无人机机载一体式智能快拆动力电池的制作方法

本实用新型涉及一种无人机电池，具体涉及一种无人机机载一体式智能快拆动力电池。

背景技术：

随着无人机技术的日渐成熟，以及现代农业理念的普及，使得无人机在现代农业生产中得到了大量的普及，例如：利用无人机进行农药喷洒，施肥，作物授粉等。与传统作业方式相比，极大地提高了作业效率。然而，在现在使用的无人机系统中，动力电池作为无人机系统的核心部件之一，却有着诸多不足，有许多需要改进的方向。

首先，大部分农用无人机都采用的简易包装电池加机械固定的动力方案，即将电芯简单包装后，通过直插插头与无人机相连，简单包装的电芯通过机械式方法，如螺栓、卡扣或者绑扎带等固定件进行固定，甚至有些无人机直接将裸电芯装载起来使用，采用以上方案，电池固定/拆卸结构复杂，不仅耗费时间和人力，而且操作不慎时，容易对电芯造成损伤，导致漏电，甚至危害到操作人员的安全；

其次，大部分农用无人机采用的电芯没有搭载电池管理系统，无法对电池的状态进行实时的反馈，也无法在电池充电过程中对电池进行管理和防护，更无法在无人机上使用时，向地面实时发送电池状态信息，从而，在使用时，电池处于“黑盒”状态，只能通过外接式设备或者操作人员的经验来判断电池状态，这是非常不合理甚至是危险的。有部分具有电池管理系统的电池，也只是简单的电池电量显示或者寿命显示，没有检测电池实时状态的功能；

最后，电芯属于高危部件，必须在合适的使用条件下才能正常工作，因此，电池必须能够及时、合理的保护自身，但现有产品能做到这种功能的少之又少。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是现有电池与无人机固定结构复杂，耗时费力，容易漏电，其目的在于提供一种无人机机载一体式智能快拆动力电池，该电池实现一体化整体安装，其固定方便，能够快速进行装拆，提高了效率。

本实用新型通过下述技术方案实现：

无人机机载一体式智能快拆动力电池，包括内腔安装电池芯的外壳，所述外壳的侧壁上设置有若干个用于与电池安装座进行配对的导入机构，通过导入机构实现沿着电池安装座移动或者与电池安装座固定。目前的无人机电池都是采用机械式固定，其拆装不方便，对于采用锂电池作为电源的无人机进行农用作业而言，更换电池是最为常见和频繁的操作，但现有机械式固定方式，如螺栓、卡扣或者绑扎等方式，都极为不便，固定太紧或者太松都容易发生问题，固定太紧会导致电池的插入和拔出困难，固定太松又会导致连接松动，引发振动，甚至导致电池包装破裂失效。同时目前的无人机电池都是简易包装，不防尘防水、易发生危险，而农用植保无人机要适应恶劣的工作环境，严苛的工作条件，同时要保证各元器件有较高的稳定性、耐用性以及抗干扰性。但大多数的电池都只是对电芯进行了简单包装，甚至直接使用裸电芯，一旦尘土和药液侵入电池内部，非常容易造成电池腐蚀、漏电等情况，对使用者造成伤害。而本方案则是采用一体式电池，将电池采用一体化设计，用外壳全包裹式结构，将所有的电路元器件、控制芯片组、电芯、插头等结构全部由铝合金外壳+碳纤维板+弹性棉内衬包裹，能防摔、防水和防尘；其固定方式则是采用若干个导入机构通过导入机构实现沿着电池安装座移动或者与电池安装座固定，导入机构的数量根据实际需求设定，这种结构具有极强的自导入性和自适应性，能同时满足电池快速装入时的准确定位和快速拆出的便捷要求。

实际上导入机构为玻珠导入机构，这种机构是通过玻珠的滚动实现导向，类似于轴承滚珠能进行360°转动一样，不易卡滞，这时候电池壁面是否为斜面都不重要，只能能够通过玻珠导入机构引导电池插入固定座实现导向和固定均可，经过实际使用证明，玻珠导入机构优选为楔形玻珠导入机构时，利用楔形玻珠导入机构起到定位、固定、自导入等作用最佳，在插入电池时，只需要大致对准方向，将电池快速放下，甚至在合理高度上直接放手，电池会在重力作用下自动滑入安装结构，同时完成定位，操作方便而快捷，拔出时直接提拔即可，不需要任何额外的操作。

为了增加结构的稳定性以及便于安装，还在外壳下方设置有框架，框架顶部凸出形成若干根框体支柱，外壳设置在框体支柱形成的区域中，且外壳壁面与框体支柱内壁贴合，楔形玻珠导入机构安装在对应的框体支柱外壁上，这样导入时能够实现多点同时导入，电池保持平稳下落，框架底部设置有防震脚垫，来减缓插入时的冲击。

还在外壳的顶面设置有上盖，且上盖与外壳固定，电池芯设置在上盖和外壳形成的密封腔体中，上盖上设置有快速插头和提手，且快速插头与电池芯连接。提手是便于操作人员用手提起电池，插入时有握紧处。

现有的电池是电源连接头直接从电芯内部引出，一直带电，在与无人机负载直接连接时，会引发插头打火，加之植保无人机需要频繁更换电池，进而又增加了打火的可能性，危险度高。而本方案的快速插头包括快速插头外壳，快速插头外壳与上盖固定，快速插头外壳中设置有输出插座和限位开关，且限位开关设置在输出插座下方，输出插座和限位开关穿过上盖均与电池芯连接。其通过设置的限位开关能可靠而方便的反映电池是否正常接入，如没有正常接入，电池会自动发出警报提醒，同时依据不同的接入设备，如飞机或者充电器等，自动进行后续操作，不仅如此，这样也可以避免电池插头一直带电，接入设备时打火的情况。

根据相关规定和要求，电池的充电和放电必须在合理的范围内，过充和过放是严格禁止的，这两种情况都会对电池的使用以及寿命产生很大的影响，但一般的电池都没有相应的管理模块，无法进行充放电自我管理。大多数电池产品上仅有简单的灯光提示，显示电池的电量信息，而无法在电池的所有使用状态下，提供电池的状态信息提示，更无法在电池状态异常时，提供警示，同时进行自我保护。大多数电池都无法与负载或者充电器通讯，完成状态输出或者指令接收的功能，尤其是无人机携带电池作业时，地面人员无法得知电池的使用状态。由于以上诸多的问题，制约了农用植保无人机的作业效率。而本方案则是在上盖中设置有电池管理模块，且电池管理模块同时与电池芯、输出插座和限位开关连接，上盖上安装有与电池管理模块连接的控制面板，控制面板上设置有电池开关、LED灯光显示和蜂鸣器，在电池管理模块上设置有通讯模块，通过电池输出口与外界相连。其中电池管理模块、控制面板和通讯模块都是现有部件，其能够在市面上直接购买到，本方案利用电池管理模块实现充放电管理、电池状态检测、电池状态反馈和报警等功能，放电时，电池能实时显示当前状态和电量，当有异常状态，如电芯电压过高、温度不在许用区间或者单片电芯电压不平衡等等情况出现时，能自动报警并根据不同的接入设备，做出相应的反应，电量过低保护只是所有功能中最为基础的一种；充电时，电池能实时显示当前状态和电量，同时持续检测自身状态，当有异常状态，如充电电流过大、电压过大、电芯温度不在许用区间等等情况出现时，电池能立即停止充电，保护自身，同时发出警报，电池过充保护也只是所有功能中最为基础的一种；电池在使用全过程中，都能持续检测自身状态，同时给出状态提示，当有异常状态产生后，能立即动作并报警。本方案中，电池搭载了数据通讯系统，通过同一个高可靠性插头完成电池的电量输出和数据输出，在使用时，电池能实时输出自身数据，不再是一个“黑盒”，尤其是对飞机而言，地面操作人员能实时准确的掌握电池状态，进而更加合理的规划使用。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型采用一体化整体安装，其固定方便，能够快速进行装拆，提高了效率，这种结构为首次在无人机固定结构上使用；

2、本实用新型通过设置限位开关，实现了对操作人员的保护；

3、本实用新型实现了对电池状态的管理和反馈，实现自动报警，从而便于操作人员对电池状态的准确判断；

4、本实用新型通过及时通讯，实现数据的输出，尤其是对飞机而言，地面操作人员能实时准确的掌握电池状态，进而更加合理的规划使用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型结构示意图；

图2为快速插头内部的结构示意图；

图3为玻珠导入机构的布置方式一的示意图；

图4为玻珠导入机构的布置方式二的示意图；

图5为玻珠导入机构的布置方式三的示意图；

图6为玻珠导入机构的布置方式四的示意图；

图7为玻珠导入机构的布置方式五的示意图；

图8为玻珠导入机构的布置方式六的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-提手，2-上盖，3-楔形玻珠导入机构，4-框体支柱，5-防震脚垫，6-外壳，7-快速插头，8-控制面板，9-输出插座，10-限位开关。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1所示，无人机机载一体式智能快拆动力电池，包括外壳6，外壳6的内腔安装电池芯、电路元器件、控制芯片组、插头等结构，其采用全包裹式结构，外壳6由碳纤维板制成，再结合弹性棉内衬包裹，能防摔、防水和防尘，为了增加结构的牢固性，在外壳6下方设置有铝合金制成的框架，框架顶部凸出形成若干根铝合金制成的框体支柱4，外壳6设置在框体支柱4形成的区域中，且外壳6壁面与框体支柱4内壁贴合，玻珠导入机构安装在对应的框体支柱4外壁上，框架底部设置有防震脚垫5，此时安装座内腔面为竖直面，玻珠导入机构的安装面也为平面，即框体支柱4的外侧壁为竖直面，玻珠导入机构沿着竖直面移动并到安装座设定位置后固定，实现快速装拆。

实施例2：

如图1所示，本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：安装座内腔面为斜面，导入机构为楔形玻珠导入机构3，利用楔形玻珠导入机构3和在无人机一端设置相配的玻珠座，起到定位、固定、自导入、适应安装位和减震等作用，避免了传统的连接结构，如螺栓和绑带等等的使用。用户在插入电池时，只需要大致对准方向，将电池快速放下，甚至在合理高度上直接放手，电池会在重力作用下自动滑入安装结构，同时完成定位，操作方便而快捷，拔出时直接提拔即可，不需要任何额外的操作。

实施例3：

如图2所示，在上述实施例的基础上，将上盖2与外壳6通过螺丝固定，电池芯和其它电器件设置在上盖2和外壳6形成的密封腔体中，上盖2上设置有快速插头7和提手1，提手1是便于操作人员持拿，快速插头7包括快速插头外壳11，快速插头外壳11与上盖2固定，快速插头外壳11中设置有输出插座9和限位开关10，且限位开关10设置在输出插座9下方，输出插座9和限位开关10穿过上盖2均与电池芯连接。通过在快速插头7处增加限位开关10，限位开关10是一个弹性元件，其在受到挤压时向电池内部回缩与电池连通，挤压力消失自动回弹脱离与电池的连通，当正常插入设备时，相应设备上的突出部分会物理触发限位开关10，此时才能正常开启电池，实现供电操作，否则电池不对外供电，这样就避免了带电插拔打火，不仅如此，当电池被非正常的操作，如对外供电时强行拔出等情况，限位开关10自动弹出形成断电，电池能立即通过限位开关的通断检测出来，从而自动报警并进行后续操作，对操作人员进行保护，防止触电。

实施例4：

如图2所示，在上述实施例的基础上，要实现对电池的智能化控制，实现对电池状态的管理和反馈，实现自动报警，及时通讯，实现数据的输出。所以在上盖2中设置有电池管理模块，且电池管理模块同时与电池芯、输出插座9和限位开关10连接，电池管理模块采用现有的控制主板，放置于电池盖内部，全包裹式结构不仅物理上保护了主板，而且整个电池盖能形成一个强效散热体，将电池主板产生的热量散去，保证电路的安全。上盖2上安装有与电池管理模块连接的控制面板8，这个控制面板8也能够在市面上直接购买到，控制面板8上设置有电池开关、LED灯光显示和蜂鸣器，电池能通过不同的灯光状态和蜂鸣器组合，以完成不同的状态提示或者报警功能。在电池管理模块上设置有用于进行实时通讯的通讯模块，通讯模块也是现有的并能在市面上直接购买到，通过电池输出口与外界相连，及时将数据输出，尤其是对飞机而言，地面操作人员能实时准确的掌握电池状态，进而更加合理的规划使用。

实施例5：

如图3至图8所示，玻珠导入机构时首次在无人机电池固定时使用，不仅在电池的固定上，同时可以用于快拆药箱等快拆式结构，而本实用新型的玻珠导入机构在电池上的安装位置和数量不限，其数目可以是1～n个，位置可以是任意合理的固定位，可以根据固定位数量和截面形式合理分布，不管是对称面设置还是对称角设置均可，经过多次实验发现，其最佳的布置方式是图7所示结构，将玻珠导入机构设置在电池的棱边处，这种方式是将玻珠导入机构凸出与最大的接触面，再利用玻珠导入机构的楔形配合方式，大大增加导入时的平稳性，当电池为四面体时，玻珠导入机构分别安装在四条棱边上，为其它多面体时，其对应安装在其它棱边上。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。