基于集成式智能无人机起动电源子系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种智能无人机起动电源子系统，该系统可在无地面电源情况下用于起动发动机及主电源失效情况下和应急电源同时对外供电，在?20℃～60℃条件下输出满足要求的电压（8V～12.6V）和电流（300A/5s）。该系统内含1个3串高度集成化管理系统和1个12V/15Ah电芯堆，可满足机载实时充电、限压限流控制、放电控制、均衡控制、检测（电压、电流、温度、容量）、短路保护、通讯、故障诊断报警、BIT自检功能。该发明的特点是将高度集成化管理系统与宽温度范围大倍率放电电芯完美融合，从而实现功能一体化设计智能无人机起动电源，达到轻型化小型化智能化应用目的。
【专利说明】基于集成式智能无人机起动电源子系统
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于无人机电气系统技术领域，涉及一种智能无人机起动电源子系统，该系统可在无地面电源情况下用于起动发动机及主电源失效情况下和应急电源同时对外供电。可用于无人机起动电源或应急电源。
【背景技术】
[0003]无人机上电源分为主电源(为无人机动力系统提供直流电源，适合于手抛式、微小型等纯电动无人机，太阳能无人机除外)、起动电源(具备空中和地面起动发动机的能力，适合于携带发动机的无人机)和应急电源(当机上主回路电源故障时，为关键设备供电，以维持返航)，其中起动电源和应急电源在主回路电源正常时均可被充电，从而使其保持在满容量状态。
[0004]从国内外的研究现状来看，已有的中型或大型无人机上电源系统多采用太阳能+电源控制器+应急电源、发电机+电源控制器+应急电源、发电机+电源控制器+起动电源+应急电源、发电机+电源控制器+起动兼应急电源等模式，其中电源控制器均为独立单机，具备机载安装条件。这类模式，单机数量较多且需给控制器预留安装位置，所占体积空间较大，
重量较重。
[0005]中国专利(CN103332296A)公开了一种无人机电源，由第一电源模块、第二电源模块、第一电压传感器、第二电压传感器、控制供电及电压检测模块等组成，整个供电系统较为简单，可为小型民用无人机供电。该专利在中型或大型无人机上使用的局限性很大。[000?] 专利(201410482436)公开了一种大型太阳能无人机储能电源，由电池箱体、电池组、太阳能电池充电电路与电池管理系统电路板、温度传感器、可恢复保险丝、环形密封圈、水密接头安装座组成，整个系统为太阳能无人机而设计，相对复杂，在非太阳能中型或大型无人机上使用需做诸多改进和完善。此外，专利(CN204089305U)描述了一种应用于无人机自动充电的电源系统，包括蓄电池和充电装置及控制器、整流逆变器和无线发送器，该种设计方式外部连接相对复杂，在重量、体积上均不占优势，而且缺乏实际使用时对整个系统监控。
[0007]为进一步提升无人机运载能力，采用上述方案，均存在尺寸大、重量重，不能适应重量轻、体积小、连接便捷的要求。就需要研制新型重量体积小且高度集成的无人机电源子系统，用于中型或大型无人机，并且满足未来不断提高的小型化、轻型化、智能化装备需求。
[0008]
【发明内容】
[0009]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供了一种体积小、重量轻、稳定性好、智能化强的基于集成式无人机起动电源子系统。
[0010]本发明的技术解决方案是:基于集成式智能无人机起动电源子系统，包括外壳、减震垫、保温板或绝热板、绝缘板或相变板、电芯堆、电连接器、电连接器、二极管、辅助胶、高度集成化管理系统、霍尔传感器或分流器、隔板和温度传感器;所述霍尔传感器或分流器安装固定在外壳中的右壁板上;外壳中的后壁板、左壁板、右壁板、底板通过螺钉连接并插入隔板形成腔体，同时底板上放入减震垫并固定，将电芯堆连同绝缘板或相变板、保温板或绝热板一起放入腔体，用辅助胶灌封;所述焊接带导线的二极管通过保护罩安装并固定在左壁板上并用胶固化;所述高度集成化管理系统以及MOS管安装固定在外壳中的盖板上，并在电连接器和电连接器上焊接不同规格导线装于前壁板上;所述电芯堆串接并与高度集成化管理系统和电连接器、电连接器进行连接，接线过程中将充电线路一极与放电线路一极以不同向穿过霍尔传感器;所述盖板通过螺钉固定，所述温度传感器放置于电芯堆极耳跨接处不同位置并固定，前壁板盖在温度传感器上。
[0011]当机上发电机正常工作时，通过电连接器上的充电端向电芯堆充电并给管理系统相关模块供电，充满后自动停止;在无地面电源情况下通过电连接器上的放电端起动发动机及主电源失效情况下和应急电源同时对外供电，放电线路上安装二极管，防止通过放电线路给电芯堆充电;F/G工作正常时处于连通状态，故障时处于开路状态，带载能力IA?2A，通过继电器来控制机上吸合器;Η/D工作正常时，输出高电平电压为4V?5V，故障时输出低电平电压小于IV。
[0012]本发明与现有技术相比的优点在于:
(I)本发明采用功能一体化设计方式把管理系统与电芯堆高度集成代替现有技术中的机载充电控制器+蓄电池组模式，大大减少了无人机蓄电池子系统重量和尺寸。
[0013](2)本发明将充电限流功能与管理系统的功能在狭小空间内高度集成在一起，实现了充电与监控保护的一体化控制。使用时只需将无人机母线电源直接连接至子系统便可以实现充电及电池保护。
[0014](3)本发明智能无人机起动电源子系统应用在中型无人机上，12V/15Ah子系统重量仅为2.9kg，尺寸仅为148mmX 150mmX 140mm，与现有技术(机载充电控制器+蓄电池)相比，使得蓄电池子系统体积显著减小，同时可以简化系统的构成，减轻系统的重量，安装操作更为简单。
[0015]
【附图说明】
[0016]图1为本发明智能无人机起动电源子系统的结构原理图；
图2为本发明高度集成化管理系统示意图。
[0017]
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，本发明的智能无人机起动电源子系统的结构原理图。所述智能无人机起动电源子系统，包括外壳1、减震垫2、保温板(或绝热板)3、绝缘板(或相变板)4、电芯堆5、电连接器(充电、放电)6、电连接器(电压采集、电流采集、F/G控制信号、Η/D故障报警信号、通讯)7、二极管8、辅助胶9、高度集成化管理系统10、霍尔传感器或分流器11、隔板12和温度传感器13 O将霍尔传感器或分流器11安装固定在外壳I中的右壁板上;外壳I中的后壁板、左壁板、右壁板、底板通过螺钉连接并插入隔板12形成腔体，同时底板上放入减震垫2并固定，将电芯堆(单体电池按照一定要求编组固定形成)5连同绝缘板(或相变板)4和保温板(或绝热板)3—起放入腔体，用辅助胶9灌封;将焊接带导线的二极管8通过保护罩安装并固定在左壁板上并用胶固化;将高度集成化管理系统10以及MOS管安装固定在外壳I中的盖板上，并在电连接器6和电连接器7上焊接不同规格导线装于前壁板上;将电芯堆5串接并与高度集成化管理系统10和电连接器6、电连接器7进行连接，接线过程中将充电线路一极(一般充电负)与放电线路一极(一般放电负)以不同向穿过霍尔传感器11;所有线路连接好后，将盖板通过螺钉固定，同时把温度传感器13放置于电芯堆极耳跨接处不同位置并固定，最后盖上前壁板即可。
[0019]如图2所示，本发明高度集成化管理系统示意图。高度集成化管理系统主要包括功率模块21、充电主回路模块22、均衡模块23、CPU模块24、AD模块25、通讯与接口 26、充电控制模块27和其它辅助功能器件。功率模块21为整个系统数字电路部分供电，其供电电压为+5 V;充电主回路模块22采用BUCK电路，将输入的15 VDC电源经过降压得到需要的12.6 V/1OA充电电源;均衡模块2 3为被动均衡;C P U模块2 4为本系统数字电路的核心部分，主要负责系统参数的采集、存储、系统控制输出以及通讯功能;AD模块25主要负责单体电池电压、电芯堆总电压以及充电电流、放电电流的采集;通讯与接口 26采用高性能通讯芯片;充电控制模块27为PffM控制芯片作为充电回路的主控芯片，当电压或电流超过给定值时，通过控制芯片改变PWM宽度，进而改变系统的输出电压或电流，系统输出电压通过分压跟随和电压PID电路得到电压控制信号，同时进行防倒灌处理，防止通过管理系统对外放电。
【主权项】
1.一种基于集成式智能无人机起动电源子系统，其特征在于:包括外壳、减震垫、保温板或绝热板、绝缘板或相变板、电芯堆、电连接器、电连接器、二极管、辅助胶、高度集成化管理系统、霍尔传感器或分流器、隔板和温度传感器； 所述霍尔传感器或分流器安装固定在外壳中的右壁板上;外壳中的后壁板、左壁板、右壁板、底板通过螺钉连接并插入隔板形成腔体，同时底板上放入减震垫并固定，将电芯堆连同绝缘板或相变板、保温板或绝热板一起放入腔体，用辅助胶灌封； 所述焊接带导线的二极管通过保护罩安装并固定在左壁板上并用胶固化;所述高度集成化管理系统以及MOS管安装固定在外壳中的盖板上，并在电连接器和电连接器上焊接不同规格导线装于前壁板上;所述电芯堆串接并与高度集成化管理系统和电连接器、电连接器进行连接，接线过程中将充电线路一极与放电线路一极以不同向穿过霍尔传感器;所述盖板通过螺钉固定，所述温度传感器放置于电芯堆极耳跨接处不同位置并固定，前壁板盖在温度传感器上。2.如权利要求1所述的基于集成式智能无人机起动电源子系统，其特征在于:所述电芯堆由单体电池按照一定要求编组固定形成。3.如权利要求1所述的基于集成式智能无人机起动电源子系统，其特征在于:所述高度集成化管理系统主要包括功率模块、充电主回路模块、均衡模块、CPU模块、AD模块、通讯与接口、充电控制模块； 所述功率模块为整个系统数字电路部分供电，其供电电压为+5V;充电主回路模块采用BUCK电路，将输入的15VDC电源经过降压得到需要的12.6V/10A充电电源；均衡模块为被动均衡;CPU模块为本系统数字电路的核心部分，主要负责系统参数的采集、存储、系统控制输出以及通讯功能;所述AD模块主要负责单体电池电压、电芯堆总电压以及充电电流、放电电流的采集;通讯与接口采用高性能通讯芯片;充电控制模块为PWM控制芯片作为充电回路的主控芯片，当电压或电流超过给定值时，通过控制芯片改变PWM宽度，进而改变系统的输出电压或电流，系统输出电压通过分压跟随和电压PID电路得到电压控制信号，同时进行防倒灌处理，防止通过管理系统对外放电。
【文档编号】H02J7/00GK105978079SQ201610416778
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】赵保国, 梁林, 梁一林, 郑奕, 谢巧, 蔡森丹, 白晶玉
【申请人】上海空间电源研究所