CN116388351A - 一种无人机电源自适应管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机电源自适应管理系统，包括电池组、电流采样电路、电压采样电路1、电压采样电路2、控制电路、开关电路、逻辑控制与算法分析模块、数据存储模块、通信模块；所述逻辑控制与算法分析模块判断各电池组是否异常，并发送PWM控制信号，对开关电路、控制电路进行控制，将电池数据输出至通信模块，同时将数据存储于数据存储模块，用于电池健康管理。在整个电池组循环充电、放电过程中，利用精确的逻辑控制及电池健康管理算法和荷电算法，自适应地控制各电池组充放电及健康管理调整电池的参数，确保电池在安全使用范围内，做到稳定充放电，最大限度延长电池使用寿命和高能效使用效率。

Description

一种无人机电源自适应管理系统
技术领域
本发明属于无人机电源管理技术领域，具体涉及一种无人机电源自适应管理系统。
背景技术
随着科技的发展，人工智能逐渐成为热门发展趋势，尤其无人机的发展，现在已经是热门研究方向，其应用也越来越广泛，如航拍摄影、物流运输、地理测绘、生物监测、环境保护、灾害救援、精准农业、治安维护以及气象检测等领域。但是受到电池组储能技术的限制，目前无人机的续航飞行时间普遍较短，仅能在不影响无人机机身重心的前提下，以牺牲有效载荷重量为代价，增加一定数量的电池组来尽可能提高无人机的续航飞行时间。使用中，通常也只是简单串联或并联方式给负载供电，又或者将不同电池组经过高频逆变后再经过耦合方式进行串联或并联方式给负载供电，但都未能充分分析利用电池自身特性，导致电池效率低，续航时间短，甚至电池使用寿命短。
授权公告号为CN106542102B的中国发明专利公开了一种无人机电源管理系统及其控制方法，该系统是将电池组进行直接串联，利用电流电压采样模块对电池中若干个电芯的电压值和电池放电电流值进行采样，计算任意两个电芯之间的电压差值。通过电芯电压均衡电路将电池中电压值高的电芯进行放电，对电压值低的电芯进行充电，从而实现电池中各电芯的电压均衡控制，从而实现长续航和使用寿命。然而，未能根据电池额定参数和采样信息利用健康管理算法和荷电算法对电池组做出安全预测，并且电池中各电芯采用的是串连方式，相邻电芯之间的电磁耦合特性会直接影响各电芯的电压采样精度。
授权公告号为CN114498818A的中国发明专利公开了一种用于长续航无人机的电源管理系统，将多个电池组通过高频逆变后再经过耦合方式进行串联，利用信息采集阵列对各电池组的电压、电流、温度和湿度信息进行采集，通过电压、电流数据动态调整高频逆变电路阵列中的多路脉宽调制信号，使得输出电压或电流恒定，从而提高有效续航时间。然而，该方法未能考虑使用电磁耦合其能量传递效率不高，而且受温度影响大，导致实际续航和理论续航差距大，而且电磁耦合体积大，在实际使用中会导致安装空间增大，无形中又增加了无人机重量。
现有技术都是在增加电池组基础上，简单直接对电池组进行串联或并联，又或者利用电磁耦合后在进行串联或并联叠加，从而延长续航，然而，直接的串联方式使得相邻电芯之间的电磁耦合特性会直接影响各电芯的电压采样精度，又或者利用电磁耦合使得电池使用效率降低，受温度影响大，导致实际续航和理论续航差距大，并且电磁耦合体积大，在实际使用中会导致安装空间增大，无形中又增加了无人机重量。而且，现有技术都是只针对电池组放电进行控制，对于电池的充电，电池健康情况，都是未知，这样在使用过程中存在很大危险性。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种无人机电源自适应管理系统，利用逻辑控制及电池健康管理算法和荷电算法，在确保稳定输出和电池安全使用范围内，自适应地控制各电池组输出与调整电池的额定参数，做到最大限度延长电池使用寿命和使用效率。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种无人机电源自适应管理系统，包括电池组、电流采样电路、电压采样电路1、电压采样电路2、控制电路、开关电路、逻辑控制与算法分析模块、数据存储模块、通信模块；
所述电流采样电路，串联在电池组正极，用于对电池组的电流及温度进行采样，并将采样数据输出至所述逻辑控制与算法分析模块；
所述电压采样电路2，是基于系统的地GND对电池组正极电压VCC的电压值进行采样，并将采样值输出至所述逻辑控制与算法分析模块；
所述开关电路，是连接在VCC和输出电压VOUT之间，控制电池组对电源管理系统供电输出的通断，同时自主切换充放电供电方式；
所述电压采样电路1，是基于系统的地GND对n个电池组负极的电压值进行采样，并将采样值输出至所述逻辑控制与算法分析模块；
所述控制电路，放电逻辑控制信号引脚和充电逻辑控制信号引脚在收到所述逻辑控制与算法分析模块发送的控制信号后做出相应的开关动作，控制电池组输出/输入功率，即在电压一定的情况下，变向控制输出/输入电流大小；
所述逻辑控制与算法分析模块，对采样获取的电压值、电流值、温度值进行计算分析，判断各电池组是否异常，并发送PWM控制信号，对开关电路、控制电路进行控制，将电池数据输出至通信模块，同时将数据存储于数据存储模块，用于电池健康管理；
所述通信模块，将所述逻辑控制与算法分析模块发送的电池数据输出至无人机飞行控制中心，并在首次使用电池组或者更换不同型号的电池组，将电池组的额定参数输入至逻辑控制与分析模块。
进一步的，所述逻辑控制与算法分析模块，放电过程逻辑控制流程，执行以下操作：
1）获取电池组的额定过放电压Vd、额定过充电压Vc，额定电池组容量Q，额定放电倍率C，额定充电电流Ic，额定工作温度范围Tc~Td；
获取采集的VCC处电压值Vcc，各电池组负极B1-,B2-,…,Bn-处电压值V1,V2,…,Vn，电流值I1,I2,…,In，温度值T1,T2,…,Tn；
2）计算各电池组的电压Vb1,Vb2,…,Vbn，并计算Vb1分别与Vb2~Vbn之间的各压差值ΔVd2~ΔVdn；
3）根据采样电流值、采样时间间隔和采样次数计算总放电量Qd，并计算放电过程中电池组1的电量Qd1分别与Qd2~Qdn之间的放电量差值ΔQd2~ΔQdn，其中Qd2~Qdn分别为放电过程中电池组2~n的电量；
4）将各电池组的电压Vb1,Vb2,…,Vbn分别与额定过放电压Vd进行比较，判断电池组是否过放；将采集电流值I1,I2,…,In分别与C*(Q-Qd)进行比较，判断是否过流；根据电池组额定工作温度范围Tc~Td，判定实际采集温度值T1,T2,…,Tn是否在Tc~Td之间，判断是否过温；
5）如果发生了过放或者过流或者过温，逻辑控制与算法分析模块根据分析结果，给出逻辑控制信号到控制电路，对过放电池组进行断开，过流电流进行限流，过温电路进行功率降低或断开处理；
6）如果没有发生过放或者过流或者过温，判断各电池组之间的压差ΔVd2~ΔVdn是否趋于零，判断各电池组放电量差值ΔQd2~ΔQdn是否趋于零；
如果为零，则按目前的控制方式进行控制，如果不为零，逻辑控制与算法分析模块重新给出逻辑控制调制信号，对ΔVd2~ΔVdn的绝对值出现大于零或ΔQd2~ΔQdn的绝对值出现大于零的电池组进行降压、限流控制，确保电压差值趋于零。
进一步的，所述逻辑控制与算法分析模块，充电过程逻辑控制流程，执行以下操作：
1）获取电池组的额定过放电压Vd、额定过充电压Vc，额定电池组容量Q，额定放电倍率C，额定充电电流Ic，额定工作温度范围Tc~Td；
获取采集的VCC处电压值Vcc，各电池组负极B1-,B2-,…,Bn-处电压值V1,V2,…,Vn，电流值I1,I2,…,In，温度值T1,T2,…,Tn；
2）计算各电池组的电压Vb1,Vb2,…,Vbn，并计算Vb1分别与Vb2~Vbn之间的各压差值ΔVc2~ΔVcn；
3）根据采样电流值、采样时间间隔和采样次数计算总充电量Qc，并计算充电过程中电池组1的电量Qc1分别与Qc2~Qcn之间的充电量差值ΔQc2~ΔQcn，其中Qc2~Qcn分别为充电过程中电池组2~n的电量；
4）将各电池组的电压Vb1,Vb2,…,Vbn分别与额定过充电压Vc进行比较，判断电池组是否过充；将采集电流值I1,I2,…,In分别与额定充电电流Ic进行比较，判断是否过流；根据电池组额定工作温度范围Tc~Td，判定实际采集温度值T1,T2,…,Tn是否在Tc~Td之间，判断是否过温；
5）如果发生了过充或者过流或者过温，逻辑控制与算法分析模块根据分析结果，给出逻辑控制信号到控制电路，对过充电池组进行断开，过流电流进行限流，过温电路进行功率降低或断开处理；
6）如果没有发生过充或者过流或者过温，判断各电池组之间的压差ΔVc2~ΔVcn是否趋于零，判断各电池组充电量差值ΔQc2~ΔQcn是否趋于零；
如果为零，则按目前的控制方式进行控制，如果不为零，逻辑控制与算法分析模块重新给出逻辑控制调制信号，对ΔVc2~ΔVcn的绝对值出现大于零或ΔQc2~ΔQcn的绝对值出现大于零的电池组进行降压、限流控制，确保电压差值趋于零。
进一步的，所述逻辑控制与算法分析模块对电池健康管理过程如下：
1）将通过通信模块输入的电池组的额定参数保存于数据存储模块；
2）记录充电和放电次数；
3）计算电池组实际荷电量；
4）调用电池组额定参数，与实时测得数据或计算得到数据进行比较，对电池进行健康管理及预判电池健康状态，并将参数保存到数据存储模块，包括循环充放电次数，总的使用时间，电池健康状态百分比，同时通过通信模块输出电池健康状态；
5）当电池健康状态下降至预设比值时，逻辑控制与算法分析模块在安全范围内对额定过放电压Vd进行下调、额定过充电压Vc进行上调，提升电池容量和使用时间。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：
本发明提出的一种无人机电源自适应管理系统，在整个电池组循环充电、放电过程中，利用精确的逻辑控制及电池健康管理算法和荷电算法，自适应地控制各电池组充放电及健康管理调整电池的参数，确保电池在安全使用范围内，做到稳定充放电，最大限度延长电池使用寿命和高能效使用效率。
附图说明
图1是一种无人机电源自适应管理系统框图；
图2是电流采样电路图；
图3是开关电路和电压采样2电路图；
图4是控制电路和电压采样1电路图；
图5是放电过程逻辑控制流程图；
图6是充电过程逻辑控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的一种无人机电源自适应管理系统，在确保稳定输出和电池安全使用范围内，自适应地控制各电池组放电与充电以及调整电池的额定参数，做到最大限度延长电池使用寿命和使用效率。如图1所示，所述无人机电源自适应管理系统包括电池组、电流采样电路、电压采样电路1、电压采样电路2、控制电路、开关电路、逻辑控制与算法分析模块、数据存储模块、通信模块。所述电池组是相同型号的电池组，即电池组参数，如电压、容量、放量倍率等相同。所述电流采样电路是串联在电池组正极，对n(n≥2)个电池组的电流及温度进行采样，电流采样值为I1,I2,…,In，温度采样值为T1,T2,…,Tn，并将采样数据输出至逻辑控制与算法分析模块，电流采样电路如图2所示。
所述电压采样电路2和开关电路如图3所示。所述电压采样电路2是基于整个系统的地GND对电池组正极电压VCC的电压值进行采样，采样值为Vcc，并将采样值输出至逻辑控制与算法分析模块。所述开关电路，是连接在VCC和输出电压VOUT之间，控制电池组对电源管理系统供电输出的通断，同时自主切换充放电供电方式。其中电压采样电路是由电阻R10、电压跟随器、电压衰减器串联组成。
如图3所示，开关电路包括N沟道场效应管Q1、Q3、Q4，P沟道场效应管Q2、Q5、Q6，其中Q2的漏极与Q6的漏极相连，Q6的源级与Q5的源级相连，使得Q2、Q6串联后再与Q5并联，Q1与Q3漏极相连形成并联后漏极与Q2的栅极相连，Q4的漏极与Q5的栅极相连，Q4的漏极与Q5的栅极相连。在无充电电压输入时，按下开关S1，Q1导通，Q2导通，Q6导通，电池组通过Q6输出VOUT给电源管理系统供电，逻辑控制与算法分析模块通过电压检测引脚得到是高电平且超6秒（通常大于5秒）后，逻辑控制与算法分析模块输出高电平到控制信号引脚并保持高电平，Q3导通，此时松开开关S1，电路将保持供电；再次按下开关S1，逻辑控制与算法分析模块通过电压检测引脚得到是高电平且超6秒后，逻辑控制与算法分析模块输出低电平到控制信号引脚并保持低电平，松开开关S1后，电源管理系统供电关闭；当有充电电压输入时，Q4导通，Q5导通，Q6截止，充电电压经过Q5输出VOUT给电源管理系统供电。
所述电压采样电路1和控制电路如图4所示。所述电压采样电路1是基于GND对n(n≥2)个电池组负极B1-,B2-,…,Bn-的电压值进行采样，采样值为V1,V2,…,Vn，并将采样值输出至逻辑控制与算法分析模块。所述控制电路，放电逻辑控制信号引脚和充电逻辑控制信号引脚在收到逻辑控制与算法分析模块给的控制信号后做出相应的开关动作，进而控制电池组输出/输入功率，即在电压一定的情况下，变向控制输出/输入电流大小。
所述逻辑控制与算法分析模块接收到电压、电流、温度参数后，对采样获取的电压值、电流值、温度值进行计算分析，进而判断各电池组是否异常，并给出精确的PWM（脉冲宽度调制信号）控制信号，对开关电路、控制电路进行控制，将部分参数如电池电压值，电池电量、电池组温度等数据输出给通信模块，同时将重要参数如电压值、电池组容量、循环充放电次数等数据存储于数据存储模块。所述数据存储模块，用来对数据进行保存，防止丢失，以便随时调用。
所述通信模块，将逻辑控制与算法分析模块计算分析后部分参数如电池电压值，电池电量、电池组温度等输出给无人机飞行控制中心，并将电池组的额定过放电压Vd、额定过充电压Vc，额定电池组容量Q，额定放电倍率C，额定充电电流Ic，额定工作温度范围Tc~Td（Tc表示最低工作温度，Td表示最高工作温度），输入给逻辑控制与算法分析模块。
打开开关电路，首次使用电池组或者更换不同型号的电池组，都需要通过通信模块输入电池组的额定过放电压Vd、额定过充电压Vc、额定电池组容量Q、额定放电倍率C、额定充电电流Ic和额定工作温度范围Tc~Td至所述逻辑控制与算法分析模块。
所述逻辑控制与算法分析模块具体执行如下操作：
放电过程逻辑控制流程步骤，如图5：
1）采集VCC处电压值Vcc，各电池组负极B1-,B2-,…,Bn-处电压值V1,V2,…,Vn，电流值I1,I2,…,In，温度值T1,T2,…,Tn，并输出至逻辑控制与算法分析模块；
2）所述逻辑控制与算法分析模块通过公式ΔV=Vcc-V1计算出各电池组的电压为Vb1,Vb2,…,Vbn，并计算Vb1分别与Vb2~Vbn之间的各压差值为ΔVd2~ΔVdn；
3）计算总放电量Qd，并计算放电过程中电池组1的电量Qd1分别与Qd2~Qdn之间的放电量差值为ΔQd2~ΔQdn，其中Qd2~Qdn分别为放电过程中电池组2~n的电量；总放电量Qd计算公式如下：
Figure SMS_1
，
其中t1表示上次采样时间，t2表示本次采样时间，1~m表示电池组放电过程中电流的采样次数，I表示每次采样的电流值，Δt表示每次采样时间间隔；
4）将各电池组的电压Vb1,Vb2,…,Vbn分别与额定过放电压Vd进行比较，判断电池组是否过放；将采集电流值I1,I2,…,In分别与C*(Q-Qd)进行比较，判断是否过流；根据电池组额定工作温度范围Tc~Td，判定实际采集温度值T1,T2,…,Tn是否在Tc~Td之间，判断是否过温；
5）如果发生了过放或者过流或者过温，逻辑控制与算法分析模块根据分析结果，给出逻辑控制信号到控制电路，对过放电池组进行断开，过流电流进行限流，过温电路进行功率降低或断开处理；
6）如果没有发生过放或者过流或者过温，判断各电池组之间的压差ΔVd2~ΔVdn是否趋于零，判断各电池组放电量差值ΔQd2~ΔQdn是否趋于零；
如果为零，则按目前的控制方式进行控制，如果不为零，逻辑控制与算法分析模块重新给出逻辑控制调制信号，对ΔVd2~ΔVdn的绝对值出现大于零或ΔQd2~ΔQdn的绝对值出现大于零的电池组进行降压、限流控制，确保电压差值趋于零，电压输出稳定，功率稳定。
充电过程逻辑控制流程步骤，如图6：
1）采集VCC处电压值Vcc，各电池组负极B1-,B2-,…,Bn-处电压值V1,V2,…,Vn，电流值I1,I2,…,In，温度值T1,T2,…,Tn，并输出至逻辑控制与算法分析模块；
2）所述逻辑控制与算法分析模块通过公式ΔV=Vcc-V1计算出各电池组的电压为Vb1,Vb2,…,Vbn，并计算Vb1分别与Vb2~Vbn之间的各压差值为ΔVc2~ΔVcn；
3）计算总充电量Qc，并计算充电过程中电池组1的电量Qc1分别与Qc2~Qcn之间的充电量差值为ΔQc2~ΔQcn，其中Qc2~Qcn分别为充电过程中电池组2~n的电量；总充电量Qc计算公式如下：
Figure SMS_2
，
其中t1表示上次采样时间，t2表示本次采样时间，1~m表示电池组充电过程中电流的采样次数，I表示每次采样的电流值，Δt表示每次采样时间间隔；
4）将各电池组的电压Vb1,Vb2,…,Vbn分别与额定过充电压Vc进行比较，判断电池组是否过充；将采集电流值I1,I2,…,In分别与额定充电电流Ic进行比较，判断是否过流；根据电池组额定工作温度范围Tc~Td，判定实际采集温度值T1,T2,…,Tn是否在Tc~Td之间，判断是否过温；
5）如果发生了过充或者过流或者过温，逻辑控制与算法分析模块根据分析结果，给出逻辑控制信号到控制电路，对过充电池组进行断开，过流电流进行限流，过温电路进行功率降低或断开处理；
6）如果没有发生过充或者过流或者过温，判断各电池组之间的压差ΔVc2~ΔVcn是否趋于零，判断各电池组充电量差值ΔQc2~ΔQcn是否趋于零；
如果为零，则按目前的控制方式进行控制，如果不为零，逻辑控制与算法分析模块重新给出逻辑控制调制信号，对ΔVc2~ΔVcn的绝对值出现大于零或ΔQc2~ΔQcn的绝对值出现大于零的电池组进行降压、限流控制，确保电压差值趋于零，充电电压稳定，电池安全充电。
逻辑控制与算法分析模块对电池健康管理过程如下：
1）将通过通信模块输入的电池组的额定参数保存于数据存储模块，以便随时调用参考；
2）记录充电和放电次数；
3）计算电池组实际荷电量；
4）调用电池组额定参数，额定过放电压Vd、额定过充电压Vc，额定电池组容量Q，额定放电倍率C，额定充电电流Ic，额定工作温度范围Tc~Td，跟实时测得数据进行比较或者计算后的数据进行比较，可以对电池进行健康管理及预判电池健康状态，并将参数保存到数据存储模块，如循环充放电次数，总的使用时间，电池健康状态百分比（根据循环充放电次数、荷电系数、总的使用时间等综合考虑得出），同时通过通信模块输出电池健康状态；
5）当电池健康状态下降至预设比值时，在保证电池组能安全使用情况下，逻辑控制与算法分析模块在安全范围内对额定过放电压Vd进行下调、额定过充电压Vc进行上调，来提升电池容量和使用时间。预设比值可以根据实际情况设定，可以为75%、80%或85%等，优选可以设置为80%。
以上所述仅为本发明的一种实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种无人机电源自适应管理系统，其特征在于，所述系统包括电池组、电流采样电路、电压采样电路1、电压采样电路2、控制电路、开关电路、逻辑控制与算法分析模块、数据存储模块、通信模块；
所述电流采样电路，串联在电池组正极，用于对电池组的电流及温度进行采样，并将采样数据输出至所述逻辑控制与算法分析模块；
所述电压采样电路2，是基于系统的地GND对电池组正极电压VCC的电压值进行采样，并将采样值输出至所述逻辑控制与算法分析模块；
所述开关电路，是连接在VCC和输出电压VOUT之间，控制电池组对电源管理系统供电输出的通断，同时自主切换充放电供电方式；
所述电压采样电路1，是基于系统的地GND对n个电池组负极的电压值进行采样，并将采样值输出至所述逻辑控制与算法分析模块；
所述控制电路，放电逻辑控制信号引脚和充电逻辑控制信号引脚在收到所述逻辑控制与算法分析模块发送的控制信号后做出相应的开关动作，控制电池组输出/输入功率，即在电压一定的情况下，变向控制输出/输入电流大小；
所述逻辑控制与算法分析模块，对采样获取的电压值、电流值、温度值进行计算分析，判断各电池组是否异常，并发送PWM控制信号，对开关电路、控制电路进行控制，将电池数据输出至通信模块，同时将数据存储于数据存储模块，用于电池健康管理；
所述通信模块，将所述逻辑控制与算法分析模块发送的电池数据输出至无人机飞行控制中心，并在首次使用电池组或者更换不同型号的电池组，将电池组的额定参数输入至逻辑控制与分析模块。
2.根据权利要求1所述的无人机电源自适应管理系统，其特征在于，所述逻辑控制与算法分析模块，放电过程逻辑控制流程，执行以下操作：
1）获取电池组的额定过放电压Vd、额定过充电压Vc，额定电池组容量Q，额定放电倍率C，额定充电电流Ic，额定工作温度范围Tc~Td；
获取采集的VCC处电压值Vcc，各电池组负极B1-,B2-,…,Bn-处电压值V1,V2,…,Vn，电流值I1,I2,…,In，温度值T1,T2,…,Tn；
2）计算各电池组的电压Vb1,Vb2,…,Vbn，并计算Vb1分别与Vb2~Vbn之间的各压差值ΔVd2~ΔVdn；
3）根据采样电流值、采样时间间隔和采样次数计算总放电量Qd，并计算放电过程中电池组1的电量Qd1分别与Qd2~Qdn之间的放电量差值ΔQd2~ΔQdn，其中Qd2~Qdn分别为放电过程中电池组2~n的电量；
4）将各电池组的电压Vb1,Vb2,…,Vbn分别与额定过放电压Vd进行比较，判断电池组是否过放；将采集电流值I1,I2,…,In分别与C*(Q-Qd)进行比较，判断是否过流；根据电池组额定工作温度范围Tc~Td，判定实际采集温度值T1,T2,…,Tn是否在Tc~Td之间，判断是否过温；
5）如果发生了过放或者过流或者过温，逻辑控制与算法分析模块根据分析结果，给出逻辑控制信号到控制电路，对过放电池组进行断开，过流电流进行限流，过温电路进行功率降低或断开处理；
6）如果没有发生过放或者过流或者过温，判断各电池组之间的压差ΔVd2~ΔVdn是否趋于零，判断各电池组放电量差值ΔQd2~ΔQdn是否趋于零；
如果为零，则按目前的控制方式进行控制，如果不为零，逻辑控制与算法分析模块重新给出逻辑控制调制信号，对ΔVd2~ΔVdn的绝对值出现大于零或ΔQd2~ΔQdn的绝对值出现大于零的电池组进行降压、限流控制，确保电压差值趋于零。
3.根据权利要求1所述的无人机电源自适应管理系统，其特征在于，所述逻辑控制与算法分析模块，充电过程逻辑控制流程，执行以下操作：
1）获取电池组的额定过放电压Vd、额定过充电压Vc，额定电池组容量Q，额定放电倍率C，额定充电电流Ic，额定工作温度范围Tc~Td；
获取采集的VCC处电压值Vcc，各电池组负极B1-,B2-,…,Bn-处电压值V1,V2,…,Vn，电流值I1,I2,…,In，温度值T1,T2,…,Tn；
2）计算各电池组的电压Vb1,Vb2,…,Vbn，并计算Vb1分别与Vb2~Vbn之间的各压差值ΔVc2~ΔVcn；
3）根据采样电流值、采样时间间隔和采样次数计算总充电量Qc，并计算充电过程中电池组1的电量Qc1分别与Qc2~Qcn之间的充电量差值ΔQc2~ΔQcn，其中Qc2~Qcn分别为充电过程中电池组2~n的电量；
4）将各电池组的电压Vb1,Vb2,…,Vbn分别与额定过充电压Vc进行比较，判断电池组是否过充；将采集电流值I1,I2,…,In分别与额定充电电流Ic进行比较，判断是否过流；根据电池组额定工作温度范围Tc~Td，判定实际采集温度值T1,T2,…,Tn是否在Tc~Td之间，判断是否过温；
5）如果发生了过充或者过流或者过温，逻辑控制与算法分析模块根据分析结果，给出逻辑控制信号到控制电路，对过充电池组进行断开，过流电流进行限流，过温电路进行功率降低或断开处理；
6）如果没有发生过充或者过流或者过温，判断各电池组之间的压差ΔVc2~ΔVcn是否趋于零，判断各电池组充电量差值ΔQc2~ΔQcn是否趋于零；
如果为零，则按目前的控制方式进行控制，如果不为零，逻辑控制与算法分析模块重新给出逻辑控制调制信号，对ΔVc2~ΔVcn的绝对值出现大于零或ΔQc2~ΔQcn的绝对值出现大于零的电池组进行降压、限流控制，确保电压差值趋于零。
4.根据权利要求1-3任一所述的无人机电源自适应管理系统，其特征在于，所述逻辑控制与算法分析模块对电池健康管理过程如下：
1）将通过通信模块输入的电池组的额定参数保存于数据存储模块；
2）记录充电和放电次数；
3）计算电池组实际荷电量；
4）调用电池组额定参数，与实时测得数据或计算得到数据进行比较，对电池进行健康管理及预判电池健康状态，并将参数保存到数据存储模块，包括循环充放电次数，总的使用时间，电池健康状态百分比，同时通过通信模块输出电池健康状态；
5）当电池健康状态下降至预设比值时，逻辑控制与算法分析模块在安全范围内对额定过放电压Vd进行下调、额定过充电压Vc进行上调，提升电池容量和使用时间。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117458672A (zh) * 2023-12-20 2024-01-26 深圳市智安新能源科技有限公司 无人机的放电控制方法、装置、设备及存储介质
CN117913956A (zh) * 2024-03-15 2024-04-19 天津仁爱学院 一种用于无人机的电源安全管理系统及其安全管理方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105071453A (zh) * 2015-10-08 2015-11-18 河南行知专利服务有限公司 一种电池管理系统
CN207117205U (zh) * 2017-04-24 2018-03-16 深圳市道通智能航空技术有限公司 多串电池组管理系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105071453A (zh) * 2015-10-08 2015-11-18 河南行知专利服务有限公司 一种电池管理系统
CN207117205U (zh) * 2017-04-24 2018-03-16 深圳市道通智能航空技术有限公司 多串电池组管理系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117458672A (zh) * 2023-12-20 2024-01-26 深圳市智安新能源科技有限公司 无人机的放电控制方法、装置、设备及存储介质
CN117458672B (zh) * 2023-12-20 2024-03-15 深圳市智安新能源科技有限公司 无人机的放电控制方法、装置、设备及存储介质
CN117913956A (zh) * 2024-03-15 2024-04-19 天津仁爱学院 一种用于无人机的电源安全管理系统及其安全管理方法

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