CN110015149A - 一种无人机电池管理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于民用无人机技术领域，提供了一种无人机电池管理方法及系统，其中方法包括：检测无人机运行数据，所述无人机运行数据包括所述无人机的电池组运行数据；从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据；根据电池单体的电池运行数据，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电。本发明通过设置电池组中的每个电池单体对应的电池标识，以实现无人机电池中每个电池的分别管理和系统控制，有效提升整个电池组的工作效率，提高无人机电源在使用时的续航能力和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于民用无人机领域，尤其涉及一种无人机电池管理方法及系统。
背景技术
无人机在飞行过程中的电源为电池组供给，各个性能不同的电池组在给无人机供电的时间长短也是由几分钟到几十分钟不等。良好的电池组性能可以为无人机的飞行或拍照等其他功能带来很好的保障，同时电池组的续航能力也是制约无人机功能的一个很大的因素。
现有技术通常通过构建电池管理系统来控制无人机电池组的运行，一般包括中央处理模块、平衡充电模块、mos开关电路模块，自放电管理模块等。但是一个无人机在配备一组电池的情况下，电池组中所包含的各个电池的电池运行状态，即电量，充放电速度等是参差不齐的，因此对所有的电池进行一样的处理会降低电池组中每个电池的工作效率，进而不能保证无人机的电量续航能力。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种无人机电池管理方法及系统，以解决现有的无人机电池管理中，电池组中的电池单体由于电量等参数参差不齐导致的电池组续航时间短的问题。
第一方面，本实施例提供了一种无人机电池管理方法，该方法包括：
检测无人机运行数据，所述无人机运行数据包括所述无人机的电池组运行数据；
从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据；
根据所述电池单体的电池运行数据，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电。
第二方面，本发明实施例提供了一种无人机电池管理系统，该系统包括：
检测单元，用于检测无人机运行数据，所述无人机运行数据包括所述无人机的电池组运行数据；
数据单元，用于从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据；
控制单元，用于根据所述电池单体的电池运行数据，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电。
第三方面，本发明实施例提供了一种终端设备，包括：包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行上述第一方面的方法。
本发明实施例通过检测无人机运行数据，所述无人机运行数据包括所述无人机的电池组运行数据；从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据；根据电池单体的电池运行数据，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电。通过设置电池组中的每个电池单体对应的电池标识，以实现无人机电池中每个电池的分别管理和系统控制，有效提升整个电池组的工作效率，提高无人机电源在使用时的续航能力和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种无人机电池管理方法的流程图；
图2是本发明另一实施例提供的一种无人机电池管理方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种无人机电池管理系统的示意图；
图4是本发明另一实施例提供的一种无人机电池管理系统的示意图；
图5是本发明再一实施例提供的一种无人机电池管理系统的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参见图1，图1是本发明实施例提供的一种无人机电池管理方法的流程图。本实施例中无人机电池管理方法的执行主体为终端设备，终端设备可以为装载在无人机机体内的微控制器，还可以为手机、平板电脑、遥控器等终端设备，此处不做限制。如图1所示的无人机电池管理方法可以包括以下步骤：
S101：检测无人机运行数据，所述无人机运行数据包括所述无人机的电池组运行数据。
无人机在运行中采用空气动力为飞行器提供所需的升力，能够自动飞行或远程引导，利用无线遥控或程序控制来执行特定航空任务。以旋翼类无人机为例，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，各个旋翼都处于同一高度平面，且各个旋翼的结构和半径都相同，每个旋翼都有对应的电机，各个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。通过调节每个电机的转速来改变旋翼的转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。可见在无人机的运行过程中，其运行数据主要包括：当前的飞行高度、飞行速度、俯仰角、滚转角、偏航角，其中还包括无人机的电池组运行数据。通过传感器检测无人机的运行数据，其中，传感器主要包括：高度、速度类传感器和姿态类传感器。
进一步的，无人机的飞行模式包括很多种，例如P模式(GPS模式)，通过GPS来进行自动增稳、悬停、返航等标准操作，也是最常用的一种模式，属于常规默认的飞行模式。无人机根据GPS定位信息的高度和经纬度，来分配不同电压调节各桨转速达到定点悬停的目的。除此之外，还有A模式(姿态模式)、F模式(智能模式)以及S模式(运动模式)等飞行模式。这些模式在无人机飞行时的速度、姿态、定位感知或障碍物感知等情况都是各部相同的，因此，在不同飞行模式下的无人机的运行数据不同。
在无人机的操作和运行过程中，无人机之所以能够在空中自主飞行，除了有电机、电调、飞控之外，还需要动力源作为重要的能耗支撑。在无人机领域中，动力能源分很多种，如汽油，柴油、航空煤油、甲醇、电能等能源。在民用无人机领域中，以电能作为最便捷和安全的能源供应，以电池组供应无人机运行的动力源最为常见。以锂聚合电池为例，它具有重量轻、容量大、放电电流大(倍率高)等优势，已迅速成为机器人、模型等方面使用的主流动力源。
优选的，由于无人机在不同姿态或模式的情况下，对应的运行数据也会有很大的变化。优选的，可以获取不同飞行模式下无人机的运行数据，以对无人机的飞行状态进行全面的监控，并从无人机的运行数据中得到无人机电池组的运行数据。
通过对电池组进行实时监控和数据采集，获得无人机的电池组数据，可选的，电池组数据的检测方式有：检测电池组总电压和单体电池电压、监控电池组的温度、电流测量、实时计算电池组的荷电状态(State of Charge,SOC)，以及电池组可提供的瞬时充放电功率或者电流等。
可选的，无人机的运行数据集的数据类型分为：定性数据与定量数据。定性数据主要包括：飞行状态及任务设备状态、故障类别名称及飞行时间(时、分、秒)等。对这些状态开关量，按照人们常规习惯，采用字符串直接显示，并通过字符串颜色的变化表示状态的改变，从而显示在终端设备上。定量数据主要包括：飞机姿态、位置、速度、发动机参数、机载设备参数、导航参数等。
S102：从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据。
无人机中的电池组由电池单体组成，可选的电池组中的电池单体数量可以为两个或多个，且该电池组包括适当的分装材料、连接器，用于连接各个电池单体的电芯等构件来组成整个电池组系统。优选的，该电池组也可以包含电子控制装置，用于直接控制电池组中电池单体的充电或放电。
可选的，电池单体按照其功能构成主要由两部分，分别是电芯和保护板脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,PCM)。其中，保护板可以由保护芯片(或管理芯片)、金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor,MOS)、电阻、电容和印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)等构成；电芯相当于电池单体的心脏，主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜和外壳构成。
通过监测电池组的运行数据，从电池组的运行数据中获取的电池单体的电池运行数据。
可选的，电池单体的运行数据主要包括：该电池单体的当前电压、额定电压(V)、电流、温度等，这些参数可用于判定电池的剩余电量、故障保护等。其中，在监测电池单体的电压时，可以采用光电继电器法、机械继电器法隔离检测、差分放大器法隔离检测、电压分压法隔离检测等方法。
在本实施例中，电池组中的每个电池单体都有一个相应的标识用于关联或区别每个电池单体的数据或运行。
可选的，电池标识可以为电池的编号、ID等，用于对电池组中的电池单体进行标识或编号，使终端可以通过该电池标识管理与其关联的电池单体的运行。
优选的，一个电池标识与一个电池单体的电池运行数据相关联，通过一个电池标识将一组电池运行数据中的多个变量联合显示在一起，通过采集和分析与电池标识关联的电池单体的运行情况，进而对电池单体进行分别管理和控制。
通过从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据，从而得到电池组中每个电池单体的电池参数，电池管理系统中所有算法及控制手段都是以采集到的电池参数为基础的，数据的精确和实时可以为之后的控制做可靠的保障。
S103：根据所述电池单体的电池运行数据，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电。
在日常使用中，由于锂离子电池的制作工艺限制，以及使用过程中温度、放电率等对电池的影响，电池组中各个电池单体之间存在电压、内阻和容量等差异，而且电池组经过多次循环之后差异会变得更加明显，导致电池组的使用寿命比单体平均寿命短很多。同时对锂离子电池而言，由于其对充放电要求很高，当过充、过放、过流及短路等情况发生时，锂离子电池内热量大量增加，容易发生火花、燃烧甚至爆炸。尤其是在无人机用电池组的情况下，较高的功率需求更会加大锂离子电池组的使用过程的危险发生概率。为确保安全性和稳定性，必须实时监测和采集电池组的工况数据，优选的，通过实时采集每个标识对应的电池单体的工况数据，对每个电池单体进行控制。
可选的，采取电池组均衡措施平衡电池组中每个电池单体的充电、放电。通过反激转换器由锂离子电池组整体向单体电池进行补充或由单体电池向电池组进行补充，该转换可以在某电池电压高于阈值时将其能量转换到电池组，也可以在某电池电压低于阈值时从电池组转换到该电池通过将电池组中电压较高的电池释放一部分能量，给单体电池并联一个功率电阻和一个开关进行分流，将电池组中电压高的单体电池多余的能量释放，使其与其他电池保持一致；或者也可以通过电容或电感把能量从电压高的电池转移到电压低的电池，使电池单体之间或电池单体与整个电池组之间进行能量转移，使用储能元件转移能量使电池组电压保持一致。
进一步的，在所述电池组放电时，若所述电池单体的电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在放电范围内，按照所述电芯电压由高到低顺序依次放电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值；在所述电池组充电时，若所述电池单体的所述电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在充电范围内时，按照所述电芯电压由低到高顺序依次充电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值。
上述方案，通过检测无人机运行数据，无人机运行数据包括无人机的电池组运行数据；从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据；根据电池单体的电池运行数据，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电。本发明实施例通过设置电池组中的每个电池单体对应的电池标识，以实现无人机电池中每个电池的分别管理和系统控制，有效提升整个电池组的工作效率，提高无人机电源在使用时的续航能力和可靠性。
参见图2，图2是本发明另一实施例提供的一种无人机电池管理方法的流程图，该实施例是在图1实施例基础上进行的细化，相对于图1所述实施例，本实施例提供的一种无人机电池管理方法中S103包含S2031至S2034。本实施例中无人机电池管理方法的执行主体为终端设备可以为装载在无人机机体内的微控制器，还可以为手机、平板电脑、遥控器等终端设备，此处不做限制。如图1所示的无人机电池管理方法可以包括：
S201：检测无人机运行数据，所述无人机运行数据包括所述无人机的电池组运行数据。
需要说明的是，本实施例中的S201与第一实施例的S101相同，具体请参阅第一实施例中S101的具体描述，此处不赘述。
S202：从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据。
无人机中的电池组由两个或多个电池单体组成，电池组中的电池单体可以通过串联或并联的方式连接在一起，其中，串联电池组要保证电池组中的每个电池单体的容量差较小，串联电池组可以提供较高的电压；并联的电池组要求每个电池电压相同，输出的电压等于一个电池的电压，并联电池组能提供更强的电流。
优选的，因为锂聚合电池比相比于镉、氢电池的重量较轻，它在许多电器中被使用，例如移动电话、笔记本电脑、掌上电脑以及助听器等。因此，在组成无人机电池组的电池单体选用锂聚合电池，锂聚合电池类似于锂离子电池，他们在充满电之后的电压都是3.6V，但不同之处是锂聚合电池没有坚硬的金属外壳，它被封装在一个柔软的金属外套内。可选的，锂聚合电池可以做成长方体，带有两个标记，一个是“正”；一个是“负”，便于安装进飞机的电池槽中。在无人机中装载较轻的电池组会给无人机的飞行减去很多负担，并能节约无人机在运行时的电量消耗，延长飞机的飞行时间。
电池标识用于区分电池组中不同的电池单体，并对检测到的电池单体的运行数据进行相对应的关联操作。可选的，电池标识为每个电池单体各自的出厂序列号，因为电池的出厂序列号各不相同，一个出厂序列号仅仅只对应一个电池单体，所以用出厂序列号作为标识符来区分不同的电池单体，并将采集的电池单体的数据进行与电池标识对应的存取等操作。
可选的，与电池标识关联的电池单体的剩余电量是反映电池单体性能的重要参数，也是控制单元控制电池单体进行充电、放电的判断依据。剩余电量的准确估算可以保护电池，防止过充、过放的发生，既可以延长电池的使用寿命，又可以准确把握电池单体的充放电时长，以便于用户做出合理的时间安排。
可选的，通过开路电压法来检测与电池标识关联的电池单体的剩余电量，根据电池的特性得知，在电池容量与开路电压之间存在一定的函数关系，当得知开路电压时，可以初步估算电池的剩余电量。
可选的，通过内阻法来检测与电池标识关联的电池单体的剩余电量。通过计算电池内阻和剩余电量的对应关系，来判定系统的剩余电量。
可选的，通过库仑积分法来检测与电池标识关联的电池单体的剩余电量。通过计算锂离子电池组充入和放出的电量，再与电池的额定电量比较，从而得出当前的剩余电量。
可选的，通过卡尔曼滤波法来检测与电池标识关联的电池单体的剩余电量。采用卡尔曼滤波算法，综合考虑电池组循环变化、电池老化、温度等影响，进而得到精准的剩余电量。
优选的，通过混合法来检测与电池标识关联的电池单体的剩余电量。通过内阻法/开路电压法与库仑积分法相结合的方式，通过开路电压法/内阻法的定期校正，使用库仑积分法得到精准的剩余电量。
通过检测电池组中每个电池单体的运行数据，并与其唯一对应的电池标识关联，用于之后分别对每个电池标识关联的电池单体进行管理。
S203：根据所述电池单体的电池运行数据，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电。
在电池组的使用过程中，电池单体之间的差异时刻存在，例如，每个电池单体的电池容量的差异性永远都不会消失，且在逐步恶化。当电池组中流过同样电流，相对而言，电池容量大的电池单体总是处于小电流、浅充浅放，这种情况下电池单体的趋于容量衰减缓慢，寿命得到延长；而电池容量较小的总是处于大电流过充过放的状态中，电池的趋于容量衰减加快，长期下去便会缩短电池的寿命。所以，当电池组中的电池单体容量差距越来越大时，两者之间的性能参数差异也越来越大，形成正反馈特性，小容量电池单体提前失效，进而电池组的寿命被缩短。
进一步的，步骤S203还可以包括以下步骤：
S2031：在所述电池组放电时，若所述电池单体的电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在放电范围内，按照所述电芯电压由高到低顺序依次放电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值。
当无人机在运行时，电池组中电池单体放电，每个电池标识关联的电池单体的电压值都在降低，但是根据各个电池单体之间的性能不同，电池单体放电的效率也不相同。因此，电池单体之间的电芯电压降低的速度不同，不同标识关联的电池单体的电芯电压之间便会产生一定的极差。
优选的，为了保证电池组中电池单体的性能一致，选择型号相同的若干电池单体构成电池组。设电池组中有N个电池单体，每个电池单体的额定电压为U，即为电池单体充电到最大时的电芯电压值。为了更好的保证每个电池单体的性能，并尽可能地降低电池单体在运行之后的性能降低速度，设定电池单体的放电范围为电芯电压范围在0.8U～U，在此范围之内电池单体可以放电。无人机在飞行状态时，当某电池单体的电芯电压值小于0.8U，且电池组中存在电芯电压范围在0.8U～U的电池单体，则该电池单体停止放电，处于休眠状态；而当该电池单体的电芯电压值小于0.8U，电池组中不存在任何电芯电压范围在0.8U～U的电池单体，且无人机仍处于飞行状态时，电池组触发休眠状态中的电池单体进行放电，以给运行中的无人机能源供应，保证无人机的飞行安全。
优选的，设检测到的电池单体中，电芯电压值在放电范围内的电池单体数量为n，则阈值为[n/(N-n)]/U，若所述电池单体的电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在放电范围内，按照所述电芯电压由高到低顺序依次放电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值。
例如，锂聚合电池充满电时的电压为4.2伏(V)，放完电的电压是3.0V。由此，充电不超过4.2V，放电不超过3.0V非常重要，超限度充放电会损坏电池。控制放电下限的方法是设定放电速度控制(Electric Speed Control,ESC)的低压关断(Low Voltage Shutdown,LVC)。使用可编程ESC控制低压关断保护电池非常重要，使用ESC的程序模式设定LVC到每个电池3.0V硬关断或3.3V软关断。假如ESC没有硬或软关断的话，可以设定到每个电池3.36V关断，即该电池单体的当前电芯电压小于3.36V时停止放电。当无人机飞行很长时间之后，也就是LVC起作用，无人机动力突然下降时，可以开启ESC的自动模式，将自动诊测电池的个数和设置关断电压。
S2032：在所述电池组充电时，若所述电池单体的所述电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在充电范围内时，按照所述电芯电压由低到高顺序依次充电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值。
优选的，为了保证电池组中电池单体的性能一致，选择型号相同的若干电池单体构成电池组。设电池组中有N个电池单体，每个电池单体的最低电压为W，即为电池单体的放完电时的电芯电压值。为了更好的保证每个电池单体的性能，并尽可能地降低电池单体在运行之后的性能降低速度，设定电池单体的放电范围为电芯电压范围在W～1.2W，在此范围之内电池单体可以进行充电。
优选的，设检测到的电池单体中，电芯电压值在充电范围内的电池单体数量为m，则阈值为[m/(N-m)]/W，若所述电池单体的所述电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在充电范围内时，按照所述电芯电压由低到高顺序依次充电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值。
本实施例在设定阈值用于控制电池单体的充放电时，将电池组中在充电范围或放电范围的电池单体数目考虑进阈值的设定中，判断与唯一标识所关联的电池单体是否适合进行充电或放电，对整个电池组的充电或放电状态进行了综合考虑和协同控制。在不影响无人机工作的前提下，不仅保证了电池组的工作效率，而且基于每个电池标识，对与其关联的电池单体进行了单一的管理，提升了电池单体的工作效率和使用寿命。
S2033：在所述电池运行数据异常时，切断所述电池单体的保护电路；所述保护电路负责开启或关闭每个所述电池单体的输出。
在日常生活中，使用锂离子电池组成的电池组时，必须提供电池组故障保护，以防过热或过充引起火灾或爆炸。
优选的，本实施例中的无人机电池管理方法可分为一级保护和二级保护。一级保护检测电池组的电流、电压和温度及剩余电量，判断电池组是否发生了过充、过放、过温、过流和短路等不安全状态，并适时关闭电池组，以避免对电池组造成损坏。二级保护可以在一级保护失效的情况下提供后备保护，熔断保险丝，永久关闭电池组，防止电池在不安全状况下继续充放电。
例如，锂离子电池的电压最能体现电池的性能状态，既可以用于过充、过放等故障保护，也可以用于初步估计锂离子电池的剩余电量。系统电流可用于判断是否出现过放或过流，还可以通过对电流与时间的积分，估计电池的剩余电量等。系统温度主要用于防止电池组温度过高，发生安全事故，并对剩余容量计算进行补偿。
优选的，通过电池管理系统(Battery management system,BMS)有强大的电池系统自检功能，BMS通过对电压、温度、SOC等部件进行检测，主机控制器会时时检测电池各种状态，如果电池电压不足，控制器会自动返回到遥控器的地点，使系统上电后保证系统自身的工作正常。
S2034：根据所述无人机运行数据和每个所述电池运行数据，以及当前所述无人机的飞行环境，计算所述无人机续航时间；根据所述无人机飞行续航时间，计算续航里程；将所述续航时间和/或所述续航里程传输至显示终端。
无人机在运行时有多种模式，其中每种模式对电量或电压的使用或需求各不相同。例如，P模式(GPS模式)是无人机飞行中最常用的一种模式，根据GPS定位信息的高度和经纬度，来分配不同电压调节各桨转速，通过GPS来进行自动增稳、悬停、返航等标准操作。F模式(智能模式)中的航向锁定功能，通过确定一个飞行坐标系，X轴正方向为水平向右，Y轴正方向为水平向前，当飞行器处于航向锁定状态时，无论机头朝向是哪边，飞行器对遥控信号的响应如下：控制飞行器向右飞行时，飞行方向与X轴正方向一致；控制飞行器向前飞行时，飞行方向与Y轴正方向一致。因此，航向锁定又称为无机头模式。航向锁定功能，航向锁定后，机器飞行的方向不会因为机头的改变而改变。S模式(运动模式)是P模式下的一个加速模式，通过GPS模块和障碍感知系统来实现精准悬停、指点飞行、智能跟随与高级模式等功能以外，在飞行器操控感度上加以调整，提升最大飞行速度，最大可达20m/s，因此，无人机在高度飞行时的耗电量相对于P模式和F模式都较大，相对应的电池中电池单体的放电速度就会很快。因此在相同初始电量的情况下，同样性能的无人机在不同的飞行模式下电池组放电的最大时间是不相同的。
优选的，通过确定或参考不同飞行模式下的无人机飞行功耗，根据其当前的电量，计算所述无人机续航时间。在不同的飞行环境下，无人机在飞行时所收到的阻力是不相同的，而克服阻力做功需要消耗一定的电量。因此，为了更加精确的估算出无人机通过某种飞行模式在某种环境状况下的飞行时间，考虑进当前环境的气压P、风速F、降雨量R，设无人机在当前飞行模式下的单位电量消耗为C1，当前电池组总剩余能量为E1，考虑进电池单体的放电额度为eE，则无人机续航时间为：t1＝e·E1/C1-a·P·F·R，其中a为参数调节系数。
通过计算出来的无人机续航时间计算续航里程，设当前模式下，无人机的飞行速度为v1，则该模式下对应的续航里程为：S1＝t1·v1。
进一步的，无人机在飞行过程中不可能一直采用同一种模式飞行，当其转换飞行模式时，对应的单位电量消耗C会发生转变，例如，无人机在第一种飞行模式下的单位电量消耗为C1，当前电池组总剩余能量为E1，在第二种，飞行模式下的单位电量消耗为C2，当前电池组总剩余能量为E2，在第一种飞行模式转换为第二种飞行模式之后，无人机续航时间为：t2＝e·E2/C2-a·P·F·R，则该模式下对应的续航里程为：S2＝t2·v2。
因此，在整个飞行过程中，无人机在飞行时转换不同模式之后，总续航时间为：则该模式下对应的续航里程为：
根据所述无人机飞行续航时间，计算续航里程，将所述续航时间和/或所述续航里程传输至显示终端，将所述续航时间和/或所述续航里程传输至显示终端。
上述方案，检测无人机运行数据，所述无人机运行数据包括所述无人机的电池组运行数据；从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据；根据电池单体的电池运行数据，在所述电池组放电时，若所述电池单体的电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在放电范围内，按照所述电芯电压由高到低顺序依次放电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值；在所述电池组充电时，若所述电池单体的所述电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在充电范围内时，按照所述电芯电压由低到高顺序依次充电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值。通过协同控制每个所述电池单体进行充电或放电，保证了电池组中的电池单体在工作时的电量均衡。并在所述电池单体运行数据异常时，切断所述电池的保护电路；根据所述无人机运行数据和每个所述电池运行数据，以及当前所述无人机的飞行环境，计算所述无人机续航时间；根据所述无人机飞行续航时间，计算续航里程；将所述续航时间和所述续航里程传输至显示终端。实现无人机电池中每个电池的分别管理和系统控制，有效提升整个电池组的工作效率，提高无人机电源在使用时的续航能力和可靠性。
参见图3，图3是本发明实施例提供的一种无人机电池管理系统的示意图。本实施例的系统300包括的各单元用于执行图1对应的实施例中的各步骤，具体请参阅图1及图1对应的实施例中的相关描述，此处不赘述。本实施例的系统300包括检测单元301、数据单元302及控制单元303。
检测单元301用于检测无人机运行数据，所述无人机运行数据包括所述无人机的电池组运行数据。
数据单元302用于用于从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据。
控制单元303用于用于根据所述电池单体的电池运行数据，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电。
上述方案，通过检测无人机运行数据，所述无人机运行数据包括所述无人机的电池组运行数据；从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据；根据电池单体的电池运行数据，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电。本发明实施例通过设置电池组中的每个电池单体对应的电池标识，以实现无人机电池中每个电池的分别管理和系统控制，有效提升整个电池组的工作效率，提高无人机电源在使用时的续航能力和可靠性。
参见图4，图4是本发明实施例提供的一种无人机电池管理系统的示意图。本实施例的系统400包括的各单元用于执行图2对应的实施例中的各步骤，具体请参阅图1及图1对应的实施例中的相关描述，此处不赘述。本实施例的系统400包括检测单元401、数据单元402及控制单元403，其中，控制单元403包括放电控制单元4031、充电控制单元4032、预警单元4033。
检测单元401用于检测无人机运行数据，所述无人机运行数据包括所述无人机的电池组运行数据。
数据单元402用于用于从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据。
控制单元403用于用于根据所述电池单体的电池运行数据，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电。
具体的，控制单元403中的放电控制单元4031具体用于在所述电池组放电时，当所述电池单体的所述电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在放电范围内时，按照所述电芯电压由高到低顺序依次放电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值。
控制单元403中的充电控制单元4032具体用于在所述电池组充电时，当所述电池单体的电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在充电范围内时，按照所述电芯电压由低到高顺序依次充电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值。
控制单元403中的预警单元4033具体用于根据所述无人机运行数据和每个所述电池运行数据，以及当前所述无人机的飞行环境，计算所述无人机续航时间；根据所述无人机飞行续航时间，计算续航里程；将所述续航时间和所述续航里程传输至显示终端。
可选的，控制单元中还包括保护单元，保护单元用于在所述电池单体运行数据异常时，切断所述电池的保护电路；所述保护电路负责开启或关闭每个所述电池单体的输出。
上述方案，检测无人机运行数据，所述无人机运行数据包括所述无人机的电池组运行数据；从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据；根据电池单体的电池运行数据，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电，保证了电池组中的电池单体在工作时的电量均衡。并在所述电池单体运行数据异常时，切断所述电池的保护电路；根据所述无人机运行数据和每个所述电池运行数据，以及当前所述无人机的飞行环境，计算所述无人机续航时间；根据所述无人机飞行续航时间，计算续航里程；将所述续航时间和所述续航里程传输至显示终端。实现无人机电池中每个电池的分别管理和系统控制，有效提升整个电池组的工作效率，提高无人机电源在使用时的续航能力和可靠性。
参见图5，图5是本发明再一实施例提供的一种无人机电池管理系统的示意图。如图5所示的本实施例中的无人机电池管理系统500可以包括：处理器501、存储器502以及存储在存储器502中并可在处理器501上运行的计算机程序503，例如控制电池单体运行的程序。处理器501执行计算机程序503时实现上述无人机电池管理方法实施例中的步骤。例如图1所示的S101至S103。或者，处理器501执行计算机程序503时实现上述各系统实施例中各单元的功能，例如图3所述的单元301至303。
示例性的，计算机程序503可以被分割成一个或多个单元，所述一个或者多个单元被存储在所述存储器502中，并由所述处理器501执行，以完成本发明。所述一个或多个单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序503在无人机电池管理系统500中的执行过程。例如，所述计算机程序503可以被分割成检测单元、数据单元、控制单元，各单元具体功能如下：
检测单元用于检测无人机运行数据，所述无人机运行数据包括所述无人机的电池组运行数据。
数据单元用于用于从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据。
控制单元用于用于根据电池单体的电池运行数据，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电。
进一步的，控制单元还包括放电控制单元、充电控制单元、预警单元。
放电控制单元用于在所述电池组放电时，当所述电池单体的所述电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在放电范围内时，按照所述电芯电压由高到低顺序依次放电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值
充电控制单元用于在所述电池组充电时，当所述电池单体的电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在充电范围内时，按照所述电芯电压由低到高顺序依次充电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值。
可选的，控制单元中还包括保护单元，保护单元用于在所述电池单体运行数据异常时，切断所述电池的保护电路；所述保护电路负责开启或关闭每个所述电池单体的输出。
预警单元用于根据所述无人机运行数据和每个所述电池运行数据，以及当前所述无人机的飞行环境，计算所述无人机续航时间；根据所述无人机飞行续航时间，计算续航里程；将所述续航时间和所述续航里程传输至显示终端。
所述无人机电池管理系统可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述无人机电池管理系统可包括，但不仅限于，处理器501、存储器502。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是无人机电池管理系统500的示例，并不构成对无人机电池管理系统500的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述调节封闭工作环境的装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器501可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器502可以是所述无人机电池管理系统500的内部存储单元，例如无人机电池管理系统500的硬盘或内存。所述存储器502也可以是所述无人机电池管理系统500的外部存储设备，例如所述无人机电池管理系统500上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器502还可以既包括所述无人机电池管理系统500的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器502用于存储所述计算机程序以及所述调节封闭工作环境的装置所需的其他程序和数据。所述存储器502还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无人机电池管理方法，其特征在于，包括：
检测无人机运行数据，所述无人机运行数据包括所述无人机的电池组运行数据；
从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据；
根据所述电池单体的电池运行数据，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述电池运行数据包括以下至少一项：每个所述电池单体的剩余电量、电芯电压、放电范围和充电范围。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电，包括：
在所述电池组放电时，若所述电池单体的电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在放电范围内，按照所述电芯电压由高到低顺序依次放电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值；
在所述电池组充电时，若所述电池单体的所述电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在充电范围内时，按照所述电芯电压由低到高顺序依次充电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在所述电池运行数据异常时，切断所述电池单体的保护电路；所述保护电路负责开启或关闭每个所述电池单体的输出。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述无人机运行数据和每个所述电池运行数据，以及当前所述无人机的飞行环境，计算所述无人机续航时间；
根据所述无人机飞行续航时间，计算续航里程；
将所述续航时间和/或所述续航里程传输至显示终端。
6.一种无人机电池管理系统，其特征在于，包括：
检测单元，用于检测无人机运行数据，所述无人机运行数据包括所述无人机的电池组运行数据；
数据单元，用于从所述电池组运行数据中获取与每个电池标识关联的电池单体的电池运行数据；
控制单元，用于根据所述电池单体的电池运行数据，协同控制每个所述电池单体进行充电或放电。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制单元包括：
放电控制单元，用于在所述电池组放电时，当所述电池单体的所述电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在放电范围内时，按照所述电芯电压由高到低顺序依次放电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值；
充电控制单元，用于在所述电池组充电时，当所述电池单体的电芯电压之间的极差大于设定的阈值，且所述电芯电压最低的所述电池单体与相邻所述电池单体电压均在充电范围内时，按照所述电芯电压由低到高顺序依次充电，直至所述电池单体的所述电芯电压之间的极差小于阈值。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：
预警单元，用于根据所述无人机运行数据和每个所述电池运行数据，以及当前所述无人机的飞行环境，计算所述无人机续航时间；根据所述无人机飞行续航时间，计算续航里程；将所述续航时间和所述续航里程传输至显示终端。
9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
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