运行与维护
Operation And Maintenance
电力系统装备
Electric Power System Equipment
2020年第23期
2020 No.23
基于电池本身的性能优势，锂电池在无人机系统中的应用极为普遍，其能在不损坏内部结构的基础上，提升电池充电的效率和质量。传统电池充电采用恒流充电模式，在这种充电模式下，当电池电量升高时，蓄电池内部的电解液会发生一系列的电解化学反应，并逐渐分解产生析气现象。随着电池充电时间的增加，电解液分解的现象愈发明显，受此影响，电池承受电流的能力会迅速降低，这容易损坏电池。锂电池本身具有能量密度高的特点，这使得电解液不容易分解，在实际充电中，其能在较短的时间内完成充电，并且在充电过程中，充电电流与电池所能承受的最大电流保持一致，这避免了电池的损坏。同时锂电池本身具有无记忆效益的特点，这避免了电池过早损坏，延长了电池的使用寿命。2 无人机电池快速充电装置形态
传统充电模式下，开始进行无人机锂电池充电时，操作人员需要将电源插头、平衡插头与充电器相互连接，这样通过屏幕显示的方式，充电的状态能与操作者实现实时交互。所不足之处在于：这种充电模式需要有工作人员从旁监视管理。新时期，无人值守场景下机载充电是无人机锂电池快速充电的重要形式，这种充电模式不仅简化了充电过程的连线，而且满足了充电数据实时交互需要。在实际充电中，还应注重电池快速充电装置的系统设计和布局。3 无人机电池快速充电器的硬件模块设计 硬件设备连线设计是无人机锂电池快速充电设计的基础。就锂电池充电器的硬件组成而言，其包含了充电模块、均衡保护模块两个基本单元。实际充电中，充电模块的作用在于采集电压数据，并在处理器的作用下，控制锂电池电流和功率变化，继而实现预充电、恒流充电、恒压充电的系统管理。均衡保护模块主要用来进行过充电保护。在实际保护中，依托均衡保护模块能确保单体电池均衡，实现电路的有效检测。无人机电池快速充电器硬件框图如图1所示[1]。
无人值守平台均衡保护模块旋翼无人机充电线平衡线
功率变换电路风扇控制电路RS485通信电路LED指示灯控制
充放电电流检测电路
电池电压检测电路输入电压检测电路STM32F 405RGT7处理器
铁电存储器
充电模块
过充电保护电路6S锂电池
单体电池均衡、检测电路
触点
图1 锂电池充电器硬件框
值得注意的是，在锂电池充电器硬件模块设计中，不仅要注重控制核心的设计，而且要关注功率变换电路、电压/电流检测电路的系统规划，此外还应进行均衡保护电路的合理布局。
3.1 控制核心
就锂电池充电器控制核心而言，指令集是其设计的关键，通常电池指令集采用FPU 、DSP 等指令；在控制核心运作中，其工作的频率多保持在168 MHz ，依托该处理系统，能实现210 DMIPS 数据的有效处理。此外，在开展RC 复位电路设计的基础上，应对通信电路、供电电路、存储器电路进行持续优化。
3.2 功率变化部分
电池功率变化部分设计中，多采用4个开关进行功率调控，以此来确保电路Buck 功能的实现。值得注意的是，当电池处于连续充电模式时，应注重电感最小值的有效计算，在实际计算中，工作人员不仅要考虑电感纹波电流，而且需分析电流的有效值，此外，应关注电感电流峰值的变化信息。
3.3 电压、电流检测
对于充电过程的电压检测，应从输入电压、电池电压2个层面考虑电压的具体情况，并且在实际检测中，应通过差分电路法对整个系统的电压进行比例缩放。通常，对于锂电池充电系统的电流检测，先进行电压采样，然后采用间接检查的方式进行检测。该过程中，应通过运放跟随的方式，实现
［摘 要］锂电池是无人机系统重要的动力支撑设备，在无人机锂电池充电中，加强快速充电保护装置设计，能充分解决机载充电连线复杂、充电数据交互性差等问题，确保充电的效率性、安全性。本文在阐述无人机锂电池充电原理的基础上，就无人机电池充电器的软硬件结构展开设计，并指出分离设计下无人机锂电池快速充电保护装置设计的要点，期望能提升无人机电池均衡保护模块设计质量，继而在保证充电线缆连接简洁性的同时，满足充电需要，为无人机的运作创造良好条件。［关键词］无人机；锂电池；分离设计；充电保护装置［中图分类号］TM912 ［文献标志码］A ［文章编号］1001–523X （2020）23–0109–03
Design of Fast Charging Protection Device for UAV Battery
Wan Neng, Wang Xiao, Ning Yan, Jiao Yu-ping
［Abstract ］Lithium battery is an important power support equipment of UAV system. In the lithium battery charging of UAV, strengthening the design of fast charging protection device can fully solve the problems such as complex connection of airborne charging and poor interaction of charging data, and ensure the ef fi ciency and safety of charging. On the basis of expounding the principle of UA V lithium battery charging, this paper designs the hardware and software structure of UA V battery charger, and points out the key points of the design of UA V lithium battery fast charging protection device under the separation design, hoping to improve the design quality of UA V battery balance protection module, and then ensure the simplicity of charging cable connection, meet the charging needs, for UA V Man machine operation creates good conditions.
［Keywords ］UA V; lithium battery; separation design; charging protection device 无人机电池快速充电保护装置设计
万 能，汪 晓，宁 彦，焦玉平
（国网安徽省电力有限公司检修分公司，安徽合肥 230601）
运行与维护Operation And Maintenance
电力系统装备Electric Power System Equipment
2020年第23期
2020 No.23
放电电流的双向检测。
3.4 均衡保护电路
均衡保护电路设计也是无人机锂电池充电器硬件单元设计的重要内容，对这一部分的设计，多采用串联串级的方式进行单体电池的过充保护，这样能通过切断充电回路的方式，对超过过充电检测电压的电池单体进行保护，确保充电电路系统的电压均衡。
4 无人机电池快速充电器的软件单元设计
软件模块的设计直接关系着锂电池自动充电的效率性和安全性。在实际设计中，应关注锂电池探测软件、数据存储软件、充电程序软件的有效规划。
4.1 探测软件
探测软件主要是对充电器系统的放电进行探测，以此来判断端口存在的电压是否为输出电容残余电压；同时在实际充电中，进行充电探测的作用在于判断电池是否存在，通过这些要素的探测，能有效确保锂电池充电的安全性。实际探测中，应按照由小到大的要求，控制充电过程所能使用的充电电流，实现电池电压与下限电流的系统比较。
4.2 存储软件
目录帧、数据帧是无人机锂电池快速充电器存储器储存数据2个基本组成部分。就目录帧而言，其记录了数据帧的当前地址，在数据存储过程中，通过数据帧地址索引的方式，即可实现锂电池充电数据的循环覆盖。
4.3 充电程序软件
要确保锂电池无人值守充电工作的有序开展，还应进行充电程序软件的有效设计。在实际设计中，先通过2A的电流对电池进行预充电，随后进行恒流充电。在充电过程中，利用充电软件程序，对过流、过压等情况进行检测，同时进行充电超时、充电温度的控制，确保充电的安全性。
5 无人机锂电池快速充电保护装置设计
在无人值守情况下，电池充电出现过压、过流、温度异常等状况时，不仅会造成电池本身变形损伤，而且容易引起火灾，这严重地影响了锂电池的使用寿命。新时期，无人机锂电池的应用范围不断扩大，在充电过程中对于充电保护的要求也愈发严格（表1），基于此，有必要进行锂电池充电过程保护装置的系统设计[2]。
表1 无人机锂电池快速充电保护要求
项目充电保护装
置重量
工作电压
输出直流电
压
输出交流电
压
温控范围
指标≤5 kg12 V24~48 V220 V10~20 ℃
5.1 充电管理系统功能设计
作为无人机锂电池快速充电保护装置设计的基础单元，充电管理系统的功能设计实现了充电技术与充电保护的有机统一。就管理系统本身而言，其不仅包含电池降温设备，而且涉及直流升压、电压调节等多个模块。通过这些模块的运作，能在确保充电效率的基础上，保证充电安全。
5.1.1 降温模块
降温模块是锂电池充电保护装置中最重要的功能模块。出于降温效率与电池保护需要，在实际设计中，可采用双层箱体结构进行降温设计，该结构内部为保温材料，而外部为金属材料，在充电过程中，外部的金属材料能有效预防爆炸事故的发生。实际充电中，通过恒温系统进行降温模块控制，该技术体系下，即使处于充电状态，电池的温度也不会超过20 ℃。从控制效果来看，降温模块使得箱体内温度时刻处于低温状态，避免了电池温度过高及火灾事故的发生。5.1.2 直流升压模块
在现场车辆电源设置中，配置直流升压模块，可将车辆滞留12 V的电压升至24 V；这在一定程度上提升了无人机锂电池的充电效率。值得注意的是，在实际充电中，为确保充电效率，还需考虑锂电池的型号。
为解决直流充电与电池型号不匹配问题，在锂电池充电设计中，还需注重电压调节模块的系统设计。电压调节模块的作用在于：通过对电池型号的型号，输出不同的充电电压，确保直流电压与锂电池型号的高度匹配。
5.1.3 通信模块
锂电池充电中存一定的通信关系，提升通信的稳定性是确保锂电池充电安全的重要手段。基于通信稳定性考虑，在通信模块设计中，工作人员会对移动端进行优化处理，譬如，依托继保校验仪系统解决通信中断问题等。
5.2 参数采集系统设计
充电保护装置对于锂电池的保护需要依靠大量的基础数据作为支撑，而要实现电池充电柜内部所有参数的实时采集，还应重视无人机锂电池系统参数采集模块的有效设计。在该模块设计中，应重视系统模块对锂电池不同指标参数的采集控制，如温度、湿度、电流、电压等。数字化时代下，可通过以太网智能插座来控制模块，这样充电过程中的所有参数会在显示屏上展示，同时相关的数据会传送到服务器中，这对于充电管理控制具有积极作用。
5.3 显示模块设计
在无人值守的情况下，锂电池充电的参数应能及时地在显示屏幕上显示。新时期，在充电保护装置中设计显示模块，则相关数据会在显示界面的左上部位置显示；而当显示数据受通信而发生异常时，系统自身会发出警报，提示工作人员进行检修。
通常，锂电池充电保护装置的显示模块与散热模块处于联动控制状态，即当温度、湿度异常时，系统本身会在预警提示的同时，打开通风、散热系统，以此来确保充电的锂电池处于正常的温湿度环境。
5.4 后台服务及测试系统
为实现无人值守环境下锂电池的高效充电和安全管理需要，在充电保护装置设计中，工作人员还会对其后台服务器的功能进行持续优化，即后台的服务其可以对电池充电管理系统进行远程、集中控制。现阶段，利用路由器将设备与公网连接，后台服务器的工作模式逐渐多元，即其可以对电一设备进行控制，同时也可以对多台设备进行集中检测，通过对设备的检测，实现了设备电流、电压、功率、温湿度的有效控制，满足了电池设备保护需要。譬如，在无人机锂电池充电保护装置后台服务及测试系统应用中，基于ProgISP平台的后台服务器具有突出应用优势。该平台采用Atmel单片机，服务及控制功能设计中，通过对Atmel单片机编程软件功能的优化，该单片机支持对芯片的读写与保存。在充电过程中，各系统参数采集模块会对电池的充电状态数据进行收集，随后所有的数据将被传输给主控制器，在经过A/D转换转化后，这些模拟信号会转化为数字信号，通过对数字信号的有效分析，可为是否应用锂电池保护策略提供有效依据。
6 结论
快速充电保护装置在无人机锂电池充电保护系统中发挥着重要作用。步入新时期以来，锂电池在电动无人机系统中的应用不断深入，人们对于锂电池的充电保护也提出了较高要求。在实际充电中，工作人员只有系统认识到锂电池充电的原理，然后在掌握无人机电池快速充电装置软硬件结构形
运行与维护
Operation And Maintenance
电力系统装备
Electric Power System Equipment
2020年第23期
2020 No.23
态的基础上，进行保护装置管理系统、参数采集系统、显示模块、后台服务及测试系统的规范设计，这样才能有效地提升快速充电保护装置的整体设计水平，优化充电环境，并实现锂电池充电过程的有效保护。
参考文献
[1] 林火煅，陈杰，沈滨，等.巡检无人机应急充电电源管理系统设计[J].福州大学学报（自然科学版），2020，48（2）：210-216.
在节能环保政策号召下，余热发电技术开始得到普及应用。运用该技术，能够利用低温低压锅炉将废热中的热能转换为蒸汽能，带动汽轮机和发电机发电。实现余热转化，不仅可以使用电成本得到节省，还能使烟气排放得到减少，在石化行业、焦化行业等热量排放较多的行业使用能够创造更多效益。但作为特种设备，低温低压余热发电锅炉运行需要符合定期检验规则，通过内部检验保证设备可以长期维持安全、稳定运行。 1 低温低压余热发电锅炉运行特点
在低温低压余热发电锅炉运行的过程中，使用的热源废气温度通常在350 ~500 ℃之间，过热蒸汽温度通常在280~380 ℃之间，压力则在0.9~2.5 MPa 之间，普遍不超3.8 MPa ，属于B 级锅炉[1]。实际在发
电时，还要对废气中的热源进行获取，将热量传递至锅炉内部的水中，实现加热汽化。在传热过程中，位于闭合回路中的汽水将不断流动，将受热面吸收到的热量带走，使锅炉保持稳定运行的同时，驱动蒸汽机发电。相较于火力发电锅炉，该类锅炉结构简单，只包含汽包、省煤器管及集箱、过热器管及集箱等必要结构，无需设置燃烧、减温等工艺环节及装备，可以保持较低蒸汽参数和蒸发量，对设备选材、制造等要求也较低。但本质上该种锅炉依然为压力容器，将水蒸气当成是热量输出媒介，内部长期受水蒸气、烟气冲刷、辐射作用，容易出现磨损、结垢等问题，因此在固
定运行周期内依然需要加强检验。但结构和部件等差异的存在，使得低温低压余热发电锅炉内部检验需要达到不同要求，还要对有关知识产生系统认知才能加强锅炉安全运行管理。2 低温低压余热发电锅炉内部检验项目
2.1 首个保养期的内部检验
按照TSGG7002—2015《锅炉定期检验规则》要求，电站锅炉运行不超5万h 仍然处于首个保养期内，开展内部检验包含的项目较少。（1）需要对各类管道进行检查，检查内容和方法存在一定差异。对锅炉内部主要受热面管及管道，需要进行壁厚抽查。对水冷壁管则要进行割管检查，对过热器管采用金相分析方法进行检验。针对锅炉范围内主蒸汽管、连接管等管道，需要采用无损抽查方法，完成焊缝、弯头等位置检查[2]。针对蒸汽管等管道对接焊缝和弯头位置，需要完成硬度抽查，并开展金相分析检查。
（2）需要对各类集箱进行检查，包含省煤器和水冷壁的进口集箱，需要完成内部抽查。此外，针对高合金集箱，需采用无损检测方法完成焊缝抽查，并对热影响区、焊缝等位置完成金相抽查和硬度检验。
2.2 第二保养期的内部检验
在达到5万h 后，锅炉进入到第二保养期，开展内部检验除了对上述项目进行检查，还要增设新项目。首先，需要对锅筒内表面、热影响区等多个位置实施无损检测，并完成安全阀、下降管等位置管座角焊缝抽查，同样采取无损检测技
［摘 要］低温低压余热发电锅炉能够使余热得到充分利用，在多个行业已经得到广泛运用。为保证锅炉使用安全，还要按照要求定期进行锅炉内部检验。基于此，本文对低温低压余热发电锅炉运行特点展开分析的基础上，提出了不同保养期锅炉需要完成的内部检验项目，最后结合实践操作情况对锅炉内部检验方法、重点等内容进行了探究。［关键词］低温低压；余热发电锅炉；内部检验［中图分类号］TM621.2 ［文献标志码］A ［文章编号］1001–523X （2020）23–0111–02
Study on Internal Inspection of Low Temperature and Low
Pressure Waste Heat Generating Boiler
Chen Li-hua,Zhang He-zhen
［Abstract ］The low-temperature and low-pressure waste heat generating boiler can make the waste heat get the full use, has been widely used in many industries. In order to ensure the safety of the boiler, the internal inspection of the boiler should be carried out regularly as required. Based on this, on the basis of analyzing the operation characteristics of low-temperature and low-pressure waste heat generation boiler, this paper proposes the internal inspection items that need to be completed for boilers in different maintenance periods, and fi nally explores the internal inspection methods and key points of the boiler in combination with the practical operation situation.［Keywords ］low temperature and low pressure; Waste heat generating boiler; Internal inspection 低温低压余热发电锅炉内部检验研究
陈丽华，张和祯
（国家电投集团珠海横琴热电有限公司，广东珠海 519000
）
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议