CN106532152A - 一种无人机电池组整流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无人机及自动化控制、电池管理领域，具体涉及一种无人机电池组整流装置。所述无人机电池组整流装置由若干方形电池组成的电池组、片状的整流材料、绝缘层以及BMS系统组成；所述BMS系统包括芯片；所述方形电池以串联、或是串联和并联结合的方式组成电池组，每两个串联的方形电池之间的间隙为1～2毫米，在此间隙放入片状的整流材料，电池组底部由绝缘层包裹，芯片设在电池组顶部。该无人机电池组整流装置能在无人机电池组大功率放电时作瞬态热整流使用，快速吸收无人机电池组的热量、把温度控制在60℃以下，保证电池的放电量，提升电池组及无人机的安全性，从而提升无人机飞控系统的稳定性。

Description

一种无人机电池组整流装置
技术领域
本发明涉及无人机及自动化控制、电池管理领域，具体涉及一种无人机电池组整流装置。
背景技术
随着飞控技术及装备技术的进步，无人机越来越普及。基于无人机的特殊功能，从军事战争发展到日常民用，从科学勘探发展到摄影摄像，从灾害救援发展到环境监测无人机都有着无可替代的作用。目前中国涌现了一大批民用无人机企业如大疆创新、飞宇、亿航、昊翔等，无人机在人民生活中占据越来越重要的地位。无人机在飞行过程中，电池组属于大功率放电，一般的商用无人机一次飞行时间为20分钟，其电池组属于3C放电状态，电池组在工作过程中发热量很大，飞行一次温度高达70～80℃，过高的温度会直接影响电池组的放电量，从而降低无人机的飞控稳定性，同时过高的温度会引起电池组热失控，着火、爆炸的几率增加，并且还会增大BMS系统的管理难度。因此，在无人机系统中，其电池组热流控制至关重要。
热整流材料是一种高导热、阻燃型相变吸热材料，利用材料在固液、液气等相变过程中大量吸收热量，在该材料吸热过程中，由于发生相变，其温度保持在恒定范围。因此，热整流材料适用于无人机电池组的控温系统，基于此，本发明开发了无人机电池组热整流装置。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种无人机电池组整流装置。该无人机电池组整流装置能在无人机电池组大功率放电时作瞬态热整流使用，快速吸收无人机电池组的热量、把温度控制在60℃以下，保证电池的放电量，提升电池组及无人机的安全性，从而提升无人机飞控系统的稳定性。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种无人机电池组整流装置，由若干方形电池组成的电池组、片状的整流材料、绝缘层以及BMS系统组成；所述BMS系统包括芯片；所述方形电池以串联、或是串联和并联结合的方式组成电池组，每两个串联的方形电池之间的间隙为1～2毫米，在此间隙放入片状的整流材料，电池组底部由绝缘层包裹，芯片设在电池组顶部。
优选的，所述芯片包括PCB线路板和连接线，主要用于BMS系统控制电池组的放电量；
所述方形电池电压为1.5V、3V、4.5V或5V不等，可按照电池组实际所需电压选择若干相同或不同电压的方形电池进行串联、或是串联和并联结合，方形电池外层有一块铝塑膜包裹。
优选的，所述整流材料由以下质量百分比的原料组成：改性膨胀石墨5～7.9％、蠕虫粉2.3～7.4％、聚乙烯5～9.1％、聚丙烯5.6～11.3％、改性相变吸热材料61.7～73％。
更优选的，所述整流材料由以下步骤制备得到：将改性膨胀石墨、蠕虫粉、聚乙烯、聚丙烯和改性相变吸热材料充分混合后经120～160℃、10～30Mpa模压得到所述整流材料。
更优选的，所述改性相变吸热材料为改性石蜡或/和改性脂肪酸。
更优选的，所述改性石蜡或改性脂肪酸通过以下步骤制备得到：将石蜡或脂肪酸溶于氯仿中，在30℃以及机械搅拌下，滴加硅烷偶联剂接枝表面，修饰有机基团，得到所述改性石蜡或改性脂肪酸。
所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH570；所述机械搅拌转速为300转/分钟，搅拌功率为500W。
所述石蜡为40、44、48、50、58和62号石蜡中的一种或两种以上的组合；
所述脂肪酸为月桂酸、软脂酸和硬脂酸中的一种或两种以上组合。
更优选的，所述改性膨胀石墨通过以下步骤制得：将30～80目天然鳞片石墨经600～1000℃的高温膨化，并通过160～200℃水热去除其表面杂质，得到膨化石墨；再将50～150质量份膨化石墨分散在300～500质量份水中，加入柠檬酸水溶液调节pH＝4～4.8，再滴入4～8体积份硅烷偶联剂KH570，化学改性接枝上甲基环四硅氧烷基团，得到改性膨胀石墨。上述化学改性，增大了石墨层间表面张力及毛细力。
更优选的，所述蠕虫粉通过以下步骤制得：将聚亚酰胺经2000℃以上烧结得到人工石墨，再将人工石墨在20～50℃条件下，于质量比2～3:0.7～1的浓硫酸和浓硝酸中浸渍得到插层石墨，把插层石墨置于微波发生器中微波加工得到蠕虫粉。该蠕虫粉导热系数高、延展性好、有很强的韧性。
所述浓硫酸的质量浓度为98％，浓硝酸的质量浓度为65％；所述微波加工功率为1000W。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
本发明的无人机电池组热整流装置，可以把无人机电池组的温度控制在60℃以内，保障无人机飞控系统的稳定性。本发明中方法简单，经济，在无人机电池组中具有应用价值。
附图说明
图1为本发明一种无人机电池组整流装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。除非特别说明，本发明采用的材料、设备和方法为本技术领域常规市购的材料、设备和常规使用的方法。无人机电池组测试依据无人机电池标准(DB44)。
一种无人机电池组整流装置，如图1所示，由若干方形电池1组成的电池组、片状的整流材料2、绝缘层3以及BMS系统组成；所述BMS系统包括芯片4；所述方形电池1以串联、或是串联和并联结合的方式组成电池组，每两个串联的方形电池1之间的间隙为1～2毫米，在此间隙放入片状的整流材料2，电池组底部由绝缘层3包裹，芯片4设在电池组顶部。
所述方形电池1的电压为1.5V、3V、4.5V、5V不等，可按照电池组实际所需电压进行组合，电池组由串联、或是串联和并联结合的方式连接而成，在小型无人机组采用4个电池串联的模式，在中型无人机中采用6串2并的模式，在大型无人机中，采用12串4并的模式，每两个串联的方形电池1之间的间隙为1.0～2mm不等。方形电池1的外层有一块铝塑膜包裹。
所述整流材料2，其长宽与单个方形电池大小一致，其厚度为1～2mm，整流材料2与方形电池1贴合紧密，保持较小的界面热阻；整流材料由石蜡或脂肪酸等混合物改性后与其他物质交联反应后得到，采用的石蜡为40、44、48、50、58、62号石蜡中的一种或两种以上的组合，脂肪酸为月桂酸、软脂酸、硬脂酸中的一种或两种以上组合。
所述绝缘层3为绝缘垫片或者绝缘胶布，其作用是防止电池在放电量过大的时候击穿铝塑膜，引起电池组短路。
所述芯片4，主要为PCB线路板及连接线，主要用于BMS系统控制电池组的放电量。
实施例1
(1)制备整流材料
整流材料按质量分数组成如下：改性膨胀石墨6.3g、蠕虫粉5.7g、聚乙烯8.5g、聚丙烯10.5g、改性相变吸热材料(改性石蜡)69g。
制备改性石蜡：把44号石蜡溶于氯仿中，在30℃、机械搅拌下(转速300转/分钟、搅拌功率500W)，滴加硅烷偶联剂KH570接枝表面，修饰有机基团，得到改性石蜡。
制备改性膨胀石墨：把50目天然鳞片石墨经800℃高温膨化，200℃水热去除其表面杂质，得到膨化石墨；把100g膨化石墨分散在500ml去离子水中，滴入10ml的质量浓度为1％柠檬酸水溶液，调节pH＝4，再滴入5ml硅烷偶联剂KH570，化学改性接枝上甲基环四硅氧烷基团，增大石墨层间表面张力及毛细力，得到改性膨化石墨。
制备蠕虫粉：将聚亚酰胺经2000℃以上烧结得到人工石墨，再于30℃条件下，在质量比3:1的质量浓度98％的浓硫酸和质量浓度为65％的浓硝酸中浸渍后得到插层石墨，把插层石墨置于1000W的微波发生器中得到蠕虫粉。
制备整流材料：将改性膨胀石墨、蠕虫粉、聚乙烯、聚丙烯和改性相变吸热材料充分混合后，把粉体置于模压机中经140℃、30Mpa模压成型，得到片状整流材料。
(2)组装无人机电池组整流装置
由6块4.5V方形电池串联成一组，然后两组并联组成电池组；该电池组尺寸为长10cm，宽7cm，每两个串联的方形电池之间的间隙为1mm，因此在电池间隙插入长10cm、宽7cm，厚度为1mm的片状整流材料。电池组底部贴上长7cm、宽4cm、厚度为3mm的绝缘片，电池组顶部电焊焊接导线和PCB线路板，组成所述无人机电池组整流装置。测试该无人机电池组整流装置分别在0.5C、1C、2C、3C放电的时候的温度。同时按照上述方法，组装除了不加整流材料之外的对照电池组1，并测试其分别在0.5C、1C、2C、3C放电的时候的温度。测试结果如表1所示。
实施例2
参考实施例1，区别之处在于：由4块4.5V方形电池串联成一组即得到小电池组，每两个串联的方形电池之间的间隙为2mm，片状整流材料厚度为2mm。测试该无人机电池组整流装置分别在0.5C、1C、2C、3C放电的时候的温度。同时按照上述方法，组装除了不加整流材料之外的对照电池组2，并测试其分别在0.5C、1C、2C、3C放电的时候的温度。测试结果如表1所示。
实施例3
参考实施例1，区别之处在于：将6块4.5V方形电池串联得到电池，再将8组上述串联得到的电池并联得到电池组，每两个串联的方形电池之间的间隙为2mm，片状整流材料厚度为2mm。测试该无人机电池组整流装置分别在0.5C、1C、2C、3C放电的时候的温度。同时按照上述方法，组装除了不加整流材料之外的对照电池组3，并测试其分别在0.5C、1C、2C、3C放电的时候的温度。测试结果如表1所示。
实施例4
参考实施例1，区别之处在于：整流材料按质量分数组成如下：改性膨胀石墨7.9g、蠕虫粉7.4g、聚乙烯9.1g、聚丙烯11.3g、改性石蜡64.3g。
实施例5
参考实施例1，区别之处在于：整流材料按质量分数组成如下：改性膨胀石墨7g、蠕虫粉7g、聚乙烯6g、聚丙烯7g、改性石蜡73g。
表1电池组整流温控效果
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机电池组整流装置，其特征在于，由若干方形电池组成的电池组、片状的整流材料、绝缘层以及BMS系统组成；所述BMS系统包括芯片；所述方形电池以串联、或是串联和并联结合的方式组成电池组，每两个串联的方形电池之间的间隙为1～2毫米，在此间隙放入片状的整流材料，电池组底部由绝缘层包裹，芯片设在电池组顶部。
2.根据权利要求1所述的一种无人机电池组整流装置，其特征在于，所述芯片包括PCB线路板和连接线；
所述方形电池电压为1.5V、3V、4.5V或5V不等，方形电池外层有一块铝塑膜包裹。
3.根据权利要求1所述的一种无人机电池组整流装置，其特征在于，所述整流材料由以下质量百分比的原料组成：改性膨胀石墨5～7.9％、蠕虫粉2.3～7.4％、聚乙烯5～9.1％、聚丙烯5.6～11.3％、改性相变吸热材料61.7～73％。
4.根据权利要求3所述的一种无人机电池组整流装置，其特征在于，所述整流材料由以下步骤制备得到：将改性膨胀石墨、蠕虫粉、聚乙烯、聚丙烯和改性相变吸热材料充分混合后经120～160℃、10～30Mpa模压即得。
5.根据权利要求3所述的一种无人机电池组整流装置，其特征在于，所述改性相变吸热材料为改性石蜡或/和改性脂肪酸。
6.根据权利要求5所述的一种无人机电池组整流装置，其特征在于，所述改性石蜡或改性脂肪酸通过以下步骤制备得到：将石蜡或脂肪酸溶于氯仿中，在30℃以及机械搅拌下，滴加硅烷偶联剂接枝表面，修饰有机基团。
7.根据权利要求6所述的一种无人机电池组整流装置，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH570；所述机械搅拌转速为300转/分钟，搅拌功率为500W。
8.根据权利要求6所述的一种无人机电池组整流装置，其特征在于，所述石蜡为40、44、48、50、58和62号石蜡中的一种或两种以上的组合；所述脂肪酸为月桂酸、软脂酸和硬脂酸中的一种或两种以上组合。
9.根据权利要求3所述的一种无人机电池组整流装置，其特征在于，所述改性膨胀石墨通过以下步骤制得：将30～80目天然鳞片石墨经600～1000℃的高温膨化，并通过160～200℃水热去除其表面杂质，得到膨化石墨；再将50～150质量份膨化石墨分散在300～500质量份水中，加入柠檬酸水溶液调节pH＝4～4.8，再滴入4～8体积份硅烷偶联剂KH570，化学改性接枝上甲基环四硅氧烷基团，得到改性膨胀石墨。
10.根据权利要求3所述的一种无人机电池组整流装置，其特征在于，所述蠕虫粉通过以下步骤制得：将聚亚酰胺经2000℃以上烧结得到人工石墨，再将人工石墨在20～50℃条件下，于质量比2～3:0.7～1的浓硫酸和浓硝酸中浸渍得到插层石墨，把插层石墨置于微波发生器中微波加工得到蠕虫粉。
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