CN107450026A - 一种无人机用动力电池soc估算方法 - Google Patents

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吴德斌
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Abstract

本发明公开了一种无人机用的动力电池SOC估算方法，具体包括低温状态下的SOC估算和开机启动状态下的SOC估算，起飞时先判断其是否够电起飞，再而根据无人机起飞后所处温度进行电池剩余容量的实时估算，再而进行无人机是否能安全返航的判断，解决了无人机的动力电池在长久放置下和高空飞行的低温状态下的SOC估算的问题，提高了估算的准确性，避免了电池在使用过程中出现的过充或者过放的问题，并通过实时估算对无人机的升空高度进行提醒，提高了无人机驾驶的安全性。

Description

一种无人机用动力电池SOC估算方法
技术领域
本发明涉及动力电池的SOC估算领域，具体的涉及一种无人机用动力电池SOC估算方法。
背景技术
随着科技的迅速发展，新能源行业得到了国家的大力支持，新能源汽车所占比重越来越大，技术也是日趋成熟。无人机作为军工产品，使用频率少，可能一年一次到两次或者多年一次才会使用到。面对长时间的存放，动力电池必然会有不同程度的自损耗。在开机启动时，存在电池电量值估算不准确，无法正确获取无人机的续航时间与续航能力，危险系数高。而且无人机在高空时，空气稀薄温度可能达到零下55摄氏度甚至更低，电池在低温下的性能更难以估算。
发明内容
本发明提供一种无人机用动力电池SOC估算方法，旨在校准无人机用电池的真实电量以及进行高空电池电量的实时估算和报警。
为实现上述目的，本发明提供一种无人机用动力电池SOC估算方法，包括低温状态下的SOC估算；其具体包括以下步骤：
（1） 获取不同温度下同样电池组充电截止可充入的电池容量数AHT，形成温度与电池容量相对应的表格，其中AHT 满足表达式: AHT = ∫T X¬ (K*AHX)dx ，式中K为温度系数，单位为1/℃，一般去0.006/℃，室内取0.0085/℃；
（2） 通过电流传感器采集电池当前电流I，通过温度传感器采集电池当前温度T，查表获得温度T下的电池容量AHT，计算当前温度下电池剩余的电池容量AHi,计算公式为：AHi =AHT -I*t ，式中AHi为温度T下电池剩余的电池容量；AHT 为查表获得的温度T下电池所充入的电池容量；I为当前的电池电流；t为所需的放电时间；
（3） 计算当前温度下的电池S0CT，计算公式为：S0CT = AHi/AHT*100% 。
优选地，该方法还包括步骤（4），获取无人机返航的时间t1和返航功率P，计算返航所需要的能量W，计算公式为：W=P*t1，将电池的S0CT和返航所需的能量W进行对比，判断无人机是否有足够的能量返航。
优选地，该估算方法还包括无人机开机前电池的SOC估算，其具体为：
（1） 将温度以5℃为一个分割点进行分段，用数组t[5]表示一段；将单体电压分成20段，用数组V[20]表示，建立初始表格；
（2） 将电池SOC对应着温度和电压的两个数组建立二维数组S0C[T][V],其中SOC[T][0] = 100 ，SOC[T][19] = 0 ；
（3） 通过温度传感器采集电池当前的温度，采集n次，计算得出平均温度T1；
（4） 通过电压传感器采集电流当前的电压，采集m次并选取最低单体电压作为最低单体实测电压Vmin；
（5） 查询初始表格，获取T1所在的数组t[t1]，0 ≤ t1 ≤4；所述数组t[t1]为查到的数组中温度较小的值；
（6） 获取V1所在的数组V[v1]，0 ≤ v1 ≤19；所述数组V[v1]为查到的数组中电压较小的值；
（7） 计算最低单体实测电压Vmin与查表电压V[v1]之间的电压差Vd；
（8） 计算SOC的估算值， SOC= SOC[T][V] + (Vd/(V[v1+1] - V[v1]))*(SOC[T][V] –SOC[T][V+1])
本发明通过对无人机用动力电池SOC进行估算，包括低温状态下的SOC估算和开机状态下的SOC估算，针对温度和时间进行不断校准修正，解决了无人机的动力电池在长久放置下和高空飞行的低温状态下的SOC估算的问题，提高了SOC估算的准确性。通过对无人机所处的温度对电池的电量进行预估，保证电池不会过充过放的同时还要保证无人机能安全返航，若到达电池极限值时则报警提示不允许升高。该方法不但避免了电池在使用过程中出现的过充或者过放的问题，提高了***运行的可靠性和安全性，还通过实时估算SOC并对无人机的升空高度进行提醒，提高了无人机驾驶的安全性。
附图说明
图1为本发明的工作流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细描述。
如图1所示，本实施例提供一种无人机用动力电池SOC估算方法，包括以下步骤：
步骤一：无人机开机启动时，预估动力电池的剩余容量，并判断其是否有足够的电量起飞，开机前电池的SOC估算具体如下：
（1）将温度以5℃为一个分割点进行分段，用数组t[5]表示一段；将单体电压分成20段，用数组V[20]表示，建立初始表格；
（2）将电池SOC对应着温度和电压的两个数组建立二维数组S0C[T][V],其中SOC[T][0]= 100 ，SOC[T][19] = 0 ；
（3）通过温度传感器采集电池当前的温度，采集n次，计算得出平均温度T1；
（4）通过电压传感器采集电流当前的电压，采集m次并选取最低单体电压作为最低单体实测电压Vmin；
（5）查询初始表格，获取T1所在的数组t[t1]，0 ≤ t1 ≤4；所述数组t[t1]为查到的数组中温度较小的值；
（6）获取V1所在的数组V[v1]，0 ≤ v1 ≤19；所述数组V[v1]为查到的数组中电压较小的值；
（7）计算最低单体实测电压Vmin与查表电压V[v1]之间的电压差Vd；
（8）计算SOC的估算值， SOC= SOC[T][V] + (Vd/(V[v1+1] - V[v1]))*(SOC[T][V] –SOC[T][V+1])
按照上述的计算得出无人机是否够电起飞的结果，如果够电起飞则进入步骤二，如不够电起飞则进行充电后再次进行步骤一的判断；
步骤二：无人机起飞，并根据其起飞的高度获取当前所处温度，根据温度计算实时估算电池剩余容量，其具体步骤如下：
（1）获取不同温度下同样电池组充电截止可充入的电池容量数AHT，形成温度与电池容量相对应的表格，其中AHT 满足表达式: AHT = ∫T X(K*AHX)dx ，单位为1/℃，一般去0.006/℃，室内取0.0085/℃；
（2）通过电流传感器采集电池当前电流I，通过温度传感器采集电池当前温度T，查表获得温度T下的电池容量AHT，计算当前温度下电池剩余的电池容量AHi,计算公式为：AHi= AHT-I*t ，式中AHi为温度T下电池剩余的电池容量；AHT 为查表获得的温度T下电池所充入的电池容量；I为当前的电池电流；t为所需的放电时间；
（3）计算当前温度下的电池S0CT，计算公式为：S0CT = AHi/AHT*100% 。
步骤三：根据步骤二计算得出的电池剩余容量，计算无人机是否够电进行降落，其具体为：
获取无人机返航的时间t1和返航功率P，计算返航所需要的能量W，计算公式为：W=P*t1，将电池的S0CT和返航所需的能量W进行对比，判断无人机是否有足够的能量返航。
如果动力电池可使得无人机在当前高度下安全降落，则再次运行步骤二和步骤三；如果动力电池无法使得无人机在当前高度下安全降落，则进行报警反应当前电池剩余容量过低，需利用控制器控制飞机安全降落。
本实施例的动力电池的估算方法通过对无人机所处的温度对电池的电量进行预估，保证电池不会过充过放的同时还要保证无人机能安全返航，若到达电池极限值时则报警提示不允许升高。该方法不但避免了电池在使用过程中出现的过充或者过放的问题，提高了***运行的可靠性和安全性，还通过实时估算SOC并对无人机的升空高度进行提醒，提高了无人机的安全性。
以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种无人机用动力电池SOC估算方法，其特征在于：包括低温状态下的SOC估算；其具体包括以下步骤：
获取不同温度下同样电池组充电截止可充入的电池容量数AHT，形成温度与电池容量相对应的表格，其中AHT 满足表达式: AHT = ∫T X (K*AHX)dx ，式中K为温度系数；
通过电流传感器采集电池当前电流I，通过温度传感器采集电池当前温度T，查表获得温度T下的电池容量AHT，计算当前温度下电池剩余的电池容量AHi,计算公式为：AHi= AHT -I*t ，式中AHi为温度T下电池剩余的电池容量；AHT 为查表获得的温度T下电池所充入的电池容量；I为当前的电池电流；t为所需的放电时间；
计算当前温度下的电池S0CT，计算公式为：S0CT = AHi/AHT*100% 。
2.如权利要求1所述的无人机用动力电池SOC估算方法，其特征在于：该方法还包括步骤（4），获取无人机返航的时间t1和返航功率P，计算返航所需要的能量W，计算公式为：W=P*t1，将电池的S0CT和返航所需的能量W进行对比，判断无人机是否有足够的能量返航。
3.如权利要求1所述的无人机用动力电池SOC估算方法，其特征在于：该估算方法还包括无人机开机前电池的SOC估算，其具体为：
将温度以5℃为一个分割点进行分段，用数组t[5]表示一段；将单体电压分成20段，用数组V[20]表示，建立初始表格；
将电池SOC对应着温度和电压的两个数组建立二维数组S0C[T][V],其中SOC[T][0] =100 ，SOC[T][19] = 0 ；
通过温度传感器采集电池当前的温度，采集n次，计算得出平均温度T1；
通过电压传感器采集电流当前的电压，采集m次并选取最低单体电压作为最低单体实测电压Vmin；
查询初始表格，获取T1所在的数组t[t1]，0 ≤ t1 ≤4；所述数组t[t1]为查到的数组中温度较小的值；
获取V1所在的数组V[v1]，0 ≤ v1 ≤19；所述数组V[v1]为查到的数组中电压较小的值；
计算最低单体实测电压Vmin与查表电压V[v1]之间的电压差Vd；
计算SOC的估算值， SOC= SOC[T][V] + (Vd/(V[v1+1] - V[v1]))*(SOC[T][V] – SOC[T][V+1])。
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