CN107546438A - 一种航模电池恒温方法 - Google Patents

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Abstract

为稳定航模电池的工作温度进而提升其向其他需电单元和模块供电的稳定性和质量，本发明提供了一种航模电池恒温方法，所述电池包括多个电池单体，所述航模包括第一恒温单元、第二恒温单元和第三恒温单元，所述第一恒温单元、第二恒温单元和第三恒温单元均能够用于制热工作模式或制冷工作模式且从内向外依次设置于电池外部，该方法包括如下步骤：检测电池单体的温度信息和电气参数信息；检测航模电气参数信息；监测航模飞行状态参数信息；根据电池单体的温度信息和电气参数信息、航模电气参数信息和航模飞行状态参数信息确定第一恒温单元、第二恒温单元和第三恒温单元的工作模式，其中第一恒温单元与第三恒温单元的工作模式相反。

Description

一种航模电池恒温方法
技术领域
本发明涉及飞行器控制技术领域，更具体地，涉及一种航模电池恒温方法。
背景技术
航模种类繁多，而且随着无人机技术的推广和普及，越来越多的航模都在向无人机方向发展。无人机较传统方式的优点有很多，如便携性强、操控简单、成本低廉、发射及回收占用场地小等等。本申请的航模主要即指无人机作为航模应用的情况。随着无人机应用的场合逐渐增多，其后续问题也逐渐浮出水面：比如低于零下10℃的环境可致使动力锂电池性能下降50％以上，但目前大多数无人机却没有对于动力锂电池在低温环境下工作的普遍实用的解决方案。此外，航模在环境温度变化较频繁的区域时，其电池的工作环境温度可能也变化频繁，这既不利于电池本身发挥正常性能，也不利于其供给发动机和通信设备以稳定的电力。
发明内容
为稳定航模电池的工作温度进而提升其向其他需电单元和模块供电的稳定性和质量，本发明提供了一种航模电池恒温方法，所述电池包括多个电池单体，所述航模包括第一恒温单元、第二恒温单元和第三恒温单元，所述第一恒温单元、第二恒温单元和第三恒温单元均能够用于制热工作模式或制冷工作模式且从内向外依次设置于电池外部，该方法包括如下步骤：
A、检测电池单体的温度信息和电气参数信息；
B、检测航模电气参数信息；
C、监测航模飞行状态参数信息；
D、根据电池单体的温度信息和电气参数信息、航模电气参数信息和航模飞行状态参数信息确定第一恒温单元、第二恒温单元和第三恒温单元的工作模式，其中第一恒温单元与第三恒温单元的工作模式相反。
进一步地，所述步骤A包括：
(1)检测各电池单体的充电电流和放电电流；
(2)检测各电池单体的充电电压和放电电压；
(3)检测各电池单体表面温度；
(4)检测电池的电力输出接口温度。
进一步地，所述步骤B包括：
(1)检测输入到航模发动机的输入电压和输入电流；
(2)检测航模发动机的转数。
进一步地，所述步骤C包括：
(1)获取飞行高度数据；
(2)获取飞行速度数据；
(3)检测航模所处环境的环境温度。
进一步地，所述步骤D包括：
(1)根据飞行高度数据和飞行速度数据，确定航模是否在运动，以及如果在运动是否处于飞行状态；
(2)当处于飞行状态时，若第一恒温单元工作于制热工作模式且恒温温度被设置于T1，则在第一时刻，根据航模发动机的输入电压和输入电流确定航模发动机的输入功率P输入1并据此确定输入功率P输入1与此时刻发动机转数的比值L1；根据各电池单体的充电电流和放电电流以及充电电压和放电电压，确定各电池单体的放电电容量与充电电容量之间的差值，将各差值除以与之对应的电池单体的温度，并据此确定得到的比值之间的均方根值E1以及此时刻环境温度与该均方值的比值R1；在第二时刻，根据航模发动机的输入电压和输入电流确定航模发动机的输入功率P输入2并据此确定输入功率P输入2与此时刻发动机转数的比值L2；根据各电池单体的充电电流和放电电流以及充电电压和放电电压，确定各电池单体的放电电容量与充电电容量之间的差值，将各差值除以与之对应的电池单体的温度，并据此确定得到的比值之间的均方根值E2以及此时刻环境温度与该均方值的比值R2，所述第二时刻是在第一时刻之后，当飞行高度数据和飞行速度数据的变化率分别超过预设第一变化率后的某一时刻且在第二时刻航模仍处于飞行状态；
(3)当飞行高度数据和飞行速度数据的变化率分别超过预设大于第一变化率的第二变化率后的第三时刻且在该第三时刻航模仍处于飞行状态时，根据航模发动机的输入电压和输入电流确定航模发动机的输入功率P输入3并据此确定输入功率P输入3与此时刻发动机转数的比值L3；根据各电池单体的充电电流和放电电流以及充电电压和放电电压，确定各电池单体的放电电容量与充电电容量之间的差值，将各差值除以与之对应的电池单体的温度，并据此确定得到的比值之间的均方根值E3以及此时刻环境温度与该均方值的比值R3；
(4)确定第二恒温单元在第一时刻、第二时刻和第三时刻的温度；确定((L1/R1)+(L2/R2))/(2×(L3/R3))这一比值与|(电力输出接口温度/环境温度)第一时刻-(电力输出接口温度/环境温度)第二时刻|这一差值之间的比值D是否高于第一阈值且小于第二阈值，其中“||”表示绝对值运算；
(5)当差值D小于第一阈值时，继续在第二时刻的下一个时刻重复此步骤D；
(6)当差值D高于第一阈值且小于第二阈值时，则保持第一恒温单元的恒温温度T1并设置第二恒温单元的工作模式为制热工作模式，其中当|D|>1时设置第二恒温单元的恒温温度T2＝T1/|D|而当|D|<1时设置第二恒温单元的恒温温度T2＝T1×|D|；
(7)当差值D大于第二阈值时，则改变第一恒温单元的工作模式为制冷工作模式且恒温温度为T1；当|D|>1时设置第二恒温单元的恒温温度T2＝环境温度/|D|而当|D|<1时设置第二恒温单元的恒温温度T2＝环境温度×|D|。
进一步地，对各电池单体的温度的检测通过桥式平衡法与运放电路，采用外置温度传感器实现对温度的采集。
进一步地，对电池的电力输出接口的温度的检测是通过铂电阻温度传感器实现的。
进一步地，通过高精度电流积分方式计算各电池单体的充、放电电流。
进一步地，所述第一时刻是当电力输出接口温度达到温度值T1的时刻且在该时刻航模仍处于飞行状态。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用对多个电池单体监控的方式能够提高电池表面温度的检测精度、准确度和灵敏度，从而尽可能减小发热延迟效应对电池工作环境温度调节带来的不准确及延后性影响；
(2)本发明不但基于现有技术提高了对于一般电池工作状态的检测精度和准确度及灵敏度，而且在考虑恒温调节启动条件时还考虑了航模的飞行动力方面的因素以及航模自身电气参数，极大地提高了单纯检测电池(哪怕是电池的多个单体)温度时发热具有延迟效应造成无法对电池过热或过冷产生预判，从而极大地延长了电池的使用寿命，保护了电池的性能；
(3)通过大量试验和参数选取，申请人发现了如上技术方案中提及的比例和差值之间对于保护电池在航模飞行过程中如何对于因自身飞行加速、减速、调整姿态、通讯以及外界环境等诸多影响电池发热量变化的主要因素做出尽可能早的响应的规律，并总结了如上判断和计算方式，经试验，在Digi XTend系列无人机式航模测试的结果看，能够确保其在海拔500-2000米的范围内保证电池温度始终处于25°左右；
(4)本发明创造性地将现有恒温技术加以改进，形成三重依次嵌套在电池外围的恒温单元，其中第一和第三恒温单元制冷或制热工作模式相反，且中间的恒温单元能够改变其自身的恒温温度，从而极大地提高了电池适应于不同环境和场景的扩展性：当第一或第三恒温单元自身无法对外部环境温度隔离(即，使电池温度与电池所处的航模内部的其他空间的温度隔离)时能够主动将第二恒温单元改变恒温特性，作为过渡层主动地帮助第一恒温单元或第三恒温单元在温度方面完成对电池所处环境的可靠隔离，相比现有技术而言具有独创性。
附图说明
图1示出了根据本发明的方法的流程框图。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的优选实施例，本发明提供了一种航模电池恒温方法，所述电池包括多个电池单体，所述航模包括第一恒温单元、第二恒温单元和第三恒温单元，所述第一恒温单元、第二恒温单元和第三恒温单元均能够用于制热工作模式或制冷工作模式且从内向外依次设置于电池外部，该方法包括如下步骤：
A、检测电池单体的温度信息和电气参数信息；
B、检测航模电气参数信息；
C、监测航模飞行状态参数信息；
D、根据电池单体的温度信息和电气参数信息、航模电气参数信息和航模飞行状态参数信息确定第一恒温单元、第二恒温单元和第三恒温单元的工作模式，其中第一恒温单元与第三恒温单元的工作模式相反。
优选地，所述步骤A包括：
(1)检测各电池单体的充电电流和放电电流；
(2)检测各电池单体的充电电压和放电电压；
(3)检测各电池单体表面温度；
(4)检测电池的电力输出接口温度。
优选地，所述步骤B包括：
(1)检测输入到航模发动机的输入电压和输入电流；
(2)检测航模发动机的转数。
优选地，所述步骤C包括：
(1)获取飞行高度数据；
(2)获取飞行速度数据；
(3)检测航模所处环境的环境温度。
优选地，所述步骤D包括：
(1)根据飞行高度数据和飞行速度数据，确定航模是否在运动，以及如果在运动是否处于飞行状态；
(2)当处于飞行状态时，若第一恒温单元工作于制热工作模式且恒温温度被设置于T1，则在第一时刻，根据航模发动机的输入电压和输入电流确定航模发动机的输入功率P输入1并据此确定输入功率P输入1与此时刻发动机转数的比值L1；根据各电池单体的充电电流和放电电流以及充电电压和放电电压，确定各电池单体的放电电容量与充电电容量之间的差值，将各差值除以与之对应的电池单体的温度，并据此确定得到的比值之间的均方根值E1以及此时刻环境温度与该均方值的比值R1；在第二时刻，根据航模发动机的输入电压和输入电流确定航模发动机的输入功率P输入2并据此确定输入功率P输入2与此时刻发动机转数的比值L2；根据各电池单体的充电电流和放电电流以及充电电压和放电电压，确定各电池单体的放电电容量与充电电容量之间的差值，将各差值除以与之对应的电池单体的温度，并据此确定得到的比值之间的均方根值E2以及此时刻环境温度与该均方值的比值R2，所述第二时刻是在第一时刻之后，当飞行高度数据和飞行速度数据的变化率分别超过预设第一变化率后的某一时刻且在第二时刻航模仍处于飞行状态；
(3)当飞行高度数据和飞行速度数据的变化率分别超过预设大于第一变化率的第二变化率后的第三时刻且在该第三时刻航模仍处于飞行状态时，根据航模发动机的输入电压和输入电流确定航模发动机的输入功率P输入3并据此确定输入功率P输入3与此时刻发动机转数的比值L3；根据各电池单体的充电电流和放电电流以及充电电压和放电电压，确定各电池单体的放电电容量与充电电容量之间的差值，将各差值除以与之对应的电池单体的温度，并据此确定得到的比值之间的均方根值E3以及此时刻环境温度与该均方值的比值R3；
(4)确定第二恒温单元在第一时刻、第二时刻和第三时刻的温度；确定((L1/R1)+(L2/R2))/(2×(L3/R3))这一比值与|(电力输出接口温度/环境温度)第一时刻-(电力输出接口温度/环境温度)第二时刻|这一差值之间的比值D是否高于第一阈值且小于第二阈值，其中“||”表示绝对值运算；
(5)当差值D小于第一阈值时，继续在第二时刻的下一个时刻重复此步骤D；
(6)当差值D高于第一阈值且小于第二阈值时，则保持第一恒温单元的恒温温度T1并设置第二恒温单元的工作模式为制热工作模式，其中当|D|>1时设置第二恒温单元的恒温温度T2＝T1/|D|而当|D|<1时设置第二恒温单元的恒温温度T2＝T1×|D|；
(7)当差值D大于第二阈值时，则改变第一恒温单元的工作模式为制冷工作模式且恒温温度为T1；当|D|>1时设置第二恒温单元的恒温温度T2＝环境温度/|D|而当|D|<1时设置第二恒温单元的恒温温度T2＝环境温度×|D|。
优选地，对各电池单体的温度的检测通过桥式平衡法与运放电路，采用外置温度传感器实现对温度的采集。
优选地，对电池的电力输出接口的温度的检测是通过铂电阻温度传感器实现的。
优选地，通过高精度电流积分方式计算各电池单体的充、放电电流。
优选地，所述第一时刻是当电力输出接口温度达到温度值T1的时刻且在该时刻航模仍处于飞行状态。
以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述是为阐明的目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例是为解说本发明的原理以及让所属领域的技术人员以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想企图由权利要求及其均等来决定。

Claims (9)

1.一种航模电池恒温方法，所述电池包括多个电池单体，所述航模包括第一恒温单元、第二恒温单元和第三恒温单元，所述第一恒温单元、第二恒温单元和第三恒温单元均能够用于制热工作模式或制冷工作模式且从内向外依次设置于电池外部，该方法包括如下步骤：
A、检测电池单体的温度信息和电气参数信息；
B、检测航模电气参数信息；
C、监测航模飞行状态参数信息；
D、根据电池单体的温度信息和电气参数信息、航模电气参数信息和航模飞行状态参数信息确定第一恒温单元、第二恒温单元和第三恒温单元的工作模式，其中第一恒温单元与第三恒温单元的工作模式相反。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：
(1)检测各电池单体的充电电流和放电电流；
(2)检测各电池单体的充电电压和放电电压；
(3)检测各电池单体表面温度；
(4)检测电池的电力输出接口温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括：
(1)检测输入到航模发动机的输入电压和输入电流；
(2)检测航模发动机的转数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括：
(1)获取飞行高度数据；
(2)获取飞行速度数据；
(3)检测航模所处环境的环境温度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括：
(1)根据飞行高度数据和飞行速度数据，确定航模是否在运动，以及如果在运动是否处于飞行状态；
(2)当处于飞行状态时，若第一恒温单元工作于制热工作模式且恒温温度被设置于T1，则在第一时刻，根据航模发动机的输入电压和输入电流确定航模发动机的输入功率P输入1并据此确定输入功率P输入1与此时刻发动机转数的比值L1；根据各电池单体的充电电流和放电电流以及充电电压和放电电压，确定各电池单体的放电电容量与充电电容量之间的差值，将各差值除以与之对应的电池单体的温度，并据此确定得到的比值之间的均方根值E1以及此时刻环境温度与该均方值的比值R1；在第二时刻，根据航模发动机的输入电压和输入电流确定航模发动机的输入功率P输入2并据此确定输入功率P输入2与此时刻发动机转数的比值L2；根据各电池单体的充电电流和放电电流以及充电电压和放电电压，确定各电池单体的放电电容量与充电电容量之间的差值，将各差值除以与之对应的电池单体的温度，并据此确定得到的比值之间的均方根值E2以及此时刻环境温度与该均方值的比值R2，所述第二时刻是在第一时刻之后，当飞行高度数据和飞行速度数据的变化率分别超过预设第一变化率后的某一时刻且在第二时刻航模仍处于飞行状态；
(3)当飞行高度数据和飞行速度数据的变化率分别超过预设大于第一变化率的第二变化率后的第三时刻且在该第三时刻航模仍处于飞行状态时，根据航模发动机的输入电压和输入电流确定航模发动机的输入功率P输入3并据此确定输入功率P输入3与此时刻发动机转数的比值L3；根据各电池单体的充电电流和放电电流以及充电电压和放电电压，确定各电池单体的放电电容量与充电电容量之间的差值，将各差值除以与之对应的电池单体的温度，并据此确定得到的比值之间的均方根值E3以及此时刻环境温度与该均方值的比值R3；
(4)确定第二恒温单元在第一时刻、第二时刻和第三时刻的温度；确定((L1/R1)+(L2/R2))/(2×(L3/R3))这一比值与|(电力输出接口温度/环境温度)第一时刻-(电力输出接口温度/环境温度)第二时刻|这一差值之间的比值D是否高于第一阈值且小于第二阈值，其中“||”表示绝对值运算；
(5)当差值D小于第一阈值时，继续在第二时刻的下一个时刻重复此步骤D；
(6)当差值D高于第一阈值且小于第二阈值时，则保持第一恒温单元的恒温温度T1并设置第二恒温单元的工作模式为制热工作模式，其中当|D|>1时设置第二恒温单元的恒温温度T2＝T1/|D|而当|D|<1时设置第二恒温单元的恒温温度T2＝T1×|D|；
(7)当差值D大于第二阈值时，则改变第一恒温单元的工作模式为制冷工作模式且恒温温度为T1；当|D|>1时设置第二恒温单元的恒温温度T2＝环境温度/|D|而当|D|<1时设置第二恒温单元的恒温温度T2＝环境温度×|D|。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对各电池单体的温度的检测通过桥式平衡法与运放电路，采用外置温度传感器实现对温度的采集。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对电池的电力输出接口的温度的检测是通过铂电阻温度传感器实现的。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过高精度电流积分方式计算各电池单体的充、放电电流。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一时刻是当电力输出接口温度达到温度值T1的时刻且在该时刻航模仍处于飞行状态。
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