8度時得到的太陽光譜），該模塊中單片柔性非晶娃薄膜太 陽能電池的開路電壓為2伏特，短路電流為0. 42安培，最大輸出功率為0. 5瓦特。單片柔 性非晶娃薄膜太陽能電池的長、寬、厚分別為165、38、0. 5毫米，重量僅為18克。柔性太陽 能電池模塊安裝在撲翼仿鳥飛行器的機身表面。
[0043] 裡離子電池電壓監(jiān)控模塊：裡離子電池的電量與其電壓成正比關系，裡離子電池 電壓監(jiān)控模塊通過測量電池的電壓，實現(xiàn)對電池電量的監(jiān)控。為了避免電池正極與裡離子 電池電壓監(jiān)控模塊的電壓輸入管腳間寄生電阻（包括導線電阻和接觸電阻）對電壓測量準 確性的影響，本模塊采用開爾文化elvin)四線檢測技術(shù)測量電池電壓。
[0044] 裡離子電池充電管理模塊；裡離子電池充電管理模塊采用專用的充電管理巧片實 現(xiàn)。如圖3所示，裡離子電池充電管理模塊的端口 1、3分別與柔性太陽能電池模塊的端口 A、B連接。裡離子電池充電管理模塊的端口 2連接裡離子電池電壓監(jiān)控模塊測量的電池電 壓。裡離子電池充電管理模塊的端口 5、3分別與裡離子電池的正負極相連，為裡離子電池 充電。圖4描述了裡離子電池充電管理模塊工作流程示意圖。如圖4所示，當裡離子電池 充電管理模塊的輸入電源電壓低于電壓過低闊值（針對裡離子電池，該闊值設為3. 7伏特） 時，裡離子電池充電管理模塊處于休眠狀態(tài)。當裡離子電池充電管理模塊的輸入電源電壓 高于電壓過低闊值且裡離子電池充電管理模塊的輸出電源電壓高于裡離子電池端電壓時， 裡離子電池充電管理模塊開始對裡離子電池進行充電，并在端口 4輸出正在充電信號，該 充電過程分為W下=個階段；（1)預充電模式；當裡離子電池端電壓低于3伏特時，裡離子 電池充電管理模塊對裡離子電池進行小電流預充電，電流值為恒流電流的10 %; (2)恒流充 電模式：當裡離子電池端電壓高于3伏特時，裡離子電池充電管理模塊進入恒流充電模式。 在該模式下，W恒定電流對裡離子電池充電；（3)恒壓充電模式：當裡離子電池端電壓接近 截止電壓時，裡離子電池充電管理模塊進入恒壓充電模式，充電電流逐漸減小。當充電電流 小于充電結(jié)束闊值（充電結(jié)束闊值是恒流充電電流的10% )時充電結(jié)束，裡離子電池充電 管理模塊的端口 4輸出充電結(jié)束信號。充電結(jié)束后，當裡離子電池端電壓再次低于截止電 壓時，則進入新的充電周期。裡離子電池充電管理模塊的端口 6與裡離子電池溫度監(jiān)控模 塊的電壓輸出端相連。
[0045] 裡離子電池溫度監(jiān)控模塊；如圖5所示，裡離子電池溫度監(jiān)控模塊由裡離子電池 內(nèi)部的NTC熱敏電阻R1和片外電阻R2組成，其中該模塊的輸入電壓端與柔性太陽能電池 模塊的端口A、B連接。裡離子電池溫度的升高會引起NTC熱敏電阻R1阻值的降低，進而造 成R1兩端的電壓的下降。由圖5可W看出，裡離子電池溫度監(jiān)控模塊的輸出電壓即為R1 兩端的電壓，因此該模塊輸出電壓的變化能夠反映電池溫度的變化。設裡離子電池的電壓 為V?，在電池能夠承受的最高溫度Tmx下R1的阻值KR2的阻值為K。，則在裡離子電池 溫度達到Imx時，模塊的輸出電壓U胃由公式（1)計算得出：
[0046] UM陸=Tr,'i^XF陸 陽 A泌-V十Kc
[0047] 裡離子電池溫度監(jiān)控模塊的輸出電壓U"w與裡離子電池充電管理模塊的端口 6連 接，裡離子電池充電管理模塊計算U胃與裡離子電池電壓的比值（裡離子電池充電管理模 塊通過端口 2獲得裡離子電池的電壓）。當比值Umin/Vin<5^￡^時，則說明裡離子電池 的溫度高于其能夠承受的最高溫度Imx。在本發(fā)明中，若裡離子電池的溫度高于的時間 持續(xù)15秒時，裡離子電池充電管理模塊暫停對裡離子電池充電；若裡離子電池的溫度低于 Imx的時間持續(xù)15秒時，裡離子電池充電管理模塊恢復對裡離子電池正常充電。
[0048] 上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范 圍的限制，所屬領域技術(shù)人員應該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎上，本領域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍W內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種撲翼仿鳥飛行器的混合動力源系統(tǒng)，其特征是：包括鋰離子電池模塊、鋰離子 電池充電管理模塊、柔性太陽能電池模塊、鋰離子電池電壓監(jiān)控模塊和鋰離子電池溫度監(jiān) 控模塊，其中： 所述鋰離子電池模塊，直接為撲翼仿鳥飛行器中的動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供能量； 所述鋰離子電池充電管理模塊，用于跟蹤太陽能電池的最大功率電壓，以從太陽能電 池中獲得最大功率輸出，并對鋰離子電池提供過沖、過流保護，防止鋰離子電池壽命縮短或 受到損壞； 所述柔性太陽能電池模塊，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，連接鋰離子電池充電管理模塊，為鋰 離子電池模塊充電； 所述鋰離子電池電壓監(jiān)控模塊，連接鋰離子電池模塊和鋰離子電池充電管理模塊，用 于實時監(jiān)控鋰離子電池模塊的電壓變化，判斷鋰離子電池模塊是否需要充電，如果需要，發(fā) 送信號給鋰離子電池充電管理模塊； 所述鋰離子電池溫度監(jiān)控模塊，連接鋰離子電池模塊和鋰離子電池充電管理模塊，用 于監(jiān)控鋰離子電池的溫度，在電池溫度過高時暫停充電。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種撲翼仿鳥飛行器的混合動力源系統(tǒng)，其特征是：所述鋰離 子電池充電管理模塊，連接柔性太陽能電池模塊、鋰離子電池電壓監(jiān)控模塊、鋰離子電池溫 度監(jiān)控模塊和鋰離子電池模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的一種撲翼仿鳥飛行器的混合動力源系統(tǒng)，其特征是：所述柔性 太陽能電池模塊，包括若干個柔性非晶硅薄膜太陽能電池，安裝在撲翼仿鳥飛行器的機身 表面。
4.如權(quán)利要求1所述的一種撲翼仿鳥飛行器的混合動力源系統(tǒng)，其特征是：所述鋰離 子電池模塊的電量與其電壓成正比關系，包括多個串聯(lián)的鋰離子電池，安裝在撲翼仿鳥飛 行器的機身內(nèi)部。
5.如權(quán)利要求1所述的一種撲翼仿鳥飛行器的混合動力源系統(tǒng)，其特征是：所述鋰離 子電池電壓監(jiān)控模塊利用開爾文四線檢測技術(shù)測量電池電壓，以避免電池正極與鋰離子電 池電壓監(jiān)控模塊的電壓輸入管腳間寄生電阻對電壓測量準確性的影響，所述寄生電阻包括 導線電阻和接觸電阻。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種撲翼仿鳥飛行器的混合動力源系統(tǒng)，其特征是：所述鋰離 子電池溫度監(jiān)控模塊利用NTC熱敏電阻的阻值和溫度關系，實時監(jiān)控鋰離子電池的溫度。
7.基于如權(quán)利要求1-6中任一項所述的混合動力源系統(tǒng)的工作方法，其特征是：包括 以下步驟： (1) 在撲翼仿鳥飛行器飛行過程中，鋰離子電池模塊直接為撲翼仿鳥飛行器的動力系 統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供能量； (2) 若鋰離子電池電壓監(jiān)控模塊判斷出鋰離子電池模塊需要充電，在工作環(huán)境允許的 情況下，柔性太陽能電池模塊通過鋰離子電池充電管理模塊對鋰離子電池模塊進行充電， 鋰離子電池充電管理模塊能夠最大效率地利用太陽能電池為鋰離子電池充電，并提供過 沖、過流保護； (3)在太陽能電池對鋰離子電池進行充電的過程中，鋰離子電池溫度監(jiān)控模塊用于防 止鋰離子電池因溫度的異常升高而受到損害； (4)當鋰離子電池電壓監(jiān)控模塊監(jiān)控到鋰離子電池電量充滿時，鋰離子電池充電管理 模塊停止太陽能電池對鋰離子電池充電。
8. 如權(quán)利要求7所述的工作方法，其特征是：所述步驟（2)中的工作環(huán)境包括光照強 度。
9. 如權(quán)利要求7所述的工作方法，其特征是：所述步驟（2)中，鋰離子電池充電管理模 塊的充電管理方式包括： (2-1)預充電模式：當鋰離子電池端電壓低于設定電壓時，鋰離子電池充電管理模塊 對鋰離子電池進行小電流預充電，鋰離子電池充電管理模塊輸出正在充電信號； (2-2)恒流充電模式：當鋰離子電池端電壓高于設定電壓時，鋰離子電池充電管理模 塊進入恒流充電模式，在該模式下，以恒定電流對鋰離子電池充電，鋰離子電池充電管理模 塊輸出正在充電信號； (2-3)恒壓充電模式：當鋰離子電池端電壓接近截止電壓時，鋰離子電池充電管理模 塊進入恒壓充電模式，充電電流逐漸減小，當充電電流小于充電結(jié)束閾值電流時充電結(jié)束， 鋰離子電池充電管理模塊輸出充電結(jié)束信號； (2-4)充電結(jié)束后，當鋰離子電池端電壓再次低于截止電壓時，混合動力源系統(tǒng)進入新 的充電周期。
10. 如權(quán)利要求7所述的工作方法，其特征是：所述步驟（3)中，鋰離子電池溫度監(jiān)控 模塊利用NTC熱敏電阻的阻值和溫度關系，實時監(jiān)控鋰離子電池的溫度，當鋰離子電池的 溫度高于最大閾值溫度的時間達到設定時間時，鋰離子電池充電管理模塊暫停對鋰離子電 池充電；若鋰離子電池的溫度低于最大閾值溫度的時間達到設定時間時，鋰離子電池充電 管理模塊恢復對鋰離子電池正常充電。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種撲翼仿鳥飛行器的混合動力源系統(tǒng)及方法，包括鋰離子電池模塊、柔性太陽能電池模塊、鋰離子電池充電管理模塊、鋰離子電池電壓監(jiān)控模塊及鋰離子電池溫度監(jiān)控模塊。鋰離子電池模塊安裝在撲翼仿鳥飛行器機身內(nèi)部，直接為飛行器提供動力；柔性太陽能電池模塊安裝在撲翼仿鳥飛行器機身表面，在光照允許和鋰離子電池需要的條件下，對鋰離子電池進行充電；鋰離子電池充電管理模塊能夠跟蹤太陽能電池的最大功率電壓；鋰離子電池電壓監(jiān)控模塊采用開爾文四線檢測技術(shù)準確地測量鋰離子電池的電壓；鋰離子電池溫度監(jiān)控模塊能夠?qū)崟r監(jiān)控鋰離子電池的溫度。本發(fā)明能夠在不明顯增加動力源系統(tǒng)重量的前提下，有效提高了撲翼仿鳥飛行器的續(xù)航能力。
【IPC分類】H02J7-00, B64D27-24
【公開號】CN104810892
【申請?zhí)枴緾N201510227297
【發(fā)明人】姬冰, 李貽斌, 馮金奎, 楊榮妮, 王騫, 榮學文
【申請人】山東大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月6日