CN108233448B - 无人机电池管理系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种无人机电池管理系统和方法，涉及无人机领域，能够有效地提高无人机在飞行状态下的续航能力。该系统包括：高压电池模块，用于向待充电交通工具充电；低压电池模块，用于提供无人机自身运行所需的电能；电池检测模块，用于检测所述低压电池模块的电量；电池控制模块，用于在所述电池检测模块检测到所述低压电池模块的电量低于第一预设阈值时控制所述高压电池模块向所述低压电池模块传输电能。

Description

无人机电池管理系统和方法
技术领域
本公开涉及无人机领域，具体地，涉及一种无人机电池管理系统和方法。
背景技术
目前，在无人机飞行所需的电量不足时，需要通过采用汽油发电机或太阳能板等的充电装置向无人机充电，因此无法有效地提高无人机在飞行状态下的续航能力。
发明内容
本公开的目的是提供一种无人机电池管理系统和方法，其能够有效地提高无人机在飞行状态下的续航能力。
为了实现上述目的，本公开提供一种无人机电池管理系统，该系统包括：
高压电池模块，用于向待充电交通工具充电；
低压电池模块，用于提供无人机自身运行所需的电能；
电池检测模块，用于检测所述低压电池模块的电量；
电池控制模块，用于在所述电池检测模块检测到所述低压电池模块的电量低于第一预设阈值时控制所述高压电池模块向所述低压电池模块传输电能。
可选地，所述第一预设阈值位于所述低压电池模块的总电量的15％至75％的范围内。
可选地，所述电池检测模块还用于检测所述高压电池模块的电量；所述电池控制模块还用于在所述高压电池模块向所述待充电交通工具充电时，在所述低压电池模块和所述高压电池模块的电量之和低于第二预设阈值时，停止所述高压电池模块向所述待充电交通工具充电。
可选地，所述第二预设阈值为根据预估的所述高压电池模块完成向所述待充电交通工具充电时所述无人机的位置与所述无人机的返航充电站之间的距离确定的。
可选地，在所述无人机向单辆待充电交通工具充电且所述无人机的返航充电站为所述无人机的出发站时，所述第二预设阈值为所述无人机到达所述待充电交通工具时所述低压电池模块和所述高压电池模块的总消耗电量的n倍，其中n位于1至2之间。
本公开实施例还提供一种无人机电池管理方法，该方法包括：
检测无人机的低压电池模块的电量；
在所述低压电池模块的电量低于第一预设阈值时，控制所述无人机的高压电池模块向所述低压电池模块传输电能。
可选地，所述第一预设阈值位于所述低压电池模块的总电量的15％至75％的范围内。
可选地，该方法还包括：
检测所述高压电池模块的电量；
在所述高压电池模块向所述待充电交通工具充电时，在所述低压电池模块和所述高压电池模块的电量之和低于第二预设阈值时，停止所述高压电池模块向所述待充电交通工具充电。
可选地，所述第二预设阈值为根据预估的所述高压电池模块完成向所述待充电交通工具充电时所述无人机的位置与所述无人机的返航充电站之间的距离确定的。
可选地，在所述无人机向单辆待充电交通工具充电且所述无人机的返航充电站为所述无人机的出发站时，所述第二预设阈值为所述无人机到达所述待充电交通工具时所述低压电池模块和所述高压电池模块的总消耗电量的n倍，其中n位于1至2之间。
通过上述技术方案，由于在低压电池模块的电量低于第一预设阈值时电池控制模块会控制高压电池模块向低压电池模块传输电能，因此其能够在低压电池模块的电量不足以维持无人机飞行时有效地提高无人机在飞行状态下的续航能力，从而能够保证无人机完成对待充电交通工具的充电任务后有足够的续航里程返回充电站进行二次充电。另外，在高压电池模块向低压电池模块传输电能的过程中无需人员操作，节约了大量的人力和时间，增加了低压电池模块充电的方便性和便捷性。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开实施例，但并不构成对本公开实施例的限制。在附图中：
图1是根据本公开一种实施例的无人机电池管理系统的示意框图；
图2是根据本公开一种实施例的无人机电池管理方法的流程图；以及
图3是根据本公开又一实施例的无人机电池管理方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开实施例，并不用于限制本公开实施例。
本公开实施例提供一种无人机电池管理系统，如图1所示，该系统可以包括：
高压电池模块10，用于向待充电交通工具充电；
低压电池模块20，用于提供无人机自身运行(例如，飞行)所需的电能；
电池检测模块30，用于检测所述低压电池模块20的电量；
电池控制模块40，用于在所述电池检测模块30检测到所述低压电池模块20的电量低于第一预设阈值时控制所述高压电池模块10向所述低压电池模块20传输电能。
通过上述技术方案，由于在低压电池模块20的电量低于第一预设阈值时电池控制模块40会控制高压电池模块10向低压电池模块20传输电能，因此其能够在低压电池模块20的电量不足以维持无人机飞行时有效地提高无人机在飞行状态下的续航能力，从而能够保证无人机完成对待充电交通工具的充电任务后有足够的续航里程返回充电站进行二次充电。另外，在高压电池模块10向低压电池模块20传输电能的过程中无需人员操作，节约了大量的人力和时间，增加了低压电池模块20充电的方便性和便捷性。
在一种可能的实施方式中，高压电池模块10可以通过无线的方式向待充电交通工具充电，例如通过电磁耦合的方式向待充电交通工具充电。高压电池模块10还可以通过有线的方式向待充电交通工具充电。本领域技术人员应当理解的是，以上充电方式仅是举例，本公开实施例不限制高压电池模块10向待充电交通工具的充电方式。
另外，高压电池模块10可由超级电容组组成，能够存储较大量的电能，且能够实现快速放电，从而能够快速地为待充电交通工具补充电量，提高充电效率。例如，目前的超级电容在1分钟内的放电电量通常在30-50度范围内，假设无人机携带的电量为5度左右，则无人机向待充电交通工具无线充电的时间一般在10秒以内，因此采用超级电容进行充电的速度是非常快的。另外，由于充电速度非常快，因此在行车充电的情况下，无人机行车充电时的自身电量消耗也是可以忽略不计的。
在一种可能的实施方式中，电池检测模块30可以是用于检测电量的传感器。本公开实施例不限制传感器的具体类型和结构。
在一种可能的实施方式中，所述第一预设阈值可以位于低压电池模块10的总电量的15％至75％的范围内。这样，既有利于高压电池模块10将尽可能多的电能传输给待充电交通工具，又能确保无人机不会停止飞行。因为如果第一预设阈值太低，则有可能低压电池模块20的电量不能带动无人机飞行，导致无人机需要停止飞行、然后由高压电池模块10向低压电池模块20提供无人机飞行所需的电能；而如果第一预设阈值太高，则高压电池模块10向低压电池模块20充电的频率就会增加，因此高压电池模块10能够提供给待充电交通工具的电能就会相应减小。
在一种可能的实施方式中，如图1所示，所述电池检测模块30还可以用于检测所述高压电池模块10的电量；以及所述电池控制模块40还可以用于在所述高压电池模块10向所述待充电交通工具充电时，在所述低压电池模块20和所述高压电池模块10的电量之和低于第二预设阈值时，停止所述高压电池模块10向所述待充电交通工具充电。这样，就能够有效地确保无人机有足够的电量飞回返航充电站。
另外，可以采用多种方式来设置第二预设阈值。
第一种方式可以如下所述：第二预设阈值可以是恒定的常量，因为在选取为待充电交通工具充电的无人机时，会考虑无人机距离待充电交通工具的距离，超过预设的距离范围的无人机肯定就不会被选取来为待充电交通工具充电，所以可以确定上述常量。该恒定的常量不随着无人机与返航充电站的距离或者天气、风速等因素的变化而变化。这是一种非常简单的设置方式。
第二种方式可以如下所述：第二预设阈值也可以是根据预估的所述高压电池模块10完成向所述待充电交通工具充电时所述无人机的位置与所述无人机的返航充电站之间的距离而被确定的。
例如，若待充电交通工具是停车充电，则在高压电池模块10完成充电任务时，预估的无人机位置就是待充电交通工具发送的充电请求中所包含的该交通工具的当前位置，因此第二预设阈值可以基于该交通工具的当前位置与无人机的返航充电站之间的距离来确定。
再例如，若待充电交通工具是行车充电，则在高压电池模块10完成充电任务时，预估的无人机位置可以基于高压电池模块10的放电速度、待充电交通工具的需求电量、待充电交通工具的行车速度和无人机与待充电交通工具的汇合位置来确定。也即，首先利用高压电池模块10的放电速度和待充电交通工具的需求电量计算充电时间，然后利用计算出的充电时间和待充电交通工具的行车速度来确定充电时的行驶距离，然后利用充电时的行驶距离和无人机与待充电交通工具的汇合位置得到充电任务完成时的预估的无人机位置。在得到该预估的无人机位置之后，就可以基于该预估的无人机位置与无人机的返航充电站之间的距离来确定第二预设阈值。
其中，本公开中所述的返航充电站可以是无人机的出发站，也可以是为无人机新规划的充电站。例如，在行车充电的情况下，返航充电站可以是与预估的无人机位置距离最近的充电站。
上述第二预设阈值是根据距离来确定的，对于根据距离来确定的电量，为了尽可能精确第二预设阈值，可以以无人机飞向待充电交通工具的航程与所消耗电量的比例为参考，如无人机飞向待充电交通工具的航程为S1，所消耗电量为Q1，给待充电交通工具充电完成时所述无人机的位置与所述无人机的返航充电站之间的距离为S2，则第二预设阈值Q2至少大于S2Q1/S1。
第三种方式可以如下所述：若无人机在一次任务中只向一辆待充电交通工具充电、而且无人机的返航充电站为该无人机的出发站，则第二预设阈值可以为该无人机到达待充电交通工具时低压电池模块20和高压电池模块10的总消耗电量的n倍，其中n是安全系数，可以位于1至2之间。
例如，假设无人机从出发站飞到待充电交通工具时，电池检测模块30检测到低压电池模块20的总消耗电量是I1、高压电池模块10给低压电池模块20充电的电量为I2，则第二预设阈值可以被设置成n(I1+I2)，以便无人机完成充电任务后能够顺利返回原出发站。其中，n为安全系数，范围可以在1-2之间，而且n的具体数值可以根据实际飞行环境(例如，天气、风速等因素)以及是待充电交通工具是行车充电还是停车充电而定。例如，如果是停车充电，则n有可能稍微大于1既能满足返航电量需求；而如果是行车充电，则需要考虑行车充电时的电量消耗，因此n要稍微更大一些。当然，由于超级电容的放电速度非常快，因此在行车充电过程中无人机的电量消耗实际上是可以忽略不计的。
另外，若无人机在一次任务中只向一辆待充电交通工具充电，且所述无人机的返航充电站不是所述无人机的出发站，而是与出发站相比距离待充电交通工具更近的充电站，则在相同的环境情况下，无人机返航所需要的总消耗电量比返回所述无人机的原出发站所需的总消耗电量要小。在这种情况下，所述第二预设阈值也可以是所述无人机到达所述待充电交通工具时所述低压电池模块20和所述高压电池模块10的总消耗电量的n倍，以保证无人机能够顺利返航。
另外，在以上描述的第二预设阈值的各种确定方式中，还可以考虑诸如天气、风速等因素的影响。例如，当天气较差、或者风速很大时，可以适当上调通过上述各种确定方式确定的第二预设阈值，以确保无人机能够顺利返回返航充电站，因为在天气恶劣的情况下，无人机飞行所消耗的电量会大一些。
另外，第二预设阈值可以由无人机确定，也可以由诸如云服务器来确定。
在一种可能的实施方式中，该无人机电池管理系统还可以包括AC-DC转换模块(未图示)，用于在所述低压电池模块20的电量低于所述第一预设阈值时将所述高压电池模块10提供的高压交流电转换成向所述低压电池模块20充电所需的低压直流电。例如，将220V的高压交流电通过AC-DC转换模块转换成为低压电池模块20充电所需的12V直流电。
另外，高压电池模块10给低压电池模块20的充电量可以依据无人机的飞行所需的能耗而变化。例如，在无人机返航且与返航充电站的距离很近时，高压电池模块10给低压电池模块20的充电量可以只要满足无人机能够飞回返航充电站即可，无需给低压电池模块20充满电。当然，高压电池模块10给低压电池模块20充满电也是可以的。
本公开实施例还提供一种无人机电池管理方法，如图2所示，该方法可以包括以下步骤：
S201、检测无人机的低压电池模块的电量；
S202、在所述低压电池模块的电量低于第一预设阈值时，控制所述无人机的高压电池模块向所述低压电池模块传输电能。
通过上述技术方案，由于在低压电池模块的电量低于第一预设阈值时会控制高压电池模块向低压电池模块传输电能，因此其能够在低压电池模块的电量不足以维持无人机飞行时有效地提高无人机在飞行状态下的续航能力，从而能够保证无人机完成对待充电交通工具的充电任务后有足够的续航里程返回充电站进行二次充电。另外，在高压电池模块向低压电池模块传输电能的过程中无需人员操作，节约了大量的人力和时间，增加了低压电池模块充电的方便性和便捷性。
在一种可能的实施方式中，在步骤S202中，高压电池模块可以通过无线的方式向待充电交通工具充电，例如通过电磁耦合的方式向待充电交通工具充电。高压电池模块还可以通过有线的方式向待充电交通工具充电。本领域技术人员应当理解的是，以上充电方式仅是举例，本公开实施例不限制高压电池模块向待充电交通工具的充电方式。
另外，高压电池模块给低压电池模块的充电量可以依据无人机的飞行所需的能耗而变化。例如，在无人机返航且与返航充电站的距离很近时，高压电池模块给低压电池模块的充电量可以只要满足无人机能够飞回返航充电站即可，无需给低压电池模块充满电。当然，高压电池模块给低压电池模块充满电也是可以的。
在一种可能的实施方式中，所述第一预设阈值可以位于所述低压电池模块的总电量的15％至75％的范围内。这样，既有利于高压电池模块将尽可能多的电能传输给待充电交通工具，又能确保无人机不会停止飞行。因为如果第一预设阈值太低，则有可能低压电池模块的电量不能带动无人机飞行，导致无人机需要停止飞行、然后由高压电池模块向低压电池模块提供无人机飞行所需的电能；而如果第一预设阈值太高，则高压电池模块向低压电池模块充电的频率就会增加，因此高压电池模块能够提供给待充电交通工具的电能就会相应减小。
在一种可能的实施方式中，如图3所示，该方法还可以包括：
S301、检测所述高压电池模块的电量；
S302、在所述高压电池模块向所述待充电交通工具充电时，在所述低压电池模块和所述高压电池模块的电量之和低于第二预设阈值时，停止所述高压电池模块向所述待充电交通工具充电。
这样，就能够有效地确保无人机有足够的电量飞回返航充电站。
另外，第二预设阈值的确定方式可以有多种。
例如，第二预设阈值可以是恒定的常量。
再例如，第二预设阈值也可以是根据预估的所述高压电池模块完成向所述待充电交通工具充电时所述无人机的位置与所述无人机的返航充电站之间的距离而被确定的。
再例如，若无人机在一次任务中只向一辆待充电交通工具充电、该待充电交通工具是停车充电而且无人机的返航充电站为该无人机的出发站，则第二预设阈值可以为该无人机到达待充电交通工具时低压电池模块和高压电池模块的总消耗电量的n倍，其中n是安全系数，可以位于1至2之间。
以上已经结合根据本公开实施例的无人机电池管理系统对第二预设阈值的各种确定方式进行了详细描述，此处不再赘述。
在一种可能的实施方式中，根据本公开实施例的无人机电池管理方法还可以包括以下步骤：在所述低压电池模块的电量低于所述第一预设阈值时，将所述高压电池模块提供的高压交流电转换成向所述低压电池模块充电所需的低压直流电。例如，将220V的高压交流电通过AC-DC转换模块转换成为低压电池模块充电所需的12V直流电，以实现为低压电池模块的充电，确保无人机的续航里程。
另外，本公开实施例中提及的交通工具可以是车辆，例如电动汽车、混合动力汽车等需求用电的车辆。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (6)

1.一种无人机电池管理系统，其特征在于，该系统包括：
高压电池模块，用于向待充电交通工具充电；
低压电池模块，用于提供无人机自身运行所需的电能；
电池检测模块，用于检测所述低压电池模块的电量；
电池控制模块，用于在所述电池检测模块检测到所述低压电池模块的电量低于第一预设阈值时控制所述高压电池模块向所述低压电池模块传输电能；
其中，所述电池检测模块还用于检测所述高压电池模块的电量；
所述电池控制模块还用于在所述高压电池模块向所述待充电交通工具充电时，在所述低压电池模块和所述高压电池模块的电量之和低于第二预设阈值时，停止所述高压电池模块向所述待充电交通工具充电；
所述第二预设阈值为根据预估的所述高压电池模块完成向所述待充电交通工具充电时所述无人机的位置与所述无人机的返航充电站之间的距离确定的，其中，若所述待充电交通工具是行车充电，则所述预估的所述高压电池模块完成向所述待充电交通工具充电时所述无人机的位置是基于所述高压电池模块的放电速度、所述待充电交通工具的需求电量、所述待充电交通工具的行车速度和所述无人机与所述待充电交通工具的汇合位置来确定的。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一预设阈值位于所述低压电池模块的总电量的15%至75%的范围内。
3.根据权利要求1至2中任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述待充电交通工具是车辆。
4.一种无人机电池管理方法，其特征在于，该方法包括：
检测无人机的低压电池模块的电量，其中所述低压电池模块用于提供所述无人机自身运行所需的电能；
在所述低压电池模块的电量低于第一预设阈值时，控制所述无人机的高压电池模块向所述低压电池模块传输电能，其中，所述高压电池模块用于向待充电交通工具充电；
其中，该方法还包括：检测所述高压电池模块的电量；在所述高压电池模块向所述待充电交通工具充电时，在所述低压电池模块和所述高压电池模块的电量之和低于第二预设阈值时，停止所述高压电池模块向所述待充电交通工具充电；
其中，所述第二预设阈值为根据预估的所述高压电池模块完成向所述待充电交通工具充电时所述无人机的位置与所述无人机的返航充电站之间的距离确定的，其中，若所述待充电交通工具是行车充电，则所述预估的所述高压电池模块完成向所述待充电交通工具充电时所述无人机的位置是基于所述高压电池模块的放电速度、所述待充电交通工具的需求电量、所述待充电交通工具的行车速度和所述无人机与所述待充电交通工具的汇合位置来确定的。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一预设阈值位于所述低压电池模块的总电量的15%至75%的范围内。
6.根据权利要求4至5中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述待充电交通工具是车辆。
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