適用於無人機電池的續航電量預測方法與流程
2023-04-23 17:32:51 3
本發明屬於無人機技術領域，尤其涉及一種適用於無人機電池的續航電量預測方法。
背景技術：
隨著國內對民用無人機產品的研發投入不斷加大，使相關技術不斷成熟；鋰離子電池成為新能源中清潔高效產品，完全可以滿足民用無人機產品動力需求。為了保證無人機飛行和降落的安全，必須對鋰離子電池剩餘容量做實時巡檢，確保電池容量足夠。
本技術採用soc動態計算方法解決了以上問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於：提供一種適用於無人機電池的續航電量預測方法。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：
一種適用於無人機電池的續航電量預測方法，實現該方法的步驟包括：
步驟一、建立電池剩餘電量百分比隨時間變化的數學模型，所述電池剩餘電量百分比soc隨時間t變化的數學模型為：
其中，qn(t)為電池滿充後，在一定溫度條件下以恆定電流in放電時所放出的電量；δtn為單位採樣周期；
步驟二、對步驟一所述的數學模型進行溫度參數修正、倍率放電參數修正、循環充放電參數修正和組合電池差異參數修正；
溫度修正係數ω為：ω＝1+η×(x-20)；
其中，x為實時溫度，且-10℃<x<80℃；η為溫度係數，且0<η<0.1；
倍率放電修正係數ξ為：
其中，0<y<0.1；i為實時放電電流；i為電池參考電流，取值電池容量最多時的電流值；
循環充放電修正係數jn為：
其中，zn是n次循環放電容量，n為正整數；z是首次循環放電容量；
組合電池差異修正係數μ為：
其中，δu是電壓的差異值；u是實時電壓值；
步驟三、將步驟二中的溫度修正係數ω、倍率修正係數ξ、循環充放電修正係數jn和組合電池差異修正係數μ進行組合後，可以得到電池有效電量q(t)為：
將上式代入步驟一建立的數學模型，得到修正後的
本發明的有益效果在於：為保證無人機的安全行駛，本發明採用簡單、實時的電池soc計算方法來預測無人機的電池續航電量，並通過參數修正，從而有效提高電池soc的計算精度。
附圖說明
圖1為不同倍率放電下電池的電壓-放電容量比關係曲線圖。
圖2為電池容量保持率-循環次數關係曲線圖。
具體實施方式
下面結合具體實施方式和說明書附圖，對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
一種無人機電池的續航電量預測方法，結合使用無人機電池實時狀態，設計無人機續航時間預測系統，確保無人機電池在可控容量情況下進行飛行，避免出現無人機墜毀情況出現。
本發明重點是soc計算模型及方法，即採用簡單、實時的電池soc估算方法(修正參數的容量計算法)。
1、建模計算
由於無人機使用過程中會有啟動、上升、懸停、下降等動作，為此電池在過程中放電電流是變化的，為此可以將電流-時間的變化曲線劃分成許多恆流放電部分，每個部分的時間間隔可以定位單位採樣周期。採用積分思路，若單位採樣周期足夠小，那麼變電流情況下的電池剩餘電量百分比soc可以通過以下計算：
其中，qn(t)為電池滿充(soc＝100％)後，在一定溫度條件下以恆定電流in放電時所放出的電量；δtn為單位採樣周期；
然而，無人機電池的放電過程是複雜的電化學反應過程，電池的剩餘容量受到電池特性影響明顯，為此在建模估算過程中存在問題主要有：(1)溫度對電池容量影響非常大，在一定的溫度範圍內，電池可用容量與溫度存在正相關；(2)在不同的放電電流下，電池所能放出的電量不同的，放電電量與放電電流成反相關，如圖1所示；(3)隨著電池循環充放電次數逐步增加，電池充滿電池所能放出電量越來越少，如圖2所示；(4)隨著電池循環充放電池次數逐步增加，電池間一致性差異增大。為此需對上式進行參數修正。
(1)溫度修正係數
電池放電是複雜的電化學反應過程，在不同的溫度條件下放電會呈現一定外在特性。
建模的溫度修正係數ω為：
其中：c20為電池溫度20℃時0.5c放電容量，x為電池當前溫度(-10℃<x<80℃)；η為溫度係數，在不同溫度區間內值有所不同，測試取值0.0065。
(2)倍率修正係數
在不同倍率放電條件下，電池所能放出的容量是不同的，為此採用倍率修正參數方式進行建模計算；
倍率放電修正係數ξ為：
其中，i為實時放電電流；i為電池參考電流，取值電池容量最多時的電流值；y一般取值0.085。
(3)循環次數修正係數
隨著電池反覆充放電過程，電池容量會隨著使用次數增加不斷而降低，造成每次剩餘容量遞減趨勢，為此可以採用下式進行參數修正；
循環充放電修正係數jn為：
其中，zn是n次循環放電容量，n為正整數；z是首次循環放電容量；一般隨n增加，jn逐步減少0.015％。
(4)組合電池差異修正係數
無入機電池一般非單支鋰離子電池提供動力，通常情況下，提供動力的鋰離子包池一般採用多並多串方式提供，為此電芯直接差異隨著電池內部反應變化，差異越來越明顯，為此採用下式進行修正；
組合電池差異修正係數μ為：
其中，δq、δi、δu分別是電量、電流、電壓的差異值，q、i、u分別是實時電量、電流、電壓值，tn是實時的採樣周期，r是電池內阻；一般μ係數值為0.048。
2、剩餘電量預測計算
通過以上建模計算，可以將溫度修正係數、倍率修正係數、循環次數修正係數和組合電池差異修正係數進行組合後，得到在一定溫度、電流、循環次數、組合後的電池有效電量q(t)為：
將上式代入初始的建模公式，得到修正後的
採用修正後的soc進行預估無人機電池實際的電量狀態更加準確，再結合無人機電池返航相關參數就可以預測剩餘電量是否可以返航。
為了確保無人機的安全性以及提高電池使用壽命，一般情況下控制無人機降落後電池剩餘容量保持在8％左右比較有利，為此當電池電量到在20-30％應該發出警報，並提前通知用戶降落。
根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還能夠對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發明並不局限於上述的具體實施方式，凡是本領域技術人員在本發明的基礎上所作出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬於本發明的保護範圍。此外，儘管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本發明構成任何限制。