CN105337371A - 一种航空蓄电池智能充放电系统 - Google Patents

Abstract

一种航空蓄电池智能充放电系统，包括充放电机和充放电平台；所述充放电机包含主显控单元，多个充放电单元和接口单元，所述充放电平台包含多个分显单元、多个航空蓄电池和条码枪；所述主显控单元分别与多个充放电单元、多个分显单元和条码枪连接，所述多个充放电单元的每一个通过接口单元转接后连接对应的蓄电池接线端，所述多个分显单元的每一个连接对应蓄电池的单体电池接线端。本发明可在线自动监测单体电池，蓄电池智能化充放电，全程无需人工干预。

Description

一种航空蓄电池智能充放电系统

技术领域

本发明涉及一种航空蓄电池智能充放电系统。

背景技术

航空蓄电池通常由多节单体电池串联而成，在充放电过程中需实时对其总电压、总电流、单体电池电压、电池温度等参数进行监测与记录。传统的航空蓄电池充放电方法，通常只监测总电压、总电流，智能化程度低。主要不足包括：单体电池电压、电池温度等参数需要人工测量，极大地增加了充放电的劳动强度，由于人工测量的次数有限，降低了参数检测的实时性；单体电池电压差别较大时，电压均衡需由人工完成，效率低、效果差；通常充放电机与航空蓄电池置于不同房间，电池监视与充放电机操作需来回奔走，极不方便；充放电机记录的信息内容少，对蓄电池缺乏个体识别，无连续性记录。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供一种航空蓄电池智能充放电系统，可在线自动监测单体电池，蓄电池智能化充放电，全程无需人工干预。

为实现上述目的，本发明一种航空蓄电池智能充放电系统，包括充放电机和充放电平台；所述充放电机包含主显控单元、多个充放电单元和接口单元，所述充放电平台包含多个分显单元、多个航空蓄电池和条码枪；所述主显控单元分别与多个充放电单元、多个分显单元和条码枪连接，所述多个充放电单元的每一个通过接口单元转接后连接对应的蓄电池接线端，所述多个分显单元的每一个连接对应蓄电池的单体电池接线端；所述充放电单元包含控制模块、充电模块和放电模块，所述控制模块与主显控单元相连，上传充放电数据至主显控单元，接收主显控单元发来的控制指令，该控制模块分别与充电模块和放电模块连接，控制充电模块和放电模块对蓄电池进行充电和放电；所述分显单元包含分显控模块和检测与均衡模块，所述分显控模块与主显控单元相连，上传显示控制信号至主显控单元，接收来自主显控单元的显示控制信号，所述检测与均衡模块与主显控单元相连，上传检测均衡数据，接收主显控单元发来的控制指令，该检测与均衡模块连接蓄电池的单体电池接线端。

在一种实施方式中，所述条码枪通过USB接口或串口通信与主显控单元相连，所述充放电单元的控制模块通过串口通信与主显控单元相连，所述分显单元的分显控模块通过串口通信与主显控单元相连，所述分显单元的检测与均衡模块通过串口通信与主显控单元相连。

在一种实施方式中，所述分显单元的检测与均衡模块包括MCU微处理器，单体电池电压监测电路和单体电池均衡电路；单体电池电压监测电路包含单体电池电压采集电路和数据传输电路，航空蓄电池的多个串联连接的单体电池，每一个单体电池电压，通过单体电池电压采集电路采样并转换成数字信号后，经数据传输电路传输给MCU微处理器；或者，航空蓄电池的多个串联连接的单体电池，每一个单体电池电压，以及第一个单体电池的正端和最后一个单体电池的负端引出的蓄电池总电压，通过单体电池电压采集电路采样并转换成数字信号后，经数据传输电路传输给MCU微处理器；单体电池均衡电路包含电子开关和放电电阻，航空蓄电池的每一个单体电池，并联连接串联连接后的电子开关和放电电阻；MCU微处理器根据输入的单体电池电压采样数字信号并进行处理，输出控制信号至该单体电池均衡电路的电子开关，控制该电子开关的通断，当电子开关导通，单体电池放电均衡，当电子开关断开，单体电池停止均衡；所述MCU微处理器与主显控单元相连，该MCU微处理器优选串口通信与主显控单元相连。在一种优选实施方式中，所述数据传输电路包含isoSPI总线和通讯协议转换芯片，所述单体电池电压采集电路输出的数字信号，经isoSPI通讯，传输至通讯协议转换芯片转换成SPI通讯，输入MCU微处理器。所述单体电池电压采集电路采用专用单体电池ADC模数转换芯片。所述单体电池均衡电路还可包含驱动电路，所述MCU微处理器输出的控制信号，经驱动电路至电子开关。所述驱动电路优选三极管，所述电子开关优选继电器。

所述分显单元的检测与均衡模块还可包括温度感应电路，该温度感应电路的温度探头设于蓄电池，该温度感应电路输出的温度感应数字信号输入MCU微处理器处理并上传。

本发明由于设计了分显单元，实现了自动实时检测/记录单体电池状况功能，提高了蓄电池的检测效率、实时性和准确性；分显单元包含了检测与均衡模块，对蓄电池的单体电池电压进行自动均衡，消除了单体电池的劣化现象，优化了蓄电池的充放电效率，提升了蓄电池状态完好率；本发明还设有条码枪，进行条码识别，故主显控单元具有对不同型号蓄电池的识别能力，并根据蓄电池的型号，自动设置最优充放电参数控制充放电单元完成充放电；设置了主显控单元和分显单元，通过信息交互避免了操作人员奔走于充电机房和电池房之间，提高了工作效率，避免出错；本发明充放电过程全自动完成，实时记录电池总电压、单体电池电压、蓄电池温度等诸多数据，形成电子履历书，全面建立航空蓄电池的全寿命大数据信息库。

附图说明

图1为本发明实施例的电路方框图；

图2是图1的充放电单元电路方框图；

图3是图1的分显单元电路方框图；

图4是航空蓄电池以及蓄电池连接器和单体电池连接器的外观示意图；

图5为本发明实施例的工作流程图；

图6是实施例的检测与均衡模块电路方框图；

图7是实施例的检测与均衡模块电路原理图；

图8是图7中一个单体电池的均衡电路局部放大图；

图9是自动均衡部分流程图；

图10是单体电池电压均衡前与均衡后的对比表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明一种航空蓄电池智能充放电系统包括充放电机和充放电平台。所述充放电机包含1个主显控单元，6个相同的充放电单元和1个接口单元，所述充放电平台包含6个分显单元、6个航空蓄电池和1个条码枪。所述主显控单元分别与6个充放电单元、6个分显单元和1个条码枪连接，该条码枪通过USB接口或串口通信与主显控单元相连，所述6个充放电单元的每一个通过接口单元转接后，再通过蓄电池连接器连接对应的蓄电池接线端，所述6个分显单元的每一个通过单体电池连接器连接对应蓄电池的单体电池接线端。

如图2所示，所述充放电单元包含控制模块、充电模块和放电模块，所述控制模块通过RS485串口通信与主显控单元相连，上传充放电数据至主显控单元，接收主显控单元发来的控制指令，该控制模块分别与充电模块和放电模块连接，控制充电模块和放电模块对蓄电池进行充电和放电。

如图3所示，所述分显单元包含分显控模块和检测与均衡模块，所述分显控模块通过RS485串口通信与主显控单元相连，上传显示控制信号至主显控单元，接收来自主显控单元的显示控制信号，所述检测与均衡模块通过RS485串口通信与主显控单元相连，上传检测均衡数据，接收主显控单元发来的控制指令，该检测与均衡模块通过单体电池连接器连接蓄电池的单体电池接线端。

如图4所示，本实施例的航空蓄电池由20节单体电池串联而成，图4中，A为航空蓄电池，B为蓄电池连接器，C为单体电池连接器，P为蓄电池接线端，E为单体电池。

如图6所示，所述分显单元的检测与均衡模块包括MCU微处理器，单体电池电压监测电路和单体电池均衡电路；单体电池电压监测电路包含单体电池电压采集电路和数据传输电路，航空蓄电池的每一个单体电池电压，通过单体电池电压采集电路采样并转换成数字信号后，经数据传输电路传输给MCU微处理器；单体电池均衡电路包含电子开关和放电电阻，航空蓄电池的每一个单体电池，并联连接串联连接后的电子开关和放电电阻；MCU微处理器根据输入的单体电池电压采样数字信号并进行处理，输出控制信号至该单体电池均衡电路的电子开关，控制该电子开关的通断，当电子开关导通，单体电池放电均衡，当电子开关断开，单体电池停止均衡；所述MCU微处理器通过RS485串口通信与主显控单元相连。

所述分显单元的检测与均衡模块还包括温度感应电路，该温度感应电路的温度探头可以装在单体电池连接器上，当将单体电池连接器盖在蓄电池上时，温度探头就设于蓄电池，温度感应电路输出的温度感应数字信号输入MCU微处理器处理并上传。

如图7所示，1个航空蓄电池由20个单体电池E1至E20串联而成，单体电池电压采集电路采用两块专用单体电池ADC模数转换芯片ADC1、ADC2，数据传输电路包含isoSPI总线和通讯协议转换芯片U，专用芯片ADC1、ADC2输出的数字信号，经isoSPI通讯，传输至通讯协议转换芯片U转换成SPI通讯，输入MCU微处理器。20个单体电池E1至E20，每一个单体电池电压，通过专用单体电池ADC模数转换芯片进行高精度采样，MCU微处理器通过数据传输电路读取专用芯片ADC1、ADC2的采样数据，将单体电池电压采样数据进行接收解析与判断处理；如图8所示，单体电池均衡电路包含驱动电路、电子开关和放电电阻R，驱动电路采用三极管T，电子开关采用继电器K，继电器K的常开触点串联放电电阻R，再并联在单体电池E的两端，MCU微处理器输出的控制信号，经三极管T驱动继电器K的线圈通电或断电，继而控制继电器K的常开触点闭合或断开，从而控制单体电池放电与否。如图9所示，MCU微处理器依据单体电池电压采样数据，对单体电池电压进行实时在线逻辑判断，如果监测到当前单体电池不均衡，则执行相应单体电池开始均衡的指令，如果单体电池处于均衡状态，或者单体电池已经均衡，则执行停止均衡的指令。如图8所示，开始均衡，就是控制继电器K的常开触点闭合，单体电池E通过放电电阻R放电，单体电池E电压下降。反之，停止均衡，就是控制继电器K的常开触点断开，单体电池E停止通过放电电阻R放电。

如图10所示，以1个航空蓄电池的20节单体电池为例，单体电池电压均衡前与均衡后的监测表，旨在说明均衡前与均衡后单体电池电压的均衡度。从监测表可见，均衡后，单体电池电压基本一致，达到均衡的目的。单节单体电池的检测与均衡，克服了单节单体电池劣化影响整组电池，保障了飞行安全。

本发明实施例的工作过程和原理详述如下：

如图1所示，本发明一种航空蓄电池智能充放电系统由充放电机和充放电平台组成，充放电机置于充放电机房内，充放电平台置于蓄电池房内，中间由供电线和通信线相连。

其中，充放电机包含1个主显控单元，6个相同的充放电单元和1个接口单元，充放电平台包含6个分显单元、6个航空蓄电池和1个条码枪。

主显控单元是充放电机的总人机界面部分，可以选用触控屏，由220V交流电源供电，实现对蓄电池的监测与控制。

6个相同的充放电单元是充放电机的核心部分，由220V交流电源供电，每一个充放电单元通过接口单元转接后，经蓄电池连接器连接对应的蓄电池接线端，实现对蓄电池的充放电，该充放电单元通过RS485串口通信与主显控单元相连，上传充放电单元数据，接受主显控单元指令。

6个相同的充放电单元可同时对6块航空蓄电池分别充/放电。充放电单元内部包含充电模块和放电模块，通过控制模块接受主显控单元的指令执行充电、放电动作。主显控单元具有人机交互、设备通信及数据库的功能，可实现6个充放电单元的工作状态、电池状态、故障信息、历史信息等的显示和对充放电单元进行充放电、开关机等操作，同时与充放电平台的6个分显单元和条码枪进行通信，实现充放电机和充放电平台的信息交互。

接口单元由三相五线制380V交流动力电源供电，为系统提供各相火线与N线形成的220V交流电源，接口单元主要实现380V动力电的输入并分配220V至充放电机内的6个充放电单元，并分配220V给主显控单元，还对应分配220V给6个分显单元，接口单元将6路充放电单元的充放电输出转接至充放电平台的6个蓄电池接线端，实现与蓄电池的连接。

分显单元为充放电平台的分界面部分，由220V交流电源供电，通过单体电池连接器与蓄电池的单体电池接线端相连实现单体电池电压的检测和自动均衡功能，分显单元与充放电机的主显控单元相连实现与充放电机的信息交互和关联显控。分显单元是充放电平台重要的人机交互设备，避免了由于充放电机和航空蓄电池不在同一房间带来的操作不便。

条码枪经USB线或串口线与充放电机的主显控单元相连，条码枪是系统的识别设备，通过扫描航空蓄电池条码，可以自动查找该蓄电池的参数信息及历史充放电数据，提高系统的智能化程度，降低人工操作带来的出错风险。

充放电机的主显控单元选用触控屏，还可以手动操作，添加蓄电池型号与设置参数。

如图5所示，为本发明实施例的充放电步骤。首先接入标准三相五线380V交流电，使用时首先打开总供电开关，等待系统开机，然后打开相应的充放电单元的供电开关，把待充/放电的蓄电池置于充电位，蓄电池连接器插入蓄电池插座，以接好蓄电池的接线端，盖好单体电池连接器，接好蓄电池的单体电池接线端。用条码枪扫描待充电蓄电池的条码，再扫描该蓄电池所在充电端口的条码，由于扫描数据由主显控单元接收，主显控单元再将数据同步至分显单元的分显控模块，故扫描后可以查看对应的分显信息，此时分显单元会显示出待充电蓄电池的型号、条码编号、单体电池电压、充电端口等，确认端口和蓄电池参数是否正确，确认方法为查看蓄电池铭牌和端口上面的文字，与显示数值对照，若读取后显示的信息和实际不符，则需检查条码是否清晰、蓄电池连接器是否插好，单体电池连接器是否盖好，也即蓄电池的接线端是否接好，蓄电池的单体电池接线端是否接好。准备就绪后，即可开始充、放电操作。工作模式有三种可选，分别是快速充电、常规充电和放电。快速充电和常规充电的过程相同，不同点在于快速充电加入了负脉冲充电模式，因此其充电时间可大幅缩短，减少电池液体气泡的产生。充电过程均以恒流充电开始，此时充放电单元的充电模块开始工作，并根据快速充电和常规充电模式、电池参数信息自动确定充电电流，人工确认后即开始充电。充电过程中，分显单元的检测与均衡模块实时检测单体电池电压，若最大和最小单体电池电压压差超出预设差值，则单体电池均衡电路启动，自动使其趋于均衡。充电过程会实时检测电流、电压、电量等信息，实时显示并记录。根据实时获得的各个参数综合判断，当达到一定条件后会转入恒压充电阶段。系统会根据充电参数、电池电量、充电时间等信息判断充电是否完成，完成后会自动记录充电参数、形成曲线和报表。放电过程与充电过程类似，此时充放电单元的放电模块开始工作，并根据电池参数信息自动确定放电电流，人工确认后即开始放电。单体电池电压监测电路实时检测单体电池电压，若最大和最小单体电池电压压差超出预设差值，则单体电池均衡电路启动，自动使其趋于均衡。放电过程会实时检测电流、电压、电量等信息，实时显示并记录。系统会根据放电参数、电池电量、放电电时间等信息判断放电是否完成，完成后会自动记录放电参数、形成曲线和报表。

工作模式除了常规充电模式，还具有快速充电模式，快速充电模式加入了负脉冲充电模式，采用专用负脉冲算法，通过系统高精度检测，通过对电压、电流和温度的综合计算自动控制负脉冲的时间宽度，达到最佳充电。最优放电负脉冲的算法，细化电解液晶体结构，在日常补充充电时有消除解镍镉电池的记忆效应。

充放电机的主显控单元还可以设有打印接口，通过打印机对数据信息进行打印。

Claims (9)

1.一种航空蓄电池智能充放电系统，其特征在于：包括充放电机和充放电平台；

所述充放电机包含主显控单元、多个充放电单元和接口单元，所述充放电平台包含多个分显单元、多个航空蓄电池和条码枪；

所述主显控单元分别与多个充放电单元、多个分显单元和条码枪连接，所述多个充放电单元的每一个通过接口单元转接后连接对应的蓄电池接线端，所述多个分显单元的每一个连接对应蓄电池的单体电池接线端；

所述充放电单元包含控制模块、充电模块和放电模块，所述控制模块与主显控单元相连，上传充放电数据至主显控单元，接收主显控单元发来的控制指令，该控制模块分别与充电模块和放电模块连接，控制充电模块和放电模块对蓄电池进行充电和放电；

所述分显单元包含分显控模块和检测与均衡模块，所述分显控模块与主显控单元相连，上传显示控制信号至主显控单元，接收来自主显控单元的显示控制信号，所述检测与均衡模块与主显控单元相连，上传检测均衡数据，接收主显控单元发来的控制指令，该检测与均衡模块连接蓄电池的单体电池接线端。

2.根据权利要求1所述的航空蓄电池智能充放电系统，其特征在于，所述条码枪通过USB接口或串口通信与主显控单元相连，所述充放电单元的控制模块通过串口通信与主显控单元相连，所述分显单元的分显控模块通过串口通信与主显控单元相连，所述分显单元的检测与均衡模块通过串口通信与主显控单元相连。

3.根据权利要求1所述的航空蓄电池智能充放电系统，其特征在于，所述分显单元的检测与均衡模块包括MCU微处理器，单体电池电压监测电路和单体电池均衡电路；

单体电池电压监测电路包含单体电池电压采集电路和数据传输电路，航空蓄电池的多个串联连接的单体电池，每一个单体电池电压，通过单体电池电压采集电路采样并转换成数字信号后，经数据传输电路传输给MCU微处理器；或者，航空蓄电池的多个串联连接的单体电池，每一个单体电池电压，以及第一个单体电池的正端和最后一个单体电池的负端引出的蓄电池总电压，通过单体电池电压采集电路采样并转换成数字信号后，经数据传输电路传输给MCU微处理器；

单体电池均衡电路包含电子开关和放电电阻，航空蓄电池的每一个单体电池，并联连接串联连接后的电子开关和放电电阻；

MCU微处理器根据输入的单体电池电压采样数字信号并进行处理，输出控制信号至该单体电池均衡电路的电子开关，控制该电子开关的通断，当电子开关导通，单体电池放电均衡，当电子开关断开，单体电池停止均衡；

所述MCU微处理器与主显控单元相连。

4.根据权利要求3所述的航空蓄电池智能充放电系统，其特征在于，所述MCU微处理器通过串口通信与主显控单元相连。

5.根据权利要求3所述的航空蓄电池智能充放电系统，其特征在于，所述数据传输电路包含isoSPI总线和通讯协议转换芯片，所述单体电池电压采集电路输出的数字信号，经isoSPI通讯，传输至通讯协议转换芯片转换成SPI通讯，输入MCU微处理器。

6.根据权利要求3所述的航空蓄电池智能充放电系统，其特征在于，所述单体电池电压采集电路采用专用单体电池ADC模数转换芯片。

7.根据权利要求3所述的航空蓄电池智能充放电系统，其特征在于，所述单体电池均衡电路还包含驱动电路，所述MCU微处理器输出的控制信号，经驱动电路至电子开关。

8.根据权利要求7所述的航空蓄电池智能充放电系统，其特征在于，所述驱动电路采用三极管，所述电子开关采用继电器。

9.根据权利要求3所述的航空蓄电池智能充放电系统，其特征在于，所述分显单元的检测与均衡模块还包括温度感应电路，该温度感应电路的温度探头设于蓄电池，该温度感应电路输出的温度感应数字信号输入MCU微处理器处理并上传。