一种无人直升机用应急电源系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无人直升机用应急电源系统，涉及无人直升机领域。提出了一种将集成式式无人直升机用应急电源系统。该系统包含锂电池组、电池管理系统模块和电池充电模块三个部分：锂电池组为整个系统的能量储存中枢，当无人直升机主电源故障时，输出能量；电池管理系统模块负责检测电池的单体电压、总电压、充放电电流、温度等电池工作状态，并经过数据处理后对电池的SOC/SOH参数进行估计，并控制电池充电、均衡等动作；电池充电模块将无人直升机母线输入的直流电压源转换为稳定的恒流限压源为电池进行充电。压源为电池进行充电。压源为电池进行充电。

【技术实现步骤摘要】
一种无人直升机用应急电源系统


[0001]本专利技术涉及无人直升机
，具体的说涉及一种无人直升机用应急电源系统。
技术背景
[0002]无人直升机具有垂直起降和空中悬停等飞行特性，在农业、电力、交通等方面发挥着重要的作用。尤其是近几年随着动力储能系统、传感器、飞行控制技术的发展，无人直升机得到了迅速的发展。无人直升机在飞行过程中在主电源系统不能正常输出电能时，必须依靠机载应急电源为飞行控制系统、测控设备等关键用电设备供电，以确保飞行安全和尽快返航。锂离子电池以其高能量密度、无记忆效应等优点，在无人直升机应急电源系统中得到越来越广泛的应用。
[0003]专利CN203491696U公开了无人直升机在正常情况下，无人直升机上的主电源电压为28.5V和12V，应急电源至少包括一块24V蓄电池组或12V蓄电池组。当主电源故障时，应急电源保证影响飞行安全的直流基本负载正常工作，从而确保30min应急飞行时间。
[0004]现存无人直升机应急电源系统，多采用将电池管理系统集成在电池组内部，将电池充电系统独立出来单独作为一个模块进行设计。这样就导致电池管理系统的电池组和电池充电系统都具有单独的外壳，增加了应急电源系统的重量。另外，电池管理系统与电池充电系统具有充电控制信号线、充电功率线等多种连接线，维护时容易出现接插件插错、损坏等问题，增加了系统的故障率。

技术实现思路

[0005]本专利技术基于以上问题，提出了一种将电池充电模块、电池管理系统模块与锂电池组集成为一体的小体积、轻重量、稳定性能好的集成式无人直升机用应急电源系统。
[0006]该系统包含锂电池组、电池管理系统模块和电池充电模块三个部分：锂电池组为整个系统的能量储存中枢，其包含锂电池、保险丝、霍尔传感器、温度传感器和检测线：其中锂电池采用6节高倍率三元锂离子电池串联而成，电池组充满电时电压为25.2V，电池容量可以保证电池在充满电时至少可以保证无人直升机飞行30min；保险丝串联在锂电池组总正的输出端，在电池充放电电路发生故障时，保险丝作为最后一道保险可以防止发生危险。霍尔传感器采用双量程输出霍尔组成，可以将充电电流和放电电流分开检测，保证电池电流的检测精度。温度传感器采用NTC温度传感器，根据NTC阻值的变化，监测电池充放电过程中的实时温度值。检测线在每一节电池的正负端引出检测电池的单体电压，并且在电池不均衡时通过检测线对电池进行均衡。
[0007]电池管理系统模块负责检测电池的单体电压、总电压、充放电电流、温度等电池工作状态，并经过数据处理后对电池的SOC/SOH参数进行估计，根据电池工作状态控制电池充电、均衡等动作，其包含信息采集单元、电池均衡单元、供电单元、通讯故障报警单元、CPU单元和充电使能控制电路：信息采集单元采用LTC6811作为核心检测器件，利用其电压检测端
口检测锂电池组的单体电压；电池总电压、温度、电流等信号经电阻分压和运算放大器放大后输入至电池电压检测芯片的通用电压检测端口GPIOx，经内部AD采集后和电池单体电压一起发送给CPU单元；电池均衡单元采用被动均衡的方式，确保电池之间的电压均衡，其与信息采集单元集成在一起，包括受电池检测芯片控制的S脚、放电电阻和放电开关；供电单元为整个电池管理系统模块供电，其包括输入滤波电路、隔离电源模块和输出滤波电路；通讯故障报警单元包含通讯芯片电路和故障报警电路，通讯芯片电路负责与无人直升机上位机进行通讯，故障报警电路通过高低电平的方式发送至无人直升机上位机；CPU单元是整个电池管理系统模块的控制核心，所有的信息汇聚到CPU单元进行计算处理后，再发送到相对应的执行单元，CPU单元包含CPU芯片、看门狗电路、晶振电路和下载电路，负责接收信息采集单元采集得到的数据并进行数据处理，对电池的剩余容量(SOC)进行估算，在电池满足充电条件时向充电控制单元发送使能信号，在电池满足均衡条件时向电池均衡单元发送均衡信号，在电池发生过冲、过流、过温等故障报警信息时通讯故障报警电路发送故障信号；充电使能控制电路控制充电模块是否对电池进行充电，其包含充电使能电路和输出使能电路两部分。
[0008]电池充电模块将无人直升机母线输入的直流电压源转换为稳定的恒流限压源为电池进行充电，电池充电模块包括输入滤波单元、DC/DC电源单元、使能单元、输出滤波单元、硬件保护功率单元和硬件保护控制单元：其中输入滤波电路具有双向隔离作用，可以抑制无人直升机母线上的干扰信号，同时也防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响无人直升机母线。DC/DC电源模块电路采用高效率的电源模块将无人直升机母线直流电压源转换为恒流限压电源为无人直升机应急电源锂电池进行充电。输出滤波电路采用
ᴨ
型LC滤波电路，利用电感对交流信号的高阻抗和电容对交流信号的低阻抗，有效滤除电源模块输出电源中的交流成分。硬件保护功率电路由低导通压降二极管和低导通阻抗MOS管及其驱动电路组成，二极管防止电池充电系统反向充电，MOS管及其驱动电路组成充电回路的控制开关，在不满足充电条件时断开充电回路。充电使能电路采用光耦隔离的方式与电池管理系统隔离，当满足充电条件时，电池管理系统通过控制光耦导通使能充电模块。硬件保护控制电路包含硬件电压保护电路和输出控制电路两个部分，两部分的输出信号经与非门合并后控制硬件保护功率电路：输出控制电路与充电使能电路类似，当满足电池充电条件后，使能输出控制电路；硬件电压保护电路采用分压电路实时与参考电压进行比较，当输出电压高于硬件保护时输出低电平，关闭硬件保护功率电路，断开充电回路保护电池的安全。
[0009]本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术针对现有无人直升机应急电源系统分立式、重量重、维护复杂的问题提出了一种将电池充电模块、电池管理系统模块与锂电池组集成为一体的小体积、轻重量、稳定性能好的集成式无人直升机用应急电源系统。
[0010](2)针对无人直升机对于充电系统重量非常敏感的特征，本专利技术采用转换效率高达96%的电源模块、低导通阻抗的MOS管和低导通压降的二极管，尽最大可能降低充电模块的发热量，从而减少散热面积，进而减轻充电模块的重量。
[0011](3)为了确保机上充电的安全性，本充电系统采用了三级充电保护。第一级为充电使能电路，只有在电池管理系统使能的情况下，电源模块才会开始进行电源转换；第二
级为输出控制电路，只有在输出电压满足要求的情况下，才会使能输出控制电路，从而使充电电路导通；第三级为硬件电压保护电路，当电源模块输出电压高于保护电压时，硬件电压保护电路会强制关闭PMOS管，从而关闭充电回路。三级充电保护可以在任何一级保护失效时，保证电池充电系统不会失效，从而从概率上大大的降低电池过充的概率，保护电池的安全性。
附图说明
[0012]图1 本专利技术实例总体框图；图2 本专利技术实例锂电池组示意图；图3 本专利技术实例电池管理系统模块示意图；图4 本专利技术实例充电模块示意图；图5 本专利技术实例工作流程图。
具体实施方式
[0013]为使本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人直升机用应急电源系统，其特征在于，包括：锂电池组、电池管理系统模块和电池充电模块;所述锂电池组，为整个系统的能量储存中枢，当无人直升机主电源故障时，输出能量；所述电池管理系统模块负责检测电池的单体电压、总电压、充放电电流、温度等电池工作状态，并经过数据处理后对电池的SOC/SOH参数进行估计，并控制电池充电、均衡等动作；所述电池充电模块将无人直升机母线输入的直流电压源转换为稳定的恒流限压源为电池进行充电。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的锂电池组包含：锂电池、保险丝、霍尔传感器、温度传感器和检测线;所述锂电池，作为应急电源系统的能量存储中心，保证无人直升机主电源异常时为整个系统供电；所述保险丝，作为最后一道保险可以防止电池故障时发生危险；所述霍尔传感器，负责检测电池的充电和放电电流；所述温度传感器，负责检测电池工作时的温度，防止电池发生过热或过冷等故障；所述检测线，与电池管理系统连接，对电池单体电压进行监测，并在电池单体不均衡时，进行均衡。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的电池管理系统模块包含：信息采集单元、电池均衡单元、供电单元、通讯故障报警单元、CPU单元和充电时能单元;所述信息采集单元，采用电池检测芯片检测电池单体电压、电池总电压、温度和充放电电流等电池运行参数；所述电池均衡单元，采用被动均衡的方式，确保电池单体之间的电压在阈值范围之内；所述供电单元，采用隔离电源为整个电池管理系统模块供电；所述通讯故障报警单元，负责实时与上位机进行通讯，并在电池发生故障时进行报警；所述CPU单元，是整个电池管理系统模块的中枢，负责对检测信息进行处理后发出动作命令，并与上位机进行通讯；所述充电使能控制电路，对电池充电模块进行控制，当电池满足充电条件时，充电使能电路控制电池充电模块对电池进行充电。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的电池充电模块包含：...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤宪宇，
申请(专利权)人：辽宁轨道交通职业学院，
类型：发明
国别省市：