机载锂离子蓄电池系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种机载锂离子蓄电池组系统，包括锂离子蓄电池组和蓄电池充电器，两者通过功率插座和通讯插座连接；其中锂离子蓄电池组包括多个串联的单体电池和加热装置；该锂离子蓄电池组还包括电压监控模块、电流监控模块、均衡控制模块、第一控制模块和第一断路器；蓄电池充电器包括串充电源模块、加热电源模块、总电压监控模块、第二控制模块、第二断路器、第三断路器和DC/DC。本发明可以很好的防止锂离子蓄电池组出现安全性问题。
【专利说明】机载锂离子蓄电池系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及蓄电池系统，尤其涉及一种机载锂离子蓄电池系统。
[0002]
【背景技术】
[0003]用于航空领域的应急备用电源主要是铅酸蓄电池和镉镍电池组，随着飞机战术技术指标的不断提高，现役蓄电池组的重量、体积以及放电倍率等方面很难满足要求，严重制约了各种航天航空飞行器的战术技术指标进一步提高。另外，由于镉镍蓄电池有记忆效应，维护工序复杂，使用寿命短等特点，对飞机的维护效率和成本有较大的影响。
[0004]锂离子电池由于工作电压高、功率密度和能量密度高、使用寿命长、无记忆效应、充电速度快、使用温度范围宽和自放电小等优点，越来越多地被使用在无人机、航天飞行器等航天航空领域。但是，若组成锂电池组的各个单体电池的容量、荷电状态、自放电率、衰减特性在长期使用过程中会不一致，将导致电池组的使用寿命大幅度缩短。目前，解决单体电池的不一致性问题主要使用前通过提高单体电池的制造技术、筛选技术和成组技术，但是飞机的使用条件复杂，工况多变，在使用过程中一致性很难得到有效的保障，而一致性差将会导致电池组出现过充等安全性问题。因此，提出一种新型的机载蓄电池系统是很有必要的。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中机载应急备用电源重量重、体积大、维护成本高、使用寿命短和安全可靠性差的缺陷，提供一种使用寿命长、无记忆效应、充电速度快、免维护和自放电小的机载锂离子蓄电池系统。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
提供一种机载锂离子蓄电池组系统，包括锂离子蓄电池组和蓄电池充电器，两者通过功率插座和通讯插座连接；
其中锂离子蓄电池组包括多个串联的单体电池和加热装置，加热装置置于串联好的单体电池周围，该锂离子蓄电池组还设有温度传感器，固定在单体电池的正负极极柱上；该锂离子蓄电池组还包括电压监控模块、电流监控模块、均衡控制模块、第一控制模块和第一断路器；温度监控模块与温度传感器连接；电压监控模块分别与单体电池和锂离子蓄电池组的正负极连接；电流监控模块与安装在串联连接排上的电流传感器进行连接；均衡控制模块分别与单体电池的正负极连接；第一断路器与第一控制模块连接；
蓄电池充电器包括串充电源模块、加热电源模块、总电压监控模块、第二控制模块、第二断路器、第三断路器和DC/DC ;加热电源模块为锂离子蓄电池组提供加热电源；总电压监控模块为蓄电池充电器提供实时监控锂离子蓄电池组的总电压；串充电源模块为锂离子蓄电池组提供串联充电电源；第二控制模块通过通讯插座传输的或自身检测到的信号控制第二断路器和第三断路器的闭合。
[0007]本发明所述的机载锂离子蓄电池组系统中，单体电池和锂离子蓄电池组间采用镀银铜线作为电压监测线缆，且每只单体电池上的电压监测线缆均为两根，采用螺钉固定在连接排上。
[0008]本发明所述的机载锂离子蓄电池组系统中，锂离子蓄电池组包括至少两组温度传感器，两组温度传感器为相同或不同特性的热敏电阻。
[0009]本发明所述的机载锂离子蓄电池组系统中，均衡控制模块具体用于对单体电池进行充放电管理，并对单体电池进行过压保护；通过温度监控模块、加热控制模块和加热装置对锂离子蓄电池组进行加热控制；通过电流监控模块和第一断路器对锂离子蓄电池组进行过流保护；第一控制模块通过监控的电压、电流和温度估算锂离子蓄电池组的荷电状态，并判断是否需要充电。
[0010]本发明所述的机载锂离子蓄电池组系统中，第二控制模块具体用于根据收到并记录的锂离子蓄电池组发送的数据和总电压监控模块检测的数据，通过第二断路器和第三断路器对锂离子蓄电池组进行过压、过放和过热安全保护。
[0011]本发明产生的有益效果是:本发明的机载锂离子蓄电池系统功率密度和能量密度高、使用寿命长、无记忆效应、充电速度快、免维护和自放电小；由于加热控制模块具有双重安全保护措施，蓄电池组能在较低的温度下安全可靠工作；蓄电池组根据电压监控模块独立启动充电，另外蓄电池充电器通过冗余设计监控总电压防止出现过充和过放安全性问题；电流监控模块通过监控总电流大小防止出现过流安全性问题；均衡控制模块根据各单体电池间的电压实时地进行充电或放电，以保证其电量一致性。本发明可以很好的防止锂离子蓄电池组出现安全性问题。
[0012]
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
图1为本发明实施例的机载锂离子蓄电池的示意图；
图2为本发明蓄电池充电器示意图；
图3为本发明机载锂离子蓄电池系统原理框图；
图4为本发明机载锂离子蓄电池系统原理示意图。
[0014]
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0016]本发明的机载锂离子蓄电池组，如图1所示，I为单体电池、2为单体电池极柱、3为单体电池串联用的连接排、4为加热布、5为电池管理系统、6为功率插座、7为通讯插座、8为电池管理系统信号采集连接器、9为电池组外壳、10为温度传感器、11为电压采集和均衡充电电流传输端子。
[0017]本发明的蓄电池充电器，如图2所示，12为蓄电池充电器、13为断路器、14为正极功率插座、15为负极功率插座、16为270V供电插座。
[0018]机载锂离子蓄电池组系统外部为一箱体，箱体外设有多个规则布设的接线端子。单体电池1、电压/电流/温度监控模块、连接排、均衡控制模块、加热控制模块、第一控制模块、功率插座和通讯插座组装在蓄电池组箱体内；所述加热电源模块、总电压监控模块、第二控制模块、串充电源模块和DC/DC设计装入组合箱体内。本发明适用于各种飞行器所需的应急或备用电源。
[0019]如图3所示，本发明实施例机载锂离子蓄电池组系统，包括锂离子蓄电池组和蓄电池充电器两部分，锂离子蓄电池组与蓄电池充电器通过功率插座和通讯插座连接，其正负极分别与飞机汇流条和飞机地连接。
[0020]锂离子蓄电池组包括多个单体电池、电压/电流/温度监控模块、连接排、均衡控制模块、加热控制模块、第一控制模块、功率插座、通讯插座、温度传感器、电流传感器、第一断路器和加热装置。
[0021]多个单体电池和第一断路器用连接排串联连接后穿过电流传感器与功率插座连接；所述加热装置置于串联好的单体电池周围；所述温度传感器固定在单体电池的正负极极柱上；所述温度监控模块与温度传感器连接，本发明实施例中温度传感器为热敏电阻(PTC或者NTC);所述电压监控模块分别与单体电池和锂离子蓄电池组的正负极连接；所述电流监控模块与电流传感器连接；所述均衡控制模块分别与单体电池的正负极连接；
进一步，所述蓄电池充电器包括加热电源模块、总电压监控模块、串充电源模块、第二控制模块、第二断路器、第三断路器和DC/DC，DC/DC可与270V的直流电源连接；所述加热电源模块为蓄电池组提供加热电源；所述总电压监控模块目的是通过蓄电池充电器实时监控蓄电池组的总电压；所述串充电源模块是为蓄电池组提供串联充电电源；所述第二控制模块2是根据蓄电池组通过通讯插座传输的或自身检测到的信号控制第二和第三断路器的闭合。
[0022]进一步，所述电压监控模块与单体电池、蓄电池组间采用镀银铜线作为电压监测线缆，且每只单体电池上的电压监测线缆均为2根，采用螺钉固定在连接排或正负极极柱上。
[0023]进一步，所述温度监控模块与至少2组温度传感器连接，2组温度传感器是相同或不同特性的热敏电阻(PTC或者NTC)。
[0024]进一步，所述第一控制模块可根据单体电池电压、温度和电流对蓄电池组进行智能管理，并通过通讯插座将数据发送给蓄电池充电器。
[0025]如图4所示，本发明的蓄电池充电器对蓄电池组进行充电控制，通过通讯插座接收蓄电池组的电流、温度等数据实现对工作电源、加热电源以及串充电源等的控制。
[0026]本发明的机载锂离子蓄电池系统可实现智能管理，通过监控每只单体电池的电压并对其进行比较，均衡控制模块对单体电池进行充放电管理，并对单体电池进行过压保护；通过温度监控模块、加热控制模块和加热装置对蓄电池组进行加热控制；通过电流监控模块和断路器对蓄电池组进行过流保护；通过监控的电压、电流和温度估算蓄电池组的荷电状态，第一控制模块判断是否需要充电。
[0027]进一步，第二控制模块根据收到并记录的蓄电池组发送的数据和所述总电压监控模块检测的数据，通过第二和第三断路器对蓄电池组进行过压、过放和过热安全保护。
[0028]加热控制模块可由软件控制和硬件控制两部分组成，双重保护措施对电池组进行安全加热。
[0029]本发明的机载锂离子蓄电池系统功率密度和能量密度高、使用寿命长、无记忆效应、充电速度快、免维护和自放电小；由于加热控制模块具有双重安全保护措施，蓄电池组能在较低的温度下安全可靠工作；蓄电池组根据电压监控模块独立启动充电，另外蓄电池充电器通过监控总电压防止出现过充和过放安全性问题；电流监控模块通过监控总电流大小防止出现过流安全性问题；均衡控制模块根据各单体电池间的电压实时地进行充电或放电，以保证其容量一致性。本发明可以很好的防止锂离子蓄电池组出现安全性问题。
[0030]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种机载锂离子蓄电池组系统，其特征在于，包括锂离子蓄电池组和蓄电池充电器，两者通过功率插座和通讯插座连接； 其中锂离子蓄电池组包括多个串联的单体电池和加热装置，加热装置置于串联好的单体电池周围，该锂离子蓄电池组还设有温度传感器，固定在单体电池的正负极极柱上； 该锂离子蓄电池组还包括电压监控模块、电流监控模块、均衡控制模块、第一控制模块和第一断路器；温度监控模块与温度传感器连接；电压监控模块分别与单体电池和锂离子蓄电池组的正负极连接；电流监控模块与安装在串联连接排上的电流传感器进行连接；均衡控制模块分别与单体电池的正负极连接；第一断路器与第一控制模块连接； 蓄电池充电器包括串充电源模块、加热电源模块、总电压监控模块、第二控制模块、第二断路器、第三断路器和DC/DC ;加热电源模块为锂离子蓄电池组提供加热电源；总电压监控模块为蓄电池充电器提供实时监控锂离子蓄电池组的总电压；串充电源模块为锂离子蓄电池组提供串联充电电源；第二控制模块通过通讯插座传输的或自身检测到的信号控制第二断路器和第三断路器的闭合。
2.根据权利要求1所述的机载锂离子蓄电池组系统，其特征在于，单体电池和锂离子蓄电池组间采用镀银铜线作为电压监测线缆，且每只单体电池上的电压监测线缆均为两根，采用螺钉固定在连接排上。
3.根据权利要求1所述的机载锂离子蓄电池组系统，其特征在于，锂离子蓄电池组包括至少两组温度传感器，两组温度传感器为相同或不同特性的热敏电阻。
4.根据权利要求1所述的机载锂离子蓄电池组系统，其特征在于，均衡控制模块具体用于对单体电池的电量进行充放电管理，防止单体电池间出现不一致性；通过温度监控模块、加热控制模块和加热装置对锂离子蓄电池组进行加热控制；通过电流监控模块和第一断路器对锂离子蓄电池组进行过流保护；第一控制模块通过监控的电压、电流和温度估算锂离子蓄电池组的荷电状态，并判断是否需要充电。
5.根据权利要求1所述的机载锂离子蓄电池组系统，其特征在于，第二控制模块具体用于根据收到并记录的锂离子蓄电池组发送的数据和总电压监控模块检测的数据，通过第二断路器和第三断路器对锂离子蓄电池组进行过压、过放和过热安全保护。
【文档编号】H02J7/00GK104269899SQ201410500041
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】吴际良, 黄代文, 李惠, 余克清 申请人:武汉中原长江科技发展有限公司, 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所