CN115610674A - 具有多备份通讯主机的电池管理***及飞行器 - Google Patents

具有多备份通讯主机的电池管理***及飞行器 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种具有多备份通讯主机的电池管理***及飞行器，涉及无人驾驶航空器技术领域，本发明提出的电池管理***中，具有多套独立的动力电池组件，且采用多备份通讯主机的设计，并考虑硬件失效概率和冗余裕度，在所有电池管理单元中选择部分电池管理单元作为备份储备通讯主机，提高飞行器通信上的容错率和可靠性，保障飞行器可靠获取安全飞行所需的电池数据，提高了飞行器电源管理的可靠性，保障了飞行器的飞行安全。

Description

具有多备份通讯主机的电池管理***及飞行器
技术领域
本发明涉及无人驾驶航空器技术领域，特别是涉及一种具有多备份通讯主机的电池管理***及飞行器。
背景技术
现有的电动多旋翼飞行器一般只有一个电池或者多个电池，多个电池串联或并联组成的一组电池包可作为飞行所需的电源。
当通过多个电池串联形成一组电池包时，若其中任意一个电池发生短路故障，整个电池组将停止对外提供电能，致使整个飞行器失去动力，无法正常飞行，更为严重时，可能会瞬间引发火灾，使得飞行器燃烧坠毁，而通过多个电池并联的形式可避免飞行器因某一个电池故障而失去动力，如现有技术中公开了一种多旋翼载人飞行器的电源管理***及飞行器，通过提高电动飞行器电源的冗余度，设置多组电池单元并联进行供电，而且电池单元内也具备电路保护功能，当某组电池单元出现故障时，控制断开该组电池单元，此时其它组电池单元继续为飞行器输出动力，但这种电动多旋翼飞行器的电源管理单元往往仅有一个通信主机与飞行控制***进行数据通信，当该电源管理单元出现故障，将使得飞行器对于电池电量、温度、电流等状态数据的丢失，极大影响飞行器的飞行安全。
发明内容
为解决当前飞行器的电池管理通信可靠性差的问题，本发明提出一种具有多备份通讯主机的电池管理***及飞行器，提高***通信上的容错率和可靠性，保障飞行器可靠获取安全飞行所需的电池数据。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种具有多备份通讯主机的电池管理***，包括N套并联的动力电池组件，N套并联的动力电池组件中共N个电池管理单元，N个电池管理单元中有M个电池管理单元作为备份储备通讯主机，M﹤N，每一个备份储备通讯主机均能将N套并联的动力电池组件的数据转发至整机ALLCAN网络。
本技术方案提出的具有多备份通讯主机的电池管理***具有多套独立的动力电池组件，采用多备份通讯主机的设计，并考虑硬件失效概率和冗余裕度，在所有电池管理单元中选择部分电池管理单元作为备份储备通讯主机，提高飞行器通信上的容错率和可靠性，保障飞行器可靠获取安全飞行所需的电池数据，提高了飞行器电源管理的可靠性，保障了飞行器的飞行安全。
优选地，每一套动力电池组件均包括一个电池管理单元、电池保护组件及动力电池包，所述电池保护组件包括熔断器FU、霍尔电流传感器H及继电器K，在每一个动力电池组件内，动力电池包的负极端连接至飞行器母线正极，动力电池包的正极端连接熔断器FU的一端，熔断器FU的另一端从霍尔电流传感器H的中间孔洞穿过、并连接至继电器K的第一触点，继电器K的第二个触点连接至飞行器母线负极，霍尔电流传感器H的信号采集线连接电池管理单元，以实现实时的电流检测；继电器K的线圈端子连接电池管理单元，电池管理单元根据接收到的CAN通讯指令，控制继电器K的线圈端子的通断，以控制其所在的动力电池组件是否参与到飞行器的充放电状态。
在此，动力电池组件中包括电池保护组件，能在动力电池组件发生短路故障时，迅速切断该套动力电池组件的回路，避免飞行器因某一电池短路故障而失去动力。
优选地，当动力电池包所在的回路发生故障或异常时，回路电流升高，当回路电流升高至熔断器FU的熔断阈值时，熔断器FU自动熔断，回路断开，起到保护电路组件的作用，避免动力电池组件因短路故障发生而遭受损坏。
优选地，每一个电池管理单元采集和管理其所在的动力电池组件的数据，并将数据进行通讯传输，所述的数据包括电压、电流、温度、SOC状态及压差。
优选地，每一个电池管理单元上设有三路CAN接口，三路CAN接口中的第一路CAN接口CAN1为硬件调试口，三路CAN接口中的第二路CAN接口CAN2连接CAN2网络，将飞行器的N套动力电池组件组成电池管理***内部的CAN网络，三路CAN接口中的第三路CAN接口CAN3与外部设备通讯，连接整机ALLCAN网络。
优选地，在M个作为备份储备通讯主机的电池管理单元中，以电池管理单元ID大小为备份储备通讯主机优先级设置标准，电池管理单元ID越小，该电池管理单元ID优先级越高，若当前的通讯主机故障，在M个电池管理单元中，选择电池管理单元ID处于最小位置的电池管理单元作为新的通讯主机，将N套并联的动力电池组件的数据转发至整机ALLCAN网络。
在此，对于电池管理***中的每一个电池管理单元均可以作为通讯主机，为避免硬件失效概率和冗余裕度，在所有电池管理单元中选择部分电池管理单元作为备份储备通讯主机，若当前的通讯主机故障，在M个电池管理单元中，选择电池管理单元ID处于最小位置的电池管理单元作为新的通讯主机，保障飞行器可靠获取安全飞行所需的电池数据，提高了飞行器电源管理的可靠性，保障了飞行器的飞行安全。
优选地，动力电池包由锂离子聚合物电芯组成。
优选地，动力电池包的pack外壳结构采用1.0mm厚防火玻纤板加固，且内置温度传感器，动力电池包安装在飞行器底盘内部，采用柔性固定，避免电池组直接受到拉压力，同时减轻机体振动对电池的影响。
一种通讯主机备份储备方法，所述方法用于电池管理***中备份储备通讯主机的选择，包括以下步骤：
S1.设置电池管理***中电池管理单元ID；
S2.以电池管理单元ID大小作为备份储备通讯主机优先级设置标准，电池管理单元ID越小，该电池管理单元ID优先级越高；
S3.确认电池管理***中当前的通讯主机是否故障，若当前通讯主机故障，在M个电池管理单元中，选择电池管理单元ID处于最小位置的电池管理单元作为新的通讯主机；
S4.新的通讯主机将N套并联的动力电池组件的数据转发至整机ALLCAN网络。
本申请还提出一种飞行器，所述飞行器上设有所述的具有多备份通讯主机的电池管理***。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提出一种具有多备份通讯主机的电池管理***及飞行器，电池管理***中包括若干动力电池组件，每个动力电池组件中均有一个电池管理单元，电池管理***采用了多备份通讯主机的设计，并考虑硬件失效概率和冗余裕度，在所有电池管理单元中选择部分电池管理单元作为备份储备通讯主机，在通讯主机备份储备时，以电池管理单元ID大小作为备份储备通讯主机优先级设置标准，电池管理单元ID越小，该电池管理单元ID优先级越高，若当前通讯主机故障，选择电池管理单元ID处于最小位置的电池管理单元作为新的通讯主机，提高了飞行器通信上的容错率和可靠性，保障飞行器可靠获取安全飞行所需的电池数据，提高了飞行器电源管理的可靠性，保障了飞行器的飞行安全。
附图说明
图1表示本发明实施例1中提出的具有多备份通讯主机的电池管理***的结构连接示意图；
图2表示本发明实施例1中提出的单个动力电池组件的结构连接示意图；
图3表示本发明实施例2中提出的通讯主机备份储备方法的流程示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
附图中描述位置关系的仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
实施例1
如图1所示，本实施例提出了一种具有多备份通讯主机的电池管理***，在本实施例中，该电池管理***共包括12套并联的动力电池组件，每一套动力电池组件均包括一个电池管理单元1、电池保护组件2及动力电池包3，12套并联的动力电池组件中共12个电池管理单元，电池管理单元1通过CAN网络连接，实现对12套动力电池组件的各项数据的监控采集和通信控制，其中，每一个电池管理单元理论上均可作为通讯主机，但考虑硬件失效概率和冗余裕度，在所有电池管理单元中选择部分电池管理单元作为备份储备通讯主机，本实施例中，在12个电池管理单元中选择4个电池管理单元作为备份储备通讯主机，每一个备份储备通讯主机均能将12套并联的动力电池组件的数据转发至整机ALLCAN网络。
本实施例提出的具有多备份通讯主机的电池管理***具有多套独立的动力电池组件，组件中包括电池保护组件，能在动力电池组件发生短路故障时，迅速切断该套动力电池组件的回路，避免飞行器因某一电池短路故障而失去动力，本实施例还采用多备份通讯主机的设计，考虑硬件失效概率和冗余裕度，在所有电池管理单元中选择部分电池管理单元作为备份储备通讯主机，并提高飞行器通信上的容错率和可靠性，保障飞行器可靠获取安全飞行所需的电池数据，提高了飞行器电源管理的可靠性，保障了飞行器的飞行安全。
图2表示单个动力电池组件的结构连接示意图，参见图2，电池保护组件2包括熔断器FU、霍尔电流传感器H及继电器K，继电器K是一种具有隔离功能的自动开关元件，再结合图1，在每一个动力电池组件内，动力电池包3的负极端连接至飞行器母线正极BUSBAR+，动力电池包的正极端连接熔断器FU的一端，熔断器FU的另一端从霍尔电流传感器H的中间孔洞穿过、并连接至继电器K的第一触点，继电器K的第二个触点连接至飞行器母线负极BUSBAR-，霍尔电流传感器H的信号采集线连接电池管理单元1，以实现实时的电流检测；继电器K的线圈端子连接电池管理单元1，参见图2，可以看出，继电器K的线圈端子连接电池管理单元1的“K”端口，整体上电池管理单元1、电池保护组件2及动力电池包3与飞行器的母线之间形成回路，电池管理单元1根据接收到的CAN通讯指令，由“K”端口下发控制指令，控制继电器K的线圈端子的通断，以控制其所在的动力电池组件是否参与到飞行器的充放电状态。
在实际实施时，当动力电池包3所在的回路发生故障或异常时，回路电流升高，当回路电流升高至熔断器FU的熔断阈值时，熔断器FU自动熔断，回路断开，从而起到保护电路组件的作用，避免动力电池组件因短路故障发生而遭受损坏。
每一个电池管理单元1采集和管理其所在的动力电池组件的数据，并将数据进行通讯传输，所述的数据包括电压、电流、温度、SOC状态及压差，结合图1及图2所示的电池管理单元可以看出，电池管理单元1上设有“Vsense”端口和“Tsense”端口，通过这两个端口可以管理感知动力电池包的状态。
结合图2，每一个电池管理单元上设有三路CAN接口，三路CAN接口中的第一路CAN接口CAN1为硬件调试口，三路CAN接口中的第二路CAN接口CAN2连接CAN2网络，将飞行器的12套动力电池组件组成电池管理***内部的CAN网络，三路CAN接口中的第三路CAN接口CAN3与外部设备通讯，连接整机ALLCAN网络，除此之外，结合图1及图2可以看出，电池管理单元1上还设有“power”端口，用于连接24v直流电源。
在具体选择通讯主机时，在4个作为备份储备通讯主机的电池管理单元中，以电池管理单元ID大小为备份储备通讯主机优先级设置标准，电池管理单元ID越小，该电池管理单元ID优先级越高，若当前的通讯主机故障，在M个电池管理单元中，选择电池管理单元ID处于最小位置的电池管理单元作为新的通讯主机，将N套并联的动力电池组件的数据转发至整机ALLCAN网络。
前述也已表明，对于电池管理***中的每一个电池管理单元均可以作为通讯主机，为避免硬件失效概率和冗余裕度，在所有电池管理单元中选择部分电池管理单元作为备份储备通讯主机，若当前的通讯主机故障，在4个电池管理单元中，选择电池管理单元ID处于最小位置的电池管理单元作为新的通讯主机，保障飞行器可靠获取安全飞行所需的电池数据，提高了飞行器电源管理的可靠性，保障了飞行器的飞行安全。
在本实施例中，动力电池包由锂离子聚合物电芯组成，动力电池包的pack外壳结构采用1.0mm厚防火玻纤板加固，且内置温度传感器，动力电池包安装在飞行器底盘内部，采用柔性固定，避免电池组直接受到拉压力，同时减轻机体振动对电池的影响。
实施例2
参见图3，本实施例提出了一种通讯主机备份储备方法，所述方法用于电池管理***中备份储备通讯主机的选择，包括以下步骤：
S1.设置电池管理***中电池管理单元ID；
S2.以电池管理单元ID大小作为备份储备通讯主机优先级设置标准，电池管理单元ID越小，该电池管理单元ID优先级越高；
S3.确认电池管理***中当前的通讯主机是否故障，若当前通讯主机故障，在M个电池管理单元中，选择电池管理单元ID处于最小位置的电池管理单元作为新的通讯主机；
S4.新的通讯主机将N套并联的动力电池组件的数据转发至整机ALLCAN网络。
实施例4
本实施例还提出一种飞行器，所述飞行器上设有所述的具有多备份通讯主机的电池管理***。此设计下的飞行器具有多套相互独立的动力电池组件，组件中包含电池保护单元，能在电池组件发生短路故障时，迅速切断该组电池的电流回路，避免了飞行器因某一电池短路故障使得飞行器失去动力。增加了飞行器动力电源的冗余度，提高了飞行器电源管理的可靠性，保障飞行器的飞行安全。采用多备份储备通讯主机的设计，相比较传统的飞行器电源管理***，即仅有一个电池管理单元作为主机与飞行控制器通讯，若该主机出现故障问题，飞行器将丢失电池相关数据，影响飞行器的飞行安全。多主机备份电池管理***设计，提高***通信上的容错率和可靠性，保障飞行器获取安全飞行所需的电池数据。
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有多备份通讯主机的电池管理***，其特征在于，包括N套并联的动力电池组件，N套并联的动力电池组件中共N个电池管理单元，N个电池管理单元中有M个电池管理单元作为备份储备通讯主机，M﹤N，每一个备份储备通讯主机均能将N套并联的动力电池组件的数据转发至整机ALLCAN网络。
2.根据权利要求1所述的具有多备份通讯主机的电池管理***，其特征在于，每一套动力电池组件均包括一个电池管理单元、电池保护组件及动力电池包，所述电池保护组件包括熔断器FU、霍尔电流传感器H及继电器K，在每一个动力电池组件内，动力电池包的负极端连接至飞行器母线正极，动力电池包的正极端连接熔断器FU的一端，熔断器FU的另一端从霍尔电流传感器H的中间孔洞穿过、并连接至继电器K的第一触点，继电器K的第二个触点连接至飞行器母线负极，霍尔电流传感器H的信号采集线连接电池管理单元，以实现实时的电流检测；继电器K的线圈端子连接电池管理单元，电池管理单元根据接收到的CAN通讯指令，控制继电器K的线圈端子的通断，以控制其所在的动力电池组件是否参与到飞行器的充放电状态。
3.根据权利要求2所述的具有多备份通讯主机的电池管理***，其特征在于，当动力电池包所在的回路发生故障或异常时，回路电流升高，当回路电流升高至熔断器FU的熔断阈值时，熔断器FU自动熔断，回路断开。
4.根据权利要求2所述的具有多备份通讯主机的电池管理***，其特征在于，每一个电池管理单元采集和管理其所在的动力电池组件的数据，并将数据进行通讯传输，所述的数据包括电压、电流、温度、SOC状态及压差。
5.根据权利要求4所述的具有多备份通讯主机的电池管理***，其特征在于，每一个电池管理单元上设有三路CAN接口，三路CAN接口中的第一路CAN接口CAN1为硬件调试口，三路CAN接口中的第二路CAN接口CAN2连接CAN2网络，将飞行器的N套动力电池组件组成电池管理***内部的CAN网络，三路CAN接口中的第三路CAN接口CAN3与外部设备通讯，连接整机ALLCAN网络。
6.根据权利要求1所述的具有多备份通讯主机的电池管理***，其特征在于，在M个作为备份储备通讯主机的电池管理单元中，以电池管理单元ID大小为备份储备通讯主机优先级设置标准，电池管理单元ID越小，该电池管理单元ID优先级越高，若当前的通讯主机故障，在M个电池管理单元中，选择电池管理单元ID处于最小位置的电池管理单元作为新的通讯主机，将N套并联的动力电池组件的数据转发至整机ALLCAN网络。
7.根据权利要求1所述的具有多备份通讯主机的电池管理***，其特征在于，动力电池包由锂离子聚合物电芯组成。
8.根据权利要求7所述的具有多备份通讯主机的电池管理***，其特征在于，动力电池包的pack外壳结构采用1.0mm厚防火玻纤板加固，且内置温度传感器，动力电池包安装在飞行器底盘内部，采用柔性固定。
9.一种通讯主机备份储备方法，其特征在于，所述方法用于电池管理***中备份储备通讯主机的选择，包括以下步骤：
S1.设置电池管理***中电池管理单元ID；
S2.以电池管理单元ID大小作为备份储备通讯主机优先级设置标准，电池管理单元ID越小，该电池管理单元ID优先级越高；
S3.确认电池管理***中当前的通讯主机是否故障，若当前通讯主机故障，在M个电池管理单元中，选择电池管理单元ID处于最小位置的电池管理单元作为新的通讯主机；
S4.新的通讯主机将N套并联的动力电池组件的数据转发至整机ALLCAN网络。
10.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器上设有权利要求1～8任意一项所述的具有多备份通讯主机的电池管理***。
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