航空电源电池管理系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电池管理技术领域，具体涉及航空电源电池管理系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 随着航天事业的不断发展，其机载用电设备日益增多，航空电源电池管理系统的 设计成为了关键。航空电源电池管理系统不仅是功能系统，也是重要的安全保障系统。由于 全电飞机的不断发展，航空电源电池系统的重要性也将提升到一个新的高度。一个好的电 源电池管理系统不仅要对电池组的电压电流进行检测，电池荷电状态及健康状态的估计， 电池的充放电均衡问题也成为研宄的重点与难点。
[0003]目前，市场上主流的电源电池管理系统较之模拟电子式电池管理系统有了质的飞 跃，但仍有种种不足，比如：测量的精确度和实时性还有待改善，测量的数据类型不够完善， 有待与上位机界面连接，实现电池管理系统可视化。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提出航空电源电池管理系统及其方法。
[0005] 本发明技术方案如下：
[0006] 航空电源电池管理系统，包括主控制单元、监控子单元和上位机；
[0007] 所述的主控制单元，包括主控制器模块、充放电电压测量模块、充放电电流测量模 块、过压过流保护模块、A/D转换模块、接触器模块、气压采集模块和isoSPI转换模块；
[0008] 所述的监控子单元有多个，各监控子单元均包括子板控制模块和温度测量模块；
[0009] 所述的充放电电压测量模块的输入端连接航空电源的整体电池组两端，充放电电 流测量模块的输入端连接航空电源的整体电池组的负载，充放电电压测量模块的输出端和 充放电电流测量模块的输出端连接A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端通过IIC 总线连接主控制器模块的第一输入端；所述的气压采集模块的输出端通过IIC总线连接主 控制器模块的第二输入端；所述的主控制器模块的第一输出端连接过压过流保护模块的输 入端，过压过流保护模块的输出端连接接触器模块的输入端，接触器模块的输出端连接航 空电源的整体电池组；所述的主控制器模块通过CAN总线连接上位机；所述的各温度测量 模块的输出端分别连接对应的子板控制模块的第一输入端，各子板控制模块的第二输入端 连接对应的单电池组两端；所述的各子板控制模块通过SPI总线连接isoSPI转换模块， isoSPI转换模块通过SPI总线连接主控制器模块。
[0010] 该系统还包括电源单元，电源单元的输入端连接航空电源的整体电池组，电源单 元的输出端连接主控制器模块的电源端；
[0011] 所述的电源单元，采用电压隔离转换器，用于将航空电源电池的电压转换为主控 制单元各模块和监控子单元各模块所需电压，为主控制单元各模块和监控子单元各模块供 电。
[0012] 主控制器模块，采用单片机，用于根据采集的航空电源的整体电池组的充电总电 压值、整体电池组的放电总电压值、整体电池组的充电总电流值、整体电池组的放电总电流 值和单电池组的单体电池电压值进行电压、电流检测，并发送控制信号至过压过流保护模 块；根据单电池组的单体电池的电压值计算单电池组的单体电池的电压偏差，并发送控制 信号至子板控制模块；根据实时采集的航空电源的整体电池组的充电总电压、整体电池组 的放电总电压、整体电池组的充电总电流、整体电池组的放电总电流和整体电池组温度值 进行航空电源电池的SOC值和航空电源电池SOH值估算；将航空电源的整体电池组的充电 总电压值、整体电池组的放电总电压值、整体电池组的充电总电流值、整体电池组的放电总 电流值、整体电池组的外界大气压力值、各单电池组的温度值、单电池组的单体电池的电压 值、航空电源的SOC值和航空电源电池SOH值发送至上位机；
[0013] 所述的充放电电压测量模块，用于采集航空电源的整体电池组的充电总电压和整 体电池组的放电总电压，并传送至A/D转换模块；充放电电压测量模块，包括放电电压测量 电路和充电电压测量电路；
[0014] 所述的放电电压测量电路包括第一运算放大器、第一隔离器和第二运算放大器； 所述的第一运算放大器的输入端连接航空电源的整体电池组两端，第一运算放大器的输出 端连接第一隔离器的输入端，第一隔离器的输出端连接第二运算放大器的输入端，第二运 算放大器的输出端连接A/D转换模块的输入端；
[0015] 所述的充电电压测量电路包括第三运算放大器、第二隔离器和第四运算放大器； 所述的第三运算放大器的输入端连接航空电源的整体电池组两端，第三运算放大器的输出 端连接第二隔离器的输入端，第二隔离器的输出端连接第四运算放大器的输入端，第四运 算放大器的输出端连接A/D转换模块的输入端。
[0016] 所述的充放电电流测量模块，用于采集航空电源的整体电池组的充电总电流和整 体电池组的放电总电流，并传送至A/D转换模块；充放电电流测量模块，包括放电电流测量 电路和充电电流测量电路；
[0017] 所述的放电电流测量电路包括第五运算放大器和第六运算放大器；所述的第五运 算放大器的输入端连接航空电源的整体电池组负载，第五运算放大器的输出端连接第六运 算放大器的输入端，第六运算放大器的输出端连接A/D转换模块的输入端；
[0018] 所述的充电电流测量电路包括第七运算放大器和第八运算放大器；所述的第七运 算放大器的输入端连接航空电源的整体电池组负载，第七运算放大器的输出端连接第八运 算放大器的输入端，第八运算放大器的输出端连接A/D转换模块的输入端。
[0019]所述的A/D转换模块，采用A/D转换器，用于将采集的航空电源的整体电池组的充 电总电压、放电总电压、充电总电流和放电总电流进行模数转换，并将转换的航空电源的整 体电池组的充电总电压值、放电总电压值、充电总电流值和放电总电流值通过IIC总线传 送至主控制器模块；
[0020] 所述的过压过流保护模块，用于根据接收主控制器模块的控制信号，在航空电源 的整体电池组或单电池组的单体电池出现过压、过流时，控制接触器模块的通断，实现过压 过流保护；过压过流保护模块，包括光电耦合器、第一三极管和第二三极管；
[0021] 所述的光电親合器的输入端连接主控制器模块的第一输出端，光电親合器的第一 输出端连接第一三极管的输入端，光电耦合器的第二输出端连接第二三级管的输入端；第 一三极管的输出端和第二三极管的输出端分别连接接触器模块的输入端。
[0022] 所述的气压采集模块，采用气压传感器，用于采集航空电源的整体电池组的外界 大气压力值，并传送至主控制器模块；
[0023] 所述的isoSPI转换模块，用于实现四线制的标准SPI和两线制的标准SPI的相互 转化，实现主控制器模块与多个子板控制模块之间的通信；isoSPI转换模块，包括isoSPI 隔离式通信接口和以太网隔离变压器；
[0024] 所述的isoSPI隔离式通信接口的输入端通过SPI总线连接主控制器模块，isoSPI 隔离式通信接口的输出端连接隔离变压器的输入端，隔离变压器的输出端通过SPI总线连 接各个子板控制模块。
[0025] 所述的子板控制模块，采用电池组监视器，用于采集航空电源的单电池组的单体 电池电压值，将航空电源的单电池组的单体电池电压值和航空电源的单电池组的温度值传 送至主控制器模块；根据主控制器模块控制信号对单电池组的单体电池进行能量均衡控 制；
[0026] 所述的温度测量模块，采用热敏电阻，用于采集航空电源的单电池组的温度值，并 传送至子板控制模块；
[0027] 所述的接触器模块，用于控制航空电源电池与电池充电器的通断和航空电源电池 与负载的通断；接触器模块，包括两个直流接触器：充电直流接触器和放电直流接触器；
[0028] 所述的充电直流接触器的输入端和放电直流接触器的输入端连接过压过流保护 模块的输出端，充电直流接触器的输出端连接航空电源电池的电池充电器，放电直流接触 器的输出端连接航空电源电池的负载。
[0029] 所述的上位机，用于显示航空电源的整体电池组的充电总电压值、整体电池组的 放电总电压值、整体电池组的充电总电流值、整体电池组的放电总电流值、整体电池组的外 界大气压力值、各单电池组的温度值、单电池组的单体电池的电压值、航空电源电池的S0C 值和航空电源电池S0H值。
[0030] 采用航空电源电池管理系统进行航空电源电池管理的方法，包括以下步骤：
[0031] 步骤1 :在航空电源电池工作过程中，充放电电压测量模块实时采集航空电源的 整体电池组的充电总电压和放电总电压，充放电电流测量模块采集航空电源的整体电池组 的充电总电流和放电总电流，A/D转换模块将整体电池组的充电总电压、放电总电压、充电 总电流和放电总电流进行模数转换，并将转换的航空电源的整体电池组的充电总电压值、 放电总电压值、充电总电流值和放电总电流值传送至主控制器模块；
[0032] 步骤2:气压采集模块实时采集航空电源的整体电池组的外界大气压力值，并传 送至主控制器模块；
[0033] 步骤3:各温度测量模块采集航空电源的各单电池组的温度值，并传送至子板控 制丰吴块；
[0034] 步骤4:各子板控制模块采集对应的航空电源的单电池组的单体电池电压值，将 航空电源的单电池组的单体电池电压值和航空电源的单电池组的温度值传送至主控制器 丰吴块；
[0035] 步骤5:主控制器模块根据采集的航空电源的整体电池组的充电总电压值、整体 电池组的放电总电压值、整体电池组的充电总电流值、整体电池组的放电总电流值和单电 池组的单体电池电压值进行电压、电流检测，并发送控制信号至过压过流保护模块控制接 触器模块的通断，实现航空电源电池的过压过流保护；
[0036] 步骤5. 1 :设定单电池组的单体电池的电压上限阈值、单电池组的单体电池的电 压下限阈值、整体电池组充放电总电压上限阈值、整体电池组充放电总电压下限阈值、整体 电池组充放电总电流上限阈值和整体电池组充放电总电流下限阈值；
[0037] 步骤5. 2:当单电池组