CN105633940A - 一种无人直升机用启动电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人直升机用启动电源系统，采集模块一端连接锂电池组，另一端连接微控制器模块；均衡管理模块一端连接微控制器模块，另一端连接锂电池组，对锂电池组进行均衡控制；供电输出模块一端连接微控制器模块，另一端连接锂电池组；限流控制模块一端连接微控制器模块，另一端连接锂电池组；安全保护模块一端连接微控制器模块，另一端连接锂电池组；通讯模块连接微控制器模块；存储模块连接微控制器模块。本发明可提供稳定的直流电源，具有故障诊断功能，均衡管理功能，以及智能化的自动充电管理，并能够实现充电限流功能，防止发动机对锂电池组的大电流充电损伤，使系统具有较高的可靠性，对于保障无人直升机的安全运行具有重要意义。

Description

一种无人直升机用启动电源系统

技术领域

本发明属于动力电池管理系统领域，具体说是一种无人直升机用启动电源系统。

背景技术

无人直升机发动机启动时需要稳定的直流电源。目前铅酸电池常被用来作为无人直升机发动机启动电源的能量来源，但铅酸电池具有比能小、污染严重等缺点，并且缺少对电池的智能化管理和相应的安全保护，可靠性和稳定性差，同时由于铅酸电池特性导致在发动机启动所需的能量条件下，体积和重量较大。

锂电池作为新兴的能源，以其体积小、比能高，性能稳定，倍受青睐，本发明采用磷酸铁锂电池作为无人直升机启动电源的能量来源，使得在相同容量下，启动电源更加的小型化，减轻了无人直升机的载重，也减少了占用空间。同时配备了智能化的控制系统，提供了启动电源的完全性和稳定性，有效保障无人机的安全运行。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种性能稳定、体积小、成本低、可靠性高的无人直升机用启动电源系统。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种无人直升机用启动电源系统，采集模块一端连接锂电池组，采集锂电池组的电压、电流和温度信号，另一端连接微控制器模块，将采集到的信号发送到微控制器模块进行数据转换；

均衡管理模块一端连接微控制器模块，接收微控制器模块的均衡控制信号，另一端连接锂电池组，对锂电池组进行均衡控制；

供电输出模块一端连接微控制器模块，接收微控制器模块的控制信号，另一端连接锂电池组，用于对锂电池组进行输出控制，在输出电压较低或者出现严重安全故障时，自动切断与外部使用设备的连接；

限流控制模块一端连接微控制器模块，接收微控制器模块发送的限流控制信号，另一端连接锂电池组，对锂电池组的充电过程进行控制；

安全保护模块一端连接微控制器模块，接收微控制器模块发出的保护信号，另一端连接锂电池组，对锂电池组进行安全保护；

通讯模块连接微控制器模块，实现与微控制器模块之间的双向通信；

存储模块连接微控制器模块，对微控制器模块的信息进行存储和读取。

所述供电输出模块包括顺序连接的二极管D1和继电器K1；二极管D1正极与锂电池组正极和限流模块输出正极连接，负极与限流模块输入正极和继电器K1一端连接；继电器K1另一端与电源输出正连接，控制端与微处理器模块连接；限流控制模块的控制端与微处理器模块连接。

所述均衡管理模块包括多个均衡子模块，每个均衡子模块由均衡分流放电电路和均衡驱动电路组成。

所述均衡分流放电电路包括顺序连接的场效应管U1、功率电阻R1和二极管D1；功率R1一端与单体电池的负极连接，另一端与场效应管U1的S极连接，场效应管U1的D极与二极管D1的负端连接，G极与相应的均衡驱动电路连接，二极管D1与单体电池的正端连接，还与相邻的均衡子模块中均衡分流放电电路的功率电阻极连接。

所述均衡驱动电路包括顺序连接的电阻R2、光耦TLP1、电阻R3；电阻R3一端接5V电源，另一端接光耦TLP1控制端正极，光耦TLP1控制端负极接微处理器，光耦TLP1通道正端接与R2一端和D1正端连接，通道负端与R2另一端和场效应管U1的G极连接。

所述限流控制模块由顺序连接的控制输出电压和电流的频率开关K0，续流二极管D0，L0和C0组成的振荡电路，电压电流检测电阻R0以及电压反馈模块V1和电流反馈模块I1组成；

所述限流控制模块输入为发电机的输出电源，输出为恒压限流后的电源。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明为无人直升机用启动电源系统，具有体积小，性能稳定，检测精度高，成本低，可靠性强等特点。

2.本发明具有恒压限流功能，能减少发电机大电流脉冲尖峰对电池组的损伤，延长电池组的使用寿命，也提供了启动电源的安全性。

3.本发明提供一种智能化的充电管理，能够实现电池组的自动充电与容量均衡。

附图说明

图1为一种无人直升机用启动电源系统框架图；

图2为限流模块原理示意图；

图3为供电输出模块原理示意图；

图4为均衡管理模块原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示为一种无人直升机用启动电源系统框架图，一种无人直升机用启动电源系统，启动电源系统包括锂电池组和控制系统；

锂电池组为启动电源系统的能量来源，对外提供稳定的直流电源；

控制系统用于监测启动电源系统的数据信息、状态信息和故障信息，管理锂电池组的均衡充电和供电输出，保障启动电源的安全稳定运行。

所述的锂电池组由多个电芯模块串联组成，每个电芯模块由多个锂离子单体电池并联组成。

所述的控制系统包括微控制器模块、通讯模块、存储模块、限流控制模块、供电输出模块、均衡管理模块、采集模块和安全保护模块；微控制器模块：根据采集模块的电源数据信息，控制限流控制模块、供电输出模块、均衡管理模块以及安全保护模块，并将电源数据信息和状态信息通过通讯模块发送给外部设备控制器，并存储到存储模块。限流控制模块：用于锂电池组充电过程中恒压限流，能将充电电压限制在恒定值，充电电流限制在10A以下，以防止大电流冲击造成电池组的损伤。供电输出模块：用于启动电源输出控制，在输出电压较低，或者出现严重安全故障时，自动切断与外部使用设备的连接。均衡管理模块：用于锂电池组充电过程中减少单体电池容量之间的差异。通讯模块采用RS422通讯，实现与外部设备的信息交互。存储模块为非挥发性记忆模块，用于存储电池组电压、电流、温度和电源系统的故障信息。采集模块用于采集单体电池电压，电池组温度和电流，为其他模块提供基础数据支撑。

安全保护模块用于启动电源系统运行过程中的安全保护，防止启动电源过压、超温、短路等故障的发生。启动电源系统分为三级保护，第一级保护为显示报警信息，当启动电源系统的数据信息超过其设定的一级保护阈值时，以指示灯形式显示，并通过通讯模块发送给外部设备控制器；第二级保护为显示报警信息并通过供电输出模块K1切断工作电路，当启动电源系统的数据信息超过其设定的二级保护阈值时进行保护；第三级保护为熔断器FUSE保护即锂电池组内部的熔断器保护，当电池组总电流超过FUSE的承载电流时，熔断器会熔断来保护整个启动电源系统。

如图2所示，本发明所提出的限流控制模块输入为发电机的输出电源，输出为恒压限流后对电池组充电的电源，电流限值可根据电池组充电需要调节。限流模块由顺序连接的控制输出电压和电流的频率开关K0，续流二极管D0，L0和C0组成的振荡电路，电压电流检测电阻R0以及电压反馈模块V1和电流反馈模块I1组成。限流控制模块能够将发电机的输出电源的电压限制为恒压输出，电流限制在10A以下，且能够通过电压反馈和电流反馈模块实时监测限流控制模块的输出电压和电流，若启动电源输出电压和电流任意一项超出限值，则立刻切断开关K0，进而保证限流模块的输出为恒压限流模式。

如图3所示，本发明所提出的供电输出模块包括顺序连接的二极管D1和继电器K1；二极管D1正极与锂电池组正极和限流模块输出正极连接，负极与限流模块输入正极和继电器K1一端连接；继电器K1另一端与电源输出正连接，控制端与微处理器模块连接；限流控制模块的控制端与微处理器模块连接。锂电池组通过二极管D1和继电器K1对外输出，通过限流控制模块对自身进行充电，即实现了锂电池组的正常供电，又实现了恒压限流充电的功能，从而确保了启动电源系统的充放电安全。

如图4所示，本发明所提出的均衡管理模块包括多个均衡子模块，每个均衡子模块由均衡分流放电电路和均衡驱动电路组成；均衡分流放电电路包括顺序连接的场效应管U1、功率电阻R1和二极管D1；功率R1一端与单体电池的负极连接，另一端与场效应管U1的S极连接，场效应管U1的D极与二极管D1的负端连接，G极与相应的均衡驱动电路连接，二极管D1与单体电池的正端连接，还与相邻的均衡子模块中均衡分流放电电路的功率电阻极连接；均衡驱动电路包括顺序连接的电阻R2、光耦TLP1、电阻R3；电阻R3一端接5V电源，另一端接光耦TLP1控制端正极，光耦TLP1控制端负极接微处理器，光耦TLP1通道正端接与R2一端和D1正端连接，通道负端与R2另一端和场效应管U1的G极连接。当对电池组充电时，若出现电芯模块间电压差超过150mV时，微控制器控制电压最高的电芯模块对应的均衡驱动电路，使得对应的均衡分流放电电流导通，对电压高的电芯模块均衡，直至所有电芯模块电压差值小于30mV，关闭所有均衡子模块。

本发明采用磷酸铁锂电池作为无人直升机启动电源的能量来源，并设计了一套相应的控制系统，构成了一套完整的无人直升机用启动电源系统。

Claims (6)

1.一种无人直升机用启动电源系统，其特征在于：采集模块一端连接锂电池组，采集锂电池组的电压、电流和温度信号，另一端连接微控制器模块，将采集到的信号发送到微控制器模块进行数据转换；

均衡管理模块一端连接微控制器模块，接收微控制器模块的均衡控制信号，另一端连接锂电池组，对锂电池组进行均衡控制；

供电输出模块一端连接微控制器模块，接收微控制器模块的控制信号，另一端连接锂电池组，用于对锂电池组进行输出控制，在输出电压较低或者出现严重安全故障时，自动切断与外部使用设备的连接；

限流控制模块一端连接微控制器模块，接收微控制器模块发送的限流控制信号，另一端连接锂电池组，对锂电池组的充电过程进行控制；

安全保护模块一端连接微控制器模块，接收微控制器模块发出的保护信号，另一端连接锂电池组，对锂电池组进行安全保护；

通讯模块连接微控制器模块，实现与微控制器模块之间的双向通信；

存储模块连接微控制器模块，对微控制器模块的信息进行存储和读取。

2.根据权利要求1所述的无人直升机用启动电源系统，其特征在于：所述供电输出模块包括顺序连接的二极管D1和继电器K1；二极管D1正极与锂电池组正极和限流模块输出正极连接，负极与限流模块输入正极和继电器K1一端连接；继电器K1另一端与电源输出正连接，控制端与微处理器模块连接；限流控制模块的控制端与微处理器模块连接。

3.根据权利要求1所述的无人直升机用启动电源系统，其特征在于：所述均衡管理模块包括多个均衡子模块，每个均衡子模块由均衡分流放电电路和均衡驱动电路组成。

4.根据权利要求3所述的无人直升机用启动电源系统，其特征在于：所述均衡分流放电电路包括顺序连接的场效应管U1、功率电阻R1和二极管D1；功率R1一端与单体电池的负极连接，另一端与场效应管U1的S极连接，场效应管U1的D极与二极管D1的负端连接，G极与相应的均衡驱动电路连接，二极管D1与单体电池的正端连接，还与相邻的均衡子模块中均衡分流放电电路的功率电阻极连接。

5.根据权利要求3所述的无人直升机用启动电源系统，其特征在于：所述均衡驱动电路包括顺序连接的电阻R2、光耦TLP1、电阻R3；电阻R3一端接5V电源，另一端接光耦TLP1控制端正极，光耦TLP1控制端负极接微处理器，光耦TLP1通道正端接与R2一端和D1正端连接，通道负端与R2另一端和场效应管U1的G极连接。

6.根据权利要求1所述的无人直升机用启动电源系统，其特征在于：所述限流控制模块由顺序连接的控制输出电压和电流的频率开关K0，续流二极管D0，L0和C0组成的振荡电路，电压电流检测电阻R0以及电压反馈模块V1和电流反馈模块I1组成；

所述限流控制模块输入为发电机的输出电源，输出为恒压限流后的电源。