一种无人机锂电池集中充电安全管理柜的制作方法

1.本实用新型属于无人机充电技术领域，尤其涉及一种无人机锂电池集中充电安全管理柜。


背景技术：

2.随着无人机电池在巡检输电线路的推广应用，航模电池的维护管理问题也随之而来，现有的无人机没有配套的专门的集中换电池系统，一次只能完成一架无人机换电池工作，将换下的电池放置在充电器内进行充电，现有无人机电池的充电器往往是一充一或者一充三的型号，而且同时将多架次的无人机换下的电池进行充电，这将无法满足多架次的无人机换电池的充电需要，导致了换电池以及充电效率低下；而且易导致了无人机锂电池的充电管理困难和混乱，均存在明显的安全隐患，在极端情况下，某个电池的自燃可能引发连锁性灾害，问题主要集中在：充电时间长难以时刻监控、无法查看电池信息(电池编号、使用次数、电压电流、温度等)、难以保持较好的温湿度环境、不防火防爆、不可视化等问题。为此，目前对无人机锂电中充电缺乏集中充电管理控制相关技术方案，基于当前无人机广泛使用需要，行业内亟待出现一种可以实现无人机换电池安全集中充电的控制柜。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种无人机锂电池集中充电安全管理柜，本实用新型能实现多组电池进行无人自动充放电管理控制，同时配备触摸显示器可以一目了然的显示各个锂电池的状态信息、并可以通过显示器对电池进行充电、放电等操作。为了实现上述目的，实用新型采用以下技术效果：
4.根据本实用新型的一个方面，提供了一种无人机锂电池集中充电安全管理柜，所述充电安全管理柜包括柜体和门体，在柜体的内设置有充电管理控制模块，在柜体的内且位于充电管理控制模块的下方水平设置有相对可抽拉的相同和/或不同类型的多层充电抽屉，在每层充电抽屉内设置有充放电控制单元和多个用于放置锂电池的充电放置口，每个充放电控制单元与所述充电管理控制模块电气连接；每层充电抽屉分别包括抽屉壳体、充电控制板卡、在充电控制板卡上设置的电源输入接头以及用于盖封所述充电控制板且沿抽屉壳体的口部内壁卡接的充电护罩，在抽屉壳体的底部内且沿抽拉方向设置多块所述充电控制板卡，每块电控制板卡分别通过螺栓固定在抽屉壳体的底部内壁上，在每块充电控制板卡上分布有多个用于锂电池充电的充电位，在每个充电位上设置有连接在充电控制板卡上且用于连接锂电池的充放电接头和充电数据通信接头。
5.较佳地，在每个充电位的上方的充电护罩的外壁上开设有用于放置锂电池的充电放置口，在每个充电位背面的充电控制板卡上设置所述充放电控制单元，每个放电控制单元分别连接一个充电数据通信接头连接和一个充放电接头，每个充放电控制单元分别通过串行通信模块与所述充电管理控制模块进行通信连接。
6.较佳地，所述充电管理控制模块包括充电管理器、触摸显示器和连接在市电电源
线上的ac/dc变换器，所述充电管理器分别与触摸显示器和ac/dc 变换器电气连接，在柜体的内部顶部且靠近门体一侧设置触摸显示器，所述 ac/dc变换器的输出端与电源输入接头的输入端连接，电源输入接头的输出端与充放电控制单元的充电输入端电气连接，充放电控制单元的通信端与所述电管理器的通信端连接。
7.较佳地，所述充放电控制单元包括充放电控制电路、充放电指示电路和充放电数据通信电路，所述充放电控制电路分别与所述充放电指示电路和充放电数据通信电路电气连接，所述充放电数据通信电路通过充电数据通信接头与锂电池的数据接口端连接，所述充放电控制电路通过串行通信模块与所述充电管理器连接，所述充放电控制电路通过电源输入接头与ac/dc变换器的输出端连接。
8.较佳地，所述充放电控制电路包括充放电控制器、充放电电阻阵列rs、电阻r01、电阻r02、电阻r03、电阻r04、电阻r05、第一开关控制管u1、第二开关控制管u2、第三开关控制管u3、第四开关控制管u4、二极管d01 和二极管d02，所述充放电控制器通过充放电数据通信电路、充电数据通信接头与锂电池的数据接口端连接，所述充放电控制器的第一控制输出端通过电阻r01分别与电阻r02的一端和第三开关控制管u3的第一控制端连接，该第三开关控制管u3的第二控制端与充放电电阻阵列rs的一端连接，所述充放电控制器的第二控制输出端通过电阻r03分别与电阻r04的一端和第四开关控制管u4的第一控制端连接，所述第四开关控制管u4的第二控制端通过电阻r05分别与第一开关控制管u1的第一控制端、第二开关控制管u2的第二控制端、二极管d01的阴极和二极管d02的阴极连接，二极管d02的阳极与电阻r07的一端连接，该电阻r07的另一端、第二开关控制管u2的第三控制端分别通过电源输入接头与所述ac/dc变换器的输出端连接，所述第二开关控制管u2的第二控制端与第一开关控制管u1的第二控制端连接，二极管d01的阳极与电阻r06的一端连接，所述第一开关控制管u1的第三控制端分别与电阻r06的另一端、充放电电阻阵列rs的另一端和充放电接头连接，所述电阻r02的另一端、电阻r04的另一端、第三开关控制管u3的第三控制端和第四开关控制管u4的第三控制端分别与地连接。
9.较佳地，所述充放电电阻阵列rs由多路并联的电阻阵列组成，每路并联的电阻阵列由多个电阻串联而成。
10.较佳地，所述充电管理控制模块还包括温湿度传感器、火焰传感器、烟雾传感器、电源控制开关、散热器和声光报警器，在柜体内且位于每层充电抽屉的上方分别设置所述温湿度传感器、火焰传感器和烟雾传感器；所述充电管理器的分别与温湿度传感器、火焰传感器、烟雾传感器、散热器和声光报警器连接，市电电源线通过电源控制开关与ac/dc变换器的电源输入端连接，所述电源控制开关的控制端与充电管理器的控制端连接。
11.较佳地，在柜体内且在每层充电抽屉的后侧设置有灭火器和灭火推杆电机，所述充电管理器的驱动控制端与灭火推杆电机电气的控制端电气连接，所述灭火推杆电机的输出轴与灭火器装置的灭火控制阀传动连接。
12.较佳地，所述充电管理控制模块还包括充电数据收发模块，该充电数据收发模块与所述充电管理器通信连接，该充电数据收发模块为gprs通信模块或4g/5g通信模块。
13.实用新型采用了上述技术方案，实用新型具有以下技术效果：
14.(1)、本实用新型的充电安全管理柜实现多组电池进行无人自动充放电管理与控制，同时配备触摸显示器可以一目了然的显示各个锂电池的状态信息、并可以通过显示器
对电池进行充电、放电等操作，而且电池方便拿取电池，操作简单、电池信息直观显示。
15.(2)、本实用新型还设置了多种保护系统，保证电池在柜体内处于良好室温下充电，同时配备干粉灭火器，检测到火情时可以主动触发干粉灭火器对电池进行灭火，避免电池自燃引起的火灾蔓延。
附图说明
16.图1是实用新型的一种无人机锂电池集中充电安全管理柜的结构示意图；
17.图2是实用新型的一种无人机锂电池集中充电安全管理柜的内部结构示意图；
18.图3是本实用新型的充电抽屉的整体示意图；
19.图4是本实用新型的充电抽屉的爆炸结构示意；
20.图5是本实用新型的锂电池集中充电安全管理控制原理图；
21.图6是本实用新型的充电管理控制模块的控制原理图；
22.图7是本实用新型的充放电控制电路的控制原理图；
23.附图中，柜体1，门体2，充电管理控制模块3，充电抽屉4，锂电池5，充电放置口6，安全保护单元7，触摸显示器8，充电管理器30，抽屉壳体40，充电控制板卡41，充电护罩42，充电位43，充放电接头44，充电数据通信接头45，电源输入接头46，散热孔47，灭火器装置70，灭火推杆电机71。
具体实施方式
24.为使实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现实用新型的这些方面。
25.如图1所示，根据实用新型提供的一种无人机锂电池集中充电安全管理柜，所述充电安全管理柜包括柜体1和门体2，该门体2为透明玻璃门，在柜体1的内设置有充电管理控制模块3，在柜体1的内且位于充电管理控制模块 3的下方水平设置有相对可抽拉的相同和/或不同类型的多层充电抽屉4，在每层充电抽屉4内设置有充放电控制单元和多个用于放置锂电池5的充电放置口6，同时为了保证用户操作电池阵列的方便性，电池阵列采用类似抽屉的工作原理，在安放或者取出锂电池的时候，打开玻璃门，拉出抽屉，可以直接对电池装入充电抽屉4或取出充电抽屉4，操作完毕可以简单的将电池推柜体 2内；每个充放电控制单元与所述充电管理控制模块3电气连接，门体2将充电管理控制模块3、充电抽屉4封闭于柜体1内，打开门体2并将充电抽屉4 从柜体1内拉出后，再将锂电池5从充电放置口6放入，并使锂电池5插接在充放电控制单元上进行充电控制；每层充电抽屉4分别包括抽屉壳体40、充电控制板卡41、在充电控制板卡41上设置的电源输入接头46以及用于盖封所述充电控制板41且沿抽屉壳体40的口部内壁卡接的充电护罩42，在抽屉壳体40的底部内且沿抽拉方向设置多块所述充电控制板卡41，每块电控制板卡41分别通过螺栓固定在抽屉壳体40的底部内壁上，在每块充电控制板卡41上分布有多个用于锂电池5充电的充电位43，在每个充电位43上设置有连接在充电控制板卡41上且用于连接锂电池5的充放电接头44和充电数据通信接头45，在每个充电位43的上方的充电护罩42的外壁上开设有用于放置锂电池5的
充电放置口6，在每个充电位43背面的充电控制板卡41上设置所述充放电控制单元，每个放电控制单元分别连接一个充电数据通信接头 45连接和一个充放电接头44，每个充放电控制单元分别通过串行通信模块与所述充电管理控制模块3进行通信连接，使充电管理控制模块3通过串行通信模块读取和存储所有充电控制板卡41数据信息；ac/dc变换器将市电转换成直流电压后通过电源输入接头46接入每块充电控制板卡41上，为充电控制板卡41上的各个器件进行供电，其输出的充电电压为17.5v左右，17.5v 的充电电压经过电源输入接头46为充电控制板卡41上充放电控制单元提供充电电源vcc，从而可为插接在每个充电位43上锂电池5进行充电，以及为其他器件提供工作电压，锂电池5从充电护罩42的充电放置口6插入至充电控制板卡41的充电位43上，锂电池5的外壁卡紧在充电护罩42的充电放置口6内，防止锂电池5在充放电过程中发生倾倒或移动，而且电池方便拿取电池，操作简单，锂电池5上的正负极与对应的充放电接头44接触连接，可进行充放电操作以及充电数据通信接头45与锂电池5的数据接口端接触连接，充放电控制单元通过充电数据通信接头45与锂电池5的数据接口端接触连接，从而可读取锂电池5的电量数据。
26.所述充电管理控制模块3包括充电管理器30、触摸显示器8和连接在市电电源线上的ac/dc变换器，所述充电管理器分别与触摸显示器8和ac/dc 变换器电气连接，在柜体1的内部顶部且靠近门体1一侧设置触摸显示器8，所述ac/dc变换器的输出端与电源输入接头46的输入端连接，电源输入接头46的输出端与充放电控制单元的充电输入端电气连接，充放电控制单元的通信端与所述电管理器30的通信端连接；所述充放电控制单元包括充放电控制电路、充放电指示电路和充放电数据通信电路，所述充放电指示电路采用 led指示灯对锂电池5的充电模式(充电模式:等待充电、充电完成、正在充电等)进行显示，所述充放电数据通信电路为usb数据通信接口电路，所述充放电控制电路分别与所述充放电指示电路和充放电数据通信电路电气连接，所述充放电数据通信电路通过充电数据通信接头45与锂电池5的数据接口端连接，所述充放电控制电路通过串行通信模块与所述充电管理器30连接，所述充放电控制电路通过电源输入接头46与ac/dc变换器的输出端连接；所述充放电控制电路控制ac/dc变换器输出的电压对锂电池5进行充电或放电控制，充放电控制电路通过充放电数据通信电路、充电数据通信接头读取锂电池42的电量数据
27.所述充电管理控制模块1还包括温湿度传感器、火焰传感器、烟雾传感器、电源控制开关、散热器、声光报警器和充电数据收发模块，充电数据收发模块，该充电数据收发模块与所述充电管理器通信连接，在柜体1内且位于每层充电抽屉4的上方分别设置所述温湿度传感器、火焰传感器和烟雾传感器；所述充电管理器的分别与温湿度传感器、火焰传感器、烟雾传感器、散热器和声光报警器连接，电源控制开关的输入端连接在市电电源线上，市电电源线通过电源控制开关与ac/dc变换器的电源输入端连接，所述电源控制开关的控制端与充电管理器的控制端连接；在柜体1内且在每层充电抽屉4 的后侧设置有灭火器70和灭火推杆电机71，所述充电管理器的驱动控制端与灭火推杆电机电气的控制端电气连接，所述灭火推杆电机的输出轴与灭火器装置的灭火控制阀传动连接；在柜体1的最顶层的充电管理控制模块3为电源层，主要包含了触摸显示器8和通讯主板以及适配各种对电池充电时输出充电电压的ac/dc变换器31，触摸显示器8的界面用于显示充电柜的内部温湿度、电池是否在位以及电池的基本数据，电池信息可直观显示，电池的基本数据包括但不限于电池电量、电池电压、电池模式(充电或放电模式)、充电次数、电池温度、电池编号等；温湿
度传感器检测充电抽屉4内的充电时的温湿度，温湿度超过预设值时，启动散热器(散热器包括外风扇10和内风扇，该外风扇10设置于柜体1顶部，内风扇设置于充电抽屉4的侧壁上)对柜体1 内和充电抽屉4内进行排风散热，保持柜体1和抽屉内良好温湿度环境，温湿度过高时自动排风；柜体1内且位于充电管理控制模块3下方为3-5层可抽拉的相同和/或不同类型的充电抽屉4，充电抽屉4分别满足4种不同类型的电池进行充电，例如可以满足：15颗大疆精灵4航模电池充电(采用3*5阵列结构)、15颗大疆御2航模电池充电(采用3*5阵列结构)、12颗大疆m600 航模电池充电(采用3*4阵列结构)以及8颗大疆m300航模电池采用(2*4阵列结构)，每个柜体可也以根据需求灵活配置4种充电层。当烟雾传感器检测到烟雾，或者火光传感器在关闭抽屉的情况下检测到火光，则进入火情报警状态。在该状态下，电源控制开关断开，启动灭火推杆电机推动灭火器装置(干粉灭火器)的灭火控制阀进行灭火，并且声光报警器发出声光信号进行警示用户，以及通过充电数据收发模块(gprs通信模块或4g/5g通信模块)向用户发送报警短信。
28.在本实用新型中，所述充放电控制电路包括充放电控制器、充放电电阻阵列rs、电阻r01、电阻r02、电阻r03、电阻r04、电阻r05、第一开关控制管u1、第二开关控制管u2、第三开关控制管u3、第四开关控制管u4、二极管d01、二极管d02，所述第一开关控制管u1和第二开关控制管u2为 mos开关管，所述第三开关控制管u3和第四开关控制管u4为三极管，所述充放电控制器通过充放电数据通信电路、充电数据通信接头45与锂电池5的数据接口端连接，所述充放电控制器通过串行通信模块与所述充电管理器30 连接，所述充放电控制器和充电管理器30分别采用stm32f103c8t6控制器；所述串行通信模块为rs485通信模块或者can通讯模块；所述充放电控制器的第一控制输出端通过电阻r01分别与电阻r02的一端和第三开关控制管 u3的基极连接，该第三开关控制管u3的集电极与充放电电阻阵列rs的一端连接，所述充放电控制器的第二控制输出端通过电阻r03分别与电阻r04的一端和第四开关控制管u4的基极连接，所述第四开关控制管u4的集电极通过电阻r05分别与第一开关控制管u1的栅极、第二开关控制管u2的栅极、二极管d01的阴极和二极管d02的阴极连接，二极管d02的阳极与电阻r07 的一端连接，该电阻r07的另一端、第二开关控制管u2的源极分别通过电源输入接头46与所述ac/dc变换器的输出端连接，所述第二开关控制管u2的漏极与第一开关控制管u1的漏极连接，二极管d01的阳极与电阻r06的一端连接，所述第一开关控制管u1的源极分别与电阻r06的另一端、充放电电阻阵列rs的另一端和充放电接头44连接，所述电阻r02的另一端、电阻r04 的另一端、第三开关控制管u3的发射极和第四开关控制管u4的发射分别与地连接，所述充放电电阻阵列rs由多路并联的电阻阵列组成，每路并联的电阻阵列由多个电阻串联而成，在本实用新型中，充放电电阻阵列rs由四路并联的电阻阵列组成，每路并联的电阻阵列至少由两个电阻串联而成，从而提高充电电量的精准度，其中，第一路并联的电阻阵列由电阻r1和电阻r5相互串联而成，第二路并联的电阻阵列由电阻r2和电阻r6相互串联而成，第三路并联的电阻阵列由电阻r3和电阻r7相互串联而成，第四路并联的电阻阵列由电阻r4和电阻r8相互串联而成；当充放电控制器的第一控制输出端 pe0输出高电平，第三开关控制管u3导通，所述充放电控制器的第二控制输出端pe1输出低电平时，第四开关控制管u4、第一开关控制管u1和第二开关控制管u2截止，此时17.5v的充电电压分别通过由8个电阻组成的充放电电阻阵列rs对锂电池5进行放电；当充放电控制器的第一控制输出端pe0输出低电平，第三开关控制管u3截止，所述充放电控制器的第二控制
输出端 pe1输出高电平时，充放电控制器的第二控制输出端pe1输出的高电平信号驱动第四开关控制管u4导通，17.5v的充电电压受控于第一开关控制管u1 和第二开关控制管u2，高电平信号驱动第一开关控制管u1和第二开关控制管u2导通，此时，17.5v的充电电压分别通过由8个电阻组成的充放电电阻阵列rs对锂电池5进行充电。
29.结合图1至图7，对本实用新型的一种无人机锂电池集中充电安全管理柜的工作过程作进一步阐述，首先，将每层充电抽屉4从柜体1内拉出，将锂电池5分别从充电护罩42的充电放置口6插入充电控制板卡41的充电位43，使锂电池5的两极分别与充放电接头44连接以及充电数据通信接头45与锂电池的数据接口端连接，将锂电池5从充电护罩42的充电放置口6插入充电位43，使锂电池5的正负两极分别与对应的充放电接头44接触连接完好等待进入充电状态，以及使充电数据通信接头45与锂电池的数据接口端接触连接完好等待进入读取电池的电量信息；其次，初始化每层充电抽屉4内的每块电控制板卡41，通过ac/dc变换器向每块电控制板卡41通入充电电压，充放电控制器读取每块充电控制板卡41内的每个充电位43信息，判断每个充电位43是否有锂电池5在位，并将判断结果发送至触摸显示器8进行显示；再次，充放电控制器读取每个充电位43上锂电池5的电量数据以及通过触摸显示器8进行显示每个充电位43上锂电池5的当前电量，根据当前电量，对充电控制板卡41上插接的锂电池5按照电量大小进行排序，按照电量大小对充电位43上锂电池5进行依次充电；对于多个需要充电的锂电池，优先充满余量最多的锂电池，充满后再次判断其他电池排序，若两个电池电量相同，则对每个充电位43上的锂电池按照优先级进行排序充电，放电控制器通过第三开关控制管u3和第四开关控制管u4向锂电池5发出充电或放电控制信号，当第四开关控制管u4、第一开关控制管u1和第二开关控制管u2截止时，第三开关控制管u3(放电开关)导通时，对锂电池5进行放电；当第四开关控制管u4、第一开关控制管u1和第二开关控制管u2导通时以及关闭第三开关控制管u3(放电开关)进行充电；最后，根据锂电池5充电或放电时的状态，充放电控制器检测锂电池5所在充电抽屉4内的温湿度信号、火情信号和烟雾信号等，当柜体1或充电抽屉4内的温湿度过高、烟雾传感器检测到烟雾或者火光传感器在柜门2关闭的情况下检测到火光，则进入火情报警状态。在该状态下，电源控制开关断开，启动灭火推杆电机推动灭火器装置(干粉灭火器)的灭火控制阀进行灭火，并且声光报警器发出声光信号进行警示用户，以及通过充电数据收发模块(gprs通信模块或4g/5g通信模块)向用户发送报警短信。
30.以上所述仅是实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为实用新型的保护范围。