一种箭上用锂电池充放电一体化装置

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种箭上用锂电池充放电一体化装置。

背景技术

随着锂离子电池在运载领域的广泛应用，涉及在箭上环境下需要对锂离子蓄电池组进行定期维护以及(补)充电，一般维护包括充电和放电，而各自需要专门装置，且传统装置电压及电流使用范围小、体积大、重量重，对于普遍定制化的运载用锂离子蓄电池组适用性较差。

发明内容

本发明的目的在于：针对运载火箭用锂离子蓄电池组在箭充放电维护的普遍需求，提供一种高集成、通用化、便携式充放电一体化装置。

为了达到上述的目的，本发明提供一种箭上用锂电池充放电一体化装置，包括：采集模块、充电模块、均衡模块、放电模块及显示操控模块；其中充电、均衡、放电是三项主要功能，充电与放电相互独立且不可并行，均衡能在充电过程中实现，也能单独进行；上述三种功能基于采集模块数据开展，采集模块实时采集各功能工作过程中数据；通过显示操控模块进行三种功能参数设置及切换，并且显示记录采集模块数据；

所述采集模块对2～12路电池电压及充放电电流进行采集；

所述充电模块使用AC-DC电源转换成直流输出，后经程控DC-DC模块转换成充电电压，采用多段CC+电压限制控制方式；

所述均衡模块通过配合不同放电电阻将小电流内部均衡设计为大电流外部均衡方式；

所述放电模块使用程控CC电子负载；

所述显示操控模块实现人机交互。

上述一种箭上用锂电池充放电一体化装置，其中，所述充电模块在充电的前一阶段让DC模块工作在恒流模式，在达到限值电压后，进入多段CC模式，限制充电的电流，并保证电池端口电压不超出设定电压值。

上述一种箭上用锂电池充放电一体化装置，其中，所述放电模块只需设定放电电流，放电截止电压参数就能放电，放电时采集端口电压、单体电压，并依据此数据作为放电的截止条件；放电模块在放电回路上增加开关、防反接的防护，在进行充电、放电时分开两路进行，均设计有防反接保护。

上述一种箭上用锂电池充放电一体化装置，其中，所述均衡模块内置均衡控制器，设计外围器件配合作为大电流均衡放电方式，使用不同的放电电阻设置最大均衡放电电流，在放电电路上增加LED指示灯，且均衡情况通过软件读回，在显示屏上能看到电池单元均衡状态。

上述一种箭上用锂电池充放电一体化装置，其中，所述采集模块中电压采集使用集式芯片，经基本的安全保护后直接采集，不经其它器件的衰减，特有的双ADC模式能快速的采集所有端口电压，能达到2-12串的电池单压采集能力；所述采集模块中电流采集使用高精度分流器，电流与单元电压采集使用相同采集频率。

上述一种箭上用锂电池充放电一体化装置，其中，所述采集模块采用DCS分散控制模式，能提高实时响应的动态性能，减少工控PC的控制任务量，还能启用远程监听机装置工作状态的查看。

上述一种箭上用锂电池充放电一体化装置，其中，所述显示操控模块具有充电、放电功能参数可编辑设置程序；并有过压、欠压、过流、过温保护和声光报警功能；显示屏上会实时显示锂离子蓄电池组总电流、总电压、单元电压、当前状态及报警信息；前面板指示灯能反映装置工作状态，在完成充放电同时有声光提示。

上述一种箭上用锂电池充放电一体化装置，其中，所述该装置具有外部、本地两种控制方式；外部控制通过网口连接至外部交换机网络，方便使用一台电脑对多台装置的集中控制，外部控制接口具有最高控制优先权，使用外部控制时，本地PC控制机不需开机；本地控制为主要的使用模式，使用本机显示操控模块进行充放电控制。

上述一种箭上用锂电池充放电一体化装置，其中，该装置采用MODBUS协议，能进行远程操控，或者多台联机使用。

上述一种箭上用锂电池充放电一体化装置，其中，该装置使用单相AC220V/50Hz、≥10A市电供电，采用国标扁三插25A插头。

本发明的解决方案是：一种箭上用锂电池充放电一体化装置，包含多个功能模块，主要有采集模块、充电模块、放电模块、均衡模块及显示操控模块，可通过软件对各功能参数进行设置，能满足2～12串锂离子蓄电池组的使用需求，涵盖运载火箭用绝大多数低压锂离子蓄电池组。

所述充电方式使用AC-DC电源将220V AC转换成直流输出，经程控DC-DC模块转换成充电电压，DC-DC模块具有恒压、恒流输出等功能，在恒流模式达到限值电压后，采用多段CC+电压限制模式，该电路集成电压变换，输出防护，电压、电流信号采集等功能，采用芯片单机控制。

所述放电方式使用电子负载工作在CC模式，只需设定放电电流，放电截止电压等参数就可以放电，放电时采集端口电压、单体电压作为放电的截止条件。在放电回路上增加了开关、防反接等相应的防护，在进行充电、放电时分开两路进行，均设计有防反接保护。

所述均衡功能采用被动均衡模式，增加外围器件配合内部均衡控制器使用，配合不同的放电电阻设置最大均衡放电电流，均衡情况通过软件读回，在显示屏可看到单元电池均衡状态。

所述采集模块中单压采集使用集式芯片，经基本的安全保护后直接采集，不经其它器件的衰减，无需校准即可拥有单压±1mV采集精度，特有的双ADC模式可以快速的采集所有端口电压，能达到2～12串的电池单压采集能力；电流的采集使用高精度分流器，电流与单体电压采集使用相同采集频率，电流经校准后可以达到0.1％F.S精度。

所述装置具有充电、放电功能参数可编辑设置程序；并有过压、欠压、过流、过温保护和声光报警功能；显示屏上会实时显示锂离子蓄电池组总电流、总电压、单元电压、当前状态及报警信息；前面板指示灯可反映装置工作状态，在完成充放电同时有声光提示。

与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：

本发明采用DCS分散控制模式及模块化、集成化、轻量化设计，可以便捷地对运载用锂电池进行箭上充放电维护。

附图说明

本发明的一种箭上用锂电池充放电一体化装置由以下的实施例及附图给出。

图1为本发明的一种箭上用锂电池充放电一体化装置功能示意图；

图2为本发明的装置内部采集方框图；

图3为本发明的电流采集示意图；

图4为本发明的充电方式示意图；

图5为本发明的均衡方式示意图；

图6为本发明的充放电主回路电气连接示意图；

图7为本发明的外部控制策略示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的一种箭上用锂电池充放电一体化装置作进一步的详细描述。

如图1所示，一种箭上用锂电池充放电一体化装置，所述装置包括充放电模块、充电均衡模块、采集控制(内)模块、显示及操控模块，具体包含AC-DC电源、程控电源、程控负载、采集电路、均衡电路、核心控制板、主控PC机、显示器及接口。各部件通过模块化方式设计组合而成，并经过MODBUS通过协议上传至充放电软件。

如图2所示，所述内部采集电路，单压采集使用集成芯片，可以达到±1mV之内的精度，特有的双ADC模式可以快速的采集所有端口电压，经实测无需校准即可拥有单压±1mV采集精度，并能达到2～12节的电池单压采集能力。

如图3所示，所述内部电流采集电路，使用高精度分流器，参数为5mR，经放大后送入ADC采集，控制板使用单电流供电，采用两个通道分别采集放电、充电电流。电流与单体电压采集使用相同采集频率，保证在相同条件下测量出可靠的结果，电流经校准后可以达到0.1％F.S精度。

如图4所示，所述充电电路，采用多段CC+电压限制模式。充电时由于线阻的存在，输出电压会跟据充电电流进行实时调整，以满足三段式充电要求，电压的判断依据为端口总电压。控制流程如下：

第一段：检测端口电压，如果电压过低，先给电流较小的值进行预充，设定电源恒流模式，电压最大；

第二段：进入恒流模式，开始正常充电，设定电源恒流模式，电压最大；

第三段：当检测到电压达到充电截止电压时，开始降低充电电流，此时电池电压会略下降一点，当在次上升到充电截止电压时，继续降低充电电流，如此一直调整，直到电流小于充电截止电流后停止充电。

如图5所示，所述均衡电路，由于芯片内置均衡控制器允许的电流太小，因此需要外围器件配合作为大电流均衡放电方式，通过配合不同的放电电阻设置最大放电电流，在放电电路上设计LED指示灯，可方便观察均衡情况，均衡过程也可通过软件读回，在操作软件上看到均衡状态。

如图6所示，所述充放电主回路电气连接电路，充电过程：K1闭合，接入电源。K2断开，断开负载。跟据设定条件设定充电电压、电流等参数。由于充电回路比较长，需要跟据单独的总压采集端口采集到的电压，来实时动态调节电源输出电压，以保证端口电压在合理的范围。充电截止条件：单体过压、总压过压、充电电流到设定值、到充电时间。

放电过程：K1断开，断开电源。K2闭合连接负载，跟据设定条件设定放电电压、电流等参数，开始放电。放电截止条件：单体欠压、总压欠压、到放电时间。

如图7所示，所述外部控制策略，采用DCS分散控制模式(又称集散控制、分布式控制系统)，特点是分散控制，集中管理。能有效提高实时响应的动态性能，又能减少工控PC的控制任务量，还可启用远程监听机进行装置工作状态的查看。设计外部网口集群控制，可使用一台总控制机控制所有已经接入网络的所有装置，在主控模式和监听模式任意选择。