CN209148849U - 电力用无人机电池阶梯式容量检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的电力用无人机电池阶梯式容量检测装置，包括控制模块，驱动模块，电压检测模块和至少三个的恒流放电模块；控制模块输出端连接所述驱动模块，输出信号为控制恒流放电模块的导通和关断以及导通和关断的时间；驱动模块输出端分别连接各个恒流放电模块的输入端，驱动模块将控制模块输出的信号变换后输出给各个恒流放电模块；各个恒流放电模块的输出端均并联在电池两极；控制模块输出导通信号时，恒流放电模块与电池形成通路；控制模块输出关断信号时，恒流放电模块与电池形不能成通路；恒流放电模块根据无人机工作状态，选取对应工作状态下的电流值进行放电；电压检测模块并联在电池两极，用于检测电池在放电过程中的过放电压。

Description

电力用无人机电池阶梯式容量检测装置

【技术领域】

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种电力用无人机电池阶梯式容量检测装置。

【背景技术】

目前无人机技术在电力行业得到全面推广，特别是在输电巡线、参数检测、故障消缺、视频监视等领域都有重要应用，同时也对无人机的工作可靠性提出了更苛刻的要求。电力领域用于现场的多旋翼无人机动力系统均为锂聚合物电池或锂铁电池，通过飞控系统经电调最终供给无刷电机带动旋翼飞行，实践中发现动力电池失效是造成无人机工作可靠性下降的主要因素。一般电池的容量可以采用恒流放电法即恒定的放电电流再乘以时间就得出准确的电池容量，但无人机用电池这样的容量判别法就差异极大，原因在于无人机的实际工况极为复杂，既有保证升力和有效载荷的常态电流，又有控制姿态克服风阻的数倍电流，也有为了紧急避障机动飞行的瞬态大电流，而电池容量下降到一个阈值以后虽然常规的恒流放电容量还有不少，但已不足以保证升力和姿态，往往造成无人机失控、飞丢、坠毁及重着陆导致的昂贵的载荷损失。

电池放电C率，1C,2C,0.2C是电池放电速率：表示放电快慢的一种量度。所用的容量1小时放电完毕，称为1C放电。

【发明内容】

有鉴于此，本实用新型提供一种电力用无人机电池阶梯式容量检测装置。

本实用新型采用如下技术方案，构造电力用无人机电池阶梯式容量检测装置，它包括控制模块，驱动模块，电压检测模块和至少三个的恒流放电模块；所述控制模块输出端连接所述驱动模块，输出信号为控制各个恒流放电模块的导通和关断以及导通和关断的时间；所述驱动模块输出端分别连接所述各个恒流放电模块的输入端，驱动模块将所述控制模块输出的信号变换后输出给各个恒流放电模块；所述各个恒流放电模块的输出端均并联在电池两极；所述控制模块输出导通信号时，恒流放电模块与电池形成通路，电池放电；所述控制模块输出关断信号时，恒流放电模块与电池形不能成通路，电池停止放电；所述恒流放电模块根据无人机不同工作状态，选取对应工作状态下的电流值进行放电；所述电压检测模块并联在电池两极，用于检测电池在放电过程中的过放电压并将检测值输出给控制模块。

优选的，所述恒流放电模块包括第一恒流放电模块，第二恒流放电模块和第三恒流放电模块；

第一恒流放电模块的放电速率为1C,第一恒流放电模块导通时间T1占总检测时间50％～60％；第二恒流放电模块的放电速率值为3C～5C，第二恒流放电模块导通时间T2占总检测时间25％～35％；第三恒流放电模块的放电速率值为10C～25C，第三恒流放电模块导通时间T3占总检测时间15％。

优选的，所述驱动模块包括三极管Q4和脉冲变压器T1，限流电阻R4和限流电阻R5；所述第一恒流放电模块包括IGBT管Q1和放电电阻R1；

三极管Q4的集电极接脉冲变压器T1一个输入端，基极串联电阻R4后连接控制模块的输出信号，发射极接地，限流电阻R5串联在Q1门极和脉冲变压器T1的一输出端之间，脉冲变压器T1的另一输出端连接IGBT管Q1的发射极，R1一端连接在Q1的发射极，另一端接电池负极，Q1集电极连接电池正极，电池负极接地。

优选的，所述放电电阻R1为PTC热敏电阻。

本实用新型的有益技术效果是：

1.该装置解决了目前电力用无人机电池不准确的容量判别法，该装置采用阶梯恒流放电，总容量为每个阶梯容量之和的原理，模拟了飞行时电流波动很大但安时数近乎不变的特点，很好的反映了动力电池的实际工况，保证了电力用无人机有效飞行时间的定量判断，以及对电池寿命的准确预测、修复、更换，提高了效率，保证了电力无人机的使用效果和电网安全。

2.装置简单，使用灵活方便，既可定量也可定性的判断飞行动力电池的容量和性能，为现场备份、管理提供准确依据。

3.具有一定的电池修复功能，利用合理阶梯放电电流的脉动激活内部高分子导电材料的钝化。

【附图说明】

图1实施例一中的电力用无人机电池阶梯式容量检测装置电路组成框图；

图2实施例一中的电力用无人机电池阶梯式容量检测装置驱动模块电路示意图；

【具体实施方式】

为了使本专利的技术方案和技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本专利的具体实施方式进行详细描述。

实施例一：

如图1，本实施例中的电力用无人机电池阶梯式容量检测装置，包括控制模块，驱动模块，电压检测模块和至少三个的恒流放电模块。所述控制模块输出端连接所述驱动模块，输出信号为控制恒流放电模块的导通和关断以及导通和关断的时间。所述驱动模块输入端连接所述控制模块，输出端分别连接所述恒流放电模块的输入端，驱动模块将所述控制模块输出的信号变换后输出给各个恒流放电模块。所述恒流放电模块的输出端均并联在电池两极；所述控制模块输出导通信号时，恒流放电模块与电池形成通路，电池放电；所述控制模块输出关断信号时，恒流放电模块与电池形不能成通路，电池停止放电。所述恒流放电模块根据无人机不同工作状态，选取对应工作状态下的工作电流值进行放电。所述电压检测模块并联在电池两极，用于检测电池在放电过程中的过放电压并将检测值输出给控制模块。

本实施例中的恒流放电模块包括第一恒流放电模块，第二恒流放电模块和第三恒流放电模块。

所述第一恒流放电模块包括包括IGBT管Q1和放电电阻R1，R1一端连接在Q1的发射极，另一端接电池负极，Q1门极连接在驱动模块输出端，Q1集电极连接电池正极，电池负极接地。

所述第二恒流放电模块包括包括IGBT管Q2和放电电阻R2，R2一端连接在Q2的发射极，另一端接电池负极，Q2门极连接在驱动模块输出端，Q2集电极连接电池正极，电池负极接地。

所述第三恒流放电模块包括包括IGBT管Q3和放电电阻R3，R3一端连接在Q3的发射极，另一端接电池负极，Q3门极连接在驱动模块输出端，Q3集电极连接电池正极，电池负极接地。

为准确模拟飞行实际工况，放电电阻R1阻值可选取无人机常态电流，值为1C,第一恒流放电模块导通时间T1占总检测时间50％～60％；放电电阻R2阻值可选取无人机数倍电流，值为(3～5)C，第二恒流放电模块导通时间T2占总检测时间25％～35％；放电电阻R3阻值可选取无人机瞬态电流，值为(10～25)C，第三恒流放电模块导通时间T3占总检测时间15％。C为电池放电率。

下面是一组锂电池的测试数据，锂电池规格是：电池容量12000mAh,额定电压24.2V，过放电压19V。

根据电力用无人机动力电池的电压、安时、放电速率及有效载荷，得出不同工况下的工作电流，计算放电电阻R1、R2、R3的值，通过程序控制各个恒流放电模块不同的导通、关断时间，过程中电压检测模块时刻监控待测电池的过放电压，过放电压一般为3.2V每单元，过放电压达到3.2V后控制模块发出关断信号给驱动模块，各个恒流放电模块中的IGBT管关断，电池停止放电，计算各恒流放电模块放电电流和时间的乘积得到对应的放电容量，电池总容量为各个放电容量之和，该容量真实反映了实际工作的状态，实现了飞行时间的准确判断，即实现了电池实际容量和质量的准确判断。控制模块可以是由时间继电器和乘法器的组成电路，时间继电器控制开通和关闭以及开通和关闭的时间，乘法器完成放电电流和放电时间的乘积计算。该装置中各恒流放电模块以不同放电速率放电，同时检测电池过放电压，实现了电池阶梯式容量检测功能。该装置解决目前电力用无人机电池不准确的容量判别法，采用阶梯恒流放电，总容量为每个阶梯容量之和的原理，模拟了飞行时电流波动很大但安时数近乎不变的特点，很好的反映了动力电池的实际工况，保证了电力用无人机有效飞行时间的定量判断，以及对电池寿命的准确预测、修复、更换，提高了效率，保证了电力无人机的使用效果和电网安全。

作为优化，放电电阻R1、R2、R3可使用具有恒流特性的PTC热敏电阻，实现阶梯放电的简单恒流控制。

如图2为驱动模块电路原理示意图，三极管Q4的集电极接脉冲变压器T1一个输入端，基极串联限流电阻R4后连接控制模块的输出信号，发射极接地，限流电阻R5串联在IGBT管Q1门极和脉冲变压器T1的一输出端之间，脉冲变压器T1的另一输出端连接电池负极，脉冲变压器T1隔离了控制模块和后端恒流放电电路，保证前端电路安全。VS1、VS2为嵌位二极管，正极串联后两负极并联在IGBT管Q1的门极和电池负极之间，防止反峰压损坏恒流放电模块中的IGBT管。

电池长时间不使用或使用不当，极板上的部分活性物质会失去活性，这种现象就是钝化，表现为充电显示已经充满，一使用电压迅速下降，与正常状态比较容量明显下降。本装置采用阶梯放电，钝化的电池一般经过几轮深度充放循环后会自行恢复的，即利用合理阶梯放电电流激活恢复。

以上所述仅为本专利的优选实施例而已，并不用于限制本专利，对于本领域的技术人员来说，本专利可以有各种更改和变化。凡在本专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利的保护范围之内。

Claims (4)

1.电力用无人机电池阶梯式容量检测装置，其特征在于：它包括控制模块，驱动模块，电压检测模块和至少三个的恒流放电模块；

所述控制模块输出端连接所述驱动模块，输出信号为控制各个恒流放电模块的导通和关断以及导通和关断的时间；

所述驱动模块输出端分别连接所述各个恒流放电模块的输入端，驱动模块将所述控制模块输出的信号变换后输出给各个恒流放电模块；

所述各个恒流放电模块的输出端均并联在电池两极；所述控制模块输出导通信号时，恒流放电模块与电池形成通路，电池放电；所述控制模块输出关断信号时，恒流放电模块与电池形不能成通路，电池停止放电；所述恒流放电模块根据无人机不同工作状态，选取对应工作状态下的电流值进行放电；

所述电压检测模块并联在电池两极，用于检测电池在放电过程中的过放电压并将检测值输出给控制模块。

2.如权利要求1中所述的电力用无人机电池阶梯式容量检测装置，其特征在于：所述恒流放电模块包括第一恒流放电模块，第二恒流放电模块和第三恒流放电模块；

第一恒流放电模块的放电速率为1C,第一恒流放电模块导通时间T1占总检测时间50％～60％；第二恒流放电模块的放电速率值为3C～5C，第二恒流放电模块导通时间T2占总检测时间25％～35％；第三恒流放电模块的放电速率值为10C～25C，第三恒流放电模块导通时间T3占总检测时间15％。

3.如权利要求2所述的电力用无人机电池阶梯式容量检测装置，其特征在于：所述驱动模块包括三极管Q4和脉冲变压器T1，限流电阻R4和限流电阻R5；所述第一恒流放电模块包括IGBT管Q1和放电电阻R1；

三极管Q4的集电极接脉冲变压器T1一个输入端，基极串联电阻R4后连接控制模块的输出信号，发射极接地，限流电阻R5串联在Q1门极和脉冲变压器T1的一输出端之间，脉冲变压器T1的另一输出端连接电池负极，R1一端连接在Q1的发射极，另一端接电池负极，Q1集电极连接电池正极，电池负极接地。

4.如权利要求3所述的电力用无人机电池阶梯式容量检测装置，其特征在于：所述放电电阻R1为PTC热敏电阻。