CN104682464A - 一种基于dsp的航空电池管理系统 - Google Patents

Abstract

一种基于DSP的航空电池管理系统，其组成包括蓄电池管理系统、电源模块、可视化模块、安全保护模块等辅助电路。充电时，在DSP控制三相固态继电器闭合后，主电路工作。三相交流电源经整流滤波、全桥逆变、高频变压及二次整流滤波后，得到高品质高质量的直流电，对蓄电池进行充电。以整流滤波、全桥逆变、高频变压、Buck-Boost电路为主功率电路，并添加有电源模块、可视化模块、安全保护模块等辅助电路。充电时，在DSP控制三相固态继电器闭合后，主电路工作，对蓄电池进行充电。放电时，DSP发出一定占空比的PWM波，对Buck-Boost电路进行控制，通过放电电阻对蓄电池进行大电流放电。工作过程中同时对三相交流电进行实时监控，如果检测到有缺相或者欠压情况出现，可以随时切断继电器开关。

Description

一种基于DSP的航空电池管理系统

技术领域

本发明涉及的是一种电池管理系统，特别涉及的是一种基于DSP的航空电池管理系统。

背景技术

航空蓄电池是飞行器中极为重要的部分，常用于飞行器发动机的启动及通信、照明。在飞行器发动机空中停转时，航空蓄电池能直接或间接的启动发动机，并在主电源非正常工作时，为飞行器的各个能源设备提供电力支持。所以航空蓄电池对飞行器的安全行驶，有着十分重要的功用。飞行器的电源系统一般为发电为主电源，蓄电池或涡轮发电机为备用电源或应急电源，在一些对体积要求较严的情况下，通常会舍弃涡轮发电机，只选航空蓄电池为应急电源。当飞机主电源不能正常工作时，航空蓄电池将成为飞行器安全落地的唯一保障。

航空蓄电池对于飞行器如此重要，然而在实际使用中，航空蓄电池的寿命往往只有其设计标准的2/3，造成这种结果的主要原因就是充电方法的不当，具体来讲，就是蓄电池的过度充电。蓄电池过充电危害甚大。众所周知，蓄电池充电本身就是放热反应，但在蓄电池过度充电时，会造成蓄电池大量氢气、氧气析出，而同时氧气又在蓄电池负极重现复合为水，此时的化学反应的发热量远远大于正常充电时的发热量。而电池过度发热，会引起充电电流的下降速率降低，促使电解水的反应加剧，情况严重时甚至会逆转正常充电时电流应逐步下降这一趋势，使得电流不降反升。而一旦充电电流反升，又增加新的发热，如此往复，就会产生热失控。热失控会导致蓄电池的电极板和壳体不断软化，热失控现象过于严重时，会造成蓄电池物理结构破裂。通过合理设置蓄电池的充电方式，可杜绝过度充电现象，减少对蓄电池的损害，有效延长蓄电池的使用年限，保持蓄电池有效使用容量，故而，研究设计一个合理的、高效的航空电池管理系统非常必要。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种针对基于烧结式镉镍航空蓄电池的电池管理系统自身独有的一些特征特别是消除镉镍蓄电池的记忆效应的航空电池管理系统。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于DSP的航空电池管理系统，其组成包括蓄电池管理系统、电源模块、可视化模块、安全保护模块等辅助电路。充电时，在DSP控制三相固态继电器闭合后，主电路工作。三相交流电源经整流滤波、全桥逆变、高频变压及二次整流滤波后，得到高品质高质量的直流电，对蓄电池进行充电。

所述的一种基于DSP的航空电池管理系统，其特征是本设计中，为使放电过程快速有效，采用Buck-Boost升压电路，对蓄电池进行变压处理后放电，这样可增大放电电流，加快放电进程，并有效避免因蓄电池电压过低使负载不能工作，使得电池放电过程意外中断的情况发生。

本发明设计的蓄电池管理系统以DSP为控制核心，以整流滤波、全桥逆变、高频变压、Buck-Boost电路为主功率电路，并添加有电源模块、可视化模块、安全保护模块等辅助电路。充电时，在DSP控制三相固态继电器闭合后，主电路工作。三相交流电源经整流滤波、全桥逆变、高频变压及二次整流滤波后，得到高品质高质量的直流电，对蓄电池进行充电。其中，DSP发出PWM波经过驱动电路的变换对全桥逆变电路中MOSFET管进行控制，进而控制逆变电路输出功率的大小。放电时，DSP发出一定占空比的PWM波，对Buck-Boost电路进行控制，通过放电电阻对蓄电池进行大电流放电。充电和放电过程中都有电流和电压信息的采集，在DSP中处理之后发送到LCD进行显示。工作过程中同时对三相交流电进行实时监控，如果检测到有缺相或者欠压情况出现，可以随时切断继电器开关。

本设计中，为使放电过程快速有效，采用Buck-Boost升压电路，对蓄电池进行变压处理后放电，这样可增大放电电流，加快放电进程，并有效避免因蓄电池电压过低使负载不能工作，使得电池放电过程意外中断的情况发生。

当电力电子器件S导通时，电池向电感L充电，充电电流基本为I1值不变，同时电容C上的电压向放电电阻供电，由于C值很大，输出电压基本保持U0不变。当S关断时，电池和电感L同时向电容C充电并向负载供能。由于电路在稳定状态工作下，电感L在一个周期中积累的能量与放出的能量值相等，得下式：

EI₁t_on=(U_o-E)I₁t_off

变换后可得：

$U_o=\frac{t_{\mathrm{off}}+t_{\mathrm{on}}}{t_{\mathrm{off}}}=\frac{T}{t_{\mathrm{off}}}E$

其中T为S的开断周期，ton和toff分别是单位周期内S开通的时间和关断的时间，E为电池供电电压。

本发明的优点：本发明设计的蓄电池充放电管理系统具有模块化、实时性、扩展性好等优点，能够在舰载航空保障系统中得到广泛应用。

附图说明

图1为本发明的系统结构原理图；

图2为整个系统的物理结构；

图3为本发明的硬件连接图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

一种基于DSP的航空电池管理系统，其组成包括蓄电池管理系统、电源模块、可视化模块、安全保护模块等辅助电路。充电时，在DSP控制三相固态继电器闭合后，主电路工作。三相交流电源经整流滤波、全桥逆变、高频变压及二次整流滤波后，得到高品质高质量的直流电，对蓄电池进行充电。

其特征是本设计中，为使放电过程快速有效，采用Buck-Boost升压电路，对蓄电池进行变压处理后放电，这样可增大放电电流，加快放电进程，并有效避免因蓄电池电压过低使负载不能工作，使得电池放电过程意外中断的情况发生。

结合图1，图1为本发明的系统结构原理图。本发明设计的蓄电池管理系统以DSP为控制核心，以整流滤波、全桥逆变、高频变压、Buck-Boost电路为主功率电路，并添加有电源模块、可视化模块、安全保护模块等辅助电路。充电时，在DSP控制三相固态继电器闭合后，主电路工作。三相交流电源经整流滤波、全桥逆变、高频变压及二次整流滤波后，得到高品质高质量的直流电，对蓄电池进行充电。其中，DSP发出PWM波经过驱动电路的变换对全桥逆变电路中MOSFET管进行控制，进而控制逆变电路输出功率的大小。放电时，DSP发出一定占空比的PWM波，对Buck-Boost电路进行控制，通过放电电阻对蓄电池进行大电流放电。充电和放电过程中都有电流和电压信息的采集，在DSP中处理之后发送到LCD进行显示。工作过程中同时对三相交流电进行实时监控，如果检测到有缺相或者欠压情况出现，可以随时切断继电器开关。

结合图2，本文设计的航空电池管理系统除了主功能电路外，还包含有许多起的辅助电路，如散热电路、缺相检测电路、警报电路等。

图2为整个系统的物理结构。正常工作时，空气开关应手动闭合，380V的三相交流电源流经保险模块后，与三相固态继电器连接。如果DSP发出控制信号，使三线固态继电器闭合，那么380V三相交流电就会流经整流桥产生直流电。DSP通过继电器控制电磁开关，而电磁开关控制着系统与电池的连接，充电或者放电过程中，电磁开关都要闭合，否则系统连接不上电池，充电和放电就无从谈起。

结合图3，在本设计中，使用的芯片多种多样，这些芯片与DSP均需要合适的供电电源，为保证电路的正常工作，在三相交流电流过空气开关后，本设计添加一交直流变压器，将380V的交流电转化为220V的直流电，然后，分别对24V、12V、5V和两个15V的电源进行供电，最终保证LCD、风扇、DSP控制板、放电板的正常工作。

Claims (2)

1.一种基于DSP的航空电池管理系统，其组成包括蓄电池管理系统、电源模块、可视化模块、安全保护模块等辅助电路。充电时，在DSP控制三相固态继电器闭合后，主电路工作。三相交流电源经整流滤波、全桥逆变、高频变压及二次整流滤波后，得到高品质高质量的直流电，对蓄电池进行充电。

2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的航空电池管理系统，其特征是本设计中，为使放电过程快速有效，采用Buck-Boost升压电路，对蓄电池进行变压处理后放电，这样可增大放电电流，加快放电进程，并有效避免因蓄电池电压过低使负载不能工作，使得电池放电过程意外中断的情况发生。