電池組的充電總電流值、整體電池組的放電總電流值、整體電池組的外 界大氣壓力值、各單電池組的溫度值、單電池組的單體電池的電壓值、航空電源的SOC值和 航空電源電池SOH值發(fā)送至上位機(jī)； 所述的充放電電壓測量模塊，用于采集航空電源的整體電池組的充電總電壓和整體電 池組的放電總電壓，并傳送至A/D轉(zhuǎn)換模塊； 所述的充放電電流測量模塊，用于采集航空電源的整體電池組的充電總電流和整體電 池組的放電總電流，并傳送至A/D轉(zhuǎn)換模塊； 所述的A/D轉(zhuǎn)換模塊，采用A/D轉(zhuǎn)換器，用于將采集的航空電源的整體電池組的充電總 電壓、放電總電壓、充電總電流和放電總電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的航空電源的整體電 池組的充電總電壓值、放電總電壓值、充電總電流值和放電總電流值通過IIC總線傳送至 主控制器模塊； 所述的過壓過流保護(hù)模塊，用于根據(jù)主控制器模塊的控制信號，在航空電源的整體電 池組或單電池組的單體電池出現(xiàn)過壓、過流時(shí)，控制接觸器模塊的通斷，實(shí)現(xiàn)過壓過流保 護(hù)； 所述的氣壓采集模塊，采用氣壓傳感器，用于采集航空電源的整體電池組的外界大氣 壓力值，并傳送至主控制器模塊； 所述的isoSPI轉(zhuǎn)換模塊，用于實(shí)現(xiàn)四線制的標(biāo)準(zhǔn)SPI和兩線制的標(biāo)準(zhǔn)SPI的相互轉(zhuǎn) 化，實(shí)現(xiàn)主控制器模塊與多個(gè)子板控制模塊之間的通信； 所述的子板控制模塊，采用電池組監(jiān)視器，用于采集航空電源的單電池組的單體電池 電壓值，將航空電源的單電池組的單體電池電壓值和航空電源的單電池組的溫度值傳送至 主控制器模塊；根據(jù)主控制器模塊控制信號對單電池組的單體電池進(jìn)行能量均衡控制； 所述的溫度測量模塊，采用熱敏電阻，用于采集航空電源的單電池組的溫度值，并傳送 至子板控制模塊； 所述的接觸器模塊，用于控制航空電源電池與電池充電器的通斷和航空電源電池與負(fù) 載的通斷； 所述的上位機(jī)，用于顯示航空電源的整體電池組的充電總電壓值、整體電池組的放電 總電壓值、整體電池組的充電總電流值、整體電池組的放電總電流值、整體電池組的外界大 氣壓力值、各單電池組的溫度值、單電池組的單體電池的電壓值、航空電源電池的SOC值和 航空電源電池SOH值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空電源電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的充放電電壓測 量模塊，包括放電電壓測量電路和充電電壓測量電路； 所述的放電電壓測量電路包括第一運(yùn)算放大器、第一隔離器和第二運(yùn)算放大器；所述 的第一運(yùn)算放大器的輸入端連接航空電源的整體電池組兩端，第一運(yùn)算放大器的輸出端連 接第一隔離器的輸入端，第一隔離器的輸出端連接第二運(yùn)算放大器的輸入端，第二運(yùn)算放 大器的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端； 所述的充電電壓測量電路包括第三運(yùn)算放大器、第二隔離器和第四運(yùn)算放大器；所述 的第三運(yùn)算放大器的輸入端連接航空電源的整體電池組兩端，第三運(yùn)算放大器的輸出端連 接第二隔離器的輸入端，第二隔離器的輸出端連接第四運(yùn)算放大器的輸入端，第四運(yùn)算放 大器的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空電源電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的充放電電流測 量模塊，包括放電電流測量電路和充電電流測量電路； 所述的放電電流測量電路包括第五運(yùn)算放大器和第六運(yùn)算放大器；所述的第五運(yùn)算放 大器的輸入端連接航空電源的整體電池組負(fù)載，第五運(yùn)算放大器的輸出端連接第六運(yùn)算放 大器的輸入端，第六運(yùn)算放大器的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端； 所述的充電電流測量電路包括第七運(yùn)算放大器和第八運(yùn)算放大器；所述的第七運(yùn)算放 大器的輸入端連接航空電源的整體電池組負(fù)載，第七運(yùn)算放大器的輸出端連接第八運(yùn)算放 大器的輸入端，第八運(yùn)算放大器的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空電源電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的isoSPI轉(zhuǎn)換模 塊，包括isoSPI隔離式通信接口和以太網(wǎng)隔離變壓器； 所述的isoSPI隔離式通信接口的輸入端通過SPI總線連接主控制器模塊，isoSPI隔 離式通信接口的輸出端連接隔離變壓器的輸入端，隔離變壓器的輸出端通過SPI總線連接 各個(gè)子板控制模塊。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空電源電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的過壓過流保護(hù) 模塊，包括光電耦合器、第一三極管和第二三極管； 所述的光電耦合器的輸入端連接主控制器模塊的第一輸出端，光電耦合器的第一輸出 端連接第一三極管的輸入端，光電耦合器的第二輸出端連接第二三級管的輸入端；第一三 極管的輸出端和第二三極管的輸出端分別連接接觸器模塊的輸入端。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空電源電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的接觸器模塊，包 括兩個(gè)直流接觸器：充電直流接觸器和放電直流接觸器； 所述的充電直流接觸器的輸入端和放電直流接觸器的輸入端連接過壓過流保護(hù)模塊 的輸出端，充電直流接觸器的輸出端連接航空電源電池的電池充電器，放電直流接觸器的 輸出端連接航空電源電池的負(fù)載。9. 采用權(quán)利要求1所述的航空電源電池管理系統(tǒng)進(jìn)行航空電源電池管理的方法，其特 征在于，包括以下步驟： 步驟1 :在航空電源電池工作過程中，充放電電壓測量模塊實(shí)時(shí)采集航空電源的整體 電池組的充電總電壓和放電總電壓，充放電電流測量模塊采集航空電源的整體電池組的充 電總電流和放電總電流，A/D轉(zhuǎn)換模塊將整體電池組的充電總電壓、放電總電壓、充電總電 流和放電總電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的航空電源的整體電池組的充電總電壓值、放電 總電壓值、充電總電流值和放電總電流值傳送至主控制器模塊； 步驟2 :氣壓采集模塊實(shí)時(shí)采集航空電源的整體電池組的外界大氣壓力值，并傳送至 主控制器模塊； 步驟3 :各溫度測量模塊采集航空電源的各單電池組的溫度值，并傳送至子板控制模 塊； 步驟4:各子板控制模塊采集對應(yīng)的航空電源的單電池組的單體電池電壓值，將航空 電源的單電池組的單體電池電壓值和航空電源的單電池組的溫度值傳送至主控制器模 塊； 步驟5 :主控制器模塊根據(jù)采集的航空電源的整體電池組的充電總電壓值、整體電池 組的放電總電壓值、整體電池組的充電總電流值、整體電池組的放電總電流值和單電池組 的單體電池電壓值進(jìn)行電壓、電流檢測，并發(fā)送控制信號至過壓過流保護(hù)模塊控制接觸器 模塊的通斷，實(shí)現(xiàn)航空電源電池的過壓過流保護(hù)； 步驟5. 1 :設(shè)定單電池組的單體電池的電壓上限閾值、單電池組的單體電池的電壓下 限閾值、整體電池組充放電總電壓上限閾值、整體電池組充放電總電壓下限閾值、整體電池 組充放電總電流上限閾值和整體電池組充放電總電流下限閾值； 步驟5. 2 :當(dāng)單電池組的單體電池電壓值大于單電池組的單體電池的電壓上限閾值或 整體電池組的充電總電壓值大于整體電池組充放電總電壓上限閾值時(shí)，主控制器模塊發(fā)送 控制信號至過壓過流保護(hù)模塊，控制接觸器模塊斷開航空電源電池的電池充電器； 步驟5. 3 :當(dāng)單電池組的單體電池電壓值小于單電池組的單體電池的電壓下限閾值或 整體電池組的放電總電壓值小于整體電池組充放電總電壓下限閾值時(shí)，主控制器模塊發(fā)送 控制信號至過壓過流保護(hù)模塊，控制接觸器模塊斷開航空電源電池的負(fù)載； 步驟5. 4 :當(dāng)整體電池組的充電總電流值大于整體電池組充放電總電流上限閾值時(shí)， 主控制器模塊發(fā)送控制信號至過壓過流保護(hù)模塊，控制接觸器模塊斷開航空電源電池的電 池充電器； 步驟5. 5 :當(dāng)整體電池組的放電總電流值小于整體電池組充放電總電流下限閾值時(shí)， 主控制器模塊發(fā)送控制信號至過壓過流保護(hù)模塊，控制接觸器模塊斷開航空電源電池的負(fù) 載； 步驟6 :主控制器模塊根據(jù)單電池組的單體電池的電壓值計(jì)算單電池組的單體電池的 電壓偏差，送控制信號至子板控制模塊，子板控制模塊對單電池組的單體電池進(jìn)行能量均 衡控制； 步驟6. 1 :設(shè)定單電池組的單體電池偏差上限閾值； 步驟6.2 :當(dāng)單電池組的單體電池的電壓偏差大于單電池組的單體電池偏差上限閾值 時(shí)，主控制器模塊發(fā)送控制信號至子板控制模塊，子板控制模塊對電壓過大的單電池組的 單體電池進(jìn)行放電； 步驟7 :主控制器模塊根據(jù)實(shí)時(shí)采集的航空電源的整體電池組的充電總電壓、整體電 池組的放電總電壓、整體電池組的充電總電流、整體電池組的放電總電流和整體電池組溫 度值進(jìn)行航空電源電池的SOC值和航空電源電池SOH值估算； 步驟7. 1 :采用randies模型對航空電源電池進(jìn)行建模，得到航空電源電池randies模 型； 步驟7. 2 :將采集的整體電池組的充電總電壓或放電總電壓作為充放電總電壓，將整 體電池組的充電總電流或放電總電流作為充放電總電流，將單電池組的單體電池溫度值的 平均值作為整體電池組的溫度值； 步驟7. 3 :根據(jù)航空電源電池的randies模型，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波的方法，利用實(shí)時(shí) 采集的航空電源的整體電池組的充放電總電壓、整體電池組的充放電總電流和整體電池組 的溫度值估算出航空電源電池的SOC值和航空電源電池的SOH值； 步驟8 :上位機(jī)顯示航空電源的整體電池組的充電總電壓值、整體電池組的放電總電 壓值、整體電池組的充電總電流值、整體電池組的放電總電流值、整體電池組的外界大氣壓 力值、各單電池組的溫度值、單電池組的單體電池的電壓值、航空電源電池的SOC值和航空 電源電池的SOH值。
【專利摘要】航空電源電池管理系統(tǒng)及其方法，該系統(tǒng)包括主控制單元、監(jiān)控子單元和上位機(jī)；主控制單元，包括主控制器模塊、充放電電壓測量模塊、充放電電流測量模塊、過壓過流保護(hù)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、接觸器模塊、氣壓采集模塊和isoSPI轉(zhuǎn)換模塊；監(jiān)控子單元有多個(gè)，監(jiān)控子單元包括子板控制模塊和溫度測量模塊；充放電電壓測量模塊采集充放電總電壓，充放電電流測量模塊采集充放電總電流，氣壓采集模塊實(shí)時(shí)采集外界大氣壓力值，各溫度測量模塊各單電池組的溫度值，各子板控制模塊采集對應(yīng)的單電池組的單體電池電壓值，控制器模塊根據(jù)采集信號實(shí)現(xiàn)過壓過流保護(hù)，并估算航空電源電池的SOC值和SOH值，子板控制模塊對單體電池進(jìn)行能量均衡控制。
【IPC分類】H02H7/18, H02J7/00, G01R31/36
【公開號】CN104882931
【申請?zhí)枴緾N201510278056
【發(fā)明人】孫延鵬, 鮑喜榮, 張石, 閆鑫, 杜奕興, 吳慶源
【申請人】沈陽航空航天大學(xué), 東北大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月27日