本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)及自動(dòng)化控制、電池管理領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)人機(jī)電池組整流裝置。

背景技術(shù)：

隨著飛控技術(shù)及裝備技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)越來(lái)越普及?；跓o(wú)人機(jī)的特殊功能，從軍事戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展到日常民用，從科學(xué)勘探發(fā)展到攝影攝像，從災(zāi)害救援發(fā)展到環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)都有著無(wú)可替代的作用。目前中國(guó)涌現(xiàn)了一大批民用無(wú)人機(jī)企業(yè)如大疆創(chuàng)新、飛宇、億航、昊翔等，無(wú)人機(jī)在人民生活中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中，電池組屬于大功率放電，一般的商用無(wú)人機(jī)一次飛行時(shí)間為20分鐘，其電池組屬于3C放電狀態(tài)，電池組在工作過(guò)程中發(fā)熱量很大，飛行一次溫度高達(dá)70～80℃，過(guò)高的溫度會(huì)直接影響電池組的放電量，從而降低無(wú)人機(jī)的飛控穩(wěn)定性，同時(shí)過(guò)高的溫度會(huì)引起電池組熱失控，著火、爆炸的幾率增加，并且還會(huì)增大BMS系統(tǒng)的管理難度。因此，在無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中，其電池組熱流控制至關(guān)重要。

熱整流材料是一種高導(dǎo)熱、阻燃型相變吸熱材料，利用材料在固液、液氣等相變過(guò)程中大量吸收熱量，在該材料吸熱過(guò)程中，由于發(fā)生相變，其溫度保持在恒定范圍。因此，熱整流材料適用于無(wú)人機(jī)電池組的控溫系統(tǒng)，基于此，本發(fā)明開(kāi)發(fā)了無(wú)人機(jī)電池組熱整流裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)人機(jī)電池組整流裝置。該無(wú)人機(jī)電池組整流裝置能在無(wú)人機(jī)電池組大功率放電時(shí)作瞬態(tài)熱整流使用，快速吸收無(wú)人機(jī)電池組的熱量、把溫度控制在60℃以下，保證電池的放電量，提升電池組及無(wú)人機(jī)的安全性，從而提升無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種無(wú)人機(jī)電池組整流裝置，由若干方形電池組成的電池組、片狀的整流材料、絕緣層以及BMS系統(tǒng)組成；所述BMS系統(tǒng)包括芯片；所述方形電池以串聯(lián)、或是串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)合的方式組成電池組，每?jī)蓚€(gè)串聯(lián)的方形電池之間的間隙為1～2毫米，在此間隙放入片狀的整流材料，電池組底部由絕緣層包裹，芯片設(shè)在電池組頂部。

優(yōu)選的，所述芯片包括PCB線路板和連接線，主要用于BMS系統(tǒng)控制電池組的放電量；

所述方形電池電壓為1.5V、3V、4.5V或5V不等，可按照電池組實(shí)際所需電壓選擇若干相同或不同電壓的方形電池進(jìn)行串聯(lián)、或是串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)合，方形電池外層有一塊鋁塑膜包裹。

優(yōu)選的，所述整流材料由以下質(zhì)量百分比的原料組成：改性膨脹石墨5～7.9％、蠕蟲(chóng)粉2.3～7.4％、聚乙烯5～9.1％、聚丙烯5.6～11.3％、改性相變吸熱材料61.7～73％。

更優(yōu)選的，所述整流材料由以下步驟制備得到：將改性膨脹石墨、蠕蟲(chóng)粉、聚乙烯、聚丙烯和改性相變吸熱材料充分混合后經(jīng)120～160℃、10～30Mpa模壓得到所述整流材料。

更優(yōu)選的，所述改性相變吸熱材料為改性石蠟或/和改性脂肪酸。

更優(yōu)選的，所述改性石蠟或改性脂肪酸通過(guò)以下步驟制備得到：將石蠟或脂肪酸溶于氯仿中，在30℃以及機(jī)械攪拌下，滴加硅烷偶聯(lián)劑接枝表面，修飾有機(jī)基團(tuán)，得到所述改性石蠟或改性脂肪酸。

所述硅烷偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑KH570；所述機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌功率為500W。

所述石蠟為40、44、48、50、58和62號(hào)石蠟中的一種或兩種以上的組合；

所述脂肪酸為月桂酸、軟脂酸和硬脂酸中的一種或兩種以上組合。

更優(yōu)選的，所述改性膨脹石墨通過(guò)以下步驟制得：將30～80目天然鱗片石墨經(jīng)600～1000℃的高溫膨化，并通過(guò)160～200℃水熱去除其表面雜質(zhì)，得到膨化石墨；再將50～150質(zhì)量份膨化石墨分散在300～500質(zhì)量份水中，加入檸檬酸水溶液調(diào)節(jié)pH＝4～4.8，再滴入4～8體積份硅烷偶聯(lián)劑KH570，化學(xué)改性接枝上甲基環(huán)四硅氧烷基團(tuán)，得到改性膨脹石墨。上述化學(xué)改性，增大了石墨層間表面張力及毛細(xì)力。

更優(yōu)選的，所述蠕蟲(chóng)粉通過(guò)以下步驟制得：將聚亞酰胺經(jīng)2000℃以上燒結(jié)得到人工石墨，再將人工石墨在20～50℃條件下，于質(zhì)量比2～3:0.7～1的濃硫酸和濃硝酸中浸漬得到插層石墨，把插層石墨置于微波發(fā)生器中微波加工得到蠕蟲(chóng)粉。該蠕蟲(chóng)粉導(dǎo)熱系數(shù)高、延展性好、有很強(qiáng)的韌性。

所述濃硫酸的質(zhì)量濃度為98％，濃硝酸的質(zhì)量濃度為65％；所述微波加工功率為1000W。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

本發(fā)明的無(wú)人機(jī)電池組熱整流裝置，可以把無(wú)人機(jī)電池組的溫度控制在60℃以?xún)?nèi)，保障無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本發(fā)明中方法簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，在無(wú)人機(jī)電池組中具有應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種無(wú)人機(jī)電池組整流裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。除非特別說(shuō)明，本發(fā)明采用的材料、設(shè)備和方法為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)市購(gòu)的材料、設(shè)備和常規(guī)使用的方法。無(wú)人機(jī)電池組測(cè)試依據(jù)無(wú)人機(jī)電池標(biāo)準(zhǔn)(DB44)。

一種無(wú)人機(jī)電池組整流裝置，如圖1所示，由若干方形電池1組成的電池組、片狀的整流材料2、絕緣層3以及BMS系統(tǒng)組成；所述BMS系統(tǒng)包括芯片4；所述方形電池1以串聯(lián)、或是串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)合的方式組成電池組，每?jī)蓚€(gè)串聯(lián)的方形電池1之間的間隙為1～2毫米，在此間隙放入片狀的整流材料2，電池組底部由絕緣層3包裹，芯片4設(shè)在電池組頂部。

所述方形電池1的電壓為1.5V、3V、4.5V、5V不等，可按照電池組實(shí)際所需電壓進(jìn)行組合，電池組由串聯(lián)、或是串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)合的方式連接而成，在小型無(wú)人機(jī)組采用4個(gè)電池串聯(lián)的模式，在中型無(wú)人機(jī)中采用6串2并的模式，在大型無(wú)人機(jī)中，采用12串4并的模式，每?jī)蓚€(gè)串聯(lián)的方形電池1之間的間隙為1.0～2mm不等。方形電池1的外層有一塊鋁塑膜包裹。

所述整流材料2，其長(zhǎng)寬與單個(gè)方形電池大小一致，其厚度為1～2mm，整流材料2與方形電池1貼合緊密，保持較小的界面熱阻；整流材料由石蠟或脂肪酸等混合物改性后與其他物質(zhì)交聯(lián)反應(yīng)后得到，采用的石蠟為40、44、48、50、58、62號(hào)石蠟中的一種或兩種以上的組合，脂肪酸為月桂酸、軟脂酸、硬脂酸中的一種或兩種以上組合。

所述絕緣層3為絕緣墊片或者絕緣膠布，其作用是防止電池在放電量過(guò)大的時(shí)候擊穿鋁塑膜，引起電池組短路。

所述芯片4，主要為PCB線路板及連接線，主要用于BMS系統(tǒng)控制電池組的放電量。

實(shí)施例1

(1)制備整流材料

整流材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成如下：改性膨脹石墨6.3g、蠕蟲(chóng)粉5.7g、聚乙烯8.5g、聚丙烯10.5g、改性相變吸熱材料(改性石蠟)69g。

制備改性石蠟：把44號(hào)石蠟溶于氯仿中，在30℃、機(jī)械攪拌下(轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分鐘、攪拌功率500W)，滴加硅烷偶聯(lián)劑KH570接枝表面，修飾有機(jī)基團(tuán)，得到改性石蠟。

制備改性膨脹石墨：把50目天然鱗片石墨經(jīng)800℃高溫膨化，200℃水熱去除其表面雜質(zhì)，得到膨化石墨；把100g膨化石墨分散在500ml去離子水中，滴入10ml的質(zhì)量濃度為1％檸檬酸水溶液，調(diào)節(jié)pH＝4，再滴入5ml硅烷偶聯(lián)劑KH570，化學(xué)改性接枝上甲基環(huán)四硅氧烷基團(tuán)，增大石墨層間表面張力及毛細(xì)力，得到改性膨化石墨。

制備蠕蟲(chóng)粉：將聚亞酰胺經(jīng)2000℃以上燒結(jié)得到人工石墨，再于30℃條件下，在質(zhì)量比3:1的質(zhì)量濃度98％的濃硫酸和質(zhì)量濃度為65％的濃硝酸中浸漬后得到插層石墨，把插層石墨置于1000W的微波發(fā)生器中得到蠕蟲(chóng)粉。

制備整流材料：將改性膨脹石墨、蠕蟲(chóng)粉、聚乙烯、聚丙烯和改性相變吸熱材料充分混合后，把粉體置于模壓機(jī)中經(jīng)140℃、30Mpa模壓成型，得到片狀整流材料。

(2)組裝無(wú)人機(jī)電池組整流裝置

由6塊4.5V方形電池串聯(lián)成一組，然后兩組并聯(lián)組成電池組；該電池組尺寸為長(zhǎng)10cm，寬7cm，每?jī)蓚€(gè)串聯(lián)的方形電池之間的間隙為1mm，因此在電池間隙插入長(zhǎng)10cm、寬7cm，厚度為1mm的片狀整流材料。電池組底部貼上長(zhǎng)7cm、寬4cm、厚度為3mm的絕緣片，電池組頂部電焊焊接導(dǎo)線和PCB線路板，組成所述無(wú)人機(jī)電池組整流裝置。測(cè)試該無(wú)人機(jī)電池組整流裝置分別在0.5C、1C、2C、3C放電的時(shí)候的溫度。同時(shí)按照上述方法，組裝除了不加整流材料之外的對(duì)照電池組1，并測(cè)試其分別在0.5C、1C、2C、3C放電的時(shí)候的溫度。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

實(shí)施例2

參考實(shí)施例1，區(qū)別之處在于：由4塊4.5V方形電池串聯(lián)成一組即得到小電池組，每?jī)蓚€(gè)串聯(lián)的方形電池之間的間隙為2mm，片狀整流材料厚度為2mm。測(cè)試該無(wú)人機(jī)電池組整流裝置分別在0.5C、1C、2C、3C放電的時(shí)候的溫度。同時(shí)按照上述方法，組裝除了不加整流材料之外的對(duì)照電池組2，并測(cè)試其分別在0.5C、1C、2C、3C放電的時(shí)候的溫度。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

實(shí)施例3

參考實(shí)施例1，區(qū)別之處在于：將6塊4.5V方形電池串聯(lián)得到電池，再將8組上述串聯(lián)得到的電池并聯(lián)得到電池組，每?jī)蓚€(gè)串聯(lián)的方形電池之間的間隙為2mm，片狀整流材料厚度為2mm。測(cè)試該無(wú)人機(jī)電池組整流裝置分別在0.5C、1C、2C、3C放電的時(shí)候的溫度。同時(shí)按照上述方法，組裝除了不加整流材料之外的對(duì)照電池組3，并測(cè)試其分別在0.5C、1C、2C、3C放電的時(shí)候的溫度。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

實(shí)施例4

參考實(shí)施例1，區(qū)別之處在于：整流材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成如下：改性膨脹石墨7.9g、蠕蟲(chóng)粉7.4g、聚乙烯9.1g、聚丙烯11.3g、改性石蠟64.3g。

實(shí)施例5

參考實(shí)施例1，區(qū)別之處在于：整流材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成如下：改性膨脹石墨7g、蠕蟲(chóng)粉7g、聚乙烯6g、聚丙烯7g、改性石蠟73g。

表1電池組整流溫控效果

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。