CN107600439B - 一种长航时无人机动力电源装置及无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明创造公开了一种长航时无人机动力电源装置，包括架体、控制仓和n个独立的电池仓，当第一个电池模组的电量即将耗尽时，打开其对应的电池仓将其从无人机上抛出，切换到新的电池模组来供电，这样可以减轻无人机的负载，从而有效地节约电能的消耗，能有效地提高续航时间和航程。配备上述长航时无人机动力电源装置的长航时无人机在空中工作时能够分步减轻负载。
Description
技术领域
本发明创造属于无人机动力技术领域，具体涉及一种长航时无人机动力电源装置及无人机。
背景技术
目前，我国民用小型无人机市场一片欣欣向荣，业界专家表示，虽然国内的无人机产业发展仍处于起步阶段。但我国无人机企业这几年厚积薄发，迅速成长，已成为全行业的佼佼者。2015年，美国CES消费电子展上的无人机展区中，中国企业占了一半。全球每卖出10架无人机，就有7架是中国制造。
移动互联网给无人机带来了新机遇，也降低了操作门槛。体感操控模式无人机将原来需由专业飞手操控的无人机飞行变得简单，而且极易上手。
然而民用小型无人机大多续航时间较短、航程近。这主要是由于大多数无人机在飞行时采用单一电池为动力，电池消耗过快。虽然也有采用多个动力电源组的无人机，但是多动力电源组通常是并联的，由于民用小型无人机的挂载能力有限，过重的起飞重量也增加了电能的消耗，导致续航时间和航程的提升幅度十分有限。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明创造的目的在于提供一种长航时无人机动力电源装置及无人机。
为了实现上述目的，本发明创造采用的技术方案如下：
一种长航时无人机动力电源装置，其特征在于，包括架体、控制仓和n个独立的电池仓，n为≥2的整数，所述的架体为H型支架，由一个水平梁和两个竖梁构成，所述水平梁的两端分别固定在两个竖梁的中间；所述控制仓为一封闭的盒体，固定在所述水平梁的上梁面，所述电池仓安装在所述水平梁的下梁面；所述的控制仓中设置有PCB中控板，每个电池仓中都放置有一个电池模组和分离装置；所述的PCB中控板上设置有BMS电池管理系统模块，各个所述的电池模组独立地与所述BMS电池管理系统模块相连，所述BMS电池管理系统模块将其中一个电池模组与无人机供电电路连接，作为工作电池模组；所述BMS电池管理系统中设置有用于监控相应工作电池模组电压的电压传感器和用于发送电压信息的信号发射器，所述电压传感器并联于所述工作电池模组的两端，所述的电压传感器和信号发射器相连；所述的PCB中控板上还设置有信息采集器、比对处理器和电池模组分离驱动器，所述的信息采集器用于接收电压信息并将其传送给比对处理器；所述比对处理器用于将电压信息与其内部存储的阀值进行比对；当工作电池模组的电压低于阀值时，所述比对处理器将该电压信息传送给所述的BMS电池管理系统模块，所述BMS电池管理系统模块用于断开与该工作电池模组并将位于另一电池仓中的电池模组与无人机供电电路连接，以使另一电池模组作为当前工作电池模组；所述BMS电池管理系统模块与所述电池模组分离驱动器相连，用于将电池模组分离指令发送给所述电池模组分离驱动器，所述电池模组分离驱动器用于在接收到电池模组分离指令时启动前一工作电池模组所在的电池仓的分离装置，所述分离装置用于将前一工作电池模组分离。
进一步，所述电池仓包括仓体和仓盖，所述仓体为下部敞口的箱体，所述仓盖与所述仓体的敞口的形状相适应，用于封闭敞口以形成封闭的电池仓；所述仓盖铰接于所述仓体的敞口处，形成可转动连接；在所述的仓体和仓盖之间设置有锁扣，用于扣合所述的仓盖；所述的分离装置与所述的锁扣连接，用于驱动锁扣的开闭。
进一步，所述分离装置包括发条和齿轮，二者均安装在所述仓体的敞口处，所述发条与齿轮连接；所述的锁扣呈L形，所述锁扣的一端呈半圆形，该半圆形的圆心铰接在所述的仓体上，该半圆的外廓设置有齿，用于与齿轮啮合，另一端扣合在仓盖上，能够在发条触发时在齿轮的带动下向远离仓盖的方向转动以打开仓盖。
进一步，在所述的仓盖上设置有两个金属触点，上述两个金属触点分别与BMS电池管理系统模块的正、负极连接；在所述仓体与敞口最远的内壁上设置有弹簧。
进一步，所述的电池模组分离驱动器设置在控制终端上。
进一步，所述分离装置与所述锁扣设置在所述仓盖与仓体铰接处的对边。
作为另一种电池仓的设计方案，所述电池仓包括相互扣合的左仓体和右仓体，所述左仓体和右仓体均为一端敞口的长方体盒形且敞口方向相对，以使在二者在扣合时形成封闭的电池仓；所述左仓体和右仓体在二者敞口的上边缘处铰接；所述的左仓体和右仓体与水平梁之间分别设置有连接杆，所述连接杆的一端铰接在左仓体或右仓体上，另一端铰接在水平梁上；所述的分离装置为安装在左仓体和右仓体的铰接处上方的微型气缸，该微型气缸的下端与下压顶杆的上端连接，能够在驱动装置驱动下向下运动并推动左仓体和右仓体的铰接处以打开电池仓。
进一步，在左仓体的左侧和右仓体的右侧各设置有一个弹片，所述弹片的上端固定在所述的水平梁上，下端向下自由延伸。
进一步，所述电池模组为锂电池或电池组；在所述电池模组的外部包被有缓冲层，用于缓冲其落地时的冲动力；在所述的电池模组上还设置有降落伞，用于减缓下落的速度。
一种长航时无人机，在机腹处安装有上述长航时无人机动力电源装置，在两个所述竖梁的外侧分别设置有T字型凸块，在所述的机腹处设置有两条T字型滑槽，两条所述T字型滑槽的间距与两个所述竖梁的外侧的距离相适应；所述T字型滑槽的截面形状与所述T字型凸块相适应。
与现有的技术相比，本发明创造具有如下有益效果：
1、本发明创造使无人机在空中工作时分步减轻负载，当第一个电池模组的电量即将耗尽时，将其从无人机上抛出，切换到新的电池模组来供电，这样可以减轻无人机的负载，从而有效地节约电能的消耗，能有效地提高续航时间和航程。
2、本发明创造设计的电池仓结构简单，能耗低，打开快，可以快速地分离出能量耗尽的电池。
3、本发明创造的长航时无人机动力电源装置可以广泛使用，对现有的各型号无人机进行简单改装后即可挂载。同时，为保证无人机的连续使用，可以配备多个本发明创造的长航时无人机动力电源装置或电池模组，以供随时替换。
附图说明
图1为无人机动力电源装置的PCB中控板布置示意图；
图2为无人机动力电源装置的结构示意图；
图3为无人机动力电源装置的另一种结构示意图；
图4为应用本发明创造的多旋翼无人机结构示意图；
图5为应用本发明创造的复合翼无人机结构示意图；
附图中：1—控制仓；10—PCB中控板；101—BMS电池管理系统模块；102—信息采集器；103—比对处理器；104—电池模组分离驱动器；11—水平梁；12—竖梁；121—T字型凸块；20—电池模组；21—仓体；22—仓盖；23—锁扣；24—齿轮；25—弹簧；26—左仓体；27—右仓体；28—连接杆；29—下压顶杆；210—微型气缸；31—旋翼；32—机臂；33—机体；34—长航时无人机动力电源装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明创造作进一步详细说明。
如图1-3所示，一种长航时无人机动力电源装置，其特征在于，包括架体、控制仓1和n个独立的电池仓，n为≥2的整数，所述的架体为H型支架，由一个水平梁11和两个竖梁12构成，所述水平梁11的两端分别固定在两个竖梁12的中间；所述控制仓1为一封闭的盒体，固定在所述水平梁11的上梁面，所述电池仓安装在所述水平梁11的下梁面；所述的控制仓1中设置有PCB中控板10，每个电池仓中都放置有一个电池模组20和分离装置；所述的PCB中控板10上设置有BMS电池管理系统模块101，各个所述的电池模组20独立地与所述BMS电池管理系统模块101相连，所述BMS电池管理系统模块101将其中一个电池模组20与无人机供电电路连接，作为工作电池模组；所述BMS电池管理系统中设置有用于监控相应工作电池模组电压的电压传感器和用于发送电压信息的信号发射器，所述电压传感器并联于所述工作电池模组的两端，所述的电压传感器和信号发射器相连；所述的PCB中控板10上还设置有信息采集器102、比对处理器103和电池模组分离驱动器104，所述的信息采集器102用于接收电压信息并将其传送给比对处理器103；所述比对处理器103用于将电压信息与其内部存储的阀值进行比对；当工作电池模组的电压低于阀值时，所述比对处理器103将该电压信息传送给所述的BMS电池管理系统模块101，所述BMS电池管理系统模块101用于断开与该工作电池模组并将位于另一电池仓中的电池模组20与无人机供电电路连接，以使另一电池模组20作为当前工作电池模组；所述BMS电池管理系统模块101与所述电池模组分离驱动器104相连，用于将电池模组分离指令发送给所述电池模组分离驱动器104，所述电池模组分离驱动器104用于在接收到电池模组分离指令时启动前一工作电池模组所在的电池仓的分离装置，所述分离装置用于将前一工作电池模组分离。
当第一个电池模组20的电量即将耗尽时，将其从无人机上抛出，切换到新的电池模组20来供电，这样可以减轻无人机的负载，从而有效地节约电能的消耗，能有效地提高续航时间和航程。
比对处理器103的内部存储的阀值通常为额定电压的80％，基于电池工作原理，当电池模组20的电量余额为5％时，其电压为初始状态的80％，综合考虑切换供电电池模组20的时间差，不能在电量耗尽时切换，当电量余额5％左右时，切换较为适宜。如果考虑电池老化等原因，当电压为初始状态的80％时，电量余额会更低，因此，此时必须切换供电电池模组20。
所述的信息采集器102、比对处理器103和电池模组分离驱动器104可采用DVP-ES2系列、DVP-EX2系列、DVP-ES2-C系列等控制器。
作为优化，如图2所示，所述电池仓包括仓体21和仓盖22，所述仓体21为下部敞口的箱体，所述仓盖22与所述仓体21的敞口的形状相适应，用于封闭敞口以形成封闭的电池仓；所述仓盖22铰接于所述仓体21的敞口处，形成可转动连接；在所述的仓体21和仓盖22之间设置有锁扣23，用于扣合所述的仓盖22；所述的分离装置与所述的锁扣23连接，用于驱动锁扣23的开闭。这种结构加工简单，能降低加工成本，由于结构简单，也会大大地降低故障率。
作为优化，所述分离装置包括发条和齿轮24，二者均安装在所述仓体21的敞口处，所述发条与齿轮24连接；所述的锁扣23呈L形，所述锁扣23的一端呈半圆形，该半圆形的圆心铰接在所述的仓体21上，该半圆的外廓设置有齿，用于与齿轮24啮合，另一端扣合在仓盖22上，能够在发条触发时在齿轮24的带动下向远离仓盖22的方向转动以打开仓盖22。
采用发条作为分离装置的动力机构安全可靠，而且发条作为一种众所周知的蓄能装置，最大的优点就是不消费电能，这样可以进一点提高续航时间。
作为优化，在所述的仓盖22上设置有两个金属触点，上述两个金属触点分别与BMS电池管理系统模块101的正、负极连接；在所述仓体21与敞口最远的内壁上设置有弹簧25。这样设计有两个优点：一是在电池模组20供电时，可以将其压紧，提高连接的可靠性；二是，在电池仓打开后，在弹簧25的作用下，更有利于将电池模组20抛出。
作为优化，所述的电池模组分离驱动器104设置在控制终端上。通常无人机都有操作终端(如手机、PDA、计算机、遥控器等)，将电池模组分离驱动器104设置有操作终端上，操作人员可以选择在适宜的地点抛出电池模组20。
作为优化，所述分离装置与所述锁扣23设置在所述仓盖22与仓体21铰接处的对边。这样扣合的效果最好，仓盖22打开也更容易。
作为另一种电池仓的设计方案，如图3所示，所述电池仓包括相互扣合的左仓体26和右仓体27，所述左仓体26和右仓体27均为一端敞口的长方体盒形且敞口方向相对，以使在二者在扣合时形成封闭的电池仓；所述左仓体26和右仓体27在二者敞口的上边缘处铰接；所述的左仓体26和右仓体27与水平梁11之间分别设置有连接杆28，所述连接杆28的一端铰接在左仓体26或右仓体27上，另一端铰接在水平梁11上；所述的分离装置为安装在左仓体26和右仓体27的铰接处上方的微型气缸210，该微型气缸210的下端与下压顶杆29的上端连接，能够在驱动装置驱动下向下运动并推动左仓体26和右仓体27的铰接处以打开电池仓。
此方案在打开时，张开的角度更大，可以更好地分离。微型气缸210均可使用如CG-L020～100系列、CG-F020～100系列、CG-020-24A～CG-100-24A系列等。
作为优化，在左仓体26的左侧和右仓体27的右侧各设置有一个弹片，所述弹片的上端固定在所述的水平梁11上，下端向下自由延伸。这样设计是保证在电池仓封闭时，让电池模组20稳定地处于连接状态。
作为优化，所述电池模组20为锂电池或电池组；在所述电池模组20的外部包被有缓冲层，用于缓冲其落地时的冲动力；在所述的电池模组20上还设置有降落伞，用于减缓下落的速度。
缓冲层可以是塑胶、橡胶等弹性物质，可以是配有单向阀的真空袋。
在电池模组20被分离后，在大气压的作用下会自动进入真空袋内，而单向阀则能有效地防止进入的空气外泄，从而快速形成缓冲气垫。优选地，单向阀应设置在下方，为了保证下落时方向不变，可以在电池模组20的下部设置配重物。
一种长航时无人机，在机腹处安装有上述长航时无人机动力电源装置，在两个所述竖梁12的外侧分别设置有T字型凸块121，在所述的机腹处设置有两条T字型滑槽，两条所述T字型滑槽的间距与两个所述竖梁12的外侧的距离相适应；所述T字型滑槽的截面形状与所述T字型凸块121相适应。
本发明创造的长航时无人机动力电源装置可以广泛使用，对现有的各型号无人机进行简单改装后即可挂载，如图4所示的多旋翼无人机及图5所示的复合翼无人机，机上均有旋翼31、机臂32、机体33、长航时无人机动力电源装置34。
此外，为保证无人机的连续使用，可以配备多个本发明创造的长航时无人机动力电源装置或电池模组20，以供随时替换。
本发明创造的上述实施例仅仅是为说明本发明创造所作的举例，而并非是对本发明创造的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明创造的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种长航时无人机动力电源装置，其特征在于，包括架体、控制仓和n个独立的电池仓，n为≥2的整数，所述的架体为H型支架，由一个水平梁和两个竖梁构成，所述水平梁的两端分别固定在两个竖梁的中间；所述控制仓为一封闭的盒体，固定在所述水平梁的上梁面,所述电池仓安装在所述水平梁的下梁面；所述的控制仓中设置有PCB中控板，每个电池仓中都放置有一个电池模组和分离装置；
所述的PCB中控板上设置有BMS电池管理系统模块，各个所述的电池模组独立地与所述BMS电池管理系统模块相连，所述BMS电池管理系统模块将其中一个电池模组与无人机供电电路连接，作为工作电池模组；
所述BMS电池管理系统中设置有用于监控相应工作电池模组电压的电压传感器和用于发送电压信息的信号发射器，所述电压传感器并联于所述工作电池模组的两端，所述的电压传感器和信号发射器相连；
所述的PCB中控板上还设置有信息采集器、比对处理器和电池模组分离驱动器，所述的信息采集器用于接收电压信息并将其传送给比对处理器；所述比对处理器用于将电压信息与其内部存储的阀值进行比对；当工作电池模组的电压低于阀值时，所述比对处理器将该电压信息传送给所述的BMS电池管理系统模块，所述BMS电池管理系统模块用于断开与该工作电池模组并将位于另一电池仓中的电池模组与无人机供电电路连接，以使另一电池模组作为当前工作电池模组；
所述BMS电池管理系统模块与所述电池模组分离驱动器相连，用于将电池模组分离指令发送给所述电池模组分离驱动器，所述电池模组分离驱动器用于在接收到电池模组分离指令时启动前一工作电池模组所在的电池仓的分离装置，所述分离装置用于将前一工作电池模组分离；
所述电池仓包括仓体和仓盖，所述仓体为下部敞口的箱体，所述仓盖与所述仓体的敞口的形状相适应，用于封闭敞口以形成封闭的电池仓；所述仓盖铰接于所述仓体的敞口处，形成可转动连接；在所述的仓体和仓盖之间设置有锁扣，用于扣合所述的仓盖；所述的分离装置与所述的锁扣连接，用于驱动锁扣的开闭；
在所述的仓盖上设置有两个金属触点，上述两个金属触点分别与BMS电池管理系统模块的正、负极连接；在所述仓体与敞口最远的内壁上设置有弹簧。
2.根据权利要求1所述的长航时无人机动力电源装置，其特征在于，所述分离装置包括发条和齿轮，二者均安装在所述仓体的敞口处，所述发条与齿轮连接；所述的锁扣呈L形，所述锁扣的一端呈半圆形，该半圆形的圆心铰接在所述的仓体上，该半圆的外廓设置有齿，用于与齿轮啮合，另一端扣合在仓盖上，能够在发条触发时在齿轮的带动下向远离仓盖的方向转动以打开仓盖。
3.根据权利要求1所述的长航时无人机动力电源装置，其特征在于，所述的电池模组分离驱动器设置在控制终端上。
4.根据权利要求1-3任一所述的长航时无人机动力电源装置，其特征在于，所述分离装置与所述锁扣设置在所述仓盖与仓体铰接处的对边。
5.一种长航时无人机动力电源装置，其特征在于，包括架体、控制仓和n个独立的电池仓，n为≥2的整数，所述的架体为H型支架，由一个水平梁和两个竖梁构成，所述水平梁的两端分别固定在两个竖梁的中间；所述控制仓为一封闭的盒体，固定在所述水平梁的上梁面,所述电池仓安装在所述水平梁的下梁面；所述的控制仓中设置有PCB中控板，每个电池仓中都放置有一个电池模组和分离装置；
所述的PCB中控板上设置有BMS电池管理系统模块，各个所述的电池模组独立地与所述BMS电池管理系统模块相连，所述BMS电池管理系统模块将其中一个电池模组与无人机供电电路连接，作为工作电池模组；
所述BMS电池管理系统中设置有用于监控相应工作电池模组电压的电压传感器和用于发送电压信息的信号发射器，所述电压传感器并联于所述工作电池模组的两端，所述的电压传感器和信号发射器相连；
所述的PCB中控板上还设置有信息采集器、比对处理器和电池模组分离驱动器，所述的信息采集器用于接收电压信息并将其传送给比对处理器；所述比对处理器用于将电压信息与其内部存储的阀值进行比对；当工作电池模组的电压低于阀值时，所述比对处理器将该电压信息传送给所述的BMS电池管理系统模块，所述BMS电池管理系统模块用于断开与该工作电池模组并将位于另一电池仓中的电池模组与无人机供电电路连接，以使另一电池模组作为当前工作电池模组；
所述BMS电池管理系统模块与所述电池模组分离驱动器相连，用于将电池模组分离指令发送给所述电池模组分离驱动器，所述电池模组分离驱动器用于在接收到电池模组分离指令时启动前一工作电池模组所在的电池仓的分离装置，所述分离装置用于将前一工作电池模组分离；
所述电池仓包括相互扣合的左仓体和右仓体，所述左仓体和右仓体均为一端敞口的长方体盒形且敞口方向相对，以使在二者在扣合时形成封闭的电池仓；所述左仓体和右仓体在二者敞口的上边缘处铰接；所述的左仓体和右仓体与水平梁之间分别设置有连接杆，所述连接杆的一端铰接在左仓体或右仓体上，另一端铰接在水平梁上；
所述的分离装置为安装在左仓体和右仓体的铰接处上方的微型气缸，该微型气缸的下端与下压顶杆的上端连接，能够在驱动装置驱动下向下运动并推动左仓体和右仓体的铰接处以打开电池仓。
6.根据权利要求5所述的长航时无人机动力电源装置，其特征在于，在左仓体的左侧和右仓体的右侧各设置有一个弹片，所述弹片的上端固定在所述的水平梁上，下端向下自由延伸。
7.根据权利要求1或5所述的长航时无人机动力电源装置，其特征在于，所述电池模组为锂电池或电池组；在所述电池模组的外部包被有缓冲层，用于缓冲其落地时的冲动力；在所述的电池模组上还设置有降落伞，用于减缓下落的速度。
8.一种长航时无人机，其特征在于，在机腹处安装有如权利要求1或权利要求5所述的长航时无人机动力电源装置，在两个所述竖梁的外侧分别设置有T字型凸块，在所述的机腹处设置有两条T字型滑槽，两条所述T字型滑槽的间距与两个所述竖梁的外侧的距离相适应；所述T字型滑槽的截面形状与所述T字型凸块相适应。
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