CN210326036U - 一种无人机锂电池温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种温度控制装置，具体涉及一种无人机锂电池温度控制装置；解决了现有加装保温装置的无人机锂电池温度控制装置体积大、不利于散热的技术问题以及现有采用电池内置恒定电阻加热装置的无人机锂电池温度控制装置拆装不方便、控制精度不高且不能根据外部需求实时改变温度的技术问题。本实用新型的技术解决方案是：一种无人机锂电池温度控制装置，包括机载电源、温度控制电路和两个锂电池加热装置；温度控制电路的输入端接机载电源，温度控制电路分别与两个锂电池加热装置连接，温度控制电路通过CAN收发器与外部总线进行通讯；锂电池加热装置包括桐木板、电热膜和温度传感器；电热膜粘贴在桐木板上；温度传感器镶嵌在桐木板内部。

Description

一种无人机锂电池温度控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种温度控制装置，具体涉及一种无人机锂电池温度控制装置。

背景技术

现有四旋翼无人机的旋翼动力大多由锂电池供给，旋翼工作时需要锂电池在短时间内大量放电，当天气寒冷时，由于空气温度低，锂电池受冷放电能力会受损，尤其在超低温情况下甚至会损坏电池，这种现象导致现有的锂电池无法保证短时间内放出大量能量，进而导致旋翼的工作稳定性受影响。

目前，市场上对于无人机锂电池的温度控制，大多采用加装保温装置或使用电池内置恒定电阻加热装置。

现有加装保温装置的无人机锂电池温度控制装置增大了装置的体积、不利于电池持续工作时或高温情况下电池的散热，而且没有相应的温度控制电路。

现有采用电池内置恒定电阻加热装置的无人机锂电池温度控制装置，需要改造电池并配套相应电路，安装拆卸不方便。电池内置恒定电阻加热装置大多通过检测NTC热敏电阻的阻值大小来判断温度，进而控制加热装置的开关。由于这种加热装置中的电流持续输出或关闭，NTC热敏电阻的测量数值一般不够精确，因此不能准确判断开关状态。同时，现有电池内置恒定电阻加热装置没有与外部进行数据交互的接口电路，导致其无法根据外部要求进行实时改变温度，也无法将相关数据传输出去。

实用新型内容

为了解决现有加装保温装置的无人机锂电池温度控制装置体积大、不利于散热的技术问题以及现有采用电池内置恒定电阻加热装置的无人机锂电池温度控制装置拆装不方便、控制精度不高且不能根据外部需求实时改变温度的技术问题，本实用新型提供了一种无人机锂电池温度控制装置。

本实用新型的技术解决方案是：一种无人机锂电池温度控制装置，其特殊之处在于：

包括机载电源、温度控制电路和两个锂电池加热装置；

所述温度控制电路的输入端接机载电源，温度控制电路分别与两个所述锂电池加热装置连接，温度控制电路通过CAN收发器与外部总线进行通讯；

所述锂电池加热装置包括桐木板、电热膜和温度传感器；所述电热膜粘贴在所述桐木板上；所述温度传感器镶嵌在所述桐木板内部；

所述温度控制电路包括电源处理电路、主控制器及接口电路、温度传感器反馈及控制电路；所述机载电源为温度传感器反馈及控制电路提供高电压；所述电源处理电路为温度传感器反馈及控制电路和主控制器及接口电路提供低电压；所述温度传感器反馈及控制电路分别连接主控制器及接口电路、锂电池加热装置中的温度传感器及电热膜；所述主控制器及接口电路通过CAN总线与飞控机通信。

进一步地，所述电源处理电路包括稳压芯片U3、二极管D1、电感L1、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14和电阻R15；

所述稳压芯片U3的电源输入端VIN及所述电容C11的一端均接所述机载电源；所述电容C11的另一端接地；所述稳压芯片U3的使能端EN接所述电阻R11和电阻R14的共同端；所述电阻R11的另一端接所述机载电源；所述电阻R14的另一端接地；所述电阻R15的两端分别接所述稳压芯片U3的复位端RSET和地；所述稳压芯片U3的开关控制端SW同时接所述二极管D1的阴极、所述电容C9的一端和所述电感L1的一端；所述二极管D1的阳极接地；所述电容C9的另一端接所述稳压芯片U3的启动端BST；所述稳压芯片U3的输出电压反馈端FB接所述电阻R10和所述电阻R13的共同端；所述电阻R13的另一端接地；所述电容C12的两端分别接所述稳压芯片U3的补偿端COMP和所述电阻R12的一端，所述电阻R12的另一端接地；所述电容C10的一端接地；

所述电感L1的另一端、所述电容C10的另一端和所述电阻R10的另一端作为所述电源处理电路的输出端，电源处理电路的输出端分别与主控制器及接口电路、温度传感器反馈及控制电路连接。

进一步地，所述温度传感器反馈及输出控制电路包括场效应晶体管Q1、场效应晶体管U1、连接器P1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R16；

所述场效应晶体管U1的源极接机载电源，其栅极接电阻R2和电阻R3的共同端，其漏极接连接器P1的端子7；电阻R2的另一端接机载电源；

所述场效应晶体管Q1的栅极接主控制器及接口电路，其源极端接地，其漏极接电阻R3的另一端；

所述连接器P1的端子6和端子2均接地；所述连接器P1的端子5接电阻R16的一端；所述连接器P1的端子3接电阻R1的一端；所述连接器P1的端子1、电阻R16的另一端和电阻R1的另一端均接所述电源处理电路的输出端。

进一步地，所述主控制器及接口电路包括STM32嵌入式微处理器U2、晶振G1、CAN收发器U4、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C7和电容C8；

所述STM32嵌入式微处理器U2的程序加载使能端PB2BOOT1接电阻R4一端，电阻R4的另一端接所述电源处理电路的输出端；电阻R7的一端接STM32嵌入式微处理器芯片U2的程序加载使能端BOOT0，电阻R7的另一端接地；STM32嵌入式微处理器U2的复位端NRST接电阻R8和电容C7的共同端；电阻R8的另一端接所述电源处理电路的输出端；电容C7的另一端接地；所述STM32嵌入式微处理器U2的时钟输入端PD0-OSC-IN接所述晶振G1的时钟输出端口CLK；

所述晶振G1的电源输入端VCC接所述电源处理电路的输出端；所述电容C8的一端接所述电源处理电路的输出端，其另一端接地；所述晶振G1的接地端GND接地；

所述STM32嵌入式微处理器U2的CAN收发器发送端PA12CANTX接所述CAN收发器U4的数据输入端D；所述STM32嵌入式微处理器U2的CAN收发器接收端PA11CANRX接所述CAN收发器U4的数据输出端R；所述STM32嵌入式微处理器U2的IO引脚端PA5接所述场效应晶体管Q1的栅极；所述STM32嵌入式微处理器U2的IO引脚端PA2接所述电源处理电路的输出端；所述STM32嵌入式微处理器U2的IO引脚端PA0-WKUP接所述电源处理电路的输出端；

所述STM32嵌入式微处理器U2的电源负端接地，所述STM32嵌入式微处理器U2的电源正端接所述电源处理电路的输出端；

所述CAN收发器U4的电源输入端VCC接所述电源处理电路的输出端；CAN收发器U4的接地端GND接地；CAN收发器U4的CAN收发器高电平端CANH和CAN收发器低电平端CANL分别接电阻R9的两端；所述STM32嵌入式微处理器U2的模式选择端RS接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地；

所述电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C8并联在所述电源处理电路的输出端与地之间。

进一步地，为了适用电源的范围更广，所述机载电源的电压范围为9V至36V。

进一步地，所述机载电源的电压为24V。

进一步地，为了使电热膜的绝缘强度、抗电强度和热传导效率更高，且柔软性能更好、预热速度更快、实用寿命更长，所述电热膜为聚酰亚胺薄膜PI电热膜。

进一步地，为了满足一个微处理器即可控制分布在大面积上的多个温度计，减小电路板的体积，所述温度传感器的型号为DS18B20。

进一步地，所述CAN收发器的型号为SN65HVD230。

本实用新型相比现有技术的有益效果是：

1、本实用新型采用外部加热装置和温度控制电路板，在提高锂电池温控灵活性的同时，提高了温度控制精度，减小了电路板的体积。

2、本实用新型在输入电压范围为9V至36V之间均可工作，输入电压适用范围广。

3、本实用新型利用PWM控制方式，灵活改变加热状态，STM32嵌入式微处理器读取反馈温度并通过控制场效应晶体管Q1的高低电平来控制场效应晶体管U1的开关，对电加热膜进行加热，可实现加热速度的控制。

4、本实用新型可通过总线方式与外部实时通信，既不占用额外的接口，也可进行数据的实时传输。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型一个实施例中锂电池加热装置的主视图；

图3是该实施例中锂电池加热装置的左视图；

图4是该实施例中的温度控制电路图；

图5是该实施例中的电源处理电路图；

图6是该实施例中的温度传感器反馈及输出控制电路图；

图7是该实施例中的主处理器及外部接口电路图；

图8是该实施例的输出PWM图；

图9是该实施例的温度和加热开关图；

图中附图标记为：1-桐木板，2-温度传感器，3-电热膜。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的描述。

参照图1，一种无人机锂电池温度控制装置，包括机载电源、温度控制电路和两个锂电池加热装置。

机载电源为温度控制电路提供电压；温度控制电路分别与两个接锂电池加热装置连接，根据锂电池加热装置反馈的温度调整加热方式对锂电池进行加热；温度控制电路通过CAN收发器与外部总线进行通讯。该实施例中机载电源为24V，CAN收发器的型号为SN65HVD230。

参照图2和3，锂电池加热装置包括桐木板1、电热膜3和两个温度传感器2。电热膜3粘贴在桐木板1上；温度传感器2镶嵌在桐木板1内部，且位于桐木板1的中心。

电热膜3为聚酰亚胺薄膜PI电热膜，该电热膜是以聚酰亚胺薄膜为外绝缘体，以金属箔、金属丝为内导电发热体，经高温高压热合而成。该电热膜具有优异的绝缘强度、抗电强度、热传导效率和电阻稳定性，广泛适用于电加热领域。该电热膜柔软性能好、可弯曲、预热速度快、使用寿命长，适合于无人机上对锂电池加热。

温度传感器2为可编程分辨率1线数字温度计，3引脚TO-92封装，型号为DS18B20。该数字温度计可提供9位至12位摄氏温度测量，并通过1线总线进行通信，只需要一根数据线(与接地)与中央微处理器进行通信。每个温度传感器2均具有独特的64位串行代码，存储在板载ROM，允许多个度传感器2在同一条总线上运行。因此，一个微处理器可以控制多个分布在大面积上的温度传感器2，非常适用于无人机这种空间有限的结构，极大地减少了电路板的体积。

参照图4，温度控制电路包括电源处理电路、主控制器及接口电路、温度传感器反馈及控制电路。机载电源为温度传感器反馈及控制电路提供24V高电压；电源处理电路为温度传感器反馈及控制电路和主控制器及接口电路提供3.3V低电压。温度传感器反馈及控制电路分别连接主控制器及接口电路、锂电池加热装置中的温度传感器2及电热膜3。主控制器及接口电路通过CAN总线与飞控机通信。

锂电池加热装置中的电热膜3通电对锂电池加热，使用DS18B20数字温度传感器进行温度测量，主控制器及接口电路通过温度传感器反馈的温度对温度传感器反馈及控制电路进行相应的控制，温度传感器反馈及控制电路再控制电热膜3的加热输出功率，以此来控制锂电池加热装置的加热速度。

参照图5，电源处理电路包括稳压芯片U3、二极管D1、电感L1、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14和电阻R15。稳压芯片U3的型号为MP2467，该芯片可进行电源转化，使温度控制电路具有较宽的电压输入范围。

稳压芯片U3的电源输入端VIN及电容C11的一端均接机载电源；电容C11的另一端接地；稳压芯片U3的使能端EN接电阻R11和电阻R14的共同端；电阻R11的另一端接机载电源；电阻R14的另一端接地；电阻R15的两端分别接稳压芯片U3的复位端RSET和地；稳压芯片U3的开关控制端SW同时接二极管D1的阴极、所述电容C9的一端和所述电感L1的一端；二极管D1的阳极；电容C9的另一端接稳压芯片U3的启动端BST；稳压芯片U3的输出电压反馈端FB接电阻R10和所述电阻R13的共同端；电阻R13的另一端接地；电容C12的两端分别接稳压芯片U3的补偿端COMP和电阻R12的一端，电阻R12的另一端接地；电容C10的一端接地。

电感L1的另一端、电容C10的另一端和电阻R10的另一端作为电源处理电路的输出端，电源处理电路的输出端分别与主控制器及接口电路、温度传感器反馈及控制电路连接。

参照图6，温度传感器反馈及输出控制电路包括场效应晶体管Q1、场效应晶体管U1、连接器P1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R16；

场效应晶体管U1的源极接机载电源，其栅极接电阻R2和电阻R3的共同端，其漏极接连接器P1的端子7；电阻R2的另一端接机载电源；

场效应晶体管Q1的栅极接主控制器及接口电路，其源极端接地，其漏极接电阻R3的另一端；

连接器P1的端子6和端子2均接地；连接器P1的端子5接电阻R16的一端；连接器P1的端子3接电阻R1的一端；连接器P1的端子1、电阻R16的另一端和电阻R1的另一端均接电源处理电路的输出端。

参照图7，主控制器及接口电路包括STM32嵌入式微处理器U2(图中的U2A和U2B)、晶振G1、CAN收发器U4、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C7和电容C8。

STM32嵌入式微处理器U2的程序加载使能端PB2BOOT1接电阻R4；电阻R7的一端接微处理器芯片U2的程序加载使能端BOOT0，电阻R7的另一端接地；STM32嵌入式微处理器U2的复位端NRST接电阻R8和电容C7的共同端；电阻R8的另一端接电源处理电路的输出端；电容C7的另一端接地；STM32嵌入式微处理器U2的时钟输入端PD0-OSC-IN接晶振G1的时钟输出端口CLK；

晶振G1的电源输入端VCC接电源处理电路的输出端；电容C8的一端接电源处理电路的输出端，其另一端接地；晶振G1的接地端GND接地。

STM32嵌入式微处理器U2的CAN收发器发送端PA12CANTX接CAN收发器U4的数据输入端D；STM32嵌入式微处理器U2的CAN收发器接收端PA11CANRX接CAN收发器U4的数据输出端R；STM32嵌入式微处理器U2的IO引脚端PA5接场效应晶体管Q1的栅极；STM32嵌入式微处理器U2的IO引脚端PA2接电源处理电路的输出端；STM32嵌入式微处理器U2的IO引脚端PA0-WKUP接电源处理电路的输出端。

STM32嵌入式微处理器U2的电源负端接地，STM32嵌入式微处理器U2的电源正端接电源处理电路的输出端。

CAN收发器U4的电源输入端VCC接电源处理电路的输出端；CAN收发器U4的接地端GND接地；CAN收发器U4的CAN收发器高电平端CANH和CAN收发器低电平端CANL分别接电阻R9的两端；STM32嵌入式微处理器U2的模式选择端RS接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地。

电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C8并联在电源处理电路的输出端与地之间。

使用前，将此无人机锂电池温度控制装置放入无人机放置旋翼电池舱内，其中，两个锂电池加热装置分别位于电池舱左右两侧，即可对无人机锂电池进行加热，并可根据检测到的温度调整加热速度。

参照图8和图9，该无人机锂电池温度控制装置的控制方法如下：

步骤1)预设启动加热门限值T_L和停止加热门限值T_H；

步骤2)分别检测两个锂电池加热装置中的温度传感器2的温度，记为T_N1和T_N2；

步骤3)将T_N1、T_N2分别与T_L和T_H进行比较，若T_N1≥T_H且T_N2≥T_H，则停止加热；若T_N1≤T_L和/或T_N2≤T_L，则进入步骤4；

步骤4)启动加热并控制加热速度；

步骤4.1)STM32嵌入式微处理器读取反馈温度T_N1和T_N2，并输出PWM波；

步骤4.2)场效应晶体管U1根据PWM波的占空比D_ON来控制加热膜3的加热输出功率，以此来控制锂电池加热装置的加热速度；具体实现方式为：若PWM波为低电平V_oL，则加热膜3开始加热；若PWM波为高电平V_oH，则加热膜3停止加热；

步骤5)重复步骤3)。

本实施例中，PWM的频率为：50Hz，一个周期内高电平持续时间为T₂，低电平持续时间T₁。

占空比

电压有效值为：

参照图9，检测到的温度传感器温度为T_N1、T_N2，预设启动和停止加热门限分别为T_L和T_H，T_L和T_H可以通过CAN总线进行更改，当两个传感器温度至少有一个低于T_L时则启动加热，两个温度均高于T_H时停止加热，当开启加热时根据当前温度进行占空比调整来控制加热速度，公式如下：

D_ON＝70-40((T_N1+T_N2)/2-T_L)/(T_H-T_L)

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种无人机锂电池温度控制装置，其特征在于：

包括机载电源、温度控制电路和两个锂电池加热装置；

所述温度控制电路的输入端接机载电源，温度控制电路分别与两个所述锂电池加热装置连接，温度控制电路通过CAN收发器与外部总线进行通讯；

所述锂电池加热装置包括桐木板(1)、电热膜(3)和温度传感器(2)；所述电热膜(3)粘贴在所述桐木板(1)上；所述温度传感器(2)镶嵌在所述桐木板(1)内部；

所述温度控制电路包括电源处理电路、主控制器及接口电路、温度传感器反馈及控制电路；所述机载电源为温度传感器反馈及控制电路提供高电压；所述电源处理电路为温度传感器反馈及控制电路和主控制器及接口电路提供低电压；所述温度传感器反馈及控制电路分别连接主控制器及接口电路、锂电池加热装置中的温度传感器(2)及电热膜(3)；所述主控制器及接口电路通过CAN总线与飞控机通信。

2.根据权利要求1所述的一种无人机锂电池温度控制装置，其特征在于：

所述电源处理电路包括稳压芯片U3、二极管D1、电感L1、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14和电阻R15；

所述稳压芯片U3的电源输入端VIN及所述电容C11的一端均接所述机载电源；所述电容C11的另一端接地；所述稳压芯片U3的使能端EN接所述电阻R11和电阻R14的共同端；所述电阻R11的另一端接所述机载电源；所述电阻R14的另一端接地；所述电阻R15的两端分别接所述稳压芯片U3的复位端RSET和地；所述稳压芯片U3的开关控制端SW同时接所述二极管D1的阴极、所述电容C9的一端和所述电感L1的一端；所述二极管D1的阳极接地；所述电容C9的另一端接所述稳压芯片U3的启动端BST；所述稳压芯片U3的输出电压反馈端FB接所述电阻R10和所述电阻R13的共同端；所述电阻R13的另一端接地；所述电容C12的两端分别接所述稳压芯片U3的补偿端COMP和所述电阻R12的一端，所述电阻R12的另一端接地；所述电容C10的一端接地；

所述电感L1的另一端、所述电容C10的另一端和所述电阻R10的另一端作为所述电源处理电路的输出端，电源处理电路的输出端分别与主控制器及接口电路、温度传感器反馈及控制电路连接。

3.根据权利要求2所述的一种无人机锂电池温度控制装置，其特征在于：

所述温度传感器反馈及输出控制电路包括场效应晶体管Q1、场效应晶体管U1、连接器P1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R16；

所述场效应晶体管U1的源极接机载电源，其栅极接电阻R2和电阻R3的共同端，其漏极接连接器P1的端子7；电阻R2的另一端接机载电源；

所述场效应晶体管Q1的栅极接主控制器及接口电路，其源极端接地，其漏极接电阻R3的另一端；

所述连接器P1的端子6和端子2均接地；所述连接器P1的端子5接电阻R16的一端；所述连接器P1的端子3接电阻R1的一端；所述连接器P1的端子1、电阻R16的另一端和电阻R1的另一端均接所述电源处理电路的输出端。

4.根据权利要求3所述的一种无人机锂电池温度控制装置，其特征在于：

所述主控制器及接口电路包括STM32嵌入式微处理器U2、晶振G1、CAN收发器U4、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C7和电容C8；

所述STM32嵌入式微处理器U2的程序加载使能端PB2BOOT1接电阻R4一端，电阻R4的另一端接所述电源处理电路的输出端；电阻R7的一端接STM32嵌入式微处理器芯片U2的程序加载使能端BOOT0，电阻R7的另一端接地；STM32嵌入式微处理器U2的复位端NRST接电阻R8和电容C7的共同端；电阻R8的另一端接所述电源处理电路的输出端；电容C7的另一端接地；所述STM32嵌入式微处理器U2的时钟输入端PD0-OSC-IN接所述晶振G1的时钟输出端口CLK；

所述晶振G1的电源输入端VCC接所述电源处理电路的输出端；所述电容C8的一端接所述电源处理电路的输出端，其另一端接地；所述晶振G1的接地端GND接地；

所述STM32嵌入式微处理器U2的CAN收发器发送端PA12CANTX接所述CAN收发器U4的数据输入端D；所述STM32嵌入式微处理器U2的CAN收发器接收端PA11CANRX接所述CAN收发器U4的数据输出端R；所述STM32嵌入式微处理器U2的IO引脚端PA5接所述场效应晶体管Q1的栅极；所述STM32嵌入式微处理器U2的IO引脚端PA2接所述电源处理电路的输出端；所述STM32嵌入式微处理器U2的IO引脚端PA0-WKUP接所述电源处理电路的输出端；

所述STM32嵌入式微处理器U2的电源负端接地，所述STM32嵌入式微处理器U2的电源正端接所述电源处理电路的输出端；

所述CAN收发器U4的电源输入端VCC接所述电源处理电路的输出端；CAN收发器U4的接地端GND接地；CAN收发器U4的CAN收发器高电平端CANH和CAN收发器低电平端CANL分别接电阻R9的两端；所述STM32嵌入式微处理器U2的模式选择端RS接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地；

所述电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C8并联在所述电源处理电路的输出端与地之间。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种无人机锂电池温度控制装置，其特征在于：所述机载电源的电压范围为9V至36V。

6.根据权利要求5所述的一种无人机锂电池温度控制装置，其特征在于：所述机载电源的电压为24V。

7.根据权利要求6所述的一种无人机锂电池温度控制装置，其特征在于：所述电热膜(3)为聚酰亚胺薄膜PI电热膜。

8.根据权利要求7所述的一种无人机锂电池温度控制装置，其特征在于：所述温度传感器的型号为DS18B20。

9.根据权利要求8所述的一种无人机锂电池温度控制装置，其特征在于：所述CAN收发器的型号为SN65HVD230。

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