一種電池組和無人飛行設備的製作方法

2023-09-19 02:51:30

本實用新型涉及無人機電源系統技術領域，尤其涉及一種電池組和無人飛行設備。

背景技術：

無人機或航模目前廣泛使用的動力分為兩種，一種是電池驅動電動機，另一種是燃油發動機。第二種方式中，控制系統、機載設備等也需要穩定的電源系統，一般也採用電池供電。市面上絕大多數的電池都採用聚合物鋰電池。聚合物鋰電池具有外形塑造靈活，體積利用率高，內阻小，充放電電流大，容量高等優勢。

然而，其缺點也不容忽視：價格高，能量密度仍不夠高，不耐衝擊或擠壓等，使得無人機及航模的載荷和續航無法得到提升。

技術實現要素：

有鑑於此，本實用新型提供一種電池組和無人飛行設備，以解決現有的無人機或航模的電池組價格高和能量密度不高的問題。

第一方面，本實用新型提供了一種電池組，包括：

至少一條電能輸出支路，所述電能輸出支路包括至少一個單體18650電池；

各所述電能輸出支路並聯連接；

每條所述電能輸出支路中的至少一個單體18650電池串聯連接。

第二方面，本實用新型還提供了一種無人飛行設備，包括本實用新型任意實施例提供的電池組。

本實用新型提供的一種電池組和使用該電池組供電的無人飛行設備，電池組包括至少一條電能輸出支路，所述電能輸出支路包括至少一個單體18650電池；各所述電能輸出支路並聯連接；每條所述電能輸出支路中的至少一個單體18650電池串聯連接。本實用新型中無人飛行設備採用單體18650電池串並聯構成電池組，解決現有的無人飛行設備的電池組價格高和能量密度不高的問題，增加了無人飛行設備的電池組的能量密度，使得無人飛行設備的載荷和續航得到提升，且因18650電池組的能量密度高，使得整個電池組重量和體積減小，價格降低。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為本實用新型實施例提供的一種電池組內部結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本實用新型，而非對本實用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便於描述，附圖中僅示出了與本實用新型相關的部分而非全部內容。

圖1為本實用新型實施例提供的一種電池組內部結構圖，本實用新型實施例提供一種電池組，應用於無人飛行設備上，參考圖1，包括：至少一條電能輸出支路11，電能輸出支路11包括至少一個單體18650電池(圖1中的A11～Amn)；各電能輸出支路11並聯連接；每條電能輸出支路11中的至少一個單體18650電池串聯連接。如圖1所示，每條電能輸出支路11包含有n個單體18650電池，有m條電能輸出支路11，則第一條電能輸出支路11中串聯的單體18650電池有電池A11、電池A12，直至電池A1n，第m條電能輸出支路11中串聯的單體18650電池有電池Am1、電池Am2，直至電池Amn。

現有的無人飛行設備，例如無人機等，使用的供電電池大多數為聚合物鋰電池，因為其價格高，能量密度不夠高，不耐衝擊或擠壓，使得無人飛行設備無法在載荷和續航等方面進行提升。

而隨著技術的進步，動力型的18650電池的各項指標也逐步提高，單節18650電池容量最高已經達3400mAh，持續放電電流達30A，瞬時電流達60A。此外，相比聚合物鋰電池，同等容量的動力型18650電池重量減小25％-30％，體積減小10％以上，價格降低40％左右。從而使得以18650電池組成無人機或航模的電源系統成為可能。本實施例中的電池組由多個單體18650電池進行串並聯的組合，完全滿足各種級別的無人機或航模使用，有效的提高了能量密度，降低了電池組的價格，既可以驅動無人飛行設備的電動機，同時也可以給控制系統、機載設備供電。此外，並聯的電能輸出支路能夠降低電池內阻，防止單體電池溫升超標，提升無人機或航模的使用安全性。

一般的，上述電池組中包含大約1000～2000個單體18650電池，用於滿足無人飛行設備的各項能量需求。

本實用新型提供的電池組包括至少一條電能輸出支路，所述電能輸出支路包括至少一個單體18650電池；各所述電能輸出支路並聯連接；每條所述電能輸出支路中的至少一個單體18650電池串聯連接。本實用新型中無人飛行設備採用單體18650電池串並聯構成電池組，解決現有的無人飛行設備的電池組價格高和能量密度不高的問題，增加了無人飛行設備的電池組的能量密度，使得無人飛行設備的載荷和續航得到提升，且因18650電池組的能量密度高，使得整個電池組重量和體積減小，價格降低。

在上述實施例的基礎上，可選的，參考圖1，電池組還包括：電壓信號採集點，設置在相鄰兩個單體18650電池之間(圖1中的B11～Bm(n-1))，以及電能輸出支路11上的兩個最外端處(圖1中的B0和Bn)；

電壓檢測模塊12，與各所述電壓信號採集點連接，用於獲取每兩個所述單體18650電池之間的電壓值和電池組總電壓。

電壓檢測模塊12通過電壓信號採集點B0和Bn能夠獲取電池組總電壓，從而檢測電池組的總電壓和無人飛行設備整機所需要的電壓是否匹配，通過電壓信號採集點B11～Bm(n-1)，可獲取每條電能輸出支路上相鄰兩個單體18650電池之間的電壓值，從而對電池組中每個單體18650電池的工作電壓進行獲取，便於及時地發現供電異常或損壞的單體18650電池。

示例性的，參考圖1，若圖中的電池A12發生了斷路故障，則電壓檢測模塊12測得電壓信號採集點B11和電壓信號採集點B12的電壓值分別與電壓信號採集點B0和電壓信號採集點Bn的電壓值相同，由此特徵可判斷出電池A12存在斷路故障。

可選的，所述電池組中的所述單體18650電池為可拆卸的。

由上述可知，通過電壓檢測模塊可以對電池組內各單體18650電池進行實時監測，可隨時發現存在異常或被損壞的單體18650電池，所以可將電池組中的單體18650電池設置為可拆卸的，在檢測到單體18650電池出現故障後，用戶隨時可將出現故障的單體18650電池拆卸下來，再裝入一個完好的單體18650電池，則該電池組可繼續被使用。

當電池組中部分單體18650電池損壞時，只需更換壞掉的單體18650電池即可，不必像現有的電池組一樣將整個電池組廢棄，延長了電池組的使用壽命，且節省了資源。

可選的，所述電能輸出支路的數量為兩條以上。

參考圖1，電能輸出支路11的條數優選為兩條以上，若電池組中電能輸出支路11僅有一條，若電能輸出支路11中某個單體18650電池損壞了，則整個電池組無法供電。若單體18650電池在無人飛行設備未飛行時刻損壞還可以及時對單體18650電池進行更換，但是若單體18650電池在無人飛行設備飛行中損壞了，電池組會在飛行過程中停止供電，則無人飛行設備會被摔落，並且很容易被損毀。所以電能輸出支路11可設置兩條或者兩條以上，即使單體18650電池在無人飛行設備飛行中出現異常，電池組也不會斷電，動力輸出也不會中斷，無人飛行設備有充足的時間進行降落，或者可在飛行任務完成後再進行降落，對無人飛行設備起到了很好的保護作用。

所述電壓檢測模塊具體用於以設定頻率對各個電壓信號採集點進行電壓信號的採集。

電壓檢測模塊每隔相同一段時間對各個電壓信號採集點進行電壓信號的採集。示例性的，電壓檢測模塊每隔2分鐘對各個電壓信號採集點進行電壓信號的採集。

可選的，電壓檢測模塊具體用於獲取並存儲所述電壓值和電池組總電壓，並在接收到故障檢測請求時提供所述電壓值和電池組總電壓，以對所述電池組進行故障檢測。

電壓檢測模塊在獲取單體18650電池之間的電壓值和電池組總電壓的同時，對測得的電壓值按時間順序進行存儲，以備事後接收到故障檢測請求時提供所述電壓值和電池組總電壓。示例性的，無人飛行設備在飛行過程中，電壓檢測模塊檢測並存儲電池組中各單體18650電池之間的電壓值和電池組總電壓，在飛行中若存在單體18650電池出現異常，則電壓檢測模塊對其異常電壓值進行存儲；在無人飛行設備飛行結束後，接收到用戶的故障檢測請求，則電壓檢測模塊輸出存儲的各個電壓值，便於用戶鎖定存在異常的單體18650電池，並對其進行更換。例如，參考圖1，在電壓檢測模塊的記錄中，無人飛行設備在飛行中某個時刻後，若電壓信號採集點B12和電壓信號採集點B13的電壓值相同，則說明電池A13發生了短路故障，用戶將電池A13進行更換即可。

可選的，所述單體18650電池電壓值為3.7V，容量為2500mAh。

18650電池單節電壓3.7V，容量按2500mAh計。通過增加每條電能輸出支路的電池數n，可以得到1S，2S，3S，4S，5S，6S，12S等輸出電壓，完全匹配目前通用的聚合物鋰電池的輸出電壓。通過增加電能輸出支路數m，可以得到2500mAh，5000mAh，7500mAh，10000mAh等電池組總容量，和目前通用的聚合物鋰電池容量相當。相比傳統的聚合物鋰電池，該電池組重量輕、體積小，且採購成本大大降低。同時使用更換成本也較低。

根據單體18650電池的電壓值和容量值，以及無人飛行設備的用電需求，用戶可自主進行合適容量的電池組的組裝。

例如，參考圖1，電池組由第一電能輸出支路、第二電能輸出支路、第三電能輸出支路、第m(m＝1，2，3，……)電能輸出支路並聯組成；每條電能輸出支路的組成相同。

所述第m(m＝1，2，3，……)電能輸出支路由18650電池Am1、電池Am2、電池Am3、電池Amn(n＝1，2，3，……)串聯組成，每兩個相鄰的單體18650電池間連接有電壓信號採集點Bm1，Bm2，Bm3，……，Bm(n-1)；最外端有總電壓信號採集點B0和Bn；所述電壓信號採集點通過引線接到電壓檢測模塊；

首先，在確定了無人飛行設備整機所需的電壓U後，用電壓值U除以單體18650電池電壓值3.7V，能確定每條電能輸出支路的單體18650電池數n；在確定了整機功率P和續航時間T之後，用總功率P和續航時間T相乘，得到需要的總能量值Q，使用總能量值Q除以總電壓U，得到需要的總的電池容量，使用總的電池容量除以單體18650電池容量，得到並聯的電能輸出支路數m。

在上述設計中，需要考慮飛行中的平均放電電流和瞬間放電電流，確保輸出功率足以應對機動和緊急情況，保證無人飛行設備的穩定和安全。

一般情況下，在無人飛行設備飛行結束後，可以讀取電壓檢測模塊內存儲的電壓信息，對信息異常的單體18650電池進行檢測，修復或更換。

本實用新型實施例還提供了一種無人飛行設備，包括本實用新型任意實施例提供的電池組。

可選的，無人飛行設備為無人機或航模。上述電池組可使無人機或者航模重量減輕，續航時間增加，便於用戶使用無人機搜集信息或者使用航模進行航空系統的研究。

注意，上述僅為本實用新型的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本實用新型不限於這裡所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本實用新型的保護範圍。因此，雖然通過以上實施例對本實用新型進行了較為詳細的說明，但是本實用新型不僅僅限於以上實施例，在不脫離本實用新型構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本實用新型的範圍由所附的權利要求範圍決定。