠加，易超出电池最大允许输入功率，引发过充风险。因此，研发一套能精准调控电力分配、避免电力过剩的控制系统，对保障飞行器安全高效运行至关重要，本文正是针对这一需求提出的创新方案。

现有飞行器电力系统在实际运行中存在诸多亟待解决的核心问题，这些问题严重制约了飞行安全性与能源利用效率。

其一，再生电力处理存在矛盾。VTOL电机在停止驱动过程中，会通过PDU向供电电路回馈再生电力。当多个VTOL电机同时停止时，再生电力集中涌入供电系统，叠加发电机输出的电力，极易导致总电力超出电池的最大允许输入功率。电池的最大允许功率由其容量和最大充电速率决定，过量电力输入会引发电池过充，不仅可能造成热失控，还会显著缩短电池寿命，这在对安全性要求极高的飞行器中是致命隐患。

其二，多电机协同控制存在缺陷。停止多个VTOL电机时，传统方案仅有 “逐次停止” 和 “同时停止” 两种选择。逐次停止虽能分散再生电力峰值，但可能因旋翼推力突变破坏飞行器姿态平衡(与重心G相关)；同时停止虽能维持姿态稳定，却因再生电力集中释放加剧电力过剩风险，两种方式均无法兼顾安全与效率。

其三，电力供需匹配存在滞后。现有系统难以实时精准计算电力盈余(即发电机输出电力与再生电力之和减去所需电力)。在模式切换瞬间(如VTOL旋翼停止、巡航旋翼启动时)，电力盈余易骤增，超出系统调控能力，导致电池承受瞬时过载。

其四，效率与安全难以平衡。传统方案为避免过充，常采用电阻耗能等被动方式处理过剩电力，既浪费能源又增加散热负担；同时，巡航电机在低负载时的效率未被利用，无法通过主动调节功耗实现电力平衡，形成 “安全牺牲效率、效率威胁安全” 的困境。

本文提出的控制装置及配套策略，通过 “感知-判断-执行” 的闭环控制，实现了电力系统的精准调控，有效解决了上述问题。

控制装置10(图2)是系统核心，由计算单元70、存储单元72、操作单元74、显示单元76组成。其中，计算单元70包含多个功能模块：计算单元78负责飞行指令与电力参数计算；获取单元86采集各类电力信息；判断单元88评估电力状态与飞行姿态；控制单元90调控PDU58等部件，各模块协同实现动态电力管理。

图2 控制装置的框图

电力系统硬件架构(图3)采用双推进系统30、32冗余设计，每套系统包含发动机48、发电机50(由发动机驱动发电)、PCU52(转换发电机输出电力)、供电电路36/42(传输电力)、PDU58(电力转换与调控)、VTOL电机54(驱动VTOL旋翼24)、巡航电机56(驱动巡航旋翼26)及电池60(能量存储与缓冲)。该架构确保电力供应的稳定性与冗余能力。

图3 电力系统的配置图

基于图4的流程，系统实现电力盈余的精细化管理，具体步骤如下：

图4 用于描述同时停止控制的流程图

基于图5的流程，系统自适应选择电机停止方式，平衡姿态稳定与电力安全：

图5 飞行器控制的流程图

巡航电机56和VTOL电机54的运行效率通过电流相位调节实现。根据电机特性，效率与电流相位和输出扭矩的关系密切，通过PDU58调整电机输入电流的相位角，可在保持输出扭矩不变的情况下增加功耗。例如，第一巡航电机56a在标准工况下效率为90%，调整相位后效率降至70%，所需电力P4相应增加，从而消耗过剩电力。这种方式无需额外硬件，仅通过软件算法即可实现，兼顾经济性与灵活性。

系统通过历史数据与实时参数结合的方式预估再生电力。在VTOL电机54停止前，获取单元86采集其当前转速、负载扭矩等信息，结合存储单元72中预存的电机再生特性曲线，计算出预期再生电力P2、P3。例如，第八VTOL电机54h在转速1500rpm时停止，预估再生电力P3为8kW，为后续盈余判断提供准确依据，避免因预估偏差导致调控滞后。

飞行状态计算单元 82 采用多参数综合评估法，包括：

这些量化指标确保飞行状态判断的客观性，避免主观误差，为停止策略选择提供可靠依据。

电力系统采用双推进系统30、32设计，当第一推进系统30出现故障时，第二推进系统32可无缝接管供电。每个PDU58均配备独立的故障检测模块，一旦检测到异常(如短路、过温)，控制单元90立即切断其与主电路的连接，避免故障扩散。这种冗余设计使系统在单点故障时仍能维持基本功能，提升了整体可靠性。

在该场景下，飞行器需从8个VTOL旋翼24驱动切换为2个巡航旋翼26驱动。传统方案切换时，若同时停止8个VTOL电机，再生电力可达40kW，远超电池最大允许输入20kW；采用本方案后，通过电力消耗增加控制将巡航电机56的功耗从10kW提升至25kW，结合再生电力减少控制将再生电力降至25kW，最终电力盈余为(发电机P1 20kW+再生电力25kW)-(所需电力25kW)=20kW，刚好匹配电池最大允许输入，实现平稳切换。

当遭遇突发阵风导致飞行器姿态偏离时，系统需快速停止部分VTOL电机调整推力。若采用逐次停止，可能因调整延迟加剧姿态失衡；采用本方案的同时停止控制，同步关闭对称分布的VTOL旋翼24c和24f，结合电力调控策略处理再生电力，在0.5秒内恢复姿态稳定，且电力盈余控制在安全范围内。

随着电池60老化，其最大允许功率从20kW降至15kW。系统通过获取单元86实时监测电池状态，自动调整电力调控阈值，在盈余判断时采用新的最大允许功率15kW，确保即使电池性能下降，仍能避免过充风险，延长设备使用寿命。

本文提出的控制装置及配套策略，通过创新的电力调控逻辑与多部件协同机制，成功解决了飞行器电力系统的核心痛点。其核心优势在于：一是实现了电力盈余的精准预判与分级处理，通过主动调控而非被动耗能的方式保护电池；二是创新了多电机停止策略，平衡了姿态稳定与电力安全；三是利用电机效率调控实现能源的高效利用，避免浪费。

如需本专利原文

可通过以下两种方式领取！

来源：公开信息，要点纵航整理

提示：原创文章未经允许，请勿转载

免责申明：本文中所含内容乃一般性信息，包含的价格及观点仅供贵方参考，要点纵航不对任何方因使用本文内容而导致的任何损失承担责任。

要点纵航是赛轲动力旗下专注于低空飞行器产业的第三方行业服务平台。我们深耕低空飞行器垂直领域，以技术研究和行业数据为基础，为客户提供营销推广、商业咨询、技术开发等多元化服务。我们通过数字化手段整合行业资源，高效链接整机厂、零部件供应商及产业链相关机构。我们的核心目标是助力客户加速商业决策与产品开发进程，并通过提供关键发展资源，加速其产品在新兴市场的推广落地，最终实现业务的快速增长与盈利能力的持续提升。

如您想获取更多关于eVTOL技术的最新消息，请添加相关人员或通过电子邮件，把您的要求发送给我们。