本发明涉及无人机综合保障领域，具体涉及无人机电池保温装置及保温方法。
背景技术：
目前大部分中小型无人机的动力装置是活塞式发动机，而电池为机载设备提供能量。
无人机常用的电池类型是能量密度较高的锂聚合物电池和锂离子电池，最佳环境温度为20～25℃，随着温度降低，电池放电性能逐步下降，当环境温度环境低于0摄氏度时，大部分锂电池的可用容量降低至标称容量的20％以下。因此，通过加热保温方法保证低温环境条件下无人机的电池设备正常使用，减小环境温度对电池放电能力的不利影响是保证无人机系统环境适应性的重要方面。
中国专利申请号201610257882.9公开了一种无人机锂电池恒温保温袋。包括保温袋体、温度采集系统、加热系统和主控系统，该发明采用特制保温袋体、高效率电热丝制成可折叠的立方体保温结构，并采用微控制器采集多个温度传感器数据，实时调整电热丝的工作电流，达到调节锂电池温度的目的。上述发明的技术方案为提供保温袋的能量来源，增加了无人机系统的总功率，增加能源系统负担。
中国专利申请号为20142.670566.0公开了一种无人机电池保温装置。包括固定带板、外壳、暖宝宝、连接翼、暖宝充电孔、拉链，外壳上端设置有连接翼，连接翼上有孔，外壳里侧固定有暖宝宝，外壳侧壁上设置有暖宝充电孔，暖宝宝上端设置有拉链，固定带板通过螺栓与外壳固定连接。上述保温装置不具有温度控制功能，且暖宝宝充电后使用时间有限，对于航时较长的无人机而言，并不能满足正常使用。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是解决现有技术中增加无人机能源系统负担、保温时间短、稳定性差的问题，目的在于提供无人机电池保温装置及保温方法，解决现有技术中增加无人机能源系统负担、保温时间短、稳定性差的问题，保证低温环境中无人机电池长时间处于最佳使用温度范围，以较小的能量代价提高了无人机供电系统的环境适应性和可靠性。
本发明通过下述技术方案实现：
无人机电池保温装置，包括依次连接的发动机温度采集系统、热交换系统和加热保温系统，热交换系统和加热保温系统还同时连接主控系统，主控系统为无人机的自动驾驶仪，发动机温度采集系统通过导热液体采集发动机运行时活塞与缸头摩擦产生的热量，通过热交换系统传递给加热保温系统，主控系统根据采集到的无人机电池和导热液体温差情况，利用反馈控制调节热交换系统传递给加热保温系统的热量，然后再通过加热保温系统传递给无人机电池，实现加热或保温。本方案中发动机温度采集系统能够利用装有导热液体的管道采集发动机运行时活塞与缸头摩擦产生的热量，通过热交换系统将热量运输给加热保温系统，主控系统根据采集到的无人机电池和导热液体温度情况，则调节热交换系统传递给加热保温系统的热量，然后再通过加热保温系统传递给无人机电池，实现加热或保温。若无人机电池温度高于热交换系统管道中液体的温度，则通过主控系统上的控制输出单元完全关闭第一伺服模块和第二伺服模块，无需对无人机电池加热，无人机电池在正常环境温度下的工作；若无人机电池温度低于热交换系统管道中液体的温度，则通过主控系统上的控制输出单元调节所述发动机进气喉管的分支气管的开度对无人机电池温度进行反馈控制，实现对无人机电池的加热，当无人机电池的温度达到设定温度后则会停止加热，实现了对温度的控制。该方案利用发动机运行时活塞与缸头摩擦产生的热量，通过主控系统控制热交换系统和加热保温系统，实现对无人机电池的加热或保温，无需额外的增加无人机系统的总功率，即可保证无人机电池处于最佳工作温度的前提下减小无人机系统的功耗，节约能源，即便是航时较长的无人机也能保证无人机电池长期的加热或保温，提高无人机工作时间。
优选的，所述发动机温度采集系统包括发动机缸头、腔体式缸头罩和进气喉管，腔体式缸头罩以包裹式的安装方式安装至发动机缸头表面，第一伺服模块、发动机缸头和进气喉管均安装在发动机上，在进气喉管上还外接负压接口，在负压接口上还安装负压采集模块，在发动机缸头表面还安装吸热模块，吸热模块用于将发动机工作产生的热量接触传导到的循环液体中。第一伺服模块安装于所述管道的负压采集模块的伺服电机，调节所述发动机进气喉管的分支气管的开度，从而通过负压泵能量大小调整所述管道中液体的流速；分支气管的开度越大，液体循环模块中的液体流速越大，对人机电池的加热效果越好。
优选的，所述热交换系统包括负压泵、管道及控制开关，控制开关位于负压泵与进气喉管之间，负压泵与发动机连接，管道内充满循环液体，负压泵通过充满循环液体的管道连通发动机上的腔体式缸头罩和环形水箱，控制开关的通断通过主控系统采集的当前温度来控制，在管道上还连接用于调整管道直径从而调整管道中液体流量的伺服电机，在伺服电机上还设置第二伺服模块。第二伺服模块是安装于管道的伺服电机，通过调整管道的直径调整所述管道中液体的流量。负压泵的使用，利用发动机喉管位置的负压驱动液体循环模块中的液体以预先设定的流量按照预设方向循环流动，避免阻滞和反向流动导致的异常。
优选的，加热保温系统包括外层保温层、中间箱体、内层保温层和温度传感器，中间箱体位于外层保温层和内层保温层之间，中间箱体整体与外层保温层贴合，温度传感器包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器安装在内层保温层与无人机电池接触的部位，第二温度传感器安装于内层保温层与热交换模块上的充满循环液体的管道接触的部位。
优选的，所述外层保温层包含塑性外框和贴合在塑性外框上的保温填充物，塑性外框的外形及尺寸由无人机电池设备舱决定，保温填充物由导热系数小于0.2的塑性材料及填充物制成。
优选的，中间箱体为导热液以及热量的储存箱体，整体与外层保温层贴合，其包含环形箱体、导热液体和导管接头，导热液体充满整个环形箱体内，通过导管接头与热交换系统进行连接。
优选的，内层保温层用于将中间箱体储存的热量传递给电池设备，其包含塑性内框和位于塑性内框内壁上的导热填充物，塑性内框与无人机电池设备直接接触，其形状及尺寸由内部放置电池设备决定，导热填充物的热量传递率达95％以上。
优选的，主控系统包括控制器、温度采集单元和控制输出单元，控制器同时与温度采集单元和控制输出单元连接，温度采集单元的接口与加热保温系统上的温度传感器连接，控制输出接口与热交换系统上的控制开关连接。
一种无人机电池保温方法，采用上述装置，包括
如下步骤：
s1：通过主控系统上的温度采集单元采集无人机电池温度和热交换系统管道中液体的温度，然后传递给控制器，通过控制器对比无人机电池温度与热交换系统管道中液体的温度；
s2：若无人机电池温度高于热交换系统管道中液体的温度，则通过主控系统上的控制输出单元完全关闭第一伺服模块和第二伺服模块；
s3：若无人机电池温度低于热交换系统管道中液体的温度，则通过主控系统上的控制输出单元调节所述发动机进气喉管的分支气管的开度对无人机电池温度进行反馈控制。
步骤s3中反馈控制采用pid控制方法，并且叠加了前反馈控制方法。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明中发动机温度采集系统能够利用装有导热液体的管道采集发动机运行时活塞与缸头摩擦产生的热量，通过热交换系统将热量运输给加热保温系统，主控系统根据采集到的无人机电池和导热液体温度情况，调节热交换系统传递给加热保温系统的热量，然后再通过加热保温系统传递给无人机电池，实现加热或保温，该方案利用发动机运行时活塞与缸头摩擦产生的热量，通过主控系统控制热交换系统和加热保温系统，实现对无人机电池的加热或保温，无需额外的增加无人机系统的总功率，即可保证无人机电池处于最佳工作温度的前提下减小无人机系统的功耗，节约能源，即便是航时较长的无人机也能保证无人机电池长期的加热或保温，提高无人机工作时间，以较小的能量代价提高了无人机供电系统的环境适应性和可靠性。
2、本发明中负压泵的使用，利用发动机喉管位置的负压驱动液体循环模块中的液体以预先设定的流量按照预设方向循环流动，避免阻滞和反向流动导致的异常。
3、本发明若无人机电池无需加热，则自动关闭管道中的循环液体和负压泵，并不影响无人机电池在正常环境温度下的工作。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明的原理框图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-发动机温度采集系统，2-热交换系统，3-加热保温系统，4-主控系统，1-1-发动机缸头，1-2-腔体式缸头罩，1-3-进气喉管，2-1-负压泵，2-2-管道，2-3-控制开关，3-1-外层保温层，3-2-中间箱体，3-3-内层保温层，3-4-温度传感器，3-1-1-塑性外框，3-1-2-保温填充物，3-2-1-环形箱体，3-2-2-导热液体，3-2-3-导管接头，3-3-1-塑性内框，3-3-2-导热填充物，4-1-温度采集单元，4-2-控制输出单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1-2所示，本发明包括无人机电池保温装置，包括依次连接的发动机温度采集系统1、热交换系统2和加热保温系统3，热交换系统2和加热保温系统3还同时连接主控系统4，主控系统4为无人机的自动驾驶仪，发动机温度采集系统1通过导热液体采集发动机运行时活塞与缸头摩擦产生的热量，通过热交换系统传递给加热保温系统，主控系统根据采集到的无人机电池和导热液体温差情况，调节热交换系统传递给加热保温系统的热量，然后再通过加热保温系统传递给无人机电池，实现加热或保温。
无人机常用的电池类型是能量密度较高的锂聚合物电池和锂离子电池，最佳环境温度为20～25℃，随着温度降低，电池放电性能逐步下降，当环境温度环境低于0摄氏度时，大部分锂电池的可用容量降低至标称容量的20％以下。现有的无人机电池保温装置虽然也能起到加热或保温的作用，要么就增加了无人机系统的总功率，增加能源系统负担，要么就不具有温度控制功能，且暖宝宝充电后使用时间有限，对于航时较长的无人机而言，并不能满足正常使用。
本方案中发动机温度采集系统能够利用装有导热液体的管道采集发动机运行时活塞与缸头摩擦产生的热量，通过热交换系统将热量运输给加热保温系统，主控系统根据采集到的无人机电池和导热液体温度情况，则调节热交换系统传递给加热保温系统的热量，然后再通过加热保温系统传递给无人机电池，实现加热或保温。若无人机电池温度高于热交换系统管道中液体的温度，则通过主控系统上的控制输出单元完全关闭第一伺服模块和第二伺服模块，无需对无人机电池加热，无人机电池在正常环境温度下的工作；若无人机电池温度低于热交换系统管道中液体的温度，则通过主控系统上的控制输出单元调节所述发动机进气喉管的分支气管的开度对无人机电池温度进行反馈控制，实现对无人机电池的加热，当无人机电池的温度达到设定温度后则会停止加热，实现了对温度的控制。该方案利用发动机运行时活塞与缸头摩擦产生的热量，通过主控系统控制热交换系统和加热保温系统，实现对无人机电池的加热或保温，无需额外的增加无人机系统的总功率，即可保证无人机电池处于最佳工作温度的前提下减小无人机系统的功耗，节约能源，即便是航时较长的无人机也能保证无人机电池长期的加热或保温，提高无人机工作时间，以较小的能量代价提高了无人机供电系统的环境适应性和可靠性。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上优选如下：发动机温度采集系统1包括发动机缸头1-1、腔体式缸头罩1-2和进气喉管1-3，腔体式缸头罩1-2以包裹式的安装方式安装至发动机缸头1-1表面，通过发动机运行时活塞与缸头摩擦产生的热量对缸头罩内导热液进行加热，同时对于低温环境中发动机工作进行保温，避免温度过低影响发动机正常工作。第一伺服模块、发动机缸头1-1和进气喉管1-3均安装在发动机上，进气喉管1-3通过改装，在进气喉管1-3上还外接负压接口，在负压接口上还安装负压采集模块，负压采集模块是安装于发动机进气喉管的分支气管，分支气管与发动机工作时进气喉管中气压一致，低于大气压。负压接口用于为负压泵提供驱动负压，改装该负压接口时，通过理论计算以及实际测试，确定该接口的具体安装位置，以确保发动机工作时燃油不会进入该接口内部。负压泵进气管与所述负压采集模块连接，使用负压产生的能量，驱动管道中的液体循环流动而不会停滞或反向流动。负压采集模块的安装位置使发动机工作过程中燃油不会喷溅进入所述负压接口对应的分支气管中。在发动机缸头1-1表面还安装吸热模块，用于吸收缸头表面由于发动机活塞与缸头频繁摩擦产生较高热能，然后将发动机工作产生的热量接触传导到的循环液体中。其中的第一伺服模块安装于所述管道的负压采集模块的伺服电机，调节所述发动机进气喉管的分支气管的开度，从而通过负压泵能量大小调整所述管道中液体的流速；分支气管的开度越大，液体循环模块中的液体流速越大，对人机电池的加热效果越好。
热交换系统2包括负压泵2-1、管道2-2及控制开关2-3，控制开关2-3位于负压泵2-1与进气喉管1-3之间，负压泵2-1与发动机连接，管道2-2内充满循环液体，负压泵2-1通过充满循环液体的管道2-2连通发动机上的腔体式缸头罩1-2和环形水箱，控制开关2-3的通断通过主控系统4采集的当前温度来控制，在管道2-2上还连接用于调整管道直径从而调整管道中液体流量的伺服电机，在伺服电机上还设置第二伺服模块，主控系统通过第二伺服模块控制伺服电机工作。负压泵利用发动机工作时产生的负压进行工作，工作时通过管道形成的液体管路连通发动机腔体式缸头罩与环形水箱内，使得整个回路中的导热液进行加热并循环。第二伺服模块是安装于管道的伺服电机，通过调整管道的直径调整所述管道中液体的流量。负压泵的使用，利用发动机喉管位置的负压驱动液体循环模块中的液体以预先设定的流量按照预设方向循环流动，避免阻滞和反向流动导致的异常。
加热保温系统3包括外层保温层3-1、中间箱体3-2、内层保温层3-3和温度传感器3-4，中间箱体3-2位于外层保温层3-1和内层保温层3-3之间，中间箱体3-2整体与外层保温层贴合，温度传感器3-4包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器安装在内层保温层3-3与无人机电池接触的部位，即位于塑性内框3-3-1内表面，作为对电池设备工作温度的准确监测作用，测量无人机电池温度，第二温度传感器安装于内层保温层3-3与热交换模块上的充满循环液体的管道2-2接触的部位，测量管道中循环液体的温度。外层保温层3-1目的是对整个保温系统进行保温，避免与外界环境进行热交换，内层保温层3-3目的是将中间箱体储存的热量传递给电池设备。内层保温层位于无人机电池与带有循环液体的管道之间，以接触传热的方式将所述管道中的流动的液体中的热量传递到无人机电池中，所述外层保温层是上述电池和内层保温层的外层保温层，避免环境低温对于电池温度的不利影响，同时具有保护电池免受震动、冲击等外力影响。
外层保温层3-1包含塑性外框3-1-1和贴合在塑性外框3-1-1上的保温填充物3-1-2，塑性外框3-1-1的外形及尺寸由无人机电池设备舱决定，保温填充物3-1-2由导热系数小于0.2的塑性材料及填充物制成。
中间箱体3-2为导热液以及热量的储存箱体，整体与外层保温层贴合，其包含环形箱体3-2-1、导热液体3-2-2和导管接头3-2-3，导热液体3-2-2充满整个环形箱体3-2-1内，通过导管接头3-2-3与热交换系统2进行连接。
内层保温层3-3用于将中间箱体储存的热量传递给电池设备，其包含塑性内框3-3-1和位于塑性内框3-3-1内壁上的导热填充物3-3-2，塑性内框3-3-1与无人机电池设备直接接触，其形状及尺寸由内部放置电池设备决定，导热填充物3-3-2采用优良导热系数材料制成，热量传递率达95％以上，作为中间箱体温度吸收和传递。
主控系统4包括控制器、温度采集单元4-1和控制输出单元4-2，控制器同时与温度采集单元4-1和控制输出单元4-2连接，温度采集单元4-1的接口与加热保温系统3上的温度传感器3-4连接，控制输出4-2接口与热交换系统2上的控制开关2-3连接。主控系统4中的温度采集4-1接口通过与温度传感器3-4连接，并对采集的温度数据进行实时分析处理，再由控制输出4-2接口对控制开关2-3进行的精确控制。
该方案利用发动机运行时活塞与缸头摩擦产生的热量，通过主控系统的反馈控制功能，控制热交换系统和加热保温系统，实现对无人机电池的加热或保温，无需额外的增加无人机系统的总功率，即可保证无人机电池处于最佳工作温度的前提下减小无人机系统的功耗，节约能源，即便是航时较长的无人机也能保证无人机电池长期的加热或保温，提高无人机工作时间。
实施例3：
一种无人机电池保温方法，采用上述装置，包括
如下步骤：
s1：通过主控系统上的温度采集单元采集无人机电池温度和热交换系统管道中液体的温度，然后传递给控制器，通过控制器对比无人机电池温度与热交换系统管道中液体的温度；
s2：若无人机电池温度高于热交换系统管道中液体的温度，无人机电池无需加热，则通过主控系统上的控制输出单元完全关闭发动机温度采集系统上的第一伺服模块和热交换系统上的第二伺服模块，自动关闭管道中的循环液体和负压泵，停止对无人机电池的加热，并且关闭了的管道中的循环液体和负压泵，不影响无人机电池在正常环境温度下的工作。
s3：若无人机电池温度低于热交换系统管道中液体的温度，则通过主控系统上的控制输出单元调节所述发动机进气喉管的分支气管的开度对无人机电池温度进行反馈控制。
步骤s3中反馈控制采用pid控制方法，并且叠加了前反馈控制方法。pid控制方法采用测量控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制，该方法执行简单方便。
该方法利用发动机运行时活塞与缸头摩擦产生的热量，通过主控系统控制热交换系统和加热保温系统，实现对无人机电池的加热或保温的自动反馈控制，无需额外的增加无人机系统的总功率，即可保证无人机电池处于最佳工作温度的前提下减小无人机系统的功耗，节约能源，即便是航时较长的无人机也能保证无人机电池长期的加热或保温，提高无人机工作时间。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、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，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。