CN105836128A - 一种无人机动力电池快速预热系统及工作方法 - Google Patents

一种无人机动力电池快速预热系统及工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无人机动力电池快速预热系统及工作方法，包括保护电路，所述保护电路留有连接待预热电池的接口，脉冲发生电路与控制其开启关闭的所述保护电路和电流检测电路连接；所述脉冲发生电路的输出端依次串联驱动模块和功率模块，所述功率模块还与待预热电池连接；所述电流检测电路用于检测所述功率模块的电流；所述脉冲发生电路和驱动模块由电源模块供电，电源模块与待预热电池连接。利用精度较高的电流检测代替误差较大的电池温度检测，预热效过的判断准确、可靠。

Description

一种无人机动力电池快速预热系统及工作方法
技术领域
本发明涉及无人驾驶飞行器技术领域，尤其涉及一种无人机动力电池快速预热系统及工作方法。
背景技术
电动无人机工作可靠，应用灵活，目前已广泛应用于航拍、探测等领域，为提高飞行时间，普遍使用能量密度较高的锂离子电池作为动力。而锂离子电池的性能在低温，特别是0℃以下会有明显下降，严重影响无人机在低温天气下的应用。
电动无人机对电池的倍率放电性能有较高要求，而低温时的锂离子电池内部化学物质活性较差，电池内阻较大，可用放电容量明显下降。低温电池若用于飞行，可能会出现动力不足、电压异常下降、系统异常保护等情况，甚至可能会突然坠毁酿成事故。
目前低温环境下的野外飞行，多采用自制或商品化的电池预热器，利用一小部分电池自身能量，在飞行前将电池预热到20℃以上，以确保飞行安全。这种方法存在以下不足：
1.采用传统的小电流电加热方法，利用设在电池外部的发热装置加热电池，热传递速度较慢，效率较低。
2.发热装置设在电池外部，且需要达到较高温度才能有效加热电池，热量流失较大。
3.成品无人机电池一般均未内置测温装置，而利用电池外部的测温装置无法准确探测电池本身的温度。在环境温度较低时，即使电池外部加热到较高温度，电池内部温度可能仍然达不到飞行要求，这样的电池若用于飞行存在较高的安全隐患。
4.为确保电池内部达到所需温度，需额外等待较长时间以确保电池整体达到预热效果，不仅时间长，而且消耗较多电池电量，影响飞行时间。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种无人机动力电池快速预热系统及工作方法，它具有预热速度快，预热效率高，预热效果准确可靠等优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种无人机动力电池快速预热系统，包括保护电路，所述保护电路留有连接待预热电池的接口，脉冲发生电路与控制其开启关闭的所述保护电路和电流检测电路连接；
所述脉冲发生电路的输出端依次串联驱动模块和功率模块，所述功率模块还与待预热电池连接；
所述电流检测电路用于检测所述功率模块的电流；
所述脉冲发生电路和驱动模块由电源模块供电，电源模块与待预热电池连接。
所述电源模块通过二极管与待预热电池连接，所述二极管的负极接所述电源模块的输入端，同时所述电源模块的输入端还连接滤波电容C6。
所述保护电路包括第一运算放大器，第一运算放大器的负输入端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端预留为接待预热电池的接口，同时所述第一运算放大器的负输入端与地之间并联有电阻R2和电容C2；
所述第一运算放大器的正输入端同时连接电阻R3和电阻R4的一端，电阻R3的另一端连接参考电压，电阻R4的另一端连接第二二极管的正极，第二二极管的负极连接第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的输出端同时连接电阻R5和电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接指示灯第一发光二极管后接地，电阻R5的另一端连接第三二极管的正极，第三二极管的负极连接脉冲发生电路的输入端。
所述脉冲发生电路的输入端还连接下拉电阻R11。
所述电流检测电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的负输入端同时连接电容C53、电阻R56和电阻R55的一端，电容C53和电阻R56的另一端同时接地，电阻R55的另一端接参考电压；
所述第二运算放大器的正输入端和地之间依次串联有电阻R52、电阻R51和电阻R70，电阻R51和电阻R70的连接端还接所述功率模块，电阻R52和电阻R51的连接端与地之间连接电容C51；
所述第二运算放大器的正输入端和输出端之间并联有两条支路，一条支路上连接电容C52，另一条支路上串联电阻R54和第四二极管，第四二极管的负极与第二运算放大器的输出端连接；
第二运算放大器的输出端与地之间串联有电阻R57和指示灯第二发光二极管；第二运算放大器的输出端和所述脉冲发生电路的输入端之间串联有电阻R53和第五二极管，第五二极管的负极与脉冲发生电路的输入端连接。
所述功率模块还与缓冲电路连接，所述缓冲电路由电阻R21、二极管D21和电容C21组成，电阻R21和二极管D21并联后与电容C21串联，所述二极管D21的正极接所述功率模块，负极接所述电容C21。
采用所述一种无人机动力电池快速预热系统的工作方法，包括，
待预热电池接入后，保护电路对电池电压进行判断，若为充满电的电池，保护电路控制脉冲发生电路开启对待预热电池进行脉冲放电；
当脉冲放电的电流值达到电流检测电路的设定值后，电流检测电路控制脉冲发生电路关闭；
若电池性能达不到设定要求时，脉冲放电将使待预热电池电压下降，当待预热电池电压低于保护电路的设定值时，保护电路控制脉冲发生电路关闭脉冲放电。
保护电路的输出由高电平变为低电平时，启动脉冲发生电路对待预热电池进行脉冲放电，电流检测电路或保护电路的输出由低电平变为高电平时，关闭脉冲发生电路。
为保护待预热电池接口，经过设定延迟后保护电路再控制脉冲发生电路开启对待预热电池进行脉冲放电。
延迟时保护电路的指示灯短暂亮起，熄灭后开始脉冲放电过程；电流检测电路控制脉冲发生电路关闭的同时，电流检测电路中的指示灯亮起，提示电池已符合飞行要求；当待预热电池电压低于保护电路的设定值时，保护电路的指示灯亮，提示电池不符合飞行要求。
本发明的有益效果：
1.在电池温度较低时，电池内部化学物质活性也较低，电池内阻较大，通过脉冲电路以较低占空比对电池进行短时大电流放电，电池的放电电流大部分对电池内阻做功，使电池内部温度迅速上升，预热速度快。
2.脉冲电路工作在开关状态，自身发热很小。电池预热为自加热形式，无需通过来自外部的热传递，热量流失小，预热效率高。
3.在电池内部温度上升的一定值时，电池内部化学物质活性提高，电池内阻明显减小，脉冲放电电流也会明显增大，此时即可判断电池温度已符合飞行要求，及时结束预热过程，最大限度节省电池电量。
4.利用精度较高的电流检测代替误差较大的电池温度检测，预热效过的判断准确、可靠。
5.可及时发现性能不足的电池，减少因电池问题而引发的坠机事故。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1，一种无人机动力电池快速预热系统，包括保护电路，所述保护电路留有连接待预热电池的接口BAT+，脉冲发生电路与控制其开启关闭的所述保护电路和电流检测电路连接；
所述脉冲发生电路的输出端依次串联驱动模块和功率模块，所述功率模块还与待预热电池的BAT+端口连接；
所述电流检测电路用于检测所述功率模块的电流；
所述脉冲发生电路和驱动模块由电源模块供电，电源模块与待预热电池连接。所述脉冲发生电路的输入端还连接下拉电阻R11，通用的脉冲发生电路可能没有下拉电阻，所以这里添加了下拉电阻。
所述电源模块通过二极管D6与所述待预热电池连接，所述二极管D6的负极接所述电源模块的输入端，同时所述电源模块的输入端还连接滤波电容C6。通用的电源模块滤波电容可能容量不足，所以在其输入端增加滤波电容C6。
所述保护电路包括第一运算放大器U1A，第一运算放大器U1A的负输入端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端预留为接待预热电池的接口，同时所述第一运算放大器U1A的负输入端与地之间并联有电阻R2和电容C2；
所述第一运算放大器U1A的正输入端同时连接电阻R3和电阻R4的一端，电阻R3的另一端连接参考电压Vref，电阻R4的另一端连接第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极连接第一运算放大器U1A的输出端，第一运算放大器U1A的输出端同时连接电阻R5和电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接指示灯第一发光二极管D5后接地，电阻R5的另一端连接第三二极管D3的正极，第三二极管D3的负极连接脉冲发生电路的输入端。所述指示灯第一发光二极管D5为红色发光二极管。
所述电流检测电路包括第二运算放大器U1B，所述第二运算放大器U1B的负输入端同时连接电容C53、电阻R56和电阻R55的一端，电容C53和电阻R56的另一端同时接地，电阻R55的另一端接参考电压Vref；
所述第二运算放大器U1B的正输入端和地之间依次串联有电阻R52、电阻R51和电阻R70，电阻R51和电阻R70的连接端还接所述功率模块，电阻R52和电阻R51的连接端与地之间连接电容C51；
所述第二运算放大器U1B的正输入端和输出端之间并联有两条支路，一条支路上连接电容C52，另一条支路上串联电阻R54和第四二极管D52，第四二极管D52的负极与第二运算放大器U1B的输出端连接；
第二运算放大器U1B的输出端与地之间串联有电阻R57和指示灯第二发光二极管D53；第二运算放大器U1B的输出端和所述脉冲发生电路的输入端之间串联有电阻R53和第五二极管D51，第五二极管D51的负极与脉冲发生电路的输入端连接。所述指示灯第二发光二极管为绿色发光二极管。
所述功率模块还与缓冲电路连接，所述缓冲电路由电阻R21、二极管D21和电容C21组成，电阻R21和二极管D21并联后与电容C21串联，所述二极管D21的正极接所述功率模块，负极接所述电容C21。因为通用的功率模块一般不带缓冲电路，所以本实施例中给出了缓冲电路的具体电路。
采用所述一种无人机动力电池快速预热系统的工作方法，包括，
1)待预热无人机电池接入后，由保护电路对电池电压进行判断，若为充满电的电池，保护电路的输出由高电平变为低电平，启动后级电路(脉冲发生电路、驱动模块、功率模块)对电池进行脉冲放电；为保护电池接口，本电路设计为经过短暂延迟后再启动脉冲放电；延迟时红色指示灯短暂亮起，熄灭后即开始脉冲放电过程。
2)脉冲放电将使电池温度快速升高，经多个周期后，电池内部化学物质活性逐渐提高，电池内阻明显减小，脉冲放电的电流值将明显增大；当脉冲放电的电流值达到电流检测电路的设定值后，电流检测电路的输出由低电平变为高电平，关闭后级脉冲放电电路；同时，绿色指示灯亮，提示电池已符合飞行要求。
3)若电池超期使用或曾经不当使用，会出现容量下降、内阻增加等情况，脉冲放电的电流值将达不到电流检测电路的设定值，持续的脉冲放电将使电池电压逐渐下降；当电池电压低于保护电路的设定值时，保护电路的输出将由低电平变为高电平，关闭后级脉冲放电电路；同时，红色指示灯亮，提示电池不符合飞行要求。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种无人机动力电池快速预热系统，其特征是，包括保护电路，所述保护电路留有连接待预热电池的接口，脉冲发生电路与控制其开启关闭的所述保护电路和电流检测电路连接；
所述脉冲发生电路的输出端依次串联驱动模块和功率模块，所述功率模块还与待预热电池连接；
所述电流检测电路用于检测所述功率模块的电流；
所述脉冲发生电路和驱动模块由电源模块供电，电源模块与待预热电池连接。
2.如权利要求1所述一种无人机动力电池快速预热系统，其特征是，所述电源模块通过二极管与待预热电池连接，所述二极管的负极接所述电源模块的输入端，同时所述电源模块的输入端还连接滤波电容C6。
3.如权利要求1所述一种无人机动力电池快速预热系统，其特征是，所述保护电路包括第一运算放大器，第一运算放大器的负输入端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端预留为接待预热电池的接口，同时所述第一运算放大器的负输入端与地之间并联有电阻R2和电容C2；
所述第一运算放大器的正输入端同时连接电阻R3和电阻R4的一端，电阻R3的另一端连接参考电压，电阻R4的另一端连接第二二极管的正极，第二二极管的负极连接第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的输出端同时连接电阻R5和电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接指示灯第一发光二极管后接地，电阻R5的另一端连接第三二极管的正极，第三二极管的负极连接脉冲发生电路的输入端。
4.如权利要求1所述一种无人机动力电池快速预热系统，其特征是，所述脉冲发生电路的输入端还连接下拉电阻R11。
5.如权利要求1所述一种无人机动力电池快速预热系统，其特征是，所述电流检测电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的负输入端同时连接电容C53、电阻R56和电阻R55的一端，电容C53和电阻R56的另一端同时接地，电阻R55的另一端接参考电压；
所述第二运算放大器的正输入端和地之间依次串联有电阻R52、电阻R51和电阻R70，电阻R51和电阻R70的连接端还接所述功率模块，电阻R52和电阻R51的连接端与地之间连接电容C51；
所述第二运算放大器的正输入端和输出端之间并联有两条支路，一条支路上连接电容C52，另一条支路上串联电阻R54和第四二极管，第四二极管的负极与第二运算放大器的输出端连接；
第二运算放大器的输出端与地之间串联有电阻R57和指示灯第二发光二极管；第二运算放大器的输出端和所述脉冲发生电路的输入端之间串联有电阻R53和第五二极管，第五二极管的负极与脉冲发生电路的输入端连接。
6.如权利要求1所述一种无人机动力电池快速预热系统，其特征是，所述功率模块还与缓冲电路连接，所述缓冲电路由电阻R21、二极管D21和电容C21组成，电阻R21和二极管D21并联后与电容C21串联，所述二极管D21的正极接所述功率模块，负极接所述电容C21。
7.采用权利要求1所述一种无人机动力电池快速预热系统的工作方法，其特征是，包括，
待预热电池接入后，保护电路对电池电压进行判断，若为充满电的电池，保护电路控制脉冲发生电路开启对待预热电池进行脉冲放电；
当脉冲放电的电流值达到电流检测电路的设定值后，电流检测电路控制脉冲发生电路关闭；
若电池性能达不到设定要求时，脉冲放电将使待预热电池电压下降，当待预热电池电压低于保护电路的设定值时，保护电路控制脉冲发生电路关闭脉冲放电。
8.如权利要求7所述的工作方法，其特征是，保护电路的输出由高电平变为低电平时，启动脉冲发生电路对待预热电池进行脉冲放电，电流检测电路或保护电路的输出由低电平变为高电平时，关闭脉冲发生电路。
9.如权利要求7所述的工作方法，其特征是，为保护待预热电池接口，经过设定延迟后保护电路再控制脉冲发生电路开启对待预热电池进行脉冲放电。
10.如权利要求9所述的工作方法，其特征是，延迟时保护电路的指示灯短暂亮起，熄灭后开始脉冲放电过程；电流检测电路控制脉冲发生电路关闭的同时，电流检测电路中的指示灯亮起，提示电池已符合飞行要求；当待预热电池电压低于保护电路的设定值时，保护电路的指示灯亮，提示电池不符合飞行要求。
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