一种无人直升机应急电源管理系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池管理系统领域，具体地说是一种无人直升机应急电源管理系统和方法。
【背景技术】
[0002]无人直升机在飞行过程中发动机可能发生停车现象，此时需要提供稳定的外部直流电源对发动机进行再启动以及为机上设备供电。锂电池具有高比能，无记忆特性等突出优点，用来作为无人直升机的应急电源系统的供电源，体积小，重量轻，占用无人直升机的载重及空间资源小。
[0003]锂电池组过充、过放、充电不均衡，将影响其循环寿命，降低性能，甚至引起安全事故，这对无人直升机的安全性、可靠性具有很大影响，因此必须配备具有高可靠性的锂电池组管理系统。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明提供一种性能稳定、体积小、成本低、可靠性高的无人直升机应急电源管理系统和方法。
[0005]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种无人直升机应急电源管理系统，电压检测模块输入端外部连接锂电池组，测量锂电池组的单体电压信号和总电压信号，输出端连接控制器模块，将锂电池组的单体电压信号和总电压信号发送给控制器模块；
[0006]温度检测模块输入端外部连接锂电池组，测量锂电池组的温度信号，输出端连接控制器模块，将锂电池组的温度信号发送给控制器模块；
[0007]电流检测模块外部连接锂电池组，测量锂电池组电流，输出端连接控制器模块，该模块由电源模块供电；
[0008]均衡模块输入端连接控制器模块，接收控制器模块发出的均衡控制信号，外部输出端连接锂电池组，对锂电池组进行充电均衡控制；
[0009]故障保护模块输入端连接控制器模块，接收控制器模块发出的断电信号，输出端连接锂电池组放电回路继电器，控制锂电池组放电回路供电；
[0010]均衡模块输入端连接控制器模块，接收控制器模块发出的控制信号，外部输出端连接锂电池组，对锂电池组进行充电均衡控制；
[0011]通讯模块连接控制器模块，负责电源管理系统与整机系统间的通讯。
[0012]所述温度检测模块由热敏电阻和分压电路组成。
[0013]所述电流检测模块由霍尔传感器和电压跟随电路组成。
[0014]所述电压检测模块由LTC6803-3及外围电路组成。
[0015]所述均衡模块采用被动均衡方式，由光耦开关、MOS管、二极管以及分压电阻组成，其中MOS管、二极管、分压电阻串联后与锂电池组的单体电池并联，光耦开关与MOS管G级连接，控制分压电路的通断。
[0016]一种无人直升机应急电源管理方法，包括以下步骤:
[0017]步骤1:对系统进行初始化，并通过电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块采集单体电池电压、温度、总电压和总电流信号；
[0018]步骤2:对锂电池组进行SOC估计并统计循环次数；
[0019]步骤3:对出现的故障进行诊断，并将锂电池组参数及故障诊断结果发送到整机系统；
[0020]步骤4:判断锂电池组的充放电状态，如果锂电池组处于充电状态，则执行充电控制程序，否则如果锂电池组处于放电状态，则执行放电控制程序。
[0021 ] 所述SOC估计过程为:
[0022]通过安时积分法对锂电池组SOC进行估计，即SOC(k) = SOC(k-Ι)+ Δ TX I，在SOC估计的算法中，会通过将锂电池组电压U与锂电池组的充电饱和电压UJi行比较，若两者相等，则将SOC值置为I。
[0023]所述对出现的故障进行诊断包括以下过程:
[0024]步骤1:读取锂电池组采样结果；
[0025]步骤2:如果锂电池组温度T。大于阈值Tup，记录过热故障，并判断电池总电压U。与单体电压之和的差值是否大于电压差异阈值Udlf，否则判断锂电池组温度T。是否小于阈值
T..*.down，
[0026]步骤3:如果锂电池组温度T。小于阈值T dmm，记录低温故障，并判断电池总电压U0与单体电压之和的差值是否大于电压差异阈值udlf，否则直接判断电池总电压U。与单体电压之和的差值是否大于电压差异阈值Udlf;
[0027]步骤4:如果电池总电压U。与单体电压之和的差值大于差异阈值U dlf，记录电压采样故障，并判断单体电压最大值1]_与最小值U _差值是否大于不平衡阈值U inb,否则直接判断单体电压最大值1]_与最小值U _差值是否大于不平衡阈值U inb；
[0028]步骤5:如果电池组单体电压最大值Uniax与最小值1]_差值大于不平衡阈值Uinib，记录单体电池电压不平衡故障，并结束故障诊断，否则直接结束故障诊断。
[0029]所述充电控制程序包括以下过程:
[0030]步骤1:锂电池组处在充电状态；
[0031]步骤2:如果锂电池组电压大于点火装置启动电压，连通放电电路，否则判断充电电流是否大于阈值；
[0032]步骤3:连通放电电路后，如果锂电池组电压大于充电饱和电压，关闭限流板，结束充电，否则判断充电电流是否大于阈值；
[0033]步骤4:如果充电电流大于阈值，重启限流板并向整机系统发送充电故障信号，并结束充电控制，否则直接结束充电控制。
[0034]所述放电控制程序包括以下过程:
[0035]步骤1:锂电池组处于放电状态；
[0036]步骤2:如果锂电池组电压大于充电器启动电压，结束放电控制程序，否则判断锂电池组电压是否大于点火装置启动电压；
[0037]步骤3:如果锂电池组电压大于点火装置启动电压，开启限流板并结束放电控制，否则向整机系统发送低压报警信号，切断放电电路，开启限流板，并结束放电控制。
[0038]本发明具有以下有益效果及优点:
[0039]1.本发明为无人直升机应急电源管理系统，具有体积小，性能稳定，检测精度高，成本低，可靠性强等特点。
[0040]2.本发明具有充电过流保护和放电低压保护功能，锂电池组充电时电流大于预设阀值会控制外部限流板重启，以防止充电电流过大损坏电池；锂电池组电压低于发动机启动电压时，控制器会切断放电电路，立即将系统置于充电模式，并向整机系统发送报警信号，可保障系统安全运行。
[0041]3.本发明具有自动充电功能，当锂电池组总电压低于充电器启动电压时，控制器自动控制电池组停止放电并进入充电状态，智能化程度高，可靠性更强。
[0042]4.本发明具有自动报警功能，当电池放电过程中总电压低于预定阀值时，将向上位机发送报警信号，并且报警指示灯持续发亮。
【附图说明】
[0043]图1本发明的模块框图；
[0044]图2本发明的电路连线图；
[0045]图3本发明均衡模块电路原理图；
[0046]图4本发明方法流程图；
[0047]图5本发明故障诊断流程图；
[0048]图6本发明SOC估计方法流程图；
[0049]图7为本发明的充电控制程序流程图；
[0050]图8为本发明的放电控制程序流程图。
【具体实施方式】
[0051]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0052]本发明基于磷酸铁锂电池的无人直升机应急电源系统，设计了一套应急电源管理系统。该系统具有检测、数据处理以及故障保护等功能:可实时检测锂电池组的电压、电流、温度等参数；根据锂电池组的参数，进行SOC估计和故障诊断；根据检测