专利名称：一种安时计控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制星上蓄电池充电的安时计控制方法，特别是一种 适用于防止数据溢出，适用多圏能量平衡的安时计控制方法。
背景技术：
安时计控制方法用于对蓄电池进行充电控制，解决传统卫星蓄电池充电控 制中容易造成的欠充或过充的问题，可以有效地延长蓄电池的使用寿命，从而 延长卫星的在轨寿命。
本申请人曾于2006年3月3日，提出过申请号为200610007986.0，名称
为一种蓄电池充电控制方法的发明专利申请，如图1所示，卫星电源分系统中 设置太阳电池阵、蓄电池组和电源控制器。如图2所示，在电源控制器中设置 充电调节器BCR和电源下位机用于蓄电池恒流充电和安时计充电终止控制， 将BCR串接在供电母线和蓄电池组之间，该BCR是一种受软件控制的降压式 脉宽调制型开关电源， 一方面将母线电压降为蓄电池组电压，另一方面按充电 电流参考电平从母线上调节出恒定的充电电流为蓄电池组充电，安时计控制通 过一定的算法确定模拟量输出通道D/A输出的充电调节器BCR的充电电流参 考电平，依靠闭环的电流反馈调节，调节BCR的输出电流达到设定的参考电 流。
上述专利申请文件的图3和图4中给出了实现软件安时计控制的流程图， 从图3可以看出要进行安时计控制，必须接收到V/T曲线充电终止电平的硬件 信号， 一旦硬件信号出现故障，将无法起动或提前启动安时计控制。同时从图 4可以看出，在进行安时计控制时必须接收到进出影电平，才能进行安时计累 计， 一旦硬件信号出现故障，将无法进行放电电量累计或充电电量累计。另外 从图4还可以看出，再进行安时计累计计算的时候，并为对控制变量的边界进
行处理，当控制变量溢出时，控制将失效，同时也无法满足多圈能量平衡的使 用需求。因此，上述专利申请文件中涉及的安时计控制方法在实际应用中存在
的问题(1)如何减少软件安时计对硬件的依赖，简化软件安时计的硬件接口 设计；(2)如何设计软件安时计控制的边界条件，防止数据溢出；(3)如何提 高软件安时计控制启动的可靠性，提高软件安时计使用的范围；(4)如何满足 多圏能量平衡的需求；(5)如何从卫星不可返修的特点出发，提高软件安时计 的可靠性和安全性等问题。
发明内容
本发明的技术解决问题克服现有技术的不足，提供了一种可靠性和安全 性更高的安时计控制方法，减少对硬件的依赖，并能够有效防止放电电量数据 溢出，而且能够适用多圈能量平衡。
本发明的技术解决方案 一种安时计控制方法，其特征在于包括 (1 )进行参数初始化设置 当前电量=满电量 充电电量=0 ;改电电量-0 安时计控制标志=0 消流控制标志=0;
(2)采集V/T充电终止电平，当V/T充电终止电平由0变为1时，表明充 电终止，设置下列参数
当前电量=满电量
充电电量-0
放电电量=0
安时计控制标志=1
涓流控制标志=1
否则，采集注入当前电量，然后判断注入当前电量是否有效，如果当前电量无
效，则重新采集V/T充电终止电平，如果注入当前电量有效，则设置下列参数 当前电量-注入当前电量 充电电量=0
放电电量=满电量一当前电量 安时计控制标志-1 涓；充才示志"立=0;
(3) 参凄史采集采集充电电流和i文电电流，并对采集后的充电电流和》丈 电电流进行数字滤波；
(4) 电量累计计算
a、 判断是否安时计控制标志-1，且涓流标志位-0,条件满足的情况下进 入下一步，否则退出电量累计计算；
b、 判断充电电流是否大于充电电流下限，条件满足则进行充电电量累计
计算
充电电量-充电电量+充电电流(a) x时间间隔(h) /充电比； 否则直接进入下一步；
c、 判断放电电流是否大于放电电流下限，条件满足则进行放电电量累计
计算
放电电量=放电电量+放电电流(A) X时间间隔(h); 否则直接进入步骤e;
d、 判断放电电量是否大于放电电量上限，条件满足则进行防溢出设置-. 放电电量-放电电量一充电电量
充电电量-0 否则直接进入下一步；
e、 计算当前电量，计算公式为 当前电量=满电量+充电电量一方文电电量
f、 判断当前电量是否小于O,是则设定当前电量=0,否则直接退出电量
累计计算；
(5)才艮据不同的条件进行不同充电电流的设定，实现安时计控制。 当安时计控制方法通过D/A转换器的输出控制充电电流时，所述的步骤(1 ) 中参数初始化设置时需要对D/A转换器的输出充电电流进行初始化设置，即充 电电流设定电平=D/A转换器输出的最大值。
所述参数初始化设置完成以后，还包括一个自检的过程，即通过采集充电 电流设定电平，判断充电电流设定电平是否大于设定的门限值，如果是则进入 所述的步骤(2)，否则执行安时计控制断开指令后进入所述的步骤(2)。
所述的步骤(3)中对采集后的充电电流和放电电流进行数字滤波时，首先 对充电电流和放电电流进行中位值数字滤波，然后再进行充电电流和放电电流 的n次算术平均滤波。
所述的步骤(5)的实现步骤如下
a、 判断是否安时计控制标志=1，且涓流标志位-0,条件满足则进入下一步， 否则进入参数采集；
b、 判断是否当前电量小于转阶段门限，且放电电流小于放电电流控制下限， 条件满足则充电电流设定为一档后进入参数采集，否则进入下一步；
c、 判断是否当前电量大于转阶段门限，且当前电量大于满电量，放电电流 小于放电电流控制下限，条件满足则充电电流设定为二档后进入参数采集，否 则进入下一步；
d、 判断是否V/T充电终止电平由0变为1或充电电量与放电电量的差大于 等于0，条件满足则充电电流设定为0，并进行下列参数i殳定
当前电量=满电量
充电电量-0
放电电量-0
消流控制标志=1
否则进入下一步； e、判断是否放电电流大于等于放电电流控制下限，条件满足则充电电流设 定为0后进入参数采集，否则直接进入参数采集。 本发明与现有技术相比的优点在于
(1) 安时计控制所必需的硬件采样输入参数由进出影电平、V/T曲线充电 终止电平、充电电流和^t电电流等4个参数减少到只用充电电流和;j文电电流2 个参数，通过对充电电流和^t电电流设置一系列上、下限值完成进出影电平的 功能，通过注入当前电量可以避开V斤曲线充电终止电平启动安时计控制，提 高了现有技术的可靠性。
(2) 安时计启动的条件由完全依赖硬件信号触发，改为软硬件异构备份， 提高了启动软件安时计控制的可靠性，也提高软件安时计使用的范围。
(3) 在中位值滤波的基础上，采用算术平均滤波，既保证了数据采集的有 效性，又提高了数据的准确性，从而提高安时计控制的精度。
(4) 随着蓄电池充放电次数的增加或在多圈能量平衡中蓄电池进行反复的 充放电，蓄电池极化电压会不断升高，本发明的安时计控制方法在放电电量超 过放电电量上限时通过保证充电电量和放电电量之间的电量差方法，实现了无 限制连续计算蓄电池充放电电量，实现多圈能量平衡，有效防止蓄电池充放电 电量溢出，可以有效地避免蓄电池极化电压带来的影响。
(5) 通过对所有参数及控制变量的边界条件处理，系统地完善了安时计控 制规律。
图1为电源分系统原理图2为BCR电原理图3为一种蓄电池充电控制方法的主函数程序流程图； 图4为一种蓄电池充电控制方法的安时计控制函数流程图； 图5为本发明的安时计控制方法流程图； 图6为本发明的初始化设置流程图； 图7为本发明的安时计启动流程图8为本发明的参数采集流程图； 图9为本发明的电量累计计算流程图； 图10为本发明的充电电流设定流程图。
具体实施例方式
安时计控制方法是一项采用计算机进行蓄电池充电控制的技术，其目的是 精确、最佳化地对蓄电池进行充电。本发明的特点在于①连续采集、计算当 前电量、充电电量和放电电量，并按要求进行比较；②根据蓄电池当前电量的 不同设置充电电流，实现蓄电池的多阶段充电；③在蓄电池充满电后停止小电 流充电，改为涓流充电或停止充电。安时计充电控制采用相对电量控制，即蓄 电池》文出多少电量，太阳电池阵就补充相应的电量。因此，安时计控制需要设 置当前电量、充电电量和放电电量3个变量，在放电时，放电电量连续累加； 充电时，充电电量连续累加，同时要考虑充放比因子；当充电电量大于等于放 电电量时，认为蓄电池已充满，将当前电量置为满电量，同时将充电电量和放 电电量清零。在安时计累计的过程中若放电电量达到其最大的计算范围时，执 行放电电量减去充电电量和充电电量清零的操作，使得放电电量和充电电量可 以继续累加。
如图5所示，为本发明的安时计控制方法流程图，包括下列步骤 (1)参数初始化设置主要是为安时计控制变量赋初值，如图6所示 当前电量-满电量 充电电量=0 ;汰电电量=0 安时计控制标志-O 涓流控制标志=0;
当安时计控制方法通过D/A转换器的输出控制充电电流时，参数初始化设 置时需要对充电电流进行设置，即充电电流设定电平-D/A转换器输出的最大值 (实时例中的值为5.1V)，而且参数初始化设置完成以后，还包括一个自检的
过程，即通过采集充电电流设定电平，判断充电电流设定电平是否大于D/A转 换器输出的最大值与设定电平最大误差值(实施例中取0.6V)的差，如果是则 进入步骤(2)，否则执行安时计控制断开指令，设置"下位机自检不正常"状 态位后，程序继续运行。
(2) 启动安时计控制，如图7所示，启动安时计控制主要是每次下位机加 电或复位重新开始工作后，第一次4企测到一次"V/T充电终止电平"状态信号 由0变为1时，认为蓄电池处于满电量，软件进行以下操作
将蓄电池当前电量设为满电量； 将充电电流i殳为0A;
将2个充电控制参数充电电量Q充和放电电量Q放置为0; 安时计控制标志由0设置为1; 涓流才示志4立由0i殳置为1。
如果没有4企测到"V/T充电终止电平，，状态信号由0变为1，但此时若接收 到合法的注入当前电量(即注入当前电量为70%满电量以上视为合法)，进行 以下操作
当前电量-5主入当前电量
充电电量=0
放电电量-满电量-当前电量 安时计控制标志=1
涓流标志位0
(3) 参数采集，如图8所示，参数采集主要是对"充电电流"和"放电
电流，，遥测参数进行采集，遥测参数在中位值滤波的基础上做算术平均滤波处 理，即首先对充电电流和放电电流进行中位值数字滤波，然后再进行充电电流
和放电电流的n次算术平均滤波。
(4) 电量累计计算，如图9所示，电量累计计算主要进行电量计算和电量 边界条件的处理。电量计算包括蓄电池的当前电量Q当前、充电电量Q充和放 200710176525.0
说明书第8/9页
电电量Q放。三变量作为遥测参数传送时取最高2字节，每一位所代表的实际 毫安时数遵从以下公式 AO=INT (Q0/65536+1 )
QO:所选蓄电池的额定容量，mAh (根据实际情况进行适当变化，如 10mAh)
当前电量、充电电量和放电电量之间始终符合以下公式
Q当前-QO/AO+Q充-Q放 Q当前《Q0/A0 (1)
充电电量的计算方法为
0充=0充+ (充电电流(A) x时间间隔(h) /充电比)/AO (2) 放电电量的计算方法为
0放=0放+ (放电电流(A) x时间间隔(h)) /AO (3) 其中
Q充、Q》文初始值为0。
充电电流(A):通过A/D变换实测的充电电流。 l充电-K1xV1 (4) 放电电流(A):通过A/D变换实测的放电电流。、 l放电-K2xV2 (5) l充电、l放电均为浮点型数据； K1、 K2:信号变换电路系数； V1、 V2:送到下位机的模拟量；
时间间隔(h):充电电流或;j欠电电流的采样周期，目前采样周期定为2秒， 即1/1800小时。
蓄电池不存在既充电又放电的工作模式，为剔除信号变换测量电路的误差 并避免计算涓流电流，规定只有I充电的测量值大于充电电流下限时，可以计 入相应Q充，I放电的测量值大于放电电流下限时，可以计入相应Q放。
本实施例中电量边界条件的处置是将Q充和Q放的计算范围设为0~65000 mAh, Q当前的计算范围为0~Q0/A0。
如果在Q放的累计过程中，出现Q放> 65000mAh ，则软件进行以下操作
Q放-Q放-Q充
Q充-O
如果在Q当前计算过程中，出现Q当前《0,则Q当前-O (5)充电电流的设定，如图10所示，充电电流设定主要是根据不同的条 件控制不同的充电电流，主要的条件如下
a、 充电电流一档设定条件为
当前电量小于转阶段门限且放电电流小于放电电流控制下限(放电电流控 制下限一般略大于放电电流下限，实施例中取为0.5A)。
b、 充电电流二档设定条件为
当前电量大于等于转阶段门限且小于满电量且放电电流小于放电电流控制 下限。
c、 充电电流为O设定条件为三种情况 放电电流大于等于放电电流控制下限(0.5A); V/T充电终止电平由0变为1;
Q充-Q放X)。
上述充电电流三个设定条件按顺序判断，三中取一，当前条件满足，后续 条件不再判断。
充电电流i殳定和改变仅在安时计控制标志为1且涓流标志为0时按上述规 律变化。
充电电流一档和二档以及转阶段门限设定值可通过上行注数功能修改，修 改不受安时计工作状态限制。
权利要求
1、一种安时计控制方法，其特征在于包括(1)进行参数初始化设置当前电量＝满电量充电电量＝0放电电量＝0安时计控制标志＝0涓流控制标志＝0；(2)采集V/T充电终止电平，当/T充电终止电平由0变为1时，表明充电终止，设置下列参数当前电量＝满电量充电电量＝0放电电量＝0安时计控制标志＝1涓流控制标志＝1否则，采集注入当前电量，然后判断注入当前电量是否有效，如果当前电量无效，则重新采集V/T充电终止电平，如果注入当前电量有效，则设置下列参数当前电量＝注入当前电量充电电量＝0放电电量＝满电量-当前电量安时计控制标志＝1涓流标志位＝0；(3)参数采集采集充电电流和放电电流，并对采集后的充电电流和放电电流进行数字滤波；(4)电量累计计算a、判断是否安时计控制标志＝1，且涓流标志位＝0，条件满足的情况下进入下一步，否则退出电量累计计算；b、判断充电电流是否大于充电电流下限，条件满足则进行充电电量累计计算充电电量＝充电电量+充电电流(A)X时间间隔(h)/充电比；否则直接进入下一步；c、判断放电电流是否大于放电电流下限，条件满足则进行放电电量累计计算放电电量＝放电电量+放电电流(A)X时间间隔(h)；否则直接进入步骤e；d、判断放电电量是否大于放电电量上限，条件满足则进行防溢出设置放电电量＝放电电量-充电电量充电电量＝0否则直接进入下一步；e、计算当前电量，计算公式为当前电量＝满电量+充电电量-放电电量f、判断当前电量是否小于0，是则设定当前电量＝0，否则直接退出电量累计计算；(5)根据不同的条件进行不同充电电流的设定，实现安时计控制。
2、 根据权利要求1所述的一种安时计控制方法，其特征在于当安时计 控制方法通过D/A转换器的输出控制充电电流时，所述的步骤(1)中参数初 始化设置时需要对D/A转换器的输出充电电流进行初始化设置，即充电电流设 定电平-D/A转换器输出的最大值。
3、 根据权利要求2所述的一种安时计控制方法，其特征在于所述参数初 始化设置完成以后，还包括一个自检的过程，即通过采集充电电流设定电平， 判断充电电流设定电平是否大于设定的门限值，如果是则进入所述的步骤(2)， 否则执行安时计控制断开指令后进入所述的步骤(2)。
4、 根据权利要求1所述的一种安时计控制方法，其特征在于所述的步骤 (3)中对采集后的充电电流和放电电流进行数字滤波时，首先对充电电流和放电电流进行中位值数字滤波，然后再进行充电电流和放电电流的n次算术平均 滤波。
5、 根据权利要求1所述的一种安时计控制方法，其特征在于所述的步骤 (5)的实现步骤如下a、 判断是否安时计控制标志=1,且涓流标志位=0，条件满足则进入下一步， 否则进入参数采集；b、 判断是否当前电量小于转阶段门限，且放电电流小于放电电流控制下P艮， 条件满足则充电电流设定为一档后进入参数采集，否则进入下一步；c、 判断是否当前电量大于转阶段门限，且当前电量大于满电量，放电电流 小于放电电流控制下限，条件满足则充电电流设定为二档后进入参数采集，否 则进入下一步；d、 判断是否V/T充电终止电平由0变为1或充电电量与放电电量的差大于 等于0，条件满足则充电电流设定为0，并进行下列参数设定当前电量-满电量 充电电量-O》欠电电量-o 涓流控制标志=1否则进入下一步；e、 判断是否放电电流大于等于放电电流控制下限，条件满足则充电电流设 定为O后进入参数采集，否则直接进入参数采集。
全文摘要
一种安时计控制方法，其特征在于包括(1)进行参数初始化设置；(2)采集V/T充电终止电平，当V/T充电终止电平由0变为1时，表明充电终止，进行参数设置，否则，采集注入当前电量，然后判断注入当前电量是否有效，如果当前电量无效，则重新采集V/T充电终止电平，如果注入当前电量有效，则进行参数设置；(3)参数采集采集充电电流和放电电流，并对采集后的充电电流和放电电流进行数字滤波；(4)电量累计计算；(5)根据不同的条件进行不同充电电流的设定，实现安时计控制。本发明的安时计控制方法，可靠性和安全性更高，减少对硬件的依赖，并能够有效防止放电电量数据溢出，而且能够适用多圈能量平衡。
文档编号H01M10/44GK101174716SQ20071017652
公开日2008年5月7日 申请日期2007年10月30日 优先权日2007年10月30日
发明者刘元默, 健 彭, 李志壮, 鄢婉娟 申请人:航天东方红卫星有限公司