CN212183150U - 一种用于带抽头电池的机载充电控制器 - Google Patents
一种用于带抽头电池的机载充电控制器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN212183150U CN212183150U CN202020642170.0U CN202020642170U CN212183150U CN 212183150 U CN212183150 U CN 212183150U CN 202020642170 U CN202020642170 U CN 202020642170U CN 212183150 U CN212183150 U CN 212183150U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery
- source module
- low
- power supply
- main charging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
本实用新型提供一种用于带抽头电池的机载充电控制器，包含输入保护滤波单元、主充电源模块、双向电源模块、通讯模块等。输入电源经过输入保护滤波单元后通过线路连接至主充电源模块输入端，主充电源模块输出端通过线路分别连接至双向电源模块的H/L端，双向电源模块的M端连接至抽头电池正极，可以对电池BatH与电池BatL中任一组电池进行单独充电。同时主充电源模块输出端连接至蓄电池组的总正/总负极，可以对蓄电池组进行整体充电。蓄电池系统采用两套电池管理系统分别对高端电池和低端电池进行独立管理。本实用新型可以有效解决中间抽头电池与其余电池之间电压不一致的问题，且无需额外增加线路，使用维护方便，易于操作。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源技术领域，具体涉及一种用于带抽头电池的机载充电控制器。
背景技术
近年来，随着锂电池技术的不断提升，锂离子电池以其体积小、重量轻、循环寿命长、能量密度高、使用维护简便等优势被广泛用于无人机电源系统，作为发动机启动电源和应急电源。发动机启动电源，主要用于发动机地面启动或空中启动，要求蓄电池组具备高倍率放电能力。应急电源，主要用于发电机或发动机等故障时，可维持飞机关键用电设备的供电，要求具备一定的放电能力，关键是安全可靠。充电控制器在飞机主电源正常时向蓄电池组充电，使蓄电池组始终保持在满电状态以保证应急情况下飞机的续航能力。
由于飞机电源系统有尺寸、重量、功率、成本等因素的限制，有时启动电源和应急电源由同一电源承担，而不同设备的启动电源电压不同，只能从应急电源的部分电池上引出一个抽头作为启动电源使用。电池组抽头使用时会破坏单体电池的一致性，虽然电池管理系统(简称"BMS")具备一定的充电均衡能力，但因均衡电流较小且充电末端单体电压上升较快，当任一单体电池电压达到充电保护阈值时充电回路即被切断，此时抽头电池并未充满，因此仅依靠BMS均衡无法达到电池组各单体电压的一致。长期如此会导致各单体电池压差越来越大，极易发生电池过放电造成不可逆的容量损失，严重影响电池组的放电能力和使用寿命。虽然可以使用地面设备手动对单只电池进行均衡充电，但操作复杂且时间较长，不便于维护和使用。为此，我们急需一种可以有效平衡电池组之间各单体电池电压且使用方便的充电设备。
实用新型内容
针对现有技术中的问题，本实用新型提供一种用于带抽头电池的机载充电控制器及其控制方法。
一种用于带抽头电池的机载充电控制器，其特征在于：包括主充电源模块、双向电源模块及依次串联的高端电池和低端电池，所述主充电源模块的高压输出端与所述双向电源模块的H端电连接，所述主充电源模块的低压输出端与所述双向电源模块的L端电连接，所述H 端与所述高端电池的正极电连接，所述L端与所述低端电池的负极电连接，所述双向电源模块设置的M端与所述高端电池和低端电池的公共点电连接；
所述高端电池的正极端经电阻R1后与所述主充电源模块的低压输出端电连接，所述高端电池和低端电池的公共点经电阻R2后与所述主充电源模块的低压输出端电连接；
在所述高端电池中设有电池管理系统H，在所述低端电池中设有电池管理系统L，所述电池管理系统H和电池管理系统L均与所述主充电源模块的通讯端电连接。
进一步为：还包括机上电源和输入保护滤波单元，所述机上电源经所述输入保护滤波单元后与所述主充电源模块的输入端电连接；在所述主充电源模块的通讯端电连接。
一种用于带抽头电池的机载充电控制方法，其特征在于：包括所述用于带抽头电池的机载充电控制器，有外部充电电源接入的情况下，并进行以下步骤：
步骤1：判断所述电池管理系统H中发出的充电请求值BmsH_I_Ask和所述电池管理系统L中发出充电请求电流值BmsL_I_Ask大小关系，当所述BmsH_I_Ask等于BmsL_I_Ask时，进行步骤2；当所述BmsH_I_Ask大于BmsL_I_Ask时，进行步骤3；当所述BmsH_I_Ask 小于BmsL_I_Ask时，进行步骤4；
步骤2：所述主充电源模块直接对所述高端电池和低端电池进行充电；
步骤3：双向电源模块Schger的M_L输入电流设定值为：
SchgerI_L_Set＝(BmsL_I_Ask-BmsH_I_Ask)*BatH_V/(BatL_V+BatH_V)；
Schger的H_M输出电流设定值：SchgerI_H_Set＝+I_max；
Schger的H_M输出电流实际值：SchgerI_H＝-SchgerI_L_Set*(BatL_V/BatH_V)；
主充电源模块输出电流设定值为：MchgerI_Set＝BmsL_I_Ask-SchgerI_L_Set；
高端电池实际充电电流为：BatH_I＝MchgerI_Set+SchgerI_H；
低端电池实际充电电流为：BatL_I＝MchgerI_Set+SchgerI_L_Set；
式中：
BmsH_I_Ask和BmsL_I_Ask分别为高端电池和低端电池的电池管理系统充电请求电流值；
BatH_V和BatL_V分别为当前高端电池或低端电池实际电压值；
I_max为双向电源模块最大输出电流值；
SchgerI_H_Set和SchgerI_L_Set分别为Schger的H_M端/M_L端的输入(输出)电流；
所述步骤4：
Schger的H_M输入电流设定值为：
SchgerI_H_Set＝(BmsH_I_Ask-BmsL_I_Ask)*BatL_V/(BatL_V+BatH_V)；
Schger的M_L输出电流设定值：SchgerI_L_Set＝+I_max；
Schger的M_L输出电流实际值：SchgerI_L＝-SchgerI_H_Set*(BatH_V/BatL_V)；
主充电源模块输出电流设定值为：MchgerI_Set＝BmsH_I_Ask-SchgerI_H_Set；
高端电池实际充电电流为：BatH_I＝MchgerI_Set+SchgerI_H_Set；
低端电池实际充电电流为：BatL_I＝MchgerI_Set+SchgerI_L；
式中：
BmsH_I_Ask和BmsL_I_Ask分别为高端电池和低端电池的电池管理系统充电请求电流值；
BatH_V和BatL_V分别为当前高端电池和低端电池实际电压；
I_max为双向电源模块最大输出电流值；
SchgerI_H_Set/SchgerI_L_Set分别为Schgerer的H_M端/M_L端的输入(输出)电流；
进一步为：在无外部充电电源接入的情况下，进行以下步骤：
当高端电池BatH的单体电压高于低端电池BatL的单体电压且两者的单体压差高于设定阈值时，高端电池BatH通过双向电源模块放电，此时双向电源模块工作在H-M输入和M-L 输出模式，以此实现高端电池BatH对低端电压电池BatL的充电；
当低端电池BatL的单体电压高于高端电池BatH的单体电压且两者单体压差高于设定阈值时，低端电池BatL通过双向电源模块放电，此时双向电源模块工作在M-L输入/H-M输出模式。
本实用新型的有益效果：
1.有外部充电电源接入的情况下，当充电控制器检测到高端电池BatH与低端电池BatL 的BMS充电请求电流值相等时，充电控制器通过主充电源模块对电池组进行整体充电，此时双向电源模块不启动。当充电控制器检测到高端电池BatH与低端电池BatL的BMS充电请求电流值不同时，主充电源模块和双向电源模块同时工作对电池BatH和电池BatL以不同电流进行充电。
2.无外部充电电源接入的情况下，当充电控制器检测到高端电池BatH与低端电池BatL 之间单体压差达到设定的阈值时，可以通过启动双向电源模块从单体电池电压高的一端为单体电池电压低的一端充电，从而缩小两组电池之间的单体压差，直至电压一致。
上述充电方法可以有效解决中间抽头电池与其余电池之间电压不一致的问题，且无需额外增加线路，使用维护方便，易于操作。
附图说明
图1是一种用于带抽头电池的机载充电控制器的原理框图；
图2是本实用新型中双向电源模块不同工作模式工作示意图；
图3是本实用新型中对电池整体充电时高、低端电池充电电流相等的工作模式示意图；
图4是本实用新型中对电池整体充电时高端电流大于低端电流的工作模式示意图；
图5是本实用新型中对电池整体充电时高端电流小于低端电流的工作模式示意图；
图6是本实用新型中自高端电池向低端电池充电的工作模式示意图；
图7是本实用新型中自低端电池向高端电池充电的工作模式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做详细说明。需要说明的是，本实用新型实例中的左、中、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
一种用于带抽头电池的机载充电控制器，如图1所示，包括主充电源模块MchgerI、双向电源模块Schger及依次串联的高端电池BatH和低端电池BatL，所述主充电源模块的高压输出端与所述双向电源模块的H端电连接，所述主充电源模块的低压输出端与所述双向电源模块的L端电连接，所述H端与所述高端电池的正极电连接，所述L端与所述低端电池的负极电连接，所述双向电源模块设置的M端与所述高端电池和低端电池的公共点电连接；
所述高端电池的正极端经电阻R1后与所述主充电源模块的低压输出端电连接，所述高端电池和低端电池的公共点经电阻R2后与所述主充电源模块的低压输出端电连接；
在所述高端电池中设有电池管理系统H，在所述低端电池中设有电池管理系统L，所述电池管理系统H和电池管理系统L均与所述主充电源模块的通讯端电连接。
其中，还包括机上电源和输入保护滤波单元，所述机上电源经所述输入保护滤波单元后与所述主充电源模块的输入端电连接；在所述主充电源模块的通讯端电连接。
一种用于带抽头电池的机载充电控制方法，包括所述用于带抽头电池的机载充电控制器，有外部充电电源接入的情况下，并进行以下步骤：
步骤1：判断所述电池管理系统H中发出的充电请求值BmsH_I_Ask和所述电池管理系统L中发出充电请求电流值BmsL_I_Ask大小关系，当所述BmsH_I_Ask等于BmsL_I_Ask时，进行步骤2；当所述BmsH_I_Ask大于BmsL_I_Ask时，进行步骤3；当所述BmsH_I_Ask 小于BmsL_I_Ask时，进行步骤4；
步骤2：工作模式示意图参阅图3，所述主充电源模块直接对所述高端电池和低端电池进行充电；
步骤3：工作模式示意图参阅图4，双向电源模块Schger的M_L输入电流设定值为：
SchgerI_L_Set＝(BmsL_I_Ask-BmsH_I_Ask)*BatH_V/(BatL_V+BatH_V)；
Schger的H_M输出电流设定值：SchgerI_H_Set＝+I_max；
Schger的H_M输出电流实际值：SchgerI_H＝-SchgerI_L_Set*(BatL_V/BatH_V)；
主充电源模块输出电流设定值为：MchgerI_Set＝BmsL_I_Ask-SchgerI_L_Set；
高端电池实际充电电流为：BatH_I＝MchgerI_Set+SchgerI_H；
低端电池实际充电电流为：BatL_I＝MchgerI_Set+SchgerI_L_Set；
式中：
BmsH_I_Ask和BmsL_I_Ask分别为高端电池和低端电池的电池管理系统充电请求电流值；
BatH_V和BatL_V分别为当前高端电池或低端电池实际电压值；
I_max为双向电源模块最大输出电流值；
SchgerI_H_Set和SchgerI_L_Set分别为Schger的H_M端/M_L端的输入(输出)电流；
假设：BatH_V＝10V，BatL_V＝15V。BmsH_I_Ask＝10A，BmsL_I_Ask＝5A，则；SchgerI_L_Set＝[(BmsL_I_Ask-BmsH_I_Ask)*BatH_V/(BatL_V+BatH_V)]A＝-2A。
MchgerI_Set＝(BmsL_I_Ask-SchgerI_L_Set)A＝7A。
工作时，Mchger和Schger都进入恒流模式，控制Mchger恒流输出7A，Schger的M_L恒流输入SchgerI_L_Set为-2A。Schger的H_M输出电流SchgerI_H为 -(-2A)*(BatL_V/BatH_V)＝3A(忽略转换效率影响)。则高端电池实际充电电流BatH_I为 7A+3A＝10A，低端电池充电电流BatL_I为7A+(-2A)＝5A，符合BMS充电请求要求，并满足电池BatH与BatL以不同电流充电的需求。以上计算同样适用于低端电池BMS充电请求电流为0的情况，此时单独对高端电池充电。
所述步骤4：
工作模式示意图参阅图5，Schger的H_M输入电流设定值为：
SchgerI_H_Set＝(BmsH_I_Ask-BmsL_I_Ask)*BatL_V/(BatL_V+BatH_V)；
Schger的M_L输出电流设定值：SchgerI_L_Set＝+I_max；
Schger的M_L输出电流实际值：SchgerI_L＝-SchgerI_H_Set*(BatH_V/BatL_V)；
主充电源模块输出电流设定值为：MchgerI_Set＝BmsH_I_Ask-SchgerI_H_Set；
高端电池实际充电电流为：BatH_I＝MchgerI_Set+SchgerI_H_Set；
低端电池实际充电电流为：BatL_I＝MchgerI_Set+SchgerI_L；
式中：
BmsH_I_Ask和BmsL_I_Ask分别为高端电池和低端电池的电池管理系统充电请求电流值；
BatH_V和BatL_V分别为当前高端电池和低端电池实际电压；
I_max为双向电源模块最大输出电流值；
SchgerI_H_Set/SchgerI_L_Set分别为Schgerer的H_M端/M_L端的输入(输出)电流；
假设：BatH_V＝10V，BatL_V＝15V。BmsH_I_Ask＝5A，BmsL_I_Ask＝10A；
则:SchgerI_H_Set＝(BmsH_I_Ask-BmsL_I_Ask)*BatL_V/(BatL_V+BatH_V)]A＝-3(A)；
MchgerI_Set＝BmsH_I_Ask-SchgerI_L_Set＝5-(-3)＝8(A)。
工作时，Mchger和Schger都进入恒流模式，控制Mchger恒流输出8A，Schger的H_M输入电流SchgerI_H_Set为-3A。Schger的M_L输出电流SchgerI_L为 -(-3A)*(BatH_V/BatL_V)＝2A(忽略转换效率影响)。则低端电池实际充电电流BatL_I为 8A+2A＝10A，高端电池充电电流BatH_I为8A+(-3A)＝5A。符合BMS充电请求要求，并满足电池BatH与BatL以不同电流充电的需求。以上计算同样适用于高端电池BMS充电请求电流为0的情况，此时单独对低端电池充电。
其中，主充电源模块根据蓄电池组电池管理系统的充电请求电流值计算出主充电源模块和双向电源模块的输出电流参数，并以此控制主充电源模块的输出电流、双向电源模块的工作模式和双向电源模块的输入(输出)电流。此处规定双向电源模块的电流方向是输入为负，输出为正。
另外，在无外部充电电源接入的情况下，进行以下步骤：
当高端电池BatH的单体电压高于低端电池BatL的单体电压且两者的单体压差高于设定阈值时，高端电池BatH通过双向电源模块放电，此时双向电源模块工作在H-M输入和M-L 输出模式，以此实现高端电池BatH对低端电压电池BatL的充电，工作模式示意图参阅图6；
当低端电池BatL的单体电压高于高端电池BatH的单体电压且两者单体压差高于设定阈值时，低端电池BatL通过双向电源模块放电，此时双向电源模块工作在M-L输入/H-M输出模式，以此实现低端电池BatL对高端电池电池BatH的充电，工作模式示意图参阅图7。
本实用新型的工作原理：输入电源经过输入保护滤波单元后通过线路连接至主充电源模块输入端，主充电源模块输出端通过线路分别连接至双向电源模块的H/L端，双向电源模块的M端连接至抽头电池正极(约定抽头电池BatL为低端电池，BatH为高端电池)，可以对电池BatH与电池BatL中任一组电池进行单独充电。同时主充电源模块输出端连接至蓄电池组的总正/总负极，可以对蓄电池组进行整体充电。蓄电池系统采用两套电池管理系统(BmsH 和BmsL)分别对高端电池和低端电池进行独立管理。主充电源模块与双向电源模块、BmsH、 BmsL之间采用RS422多机总线通讯，其中主充电源模块为通讯主机，双向电源模块、BmsH 和BmsL均为通讯从机。同时，主充电源模块和上位机之间也通过RS422通讯方式进行数据传递和信息交互。
其中，输入保护滤波单元包含肖特基整流二极管、防浪涌冲击瞬态电压抑制二极管、滤波器等，提高控制器抗干扰能力，满足电磁兼容性能要求；主充电源模块(Mchger)可实现对输入电源的电压转换、输出控制以及与双向电源模块、电池管理系统、上位机之间的通讯，输出电压范围为14V-30V连续可调，电流0-10A连续可调。
另外，双向电源模块(Schger)可以实现双向输入和双向输出。双向电源模块工作在H-M 输入/M-L输出模式时，输入电源自H-M端输入，自M-L端输出；双向电源模块工作在M-L 输入/H-M输出模式时，输入电源自M-L端输入，自H-M端输出。H-M输入/M-L输出模式和M-L输入/H-M输出模式都可以工作在恒压输入-恒压输出、恒压输入-恒流输出、恒流输入 -恒压输出、恒流输入-恒流输出四种不同的工作状态，且恒流值为-5A～+5A连续可调(负号表示输入，正号表示输出)、恒压值为7.5V～18V连续可调。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种用于带抽头电池的机载充电控制器，其特征在于：包括主充电源模块、双向电源模块及依次串联的高端电池和低端电池，所述主充电源模块的高压输出端与所述双向电源模块的H端电连接，所述主充电源模块的低压输出端与所述双向电源模块的L端电连接，所述H端与所述高端电池的正极电连接，所述L端与所述低端电池的负极电连接，所述双向电源模块设置的M端与所述高端电池和低端电池的公共点电连接；
所述高端电池的正极端经电阻R1后与所述主充电源模块的低压输出端电连接，所述高端电池和低端电池的公共点经电阻R2后与所述主充电源模块的低压输出端电连接；
在所述高端电池中设有电池管理系统H，在所述低端电池中设有电池管理系统L，所述电池管理系统H和电池管理系统L均与所述主充电源模块的通讯端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于带抽头电池的机载充电控制器，其特征在于：还包括机上电源和输入保护滤波单元，所述机上电源经所述输入保护滤波单元后与所述主充电源模块的输入端电连接；在所述主充电源模块的通讯端电连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020642170.0U CN212183150U (zh) | 2020-04-25 | 2020-04-25 | 一种用于带抽头电池的机载充电控制器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020642170.0U CN212183150U (zh) | 2020-04-25 | 2020-04-25 | 一种用于带抽头电池的机载充电控制器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN212183150U true CN212183150U (zh) | 2020-12-18 |
Family
ID=73767060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202020642170.0U Active CN212183150U (zh) | 2020-04-25 | 2020-04-25 | 一种用于带抽头电池的机载充电控制器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212183150U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111404237A (zh) * | 2020-04-25 | 2020-07-10 | 河南新太行电源股份有限公司 | 一种用于带抽头电池的机载充电控制器及其控制方法 |
-
2020
- 2020-04-25 CN CN202020642170.0U patent/CN212183150U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111404237A (zh) * | 2020-04-25 | 2020-07-10 | 河南新太行电源股份有限公司 | 一种用于带抽头电池的机载充电控制器及其控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN205901410U (zh) | 组合式应急保障电源 | |
| US9219373B2 (en) | Lossless charger | |
| CN104253469A (zh) | 二次电池组充放电管理系统 | |
| CN110303944B (zh) | 一种电动汽车快速充电系统及方法 | |
| CN104085312A (zh) | 一种电动汽车电池管理系统 | |
| CN105365595A (zh) | 电动汽车动力电池与超级电容动力系统及控制方法 | |
| CN205945204U (zh) | 一种组合式应急保障电源 | |
| CN110843530A (zh) | 大中功率电动车多模块智能驱动系统及其大中功率电动车 | |
| CN111404237A (zh) | 一种用于带抽头电池的机载充电控制器及其控制方法 | |
| CN103227487A (zh) | 电动自行车用燃料电池/锂离子电池混合动力能量管理系统 | |
| CN109088111B (zh) | 一种新能源汽车用锂电池与铅酸电池混合控制系统及方法 | |
| CN102983608A (zh) | 一种电动车用锂电池超级电容复合电源控制装置 | |
| CN114389347B (zh) | 一种全电流控制电池模块及全电流控制电池储能系统 | |
| CN202309194U (zh) | 飞机地面复合电源系统 | |
| CN212183150U (zh) | 一种用于带抽头电池的机载充电控制器 | |
| CN101552361A (zh) | 一种电动汽车动力电池充电维护方法及装置 | |
| CN104242435A (zh) | 无人机的供电系统及无人机 | |
| CN105762885A (zh) | 组合式超级电池及其供电方法 | |
| CN211790810U (zh) | 充电系统、充电器、电池组及可移动平台 | |
| CN102118016B (zh) | 一种充电器保护电路、含有该电路的充电器及其控制方法 | |
| CN205945101U (zh) | 组合式超级电池 | |
| EP4068561A1 (en) | Charging method and power conversion device | |
| CN2922233Y (zh) | 动力锂离子电池的过充电保护电路 | |
| CN208630375U (zh) | 一种轨道牵引车辆的能源控制系统及轨道牵引车辆 | |
| CN105680544A (zh) | 瞬态动力功率补偿器及补偿供电方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |