轻型电动载人飞行器的制作方法

1.本技术涉及电动载人飞行器领域，特别是涉及一种轻型电动载人飞行器。


背景技术：

2.电池能源系统是电动载人飞行器的能源供给，和载人飞行器的重量一起决定了载人飞行器的航程与航时，同时，电池能源系统也是影响飞行器安全性能的关键因素。基于载人飞行器的工作要求，电动飞行器的电池系统还需要具备持续高倍率的放电能力，这给电池系统带来很大的温升。因此，在载人飞行器的设计过程中，整机轻量化和电池系统的热管理一直是关注的重点，并且，电池模块的冗余备份设计也是保障飞行器能源安全的关键。
3.传统的电池系统通常都有具备较强力学性能的独立结构保护外壳，这可以为电池系统的装配、维护、防护带来便利。但对于飞行器整机来说，电池系统的独立结构外壳与飞行器的机体结构存在冗余设计的问题。当前商业化的电池技术尚未出现重大突破，电池单体的能量密度很难得到大幅提升。因此，结构件的冗余影响了飞行器电池系统高能量密度和高功率密度的性能要求。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种能够将电池结构件、散热系统与飞机机身结构进行融合设计的轻型电动载人飞行器。
5.一种轻型电动载人飞行器，包括飞行主体、散热机构、电池机构以及升力机构，所述飞行主体上形成有座舱和电池舱，且沿竖直方向，所述电池舱位于所述座舱的上方；所述散热机构安装于所述电池舱内，所述电池机构收容于所述电池舱内，且安装于所述散热机构上，所述升力机构安装于所述飞行主体上并位于所述电池舱处，且所述升力机构与所述电池机构连接。
6.可以理解的是，一般的电动载人飞行器设计中，电池机构具有独立于飞行主体的结构外壳，而在本技术的设计中，由飞行主体直接形成座舱和电池舱，散热机构安装于电池舱内，电池机构收容于电池舱内，且安装于散热机构上，如此，电池舱对电池机构起到结构外壳的作用，且电池舱由飞行主体直接形成，电池机构的结构外壳又是飞行主体的一部分，从而实现了电池机构和飞行主体的融合设计，有效减轻了电动载人飞行器的重量；同时，散热机构既对电池机构进行散热，又对电池机构起到支撑的作用，因此无需在电池机构的底部设置支撑件，在保证散热的情况下进一步减轻了电动载人飞行器的重量。
7.在其中一个实施例中，所述升力机构与所述电池机构位于同一水平面。
8.可以理解的是，升力机构与电池机构位于同一水平面上，可以使得升力机构与电池舱能够直接连接，即电池舱直接承受升力机构传递来的载荷，该设计无需添加额外的转接件，额外的转接件会降低电动载人飞行器的可靠性。
9.在其中一个实施例中，所述飞行主体包括承载体以及安装体，所述安装体与所述承载体固定连接；其中，所述座舱形成于所述承载体，所述电池舱形成于所述安装体上，且
所述升力机构安装于所述安装体。
10.可以理解的是，将安装体与承载体进行固定连接，可以增强飞行主体的牢固程度，提高飞行主体承受作用力的能力，以此避免因升力机构等机构所产生的拉升力致使飞行主体出现过大形变或者振动乃至结构疲劳，有利于增强电动载人飞行器的安全性。
11.在其中一个实施例中，所述安装体包括主舱体、舱盖，所述主舱体通过一体成型加工，且与所述承载体固定连接；所述舱盖设于所述主舱体上，以与所述主舱体之间围成所述电池舱。
12.在其中一个实施例中，所述电池机构包括至少两组电池模块，至少两组所述电池模块之间并联且互相独立运行，并互为安全冗余。
13.可以理解的是，通过设置至少两组的电池模块，且至少两组的电池模块之间并联且互相独立运行，当出现某一组电池模块故障的情况，剩余的电池模块可继续为电动载人飞行器提供能源供应，增强了电动载人飞行器的安全性。
14.在其中一个实施例中，所述电池机构还包括高压电气模块，所述高压电气模块的数量与所述电池模块一一相对应，且安装于所述电池舱内，用以保护对应的所述电池模块。
15.可以理解的是，通过设置高压电气模块，且高压电气模块与电池模块一一相对应，可对各个电池模块进行有效的控制和保护。
16.在其中一个实施例中，所述高压电气模块包括电池模块控制保护电路、高压充放电电路、高压配电保护电路以及高压充电接口；所述电池模块控制保护电路用以对所述电池模块进行充放电控制和保护，所述电池模块通过所述高压充放电电路进行充电和放电，所述高压配电保护电路用以对所述电池模块进行电能分配、过流/短路保护，所述高压充电接口用以对电池模块进行充电。
17.可以理解的是，电池模块控制保护电路可以控制电池模块的开关，及在电池模块充放电时对电池模块进行保护；高压充放电电路实现电池模块和电源的连接或者电池模块和升力机构的连接；高压配电保护电路可以根据电动载人飞行器的动力需求对电池模块进行电能分配，此外，电池模块为升力机构提供动力时可能会出现过流/短路的情况，此时高压配电保护电路会断开升力机构和电池模块之间的电路来保护电池模块。
18.在其中一个实施例中，所述电池机构还包括电池管理模块，所述电池管理模块的数量与所述电池模块一一相对应，且安装于所述电池舱内，用以管理所述电池模块的状态信息。
19.可以理解的是，通过设置电池管理模块，且电池管理模块的数量与电池模块一一相对应，可以采集各个电池模块的状态信息，实时对各个电池模块的运行情况进行监控和管理，有利于高效利用电池模块中的能量。
20.在其中一个实施例中，所述电池管理模块包括电池信息采集单元、电池模块控制单元以及通信单元，所述电池信息采集单元用以采集所述电池模块的状态信息，所述电池模块控制单元用以控制所述电池模块独立运行，所述通信单元用以上传所述电池模块的状态信息。
21.可以理解的是，电池信息采集单元可以采集电池模块的状态信息，用以对电池模块的运行情况进行分析和控制，电池模块控制单元可以控制对应电池模块的开关，通信单元是电池管理系统对外信息接口，可以起到上传电池状态信息的作用，根据电池状态信息
可以高效利用电池模块中的能量。
22.在其中一个实施例中，所述散热机构包括铝板以及风扇，所述电池模块通过导热胶安装于所述铝板，所述风扇安装于所述飞行主体并位于所述电池舱处，用以促使所述电池舱内空气的流动。
23.可以理解的是，电池模块通过导热胶安装于所述铝板上，电池模块产生的热量直接传递到铝板上，风扇促使所述电池舱内空气的流动，带走铝板散发出的热量，由此实现对电池模块的散热，防止电池模块本体的温度过高。
24.与现有技术相比，本技术设计的飞行主体直接形成座舱和电池舱，散热机构安装于电池舱内，电池机构收容于电池舱内，且安装于散热机构上，如此，电池舱对电池机构起到结构外壳的作用，且电池舱由飞行主体直接形成，电池机构的结构外壳又是飞行主体的一部分，从而实现了电池机构和飞行主体的融合设计，有效减轻了电动载人飞行器的重量；同时，散热机构既对电池机构进行散热，又对电池机构起到支撑的作用，因此无需在电池机构的底部设置支撑件，在保证散热的情况下进一步减轻了电动载人飞行器的重量，从而实现电动载人飞行器的轻量化设计。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本技术提供的轻型电动载人飞行器结构示意图。
27.图2为本技术提供的电池舱结构示意图(去舱盖)。
28.图3为本技术提供的电池舱的俯视爆炸图。
29.图4为本技术提供的轻型电动载人飞行器的电路图。
30.附图标记：100、电动载人飞行器；10、飞行主体；11、座舱；12、电池舱；13、承载体；14、安装体；15、起落架；141、主舱体；142、舱盖；143、侧舱盖；20、散热机构；21、铝板；22、风扇；23、辅助安装件；30、电池机构；31、电池模块；32、高压电气模块；321、电池模块控制保护电路；322、高压充放电电路；323、高压配电保护电路；324、高压充电接口；33、电池管理模块；331、电池信息采集单元；332、电池模块控制单元；333、通信单元；34、安装支架；40、升力机构；41、双螺旋桨旋翼。
具体实施方式
31.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
32.需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本技术的说明书所使用的术语“垂
直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
33.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
34.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
35.除非另有定义，本技术的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本技术的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
36.如图1和图2所示，本技术提供了一种轻型电动载人飞行器100，轻型电动载人飞行器100主要用于载人飞行。
37.具体地，轻型电动载人飞行器100包括飞行主体10、散热机构20、电池机构30以及升力机构40。飞行主体10上形成有座舱11和电池舱12，且沿竖直方向，电池舱12位于座舱11的上方。散热机构20安装于电池舱12内，电池机构30收容于电池舱12内，且安装于散热机构20上。升力机构40安装于飞行主体10上并位于电池舱12处，且升力机构40与电池机构30连接。需要解释的是，现有电动载人飞行器，其电池机构具有独立于飞行主体的结构外壳，也即电池机构的外壳与飞行主体是完全独立的。而在本技术中，由飞行主体10直接形成座舱11和电池舱12，散热机构20安装于电池舱12内，电池机构30收容于电池舱12内，且安装于散热机构20上。如此，电池舱12相对电池机构30来说起到结构外壳的作用，且电池舱12由飞行主体10直接形成，电池机构30的结构外壳又是飞行主体10的一部分，从而实现了电池机构30和飞行主体10的融合设计，有效减轻了电动载人飞行器100的重量。同时，散热机构20融合在电池舱12中，既对电池机构30进行了散热，又对电池机构30起到支撑的作用，因此无需在电池机构30的底部设置支撑件，在保证散热的情况下进一步减轻了电动载人飞行器100的重量。
38.如图1所示，飞行主体10包括承载体13以及安装体14，安装体14与承载体13固定连接；其中，座舱11形成于承载体13，电池舱12形成于安装体14上，且升力机构40安装于安装体14。将安装体14与承载体13进行固定连接，可以增强飞行主体10的整体的牢固程度，提高飞行主体10的承受作用力的能力，以此避免因升力机构40等机构所产生的拉升力致使飞行主体10出现过大形变或者振动乃至结构疲劳。如此以增强电动载人飞行器100的安全性。
39.在一实施例中，飞行主体10还包括起落架15，起落架15通过连接件(图未示)与座舱11底部固定连接，当电动载人飞行器100降落后，起落架15用以支撑电动载人飞行器100的重量。
40.如图3所示，安装体14包括主舱体141及舱盖142；主舱体141通过一体成型加工，且
与承载体13固定连接；舱盖142盖设于主舱体141上，以与主舱体141之间围成电池舱12。升力机构40通过连接件(图未示)连接至主舱体141上。连接件一般采用金属件，具体金属材料可选择铝合金、钛合金等的一种，金属件在主舱体141的一体化成型加工中直接嵌套进去，这可以保证工艺一致性，并且通过设置防松结构保证结构安全；在这里，防松结构可以是垫片、自锁垫圈等件。
41.进一步地，主舱体141的主结构材料是碳纤维复合材料，并在部分区域填充轻质泡沫夹芯以提升主舱体141整体结构刚度。同时，在主舱体141的设计过程中，采用结构拓扑优化技术和结构力学cae仿真，以使主舱体141轻量化和力学性能校核，从而在重量与力学特性之间找到平衡点。舱盖142的材料与主舱体141的材料一致，也为碳纤维复合材料；同时，舱盖142与主舱体141之间通过软密封或硬密封实现两者之间的密封，从而避免水、灰尘等进入主舱体141内部，损坏其内部的电子元器件。
42.在一实施例中，舱盖142与主舱体141之间可拆卸连接，从而以便于安装散热机构20电池机构30，或在必要时对散热机构20、电池机构30进行维修。在这里，舱盖142与主舱体141之间可以通过卡扣、螺纹件等结构实现可拆卸连接。
43.如图3所示，散热机构20包括铝板21以及风扇22，电池机构30通过导热胶安装于铝板21上，如此电池机构30产生的热量直接传递到铝板21上，风扇22安装于飞行主体10并位于电池舱12处，用以促使电池舱12内空气的流动，流动的空气可以带走铝板21散发出的热量，由此实现对电池机构30的散热，防止电池机构30温度过高。在这里，铝板21带有散热翅片，如此可以大幅增加散热面积，增强散热效果。当然，散热机构20也不限于上述铝板21和风扇22的组合，其也可以设置换热系统，诸如水冷或者制冷剂冷却，从而采用换热系统来实现对电池机构30的散热。
44.作为优选地，在安装散热机构20时，可以设置辅助安装件23，辅助安装件23上有吊装口，通过吊装口可将辅助安装件23与起重设备相连。具体为，可先将散热机构20与辅助安装件23组装在一起，然后再通过吊装的方式将散热机构20放入电池舱12内。待散热机构20安装好后，辅助安装件23可根据需要保留或拆卸。
45.如图1所示，电池机构30包括至少两组电池模块31，每组电池模块31包含若干电芯，电芯之间通过串联、并联等组合方式达到电动载人飞行器100所需电压、容量等要求；至少两组电池模块31之间并联且互相独立运行，并互为安全冗余，当出现某一组电池模块31故障的情况，剩余的电池模块31可继续为电动载人飞行器100提供能源供应，保证电动载人飞行器100在应急降落安全，即增强了电动载人飞行器100的安全性。
46.进一步地，电池模块31的数量可以是2组、3组、4组或者更多。具体数量可以根据实际情况进行设置。在本技术中，电池模块31的数量为2组，此外，电池机构30上设有安装支架34，用以将电池模块31、高压电气模块32和电池管理模块33连接在一起。
47.在一实施例中，电池机构30还包括高压电气模块32，高压电气模块32的数量与电池模块31一一相对应，且安装于电池舱12内，用以保护对应的电池模块31。
48.如图4所示，高压电气模块32包括电池模块控制保护电路321、高压充放电电路322、高压配电保护电路323以及高压充电接口324；电池模块控制保护电路321主要由继电器、熔断器和分流器构成，可以控制电池模块31的开关，及在电池模块31充放电时对电池模块31进行保护；高压充放电电路322主要由金属汇流排和线缆组成，从而实现电池模块31和
电源的连接或者电池模块31和升力机构40的连接；高压配电保护电路323主要由n个保险丝模块(f1,f2
…
fn)组成，每个保险丝模块分别与一个电机m相连，n的数值由升力机构40决定，可以是4个、8个、12个等，高压配电保护电路323可以根据电动载人飞行器100的动力需求对电池模块31进行电能分配，此外，电池模块31为升力机构40提供动力时可能会出现过流/短路的情况，此时高压配电保护电路323会断开升力机构40和电池模块31之间的电路来保护电池模块31；高压充电接口324用以对电池模块31进行充电。
49.进一步地，高压充电接口324处设有侧舱盖143，侧舱盖143可与主舱体141连接，用于对高压充电接口324进行遮蔽，从而实现对高压充电接口324进行保护，避免水、灰尘等进入高压充电接口324或者从高压充电接口324进入至主舱体141内。
50.在一实施例中，电池机构30还包括电池管理模块33，电池管理模块33的数量与电池模块31一一相对应，且安装于电池舱12内，用以管理电池模块31的状态信息。电池管理模块33可以采集各个电池模块31的状态信息，实时对各个电池模块31的运行情况进行监控和管理，有利于高效利用电池模块31中的能量，此外，当某一组电池模块31发生故障或异常导致无法提供能量时，该电池模块31的电池管理模块33与剩余正常电池模块31的电池管理模块33进行通信，剩余正常电池模块31为电动载人飞行器100提供短时大功率能源支撑。
51.如图4所示，电池管理模块33包括电池信息采集单元331、电池模块控制单元332以及通信单元333，电池信息采集单元331主要由电池模拟前端芯片、热敏电阻温度传感器、高精度模拟数字转换器、非平衡桥电路等组成，可以采集电池模块31的状态信息，状态信息包括电池单体电压、电池模块电压、电池模块电流、电池温度、电池绝缘状态等，根据这些状态信息可以对电池模块31的运行情况进行分析和控制，电池模块控制单元332主要由通信控制电路、继电器驱动电路、电源电路等组成，可以控制对应电池模块31的开关，通信单元333主要是can总线，用于连接电池信息采集单元331、电池模块控制单元332以及外部飞行控制单元，是电池管理模块33对外实现电池系统内外部信息交换接口，对外可以起到上传电池状态信息的作用。
52.如图1所示，升力机构40与电池机构30位于同一水平面。升力机构40与电池机构30位于同一水平面上，可以使得升力机构40与电池舱12能够直接连接，即电池舱12直接承受升力机构40传递来的载荷，该设计无需添加额外的转接件，额外的转接件会降低电动载人飞行器100的可靠性；具体地，升力机构40由多个双螺旋桨旋翼41组成，双螺旋桨旋翼41的个数可为4个或8个；作为优选的，双螺旋桨旋翼41的个数可为8个。
53.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
54.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的专利保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种轻型电动载人飞行器，其特征在于，包括飞行主体(10)、散热机构(20)、电池机构(30)以及升力机构(40)，所述飞行主体(10)上形成有座舱(11)和电池舱(12)，且沿竖直方向，所述电池舱(12)位于所述座舱(11)的上方；所述散热机构(20)安装于所述电池舱(12)内，所述电池机构(30)收容于所述电池舱(12)内，且安装于所述散热机构(20)上，所述升力机构(40)安装于所述飞行主体(10)上并位于所述电池舱(12)处，且所述升力机构(40)与所述电池机构(30)连接。2.根据权利要求1所述的轻型电动载人飞行器，其特征在于，所述升力机构(40)与所述电池机构(30)位于同一水平面。3.根据权利要求1所述的轻型电动载人飞行器，其特征在于，所述飞行主体(10)包括承载体(13)以及安装体(14)，所述安装体(14)与所述承载体(13)固定连接；其中，所述座舱(11)形成于所述承载体(13)，所述电池舱(12)形成于所述安装体(14)上，且所述升力机构(40)安装于所述安装体(14)。4.根据权利要求3所述的轻型电动载人飞行器，其特征在于，所述安装体(14)包括主舱体(141)、舱盖(142)，所述主舱体(141)通过一体成型加工，且与所述承载体(13)固定连接；所述舱盖(142)盖设于所述主舱体(141)上，以与所述主舱体(141)之间围成所述电池舱(12)。5.根据权利要求1所述的轻型电动载人飞行器，其特征在于，所述电池机构(30)包括至少两组电池模块(31)，至少两组所述电池模块(31)之间并联且互相独立运行，并互为安全冗余。6.根据权利要求5所述的轻型电动载人飞行器，其特征在于，所述电池机构(30)还包括高压电气模块(32)，所述高压电气模块(32)的数量与所述电池模块(31)一一相对应，且安装于所述电池舱(12)内，用以保护对应的所述电池模块(31)。7.根据权利要求6所述的轻型电动载人飞行器，其特征在于，所述高压电气模块(32)包括电池模块控制保护电路(321)、高压充放电电路(322)以及高压配电保护电路(323)；所述电池模块控制保护电路(321)用以对所述电池模块(31)进行充放电控制和保护，所述电池模块(31)通过所述高压充放电电路(322)进行充电和放电，所述高压配电保护电路(323)用以对所述电池模块(31)进行电能分配、过流/短路保护。8.根据权利要求5所述的轻型电动载人飞行器，其特征在于，所述电池机构(30)还包括电池管理模块(33)，所述电池管理模块(33)的数量与所述电池模块(31)一一相对应，且安装于所述电池舱(12)内，用以管理所述电池模块(31)的状态信息。9.根据权利要求8所述的轻型电动载人飞行器，其特征在于，所述电池管理模块(33)包括电池信息采集单元(331)、电池模块控制单元(332)以及通信单元(333)，所述电池信息采集单元(331)用以采集所述电池模块(31)的状态信息，所述电池模块控制单元(332)用以控制所述电池模块(31)独立运行，所述通信单元(333)用以上传所述电池模块(31)的状态信息。10.根据权利要求5所述的轻型电动载人飞行器，其特征在于，所述散热机构(20)包括铝板(21)以及风扇(22)，所述电池模块(31)通过导热胶安装于所述铝板(21)，所述风扇(22)安装于所述飞行主体(10)并位于所述电池舱(12)处，用以促使所述电池舱(12)内空气的流动。

技术总结
本申请涉及电动载人飞行器领域，特别是涉及一种轻型电动载人飞行器。轻型电动载人飞行器包括飞行主体、散热机构、电池机构以及升力机构，飞行主体上形成有座舱和电池舱，且沿竖直方向，电池舱位于座舱的上方；散热机构安装于电池舱内，电池机构收容于电池舱内，且安装于散热机构上，升力机构安装于飞行主体上并位于电池舱处，且升力机构与电池机构连接。如此，电池舱对电池机构起到结构外壳的作用，从而实现电池机构和飞行主体的融合设计；同时，散热机构既对电池机构进行散热，又对电池机构起到支撑的作用，因此无需在电池机构的底部设置支撑件，在保证散热的情况下进一步减轻了电动载人飞行器的重量。人飞行器的重量。人飞行器的重量。


技术研发人员：蔡建东 谢安桓 朱运征 刘亚茹 朱世强
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/7/4