CN106329014A - 一种无人机电池组管理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本公开是关于一种无人机电池组管理方法及装置。包括：CPU通过AD接口与所述电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块连接，进行对电压、电流、温度的采集；通过与IO输入输出模块的接口，进行输入和输出控制；实时对输出电流进行积分运算，得到电池已经使用的电量以及与总电量的差值，计算所述电池剩余电量，定时通过电池总电压进行比例修正；通过电池剩余电量与无人机使用电流的平均值进行除法运算，得到无人机剩余飞行时间，通过串口将采集到的数据定时输出。本公开可以实时观测到下传的电压、电流、温度、剩余电量、剩余飞行时间等数据，同时也可以实现参数设置和查询。

Description

一种无人机电池组管理方法及装置
技术领域
本公开涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机电池组管理方法及装置。
背景技术
随着科技的发展，无人机技术得到了极大的发展，无人机技术也开始应用于各个领域。同时，无人机技术也在快速的向前发展，各种新的技术出现并逐步应用到无人机上。
电池作为无人机的动力系统，单片电池标称电压为3.7V，电压和容量均较小，无法满足电机电调的需求，一般均采用多片串并联组成电池组来工作，提供高电压和大容量。市面封装好的电池组较多均采用3-6节单片电池串并联构成，对于需要高电压和超大容量的电池，可以通过电池组的串并联方便的实现。
现在无人机上使用的电池组，多采用导线或镍板直接将多个电池片直接连接的方法，不对电池做任何保护操作，充电时使用专用的充电器来完成，在使用中对电池组的参数也没有有效的管理和检测手段，对电池的剩余容量、工作时的放电电流大小、电池温度、单片电池的电压、可使用时间均没有一个清晰的指示，经常会引起由于电池剩余容量不足导致的无人机操作失控现象。
现有技术存在一些智能电池模块，但是都只能作为单体电池使用，不支持多电池组的串并联统一管理，而且一般只应用于小型无人机系统，不支持大电流的检测，功能也比较单一，使用范围有限。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本公开实施例提供一种无人机电池组管理方法及装置。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种无人机电池组管理方法，包括：
电压转换模块将电池输入电压转换为板卡所需要的5V和3.3V电压；
电压检测模块采用均衡插头与电池连接，对单体电压值和总电压值进行测量；
将电池的电源输出接入电流检测模块，将采集到的电流值转换为电压值，送入CPU接口进行AD采集；
温度检测模块进行温度的采集；
所述CPU通过AD接口与所述电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块连接，进行对电压、电流、温度的采集；通过与IO输入输出模块的接口，进行输入和输出控制；实时对输出电流进行积分运算，得到电池已经使用的电量以及与总电量的差值，计算所述电池剩余电量，定时通过电池总电压进行比例修正；通过电池剩余电量与无人机使用电流的平均值进行除法运算，得到无人机剩余飞行时间，通过串口将采集到的数据定时输出。
所述方法还包括：
通过CAN接口实现多个电池组的连接与管理，采用任意一个电池组的串口，实现将所有所述电池组的数据实时输出。
所述方法还包括：
所述温度检测模块采用桥式平衡法与运放电路，通过外置铂电阻丝传感器，实现对温度的采集；通过多路模拟开关，实现最多8路温度数据采集。
所述方法还包括：
采用4个LED灯，指示所述电池组的剩余电量。
根据本公开实施例的另一方面，提供一种无人机电池组管理装置，包括：
电压转换模块、电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块、IO输入与输出模块、CPU控制模块、通讯模块、电量显示模块及接口电路；
所述电压转换模块，用于将电池输入电压转换为板卡所需要的5V和3.3V电压；
所述电压检测模块，采用均衡插头与电池连接，用于对单体电压值和总电压值得测量；
所述电流检测模块，用于将采集到的电流值转换为电压值，送入CPU控制模块进行AD采集；
所述温度检测模块通过外接铂电阻传感器，用于温度的采集；
所述通讯模块用于板卡和外设的连接；
所述CPU控制模块通过接口电路实现对电压、电流、温度的采集，通过IO输入与输出模块实现输入和输出控制，对电池剩余电量和无人机剩余飞行时间的计算，通过电量显示模块将采集到的数据定时输出。
所述装置还包括：
CAN接口模块，用于实现多个所述无人机电池组管理装置之间的连接，通过任意一个所述无人机电池组管理装置实现对所有所述无人机电池组管理装置的数据实时输出。
所述电压转换模块采用TDCDC电源芯片，实现5V电压转换；采用LDO电源芯片，实现3.3V电压转换。
所述CPU控制模块采用ARM芯片，通过AD转换功能，实现对模拟数据的采集；通过IO输入与输出模块，支持4路TTL输入和4路TTL输出；通过FLASH存储器，实现数据和参数的存储；通过接口转换芯片，实现RS232/RS485串口通信和CAN通信。
所述电量显示模块采用4个LED灯，指示所述电池组的剩余电量。
所述温度检测模块采用桥式平衡法与运放电路，通过外置铂电阻丝传感器，实现对温度的采集；通过多路模拟开关，实现8路温度采集。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本公开通过软件配置，可以支持3-6片单体电池组成的电池组智能管理。支持大电流采集，支持高达±150安培电流的采集。支持多路IO操作。内置逻辑算法，支持平衡充放电操作，通过RS232串口可以实时输出剩余电量和剩余飞行时间。通过CAN通信支持多装置级联。体积小，重量轻，电路清晰，功能多样，测量精度高，可靠性强，功耗低，特别适用于无人机上使用。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种无人机电池组管理方法原理流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种无人机电池组管理装置结构示意图。
图3是根据一示例性实施例示出的另一种无人机电池组管理装置结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是根据一示例性实施例示出的一种无人机电池组管理方法原理流程图，包括：
步骤11，电压转换模块将电池输入电压转换为板卡所需要的5V和3.3V电压；
步骤12，电压检测模块采用均衡插头与电池连接，对单体电压值和总电压值进行测量；
步骤13，将电池的电源输出接入电流检测模块，将采集到的电流值转换为电压值，送入CPU接口进行AD采集；
步骤14，温度检测模块进行温度的采集；
步骤15，CPU通过AD接口与所述电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块连接，进行对电压、电流、温度的采集；通过与IO输入输出模块的接口，进行输入和输出控制；实时对输出电流进行积分运算，得到电池已经使用的电量以及与总电量的差值，计算所述电池剩余电量，定时通过电池总电压进行比例修正；通过电池剩余电量与无人机使用电流的平均值进行除法运算，得到无人机剩余飞行时间，通过串口将采集到的数据定时输出。
通过CAN接口实现多个电池组的连接与管理，采用任意一个电池组的串口，实现将所有所述电池组的数据实时输出。
所述温度检测模块采用桥式平衡法与运放电路，通过外置铂电阻丝传感器，实现对温度的采集；通过多路模拟开关，实现最多8路温度数据采集。
采用4个LED灯，指示所述电池组的剩余电量。
具体来说，本实施例中，提供了一种利用无人机上使用的电池组监测和管理装置来进行电池组管理的方案，支持3-6片串联电池组。支持电池组单体电压测量和总电压测量，支持最大±150安培电流测量，支持-100℃到+200℃温度测量，支持最多4路可编程TTL信号输入和4路TTL信号输出，通过内置软件算法，支持均衡充放电操作，可以实时计算出电池剩余电量和无人机剩余飞行时间。该装置可以单体使用，也可通过CAN接口实现多个装置的连接。采用串口实现数据通信，通过配套的管理软件，可以实时观测到下传的电压、电流、温度、剩余电量、剩余飞行时间等数据，同时也可以实现对该装置的参数设置和查询。
图2是根据一示例性实施例示出的一种无人机电池组管理装置结构示意图，包括：
电压转换模块21、电压检测模块22、电流检测模块23、温度检测模块24、IO输入与输出模块25、CPU控制模块26、通讯模块27、电量显示模块28及接口电路29。其中电压转换模块21实现将电池输入电压转换为板卡所需要的5V和3.3V电压；电压检测模块22采用均衡插头与电池连接，实现对单体电压值和总电压值得测量；将电池的电源输出线接入电流检测模块23，可以实现将采集到的电流值转换为电压值，送入CPU接口进行AD采集；温度检测模块24通过外接1～8路铂电阻传感器，可以实现温度的采集；通讯模块27用于板卡和外设的连接，可以支持CAN、RS232、RS485接口。
CPU控制模块26通过接口电路29与电压检测模块22、电流检测模块23、温度检测模块24进行连接，实现对电压、电流、温度的采集；CPU控制模块26通过与IO输入输出模块25的接口，实现输入和输出控制；CPU控制模块26内置逻辑算法，通过实时对输出电流的积分运算，可以得到电池已经使用的电量，与总电量的差值，可以计算出剩余电量，并且定时通过电池总电压进行比例修正；通过电池剩余电量与前5秒钟使用电流的平均值进行除法运算，可以得到无人机剩余飞行时间，通过电量显示模块28串口将采集到的数据定时输出。
具体的，该装置还包括CAN接口模块30，可以通过CAN接口模块30实现多个无人机电池组管理装置的连接与管理，此时通过管理软件配置，采用任意一个无人机电池组管理装置的串口，可以实现将所有无人机电池组管理装置的数据实时输出。
在一个实施例中，电压转换模块21采用TI公司的DCDC电源芯片，实现高效率的5V电压转换；通过LDO稳压芯片，实现3.3V电压转换，后置滤波电路，保证了电源输出的稳定可靠。
在一个实施例中，采用TI公司的专用电池管理芯片，通过CPU程序控制，实现对3-6片单体电池组成的电池组进行均衡充放电操作和单体电压、总电压的测量。
在一个实施例中，电流检测模块23采用霍尔传感器，将电流信号转换为电压信号，接入到CPU的AD管脚，通过CPU程序实现对±150安培电流的采集。
在一个实施例中，温度检测模块24采用桥式平衡法与运放电路，通过外置铂电阻丝传感器，实现对温度的采集；通过多路模拟开关，实现最多8路温度采集。
在一个实施例中，CPU控制模块26采用ST公司的ARM芯片，通过AD转换功能，实现对模拟数据的采集；通过IO接口，支持4路TTL输入和4路TTL输出；板载FLASH存储器，实现数据和参数的存储；板载接口转换芯片，实现RS232/RS485串口通信和CAN通信。
在一个实施例中，电量显示模块28采用4个LED灯，指示电池组的剩余电量。
在一个实施例中，CPU控制模块26通过内置软件程序和配套管理软件，可以实现参数设置、查询和实时数据接收。
图3是根据一示例性实施例示出的另一种无人机电池组管理装置结构示意图，其中，所有模块均与CPU连接，CPU可以采用STM32F103芯片。电压转换、电流检测、IO控制、多路模拟开关、运算放大器(运放)、BQ76925专用电池管理芯片、电压检测、通信接口和电量显示等均与CPU不同管脚连接并分别进行相应的检测、控制功能。
该装置支持电池组单体电压测量和总电压测量，支持最大±150安培电流测量，支持-100℃到+200℃温度测量，支持最多4路可编程TTL信号输入和4路TTL信号输出，通过内置软件算法，支持均衡充放电操作，可以实时计算出电池剩余电量和无人机剩余飞行时间。该装置可以单体使用，也可通过CAN接口实现多个装置的连接。该装置采用串口实现数据通信，通过配套的管理软件，可以实时观测到下传的电压、电流、温度、剩余电量、剩余飞行时间等数据，同时也可以实现对该装置的参数设置和查询。
综上所述，本公开的各个实施例中，通过软件配置，可以支持3-6片单体电池组成的电池组智能管理。支持大电流采集，支持高达±150安培电流的采集。支持多路IO操作。内置逻辑算法，支持平衡充放电操作，通过RS232串口可以实时输出剩余电量和剩余飞行时间。通过CAN通信支持多装置级联。体积小，重量轻，电路清晰，功能多样，测量精度高，可靠性强，功耗低，特别适用于无人机上使用。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种无人机电池组管理方法，其特征在于，包括：
电压转换模块将电池输入电压转换为板卡所需要的5V和3.3V电压；
电压检测模块采用均衡插头与电池连接，对单体电压值和总电压值进行测量；
将电池的电源输出接入电流检测模块，将采集到的电流值转换为电压值，送入CPU接口进行AD采集；
温度检测模块进行温度的采集；
所述CPU通过AD接口与所述电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块连接，进行对电压、电流、温度的采集；通过与IO输入输出模块的接口，进行输入和输出控制；实时对输出电流进行积分运算，得到电池已经使用的电量以及与总电量的差值，计算所述电池剩余电量，定时通过电池总电压进行比例修正；通过电池剩余电量与无人机使用电流的平均值进行除法运算，得到无人机剩余飞行时间，通过串口将采集到的数据定时输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过CAN接口实现多个电池组的连接与管理，采用任意一个电池组的串口，实现将所有所述电池组的数据实时输出。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述温度检测模块采用桥式平衡法与运放电路，通过外置铂电阻丝传感器，实现对温度的采集；通过多路模拟开关，实现最多8路温度数据采集。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
采用4个LED灯，指示所述电池组的剩余电量。
5.一种无人机电池组管理装置，其特征在于，包括：
电压转换模块、电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块、IO输入与输出模块、CPU控制模块、通讯模块、电量显示模块及接口电路；
所述电压转换模块，用于将电池输入电压转换为板卡所需要的5V和3.3V电压；
所述电压检测模块，采用均衡插头与电池连接，用于对单体电压值和总电压值得测量；
所述电流检测模块，用于将采集到的电流值转换为电压值，送入CPU控制模块进行AD采集；
所述温度检测模块通过外接铂电阻传感器，用于温度的采集；
所述通讯模块用于板卡和外设的连接；
所述CPU控制模块通过接口电路实现对电压、电流、温度的采集，通过IO输入与输出模块实现输入和输出控制，对电池剩余电量和无人机剩余飞行时间的计算，通过电量显示模块将采集到的数据定时输出。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
CAN接口模块，用于实现多个所述无人机电池组管理装置之间的连接，通过任意一个所述无人机电池组管理装置实现对所有所述无人机电池组管理装置的数据实时输出。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电压转换模块采用TDCDC电源芯片，实现5V电压转换；采用LDO电源芯片，实现3.3V电压转换。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述CPU控制模块采用ARM芯片，通过AD转换功能，实现对模拟数据的采集；通过IO输入与输出模块，支持4路TTL输入和4路TTL输出；通过FLASH存储器，实现数据和参数的存储；通过接口转换芯片，实现RS232/RS485串口通信和CAN通信。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电量显示模块采用4个LED灯，指示所述电池组的剩余电量。
10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述温度检测模块采用桥式平衡法与运放电路，通过外置铂电阻丝传感器，实现对温度的采集；通过多路模拟开关，实现8路温度采集。
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