一种无人机用智能电池及电源管理方法技术

本发明专利技术属于无人机领域，涉及一种无人机用智能电池及其管理方法。本发明专利技术的智能电池包括电池组(5)，电芯电压均衡电路(2)，电流电压采样模块(1)和电池电气模型(6)，所述智能电池为可拆卸的单体电池。本发明专利技术的电池管理系统包括位于所述智能电池之外的电芯电压均衡度分析模块(4)和剩余电量估算模块(3)，所述电流电压采样模块(1)和电芯电压均衡电路(2)均连接电池组(5)中的若干个电芯，所述电池电气模型(6)和电流电压采样模块(1)均连接所述剩余电量估算模块(3)，所述电流电压采样模块(1)和所述电芯电压均衡电路(2)均连接所述电芯电压均衡度分析模块(4)。本发明专利技术的优势在于，无人机剩余飞行里程的计算精确度更高，提升了电池寿命，延长了飞行里程，同时降低了电池成本。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机用智能电池及电源管理方法
本专利技术属于无人机领域，涉及一种无人机用智能电池及其电池电源管理系统和方法，特别涉及无人机的剩余航程规划和电池电芯均衡技术。
技术介绍
现有技术公开了一种电动无人机剩余里程估计方法，包括如下步骤：步骤S1：通过电池控制芯片，读取电池当前包括电量、电压、电流的电池测试数据；步骤S2：通过电池测试数据，得到电量消耗规律及参数；步骤S3：通过实飞数据，得到包括飞行速度和飞行距离的飞行状态与电量消耗之间的规律及参数；步骤S4：计算得到剩余里程估计值。步骤S4包括如下步骤：步骤S41：获取当前油门大小；步骤S42：通过油门与电流关系，得到当前油门对应的电流值；步骤S43：通过电流与电量消耗速度关系，得到当前电流对应的电量消耗速度；步骤S44：获取剩余电量值，除以电量消耗速度，得到剩余电量可飞行时间；步骤S45：获取当前飞行速度，乘以可飞行时间，得到剩余里程估计值。上述步骤S2是根据电流等参数判断电池电量消耗速度，所用方法是拟合，若通过数据拟合，若得出电量消耗速度与电流之间满足线性关系，表达为：Cr＝k1I+k0，其中，Cr为电量消耗速度，I为电流值，k1、k0为相关参数，这种方法是很粗略的，电流大小，电压大小，温度变化，等都会使得这个公式精度大打折扣，而且此方法只使用了电池参数中的电流信息，未能充分使用电池的模型参数，并未具体分析到电池的特性，并未说明电池是否是多个电芯组成，并未对电池的保护和提高寿命提高要求，电池能量的使用率低，步骤S4是根据剩余电量计算剩余里程，其使用方法为通过数据拟合，若得出油门大小与电池电流满足线性关系，但是未考虑低电量电池放电倍率的限制，若无人机在电池容量小的时候进行爬坡，大动作转向等操作，就会非常危险。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中不足，提供一种新的无人机用智能电池及其管理方法。为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现。本专利技术一个方面提供一种无人机，包括智能电池和电池管理系统，所述智能电池包括电池组(5)，电芯电压均衡电路(2)，电流电压采样模块(1)和电池电气模型(6)，所述智能电池为可拆卸的单体电池，所述电池管理系统包括位于所述智能电池之外的电芯电压均衡度分析模块(4)和剩余电量估算模块(3)，所述电流电压采样模块(1)和电芯电压均衡电路(2)均连接电池组(5)中的若干个电芯，所述电池电气模型(6)和电流电压采样模块(1)均连接所述剩余电量估算模块(3)，所述电流电压采样模块(1)和所述电芯电压均衡电路(2)均连接所述电芯电压均衡度分析模块(4)。在本专利技术的一个方面，所述无人机还包括动力控制系统，所述动力控制系统包括剩余航程估算模块(7)，电机调节模块(9)，电机(10)和飞行工况分析模块(8)，所述电机(10)通过所述电机调节模块(9)连接所述剩余航程估算模块(7)，所述飞行工况分析模块(8)连接所述剩余航程估算模块(7)。在本专利技术的一个方面，所述电池电气模型(6)记录所述电池组(5)在不同温度和不同放电电流倍率下充放电电动势与电池剩余电量之间的函数。在本专利技术的一个方面，所述飞行工况分析模块(8)采集所述无人机的巡航速度和飞行高度。本专利技术另一方面提供一种无人机智能电池的电池管理方法，所述无人机包括智能电池和电池管理系统，所述智能电池包括电池组(5)，电芯电压均衡电路(2)，电流电压采样模块(1)和电池电气模型(6)，所述智能电池为可拆卸的单体电池，所述电池管理系统包括位于所述智能电池之外的电芯电压均衡度分析模块(4)和剩余电量估算模块(3)，所述电池管理方法包括电池电芯均衡步骤，所述电池电芯均衡步骤包括：步骤T1：通过电流电压采样模块(1)采集电池组(5)中若干个电芯的电压值，所述若干个电芯的初始电压都为V；步骤T2：通过电芯电压均衡度分析模块(4)计算所述若干个电芯中任意两个电芯的电压值的最大差值Vc，当Vc大于阈值电压Vc1时，电芯电压均衡度分析模块(4)通过电芯电压均衡电路(2)降低Vc，当Vc小于阈值电压Vc2时，电芯电压均衡度分析模块(4)停止电芯电压均衡电路(2)的工作，所述Vc2小于Vc1。在本专利技术的一个方面，所述Vc1为1.8-2.2％V，例如2.0％V；所述Vc2为0.3-0.5％V，例如0.4％V。在本专利技术的一个方面，所述电池管理方法还包括基于电池剩余电量计算的无人机剩余航程规划步骤，所述基于电池剩余电量计算的无人机剩余航程规划步骤包括：步骤S1：通过电流电压采样模块(1)采集电池组(5)中若干个电芯的电压值和电池放电电流值；步骤S2：剩余电量估算模块(3)根据电池电气模型(6)，所述若干个电芯的电压值和电池放电电流值，用扩展卡尔曼滤波器算法递推估算电池的剩余电量信息，所述电池剩余电量信息包括电池剩余电量值E1，电池电压U，电池放电电流I和电池放电电量E2；步骤S3：剩余航程估算模块获得所述剩余电量信息；步骤S4：通过飞行工况分析模块(8)得到飞机工况信息，包括巡航速度V和飞行高度H，然后剩余航程估算模块(7)通过所述剩余电量信息和所述飞机工况信息，计算出无人机剩余飞行里程，从而得到无人机能飞到的降落基站；步骤S5：剩余航程估算模块(7)根据所述剩余电量信息限定最大的电池输出电流，通过电机调节模块(9)控制电机(10)的最大转速。在本专利技术的一个方面，所述基于电池剩余电量计算的无人机剩余航程规划步骤和所述电池电芯均衡步骤同步进行。在本专利技术的一个方面，所述电芯电压均衡电路(2)将电池组(5)中电压值高的电芯进行放电，对电压值低的电芯进行充电，从而将Vc降低。和现有技术相比，本专利技术的优势在于：1.本专利技术通过电池电压U和电池剩余电量E1之间的规律来计算剩余的飞行里程，因此精确度更高；2.剩余航程估算模块根据电池剩余电量情况限定最大的电池输出电流，并控制电机的最大转速，使得电机不会超负荷工作，在电池剩余电量低时，电机调节模块控制电机的最大转速也会减小，无人机就不能进行某些爬坡，急升急降，突然转向等操作，提升了电池寿命，并且延长飞行的里程；3.本专利技术将电池管理系统的核心模块从单体智能电池中移至电池之外的无人机中，有利于降低电池成本，提高电池的更替率，从而在整体上延长无人机的使用频率和使用寿命；同时，电池管理系统作为体现无人机竞争力的核心模块附着于无人机上，有助于提升无人机的价值，避免电池管理系统应用于竞争者的产品之中；本专利技术的设置方式也有助于电池管理系统的及时更新。附图说明图1为本专利技术无人机的模块结构示意图。具体实施方式下面通过实施例结合说明书附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。实施例1-无人机如图1所示，一种无人机除别的部件或模块之外包括智能电池，电池管理系统和动力控制系统。其中智能电池包括电池组5，电芯电压均衡电路2，电流电压采样模块1和电池电气模型6，所述智能电池为可拆卸的单体电池。电池管理系统包括位于所述智能电池之外的电芯电压均衡度分析模块4和剩余电量估算模块3。动力控制系统包括剩余航程估算模块7，电机调节模块9，电机10和飞行工况分析模块8。电池组5包括12个电芯。现有技术采用的电池管理系统将包括电池电气模型6、电流电压采样模块1、电芯电压均衡电路2、剩余电量估算模块3、电芯电压均衡度分析模块4等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机，包括智能电池和电池管理系统，所述智能电池包括电池组(5)，电芯电压均衡电路(2)，电流电压采样模块(1)和电池电气模型(6)，所述智能电池为可拆卸的单体电池，所述电池管理系统包括位于所述智能电池之外的电芯电压均衡度分析模块(4)和剩余电量估算模块(3)，所述电流电压采样模块(1)和电芯电压均衡电路(2)均连接电池组(5)中的若干个电芯，所述电池电气模型(6)和电流电压采样模块(1)均连接所述剩余电量估算模块(3)，所述电流电压采样模块(1)和所述电芯电压均衡电路(2)均连接所述电芯电压均衡度分析模块(4)。

【技术特征摘要】
1.一种无人机，包括智能电池和电池管理系统，所述智能电池包括电池组(5)，电芯电压均衡电路(2)，电流电压采样模块(1)和电池电气模型(6)，所述智能电池为可拆卸的单体电池，所述电池管理系统包括位于所述智能电池之外的电芯电压均衡度分析模块(4)和剩余电量估算模块(3)，所述电流电压采样模块(1)和电芯电压均衡电路(2)均连接电池组(5)中的若干个电芯，所述电池电气模型(6)和电流电压采样模块(1)均连接所述剩余电量估算模块(3)，所述电流电压采样模块(1)和所述电芯电压均衡电路(2)均连接所述电芯电压均衡度分析模块(4)。2.根据权利要求1所述的一种无人机，其特征在于，所述无人机还包括动力控制系统，所述动力控制系统包括剩余航程估算模块(7)，电机调节模块(9)，电机(10)和飞行工况分析模块(8)，所述电机(10)通过所述电机调节模块(9)连接所述剩余航程估算模块(7)，所述飞行工况分析模块(8)连接所述剩余航程估算模块(7)。3.根据权利要求1所述的一种无人机，其特征在于，所述电池电气模型(6)记录所述电池组(5)在不同温度和不同放电电流倍率下充放电电动势与电池剩余电量之间的函数。4.根据权利要求1所述的一种无人机，其特征在于，所述飞行工况分析模块(8)采集所述无人机的巡航速度和飞行高度。5.一种无人机智能电池的电池管理方法，所述无人机包括智能电池和电池管理系统，所述智能电池包括电池组(5)，电芯电压均衡电路(2)，电流电压采样模块(1)和电池电气模型(6)，所述智能电池为可拆卸的单体电池，所述电池管理系统包括位于所述智能电池之外的电芯电压均衡度分析模块(4)和剩余电量估算模块(3)，所述方法包括电池电芯均衡步骤，所述电池电芯均衡步骤包括：步骤T1：通过电流电压采样模块(1)采集电池组(5)中若干个电芯的电压值，所述若干个电芯的初始电压都为V；步骤T2：通过电芯电压均衡度分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓君，唐哲君，张宏，刘剑，薛鹏，
申请(专利权)人：广州亿航智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44