CN102761162B - 机载混合电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电源系统，其公开了一种既可以满足高容量、长续航时间、还能减少占用空间和重量的整合了锂离子电池组和镉镍电池组的机载混合电源系统。该系统包括镉镍电池组、锂离子电池组、浮充电智能保护板、供电插座、充电维护插座、电子转接板；所述镉镍电池组连接供电插座及电子转接板；所述锂离子电池组通过浮充电智能保护板连接供电插座和电子转接板；所述电子转接板连接供电插座；所述充电维护插座连接镉镍电池组和锂离子电池组。本发明适用于无人直升机或小型侦察机等飞行器上。

Description

机载混合电源系统

技术领域

本发明涉及电源系统，具体的说，是涉及一种由锂离子电池组和镉镍电池组组成的机载混合电源系统。

背景技术

锂离子蓄电池是一种新型高能电池，具有比能量大、工作电压高、循环寿命长、自放电小等特点，但是锂离子电池的大电流充放电性能比较差，不能单独适用于需要高功率输入的设备；相比之下，镍镉电池可大电流快速充电，又可快速放电为负载提供大电流，而且放电时电压变化很小，适用于发动机等需要高功率输入的设备上，但镉镍电池的容量低，自放电强烈，且存在严重的记忆效应。

在传统技术中，锂离子电池组和镉镍电池组使用都是分开的：镉镍电池组多用于发动机的启动，锂离子电池组则多用于通信系统等不需要大电流的负载供电。如果将锂离子电池组和镉镍电池组应用于无人直升机等飞行器上的应急电源，而分开使用的话不仅体积大，占用空间多，而且增加了产品的重量，这就增加了整机不必要的负担。

特别是随着现代新型无人直升机的研制成功，为实现移动性高、敏捷性强等战略目的，要求其配套的直流电源系统必须具备工作功率高、体积小、重量轻、可利用28V直流电作为充电电源及智能化管理等特性。因此，很有必要提出一种新型的机载混合电源系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种既可以满足高容量、长续航时间、还能减少占用空间和重量的整合了锂离子电池组和镉镍电池组的机载混合电源系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

机载混合电源系统，包括镉镍电池组、锂离子电池组、浮充电智能保护板、供电插座、充电插座、电子转接板；所述镉镍电池组连接供电插座及电子转接板；所述锂离子电池组通过浮充电智能保护板连接供电插座和电子转接板；所述电子转接板连接供电插座；所述充电插座连接镉镍电池组和锂离子电池组。

进一步，该系统还包括升压板，镉镍电池组通过所述升压板连接电子转接板。

进一步，所述镉镍电池组采用10只镉镍圆柱单体电池串联，装配温度传感器后再装入由ABS加工而成的护圈、护圈盖而组成。

进一步，所述锂离子电池组采用6只锂离子单体电池串联，装入由ABS加工而成的壳体中组成，所述每只锂离子单体电池由两只锂离子电芯并联形成。

进一步，所述浮充电智能保护板具有28V恒压浮充电功能，用于对锂离子电池组进行管理控制。

具体的，所述对锂离子电池组进行管理控制包括：独立监测每只锂离子单体电池的电压、电量状况，比较锂离子单体电池之间的电压差，对锂离子单体电池进行电压均衡，并对锂离子电池组进行40A过流保护、25.7V过压保护、总电压低于15V时的欠压保护。

进一步，所述升压板用于将镉镍电池组的电压升压至24.5V，通过电子转接板向负载输出。

进一步，所述电子转接板用于对镉镍电池组和锂离子电池组在不同输出电流下进行转接控制，在需要输出电流小于10A时，仅通过锂离子电池组对外输出，在需要输出电流大于或等于10A时，由镉镍电池组和锂离子电池组共同对外输出。

进一步，所述镉镍电池组可直接采用13-16V电压进行浮充电。

本发明的有益效果是：将镉镍电池组和锂离子电池组结合在一起，减小两者分开使用而占用的空间，且充分利用各自的优势，可实现大功率、大电流输出，又可以满足高容量、长续航时间的要求；该混合电源系统有两种电体制输出，其中镉镍电池组在单独工作时，以12V为标称电压，最大放电电流可达52A；锂离子电池组在单独工作时，以24V为标称电压，最大放电电流为30A；也可同时向同一负载供电，通过电子转接板实现电池组在不同工作电流下；两种电池组同时放电时比能量达到360Wh/kg以上，并且快速充电性能好，实现了使用28V直流电直接充电的功能，具备过压、欠压、短路，过流等保护措施，适用于无人直升机、小型侦察机或其它小型飞行器上。

附图说明

图1为实施例中的锂离子电池组示意图；

图2为实施例中的镉镍电池组示意图；

图3为实施例中的锂离子电池组和镉镍电池组组合后的示意图；

图4为实施例中的混合电源系统原理框图；

图中，1为锂离子电芯，2为跨接板，3为ABS外壳，4为护圈盖，6为护圈，7为锂离子电池组，8为组合外壳，9为供电插座，10为充电插座，11为镉镍电池组，12为浮充电智能保护板，13为电子转接板，14为升压板。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。

参见图4，本例中的混合电源系统包括：镉镍电池组、锂离子电池组、浮充电智能保护板、供电插座、充电插座、电子转接板、升压板；所述镉镍电池组连接供电插座，并通过升压板连接电子转接板；所述锂离子电池组通过浮充电智能保护板连接供电插座和电子转接板；所述充电插座连接镉镍电池组和锂离子电池组。

其中，锂离子电池组采用6只锂离子单体电池串联，装入由ABS加工而成的壳体中组成，每只锂离子单体电池由两只锂离子电芯并联形成，其制备过程如下：首先对锂离子电芯1从容量、内阻、荷电保持能力、高功率输出性能四个电参数进行配对，再将锂离子电芯1极耳打孔后，用螺钉、垫圈将两只锂离子电芯1并联紧固于跨接板2上形成单体电池，再通过跨接板2将各单体电池串联起来，并在每个单体电池及总输出端引出导线，得到需要的锂离子电池组7，然后将锂离子电池组7装入ABS壳体3中，锂离子电池组的示意图如图1所示；

由于锂离子电池组不能直接进行浮充电，本发明中还为锂离子电池组专门设计了浮充电智能保护板12，该智能保护板12以微处理器为核心，可接收各个锂单体电池传送的过压、欠压、不平衡信号，对信号进行处理并通过保护板的各电路模块对锂离子电池组和单体电池实施管理和控制，智能保护板12含有电源调压模块、控制模块，监控模块，平衡模块组装于同一块印制板上。其中，（1）电源调压模块以隔离型DC-DC变换器为功率转换主体，外围以集成运放为核心设计成反馈调节电路，实现充电装置恒流限压控制；（2）监控模块以微处理器为载体，内装嵌入式软件，通过检测电路监测锂电池单体的电压、充电装置的充电电流，实现自动控制充电；（3）每只单体锂离子电池设计有平衡电路，当电压超过4.275V自动启动平衡电路，以200mA电流进行放电，直到电压跌落至4.15V停止，维持锂电池单体一致性。

镉镍电池组11采用十只镉镍圆柱电池串联而成，而由于镉镍电池具有放电大的特性，我们还安装了一只高灵敏度的温度传感器对温度进行实时检测，以防止电池组在使用过程中因温度过高而损坏；如图2所示，将镉镍电池组11装入由ABS加工而成的护圈6中，并盖上护圈盖4进行封装。

如图3所示，将镉镍电池组11和锂离子电池组7共同组装在一个组合外壳8内，共用一个供电插座9和充电插座10，可以通过供电插座9向飞机供电，通过充电插座10由专用充电机进行地面充电维护。

特别要提到的是：本发明在设计中采用了电子转接板13对锂离子电池组7和镉镍电池组11在不同输出电流下进行转接控制，在电流值小于10A时，通过锂电池组7输出功率，电流值＞或=10A时，电子转接板将输出转向镉镍电池组11，由镉镍电池组11、锂电池组7共同输出功率，此时锂离子电池组7供电上限为8A。

在充电方式上，本发明中的镉镍电池组11可直接采用13-16V电压进行浮充电，锂离子电池组11可采用28V直流电在浮充电智能保护板的控制下以2A恒流充电，当锂离子电池组11的总压达到25.2V后，再以25.2V电压恒压充电。

在放电输出方式上，本发明中的镉镍电池组11主要对起动负载进行供电：锂离子电池组7主要对整机通讯系统进行供电，必要情况下，两者也可以同时向同一负载进行供电，该功能由电子转接板13来实现。

本发明中的镉镍电池组11在单独工作时，以12V为标称电压，最大放电电流可达52A；锂离子电池组7在单独工作时，以24V为标称电压，最大放电电流为30A；当两种电池组同时放电时比能量达到360Wh/kg以上，并且快速充电性能好，实现了使用28V直流电直接充电的功能，具备过压、欠压、短路，过流等保护措施，满足无人直升机或小型侦察机等飞行器的实用性要求。

当然，为了实现满足更大功率输出的需求，还可以为镉镍电池组11设计一个升压板14，将镉镍电池组的电压提升至24.5V再通过电子转接板13向负载输出。

综上，本发明中的混合电源系统将镉镍电池组和锂离子电池组结合在一起，有效地分配镉镍电池组和锂电池组的权重比例，能够5C大电流输出，1C电流放电续航时间长，既满足了使用的功率要求，也满足了容量要求，有效地减小了产品的体积和重量。

Claims (7)

1.机载混合电源系统，其特征在于，包括镉镍电池组、锂离子电池组、浮充电智能保护板、供电插座、充电插座、电子转接板及升压板；所述镉镍电池组连接供电插座；所述镉镍电池组通过升压板连接电子转接板；所述锂离子电池组通过浮充电智能保护板连接供电插座和电子转接板；所述电子转接板连接供电插座；所述充电插座连接镉镍电池组和锂离子电池组；所述电子转接板用于对镉镍电池组和锂离子电池组在不同输出电流下进行转接控制，在需要输出电流小于10A时，仅通过锂离子电池组对外输出，在需要输出电流大于或等于10A时，由镉镍电池组和锂离子电池组共同对外输出。

2.如权利要求1所述的机载混合电源系统，其特征在于，所述升压板用于将镉镍电池组的电压升压至24.5V，通过电子转接板向负载输出。

3.如权利要求1所述的机载混合电源系统，其特征在于，所述镉镍电池组采用10只镉镍圆柱单体电池串联，装配温度传感器后再装入由ABS加工而成的护圈、护圈盖而组成。

4.如权利要求1所述的机载混合电源系统，其特征在于，所述锂离子电池组采用6只锂离子单体电池串联，装入由ABS加工而成的壳体中组成，所述每只锂离子单体电池由两只锂离子电芯并联形成。

5.如权利要求1所述的机载混合电源系统，其特征在于，所述浮充电智能保护板具有28V恒压浮充电功能，用于对锂离子电池组进行管理控制。

6.如权利要求5所述的机载混合电源系统，其特征在于，所述对锂离子电池组进行管理控制包括：独立监测每只锂离子单体电池的电压、电量状况，比较锂离子单体电池之间的电压差，对锂离子单体电池进行电压均衡，并对锂离子电池组进行40A过流保护、25.7V过压保护、总电压低于15V时的欠压保护。

7.如权利要求1-6任意一项所述的机载混合电源系统，其特征在于，所述镉镍电池组可直接采用13-16V电压进行浮充电。