CN108312861A - 一种无人机及其电池温度控制系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无人机领域，具体涉及一种无人机，及其无人机电池的温度控制系统与方法。本发明实时监测无人机工作状态下电池模块温度；并且根据监测的电池模块温度值控制无人机内部散热气流的流向和气流大小，在电池模块温度值较低时利用无人机散热气流对电池模块进行加热，在电池模块温度值较高时加大散热气流以帮助其快速散热；在电池模块温度值过低或者过高时，向无人机操作者反馈温度异常警报，并在电池模块温度值过低时控制无人机返航或降落，避免发生坠机意外。
Description
技术领域
本发明属于无人机领域，具体涉及一种无人机，及其无人机电池的温度控制系统与方法。
背景技术
电池是无人机飞行的动力来源。由于无人机飞行过程中电力消耗迅速，要求大输出功率，而且为了尽可能保持轻便电池的体积和重量都不能过大，因此，无人机普遍采用聚合物锂电池作为电源。聚合物锂电池造价昂贵，保证其可靠工作以及具有良好寿命是无人机技术当中的一项重要课题。
温度对聚合物锂电池的工作性能具有显著的影响。特别是在5摄氏度以下的低温状态下，聚合物锂电池的化学成分活性明显降低，其内阻增大，导致放电能力下降，输出电压降低。这会导致无人机旋翼获得的动力不足，或者造成无人机判断锂电池过放电而自动断电，这两种情况都会使得无人机无法正常飞行，甚至发生坠机事故。另一方面，聚合物锂电池虽然可以在高达50摄氏度的温度下正常放电，但是，高温状态下长时间工作仍然会对电池的循环寿命产生不利的影响。
无人机由于要在各种室外环境下作业，因此其经历的环境温度范围也比较大，低至零下十几摄氏度，高则达到零上四、五十摄氏度。为了避免无人机电池在低温或高温下工作时发生放电异常以及受到寿命损害，很有必要在无人机的工作过程中对其电池的温度状态进行必要的监测和调整，尽量使无人机电池在合适的温度区间上工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机，及其无人机电池的温度控制系统与方法。本发明实时监测无人机工作状态下电池模块温度；并且根据监测的电池模块温度值控制无人机内部散热气流的流向和气流大小，在电池模块温度值较低时利用无人机散热气流对电池模块进行加热，在电池模块温度值较高时加大散热气流以帮助其快速散热；在电池模块温度值过低或者过高时，向无人机操作者反馈温度异常警报，并在电池模块温度值过低时控制无人机返航或降落，避免发生坠机意外。
本发明的目的是这样实现的：
一种无人机电池的温度控制系统，其特征在于，包括：
电池模块温度检测单元，用于检测无人机电池模块的温度，输出电池模块温度值；
散热气流调节单元，根据所述电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值，设置无人机散热风扇的风扇转向参数和/或转速参数；
散热风扇驱动器，根据所述散热气流调节单元设置的所述风扇转向参数和转速参数，向散热风扇输出驱动信号，控制所述散热风扇的转向和转速，从而调节散热风扇产生的散热气流的流向和气流大小。
优选的是，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值低于第一温度阈值时，所述散热气流调节单元设置无人机散热风扇的转向参数，使散热风扇产生的散热气流的流向由无人机机体的发热源流向电池仓。
优选的是，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值高于第二温度阈值时，所述散热气流调节单元设置无人机散热风扇的转向参数，使散热风扇产生的散热气流的流向由电池仓经过发热源流向出风口；和/或，所述散热气流调节单元根据电池模块温度值的高低，设置无人机散热风扇的转速参数，以调节散热气流的大小。
优选的是，所述温度控制系统还包括：电池温度异常警报发送单元，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值低于第三温度阈值，所述电池温度异常警报发送单元向无人机的操作端发送电池低温异常警报；和/或，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值高于第四温度阈值，所述电池温度异常警报发送单元向无人机的操作端发送电池高温异常警报。
优选的是，所述温度控制系统还包括：飞行限制单元，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值低于第三温度阈值，所述飞行限制单元将处于未起飞状况的无人机设置为限制起飞状态，和/或，将处于飞行状态的无人机设置为降落或返航状态。
本发明进而提供了一种具有电池温度控制功能的无人机，该无人机包括机体、电池模块、发热源、散热风扇；其中，所述电池模块插入所述机体的电池仓；所述散热风扇设置在电池仓与发热源之间，并且所述电池仓在与散热风扇相邻的位置上设有通风格栅；发热源的一侧设置所述散热风扇，且发热源另一侧的机体处设有出风口；
该无人机还包括电池温度控制系统，所述电池温度控制系统用于实时监测无人机工作状态下电池模块温度，并且根据监测的电池模块温度值控制无人机内部散热气流的流向和气流大小，在电池模块温度值较低时利用无人机散热气流对电池模块进行加热，在电池模块温度值较高时加大电池仓的散热气流。
优选的是，所述电池温度控制系统具体包括：
电池模块温度检测单元，用于检测无人机电池模块的温度，输出电池模块温度值；
散热气流调节单元，根据所述电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值，设置无人机散热风扇的风扇转向参数和/或转速参数；
散热风扇驱动器，根据所述散热气流调节单元设置的所述风扇转向参数和转速参数，向散热风扇输出驱动信号，控制所述散热风扇的转向和转速，从而调节散热风扇产生的散热气流的流向和气流大小。
优选的是，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值低于第一温度阈值时，所述散热气流调节单元设置无人机散热风扇的转向参数，使散热风扇产生的散热气流的流向由无人机机体的发热源流向电池仓。
优选的是，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值高于第二温度阈值时，所述散热气流调节单元设置无人机散热风扇的转向参数，使散热风扇产生的散热气流的流向由电池仓经过发热源流向出风口；和/或，所述散热气流调节单元根据电池模块温度值的高低，设置无人机散热风扇的转速参数，以调节散热气流的大小。
优选的是，所述温度控制系统还包括：电池温度异常警报发送单元，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值低于第三温度阈值，所述电池温度异常警报发送单元向无人机的操作端发送电池低温异常警报；和/或，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值高于第四温度阈值，所述电池温度异常警报发送单元向无人机的操作端发送电池高温异常警报。
优选的是，所述温度控制系统还包括：飞行限制单元，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值低于第三温度阈值，所述飞行限制单元将处于未起飞状况的无人机设置为限制起飞状态，和/或，将处于飞行状态的无人机设置为降落或返航状态。
优选的是，所述发热源是无人机的图形编码芯片和/或数传芯片。
本发明进而提供了一种无人机电池的温度控制方法，包括以下步骤：
步骤1，检测无人机电池模块的温度，输出电池模块温度值；
步骤2，根据检测获得的电池模块温度值，控制无人机散热风扇的转向和转速，从而调节散热风扇产生的散热气流的流向和气流大小。
优选的是，当电池模块温度值低于第一温度阈值时，通过控制无人机散热风扇的转向，使散热风扇产生的散热气流的流向由无人机机体的发热源流向电池仓。
优选的是，当电池模块温度值高于第二温度阈值时，通过控制无人机散热风扇的转向，使散热风扇产生的散热气流的流向由电池仓经过发热源流向出风口；和/或，根据电池模块温度值的高低，控制无人机散热风扇的转速，以调节散热气流的大小。
优选的是，当电池模块温度值低于第三温度阈值，向无人机的操作端发送电池低温异常警报；和/或，当电池模块温度值高于第四温度阈值，向无人机的操作端发送电池高温异常警报。
优选的是，当电池模块温度值低于第三温度阈值，将处于未起飞状况的无人机设置为限制起飞状态，和/或，将处于飞行状态的无人机设置为降落或返航状态。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种无人机电池的温度控制系统、控制方法及其无人机；本发明在实时监测无人机电池模块温度的基础上，以无人机自身发热元件作为热源，在无人机电池温度过低时通过控制散热气流的流向对电池模块进行加热，使其升温到适宜的工作状态；在电池模块温度过高时则通过控制散热气流的流向与气流大小来加大散热；并且，本发明还在电池模块温度过高和过低时设置了异常报警、限飞等保护措施，可以有效避免因工作温度异常给电池本身的放电及寿命带来不利影响，以及因供电异常引发无人机坠机等事故。
附图说明
图1为本发明所述具有电池温度控制功能的无人机结构示意图；
图2为本发明所述电池温度控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明做进一步描述。
本发明提供的一种具有电池温度控制功能的无人机，及其电池的温度控制系统与方法。
图1是所述具有电池温度控制功能的无人机结构示意图。该无人机包括机体1、电池模块2、发热源3、散热风扇4；其中，所述电池模块2插入所述机体1的电池仓；所述散热风扇4设置在电池仓与发热源3之间，并且所述电池仓在与散热风扇4相邻的位置上设有通风格栅5；发热源3的一侧设置所述散热风扇4，且发热源另一侧的机体处设有出风口6；所述发热源3是无人机的图形编码芯片和/或数传芯片，以上芯片由于飞行摄像过程中进行复杂运算或者进行高功率信号收发，因此会产生较大热量，发热源3可以自带散热翅片等结构。
该无人机还包括电池温度控制系统7。所述电池温度控制系统7用于实时监测无人机工作状态下电池模块温度，并且根据监测的电池模块温度值控制无人机内部散热气流的流向和气流大小，在电池模块温度值较低时利用无人机散热气流对电池模块进行加热，在电池模块温度值较高时加大电池仓的散热气流。
如图2所示，所述电池温度控制系统7具体包括以下单元：
电池模块温度检测单元701，用于检测无人机电池模块的温度，输出电池模块温度值；该单元设置在电池仓内，或者设置在电池模块之上，通过温度传感获得电池模块的温度。
散热气流调节单元702，根据所述电池模块温度检测单元701输出的电池模块温度值，设置无人机散热风扇的风扇转向参数和/或转速参数；风扇转向参数决定散热风扇正转还是反转，从而决定了散热风扇引起的散热气流的方向；转速参数决定了散热风扇转动速度，从而决定了散热风扇引起的散热气流的气流大小。具体来说，散热气流调节单元702如下设置转向参数和/或转速参数：(1)当电池模块温度检测单元701输出的电池模块温度值低于第一温度阈值时，所述散热气流调节单元702通过设置无人机散热风扇的转向参数，使散热风扇产生的散热气流的流向由无人机机体的发热源3流向电池仓；低于第一温度阈值表示电池模块当前温度较低，但仍然可以正常工作，然而如果继续降低存在引起放电异常或者被错误切断供电的风险，此时使散热气流携带发热源3产生的热量流向电池仓，并透过通风格栅5加热电池模块2，使电池模块2的温度回升到正常范围。(2)当电池模块温度检测单元701输出的电池模块温度值高于第二温度阈值时，表明电池模块当前温度较高，但仍然可以正常工作，然而如果长时间保持高于该第二温度阈值的温度对电池寿命有不利影响，此时，所述散热气流调节单元702设置无人机散热风扇的转向参数，使散热风扇产生的散热气流的流向由电池仓经过发热源3流向出风口6；这样，发热源3产生的热量不会传入电池仓，同时，散热气流还能够带走一部分电池仓中的热量，有利于电池模块温度的回落；所述散热气流调节单元702还根据电池模块温度值的高低，设置无人机散热风扇的转速参数，以调节散热气流的大小，电池模块的温度值越高，则设置无人机散热风扇的转速参数越大，可以加大散热气流从电池仓携带走的热量。
散热风扇驱动器703根据所述散热气流调节单元702设置的所述风扇转向参数和转速参数，向散热风扇4输出驱动信号，控制所述散热风扇的转向和转速，从而调节散热风扇产生的散热气流的流向和气流大小。
所述温度控制系统7还包括：电池温度异常警报发送单元704，当电池模块温度检测单元701输出的电池模块温度值低于第三温度阈值，所述电池温度异常警报发送单元704向无人机的操作端发送电池低温异常警报。其中第三温度阈值低于第一温度阈值，电池模块温度低于第三温度阈值表明电池已经处在其工作的低温极限状态，随时可能发生放电异常或者强制断电，因此，此时电池温度异常警报发送单元704会立即向操作端回传电池低温异常警报，使操作端提醒用户。当电池模块温度检测单元701输出的电池模块温度值高于第四温度阈值，所述电池温度异常警报发送单元704向无人机的操作端发送电池高温异常警报。第四温度阈值高于第二温度阈值，如果电池模块继续工作在第四温度阈值以上的温度，会对电池寿命产生比较大的缩短，因此，电池温度异常警报发送单元704会立即向操作端回传电池高温异常警报，使操作端提醒用户。
所述温度控制系统还包括：飞行限制单元705，当电池模块温度检测单元701输出的电池模块温度值低于第三温度阈值，所述飞行限制单元705将处于未起飞状况的无人机设置为限制起飞状态，和/或，将处于飞行状态的无人机设置为降落或返航状态。由于低于第三温度阈值表明电池已经处在其工作的低温极限状态，随时可能发生放电异常或者强制断电，因此，此时无人机应该避免起飞，或者尽快结束自身正在进行的飞行状态，故而，通过飞行限制单元705对无人机当前允许的飞行状态进行限制，可以避免发生坠机事故。
本发明进而提供了一种无人机电池的温度控制方法，包括以下步骤：
步骤1，检测无人机电池模块的温度，输出电池模块温度值；
步骤2，根据检测获得的电池模块温度值，控制无人机散热风扇的转向和转速，从而调节散热风扇产生的散热气流的流向和气流大小。其中，当电池模块温度值低于第一温度阈值时，通过控制无人机散热风扇的转向，使散热风扇产生的散热气流的流向由无人机机体的发热源流向电池仓。当电池模块温度值高于第二温度阈值时，通过控制无人机散热风扇的转向，使散热风扇产生的散热气流的流向由电池仓经过发热源流向出风口；和/或，根据电池模块温度值的高低，控制无人机散热风扇的转速，以调节散热气流的大小。
步骤3，当电池模块温度值低于第三温度阈值，向无人机的操作端发送电池低温异常警报；和/或，当电池模块温度值高于第四温度阈值，向无人机的操作端发送电池高温异常警报。
步骤4，当电池模块温度值低于第三温度阈值，将处于未起飞状况的无人机设置为限制起飞状态，和/或，将处于飞行状态的无人机设置为降落或返航状态。
可见，本发明提供了一种无人机电池的温度控制系统、控制方法及其无人机；本发明在实时监测无人机电池模块温度的基础上，以无人机自身发热元件作为热源，在无人机电池温度过低时通过控制散热气流的流向对电池模块进行加热，使其升温到适宜的工作状态；在电池模块温度过高时则通过控制散热气流的流向与气流大小来加大散热；并且，本发明还在电池模块温度过高和过低时设置了异常报警、限飞等保护措施，可以有效避免因工作温度异常给电池本身的放电及寿命带来不利影响，以及因供电异常引发无人机坠机等事故。
这里必须指出的是，本发明给出的其他未说明的结构因为都是本领域的公知结构，根据本发明所述的名称或功能，本领域技术人员就能够找到相关记载的文献，因此未做进一步说明。本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (10)
1.一种无人机电池的温度控制系统，其特征在于，包括：
电池模块温度检测单元，用于检测无人机电池模块的温度，输出电池模块温度值；
散热气流调节单元，根据所述电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值，设置无人机散热风扇的风扇转向参数和/或转速参数；
散热风扇驱动器，根据所述散热气流调节单元设置的所述风扇转向参数和转速参数，向散热风扇输出驱动信号，控制所述散热风扇的转向和转速，从而调节散热风扇产生的散热气流的流向和气流大小。
2.根据权利要求1所述的无人机电池的温度控制系统，其特征在于，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值低于第一温度阈值时，所述散热气流调节单元设置无人机散热风扇的转向参数，使散热风扇产生的散热气流的流向由无人机机体的发热源流向电池仓。
3.根据权利要求1所述的无人机电池的温度控制系统，其特征在于，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值高于第二温度阈值时，所述散热气流调节单元设置无人机散热风扇的转向参数，使散热风扇产生的散热气流的流向由电池仓经过发热源流向出风口；和/或，所述散热气流调节单元根据电池模块温度值的高低，设置无人机散热风扇的转速参数，以调节散热气流的大小。
4.根据权利要求1所述的无人机电池的温度控制系统，其特征在于，所述温度控制系统还包括：电池温度异常警报发送单元，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值低于第三温度阈值，所述电池温度异常警报发送单元向无人机的操作端发送电池低温异常警报；和/或，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值高于第四温度阈值，所述电池温度异常警报发送单元向无人机的操作端发送电池高温异常警报。
5.根据权利要求1所述的无人机电池的温度控制系统，其特征在于，所述温度控制系统还包括：飞行限制单元，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值低于第三温度阈值，所述飞行限制单元将处于未起飞状况的无人机设置为限制起飞状态，和/或，将处于飞行状态的无人机设置为降落或返航状态。
6.一种具有电池温度控制功能的无人机，该无人机包括机体、电池模块、发热源、散热风扇；其中，所述电池模块插入所述机体的电池仓；所述散热风扇设置在电池仓与发热源之间，并且所述电池仓在与散热风扇相邻的位置上设有通风格栅；发热源的一侧设置所述散热风扇，且发热源另一侧的机体处设有出风口；
该无人机还包括电池温度控制系统，所述电池温度控制系统用于实时监测无人机工作状态下电池模块温度，并且根据监测的电池模块温度值控制无人机内部散热气流的流向和气流大小，在电池模块温度值较低时利用无人机散热气流对电池模块进行加热，在电池模块温度值较高时加大电池仓的散热气流。
7.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述电池温度控制系统具体包括：
电池模块温度检测单元，用于检测无人机电池模块的温度，输出电池模块温度值；
散热气流调节单元，根据所述电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值，设置无人机散热风扇的风扇转向参数和/或转速参数；
散热风扇驱动器，根据所述散热气流调节单元设置的所述风扇转向参数和转速参数，向散热风扇输出驱动信号，控制所述散热风扇的转向和转速，从而调节散热风扇产生的散热气流的流向和气流大小。
8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述温度控制系统还包括：电池温度异常警报发送单元，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值低于第三温度阈值，所述电池温度异常警报发送单元向无人机的操作端发送电池低温异常警报；和/或，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值高于第四温度阈值，所述电池温度异常警报发送单元向无人机的操作端发送电池高温异常警报。
9.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述温度控制系统还包括：飞行限制单元，当电池模块温度检测单元输出的电池模块温度值低于第三温度阈值，所述飞行限制单元将处于未起飞状况的无人机设置为限制起飞状态，和/或，将处于飞行状态的无人机设置为降落或返航状态。
10.一种无人机电池的温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，检测无人机电池模块的温度，输出电池模块温度值；
步骤2，根据检测获得的电池模块温度值，控制无人机散热风扇的转向和转速，从而调节散热风扇产生的散热气流的流向和气流大小。
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