漆万碧 晏青 李朝举
贵州电网有限责任公司贵阳供电局，贵州 贵阳 550001
摘要：随着无人机在电力行业应用越来越广泛，传统无人机电池收纳盒无法在高温或者低温等天气恶劣的条件下能给电池提供一个最佳存储的温度，影响电池的正常使用和收纳，同时无法在电池使用结束后给电池降温，导致电池可能出现鼓包的现象。本文无人机电池恒温装置基于“帕尔贴效应”原理，能够调节箱内温度，使电池处于最佳的环境，有助于延长使用寿命和保证电池充放电性能，箱内卡座的设计有助于电池的固定存放，电池使用完毕后第一时间合理放置，避免了在车辆颠簸或人为搬运装置时电池发生倾倒、碰撞，提高了无人机电池存储的合理性和有效性。
关键词：无人机 电池 恒温装置
1.前言
现阶段无人机在电力行业输配电线路巡检方面的应用已得到普及，相比传统的人工巡检方式，它可以在巡视难度较大的山区、江河湖泊之间代替人员作业，大大提高了工作效率和质量。目前为止，市场上大多数无人机都使用锂电池提供动力，飞行时间受电池的技术限制还比较短，在空载且天气较好的情况下，新的满电无人机巡检电路可以飞行半个小时左右，但当天气不好或有电池因素影响下，无人机只能飞行十五到二十分钟。由此可见，电池对无人机飞行时间的影响至关重要。
冬季气温较低，由于电池的活性物质活跃度降低导致电量无法有效释放，使得放电效率降低，导致无人机的飞行时间更短。为了防止这种电池“掉电”现象，工作人员常常使用腋窝、双手、大腿对电池进行保暖，这种方式对电池进行传热会花费大量工作时间，大大降低工作效率，削减机巡质量；在夏季，受环境影响无人机电池温度又会过高，不仅影响使用寿命，并且在无人机飞行过程中，电池仍会持续发热升温，严重的还会导致电池爆炸，造成不可逆的安全事故。
为确保无人机作业能更加优质、高效的开展，提高无人机巡视效率和质量，节约工作人员的劳动时间，特研制一套无人机电池恒温装置，该装置该装置基于帕尔贴效应，靠电子芯片制冷/热，不需要专门的制冷/热工质，不涉及任何机械运动部件，具有环保、无污染，工作时没有震动、噪音、寿命长等优点。以单片机为温度调节系统控制中心，可在机巡工作前后对电池进行加热、散热及恒温，保障电池处于合适温度，同时，装置配备的液晶显示器能时刻观察箱内的温度。
2.传统电池收纳盒
市面上多数锂电池的工作温度为-20℃~60℃, 最佳工作温度为0℃~40℃，现有的电池收纳盒仅仅作为收纳电池和保护电池不收外力冲击使用，在高温或者低温等天气恶劣的条件下，不能给电池提供一个最佳合适的温度，影响电池的正常使用和收纳。
现阶段大多数单位是都是用自己便于携带的盒子作为无人机电池的临时收纳盒。
1）高温天气无人机长时间使用后，如果取下电池不经散热就直接放入收纳盒内，将会造成电池鼓包、加速劣化等情况，因此，无人机电池使用后往往会先放置一段时间，然而，电池不能第一时间合理放置，时间一长容易遗忘在角落造成磕绊损伤或遗失，还有可能掉落到潮湿的地方造成电池进水报废。
2）低温天气下使用无人机，收纳盒中无人机电池可用容量较低，会造成电池电量急剧下降，或者在飞行过程中坠机的情况。
3.无人机电池恒温装置的研发必要性
在电池使用前，若电池环境温度较低，电池里部分电量无法有效释放，放电效率降低，出现 “掉电”现象，影响了工作效率，削减了机巡质量；电池使用完毕后，往往会发烫发热，若环境温度过高，会影响电池的散热，影响使用寿命，甚至造成电池鼓包现象。
随着无人机在电力行业应用越来越广泛，保护无人机电池的充放电性能和使用寿命是提高机巡工作的必要手段之一。因此研发无人机电池恒温装置非常有必要。
4. 无人机电池恒温装置
4.1 装置原理
本装置是在“帕尔贴效应”原基础上研发，如图1所示，将冷端设计在为收纳箱内部，接中央处理器CPU，来控制箱内温度，热端接散热片，便于热量从箱内转移后散发。
无人机电池恒温装置温度调节系统由温度传感器、单片机、功能键盘、、液晶显示器、数模转化器（DA）、半导体组成，设计的原理框图如图1所示
图1无人机电池恒温调节系统
温度传感器时刻监测收纳盒内温度，单片机根据所测温度与设定温度比较，将误差信号经过PID算法后得到控制信号，由DA转换后控制半导体制冷器进行制冷或加热。
4.2装置组成与结构
如图图2所示是无人机电池恒温装置结构图，主要由外壳、电池卡槽、控制器及半导体芯片组成。装置内部有2层电池卡座，可存放16块电池，卡座用于固定内部存放的电池，避免在车辆颠簸或人为搬运装置时电池发生倾倒、碰撞，使得每块电池之间有一定距离，便于箱内温度扩散，装置外壳采用保温材料填充，有较好的恒温效果。
图2装置内部解剖图
这套装置有制冷和制热2项功能，制冷性能方面，该装置可以调节内部温度低于环境温度10~15度；在制热性能上，最高制热温度为65度。根据资料查询，电池最佳存放温度为10~25，由此可见，该装置可调节完全适用于电池存储。在高温天气无人机长时间使用后，电池可放入装置进行降温，避免了直接放入传统收纳盒中电池发生鼓包等现象，同时也不用再散放在车内散热，电池能够得到第一时间合理放置，提高了无人机电池存储的合理性和有效性。在低温情况下，从恒温装置取出的电池不会因前期温度太低而丢失容量，从而影响无人机的续航能力。
4.3装置的进步性及创新点
本装置基于“帕尔贴效应”原理，是一种无机械转动部件的保温装置，无磨损，无噪音，具有寿命长的特点；部件少，结构也相对简单，维修起来方便；与市面上的制冷装置对比，无需制冷剂，非常环保，而且效率高，耗电量低。
装置外部设有USB端口以便引用车载12V电源给装置提供电源，同时配备温度调节系统，能让电池保持在合适的恒定温度，延长了电池的使用寿命，人机交互的按键和液晶显示屏方便设置箱内温度和观察内部温度变化。
夏季无人机飞行使用后的电池能立刻放入装置进行降温，方便了电池的收纳管理。冬季无人机飞行前，可将电池放入装置内保温，避免电池前期因环境温度太低而丢失容量，保障了无人机的续航能力，提高了工作效率。
5.结语
本装置解决了传统无人机电池收纳盒不利于保温散热的缺点，不仅给无人机锂电池提供一个最适合储存的温度，也能给使用结束后发烫的电池迅速降温冷却，同时避免了电池使用前因环境温度温度过低出现“掉电”鲜现象，延长了电池的使用寿命，保护了电池的充放电性能，为电力行业无人机巡视工作提供了坚强后盾。本装置无机械转动部件，结构相对简单，不存在制冷剂，对环境友好，能够直接使用车载USB结构进行供电，在电力行业机巡工作中使用便利，具有很好的研究价值和推广空间。
参考文献
[1]邢志刚,万宏宇.多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用[J].黑龙江科学,2020,11(24):116-117.
[2]罗玲,宋文吉,林仕立,吕杰,陈永珍,冯自平.工作温度对磷酸铁锂电池SOC影响及研究进展[J].新能源进展,2015,3(01):59-69.