CN107565629A - 航空电池电源容错均衡管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种航空电池电源容错均衡管理系统，包括电池组、充电模块、负载、控制板、充放电选择开关。所述电池控制板上集成有电池电压检测模块、温度采集模块、SOC检测模块、触摸屏显示模块、MOSFET驱动模块、容错电路模块、电池均衡模块。该系统中电池电源模块的电池可被单独控制，这样可使得失效电池、过充过放电池被隔离，同时接入冗余电池，使系统正常工作。所述均衡模块可实现单体与电池组以及电池组与单体间的能量双向传递，提高均衡速度，减小均衡损耗。该系统可靠性较高，当电池组中单体数目增加时电路不需要较大改动，方便系统扩展。

Description

航空电池电源容错均衡管理系统

技术领域

本发明涉及一种可重构电池均衡管理系统，属于航空蓄电池管理系统领域。

背景技术

蓄电池作为飞机的辅助电源，能够用于飞机起动、飞行控制与通讯导航类机载电子设备应急供电；空间电源也多采用太阳能转换为电能存储在蓄电池中，以保证航天器用电设备的持续供电。由于串联电池组中单体电池的内部特性差异、工作环境以及使用次数的不同，导致各单体电池的工作特性不同，从而造成电池组单体间产生不一致性。因此，由于“木桶效应”及故障失效电池将导致整个电池组无法正常工作，造成电池续航能力下降，严重影响电池组整体储电能力、使用寿命以及安全性。

近年来，国内外研究热点集中在电池能量均衡管理方法上，对具有电池故障隔离功能并能接入冗余电池的容错电池组的研究比较少，而对航空电池电源容错均衡控制系统的研究就更少。本发明将能量均衡管理系统与电池容错控制系统相结合，在均衡及容错过程中对电池进行电压检测，电流检测，温度检测以及SOC检测，完善的可重构电池均衡管理系统可以提高电池组容量利用率，提升电池组使用安全性。

发明内容

本发明目的是为了弥补已有技术缺陷，即航空蓄电池电源通常有可靠性与容错要求，目前飞机蓄电池电源无故障隔离能力，采用系统冗余备份，本发明将容错重构功能与均衡管理功能相结合，提供电源容错均衡管理系统，实现系统容错功能的同时进行均衡管理，提高能量利用率。

本发明通过以下技术方案实现：

1.所述航空电池电源容错均衡管理系统由电池组、充电电路、负载、电池控制板、充放电选择开关组成，所述电池控制板集成有电池电压检测模块、温度采集模块、电流检测模块、SOC检测模块、触摸屏显示模块、MOSFET驱动模块、容错电路模块、电池均衡模块；

所述电池组由系统所需额定功率电池组与冗余备份电池组成；

所述的电池组通过充放电选择开关控制电池组与充电模块相连或与负载相连；

所述容错电路模块与电池组连接，通过电池电压检测模块、温度采集模块、电流采集模块以及SOC检测模块判断失效电池、过充电池、过放电池，隔离相应电池而不影响其他电池充放电进程，同时接入冗余电池使系统以稳定功率工作；

所述电池组每节单体电池连接一个均衡模块，根据单体电池SOC选取需要均衡的电池单体，电池组通过均衡回路实现单体与电池组以及电池组与单体间能量的双向传递；

所述的MOSFET驱动模块可以控制容错电路模块以及电池均衡模块中的开关状态；

所述的触摸屏显示模块主页可以显示失效故障电池的电池号码数、主线电流、环境温度、电池组总电压等信息，通过触屏方式选择相应电池的号码数可查看各单体电池电压、电流、温度、SOC等状态信息。

2.将容错控制系统与均衡管理系统相结合，当无失效故障电池、过充过放电池时，电池组进行能量均衡管理，改善电池组一致性；

当电池组中有失效故障电池或过充电池时通过容错电路隔离相应电池；

在电池放电时有失效故障电池，隔离相应电池，接入冗余电池，系统正常工作。

3.所述电池容错电路模块开关选择MOSFET，使得电池组在隔离电池时处于电流连续状态，与电池串联的MOSFET的漏极与电池正极相连，与电池并联的MOSFET的源极与电池负极相连。

4.所述电池均衡模块由电感、电容和MOSFET组成，当电池组中某节单体电池SOC过高时，通过控制器产生的PWM波导通与电池单体相连的MOS管，使电池单体能量储存在与电池单体相连的电感中，当MOS管关闭时，电感能量转移到与电池组相连的电容中，通过电容将能量转移到整个电池组；

当电池组中某节单体电池SOC过低时，通过控制器产生的PWM波导通与电池组相连的MOS管，使电池组能量储存在与电池组相连的电感中，电容中储存的电量转移到单体电池中，同时与单体电池相连的电感进行储能，当MOS管关闭时，与电池组相连的电感将能量转移到电容中。

5.所述电池均衡模块可实现能量的双向传递。根据单体电池SOC判断需要均衡的电池，当某节单体电池SOC过高时，采用升压模式进行单体电池与电池组的能量转移，当某节单体电池SOC过低时，采用降压模式进行电池组与单体电池的能量转移；

附图说明

图1是本发明系统结构框图；

图2是本发明系统算法流程图；

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案进行详细说明。

1.如附图1所示，可重构电池均衡管理系统，包括电池组1、充电模块2、负载3、电池可重构均衡控制模块4、充放电选择开关5，所述电池可重构均衡控制模块4上集成有电池电压检测模块6、温度检测模块7、电流检测模块8、SOC检测模块9、触摸屏显示模块10、MOSFET驱动模块11、容错电路模块12、电池均衡模块13。

所述的电池组1通过充放电选择开关5控制电池组1与充电模块2相连或与负载3相连。

所述电池组1与容错电路模块12连接，通过电池电压检测模块6、温度采集模块7、电流采集模块8以及SOC检测模块9判断失效电池和故障电池，隔离相应电池而不影响其他电池充放电进程，同时接入冗余电池使系统以稳定功率工作。

所述电池组每节单体电池连接一个均衡模块，根据单体电池SOC选取需要均衡的单体电池，电池组通过均衡回路实现单体与电池组以及电池组与单体间能量双向传递。

所述的MOSFET驱动模块可以控制容错电路模块以及电池均衡模块中的开关状态。

所述的触摸屏显示模块10与可重构电池均衡板4相连，其主页可以显示失效故障电池的电池号码数、主线电流、环境温度、电池组总电压等信息，通过触屏方式选择相应电池的号码数可查看各单体电池电压、电流、温度、SOC等状态信息；

2.将容错控制系统与均衡管理系统相结合，首先检测电池组中有无失效，故障电池，若有失效及故障电池则隔离相应电池，接入冗余电池，其余电池进行均衡管理。

3.根据单体电池SOC判断需要均衡的电池，当某节单体电池SOC过高时，采用升压模式进行单体电池与电池组能量转移，当某节单体电池SOC过低时，采用降压模式进行电池组与单体电池的能量转移。

4.电池均衡模块由电感、电容和MOSFET组成，当电池组中某节单体电池SOC过高时，通过控制器产生的PWM波导通与电池单体相连的MOS管，使电池单体能量储存在与电池单体相连的电感中，当MOS管关闭时，电感能量转移到与电池组相连的电容中，通过电容将能量转移到整个电池组。

当电池组中某节单体电池SOC过低时，通过控制器产生的PWM波导通与电池组相连的MOS管，使电池组能量储存在与电池组相连的电感中，电容中储存的电量转移到单体电池中，同时与单体电池相连的电感进行储能，当MOS管关闭时，与电池组相连的电感将能量转移到电容中。

通过升压模式进行电池单体到电池组的能量均衡，通过降压模式进行电池组到电池单体的能量均衡，实现能量的双向传递。

5.隔离失效电池时，先断开与失效电池串联的MOSFET，再闭合与失效电池并联的MOSFET。与电池串联的MOSFET的漏极与电池正极相连，与电池并联的MOSFET的源极与电池负极相连，使得电池组在隔离电池时处于电流连续状态。

6.如附图2所示，首先检测每节单体电池的电压、电流、温度和SOC，判断是否有失效电池和故障电池，若有失效故障电池时，启动可重构模块，隔离相应失效故障电池，判断是否有达到充电截止电压电池以及放电截止电压电池，若有则隔离相应电池并接入冗余电池，电池组重新采集电压、电流、温度和SOC数据；若没有失效故障电池以及过充过放电池，则系统判断电池组是否需要均衡，若需要均衡则启动均衡模块，实现电池均衡，若不需要均衡，则将采集到的电池信息到主控制板，主控制板将采集到的信息通过触摸显示模块显示出来。

Claims (5)

1.航空电池电源容错均衡管理系统，其特征在于，包括：

电池组、充电电路、负载、电池控制板、充放电选择开关，所述电池控制板集成有电池电压检测模块、温度采集模块、电流检测模块、SOC检测模块、触摸屏显示模块、MOSFET驱动模块、容错电路模块、电池均衡模块；

所述电池组由系统所需额定功率电池组与冗余备份电池组成；

所述的电池组通过充放电选择开关控制电池组与充电模块相连或与负载相连；

所述容错电路模块与电池组连接，通过电池电压检测模块、温度采集模块、电流采集模块以及SOC检测模块判断失效电池、过充电池、过放电池，隔离相应电池而不影响其他电池充放电进程，同时接入冗余电池使系统以稳定功率工作；

所述电池组每节单体电池连接一个均衡模块，根据单体电池SOC选取需要均衡的电池单体，电池组通过均衡回路实现单体与电池组以及电池组与单体间能量的双向传递；

所述的MOSFET驱动模块可以控制容错电路模块以及电池均衡模块中的开关状态；

所述的触摸屏显示模块主页可以显示失效故障电池的电池号码数、主线电流、环境温度、电池组总电压等信息，通过触屏方式选择相应电池的号码数可查看各单体电池电压、电流、温度、SOC等状态信息。

2.根据权利要求1所述的航空电池电源容错均衡管理系统，其特征在于：

将容错控制系统与均衡管理系统相结合，当无失效故障电池、过充过放电池时，电池组进行能量均衡管理，改善电池组一致性；

当电池组中有失效故障电池或过充电池时通过容错电路隔离相应电池；

在电池放电时有失效故障电池，隔离相应电池，接入冗余电池，系统正常工作。

3.根据权利要求1所述的航空电池电源容错均衡管理系统，其特征在于：

所述电池容错电路模块开关选择MOSFET，使得电池组在隔离电池时处于电流连续状态，与电池串联的MOSFET的漏极与电池正极相连，与电池并联的MOSFET的源极与电池负极相连。

4.根据权利要求1所述的航空电池电源容错均衡管理系统，其特征在于：

所述电池均衡模块由电感、电容和MOSFET组成，当电池组中某节单体电池SOC过高时，通过控制器产生的PWM波导通与电池单体相连的MOS管，使电池单体能量储存在与电池单体相连的电感中，当MOS管关闭时，电感能量转移到与电池组相连的电容中，通过电容将能量转移到整个电池组；

当电池组中某节单体电池SOC过低时，通过控制器产生的PWM波导通与电池组相连的MOS管，使电池组能量储存在与电池组相连的电感中，电容中储存的电量转移到单体电池中，同时与单体电池相连的电感进行储能，当MOS管关闭时，与电池组相连的电感将能量转移到电容中。

5.根据权利要求4所述的航空电池电源容错均衡管理系统，其特征在于：

所述电池均衡模块可实现能量的双向传递；

根据单体电池SOC判断需要均衡的电池，当某节单体电池SOC过高时，采用升压模式进行单体电池与电池组的能量转移，当某节单体电池SOC过低时，采用降压模式进行电池组与单体电池的能量转移。