本公開(kāi)涉及無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)人機(jī)電池組管理方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，無(wú)人機(jī)技術(shù)得到了極大的發(fā)展，無(wú)人機(jī)技術(shù)也開(kāi)始應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)，無(wú)人機(jī)技術(shù)也在快速的向前發(fā)展，各種新的技術(shù)出現(xiàn)并逐步應(yīng)用到無(wú)人機(jī)上。

電池作為無(wú)人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，單片電池標(biāo)稱(chēng)電壓為3.7V，電壓和容量均較小，無(wú)法滿(mǎn)足電機(jī)電調(diào)的需求，一般均采用多片串并聯(lián)組成電池組來(lái)工作，提供高電壓和大容量。市面封裝好的電池組較多均采用3-6節(jié)單片電池串并聯(lián)構(gòu)成，對(duì)于需要高電壓和超大容量的電池，可以通過(guò)電池組的串并聯(lián)方便的實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)在無(wú)人機(jī)上使用的電池組，多采用導(dǎo)線(xiàn)或鎳板直接將多個(gè)電池片直接連接的方法，不對(duì)電池做任何保護(hù)操作，充電時(shí)使用專(zhuān)用的充電器來(lái)完成，在使用中對(duì)電池組的參數(shù)也沒(méi)有有效的管理和檢測(cè)手段，對(duì)電池的剩余容量、工作時(shí)的放電電流大小、電池溫度、單片電池的電壓、可使用時(shí)間均沒(méi)有一個(gè)清晰的指示，經(jīng)常會(huì)引起由于電池剩余容量不足導(dǎo)致的無(wú)人機(jī)操作失控現(xiàn)象。

現(xiàn)有技術(shù)存在一些智能電池模塊，但是都只能作為單體電池使用，不支持多電池組的串并聯(lián)統(tǒng)一管理，而且一般只應(yīng)用于小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，不支持大電流的檢測(cè)，功能也比較單一，使用范圍有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問(wèn)題，本公開(kāi)實(shí)施例提供一種無(wú)人機(jī)電池組管理方法及裝置。

根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的第一方面，提供一種無(wú)人機(jī)電池組管理方法，包括：

電壓轉(zhuǎn)換模塊將電池輸入電壓轉(zhuǎn)換為板卡所需要的5V和3.3V電壓；

電壓檢測(cè)模塊采用均衡插頭與電池連接，對(duì)單體電壓值和總電壓值進(jìn)行測(cè)量；

將電池的電源輸出接入電流檢測(cè)模塊，將采集到的電流值轉(zhuǎn)換為電壓值，送入CPU接口進(jìn)行AD采集；

溫度檢測(cè)模塊進(jìn)行溫度的采集；

所述CPU通過(guò)AD接口與所述電壓檢測(cè)模塊、電流檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊連接，進(jìn)行對(duì)電壓、電流、溫度的采集；通過(guò)與IO輸入輸出模塊的接口，進(jìn)行輸入和輸出控制；實(shí)時(shí)對(duì)輸出電流進(jìn)行積分運(yùn)算，得到電池已經(jīng)使用的電量以及與總電量的差值，計(jì)算所述電池剩余電量，定時(shí)通過(guò)電池總電壓進(jìn)行比例修正；通過(guò)電池剩余電量與無(wú)人機(jī)使用電流的平均值進(jìn)行除法運(yùn)算，得到無(wú)人機(jī)剩余飛行時(shí)間，通過(guò)串口將采集到的數(shù)據(jù)定時(shí)輸出。

所述方法還包括：

通過(guò)CAN接口實(shí)現(xiàn)多個(gè)電池組的連接與管理，采用任意一個(gè)電池組的串口，實(shí)現(xiàn)將所有所述電池組的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出。

所述方法還包括：

所述溫度檢測(cè)模塊采用橋式平衡法與運(yùn)放電路，通過(guò)外置鉑電阻絲傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集；通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)最多8路溫度數(shù)據(jù)采集。

所述方法還包括：

采用4個(gè)LED燈，指示所述電池組的剩余電量。

根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的另一方面，提供一種無(wú)人機(jī)電池組管理裝置，包括：

電壓轉(zhuǎn)換模塊、電壓檢測(cè)模塊、電流檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、IO輸入與輸出模塊、CPU控制模塊、通訊模塊、電量顯示模塊及接口電路；

所述電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于將電池輸入電壓轉(zhuǎn)換為板卡所需要的5V和3.3V電壓；

所述電壓檢測(cè)模塊，采用均衡插頭與電池連接，用于對(duì)單體電壓值和總電壓值得測(cè)量；

所述電流檢測(cè)模塊，用于將采集到的電流值轉(zhuǎn)換為電壓值，送入CPU控制模塊進(jìn)行AD采集；

所述溫度檢測(cè)模塊通過(guò)外接鉑電阻傳感器，用于溫度的采集；

所述通訊模塊用于板卡和外設(shè)的連接；

所述CPU控制模塊通過(guò)接口電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流、溫度的采集，通過(guò)IO輸入與輸出模塊實(shí)現(xiàn)輸入和輸出控制，對(duì)電池剩余電量和無(wú)人機(jī)剩余飛行時(shí)間的計(jì)算，通過(guò)電量顯示模塊將采集到的數(shù)據(jù)定時(shí)輸出。

所述裝置還包括：

CAN接口模塊，用于實(shí)現(xiàn)多個(gè)所述無(wú)人機(jī)電池組管理裝置之間的連接，通過(guò)任意一個(gè)所述無(wú)人機(jī)電池組管理裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)所有所述無(wú)人機(jī)電池組管理裝置的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出。

所述電壓轉(zhuǎn)換模塊采用TDCDC電源芯片，實(shí)現(xiàn)5V電壓轉(zhuǎn)換；采用LDO電源芯片，實(shí)現(xiàn)3.3V電壓轉(zhuǎn)換。

所述CPU控制模塊采用ARM芯片，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬數(shù)據(jù)的采集；通過(guò)IO輸入與輸出模塊，支持4路TTL輸入和4路TTL輸出；通過(guò)FLASH存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和參數(shù)的存儲(chǔ)；通過(guò)接口轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)現(xiàn)RS232/RS485串口通信和CAN通信。

所述電量顯示模塊采用4個(gè)LED燈，指示所述電池組的剩余電量。

所述溫度檢測(cè)模塊采用橋式平衡法與運(yùn)放電路，通過(guò)外置鉑電阻絲傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集；通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)8路溫度采集。

本公開(kāi)的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

本公開(kāi)通過(guò)軟件配置，可以支持3-6片單體電池組成的電池組智能管理。支持大電流采集，支持高達(dá)±150安培電流的采集。支持多路IO操作。內(nèi)置邏輯算法，支持平衡充放電操作，通過(guò)RS232串口可以實(shí)時(shí)輸出剩余電量和剩余飛行時(shí)間。通過(guò)CAN通信支持多裝置級(jí)聯(lián)。體積小，重量輕，電路清晰，功能多樣，測(cè)量精度高，可靠性強(qiáng)，功耗低，特別適用于無(wú)人機(jī)上使用。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開(kāi)。

附圖說(shuō)明

此處的附圖被并入說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，示出了符合本公開(kāi)的實(shí)施例，并與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本公開(kāi)的原理。

圖1是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種無(wú)人機(jī)電池組管理方法原理流程圖。

圖2是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種無(wú)人機(jī)電池組管理裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的另一種無(wú)人機(jī)電池組管理裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本公開(kāi)相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書(shū)中所詳述的、本公開(kāi)的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

圖1是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種無(wú)人機(jī)電池組管理方法原理流程圖，包括：

步驟11，電壓轉(zhuǎn)換模塊將電池輸入電壓轉(zhuǎn)換為板卡所需要的5V和3.3V電壓；

步驟12，電壓檢測(cè)模塊采用均衡插頭與電池連接，對(duì)單體電壓值和總電壓值進(jìn)行測(cè)量；

步驟13，將電池的電源輸出接入電流檢測(cè)模塊，將采集到的電流值轉(zhuǎn)換為電壓值，送入CPU接口進(jìn)行AD采集；

步驟14，溫度檢測(cè)模塊進(jìn)行溫度的采集；

步驟15，CPU通過(guò)AD接口與所述電壓檢測(cè)模塊、電流檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊連接，進(jìn)行對(duì)電壓、電流、溫度的采集；通過(guò)與IO輸入輸出模塊的接口，進(jìn)行輸入和輸出控制；實(shí)時(shí)對(duì)輸出電流進(jìn)行積分運(yùn)算，得到電池已經(jīng)使用的電量以及與總電量的差值，計(jì)算所述電池剩余電量，定時(shí)通過(guò)電池總電壓進(jìn)行比例修正；通過(guò)電池剩余電量與無(wú)人機(jī)使用電流的平均值進(jìn)行除法運(yùn)算，得到無(wú)人機(jī)剩余飛行時(shí)間，通過(guò)串口將采集到的數(shù)據(jù)定時(shí)輸出。

通過(guò)CAN接口實(shí)現(xiàn)多個(gè)電池組的連接與管理，采用任意一個(gè)電池組的串口，實(shí)現(xiàn)將所有所述電池組的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出。

所述溫度檢測(cè)模塊采用橋式平衡法與運(yùn)放電路，通過(guò)外置鉑電阻絲傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集；通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)最多8路溫度數(shù)據(jù)采集。

采用4個(gè)LED燈，指示所述電池組的剩余電量。

具體來(lái)說(shuō)，本實(shí)施例中，提供了一種利用無(wú)人機(jī)上使用的電池組監(jiān)測(cè)和管理裝置來(lái)進(jìn)行電池組管理的方案，支持3-6片串聯(lián)電池組。支持電池組單體電壓測(cè)量和總電壓測(cè)量，支持最大±150安培電流測(cè)量，支持-100℃到+200℃溫度測(cè)量，支持最多4路可編程TTL信號(hào)輸入和4路TTL信號(hào)輸出，通過(guò)內(nèi)置軟件算法，支持均衡充放電操作，可以實(shí)時(shí)計(jì)算出電池剩余電量和無(wú)人機(jī)剩余飛行時(shí)間。該裝置可以單體使用，也可通過(guò)CAN接口實(shí)現(xiàn)多個(gè)裝置的連接。采用串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，通過(guò)配套的管理軟件，可以實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)到下傳的電壓、電流、溫度、剩余電量、剩余飛行時(shí)間等數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該裝置的參數(shù)設(shè)置和查詢(xún)。

圖2是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種無(wú)人機(jī)電池組管理裝置結(jié)構(gòu)示意圖，包括：

電壓轉(zhuǎn)換模塊21、電壓檢測(cè)模塊22、電流檢測(cè)模塊23、溫度檢測(cè)模塊24、IO輸入與輸出模塊25、CPU控制模塊26、通訊模塊27、電量顯示模塊28及接口電路29。其中電壓轉(zhuǎn)換模塊21實(shí)現(xiàn)將電池輸入電壓轉(zhuǎn)換為板卡所需要的5V和3.3V電壓；電壓檢測(cè)模塊22采用均衡插頭與電池連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電壓值和總電壓值得測(cè)量；將電池的電源輸出線(xiàn)接入電流檢測(cè)模塊23，可以實(shí)現(xiàn)將采集到的電流值轉(zhuǎn)換為電壓值，送入CPU接口進(jìn)行AD采集；溫度檢測(cè)模塊24通過(guò)外接1～8路鉑電阻傳感器，可以實(shí)現(xiàn)溫度的采集；通訊模塊27用于板卡和外設(shè)的連接，可以支持CAN、RS232、RS485接口。

CPU控制模塊26通過(guò)接口電路29與電壓檢測(cè)模塊22、電流檢測(cè)模塊23、溫度檢測(cè)模塊24進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流、溫度的采集；CPU控制模塊26通過(guò)與IO輸入輸出模塊25的接口，實(shí)現(xiàn)輸入和輸出控制；CPU控制模塊26內(nèi)置邏輯算法，通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)輸出電流的積分運(yùn)算，可以得到電池已經(jīng)使用的電量，與總電量的差值，可以計(jì)算出剩余電量，并且定時(shí)通過(guò)電池總電壓進(jìn)行比例修正；通過(guò)電池剩余電量與前5秒鐘使用電流的平均值進(jìn)行除法運(yùn)算，可以得到無(wú)人機(jī)剩余飛行時(shí)間，通過(guò)電量顯示模塊28串口將采集到的數(shù)據(jù)定時(shí)輸出。

具體的，該裝置還包括CAN接口模塊30，可以通過(guò)CAN接口模塊30實(shí)現(xiàn)多個(gè)無(wú)人機(jī)電池組管理裝置的連接與管理，此時(shí)通過(guò)管理軟件配置，采用任意一個(gè)無(wú)人機(jī)電池組管理裝置的串口，可以實(shí)現(xiàn)將所有無(wú)人機(jī)電池組管理裝置的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出。

在一個(gè)實(shí)施例中，電壓轉(zhuǎn)換模塊21采用TI公司的DCDC電源芯片，實(shí)現(xiàn)高效率的5V電壓轉(zhuǎn)換；通過(guò)LDO穩(wěn)壓芯片，實(shí)現(xiàn)3.3V電壓轉(zhuǎn)換，后置濾波電路，保證了電源輸出的穩(wěn)定可靠。

在一個(gè)實(shí)施例中，采用TI公司的專(zhuān)用電池管理芯片，通過(guò)CPU程序控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)3-6片單體電池組成的電池組進(jìn)行均衡充放電操作和單體電壓、總電壓的測(cè)量。

在一個(gè)實(shí)施例中，電流檢測(cè)模塊23采用霍爾傳感器，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，接入到CPU的AD管腳，通過(guò)CPU程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)±150安培電流的采集。

在一個(gè)實(shí)施例中，溫度檢測(cè)模塊24采用橋式平衡法與運(yùn)放電路，通過(guò)外置鉑電阻絲傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集；通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)最多8路溫度采集。

在一個(gè)實(shí)施例中，CPU控制模塊26采用ST公司的ARM芯片，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬數(shù)據(jù)的采集；通過(guò)IO接口，支持4路TTL輸入和4路TTL輸出；板載FLASH存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和參數(shù)的存儲(chǔ)；板載接口轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)現(xiàn)RS232/RS485串口通信和CAN通信。

在一個(gè)實(shí)施例中，電量顯示模塊28采用4個(gè)LED燈，指示電池組的剩余電量。

在一個(gè)實(shí)施例中，CPU控制模塊26通過(guò)內(nèi)置軟件程序和配套管理軟件，可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、查詢(xún)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收。

圖3是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的另一種無(wú)人機(jī)電池組管理裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中，所有模塊均與CPU連接，CPU可以采用STM32F103芯片。電壓轉(zhuǎn)換、電流檢測(cè)、IO控制、多路模擬開(kāi)關(guān)、運(yùn)算放大器(運(yùn)放)、BQ76925專(zhuān)用電池管理芯片、電壓檢測(cè)、通信接口和電量顯示等均與CPU不同管腳連接并分別進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)、控制功能。

該裝置支持電池組單體電壓測(cè)量和總電壓測(cè)量，支持最大±150安培電流測(cè)量，支持-100℃到+200℃溫度測(cè)量，支持最多4路可編程TTL信號(hào)輸入和4路TTL信號(hào)輸出，通過(guò)內(nèi)置軟件算法，支持均衡充放電操作，可以實(shí)時(shí)計(jì)算出電池剩余電量和無(wú)人機(jī)剩余飛行時(shí)間。該裝置可以單體使用，也可通過(guò)CAN接口實(shí)現(xiàn)多個(gè)裝置的連接。該裝置采用串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，通過(guò)配套的管理軟件，可以實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)到下傳的電壓、電流、溫度、剩余電量、剩余飛行時(shí)間等數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該裝置的參數(shù)設(shè)置和查詢(xún)。

綜上所述，本公開(kāi)的各個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)軟件配置，可以支持3-6片單體電池組成的電池組智能管理。支持大電流采集，支持高達(dá)±150安培電流的采集。支持多路IO操作。內(nèi)置邏輯算法，支持平衡充放電操作，通過(guò)RS232串口可以實(shí)時(shí)輸出剩余電量和剩余飛行時(shí)間。通過(guò)CAN通信支持多裝置級(jí)聯(lián)。體積小，重量輕，電路清晰，功能多樣，測(cè)量精度高，可靠性強(qiáng)，功耗低，特別適用于無(wú)人機(jī)上使用。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說(shuō)明書(shū)及實(shí)踐這里公開(kāi)的公開(kāi)后，將容易想到本公開(kāi)的其它實(shí)施方案。本申請(qǐng)旨在涵蓋本公開(kāi)的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本公開(kāi)的一般性原理并包括本公開(kāi)未公開(kāi)的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說(shuō)明書(shū)和實(shí)施例僅被視為示例性的，本公開(kāi)的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開(kāi)并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本公開(kāi)的范圍僅由所附的權(quán)利要求來(lái)限制。