一種無人直升機(jī)應(yīng)急電源管理系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域，具體地說是一種無人直升機(jī)應(yīng)急電源管理系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無人直升機(jī)在飛行過程中發(fā)動(dòng)機(jī)可能發(fā)生停車現(xiàn)象，此時(shí)需要提供穩(wěn)定的外部直流電源對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行再啟動(dòng)以及為機(jī)上設(shè)備供電。鋰電池具有高比能，無記憶特性等突出優(yōu)點(diǎn)，用來作為無人直升機(jī)的應(yīng)急電源系統(tǒng)的供電源，體積小，重量輕，占用無人直升機(jī)的載重及空間資源小。
[0003]鋰電池組過充、過放、充電不均衡，將影響其循環(huán)壽命，降低性能，甚至引起安全事故，這對(duì)無人直升機(jī)的安全性、可靠性具有很大影響，因此必須配備具有高可靠性的鋰電池組管理系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種性能穩(wěn)定、體積小、成本低、可靠性高的無人直升機(jī)應(yīng)急電源管理系統(tǒng)和方法。
[0005]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種無人直升機(jī)應(yīng)急電源管理系統(tǒng)，電壓檢測模塊輸入端外部連接鋰電池組，測量鋰電池組的單體電壓信號(hào)和總電壓信號(hào)，輸出端連接控制器模塊，將鋰電池組的單體電壓信號(hào)和總電壓信號(hào)發(fā)送給控制器模塊；
[0006]溫度檢測模塊輸入端外部連接鋰電池組，測量鋰電池組的溫度信號(hào)，輸出端連接控制器模塊，將鋰電池組的溫度信號(hào)發(fā)送給控制器模塊；
[0007]電流檢測模塊外部連接鋰電池組，測量鋰電池組電流，輸出端連接控制器模塊，該模塊由電源模塊供電；
[0008]均衡模塊輸入端連接控制器模塊，接收控制器模塊發(fā)出的均衡控制信號(hào)，外部輸出端連接鋰電池組，對(duì)鋰電池組進(jìn)行充電均衡控制；
[0009]故障保護(hù)模塊輸入端連接控制器模塊，接收控制器模塊發(fā)出的斷電信號(hào)，輸出端連接鋰電池組放電回路繼電器，控制鋰電池組放電回路供電；
[0010]均衡模塊輸入端連接控制器模塊，接收控制器模塊發(fā)出的控制信號(hào)，外部輸出端連接鋰電池組，對(duì)鋰電池組進(jìn)行充電均衡控制；
[0011]通訊模塊連接控制器模塊，負(fù)責(zé)電源管理系統(tǒng)與整機(jī)系統(tǒng)間的通訊。
[0012]所述溫度檢測模塊由熱敏電阻和分壓電路組成。
[0013]所述電流檢測模塊由霍爾傳感器和電壓跟隨電路組成。
[0014]所述電壓檢測模塊由LTC6803-3及外圍電路組成。
[0015]所述均衡模塊采用被動(dòng)均衡方式，由光耦開關(guān)、MOS管、二極管以及分壓電阻組成，其中MOS管、二極管、分壓電阻串聯(lián)后與鋰電池組的單體電池并聯(lián)，光耦開關(guān)與MOS管G級(jí)連接，控制分壓電路的通斷。
[0016]一種無人直升機(jī)應(yīng)急電源管理方法，包括以下步驟:
[0017]步驟1:對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，并通過電壓檢測模塊、電流檢測模塊和溫度檢測模塊采集單體電池電壓、溫度、總電壓和總電流信號(hào)；
[0018]步驟2:對(duì)鋰電池組進(jìn)行SOC估計(jì)并統(tǒng)計(jì)循環(huán)次數(shù)；
[0019]步驟3:對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷，并將鋰電池組參數(shù)及故障診斷結(jié)果發(fā)送到整機(jī)系統(tǒng)；
[0020]步驟4:判斷鋰電池組的充放電狀態(tài)，如果鋰電池組處于充電狀態(tài)，則執(zhí)行充電控制程序，否則如果鋰電池組處于放電狀態(tài)，則執(zhí)行放電控制程序。
[0021 ] 所述SOC估計(jì)過程為:
[0022]通過安時(shí)積分法對(duì)鋰電池組SOC進(jìn)行估計(jì)，即SOC(k) = SOC(k-Ι)+ Δ TX I，在SOC估計(jì)的算法中，會(huì)通過將鋰電池組電壓U與鋰電池組的充電飽和電壓UJi行比較，若兩者相等，則將SOC值置為I。
[0023]所述對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷包括以下過程:
[0024]步驟1:讀取鋰電池組采樣結(jié)果；
[0025]步驟2:如果鋰電池組溫度T。大于閾值Tup，記錄過熱故障，并判斷電池總電壓U。與單體電壓之和的差值是否大于電壓差異閾值Udlf，否則判斷鋰電池組溫度T。是否小于閾值
T..*.down，
[0026]步驟3:如果鋰電池組溫度T。小于閾值T dmm，記錄低溫故障，并判斷電池總電壓U0與單體電壓之和的差值是否大于電壓差異閾值udlf，否則直接判斷電池總電壓U。與單體電壓之和的差值是否大于電壓差異閾值Udlf;
[0027]步驟4:如果電池總電壓U。與單體電壓之和的差值大于差異閾值U dlf，記錄電壓采樣故障，并判斷單體電壓最大值1]_與最小值U _差值是否大于不平衡閾值U inb,否則直接判斷單體電壓最大值1]_與最小值U _差值是否大于不平衡閾值U inb；
[0028]步驟5:如果電池組單體電壓最大值Uniax與最小值1]_差值大于不平衡閾值Uinib，記錄單體電池電壓不平衡故障，并結(jié)束故障診斷，否則直接結(jié)束故障診斷。
[0029]所述充電控制程序包括以下過程:
[0030]步驟1:鋰電池組處在充電狀態(tài)；
[0031]步驟2:如果鋰電池組電壓大于點(diǎn)火裝置啟動(dòng)電壓，連通放電電路，否則判斷充電電流是否大于閾值；
[0032]步驟3:連通放電電路后，如果鋰電池組電壓大于充電飽和電壓，關(guān)閉限流板，結(jié)束充電，否則判斷充電電流是否大于閾值；
[0033]步驟4:如果充電電流大于閾值，重啟限流板并向整機(jī)系統(tǒng)發(fā)送充電故障信號(hào)，并結(jié)束充電控制，否則直接結(jié)束充電控制。
[0034]所述放電控制程序包括以下過程:
[0035]步驟1:鋰電池組處于放電狀態(tài)；
[0036]步驟2:如果鋰電池組電壓大于充電器啟動(dòng)電壓，結(jié)束放電控制程序，否則判斷鋰電池組電壓是否大于點(diǎn)火裝置啟動(dòng)電壓；
[0037]步驟3:如果鋰電池組電壓大于點(diǎn)火裝置啟動(dòng)電壓，開啟限流板并結(jié)束放電控制，否則向整機(jī)系統(tǒng)發(fā)送低壓報(bào)警信號(hào)，切斷放電電路，開啟限流板，并結(jié)束放電控制。
[0038]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0039]1.本發(fā)明為無人直升機(jī)應(yīng)急電源管理系統(tǒng)，具有體積小，性能穩(wěn)定，檢測精度高，成本低，可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。
[0040]2.本發(fā)明具有充電過流保護(hù)和放電低壓保護(hù)功能，鋰電池組充電時(shí)電流大于預(yù)設(shè)閥值會(huì)控制外部限流板重啟，以防止充電電流過大損壞電池；鋰電池組電壓低于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電壓時(shí)，控制器會(huì)切斷放電電路，立即將系統(tǒng)置于充電模式，并向整機(jī)系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，可保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。
[0041]3.本發(fā)明具有自動(dòng)充電功能，當(dāng)鋰電池組總電壓低于充電器啟動(dòng)電壓時(shí)，控制器自動(dòng)控制電池組停止放電并進(jìn)入充電狀態(tài)，智能化程度高，可靠性更強(qiáng)。
[0042]4.本發(fā)明具有自動(dòng)報(bào)警功能，當(dāng)電池放電過程中總電壓低于預(yù)定閥值時(shí)，將向上位機(jī)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，并且報(bào)警指示燈持續(xù)發(fā)亮。
【附圖說明】
[0043]圖1本發(fā)明的模塊框圖；
[0044]圖2本發(fā)明的電路連線圖；
[0045]圖3本發(fā)明均衡模塊電路原理圖；
[0046]圖4本發(fā)明方法流程圖；
[0047]圖5本發(fā)明故障診斷流程圖；
[0048]圖6本發(fā)明SOC估計(jì)方法流程圖；
[0049]圖7為本發(fā)明的充電控制程序流程圖；
[0050]圖8為本發(fā)明的放電控制程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0052]本發(fā)明基于磷酸鐵鋰電池的無人直升機(jī)應(yīng)急電源系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一套應(yīng)急電源管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有檢測、數(shù)據(jù)處理以及故障保護(hù)等功能:可實(shí)時(shí)檢測鋰電池組的電壓、電流、溫度等參數(shù)；根據(jù)鋰電池組的參數(shù)，進(jìn)行SOC估計(jì)和故障診斷；根據(jù)檢測