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CN110829537B - 航空锂电池组充电管理系统 - Google Patents

航空锂电池组充电管理系统 Download PDF

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CN110829537B
CN110829537B CN201911148400.6A CN201911148400A CN110829537B CN 110829537 B CN110829537 B CN 110829537B CN 201911148400 A CN201911148400 A CN 201911148400A CN 110829537 B CN110829537 B CN 110829537B
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Sichuan Changhong Battery Co ltd
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Abstract

本发明涉及蓄电池充电技术领域，公开一种航空锂电池组充电管理系统，用于提高航空锂电池组充电安全性并确保装机长航时能力。本发明包括锂电池组、连接器、充电单元、数据采集单元、中央处理器以及总线通讯单元；其中，充电单元与连接器相连接，锂电池组与连接器相连接，连接器与数据采集单元相连接，数据采集单元与中央处理器相连接，总线通讯单元与中央处理器相连接，系统采用恒流限压充电模式，配合充电控制保护策略，充电快速高效，热耗低，自然散热。本发明适用于航空锂电池组充电管理。

Description

航空锂电池组充电管理系统
技术领域
本发明涉及蓄电池充电技术领域，特别涉及航空锂电池组充电管理系统。
背景技术
目前航空领域蓄电池系统急需延长蓄电池维护周期，减少拆装次数，同时延长蓄电池应急供电时间，提升长航时能力。锂电池具有能量密度高、循环寿命长、重量轻、无重金属污染等优点，非常符合当前人类可持续发展的绿色要求，尤其在重量及环境适应性要求高的航空领域备受关注。
随着锂电池充电管理相关技术的创新步伐正在日益加快，航空机载产品特别是航空锂电池产业也进入了快速发展期,但是总有一些关键技术困扰锂电池在航空领域的发展，特别是锂电池充电安全性、长航时能力及使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种航空锂电池组充电管理系统，用于提高航空锂电池组充电安全性并确保装机长航时能力。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：航空锂电池组充电管理系统，包括锂电池组、连接器、充电单元、数据采集单元、中央处理器以及总线通讯单元；其中，充电单元与连接器相连接，锂电池组与连接器相连接，连接器与数据采集单元相连接，数据采集单元与中央处理器相连接，总线通讯单元与中央处理器相连接；
航空锂电池组充电时，本发明的系统将执行以下程序：
步骤一：将充电单元接入充电电源，当充电单元接入充电电源后，数据采集单元实时采集输入的充电电源的电压，并将采集到的电压与系统设置的充电电压相比较；
步骤二：当采集到充电输入电源电压不低于设定的电压值时，中央处理器输出PWM电平信号，控制充电电源接入充电单元的DC/DC模块，使得DC/DC模块能通过连接器为锂电池组进行充电；
步骤三：当DC/DC模块接入到锂电池组后，中央处理器通过数据采集单元实时采集锂电池组的总电压、单体电压和温度，并将采集到的电压及温度与系统设置的充电控制条件相比较；中央处理器同时还将当前时刻的充电电压、电流、温度及工作状态信息通过总线通讯单元发送到外部交联系统；
步骤四：当采集到锂电池组的总电压、单体电压和温度满足设定范围时，中央处理器输出PWM电平信号，控制开启DC/DC模块，限制最高输出电压，设置大电流充电标志，以大电流对锂电池组充电；当采集到任意一只单体电压到达设定电压值时，中央处理器停止输出PWM电平信号，关闭DC/DC模块，停止大电流充电；停止大电流充电之后，中央处理器输出控制信号，接通充电单元的电流控制电路，搁置一端时间后，输出PWM电平信号，开启DC/DC模块，转入小电流充电，设置小电流充电标志，以小电流对锂电池组充电，当采集到任意一只单体电压到达设定电压值时，停止小电流充电，清除小电流充电标志，设置锂电池组充电完成标志；
在充电过程中，当采集到充电DC/DC模块温度大于设定温度一时，中央处理器关闭DC/DC模块，停止充电，当采集到充电DC/DC模块温度降至设定温度二时，中央处理器开启DC/DC模块，重启充电；
步骤六：锂电池组充电完成后，当中央处理器通过数据采集单元采集到任意一只单体电压小于设定的电压值时，返回步骤一重新启动充电。
进一步的，降低系统启动冲击电流，充电电源接入充电电源的DC/DC模块之后，中央处理器延时1s以上再控制DC/DC模块开启。
进一步的，步骤四在停止大电流充电之后，可搁置30s后转入小电流充电。
进一步的，为了避免中央处理器内置嵌入式软件控制失效形成的单点故障，进一步提高充电的安全性，本发明还包括过压保护电路，过压保护电路分别与充电单元、锂电池组相连接；在充电过程中，过压保护电路实时将锂电池组的电压与基准电压比较，当锂电池组的电压大于基准电压时，过压保护电路将关闭充电单元，从而实现充电硬件过压保护。
本发明的有益效果是：本发明通过充电控制策略实现智能控制，保证锂电池组长时处于较满的容量状态；通过充电保护策略提高了充电的安全性，防止因为过充电造成锂电池组可靠性降低、寿命缩短。充电管理系统采用恒流限压充电模式，配合充电控制保护策略，充电快速高效，热耗低，自然散热，无需进行特殊的散热设计，体积小，重量轻，充电安全可靠且系统电磁兼容。
附图说明
图1是实施例的系统构成示意图；
图2是实施例中充电单元的控制原理示意图；
图3是实施例中充电单元的电路示意图图；
图4是实施例提供的一种航空锂电池组充电管理系统的控制策略流程图；
图5是实施例中过压保护电路原理图。
具体实施方式
为了提高机载锂电池组充电安全性并确保装机长航时能力，本发明提出了一种航空锂电池组充电管理系统，系统通过连接器与锂电池组相连接，同时连接器与数据采集单元相连接，其电压电流温度采样电路与MCU中央处理器交互式连接，电池组的电压、电流、温度信号通过采样电路由中央处理器实现采集，得到当前电池的电压、电流和温度状态；充电管理系统接入充电电源后，由中央处理器通过数据采集单元实时采集充电输入28V电源电压，并将采集到的电压与系统设置的充电电压相比较，若不低于设定的电压值时，中央处理器输出PWM电平信号，控制充电电源接入DC/DC模块，并将采集到的电压及温度与系统设置的充电控制条件相比较，满足设定范围时，中央处理器输出PWM电平信号，控制开启DC/DC模块，限制最高输出电压，根据本发明充电控制保护策略实现对锂电池组充电。
为达到上述目的，可以通过以下技术方案实现：
一种航空锂电池组充电管理系统，包括锂电池组、连接器、充电单元、过压保护电路、数据采集单元、MCU中央处理器以及总线通讯单元；
所述充电单元通过连接器，可为多串锂电池组进行充电。所述充电单元由充电电源接入控制电路、充电启停控制电路、DC/DC模块和电流控制电路组成；所述的DC/DC模块由直流电源输入，限压输出直流电源，充电单元的输出端经过保险通过连接器与锂电池组正负极相连接；所述的充电电源接入控制电路与中央处理器和DC/DC模块相连接，用于控制充电电源接入电路的工作，当中央处理器输出一个PWM电平信号时，充电电源接入控制电路有电流流过，此时充电电源接入DC/DC模块；所述的充电启停控制电路与中央处理器和DC/DC模块相连接，用于控制DC/DC模块开通关断的工作，当中央处理器输出一个PWM电平信号时，充电启停控制电路进入工作状态，DC/DC模块开始工作，结合DC/DC模块外围电路设计，限制最高输出电压，产生恒定充电电流；所述电流控制电路与中央处理器和DC/DC模块3电流调节端口相连接，所述充电电流调节可分为2档，当电流控制电路不工作时，充电电流为大电流，当充电电流控制电路工作时，充电电流为小电流。所述充电单元的充电电源接入控制电路具有电源防反及浪涌抑制功能，延时1s控制接入充电电源，降低系统启动冲击电流，提高系统供电兼容性能；中央处理器采用PWM控制可以当处理器死机或异常时使充电电源输入控制及充电启停控制均处于关断的状态，进行充电保护，提高充电安全性；所述充电单元的DC/DC模块可为CECPS系列大功率DC/DC模块，在尺寸、重量、变换效率、输入电压上限、存储温度方面均优于传统模块，充电电流及输出电压可调，而且具备输出过流保护、输出过压保护、过热保护、可以直接通过电流采样端口对输出电流进行采样，简化设计，降低电路复杂度，DC/DC模块转换效率可达到95％，大大降低了充电功耗，采用自然散热，减少用于散热的散热齿的重量。
所述锂电池组由多个单体电池串联组成。所述锂电池组与连接器相连接，连接器与数据采集单元相连接，其电压电流温度采样电路与MCU中央处理器交互式连接，电池组的电压、电流、温度信号通过采样电路由中央处理器实现采集，得到当前电池的电压、电流和温度状态；
所述过压保护电路主要由比较器构成的电压比较电路，实现充电过压硬件保护；
所述总线通讯单元与中央处理器相连接，用于系统对外通讯。
所述数据采集单元连接在锂电池组、充电单元及中央处理器之间，采集锂电池组电压、电流、温度以及充电单元的输入输出电压、电流和DC/DC模块温度，中央处理器通过对数据采集单元采集的电压、电流及温度进行计算处理并作出判断，再输出信号给驱动电路，实现充电系统管理。
所述总线通讯单元与中央处理器相连接，系统对外进行信息交互，传递电压、电流、温度及工作状态等，以及用于接收系统外部命令信息。
基于以上的系统，本发明还提供了一种航空锂电池组充电管理系统的控制策略，该策略包括以下步骤：
步骤一：将充电单元接入充电电源，当充电单元接入充电电源后，数据采集单元实时采集输入的充电电源的电压，并将采集到的电压与系统设置的充电电压相比较；
步骤二：当采集到充电输入电源电压不低于设定的电压值时，中央处理器输出PWM电平信号，控制充电电源接入充电单元的DC/DC模块，使得DC/DC模块能通过连接器为锂电池组进行充电；
步骤三：当DC/DC模块接入到锂电池组后，中央处理器通过数据采集单元实时采集锂电池组的总电压、单体电压和温度，并将采集到的电压及温度与系统设置的充电控制条件相比较；中央处理器同时还将当前时刻的充电电压、电流、温度及工作状态信息通过总线通讯单元发送到外部交联系统；
步骤四：当采集到锂电池组的总电压、单体电压和温度满足设定范围时，中央处理器输出PWM电平信号，控制开启DC/DC模块，限制最高输出电压，设置大电流充电标志，以大电流对锂电池组充电；当采集到任意一只单体电压到达设定电压值时，中央处理器停止输出PWM电平信号，关闭DC/DC模块，停止大电流充电；停止大电流充电之后，中央处理器输出控制信号，接通充电单元的电流控制电路，搁置一端时间后，输出PWM电平信号，开启DC/DC模块，转入小电流充电，设置小电流充电标志，以小电流对锂电池组充电，当采集到任意一只单体电压到达设定电压值时，停止小电流充电，清除小电流充电标志，设置锂电池组充电完成标志；
在大电流充电和小电流充电过程中，当采集到充电DC/DC模块温度大于设定温度一时，中央处理器关闭DC/DC模块，停止充电，当采集到充电DC/DC模块温度降至设定温度二时，中央处理器开启DC/DC模块，重启充电；
步骤六：锂电池组充电完成后，当中央处理器通过数据采集单元采集到任意一只单体电压小于设定的电压值时，返回步骤一重新启动充电。
通过以上的策略描述，可以看出本发明具有以下安全性保护：
保护一：充电管理系统接入锂电池组，开启充电时，DC/DC模块采取恒流限压充电模式，根据充满状态单体电压值，总压值，设置过压门限阈值；根据锂电池组体系，确定安全电压阈值。结合充电过程中使锂电池组达到充满状态时的装机线路压降值，确保锂电池组不过压，充电电路设计限压电路，限制充电电路最高输出电压值，可确保单体电压不会超过安全电压阈值。
保护二：充电过程中，中央处理器通过数据采集单元实时采集锂电池组的总电压、单体电压和温度，采集充电输入电源电压、充电DC/DC模块温度，充电电流以及对采集电路BIT，并将采集信息与系统设置的充电安全阈值相比较，若存在任一超阈值情况，则开启充电保护，关闭DC/DC模块，保证了充电安全；
保护三：充电过程中，当中央处理器采集到充电输入电源电压低于设定的电压值时或开启充电保护时，会关闭充电DC/DC模块，后控制断开充电电源输入，若满足条件需要重新开启充电时，先控制充电电源输入，后开启充电DC/DC模块，两者动作延时≥1s，降低了系统启动冲击电流；
保护四：避免中央处理器内置嵌入式软件控制失效形成的单点故障，进一步提高充电的安全性，系统设计有充电输出电压远端采样电路，实现充电过压硬件保护，当锂电池组电压大于过压基准设定值时，通过硬件比较器电路，输出低电平控制信号，该信号控制充电电源输入断开，从而实现充电硬件过压保护。
保护五：中央处理器实现功能控制，充电电源输入控制及充电启停控制采用PWM输出后端控制三极管驱动，通过采用PWM控制可以当处理器死机或异常时使充电电源输入控制及充电启停控制均处于关断的状态，进行充电保护，提高充电安全性。
保护六：中央处理器通过数据采集单元实时采集充电DC/DC模块温度，实现充电过热保护。过热保护的主要目标是在控制产品温升，提高内部元器件可靠性，采集到因大电流充电导致温度大于设定温度时，将大电流充电调整为小电流充电，当温度小于设定温度后，中央处理器根据BIT及数据采取处理情况决定充电模式，同时取消过热保护状态。
实施例
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示：实施例提供了一种航空锂电池组充电管理系统，包括锂电池组、连接器、充电单元、过压保护电路、数据采集单元、MCU中央处理器以及HB6069总线通讯单元。其中充电单元通过连接器，为多串锂电池组进行充电；锂电池组与连接器相连接，连接器与数据采集单元相连接，其电压电流温度采样电路与MCU中央处理器交互式连接，电池组的电压、电流、温度信号通过采样电路由中央处理器实现采集，得到当前电池的电压、电流和温度状态；过压保护电路主要由比较器构成的电压比较电路，实现充电过压硬件保护；HB6069总线通讯单元与中央处理器相连接，用于系统对外通讯。
如图2和3所示：充电单元由充电电源接入控制电路M1、充电启停控制电路M2、DC/DC模块M3和电流控制电路M4组成；所述的DC/DC模块M3由28V直流电源输入，限压输出直流电源，充电单元的输出端经过保险通过连接器与锂电池组正负极相连接；所述的充电电源接入控制电路M1与中央处理器和DC/DC模块M3相连接，用于控制充电电源接入电路的工作，当中央处理器输出一个PWM电平信号时，充电电源接入控制电路M1有电流流过，此时充电电源接入DC/DC模块；所述的充电启停控制电路M2与中央处理器和DC/DC模块M3相连接，用于控制DC/DC模块开通关断的工作，当中央处理器输出一个PWM电平信号时，充电启停控制电路M2进入工作状态，DC/DC模块开始工作，结合DC/DC模块外围电路设计，限制最高输出电压，产生恒定充电电流；所述电流控制电路M4与中央处理器和DC/DC模块M3电流调节端口相连接，所述充电电流调节分为2档，当电流控制电路不工作时，充电电流为10A,当充电电流控制电路工作时，充电电流为5A。所述充电单元的充电电源接入控制电路M1具有电源防反及浪涌抑制功能，延时1s控制接入充电电源，降低系统启动冲击电流，提高系统供电兼容性能；中央处理器采用PWM控制可以当处理器死机或异常时使充电电源输入控制及充电启停控制均处于关断的状态，进行充电保护，提高充电安全性；所述充电单元的DC/DC模块M3为CECPS系列大功率DC/DC模块，在尺寸、重量、变换效率、输入电压上限、存储温度方面均优于传统模块，充电电流及输出电压可调，而且具备输出过流保护、输出过压保护、过热保护、可以直接通过电流采样端口对输出电流进行采样，简化设计，降低电路复杂度，DC/DC模块转换效率可达到95％，大大降低了充电功耗，采用自然散热，减少用于散热的散热齿的重量。
充电单元的工作原理及工作过程如图3所示：直流28V电源接入图3中电源控制电路M1，通过压敏电阻RV1、电阻R1、R2，二极管D1以及滤波电容C15和C16，实现电源的滤波及浪涌尖峰的吸收，回路中电阻R1、R2可降低系统启动冲击电流，提高系统供电兼容性能；同时系统接入充电电源后，由中央处理器通过数据采集单元实时采集充电输入28V电源电压，并将采集到的电压不低于设定的电压值时，中央处理器延时1s输出PWM电平信号，驱动后端三极管，三极管接通，输出低电平，使得光耦VP2接通，驱动后端电路，使电阻R5、R6和二极管D3接入回路，驱动场效应管VT1，VT2导通,降低电阻R1、R2接入回路的电压降以及功耗，使得较高的充电电源接入到图3中DC/DC模块U1输入端；DC/DC模块的开通受控于图3中充电启停控制电路M2，中央处理器通过数据采集单元实时采集锂电池组的总电压、单体电压和温度，当采集到锂电池组的总电压、单体电压和温度满足设定范围时，中央处理器输出PWM电平信号，驱动后端三极管，三极管VT4接通，输出低电平，使得光耦VP1接通，控制开启DC/DC模块，同时DC/DC模块通过电阻R16、R24进行开路电压调节，限制最高输出电压，通过电阻R21和R22进行输出恒流电流值调节；默认情况下，如图3的DC/DC模块7脚通过电阻R21和R22串联接地，恒流输出10A，当系统需要改变输出电流时，中央处理器输出高电平信号，驱动图3中电流控制电路M4，驱动三极管VT3接通，使得快速光耦VP3接通，此时电阻R22经VP3直接接地，此时输出电流减低到5A。
过压保护电路分别与充电单元、锂电池组相连接，过压保护电路工作原理如图5所示：锂电池组电压取样接入图5中采集点，电路设有基准电压值，通过比较器，正常情况下，比较器输出端为低电平，当采集值大于基准电压值时，比较器输出端变为高电平，驱动后端三极管，输出信号为低电平控制信号，接入充电单元，可控制充电电源接入控制电路断开，实现充电关闭，保证充电安全。
基于实施例的系统，图4提供了一种航空锂电池组充电管理系统的控制策略流程，包括以下步骤：
步骤一：当充电管理系统接入充电电源后，由中央处理器通过数据采集单元实时采集充电输入28V电源电压，并将采集到的电压与系统设置的充电电压相比较；
步骤二：当采集到充电输入电源电压不低于设定的电压值时，中央处理器输出PWM电平信号，控制充电电源接入DC/DC模块，中央处理器延时1s输出控制，降低系统启动冲击电流；
步骤三：当充电管理系统接入到锂电池组后，由中央处理器通过数据采集单元实时采集锂电池组的总电压、单体电压和温度，并将采集到的电压及温度与系统设置的充电控制条件相比较；同时，充电单元工作时，中央处理器也将当前时刻的充电电压、电流、温度及工作状态等信息通过HB6069总线通讯单元发送到外部交联系统，实现信息交互；
步骤四：当采集到锂电池组的总电压、单体电压和温度满足设定范围时，中央处理器输出PWM电平信号，控制开启DC/DC模块，限制最高输出电压，设置大电流充电标志，以恒流10A对锂电池组充电；当采集到任意一只单体电压到达设定电压值4.15V时，停止大电流充电；
步骤五：步骤四停止大电流充电之后，中央处理器停止输出PWM电平信号，关闭DC/DC模块，停止大电流充电；中央处理器输出控制信号，接通电流控制电路，搁置30s，输出PWM电平信号，开启DC/DC模块，转入小电流充电，设置小电流充电标志，以5A对锂电池组充电，当采集到任意一只单体电压到达设定电压值4.15V时，停止小电流充电，清除小电流充电标志，设置锂电池组充电完成标志；
步骤六：步骤四和步骤五在充电过程中，过压保护电路实时将锂电池组的电压与基准电压比较，当锂电池组的电压大于基准电压时，过压保护电路将关闭充电单元；
步骤七：步骤四和步骤五在充电过程中，当中央处理器采集到充电DC/DC模块温度大于设定温度100℃时，控制关闭DC/DC模块，停止充电，当采集到充电DC/DC模块温度降至设定温度90℃时，允许进行小电流充电；当充电模块温度小于90℃时，允许重启充电；
步骤八：锂电池组充电完成后，当中央处理器采集到任意一只单体电压小于设定的电压值3.95V时，允许重新启动大电流充电。
基于图4流程中充电保护，实施例可具有以下安全性保护：
保护一：充电管理系统接入锂电池组，开启充电时，DC/DC模块采取恒流限压充电模式，根据充满状态单体电压值，总压值，设置过压门限阈值；根据锂电池组体系，确定安全电压阈值。结合充电过程中使锂电池组达到充满状态时的装机线路压降值，确保锂电池组不过压，充电电路设计限压电路，限制充电电路最高输出电压值，可确保单体电压不会超过安全电压阈值。
保护二：充电过程中，中央处理器通过数据采集单元实时采集锂电池组的总电压、单体电压和温度，采集充电输入电源电压、充电DC/DC模块温度，充电电流以及对采集电路BIT，并将采集信息与系统设置的充电安全阈值相比较，若存在任一超阈值情况，则开启充电保护，关闭DC/DC模块，保证了充电安全；
保护三：充电过程中，当中央处理器采集到充电输入电源电压低于设定的电压值时或开启充电保护时，会关闭充电DC/DC模块，后控制断开充电电源输入，若满足条件需要重新开启充电时，先控制充电电源输入，后开启充电DC/DC模块，两者动作延时≥1s，降低了系统启动冲击电流；
保护四：避免中央处理器内置嵌入式软件控制失效形成的单点故障，进一步提高充电的安全性，系统设计有充电输出电压远端采样电路，实现充电过压硬件保护，当锂电池组电压大于过压基准设定值时，通过硬件比较器电路，输出低电平控制信号，该信号控制充电电源输入断开，从而实现充电硬件过压保护。
保护五：中央处理器实现功能控制，充电电源输入控制及充电启停控制采用PWM输出后端控制三极管驱动，通过采用PWM控制可以当处理器死机或异常时使充电电源输入控制及充电启停控制均处于关断的状态，进行充电保护，提高充电安全性。
保护六：中央处理器通过数据采集单元实时采集充电DC/DC模块温度，实现充电过热保护。过热保护的主要目标是在控制产品温升，提高内部元器件可靠性，采集到因大电流充电导致温度大于设定温度时，将大电流充电调整为小电流充电，当温度小于设定温度后，中央处理器根据BIT及数据采取处理情况决定充电模式，同时取消过热保护状态。
实施例通过充电控制策略实现智能控制，保证锂电池组长时处于较满的容量状态；通过充电保护策略提高了充电的安全性，防止因为过充电造成锂电池组可靠性降低、寿命缩短。充电管理系统采用恒流限压充电模式，配合充电控制保护策略，实现了充电快速高效，效率高达95％，热耗低，自然散热，无需进行特殊的散热设计，体积小，重量轻，充电安全可靠且系统电磁兼容。

Claims (4)

1.航空锂电池组充电管理系统，其特征在于，包括锂电池组、连接器、充电单元、数据采集单元、中央处理器以及总线通讯单元；其中，充电单元与连接器相连接，锂电池组与连接器相连接，连接器与数据采集单元相连接，数据采集单元与中央处理器相连接，总线通讯单元与中央处理器相连接；
锂电池组充电时，系统执行以下程序：
步骤一：将充电单元接入充电电源，当充电单元接入充电电源后，数据采集单元实时采集输入的充电电源的电压，并将采集到的电压与系统设置的充电电压相比较；
步骤二：当采集到充电输入电源电压不低于设定的电压值时，中央处理器输出PWM电平信号，控制充电电源接入充电单元的DC/DC模块，使得DC/DC模块能通过连接器为锂电池组进行充电；
步骤三：当DC/DC模块接入到锂电池组后，中央处理器通过数据采集单元实时采集锂电池组的总电压、单体电压和温度，并将采集到的电压及温度与系统设置的充电控制条件相比较；中央处理器同时还将当前时刻的充电电压、电流、温度及工作状态信息通过总线通讯单元发送到外部交联系统；
步骤四：当采集到锂电池组的总电压、单体电压和温度满足设定范围时，中央处理器输出PWM电平信号，控制开启DC/DC模块，限制最高输出电压，设置大电流充电标志，以大电流对锂电池组充电；当采集到任意一只单体电压到达设定电压值时，中央处理器停止输出PWM电平信号，关闭DC/DC模块，停止大电流充电；停止大电流充电之后，中央处理器输出控制信号，接通充电单元的电流控制电路，搁置一端时间后，输出PWM电平信号，开启DC/DC模块，转入小电流充电，设置小电流充电标志，以小电流对锂电池组充电，当采集到任意一只单体电压到达设定电压值时，停止小电流充电，清除小电流充电标志，设置锂电池组充电完成标准；
在充电过程中，当采集到充电DC/DC模块温度大于设定温度一时，中央处理器关闭DC/DC模块，停止充电，当采集到充电DC/DC模块温度降至设定温度二时，中央处理器开启DC/DC模块，重启充电；
步骤六：锂电池组充电完成后，当中央处理器通过数据采集单元采集到任意一只单体电压小于设定的电压值时，返回步骤一重新启动充电。
2.如权利要求1所述的航空锂电池组充电管理系统，其特征在于，步骤二中，充电电源接入充电电源的DC/DC模块之后，中央处理器延时1s以上再控制DC/DC模块开启。
3.如权利要求1所述的航空锂电池组充电管理系统，其特征在于，步骤四在停止大电流充电之后，搁置30s后转入小电流充电。
4.如权利要求1所述的航空锂电池组充电管理系统，其特征在于，还包括过压保护电路，过压保护电路分别与充电单元、锂电池组相连接；在充电过程中，过压保护电路实时将锂电池组的电压与基准电压比较，当锂电池组的电压大于基准电压时，过压保护电路将关闭充电单元。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112769195A (zh) * 2021-02-03 2021-05-07 李登洋 一种新能源电池组安全充电智能管理方法
CN114334490B (zh) * 2022-01-13 2023-09-22 南京航空航天大学 一种基于软包锂离子电池的延时装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201975827U (zh) * 2011-03-22 2011-09-14 淄博职业学院 蓄电池充电保护电路
CN104821623A (zh) * 2015-04-30 2015-08-05 苏州迈力电器有限公司 蓄电池充电器
CN105553030A (zh) * 2016-02-02 2016-05-04 东莞理工学院 一种锂电池不间断电源管理系统
CN108011415A (zh) * 2017-11-28 2018-05-08 启攀微电子（上海）有限公司 一种集成电池保护的电源管理单元芯片

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8111038B2 (en) * 2008-06-12 2012-02-07 O2 Micro, Inc Vehicle electronic systems with battery management functions
CN101795015A (zh) * 2010-04-06 2010-08-04 奇瑞汽车股份有限公司 一种动力型车载锂电池组的智能充电系统及充电方法
CN102761162B (zh) * 2012-07-19 2015-05-06 四川长虹电源有限责任公司 机载混合电源系统
CN103227491B (zh) * 2013-04-28 2015-08-12 湘潭大学 用于电动车锂电池组的数据采集和能量均衡控制装置及方法
CN203645351U (zh) * 2013-09-02 2014-06-11 四川川奇机电有限责任公司 充电电路和具有该充电电路的充电器
CN103701171A (zh) * 2013-12-23 2014-04-02 湖北工业大学 一种混合动力汽车电池组均衡充电控制系统
CN103915877B (zh) * 2014-04-23 2017-04-12 华南师范大学 锂离子动力电池组均衡控制管理系统及其均衡控制方法
CN104377396B (zh) * 2014-11-07 2017-04-05 惠州市亿能电子有限公司 一种锂电池组充电方法
CN105634086B (zh) * 2015-11-30 2018-09-14 东莞市港奇电子有限公司 一种充电机充电方法及充电机
CN105375585B (zh) * 2015-12-14 2018-11-30 四川长虹电源有限责任公司 机载锂电池充电器及充电方法
CN108973703B (zh) * 2017-06-01 2020-09-08 杭州富特科技股份有限公司 车载充电系统
CN107492932A (zh) * 2017-09-08 2017-12-19 湖南长高思瑞自动化有限公司 一种直流充电单元的充电保护方法及系统
CN207853502U (zh) * 2017-12-21 2018-09-11 知豆电动汽车有限公司 一种锂离子常电电池控制系统及锂离子常电电池
CN108306400A (zh) * 2018-03-22 2018-07-20 广州云阳电子科技有限公司 一种可检测过放保护电池组连接并自动启动充电的智能充电器及其实现方法
US20190348844A1 (en) * 2018-05-14 2019-11-14 Florida A&M University Dynamic pulse charging scheme for series-connected batteries

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201975827U (zh) * 2011-03-22 2011-09-14 淄博职业学院 蓄电池充电保护电路
CN104821623A (zh) * 2015-04-30 2015-08-05 苏州迈力电器有限公司 蓄电池充电器
CN105553030A (zh) * 2016-02-02 2016-05-04 东莞理工学院 一种锂电池不间断电源管理系统
CN108011415A (zh) * 2017-11-28 2018-05-08 启攀微电子（上海）有限公司 一种集成电池保护的电源管理单元芯片

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