CN111640889A - 一种机载自适应应急电源和电源的充、放电切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种机载自适应应急电源和电源的充、放电切换方法,通过实时检测电芯表面温度并对电芯采取温控措施,使电芯在充电过程中的温度性能稳定;通过配置备用电芯和电芯切换电路,使应急电源在带载过程中不会突然掉电,保证了供电的连续性。本发明通过采用安全性高、比能量大、体积小、质量轻、高低温性能好且环保的磷酸铁锂锂离子电芯替代传统的镍镉蓄电池和锌银蓄电池,提高了机载应急电源的高低温性能和安全性,降低了成本。

Description

一种机载自适应应急电源和电源的充、放电切换方法
技术领域
本发明属于电源技术领域,具体涉及一种机载自适应应急电源和电源的充、放电切换方法。
背景技术
飞行器在应对紧急事件即进行机载应急时,需要给飞行器的发动机提供一个启动电源,现有的机载应急电源主要包括镍镉蓄电池和锌银蓄电池,镍镉蓄电池和锌银蓄电池的缺点是体积大,质量重、高低温性能差、价格贵,易对环境造成污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种机载自适应应急电源和电源的充、放电切换方法,用于在充电过程中提供稳定的温度性能,在带载过程中保证供电的连续性。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为:一种机载自适应应急电源,包括壳体、壳盖、电芯、电池连接片、保护模块和温度传感器;电芯为柱状,相邻的电芯之间平行且为对齐到网格的紧密排列;电芯两端分别为正电极和负电极,电池连接片连接两个相邻电芯的电极用于使电芯串联或并联或串并联混合连接构成电池组;电芯固定在壳体中,壳体有开口,壳盖装配固定在壳体的开口处;保护模块固定在壳体内平行于壳体的侧边的位置,保护模块包括控制电路、电压采样电路、电流采样电路、过充保护电路、过流保护电路和通信电路;电压采样电路并联在电芯的正电极和负电极之间,电压采样电路的信号输出端与控制电路的信号输入端连接用于发送电压信号;电流采样电路串联在电芯与负载之间或电芯与充电机之间,电流采样电路的信号输出端与控制电路的信号输入端连接用于发送电流信号;过充保护电路串联在电芯与充电机之间,过充保护电路的信号输入端与控制电路的信号输出端连接,用于根据控制电路的信号在电芯进入过度充电状态时断开电芯与充电机的连接;过流保护电路串联在电芯与充电机之间或电芯与负载之间,过流保护电路的信号输入端与控制电路的信号输出端连接,用于根据控制电路的信号在电芯的充电电流超出预设充电电流时断开电芯与充电机的连接或在电芯的放电电流超出预设放电电流时断开电芯与负载的连接;通信电路的信号收发端与控制电路的信号收发端连接,用于向上位机收发信号;温度传感器紧贴电芯的外表面固定,温度传感器的信号输出端与控制电路的信号输入端连接用于将采集到的温度信号发送给控制电路。
按上述方案,还包括半导体制冷器;半导体制冷器紧贴电芯的外表面固定,半导体制冷器的信号输入端与控制电路的信号发送端连接用于接收控制信号启动或停止制冷。
按上述方案,还包括显示模块;显示模块固定在壳体上,显示模块的信号输入端与控制电路的信号输出端连接,用于接收控制电路发送的包括电压、电流、温度、剩余电量和预计充电时间的信息并显示给用户。
按上述方案,电芯通过电池连接片串联,保护模块还包括均衡电路,每个均衡电路分别并联在串联的每个电芯的正电极和负电极之间,均衡电路的信号输入端与控制电路的信号输出端连接,用于根据收到的控制信号使串联的电芯均衡充电或放电。
按上述方案,还包括备用电芯,备用电芯的外形和安装方式与电芯相同。
进一步的,保护模块还包括电芯切换电路;电芯切换电路包括第一场效应管Q1和第二场效应管Q2,第一场效应管Q1的栅极连接控制电路的控制端1、源极连接电芯的正电极、漏极连接负载的正极,第二场效应管Q2的栅极连接控制电路的控制端2、源极连接备用电芯的正电极、漏极连接负载的正极;第一场效应管Q1和第二场效应管Q2分别用于根据控制电路的控制信号选择与负载连通的电芯。
按上述方案,还包括插座,电池连接片还包括总正连接片和总负连接片;总正连接片和总负连接片分别与插座的两个不同接触件连接,用于输出电池组的电压和电流。
按上述方案,还包括提手,提手固定在壳体外侧,用于便携电源。
一种机载自适应应急电源的充电切换方法,包括以下步骤:
S1:电芯与充电机连接开始充电,温度传感器实时检测电芯表面的温度值并发送给控制电路;
S2:控制电路比较温度值与温度预设值1、温度预设值2的大小:若温度值小于温度预设值1则保持充电状态;若温度值大于等于温度预设值1则断开电芯与充电机的连接停止充电;
S3:保护模块的电压采样电路采集电芯的电压值并发送给控制电路,控制电路比较电压值与电压预设值的大小,若电压值小于电压预设值则从步骤S1开始循环;若电压值大于等于电压预设值则充电完成。
一种机载自适应应急电源的放电切换方法,包括以下步骤:
S1:电芯与负载连接开始放电,温度传感器实时检测电芯表面的温度值并发送给控制电路;
S2:控制电路判断温度值与温度预设值1、温度预设值2的大小:若温度值小于温度预设值1则不操作;若温度值大于等于温度预设值1且温度值小于温度预设值2则启动半导体制冷器,重复本步骤直至温度值小于温度预设值1;若温度值大于等于温度预设值2则保护模块的电芯切换电路断开电芯与负载的连接,同时连通备用电芯与负载用于为负载供电。
本发明的有益效果为:
1.本发明的一种机载自适应应急电源通过实时检测电芯表面温度并对电芯采取温控措施,使电芯在充电过程中的温度性能稳定;通过配置备用电芯和电芯切换电路,使应急电源在带载过程中不会突然掉电,保证了供电的连续性。
2.本发明通过采用安全性高、比能量大、体积小、质量轻、高低温性能好且环保的磷酸铁锂锂离子电芯替代传统的镍镉蓄电池和锌银蓄电池,提高了机载应急电源的高低温性能和安全性,降低了成本。
附图说明
图1是本发明实施例的立体装配图。
图2是本发明实施例的立体装配图的仰视图。
图3是本发明实施例的功能框图。
图4是本发明实施例的电芯切换电路的电路图。
图中:1.壳体;2.壳盖;3.电芯;4.电池连接片;5.保护模块;6.显示模块;7.插座;8.提手。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1和图2,本发明的实施例包括壳体、壳盖、电芯和备用电芯、电池连接片、保护模块、热敏电阻、半导体制冷器、显示模块、插座和提手。
电芯采用14个安全性高、比能量大、体积小、质量轻、高低温性能好且环保的柱状的磷酸铁锂锂离子电池,相邻的电芯之间平行且为对齐到网格的紧密排列;电芯两端分别为正电极和负电极,电池连接片采用纯镍带材料,通过点焊工艺将电池连接片焊接在电芯的电极上,使14个电芯串并联组合成2并7串的锂电池组;电芯固定在壳体中,壳体有开口,壳盖通过螺栓装配固定在壳体的开口处。备用电芯的外形和安装方式与电芯相同。
插座采用钢镀镍材质,耐高低温、耐腐蚀,通过螺栓固定在壳体上;插座包含正极接线端、负极接线端和通讯端,电池连接片包括总正连接片和总负连接片,总正连接片连接插座的正极接线端,总负连接片连接插座的负极接线端,用于输出电池组的电压和电流,用户采用与插座配合的插头与插座对接即可进行充放电操作。
提手通过螺栓固定在壳体外的一侧,用于整体便携电源,提高用户对电源的转移效率。
参见图3,保护模块固定在壳体内平行于壳体的侧边的位置,保护模块包括控制电路、电压采样电路、电流采样电路、过充保护电路、过流保护电路、电芯切换电路、均衡电路和通信电路。电压采样电路并联在电芯的正电极和负电极之间,电压采样电路的信号输出端与控制电路的信号输入端连接用于发送电压信号。电流采样电路采用温度传感器串联在电芯与负载之间或电芯与充电机之间,电流采样电路的信号输出端与控制电路的信号输入端连接用于发送电流信号。过充保护电路串联在电芯与充电机之间,过充保护电路的信号输入端与控制电路的信号输出端连接,用于根据控制电路的信号在电芯进入过度充电状态即电芯的电压值超出预设电压值范围且电芯的温度值超出预设温度值范围时断开电芯与充电机的连接。过流保护电路串联在电芯与充电机之间或电芯与负载之间,过流保护电路的信号输入端与控制电路的信号输出端连接,用于根据控制电路的信号在电芯的充电电流超出预设充电电流时断开电芯与充电机的连接或在电芯的放电电流超出预设放电电流时断开电芯与负载的连接。参见图4,电芯切换电路包括第一场效应管Q1和第二场效应管Q2,第一场效应管Q1的栅极连接控制电路的控制端1、源极连接电芯的正电极、漏极连接负载的正极,第二场效应管Q2的栅极连接控制电路的控制端2、源极连接备用电芯的正电极、漏极连接负载的正极;第一场效应管Q1和第二场效应管Q2分别用于根据控制电路的控制信号选择与负载连通的电芯;当带载的电芯的电压值低于预设电压值时,控制电路发送控制信号使第一场效应管Q1截止、第二场效应管Q2导通,从而在极端的时间内切换到备用电芯为负载供电,使应急电源在带载过程中不会突然掉电,保证了供电的连续性。均衡电路的个数与串联的电芯的个数相同,每个均衡电路分别并联在串联的每个电芯的正电极和负电极之间,均衡电路的信号输入端与控制电路的信号输出端连接,用于根据收到的控制信号使串联的电芯均衡充电或放电。通信电路的信号收发端与控制电路的信号收发端连接,用于根据LIN通信协议向上位机收发信号。
热敏电阻紧贴电芯的外表面固定,热敏电阻的信号输出端与控制电路的信号输入端连接用于将采集到的温度信号发送给控制电路。半导体制冷器紧贴电芯的外表面固定,半导体制冷器的信号输入端与控制电路的信号发送端连接用于接收控制信号启动或停止制冷。在充电过程中,当热敏电阻检测到电芯的温度值超出预设温度值1时,控制电路启动半导体制冷器为电芯降温;当温度进一步升高超出预设温度值2时,控制电路断开充电回路以保证电芯安全。
显示模块通过螺栓固定在壳体上,用户从壳体外侧读取显示模块的显示内容;显示模块的信号输入端与控制电路的信号输出端连接,显示模块的+引脚与总正连接片通过导线焊接在一起,显示模块的-引脚与总负连接片通过导线焊接在一起,用于接收控制电路发送的包括电压、电流、温度、剩余电量和预计充电时间的信息并显示给用户,其中剩余电量以电压显的方式显示。
一种机载自适应应急电源的充电切换方法,包括以下步骤:
S1:电芯与充电机连接开始充电,热敏电阻实时检测电芯表面的温度值并发送给控制电路;
S2:控制电路比较温度值与温度预设值1、温度预设值2的大小:若温度值小于温度预设值1则保持充电状态;若温度值大于等于温度预设值1则断开电芯与充电机的连接停止充电;
S3:保护模块的电压采样电路采集电芯的电压值并发送给控制电路,控制电路比较电压值与电压预设值的大小,若电压值小于电压预设值则从步骤S1开始循环;若电压值大于等于电压预设值则充电完成。
一种机载自适应应急电源的放电切换方法,包括以下步骤:
S1:电芯与负载连接开始放电,热敏电阻实时检测电芯表面的温度值并发送给控制电路;
S2:控制电路判断温度值与温度预设值1、温度预设值2的大小:若温度值小于温度预设值1则不操作;若温度值大于等于温度预设值1且温度值小于温度预设值2则启动半导体制冷器,重复本步骤直至温度值小于温度预设值1;若温度值大于等于温度预设值2则保护模块的电芯切换电路断开电芯与负载的连接,同时连通备用电芯与负载用于为负载供电。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点,其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施,本发明的保护范围不限于上述实施例。所以,凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰,均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机载自适应应急电源,其特征在于:包括壳体、壳盖、电芯、电池连接片、保护模块和温度传感器;电芯为柱状,相邻的电芯之间平行且为对齐到网格的紧密排列;电芯两端分别为正电极和负电极,电池连接片连接两个相邻电芯的电极用于使电芯串联或并联或串并联混合连接构成电池组;电芯固定在壳体中,壳体有开口,壳盖装配固定在壳体的开口处;保护模块固定在壳体内平行于壳体的侧边的位置,保护模块包括控制电路、电压采样电路、电流采样电路、过充保护电路、过流保护电路和通信电路;电压采样电路并联在电芯的正电极和负电极之间,电压采样电路的信号输出端与控制电路的信号输入端连接用于发送电压信号;电流采样电路串联在电芯与负载之间或电芯与充电机之间,电流采样电路的信号输出端与控制电路的信号输入端连接用于发送电流信号;过充保护电路串联在电芯与充电机之间,过充保护电路的信号输入端与控制电路的信号输出端连接,用于根据控制电路的信号在电芯进入过度充电状态时断开电芯与充电机的连接;过流保护电路串联在电芯与充电机之间或电芯与负载之间,过流保护电路的信号输入端与控制电路的信号输出端连接,用于根据控制电路的信号在电芯的充电电流超出预设充电电流时断开电芯与充电机的连接或在电芯的放电电流超出预设放电电流时断开电芯与负载的连接;通信电路的信号收发端与控制电路的信号收发端连接,用于向上位机收发信号;温度传感器紧贴电芯的外表面固定,温度传感器的信号输出端与控制电路的信号输入端连接用于将采集到的温度信号发送给控制电路。
2.根据权利要求1所述的一种机载自适应应急电源,其特征在于:还包括半导体制冷器;半导体制冷器紧贴电芯的外表面固定,半导体制冷器的信号输入端与控制电路的信号发送端连接用于接收控制信号启动或停止制冷。
3.根据权利要求1所述的一种机载自适应应急电源,其特征在于:还包括显示模块;显示模块固定在壳体上,显示模块的信号输入端与控制电路的信号输出端连接,用于接收控制电路发送的包括电压、电流、温度、剩余电量和预计充电时间的信息并显示给用户。
4.根据权利要求1所述的一种机载自适应应急电源,其特征在于:电芯通过电池连接片串联,保护模块还包括均衡电路,每个均衡电路分别并联在串联的每个电芯的正电极和负电极之间,均衡电路的信号输入端与控制电路的信号输出端连接,用于根据收到的控制信号使串联的电芯均衡充电或放电。
5.根据权利要求1所述的一种机载自适应应急电源,其特征在于:还包括备用电芯,备用电芯的外形和安装方式与电芯相同。
6.根据权利要求5所述的一种机载自适应应急电源,其特征在于:保护模块还包括电芯切换电路;电芯切换电路包括第一场效应管Q1和第二场效应管Q2,第一场效应管Q1的栅极连接控制电路的控制端1、源极连接电芯的正电极、漏极连接负载的正极,第二场效应管Q2的栅极连接控制电路的控制端2、源极连接备用电芯的正电极、漏极连接负载的正极;第一场效应管Q1和第二场效应管Q2分别用于根据控制电路的控制信号选择与负载连通的电芯。
7.根据权利要求1所述的一种机载自适应应急电源,其特征在于:还包括插座,电池连接片还包括总正连接片和总负连接片;总正连接片和总负连接片分别与插座的两个不同接触件连接,用于输出电池组的电压和电流。
8.根据权利要求1所述的一种机载自适应应急电源,其特征在于:还包括提手,提手固定在壳体外侧,用于便携电源。
9.基于权利要求1至8中任意一项所述的一种机载自适应应急电源的充电切换方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:电芯与充电机连接开始充电,温度传感器实时检测电芯表面的温度值并发送给控制电路;
S2:控制电路比较温度值与温度预设值1、温度预设值2的大小:若温度值小于温度预设值1则保持充电状态;若温度值大于等于温度预设值1则断开电芯与充电机的连接停止充电;
S3:保护模块的电压采样电路采集电芯的电压值并发送给控制电路,控制电路比较电压值与电压预设值的大小,若电压值小于电压预设值则从步骤S1开始循环;若电压值大于等于电压预设值则充电完成。
10.基于权利要求1至8中任意一项所述的一种机载自适应应急电源的放电切换方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:电芯与负载连接开始放电,温度传感器实时检测电芯表面的温度值并发送给控制电路;
S2:控制电路判断温度值与温度预设值1、温度预设值2的大小:若温度值小于温度预设值1则不操作;若温度值大于等于温度预设值1且温度值小于温度预设值2则启动半导体制冷器,重复本步骤直至温度值小于温度预设值1;若温度值大于等于温度预设值2则保护模块的电芯切换电路断开电芯与负载的连接,同时连通备用电芯与负载用于为负载供电。
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