CN106712265A - 无人机智能应急电源子系统 - Google Patents

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白晶玉
赵保国
谢巧
蔡森丹
沈川杰
李克锋
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • H02J7/0022—

Abstract

本发明提供一种无人机智能应急电源子系统，包括：电芯堆；高度集成化管理单元用于管理所述电芯堆，管理电芯堆自身充电以及电芯堆作为电源向无人机供电。本发明采用功能一体化设计方式把高度集成化管理单元与电芯堆高度集成，以代替现有技术中的机载充电控制器和蓄电池组模式，大大减少了无人机电源子系统重量和尺寸。

Description

无人机智能应急电源子系统
技术领域
本发明涉及无人机电气系统技术领域，涉及一种无人机智能应急电源子系统。
背景技术
无人机上电源分为主电源(为无人机动力系统提供直流电源，适合于手抛式、微小型等纯电动无人机，太阳能无人机除外)、起动电源(具备空中和地面起动发动机的能力，适合于携带发动机的无人机)和应急电源(当机上主回路电源故障时，为关键设备供电，以维持返航)，其中应急电源在非应急情况下可被充电，从而保持在满容量状态。
从国内外的无人机的研究现状来看，已有的中型或大型无人机电源系统多采用太阳能+电源控制器+应急电源、发电机+电源控制器+应急电源、发电机+电源控制器+起动电源+应急电源等模式，其中电源控制器均为独立单机，具备机载安装条件。这类模式，单机数量较多且需给控制器预留安装位置，所占体积空间较大，重量较重。
中国专利(CN103332296A)公开了一种无人机电源，由第一电源模块、第二电源模块、第一电压传感器、第二电压传感器、控制供电及电压检测模块等组成，整个供电系统较为简单，可为小型民用无人机供电。该专利在中型或大型无人机上使用的局限性很大。专利(201410482436)公开了一种大型太阳能无人机储能电源，由电池箱体、电池组、太阳能电池充电电路与电池管理系统电路板、温度传感器、可恢复保险丝、环形密封圈、水密接头安装座组成，整个系统为太阳能无人机而设计，相对复杂，在非太阳能中型或大型无人机上使用需做诸多改进和完善。此外，专利(CN204089305U)描述了一种应用于无人机自动充电的电源系统，包括蓄电池和充电装置及控制器、整流逆变器和无线发送器，该种设计方式外部连接相对复杂，在重量、体积上均不占优势，而且缺乏实际使用时对整个系统监控。
为进一步提升无人机运载能力，采用上述方案，均存在尺寸大、重量重，不能适应重量轻、体积小、连接便捷的要求。因此需要研制重量轻、体积小且高度集成的无人机电源子系统，用于中型或大型无人机，以满足未来不断提高的小型化、轻型化、智能化装备需求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种体积小、重量轻、智能化强的无人机应急电源子系统。
为了解决上述问题，本发明提供一种无人机智能应急电源子系统，包括：电芯堆；高度集成化管理单元用于管理所述电芯堆，管理电芯堆自身充电以及电芯堆作为电源向无人机供电。
可选地，还包括外壳和电连接器；所述外壳包括前壁板、后壁板、左壁板、右壁板、底板、盖板，所述前壁板、后壁板、左壁板、右壁板、底板、盖板构成容纳电芯堆的腔体，所述电芯堆放置于腔体内，导热胶填充所述电芯堆与外壳之间。
可选地，所述电芯堆为多个单体电池编组固定形成，多个单体电池之间串联电连接且通过导热胶固定，所述无人机智能应急电源子系统还包括：绝缘板和保温板，所述绝缘板环绕所述电芯堆设置，所述保温板用于位于绝缘板与导热胶之间，所述电芯堆与空腔的底板之间具有减震垫，所述电芯堆固定于所述减震垫和底板上方。
可选地，所述电连接器包括充放电电连接器和信号采集电连接器，所述充放电电连接器用于接收外部电信号对电芯堆充电，所述充放电电连接器还用于将电芯堆的电信号输出外部以作为应急电源使用；
所述信号采集电连接器通过不同规格导线用于将无人机智能应急电源子系统中的信号与外部进行通讯，并接受来自外部的控制指令，传输至高度集成化管理单元。
可选地，还包括：霍尔传感器或分流器，设置在在充电线路或放电线路的外侧，所述霍尔传感器或分流器用于测试导线中电流大小，将电流信号输出集成化管理单元。
可选地，还包括：至少一个温度传感器，设置在电芯堆的两个单体电池跨接处，所述温度传感器用于检测电芯堆的温度，并且提供给所述集成化管理单元。
可选地，所述高度集成化管理单元主要包括：
功率模块，用于电芯堆的电信号进行转换，并经过充放电电连接器输出；
充电主回路模块，采用BUCK电路，用于将充放电电连接器提供的外部直流电源信号转换为电芯堆需要的信号，对电芯堆进行充电；
均衡模块，为被动均衡，所述均衡模块包括与每一单体电池并联的可变电阻以及电压检测单元，所述电压检测单元用于对每一单体电池的电压进行检测，并基于电压检测结果调整所述可变电阻的阻值，以使得每一单体电池的电压值相等；
CPU模块，用于系统参数的采集、存储、系统控制输出以及通讯功能；
AD模块，用于将来自温度传感器、霍尔传感器或分流器的信号进行AD转换，以及进行单体电池电压、电芯堆总电压以及充电电流、放电电流的采集，与CPU模块进行数据交互，基于CPU模块的指令将其中的数据输出；
通讯与接口，用于基于CPU模块的指令，将来自AD模块中的数据输出至信号采集电连接器，并且接受来自信号采集电连接器的数据。
可选地，所述功率模块的供电电压为+5V。
可选地，外部直流电源信号为28V直流信号，所述功率模块将输入的28V直流电源信号经过降压得到需要的25.2V/10A，对电芯堆进行充电。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明采用功能一体化设计方式把高度集成化管理单元与电芯堆高度集成，以代替现有技术中的机载充电控制器和蓄电池组模式，大大减少了无人机电源子系统重量和尺寸，无人机智能应急电源子系统应用在中型无人机上，24V/10Ah子系统重量仅为3.8kg，尺寸仅为210mm×150mm×145mm，与现有技术(机载充电控制器+蓄电池)相比，使得蓄电池子系统体积显著减小，同时可以简化系统的构成，减轻系统的重量，安装操作更为简单；
并且，本发明的无人机智能应急电源子系统将充电限流功能与管理系统的功能在狭小空间内高度集成在一起，实现了充电与监控保护的一体化控制。使用时只需将无人机母线电源直接连接至子系统便可以实现充电及电池保护。
附图说明
图1是本发明一个实施例无人机智能应急电源子系统的结构原理图；
图2是本发明一个实施例的高度集成化管理单元示意图。
具体实施方式
本发明提供一种无人机智能应急电源子系统，包括：电芯堆；高度集成化管理单元用于管理所述电芯堆，管理电芯堆自身充电以及电芯堆作为电源向无人机供电。
下面结合实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。请参考图1所示的本发明一个实施例无人机智能应急电源子系统的结构原理图；
所述无人机应急只能电源子系统包括外壳1和电连接器；所述外壳1包括前壁板、后壁板、左壁板、右壁板、底板、盖板，所述前壁板、后壁板、左壁板、右壁板、底板、盖板构成容纳电芯堆5的腔体，电芯堆5放置于腔体内，导热胶9填充所述电芯堆与外壳之间；设置在所述外壳外部，且与内部电芯堆5和高度集成化管理单元电连接。
所述电芯堆5为多个单体电池编组固定形成，多个单体电池之间串联电连接且通过导热胶固定，所述无人机智能应急电源子系统还包括：绝缘板4和保温板5，所述绝缘板4环绕所述电芯堆设置，所述保温板用于位于绝缘板与导热胶之间，所述电芯堆5与空腔的底板之间具有减震垫2，所述电芯堆固定于所述减震垫2和底板上方。
所述电连接器包括充放电电连接器6和信号采集电连接器7，所述充放电电连接器6用于接收外部电信号对电芯堆充电，所述充放电电连接器6还用于将电芯堆的电信号输出外部以作为应急电源使用；
所述信号采集电连接器7通过不同规格导线用于将无人机智能应急电源子系统中的信号与外部进行通讯，并接受来自外部的控制指令，传输至高度集成化管理单元。
霍尔传感器或分流器11设置在在充电线路或放电线路的外侧，所述霍尔传感器或分流器11用于测试导线中电流大小，将电流信号输出集成化管理单元。
二极管12设置在电芯堆对外输出电路上，所述二极管12用于防止无人机母线电压高于电芯堆电压时通过输出电路对电芯堆造成倒灌。
温度传感器13设置在电芯堆的两个单体电池跨接处，所述温度传感器13的数目可以为一个或多个，所述温度传感器13用于检测电芯堆5的温度，并且提供给所述集成化管理单元。
请参考图2所示本发明一个实施例的高度集成化管理单元示意图，结合图1，所述高度集成化管理单元主要包括：
功率模块21，用于电芯堆5的电信号进行转换，并经过充放电电连接器6输出，作为一个实施例，所述功率模块的供电电压为+5V；外部直流电源信号为28V直流信号，所述功率模块将输入的28V直流电源信号经过降压得到需要的25.2V/10A，对电芯堆进行充电；
充电主回路模块22，采用BUCK电路，用于将充放电电连接器6提供的外部直流电源信号转换为电芯堆5需要的信号，对电芯堆5进行充电；
均衡模块23，为被动均衡，所述均衡模块23包括与每一单体电池并联的可变电阻以及电压检测单元，所述电压检测单元用于对每一单体电池的电压进行检测，并基于电压检测结果调整所述可变电阻的阻值，以使得每一单体电池的电压值相等；
CPU模块24，用于系统参数的采集、存储、系统控制输出以及通讯功能；
AD模块25，用于将来自温度传感器13、霍尔传感器或分流器11的信号进行AD转换，以及进行单体电池电压、电芯堆总电压以及充电电流、放电电流的采集，与CPU模块24进行数据交互，基于CPU模块24的指令将其中的数据输出；
通讯与接口26，用于基于CPU模块24的指令，将来自AD模块中的数据输出至信号采集电连接器，并且接受来自信号采集电连接器的数据。
综上，本发明采用功能一体化设计方式把高度集成化管理单元与电芯堆高度集成，以代替现有技术中的机载充电控制器和蓄电池组模式，大大减少了无人机电源子系统重量和尺寸，无人机智能应急电源子系统应用在中型无人机上，24V/10Ah子系统重量仅为3.8kg，尺寸仅为210mm×150mm×145mm，与现有技术(机载充电控制器+蓄电池)相比，使得蓄电池子系统体积显著减小，同时可以简化系统的构成，减轻系统的重量，安装操作更为简单；
并且，本发明的无人机智能应急电源子系统将充电限流功能与管理系统的功能在狭小空间内高度集成在一起，实现了充电与监控保护的一体化控制。使用时只需将无人机母线电源直接连接至子系统便可以实现充电及电池保护。
因此，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无人机智能应急电源子系统，其特征在于，包括：电芯堆；高度集成化管理单元用于管理所述电芯堆，管理电芯堆自身充电以及电芯堆作为电源向无人机供电。
2.如权利要求1所述的无人机智能应急电源子系统，其特征在于，还包括外壳和电连接器；所述外壳包括前壁板、后壁板、左壁板、右壁板、底板、盖板，所述前壁板、后壁板、左壁板、右壁板、底板、盖板构成容纳电芯堆的腔体，所述电芯堆放置于腔体内，导热胶填充所述电芯堆与外壳之间。
3.如权利要求2所述的无人机智能应急电源子系统，其特征在于，所述电芯堆为多个单体电池编组固定形成，多个单体电池之间串联电连接且通过导热胶固定，所述无人机智能应急电源子系统还包括：绝缘板和保温板，所述绝缘板环绕所述电芯堆设置，所述保温板用于位于绝缘板与导热胶之间，所述电芯堆与空腔的底板之间具有减震垫，所述电芯堆固定于所述减震垫和底板上方。
4.如权利要求3所述的无人机智能应急电源子系统，其特征在于，所述电连接器包括充放电电连接器和信号采集电连接器，所述充放电电连接器用于接收外部电信号对电芯堆充电，所述充放电电连接器还用于将电芯堆的电信号输出外部以作为应急电源使用；
所述信号采集电连接器通过不同规格导线用于将无人机智能应急电源子系统中的信号与外部进行通讯，并接受来自外部的控制指令，传输至高度集成化管理单元。
5.如权利要求4所述的无人机智能应急电源子系统，其特征在于，还包括：霍尔传感器或分流器，设置在在充电线路或放电线路的外侧，所述霍尔传感器或分流器用于测试导线中电流大小，将电流信号输出给集成化管理单元。
6.如权利要求5所述的无人机智能应急电源子系统，其特征在于，还包括：一个二极管，设置在电芯堆对外输出电路上，所述二极管用于防止无人机母线电压高于电芯堆电压时通过输出电路对电芯堆造成倒灌。
7.如权利要求5所述的无人机智能应急电源子系统，其特征在于，还包括：至少一个温度传感器，设置在电芯堆的两个单体电池跨接处，所述温度传感器用于检测电芯堆的温度，并且提供给所述集成化管理单元。
8.如权利要求4所述的无人机智能应急电源子系统，其特征在于，所述高度集成化管理单元主要包括：
功率模块，用于电芯堆的电信号进行转换，并经过充放电电连接器输出；
充电主回路模块，采用BUCK电路，用于将充放电电连接器提供的外部直流电源信号转换为电芯堆需要的信号，对电芯堆进行充电；
均衡模块，为被动均衡，所述均衡模块包括与每一单体电池并联的可变电阻以及电压检测单元，所述电压检测单元用于对每一单体电池的电压进行检测，并基于电压检测结果调整所述可变电阻的阻值， 以使得每一单体电池的电压值相等；
CPU模块，用于系统参数的采集、存储、系统控制输出以及通讯功能；
AD模块，用于将来自温度传感器、霍尔传感器或分流器的信号进行AD转换，以及进行单体电池电压、电芯堆总电压以及充电电流、放电电流的采集，与CPU模块进行数据交互，基于CPU模块的指令将其中的数据输出；
通讯与接口，用于基于CPU模块的指令，将来自AD模块中的数据输出至信号采集电连接器，并且接受来自信号采集电连接器的数据。
9.如权利要求7所述的无人机智能应急电源子系统，其特征在于，所述功率模块的供电电压为+5V。
如权利要求7所述的无人机智能应急电源子系统，其特征在于，外部直流电源信号为28V直流信号，所述功率模块将输入的28V直流电源信号经过降压得到需要的25.2V/10A，对电芯堆进行充电。
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