CN208559079U - 用于无人机锂电池维护和报警的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供用于无人机锂电池维护和报警的设备。所述设备包括：PCB板，向其所承载的各器件提供电性连接；第一插座，连接无人机锂电池，锂电池信息经由第一插座提供到控制器；第二插座，连接充电器以对锂电池充电；控制器，获得锂电池信息实现锂电池信息显示、管理和报警；MOS管，连接至第一插座在控制器控制下驱动锂电池放电，管上耦接有电阻；LED阵列驱动芯片，接收且响应于控制器输出的控制信号驱动LED阵列；LED阵列，在LED阵列驱动芯片的驱动下显示锂电池参数；按钮，电连接于控制器切换LED阵列显示内容；飞控接口，与无人机通信在控制器的控制下启动无人机。本实用新型及时获得锂电池状态信息，提高了安全性及寿命。

Description

用于无人机锂电池维护和报警的设备

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，具体涉及一种用于无人机锂电池维护和报警的设备，对无人机锂电池进行维护和报警，提示用户减少锂电池的非正常损耗。

背景技术

锂电池是一种以锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的一次电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着二十世纪末微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。

锂电池(Lithium battery)是指电化学体系中含有锂(包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池通常是不可充电的，且内含金属态的锂。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。

随着自动化控制技术的日益发展，各种无人机的应用也越来越广泛，目前，民用领域中，地图测绘无人机、地质勘测无人机、灾害监测无人机、气象探测无人机、空中交通管制无人机、边境控制无人机、通信中继无人机、货物运输无人机、植保农药喷洒无人机的研究和应用在国内外都在不断的发展中，无人机大部分都是用锂电池，那么，锂电池作为无人机的一个主要部件，对无人机的正常飞行作业及安全可靠性起到了至关重要的作用，为了保证无人机的安全可靠运行，无人机锂电池良好的保养维护是非常重要的。

锂电池是电动无人机的主要能源来源，但是锂电池特性导致非常容易出现过充、过放、长期放置报废、寿命无法得知等问题，导致无人机飞行故障，给用户带来损失。

常规的锂电池维护和报警设备产品有两种：

简易的电压测试设备，俗称“BB响”；以及集成在电池内部的智能电池控制器。BB响是一种可以插在电池的平衡充接头上使用的单纯的电压检测和显示报警设备，可以随飞机飞行并实时显示电压，在电压偏低的情况下报警，但是电池充电时必须将其拔下否则无法使用平衡充接头来进行充电，也因此该设备上不会带有存储和统计的功能，因为拔下后所有数据的继承性就不存在了。

另一种集成在电池内部的智能电池控制器一般采用成品芯片制造，只使用4个LED显示电压、寿命等状态，也带有报警和存储功能，但是因为无法与电池分离，所以不能够调整不同电池的设置，不具备普适性能。

另外，为了避免电池状态不好时，无人机启动飞行，增加故障率，本实用新型拟增加飞控接口，锂电池状态正常时，飞控接口与无人机控制接口通信，才允许无人机启动飞行。

实用新型内容

为了给无人机锂电池提供良好的保养和维护，提高无人机运行的安全可靠性，本实用新型拟提供一种用于无人机锂电池维护和报警的设备，既具备电压检测、显示和报警功能，同时具备历史记录、健康评估、寿命统计等等功能，可以一直存在于电池之上不影响其正常充放电使用，又可以拿下适配其他电池，并可以通过设置适配其他种类电池。既具有历史继承性，同时具有普适功能；并增加了飞控接口，锂电池状态正常时，飞控接口与无人机控制接口通信，允许无人机启动飞行，将无人机的安全性与锂电池联动，同时增加了无人机飞行的安全性。

本实用新型提供一种用于无人机锂电池维护和报警的设备，所述设备包括：

PCB板，用于向其所承载的各器件提供电性连接；

第一插座，用于连接无人机锂电池，锂电池信息经由所述第一插座提供到控制器；

第二插座，用于连接充电器以对锂电池充电；

控制器，基于所述锂电池信息，实现锂电池状态信息显示、管理和报警；

MOS管，连接至所述第一插座，所述MOS管用于在所述控制器控制下驱动锂电池放电，所述MOS管上耦接有电阻；

LED阵列驱动芯片，用于接收所述控制器输出的控制信号且响应于所述控制信号驱动LED阵列；

所述LED阵列，用于在所述LED阵列驱动芯片的驱动下显示锂电池参数；

按钮，电连接于所述控制器，用于切换所述LED阵列显示的内容；

飞控接口，用于与无人机通信，在所述控制器的控制下启动无人机。

进一步地，所述设备还包括LDO低压差线性稳压器，所述LDO低压差线性稳压器用于对电源进行稳压以向所述设备提供稳定电压。

进一步地，所述设备还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器用于在所述控制器控制下进行声音报警。

进一步地：所述控制器为单片机；

所述LED阵列为2组、3组或4组8×8或16×16位的LED阵列；

所述第一插座、所述第二插座为7芯插座或13芯插座中的一种。

进一步地，所述锂电池状态信息包括总电压、单片最低电压、电池温度中的一种或多种。

进一步地，所述飞控接口与无人机通信，控制器通过飞控接口向无人机发送密钥，无人机接收密钥后确定是否为正确密钥，如正确则启动无人机。

本实用新型取得的有益效果：

实时测量显示电池状态，总电压、最低单片电压、健康度和循环次数；全面的自动化的检测锂电池的参数，及时获得锂电池的使用状态信息，提高锂电池的安全性及使用寿命；

蜂鸣器实时报警，使用不同声音对过充过放、低容量、高低温进行报警提示，近距离飞行时可听见；

可连接飞控，管理或回传电池详细状态到地面；

用户可在充电和使用中不再取下该产品，与电池成为一体；

可自动放电到，节省存储前维护工作时间。

附图说明

图1，是本实用新型的原理示意图；

图2，是本实用新型的正面结构示意图；

图3，是本实用新型的正面中间层结构示意图；

图4，是本实用新型的背面结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图和实施例，对本实用新型技术方案的具体实施方式进行更加详细、清楚的说明。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。其只是包含了本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员对于本实用新型的各种变化获得的其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种用于无人机锂电池维护和报警的设备，如图2、图3、图4所示，图2是本实用新型的正面结构示意图；图3是本实用新型的正面中间层结构示意图；图4是本实用新型的背面结构示意图。

所述设备包括：PCB板1、控制器2、MOS管9、LED阵列驱动芯片3、LED阵列4、蜂鸣器5、第一插座6、第二插座7、按钮11、飞控接口8。

其中：PCB板1，用于向其所承载的各器件提供电性连接；第一插座6，用于连接无人机锂电池，锂电池信息经由所述第一插座6提供到控制器2；第二插座7，用于连接充电器以对锂电池充电；控制器2，基于所述锂电池信息，实现锂电池状态信息显示、管理和报警；MOS管9，连接至所述第一插座6，所述MOS管9用于在所述控制器2控制下驱动锂电池放电，所述MOS管9上耦接有电阻；LED阵列驱动芯片3，用于接收所述控制器2输出的控制信号且响应于所述控制信号驱动LED阵列4；所述LED阵列4，用于在所述LED阵列驱动芯片3的驱动下显示锂电池参数；按钮11，电连接于所述控制器2，用于切换所述LED阵列4显示的内容；飞控接口8，用于与无人机通信，在所述控制器的控制下启动无人机。

所述设备还包括LDO低压差线性稳压器10、蜂鸣器5，所述LDO低压差线性稳压器10用于对电源进行稳压以向所述设备提供稳定电压；所述蜂鸣器5用于在所述控制器2控制下进行声音报警。

所述PCB板1为双面电路板，也可以选择多层电路板。如图1所示，在PCB板1的上表面罩装了LED阵列4。LED阵列4的数量可以根据需要显示的状态信息选择2组、3组或4组的8×8或16×16位的LED阵列。所述第一插座、第二插座为7芯插座或13芯插座的一种。所述控制器为单片机，也可以选择别的控制器，不以此为限。

如图2所示，PCB板1的上表面安装了控制器2、LED阵列驱动芯片3。LED阵列驱动芯片3对应于LED阵列4的个数，设计相应的驱动方案。

如图1所示，图1是本实用新型原理示意图。设备电源线通过第一插座6和第二插座7与锂电池及充电器相直连，所述设备的电源，在不连接充电器时，由无人机锂电池提供；连接充电器时，由充电器提供，由于设备电功率很小，不影响充电器和锂电池工作。所述第一插座6、第二插座7选用7芯插座或13芯的Hx2.54平衡充透传接口插座的一种，可以直接连接6S或12S电池的平衡充接口。PCB另一端则带有完全相同的连接器，每一针与前一个连接器对应导通，这样可以在充电时不用从电池上摘下该产品，做到正常充电并且两个接头没有区别。也可以根据实际情况，在无人机锂电池及充电器插头变化的情况下，选择与之相配的插座。

所述MOS管9作为功率驱动元件，上面耦接电阻，能够在所述控制器2的控制下驱动锂电池放电，电能消耗在电阻上。锂电池一般是一片一片的电池连接而成，在需要放电的时候，每个MOS管9对应驱动一片电池放电，MOS管9的数量根据电池片数进行选择，数量为一个或一个以上，几片电池就对应几个MOS管9。

如图3所示，PCB板1的下表面安装了蜂鸣器5、第一插座6、第二插座7、飞控接口8。蜂鸣器5的个数根据报警距离和报警音量的要求选择一个或一个以上。

所述飞控接口8与无人机控制串口连接通信，控制器通过飞控接口向无人机发送密钥，无人机接收密钥后确定是否为正确密钥，如正确则启动无人机。所述密钥包括SN码。

一种用于无人机锂电池维护和报警的方法，包括如下步骤，以下步骤不分严格的先后顺序。

S1，经由第一插座6将无人机锂电池的锂电池状态信息提供到控制器2。

检测的锂电池状态信息包括总电压、单片最低电压、电池温度中的一种或多种。

S2，经由第二插座7连接充电器以对锂电池充电。

在电池电压低时，连接充电器对锂电池进行充电，在充电时可以不拔第一插座6，充电和电池性能检测可以同时进行。

S3，基于所述锂电池信息，通过所述控制器2对锂电池进行控制，实现锂电池状态信息显示、管理和报警。

所述控制器2为单片机，也可以选择其他控制器，控制器2的A/D接口(模拟/数字转换接口)通过限流电阻连接到第一插座6，采集每一片电池输出端相对于地线的电压，通过本片电池的测量电压与低一级电池的测量电压的差来计算每一片电池自身电压。最高一片电池的测量电压作为整组电池的总电压。

所述控制器2进行的控制包括如下的一者或多者：

控制所述LED阵列显示电压最低的单片电池放电比例，按顺序显示6片电池单独的电压容量；

控制所述LED阵列显示电池总电压；

在最低电压的那片电池放电到30％容量时，计算电压最高那片电池与电压最低那片电池的差值，所述差值指示电池的健康度；

控制所述LED阵列显示充放次数；及

在电池电压超过25小时不变化的情况下，自动打开MOS管9接通功率电阻，对电池进行维护放电直至单片电压为3.7V为止。

在一个实施例中，具体实施如下：

控制LED阵列4以进度条方式显示电压最低的单片电池放电比例，按顺序使用六条横向的LED分别显示6片电池单独的电压容量，每片电池容量显示有16级，中间两栏无显示区域方便用户确认顺序；

控制LED阵列4通过反色数字方式显示电池总电压；

在最低电压的那片电池放电到30％容量时，计算电压最高那片电池与电压最低那片电池的差，作为整组电池的健康度，差值为0的时候健康度为满格，差值为0.3V的时候健康度为0，接收按钮信息控制LED阵列4以进度条方式显示健康度；

按照充电到75％，放电到20％作为一个完整充放的阈值，每满足一个充放，电池充电计数器加一来记录电池总充电次数，作为电池寿命，控制LED阵列4使用反色数字方式显示充放次数，此时长按所述按钮则清零电池寿命的记录；

在电池电压超过25小时不变化的情况下，控制自动打开MOS管9接通功率电阻，对电池进行维护放电，至单片电压3.7V为止。

S4，在所述控制器2控制下经由MOS管9驱动锂电池放电，所述MOS管9上连接至第一插座6且耦接有电阻。

所述MOS管9耦接电阻用于消耗放电的热能。

S5，响应于从所述控制器2接收的控制信号，LED阵列驱动芯片3驱动LED阵列4。

S6，响应于所述LED阵列驱动芯片3的驱动，所述LED阵列4显示所述锂电池状态信息。

S7，对所述LED阵列4显示内容进行切换。

在电池种类选择页面进行电池类型切换，所述电池类型包括：LiPO、LiHV、LiWV、LiFe；

其中，针对所切换的电池类型，所述控制器匹配相应的充电截至电压和放电截至电压；

且其中，针对所切换的电池类型，激活相应的充放寿命计数器。

在一个实施例中，具体实施如下：

短按所述按钮11两次切换到电池种类选择页面，此页所述LED阵列使用字母方式显示当前支持的四种电池：LiPO、LiHV、LiWV、LiFe；

在此页长按所述按钮11则切换这四种电池，所述控制器2匹配相应的充电截至电压和放电截至电压；

四种电池使用四个充放寿命计数器，在用户长按的同时切换计数器但不予以清零。

S8，通过飞控接口8与无人机进行通信，所述通信包括：通过所述飞控接口定时向所述无人机发送特定SN码，其中，基于所述特定SN码，所述无人机能够实现对无人机的控制。

所述飞控接口8与无人机通信，控制器2通过飞控接口8向无人机发送密钥，无人机接收密钥后确定是否为正确密钥，如正确则启动无人机。

飞控接口8启动无人机的方式包括如下步骤：

所述飞控接口定时发送特定的SN码到无人机的控制器；

所述无人机的控制器接收所述SN码解算出关键信息；

无人机的控制器根据所述关键信息，判断并控制无人机启动飞行。

SN码是Serial Number的缩写，有时也叫SerialNo，也就是产品序列号，产品序列是为了验证“产品的合法身份”而引入的一个概念，它是用来保障用户的正版权益，享受合法服务的；一套正版的产品只对应一组产品序列号。别称：机器码、认证码、注册申请码等。本实用新型中的SN码包括本身编号、用户编号或者飞机编号。根据实际需要进行编码。

所述飞控接口8可以是任意的与无人机控制接口相配的连接器。

在一个实施例中，所述飞控接口8为控制器的串口，通过一个插针间距为2.54mm的3芯插针，与无人机控制串口进行通信，上报各种电池信息，由无人机控制管理或回传地面。

所述飞控接口8与无人机通信，其通信协议不局限于SN码，也可以采用其他通信信息传送方式。在无人机锂电池正常的情况下，允许无人机启动飞行，控制器2通过飞控接口8向无人机发送密钥，无人机接收密钥后确定是否为正确密钥，如正确则启动无人机。

可选地，所述控制器2还经配置以使得蜂鸣器5报警，所述蜂鸣器5报警方式包括：

低容量报警：在所述低容量报警情形下，所述蜂鸣器5在电池单片电压低于额定容量15％时报警；

过放报警：在所述过放报警情形下，所述蜂鸣器5在电池单片电压低于额定最低放电电压时报警；

过充报警：在所述过充报警情形下，所述蜂鸣器5在单片电压超过额定最高电压时报警；

高低温报警：在所述高低温报警情形下，所述蜂鸣器5在电池温度低于-10℃或高于50℃时报警。

在一个实施例中，具体实施如下：

低容量报警：当电池单片电压低于额定容量15％，蜂鸣器5慢速短音报警；

过放报警：当电池单片电压低于额定最低放电电压，蜂鸣器5快速短音报警；

过充报警：当单片电压超过额定最高电压，蜂鸣器5慢速长音报警；

高低温报警：当控制器2测量温度低于-10℃或高于50℃，蜂鸣器5长短音报警。

本实用新型全面的自动化的检测锂电池的参数，增加了飞控接口，将无人机的安全性与锂电池联动，增加了无人机飞行的安全性。使用锂电池平衡充接口进行连接和测量，对电池的各种状态进行实时显示和管理，并带有报警功能，让用户避免非正常损耗。保护功能包括：显示总电压和单片最低电压，计算电池健康状态，记录总充放循环，过充过放报警、低容量报警、高低温报警，可以在长时间放置不用的情况下自动放电到存储电压。并可以上报各种电池状态到飞控，充电时可以不用摘下本产品。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (6)

1.一种用于无人机锂电池维护和报警的设备，其特征在于，所述设备包括：

PCB板，用于向其所承载的各器件提供电性连接；

第一插座，用于连接无人机锂电池，锂电池信息经由所述第一插座提供到控制器；

第二插座，用于连接充电器以对锂电池充电；

控制器，基于所述锂电池信息，实现锂电池状态信息显示、管理和报警；

MOS管，连接至所述第一插座，所述MOS管用于在所述控制器控制下驱动锂电池放电，所述MOS管上耦接有电阻；

LED阵列驱动芯片，用于接收所述控制器输出的控制信号且响应于所述控制信号驱动LED阵列；

所述LED阵列，用于在所述LED阵列驱动芯片的驱动下显示锂电池参数；

按钮，电连接于所述控制器，用于切换所述LED阵列显示的内容；

飞控接口，用于与无人机通信，在所述控制器的控制下启动无人机。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括LDO低压差线性稳压器，所述LDO低压差线性稳压器用于对电源进行稳压以向所述设备提供稳定电压。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器用于在所述控制器控制下进行声音报警。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述控制器为单片机；

所述LED阵列为2组、3组或4组8×8或16×16位的LED阵列；

所述第一插座、所述第二插座为7芯插座或13芯插座中的一种。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述锂电池状态信息包括总电压、单片最低电压、电池温度中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述飞控接口与无人机通信，控制器通过飞控接口向无人机发送密钥，无人机接收密钥后确定是否为正确密钥，如正确则启动无人机。