一种多电压无人机平台的供电系统及方法与流程

本发明属于供电技术领域，尤其涉及一种多电压无人机平台的供电系统及方法。

背景技术：

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。然而，现有无人机当电路满负荷运行时，开启电池均衡会增加单片机的运算负载，单片机开销大，无法进行自动均衡；同时，对无人机电池故障诊断精确度差，影响后期维修。同时现有的无人机平台供电系统技术中利用电量传感器检测数值的过程中，容易受到温度的影响，使检测的数据产生了较大的误差，降低了测量精度；现有技术中无人机平台供电系统在协调各个模块正常运行的过程中，由于处理的数据较多，无法对数据进行有效的聚类处理，使整个系统的运行速度降低，导致无人机供电会出现延迟性；现有技术中无人机平台供电系统，无法提供精确的电池损耗预测数据，存在一定的测量偏差，造成在整个系统的运行过程中，操作工作者不能判断未来相同的时间段内电池消耗数据，会出现突然断电的情况，使无人机坠毁。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有无人机当电路满负荷运行时，开启电池均衡会增加单片机的运算负载，单片机开销大，无法进行自动均衡；同时，对无人机电池故障诊断精确度差，影响后期维修。

(2)现有的无人机平台供电系统技术中利用电量传感器检测数值的过程中，容易受到温度的影响，使检测的数据产生了较大的误差，降低了测量精度。

(3)现有技术中无人机平台供电系统在协调各个模块正常运行的过程中，由于处理的数据较多，无法对数据进行有效的聚类处理，使整个系统的运行速度降低，导致无人机供电会出现延迟性。

(4)现有技术中无人机平台供电系统，无法提供精确的电池损耗预测数据，存在一定的测量偏差，造成在整个系统的运行过程中，操作工作者不能判断未来相同的时间段内电池消耗数据，会出现突然断电的情况，使无人机坠毁。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种多电压无人机平台的供电系统及方法。

本发明是这样实现的，一种多电压无人机平台的供电方法，所述多电压无人机平台的供电方法包括以下步骤：

步骤一，通过电源模块为多电压无人机平台进行供电；通过电量检测模块利用电量检测仪检测无人机电池电量数据；

步骤二，主控模块通过储电模块利用锂电池存储电量；

步骤三，通过电池均衡模块利用均衡电路对电池供电进行均衡操作；测量各单个电池的开路电压ocvcell；由各单个电池的开路电压ocvcell得到各单个电池的荷电状态soccell；计算各单个电池的荷电状态soccell与所有单个电池荷电状态soccell中的最小值socmin之差δsoc；根据各单个电池的δsoc判断其是否需要均衡；根据需要均衡的各单个电池的δsoc计算其所需要的均衡时间t；在预设均衡时间t1内对各单个电池放电，若单个电池的均衡时间t大于预设均衡时间t1，则对单个电池放电时间t1，否则对单个电池放电时间t；

通过电池损耗计算模块利用计算程序计算无人机电池损耗数据；

步骤四，通过电池故障诊断模块利用诊断电路对电池故障进行诊断操作；

将装有电池组的无人机经过多次充电与工况放电运行后，记录远程监控数据；远程监控数据包括无人机在运行过程中各模块单体电压、充电电流和放电电流；

对电池组进行充电并获取电池组充电末端各串联模块电压值v11、v12到v1n，n为串联模块的数量，并筛选最高电压值vmax和最低电压值vmin，并计算各串联模块的电压平均值v1；

获取压差值δv，δv＝vmax-vmin；

判断压差值δv是否大于预设的第一电压阈值u1；否，则判断该电池组正常；

是，则判断该电池组故障，将该电池组中的最高电压值vmax和最低电压值vmin分别与电压平均值v1进行比较，定位故障模块；

将电池组静置预设第一时间值后，获取电池组中各串联模块的静置电压值v21、v22到v2n，并获取各串联模块的静置电压平均值v2；

将故障模块的静置电压值v2m与静置电压平均值v2比较，1≦m≦n；

结合比较结果判断故障类型；

步骤五，通过显示模块利用显示器显示检测的电池电量、电池损耗数据信息。

进一步，根据各单个电池的δsoc判断其是否需要均衡中，判断依据为，若单个电池的δsoc大于预设荷电状态门限，则判断其需要均衡，否则判断其不需要均衡。

进一步，根据需要均衡的各单个电池的δsoc计算其相应的容量差δcap，再根据其容量差δcap计算其所需要的均衡时间t，其中，单个电池的容量差δcap为单个电池的剩余容量与所述socmin所对应的单个电池的剩余容量之差。

进一步，根据需要均衡的各单个电池的δsoc计算其相应的容量差δcap的公式为δcap＝cap*soh*δsoc，其中，cap为已知的电池额定容量、soh为已知的电池健康度。

进一步，所述均衡时间t的计算公式为t＝δcap/i，其中，i为预设的均衡电流。

进一步，由各单个电池的开路电压ocvcell得到各单个电池的荷电状态soccell前，还需进行：判断各单个电池的开路电压ocvcell是否在预设线性电压范围内，开路电压ocvcell在预设线性电压范围内的单个电池进入步骤(2)；开路电压ocvcell不在预设线性电压范围内的单个电池则以时间t上-t1作为其所需要的均衡时间t并转入在预设均衡时间t1内对各单个电池放电，若单个电池的均衡时间t大于预设均衡时间t1，则对单个电池放电时间t1，否则对单个电池放电时间t步骤，t上为在上一循环中的均衡时间。

进一步，判断该电池组故障，将该电池组中的最高电压值vmax和最低电压值vmin分别与电压平均值v1进行比较，定位故障模块中，具体包括：

预设第二电压阈值u2；

判断最高电压值vmax与电压平均值v1的差值是否大于第二电压阈值u2；是，则判断该最高电压值vmax对应的串联模块故障；

否，则判断电压平均值v1与最低电压值vmin的差值是否大于第二电压阈值u2；是，则判断该最低电压值vmin对应的串联模块故障。

本发明的另一目的在于提供一种终端，所述终端搭载控制所述多电压无人机平台的供电方法运行的控制器。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机控制执行所述的多电压无人机平台的供电方法。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述多电压无人机平台的供电方法的多电压无人机平台的供电系统，所述多电压无人机平台的供电系统包括：

电源模块，与主控模块连接，用于为多电压无人机平台进行供电；

电量检测模块，与主控模块连接，用于通过电量检测仪检测无人机电池电量数据；

主控模块，与电源模块、电量检测模块、储电模块、电池均衡模块、电池损耗计算模块、电池故障诊断模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

储电模块，与主控模块连接，用于通过锂电池存储电量；

电池均衡模块，与主控模块连接，用于通过均衡电路对电池供电进行均衡操作；

电池损耗计算模块，与主控模块连接，用于通过计算程序计算无人机电池损耗数据；

电池故障诊断模块，与主控模块连接，用于通过诊断电路对电池故障进行诊断操作；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示检测的电池电量、电池损耗数据信息。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述多电压无人机平台的供电方法的无人机。

本发明的优点及积极效果为：

本发明通过电池均衡模块利用电池开路电压获取电池的荷电状态，并结合其它参数得到电池所需要的均衡时间，减少了电池均衡时的测量和运算开销，降低了单片机的运算量，提高了电池均衡系统的效率；设置停止均衡阶段，使电池均衡能够在不需人工参与的情况下循环进行，实现了无人机电池均衡的自动化，同时保证电池均衡系统安全可靠运行；同时，通过电池故障诊断模块利用充电末端电压进行电池组整体诊断和故障模块定位后，通过静置后的电压对故障类型进一步诊断可以实现动力电池组故障的可靠诊断，减少电池组故障的误判，避免电池组不必要的反复维修，节约维修成本；利用电池组串联模块的最高电压值vmax和最低电压值vmin对电池组进行整体诊断，有利于提高电池组诊断效率，筛选故障电池组以进行精确诊断。

本发明中电量检测模块用于通过电量传感器检测无人机电池电量数据过程中，为了使电量传感器不受温度的影响，利用自校准系数对被测电压进行矫正，降低测量的误差，提高了测量精度。

本发明中主控模块与电源模块、电量检测模块、储电模块、电池均衡模块、电池损耗计算模块、电池故障诊断模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作的过程中，采用em算法对数据进行处理，提高了数据处理的速度，导致使整个系统的运行速度得到了提高，避免无人机供电会出现延迟的现象。

本发明中电池损耗计算模块用于通过计算程序计算无人机电池损耗数据的过程，采用elm预测算法对未来时间段内的电池损耗进行有预测，提高了电池消耗预测精度，为多电压无人机平台平稳持续供电提供了可靠的数据预测。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多电压无人机平台的供电方法流程图。

图2是本发明实施例提供的多电压无人机平台的供电系统结构框图。

图中：1、电源模块；2、电量检测模块；3、主控模块；4、储电模块；5、电池均衡模块；6、电池损耗计算模块；7、电池故障诊断模块；8、显示模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明包括。

现有无人机当电路满负荷运行时，开启电池均衡会增加单片机的运算负载，单片机开销大，无法进行自动均衡；同时，对无人机电池故障诊断精确度差，影响后期维修。

现有的无人机平台供电系统技术中利用电量传感器检测数值的过程中，容易受到温度的影响，使检测的数据产生了较大的误差，降低了测量精度。

现有技术中无人机平台供电系统在协调各个模块正常运行的过程中，由于处理的数据较多，无法对数据进行有效的聚类处理，使整个系统的运行速度降低，导致无人机供电会出现延迟性。

现有技术中无人机平台供电系统，无法提供精确的电池损耗预测数据，存在一定的测量偏差，造成在整个系统的运行过程中，操作工作者不能判断未来相同的时间段内电池消耗数据，会出现突然断电的情况，使无人机坠毁。

为解决上述问题，下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的多电压无人机平台的供电方法包括以下步骤：

s101：为无人机平台进行供电。

s102：在飞行过程中，检测无人机电池电量数据，根据采集的电量数据进行计算无人机电池损耗，预测未来时间段内的电池损耗数据。

s103：根据采集的电量数据，电池损耗数据和未来时间段内电池损耗预测数据，对无人机平台的供电系统，进行均衡操作和电池故障诊断操作。

s104：利用锂电池存储电量，并且通过显示器显示检测的电池电量、电池损耗和预测电池损耗等数据信息。

如图2所示，本发明实施例提供的多电压无人机平台的供电系统包括：电源模块1、电量检测模块2、主控模块3、储电模块4、电池均衡模块5、电池损耗计算模块6、电池故障诊断模块7、显示模块8。

电源模块1，与主控模块3连接，用于为多电压无人机平台进行供电。

电量检测模块2，与主控模块3连接，用于通过电量传感器检测无人机电池电量数据。

主控模块3，与电源模块1、电量检测模块2、储电模块4、电池均衡模块5、电池损耗计算模块6、电池故障诊断模块7、显示模块8连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作。

储电模块4，与主控模块3连接，用于通过锂电池存储电量。

电池均衡模块5，与主控模块3连接，用于通过均衡电路对电池供电进行均衡操作。

电池损耗计算模块6，与主控模块3连接，用于通过计算程序计算无人机电池损耗数据。

电池故障诊断模块7，与主控模块3连接，用于通过诊断电路对电池故障进行诊断操作。

显示模块8，与主控模块3连接，用于通过显示器显示检测的电池电量、电池损耗数据信息。

所述电量检测模块2用于通过电量传感器检测无人机电池电量数据过程中，为了使电量传感器不受温度的影响，利用自校准系数对被测电压进行矫正，降低测量的误差，提高测量精度，其自校准系数计算过程，包括：

步骤一，基准电压源产生频率为f2、有效值为u2的基准电压信号，二次转换器从sovs的校准电压输出端接收的基准电压信号u2经过解调处理后，得到高温度稳定性、高精确度的电压信号，表示为

式中，n为数据样本的计数。tn为第n个数据的采样时间。为远端采集模块采集的基准电压信号u2的初始相位。

步骤二，二次转换器从sovs的感应信号输出端接收光学电压传感单元敏感获得的感应被测电压信号u′1和感应基准电压信号u′2，并对该信号进行数据处理，得到易受环境温度影响的感应被测电压和感应基准电压，分别表示为

式中，δk为环境温度等外界影响因素引起光学电压传感单元的输出系数变化量，与敏感电压信号频率无关。为光学电压传感单元敏感的感应被测电压信号u′1的初始相位。u1为被测电压源输出电压信号的有效值。为光学电压传感单元敏感的感应基准电压信号u′2的初始相位。

步骤三，利用三角窗加权算法和离散傅里叶算法，二次转换器实现对获得的感应基准电压信号u′2和基准电压信号u2的多周期数据的有效值计算。较大的累加周期数改善了信噪比，使得有效值计算结果的稳定性和准确度得到了提高。

环境温度等外界影响因素引起光学电压传感单元的输出系数变化量δk通过下式计算得到

式中，u′2为光学电压传感单元敏感得到的感应基准电压信号u′2的有效值。

步骤四，利用上述系数对光学电压传感单元敏感的感应被测电压信号u′1进行修正，得到几乎不受环境温度影响的输出电压信号为

式中，1+δk为sovs输出信号的自校准系数。

被测电压源输出电压信号u1除包含基波频率外，还可能包含其他高次谐波频率。

所述主控模块3与电源模块1、电量检测模块2、储电模块4、电池均衡模块5、电池损耗计算模块6、电池故障诊断模块7、显示模块8连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作的过程中，为了对数据进行有效的处理，提高运行的效率，采用em算法，具体包括以下步骤：

对于包含m条d维数值型记录的数据集d，设置停止阈值ε＞0。

步骤一，对于数据集d中的每条数据记录x，计算x属于聚类h＝1，...，k的概率

步骤二，更新混合模型参数。

步骤三，终止条件：如果|l(φ′)-l(φ^l+1)|＜＝ε，则认为估计的参数符合原始数据集的分布，算法停止。否则，t＝t+l，跳转到步骤一，迭代执行。

所述电池损耗计算模块6用于通过计算程序计算无人机电池损耗数据的过程，需要对未来时间段内的电池损耗进行有预测，为了提高预测精度，对电池消耗进行预测，为多电压无人机平台平稳持续供电提高可靠的数据预测，采用elm预测算法，具体包括以下步骤：

步骤一，随机设置输入隐含层权值αi以及阀值bi，i＝1，…，l。其中l为隐含层节点个数。

步骤二，选择一个无限可微的函数作为隐含层神经元的激活函数，并计算隐含层输出矩阵h。

步骤三，计算隐含层节点与输出节点的连接权值

本发明提供的电池均衡模块5均衡方法包括：

(1)测量各单个电池的开路电压ocvcell。

(2)由各单个电池的开路电压ocvcell得到各单个电池的荷电状态soccell。

(3)计算各单个电池的荷电状态soccell与所有单个电池荷电状态soccell中的最小值socmin之差δsoc。

(4)根据各单个电池的δsoc判断其是否需要均衡。

(5)根据需要均衡的各单个电池的δsoc计算其所需要的均衡时间t。

(6)在预设均衡时间t1内对各单个电池放电，若单个电池的均衡时间t大于预设均衡时间t1，则对单个电池放电时间t1，否则对单个电池放电时间t。

本发明提供的步骤(4)的判断依据为，若单个电池的δsoc大于预设荷电状态门限，则判断其需要均衡，否则判断其不需要均衡。

本发明提供的步骤(5)具体为，根据需要均衡的各单个电池的δsoc计算其相应的容量差δcap，再根据其容量差δcap计算其所需要的均衡时间t，其中，单个电池的容量差δcap为单个电池的剩余容量与所述socmin所对应的单个电池的剩余容量之差。

本发明提供的步骤(5)根据需要均衡的各单个电池的δsoc计算其相应的容量差δcap的公式为δcap＝cap*soh*δsoc，其中，cap为已知的电池额定容量、soh为已知的电池健康度。

本发明提供的均衡时间t的计算公式为t＝δcap/i，其中，i为预设的均衡电流。

本发明提供的步骤(1)和步骤(2)之间还包括，判断各单个电池的开路电压ocvcell是否在预设线性电压范围内，开路电压ocvcell在预设线性电压范围内的单个电池进入步骤(2)。开路电压ocvcell不在预设线性电压范围内的单个电池则以时间t上-t1作为其所需要的均衡时间t并转入步骤(6)，t上为其在上一循环中的均衡时间。

本发明提供的电池故障诊断模块7诊断方法包括：

1)将装有电池组的无人机经过多次充电与工况放电运行后，记录远程监控数据。远程监控数据包括无人机在运行过程中各模块单体电压、充电电流和放电电流。

2)对电池组进行充电并获取电池组充电末端各串联模块电压值v11、v12到v1n，n为串联模块的数量，并筛选最高电压值vmax和最低电压值vmin，并计算各串联模块的电压平均值v1。

3)获取压差值δv，δv＝vmax-vmin。

4)判断压差值δv是否大于预设的第一电压阈值u1。否，则判断该电池组正常。

5)是，则判断该电池组故障，将该电池组中的最高电压值vmax和最低电压值vmin分别与电压平均值v1进行比较，定位故障模块；

6)将电池组静置预设第一时间值后，获取电池组中各串联模块的静置电压值v21、v22到v2n，并获取各串联模块的静置电压平均值v2；

7)将故障模块的静置电压值v2m与静置电压平均值v2比较，1≦m≦n；

8)结合步骤5)与步骤7)的比较结果判断故障类型。

本发明提供的步骤5)具体包括以下步骤：

预设第二电压阈值u2。

判断最高电压值vmax与电压平均值v1的差值是否大于第二电压阈值u2。是，则判断该最高电压值vmax对应的串联模块故障。

否，则判断电压平均值v1与最低电压值vmin的差值是否大于第二电压阈值u2。是，则判断该最低电压值vmin对应的串联模块故障。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。