一种飞机锂离子电池地面和空中相结合的加热方法与流程

本发明属于航空飞行器设计技术领域，涉及一种飞机应急电源的加热方法，具体涉及一种飞机锂离子电池地面和空中相结合的加热方法。

背景技术：

与传统的银锌电池、铅酸电池、镍镉电池相比，锂离子锂电池(文中简称锂电池)具有体积小、重量轻的优点，作为飞机应急电源具有显著的优势，特别是长航时无人机。锂电池作为长航时无人机的应急电源，除了具备在机上发电机出现故障时为飞机提供应急供电的能力外，还需要具备在发动机空停时起动发动机的能力。

由于锂电池的低温大倍率放电性能较差，为了既满足飞机的应急供电需求，又满足空中大电流起动发动机的能力，就要求锂电池的温度不低于tff(即刚好满足大电流起动发动机的最低温度)。

若飞机长时间处于北方寒冷的环境停放，锂离子锂电池的温度会低于tff；另外，长航时无人机长时间处于高空巡航状态，锂电池安装的舱位为非密闭舱位时，锂电池长时间所处的环境温度会达到-55℃甚至更低，锂离子锂电池的温度也会低于tff，因此需要对锂离子锂电池进行加热设计。

(2)存在的问题

为了满足飞机快速出动的要求，需要保证从飞机上电到锂电池加温到tff的时间不能超过飞机准备时间(通常飞机准备时间约30min)。

传统飞机锂电池加热方法为了满足地面维护时间不大于30min的要求，存在以下缺陷：

空中和地面均采用相同功率的加热装置，加热功率较大，给无人机有限的发电功率带来了负担；

在空中热装置控制和保护均失效的情况下，锂电池温度持续上升，容易出现热失效的安全性问题。

cn201610264227.6公开的锂电池热失控的测试方法中，其加热方式单一，并且加热所消耗的电功率大。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种飞机锂离子电池地面和空中相结合的加热方法，在地面采用大功率快速加热，空中采用小功率保温，既可以降低加热装置的用电功率，还可以在空中加热装置控制和保护均失效的情况下，避免锂电池温度持续升高导致的安全性问题。

本发明的技术方案是：

一种飞机锂离子电池地面和空中相结合的加热方法，包括地面加热和空中保温，锂电池内部设置大功率加热装置和小功率加热装置；地面加热是在飞机上电后，控制大功率加热装置和小功率加热装置同时对锂电池加热使锂电池在一定时间内从低温加热至tff；空中保温是飞机起飞后，控制小功率加热装置工作，小功率加热装置对锂电池进行保温。

进一步的，地面加热时，大功率加热装置和小功率加热装置同时对锂电池加热使锂电池在30min内从低温加热至tff。该时间是飞机的准备时间，确保飞机快速出动。

进一步的，还包括地面电源接触器，根据地面电源接触器的状态确定地面加热和空中保温的切换，当检测地面电源接触器状态处于接通时，控制锂电池处于地面加热状态，当检测到地面电源接触器状态处于断开时，控制锂电池处于空中保温状态。

进一步的，大功率加热装置和小功率加热装置通过温度开关与供电电源连接。温度开关保证锂电池加热到一定温度时自动断开，保护锂电池不会过热。

进一步的，温度开关是70℃温度开关。该温度是锂电池的过热保护温度。

进一步的，地面加热具体为：当锂电池控制器检测到地面电源接触器状态为地信号时，控制锂电池处于地面加热模式；

锂电池控制器检测到锂电池温度＜tff时，锂电池控制器控制接通大功率加热装置和小功率加热装置的供电电源，使大功率加热装置和小功率加热装置同时工作，快速加热锂电池；当锂电池控制器检测到锂电池温度≥tff时，锂电池控制器控制断开大功率加热装置和小功率加热装置的供电电源，停止给锂电池加热。

进一步的，空中保温具体为：当锂电池控制器检测到地面电源接触器状态为开信号时，控制锂电池处于空中保温模式；

锂电池控制器检测到锂电池温度＜tff时，锂电池控制器控制接通小功率加热装置的供电电源，断开地面加热电源继电器，小功率加热装置工作，使锂电池空中保温；当锂电池控制器检测到锂电池温度≥tff时，锂电池控制器控制断开小功率加热装置的供电电源，停止给锂电池加热。此时锂电池温度上升幅度较小，锂电池温度处于安全范围，避免了锂电池出现热失效带来的安全问题。

进一步的，大功率加热装置的功率为110w，小功率加热装置的功率为90w。

本发明的优点是：

与传统的加热方法相比，本文采用的地面快速加热和空中保温相结合的加热方法，既满足地面快速维护要求，又节约能源、保证空中加热安全，具体优点如下：

1、降低空中加热装置的用电功率，使飞机有限的发电功率得到充分利用，提高飞机扩展其它用电设备的能力；

2、提高了锂电池加热的安全性，即使在加热控制和加热保护均失效的情况下，也不会导致锂电池温度超温，避免了出现锂电池热失效带来的安全性问题。

3、该实现方法确保锂电池在低温环境下，既满足飞机应急供电，又满足起动发动机的能力，该方法已在某型长航时无人机成功应用，具有充分的创新性和实用性。

附图说明

图1是本发明实施例的锂电池加温综合策略图。

具体实施方式

本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。

一种飞机锂离子电池地面和空中相结合的加热方法，包括地面加热和空中保温，锂电池内部设置大功率加热装置和小功率加热装置；地面加热是在飞机上电后，控制大功率加热装置和小功率加热装置同时对锂电池加热使锂电池在30min内从低温加热至tff；空中保温是飞机起飞后，控制小功率加热装置工作，小功率加热装置对锂电池进行保温。还包括地面电源接触器，根据地面电源接触器的状态确定地面加热和空中保温的切换，当检测地面电源接触器状态处于接通时，控制锂电池处于地面加热状态，当检测到地面电源接触器状态处于断开时，控制锂电池处于空中保温状态。

大功率加热装置和小功率加热装置通过温度开关与供电电源连接。温度开关保证锂电池加热到一定温度时自动断开，保护锂电池不会过热。温度开关是70℃温度开关。

地面加热具体为：当锂电池控制器检测到地面电源接触器状态为地信号时，控制锂电池处于地面加热模式；

锂电池控制器检测到锂电池温度＜tff时，锂电池控制器控制接通大功率加热装置和小功率加热装置的供电电源，使大功率加热装置和小功率加热装置同时工作，快速加热锂电池；当锂电池控制器检测到锂电池温度≥tff时，锂电池控制器控制断开大功率加热装置和小功率加热装置的供电电源，停止给锂电池加热。

空中保温具体为：当锂电池控制器检测到地面电源接触器状态为开信号时，控制锂电池处于空中保温模式；

锂电池控制器检测到锂电池温度＜tff时，锂电池控制器控制接通小功率加热装置的供电电源，断开地面加热电源继电器，小功率加热装置工作，使锂电池空中保温；当锂电池控制器检测到锂电池温度≥tff时，锂电池控制器控制断开小功率加热装置的供电电源，停止给锂电池加热。

大功率加热装置的功率为110w，小功率加热装置的功率为90w。

下面结合附图说明本发明另一个实施例。

结合图1描述实现方法具体实施过程：

一、加热电路

(1)加热电源

锂电池的加热电源分为地面加热电源和空中加热电源，分别来自机上配电盒中的28v汇流条，配电盒输出设置断路器，给机上加热线路提供短路保护。

(2)加热装置

锂电池内部设置大功率加热装置，用于地面快速加温，设置小功率加热装置用于空中小功率保温。

(3)加热控制电路

锂电池的加热控制由蓄电池控制器完成，加热控制策略在充电器内部的单片机实现。蓄电池控制器检测锂电池的温度、加热电流、地面电源接触器的状态等参数，并进行逻辑判断，发出加热控制信号控制加热继电器，同时，充电器还将充电状态、温度、加热故障等信息上传飞机系统，实现锂离子蓄电池组加热可知可控。

其中，地面电源接触器状态为地/开信号(地表示地面，开表示空中)，用于蓄电池控制器控制锂电池的地面或空中加热模式。采用在加热回路内部串联70℃温度开关以实现锂电池的硬件加热保护。

二、加热策略

(1)地面快速加热

当蓄电池控制器检测到地面电源接触器状态为地信号时，控制锂电池处于地面快速加温模式。

蓄电池控制器检测到锂电池温度＜tff时，蓄电池控制器控制接通地面加热电源继电器和空中加热电源继电器，大功率加热装置和小功率加热装置同时工作，使锂电池快速加热；当蓄电池控制器检测到锂电池温度≥tff时，蓄电池控制器控制断开地面加热电源继电器和空中加热电源继电器，停止给锂电池加热。

(2)空中保温

当蓄电池控制器检测到地面电源接触器状态为开信号时，控制锂电池处于空中温模式。

蓄电池控制器检测到锂电池温度＜tff时，蓄电池控制器控制接通空中加热电源继电器，断开地面加热电源继电器，仅小功率加热装置工作，使锂电池处于空中保温；当蓄电池控制器检测到锂电池温度≥tff时，蓄电池控制器控制断开空中加热电源继电器，停止给锂电池加热。

大功率加热装置的功率为110w，小功率加热装置的功率为90w，因此空中保温热功率为90w，地面加热热功率为200w，可以满足飞机锂电池的工作需要。