CN107069921A - 一种长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源，属于新能源应用领域。目前商品化无人机采用150～200Wh/kg液态锂离子电池组，单组电池续航时间约10～20分钟，使用寿命约100～150次，续航时间与使用寿命均较短。与液态锂离子电池相比，固态锂电池具有高能量密度（350～400Wh/kg）、高安全等显著优势，但由于功率密度较低，无法直接替代液态锂离子电池来实现无人机应用。本发明通过采用固态锂电池增压限流调控，辅以高能量密度锂离子电容器能量桶，设计无人机固态锂电池电源***，实现固态锂电池在无人机中的长续航长寿命应用，其续航时间可提高至1.8‑2.5倍，寿命可延长至3倍，应用价值显著。
Description
技术领域
本发明涉及一种长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源，具体的说是一种高能量密度的高压固态锂电池与高功率密度的锂离子电容器相耦合的长续航长寿命无人机电源，通过采用具有限流控制DC-DC降压模块，既保证了高能量密度的高压固态锂电池运行在低电流状态，同时配备的常压锂离子电容器保障了电源***的高功率特性，实现无人机电源的长续航和长寿命，属于新能源应用领域。
背景技术
无人机电源要求具有高能量密度及高功率密度特点，既要求能承受瞬间200～300A的大电流脉冲冲击，同时对重量比能量提出更高的要求，以便获得更优的单次续航。
目前商品化的无人机均采用150～200Wh/kg的液体锂离子电池组，常规运行电流3C～5 C，单组电池续航时间约10～20分钟，电池组使用寿命约为100～150次，单次航时短与使用寿命均较短。
与液体锂离子电池相比，固态锂电池具有更高的能量密度（350～400Wh/kg）、高安全等显著优势，是无人机理想的长续航动力，但由于其功率密度较低，现有技术条件下无法通过对液体锂离子电池直接替代来实现在无人机中的应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源。本发明专利通过采用对固态锂电池进行增压限流调控，并辅以高能量密度锂离子电容器能量桶，设计适用于无人机的固态锂电池电源***，实现固态锂电池在无人机中的长续航长寿命应用，其续航可达传统液态锂电***的1.8-2.5倍，寿命可达3倍，具有良好的应用价值。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源，由高压固态锂电池组、常压锂离子电容器组、即时电压检车模块、具有限流控制的DC-DC模块构成，所述高压固态锂电池组的正负极按照极性对应连接于具有限流控制DC-DC模块的输入端，具有限流控制DC-DC模块的输出端按照正负极性对应连接于常压锂离子电容器组，并作为整个组合电源的正负极，对无人机提供能量输出，即时电压检测模块连接于高压固态电池组的正负极，其输出端连接于无人机飞控中心。
在上述的一种长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源，所述高压固态锂电池组由(1～n)串(1～m)并固态锂电池等单体串并联组成，电池组内可设有电池保护板或电池管理***来实现对电池组内单体的监测及均衡保护，固态锂电池组的总电压为（1～n）*Ub，其中Ub为各单体的电压。
在上述的一种长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源，所述常压锂离子电容器组由(1～x)串(1～y)并锂离子电容器单体串并联组成，锂离子电容器组内可设有保护板或锂离子电容器管理***来实现对锂离子电容器组内单体的监测及均衡保护，锂离子电容器组的总电压为（1-x）*Uc，其中Uc为各单体的电压。
在上述的一种长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源，权利要求2所述固态锂电池组的总电压为（1～n）*Ub高于权利要求3所述的锂离子电容器组的总电压（1-x）*Uc。
在上述的一种长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源，所述具有限流控制DC-DC模块为全隔离降压模块，具有降压限流功能，将高压固态锂电池组的能量由高压低电流状态调制为锂离子电容器组的低压大电流模式，实现对无人机的大电流输入。
在上述的一种长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源，所述即时电压检测模块基于电阻分压原理所设计，实时采集固态锂电池组电压，及时传输至无人机飞控中心。
本发明所具有的优点：本发明专利通过采用对固态锂电池进行增压限流调控，并辅以高能量密度锂离子电容器能量桶，设计适用于无人机的固态锂电池电源***，确保了高能量密度的固态锂电池的低电流运行条件下的高功率输出特性，实现了更高能量密度的固态锂电池在无人机中的长续航长寿命应用，其续航可达传统液态锂电***的1.8-2.5倍，寿命可达3倍，具有良好的经济效益和社会价值。
附图说明
图1为本发明的***框图。
Claims (6)
1.一种长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源，其特征在于：由高压固态锂电池组、常压锂离子电容器组、即时电压检车模块、具有限流控制的DC-DC模块构成，所述高压固态锂电池组的正负极按照极性对应连接于具有限流控制DC-DC模块的输入端，具有限流控制DC-DC模块的输出端按照正负极性对应连接于常压锂离子电容器组，并作为整个组合电源的正负极，对无人机提供能量输出，即时电压检测模块连接于高压固态电池组的正负极，其输出端连接于无人机飞控中心。
2.按权利要求1所述的长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源，其特征在于：所述高压固态锂电池组由(1～n)串(1～m)并固态锂电池等单体串并联组成，电池组内可设有电池保护板或电池管理***来实现对电池组内单体的监测及均衡保护，固态锂电池组的总电压为（1～n）*Ub，其中Ub为各单体的电压。
3.按权利要求1所述的长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源，其特征在于：所述常压锂离子电容器组由(1～x)串(1～y)并锂离子电容器单体串并联组成，锂离子电容器组内可设有保护板或锂离子电容器管理***来实现对锂离子电容器组内单体的监测及均衡保护，锂离子电容器组的总电压为（1-x）*Uc，其中Uc为各单体的电压。
4.按权利要求1所述的长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源，其特征在于：权利要求2所述固态锂电池组的总电压为（1～n）*Ub高于权利要求3所述的锂离子电容器组的总电压（1-x）*Uc。
5.按权利要求1所述的长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源，其特征在于：所述具有限流控制DC-DC模块为全隔离降压模块，具有降压限流功能，将高压固态锂电池组的能量由高压低电流状态调制为锂离子电容器组的低压大电流模式，实现对无人机的大电流输入。
6.按权利要求1所述的长续航长寿命的高能量密度无人机组合电源，其特征在于：所述即时电压检测模块基于电阻分压原理所设计，实时采集固态锂电池组电压，及时传输至无人机飞控中心。
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