CN115395131A - 飞行器动力电池、飞行器及飞行器动力电池集成供电方法 - Google Patents

飞行器动力电池、飞行器及飞行器动力电池集成供电方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种飞行器动力电池、飞行器及飞行器动力电池集成供电方法，涉及无人驾驶航空器的技术领域，每一个分隔仓中容纳有一个电池箱，每一行或每一列分隔仓中的电池箱串联后连接一个电池管理系统BMS模块，形成多个电池通路后并联，然后向飞行器供电，保障了供电可靠性，且实现了电池组与电池管理系统限位集成一体化布置，避免每块电池组分散布局在机舱内导致的工作电流高，连接线束发烫的现象发生，且有利于安装维护，另外，为动力电池配置了冷却底板，保障了散热性能。

Description

飞行器动力电池、飞行器及飞行器动力电池集成供电方法
技术领域
本发明涉及无人驾驶航空器的技术领域，特别是涉及一种飞行器动力电池、飞行器及飞行器动力电池集成供电方法。
背景技术
随着科技的迅速发展，新能源行业得到了国家的大力支持，新能源技术也日趋成熟，新能源技术下的动力电池在无人机领域也得到了广泛运用。无人机小巧的体型限制了其本身重量不能过大，因此，动力电池体积始终存在限制，若是增大电池容积，则耗能也会相对应的增加，且维护不方便，而且动力电池的散热问题也不容忽视。
现有技术中公开了一种应用于无人机上的动力电池，该动力电池包括电池箱、容纳在电池箱内的多个电芯，动力电池还包括热电制冷器和导热件，电芯之间层叠设置，导热件贴附于相邻两个电芯之间，热电制冷器的第一换热面贴附于导热件外露于电芯的同侧端壁，第二换热面配置为能够与电池箱的外界热交换，通过导热件和热电制冷器的布置方式，可利用一个热电制冷器对多个电芯进行散热或加热，但是这种设计在电芯之间均需要进行导热件和热电制冷器的布置，比较复杂，更不便于安装维护。
而且当前，多数的载人无人机的动力电池采用了低电压并联方案，甚至每块电池组分散布局在机舱内，然后在电池组的固定支架或外壳上加装风扇进行散热。具有以下缺陷：(1)电池的工作电流高，导致连接的线束容易发烫，电量利用率低；(2)由于机舱内环境相对比较密封和狭小，电池组的分散布置不便于安装和维护；(3)热量会堆积在机舱内部从而影响到机舱内的其他元器件。
发明内容
为解决当前无人机动力电池散热性能不佳、安装维护不便的问题，本发明提出了一种飞行器动力电池、飞行器及飞行器动力电池集成供电方法，电池组与电池管理系统限位集成一体化布置，且配合散热设计，安装维护方便，复杂性低，散热性能佳。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种飞行器动力电池，飞行器动力电池设置于飞行器的底端，包括：壳体、上盖体及冷却底板，壳体内设有成行成列排布的N个分隔仓，还设有M个电池管理系统BMS模块；每一个分隔仓中容纳有一个电池箱，上盖体设置于壳体的上方，冷却底板设置于壳体的底端；每一行或每一列分隔仓中的电池箱串联后连接一个电池管理系统BMS模块，形成M个电池通路，N大于M，所有电池通路并联汇流后，向飞行器供电。
在本技术方案中，在壳体内设置成行成列排布的分隔仓，每一个分隔仓中容纳有一个电池箱，每一行或每一列分隔仓中的电池箱串联后连接一个电池管理系统BMS模块，形成多个电池通路后并联，然后向飞行器供电，实现了电池组与电池管理系统限位集成一体化布置，避免每块电池组分散布局在机舱内导致的工作电流高，连接线束发烫的现象发生，且有利于安装维护，另外，配置了冷却底板，保障了散热性能。
优选地，所述壳体包括前向板、左侧板、后向板及右侧板，前向板、左侧板、后向板及右侧板依次组合围成容纳空间，前向板、左侧板、后向板及右侧板均由复合材料制作，其中，前向板、左侧板、后向板及右侧板的外层均采用碳纤材料，前向板、左侧板、后向板及右侧板的内层均采用玻纤材料，既减轻了壳体的重量，又使得内表面绝缘，提高供电可靠性。
优选地，电池箱内设有电芯本体，电芯本体上设有独立盖板，电芯本体的侧周上设有泡棉，每一个分隔仓通过泡棉对电池箱限位。
在此，电池箱无单独的外壳和固定支架，依靠泡棉和独立盖板等实现自身的固定及限位。
优选地，相邻行或相邻列的分隔仓之间设有加强筋，提升了结构强度。
优选地，每一行或每一列分隔仓与加强筋之间形成一个电池仓，一个电池仓对应一个电池通路，每个电池仓上均设有防爆阀。
在此，每个电池仓内的电池通路与另外电池仓内的电池通路是相对隔离独立的，因此每个电池仓上均设有防爆阀，使得每个电池仓能够分别进行泄压，保证每个电池通路的独立安全可靠工作。
优选地，所述壳体内还设有电流汇流盒，所有电池通路并联后连接电流汇流盒，电流汇流盒上设有若干对插座，每对插座分别对应正极接口与负极接口，用于为不同的飞行器螺旋桨电机供电。
在此，设有不同的插座可降低每个插座的通过电流，减少发热。
优选地，上盖体由两个冲压成型的板材封闭构成，板材之间形成若干个空腔，每一个空腔的位置与其下方分隔仓中的电池箱的位置对应。
在此，上盖体的空腔设计利用空气导热性能差的特点，有效阻隔热量向上传递，动力电池设置于飞行器的底端，避免热量向机舱内部传递，影响到机舱内的其他元器件。
优选地，上盖体的板材由复合材料制作而成，其中，外层采用碳纤材料，上盖体的内层采用玻纤材料，碳纤板和玻纤板采用压合工艺加工以形成复合材料，保障了结构强度的同时，又减轻了重量，使得箱体内表面是绝缘的。
优选地，冷却底板内设有沿冷却底板的板面呈流道布置的水道管，水道管的一端设有进液口，另一端设有排液口，进液口外接冷却液，实现对电池箱的散热。
本申请还提出一种飞行器，所述飞行器上设有飞行器动力电池，所述飞行器动力电池设置于飞行器的底端，飞行器动力电池的上盖体与飞行器的底端相接触。
本申请还提出一种飞行器动力电池集成供电方法，所述方法包括以下步骤：
S1.在壳体内设置成行成列排布的N个分隔仓，在壳体的底端固定冷却底板；
S2.向N个分隔仓的每一个分隔仓内嵌入电池箱，并在壳体内设置M个电池管理系统BMS模块；
S3.将每一行或每一列分隔仓中的电池箱串联后连接一个电池管理系统BMS模块，形成一个电池通路；
S4.在壳体上方设置上盖体，所有电池通路并联汇流后，穿过上盖体向飞行器供电。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提出一种飞行器动力电池、飞行器及飞行器动力电池集成供电方法，每一个分隔仓中容纳有一个电池箱，每一行或每一列分隔仓中的电池箱串联后连接一个电池管理系统BMS模块，形成多个电池通路后并联，然后向飞行器供电，保障了供电可靠性，且实现了电池组与电池管理系统限位集成一体化布置，避免每块电池组分散布局在机舱内导致的工作电流高，连接线束发烫的现象发生，且有利于安装维护，另外，为动力电池配置了冷却底板，保障了散热性能。
附图说明
图1表示本发明实施例1中提出的飞行器动力电池的一种整体结构示意图；
图2表示本发明实施例1中提出的飞行器动力电池整体部件爆炸结构示意图；
图3表示本发明实施例1中提出的飞行器动力电池的另一种整体结构示意图；
图4表示本发明实施例2中提出的电池箱的结构图；
图5表示本发明实施例3中提出的上盖体的结构示意图；
图6表示本发明实施例3中提出的冷却底板的结构图；
图7表示本发明实施例4中提出的带动力电池的飞行器的结构图；
图8表示本发明实施例5中提出的飞行器动力电池集成供电方法的流程示意图；
其中，1-壳体；2-上盖体；21-空腔；3-冷却底板；11-分隔仓；12-电池管理系统BMS模块；13-电池箱；121-泡棉；111-加强筋；122-防爆阀；14-电流汇流盒；131-插座；21-空腔；31-水道管；311-进液口；312-排液口。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
附图中描述位置关系的仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
实施例1
本实施例提出了一种飞行器动力电池，在实际应用时，该飞行器动力电池设置于飞行器的底端，图1表示飞行器动力电池的一种整体结构示意图，图2表示飞行器动力电池整体部件爆炸结构图，结合图1和图2可以看出，飞行器动力电池包括：壳体1、上盖体2及冷却底板3，壳体1内设有成行成列排布的N个分隔仓11，还设有M个电池管理系统BMS模块，在本实施例中，参见图1，壳体1内有12个电池箱13、3个电池管理系统BMS模块12，每一个分隔仓11中容纳有一个电池箱13，上盖体2设置于壳体1的上方，冷却底板3设置于壳体1的底端；每一行分隔仓11中的电池箱13串联后连接一个电池管理系统BMS模块12，形成3个电池通路，即每一行的4个电池箱13串联配备一个电池管理系统BMS模块12形成一个电池通路，共形成3个电池通路，这3个电池通路在结构上相对隔离，所有电池通路并联汇流后，向飞行器供电，即壳体1内实现了“4串3并”的电池箱布置方式，且每条电池串联通路独立工作，结构隔离。
在壳体1内设置成行成列排布的分隔仓11，每一个分隔仓11中容纳有一个电池箱13，如图1所示，每一行分隔仓11中的电池箱13串联后连接一个电池管理系统BMS模块12，形成多个电池通路后并联，然后向飞行器供电，实现了电池组与电池管理系统限位集成一体化布置，避免当前将每块电池组分散布局在机舱内导致的工作电流高，连接线束发烫的现象发生，且有利于安装维护，另外，配置了冷却底板3，保障了散热性能。
如图2所示，壳体1包括前向板101、左侧板102、后向板103及右侧板104，前向板101、左侧板102、后向板103及右侧板104依次组合围成容纳空间，前向板101、左侧板102、后向板103及右侧板104均由复合材料制作，其中，前向板101、左侧板102、后向板103及右侧板104的外层均采用碳纤材料，前向板101、左侧板102、后向板103及右侧板104的内层均采用玻纤材料，碳纤板和玻纤板采用压合工艺加工以形成复合材料，既减轻了壳体的重量，又使得内表面绝缘，在具体设计时，各个外板通过高强度结构胶和航空专用抽芯铆钉组合固定，壳体1和上盖体2闭合的接触面上设有密封圈，在密封圈的配合下，动力电池总成整体的防护等级可达到IP67，提高了供电可靠性。
参见图1及图2，在本实施例中，共3行分隔仓11，相邻行的分隔仓11之间设有加强筋111，提升了动力电池的结构强度，每一行分隔仓11与加强筋111之间形成一个电池仓，一个电池仓对应一个电池通路，每个电池仓上均设有防爆阀122，参见图1，每一个电池通路对应一个电池箱串联组，电池箱串联组共包括：第一电池箱串联组、第二电池箱串联组、第三电池箱串联组，第一电池箱串联组、第二电池箱串联组、第三电池箱串联组依次在不同行的分隔仓11中排列设置，第一电池箱串联组和第三电池箱串联组的防爆阀122在电池仓中电池管理系统BMS模块的隔间，第二电池箱串联组的防爆阀122在电池仓中的电池隔间端部，可以看出每个电池仓内的电池通路与另外电池仓内的电池通路是相对隔离独立的，因此每个电池仓上均设有防爆阀122，使得每个电池仓能够分别进行泄压，保证了每个电池通路的独立安全可靠工作。
参见图1，壳体1内还设有电流汇流盒14，所有电池通路并联后连接电流汇流盒14，结合图3闭合上盖体2后的结构图，可以看到电流汇流盒14上设有若干对插座131，本实施例中，共两对，4个插座，每对插座131分别对应正极接口与负极接口，用于为不同的飞行器螺旋桨电机供电，这种设置不同的插座的设计可降低每个插座的通过电流，减少发热。
实施例2
参见图4所示的电池箱的结构图，该电池箱13内设有电芯本体，电芯本体上设有独立盖板，电池箱一体化设计，电芯本体的侧周上设有泡棉121，在动力电池设计时，每一个分隔仓11通过泡棉121对电池箱13限位，电池箱13无单独的外壳和固定支架，依靠侧周上的泡棉121和独立盖板等实现自身的固定及限位。
实施例3
参见图5，上盖体2由两个冲压成型的板材封闭构成，板材之间形成若干个空腔21，每一个空腔21的位置与其下方分隔仓11中的电池箱13的位置对应。上盖体2的空腔设计利用空气导热性能差的特点，有效阻隔热量向上传递，动力电池设置于飞行器的底端，避免热量向机舱内部传递，避免影响到机舱内的其他元器件。
在本实施例中，如图5所示，上盖体2具有三个相互独立的空腔21，每个空腔对应下方的一个电池箱13(可结合图2和图3示意展示)，在实际实施时，相邻的两个空腔之间均设置有多个连接孔，能够与相邻两个分隔仓11之间的隔板相连接，从而实现上盖体2与壳体1的紧密连接。此外，在实际实施时，上盖体2的板材上均设置有形式各异的加强筋，以防板材受压变形。
上盖体2的板材由复合材料制作而成，其中，外层采用碳纤材料，上盖体的内层采用玻纤材料，碳纤板和玻纤板采用压合工艺加工以形成复合材料，保障了结构强度的同时，又减轻了重量，使得箱体内表面是绝缘的。
参见图6，冷却底板5内设有沿冷却底板5的板面呈流道布置的水道管31，水道管31的一端设有进液口311，另一端设有排液口312，进液口311外接冷却液，实现对冷却底板上端支撑的电池箱13的散热。
飞行器在飞行过程中无需采用液冷散热，而仅依靠动力电池的结构设计进行散热，当飞行器着陆充电时，采用外接液冷散热可使电池散热快，进而能够以更高的充电功率进行充电。在实际实施时，冷却底板5分为水道板和盖板，水道板和盖板采用结构胶粘接密封并通过螺丝或螺栓等紧固件加固，水道板上具有进液口311、排液口312。
实施例4
参见图7，本实施例还提出了一种飞行器，该飞行器上设有飞行器动力电池，如图7所示，飞行器动力电池设置于飞行器的底端，在具体实施时，动力电池通过其底板或侧板底部的翻边，由紧固螺栓固定，在举升机的帮助下单人即可实现换电操作，安装维护方便，另外，飞行器动力电池的上盖体2与飞行器的底端相接触，上盖体2的空腔设计有效阻隔热量向上传递，避免热量堆积在机舱内部从而影响到机舱内的其他元器件的现象发生。
实施例5
如图8所示，本实施例提出一种飞行器动力电池集成供电方法，该方法的流程示意图参见图8，所述方法包括以下步骤：
S1.在壳体内设置成行成列排布的N个分隔仓，在壳体的底端固定冷却底板；
S2.向N个分隔仓的每一个分隔仓内嵌入电池箱，并在壳体内设置M个电池管理系统BMS模块；
S3.将每一行或每一列分隔仓中的电池箱串联后连接一个电池管理系统BMS模块，形成一个电池通路；
S4.在壳体上方设置上盖体，所有电池通路并联汇流后，穿过上盖体向飞行器供电。
本实施例提出的飞行器动力电池集成供电方法，重点集中在前期的动力电池结构的设计，在壳体内设置成行成列排布的分隔仓，每一个分隔仓11中容纳有一个电池箱13，然后将每一行或每一列(这里是指不限定分隔仓布置的行或列)分隔仓11中的电池箱13串联后连接一个电池管理系统BMS模块12，形成多个电池通路后并联，然后向飞行器供电，实现了电池组与电池管理系统限位集成一体化布置，避免当前将每块电池组分散布局在机舱内导致的工作电流高，连接线束发烫的现象发生，且有利于安装维护，另外，配置了冷却底板3，保障了散热性能，保障了飞行器动力电池集成供电的可靠性。
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种飞行器动力电池，其特征在于，所述飞行器动力电池设置于飞行器的底端，包括：壳体(1)、上盖体(2)及冷却底板(3)，壳体(1)内设有成行成列排布的N个分隔仓(11)，还设有M个电池管理系统BMS模块(12)；每一个分隔仓(11)中容纳有一个电池箱(13)，上盖体(2)设置于壳体(1)的上方，冷却底板(3)设置于壳体(1)的底端；每一行或每一列分隔仓(11)中的电池箱(13)串联后连接一个电池管理系统BMS模块，形成M个电池通路，N大于M，所有电池通路并联汇流后，向飞行器供电。
2.根据权利要求1所述的飞行器动力电池，其特征在于，所述壳体(1)包括前向板(101)、左侧板(102)、后向板(103)及右侧板(104)，前向板(101)、左侧板(102)、后向板(103)及右侧板(104)依次组合围成容纳空间，前向板(101)、左侧板(102)、后向板(103)及右侧板(104)均由复合材料制作，其中，前向板(101)、左侧板(102)、后向板(103)及右侧板(104)的外层均采用碳纤材料，前向板(101)、左侧板(102)、后向板(103)及右侧板(104)的内层均采用玻纤材料。
3.根据权利要求1所述的飞行器动力电池，其特征在于，电池箱(13)内设有电芯本体，电芯本体上设有独立盖板，电芯本体的侧周上设有泡棉(121)，每一个分隔仓(11)通过泡棉(121)对电池箱(13)限位。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的飞行器动力电池，其特征在于，相邻行或相邻列的分隔仓(11)之间设有加强筋(111)。
5.根据权利要求4所述的飞行器动力电池，其特征在于，每一行或每一列分隔仓(11)与加强筋(111)之间形成一个电池仓，一个电池仓对应一个电池通路，每个电池仓上均设有防爆阀(122)。
6.根据权利要求5所述的飞行器动力电池，其特征在于，所述壳体(1)内还设有电流汇流盒(14)，所有电池通路并联后连接电流汇流盒(14)，电流汇流盒(14)上设有若干对插座(131)，每对插座(131)分别对应正极接口与负极接口，用于为不同的飞行器螺旋桨电机供电。
7.根据权利要求1所述的飞行器动力电池，其特征在于，所述上盖体(2)由两个冲压成型的板材封闭构成，板材之间形成若干个空腔(21)，每一个空腔(21)的位置与其下方分隔仓(11)中的电池箱(13)的位置对应。
8.根据权利要求7所述的飞行器动力电池，其特征在于，上盖体(2)的板材由复合材料制作而成，其中，外层采用碳纤材料，上盖体(2)的内层采用玻纤材料。
9.根据权利要求1所述的飞行器动力电池，其特征在于，所述冷却底板(3)内设有沿冷却底板(3)的板面呈流道布置的水道管(31)，水道管(31)的一端设有进液口(311)，另一端设有排液口(312)，进液口(311)外接冷却液。
10.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器上设有权利要求1～8任意一项所述的飞行器动力电池，所述飞行器动力电池设置于飞行器的底端，飞行器动力电池的上盖体(2)与飞行器的底端相接触。
11.一种飞行器动力电池集成供电方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1.在壳体内设置成行成列排布的N个分隔仓，在壳体的底端固定冷却底板；
S2.向N个分隔仓的每一个分隔仓内嵌入电池箱，并在壳体内设置M个电池管理系统BMS模块；
S3.将每一行或每一列分隔仓中的电池箱串联后连接一个电池管理系统BMS模块，形成一个电池通路；
S4.在壳体上方设置上盖体，所有电池通路并联汇流后，穿过上盖体向飞行器供电。
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