电动飞机能量管理系统技术方案

电动飞机能量管理系统属于能量管理技术领域，尤其涉及一种电动飞机能量管理系统。本发明专利技术提供一种可对飞机安全飞行时间进行预判断的电动飞机能量管理系统。本发明专利技术包括电池单元电流采集部分、温度采集部分、电池监控部分、控制器和电池单元均衡模块，其结构要点电池监控部分的电压信号采集端口与电池相连，电池串联，每个电池的正负极之间连接有所述电池单元均衡模块，电池单元均衡模块的控制信号输入端口与电池监控部分的控制信号输出端口相连；电池单元电流采集部分的电流信号输出端口与电池监控部分的电流信号输入端口相连；温度采集部分的温度信号输出端口与电池监控部分的温度信号输入端口相连。

【技术实现步骤摘要】
电动飞机能量管理系统
本专利技术属于能量管理
，尤其涉及一种电动飞机能量管理系统。
技术介绍
电动飞机电池组是由多个单节锂离子电池串联组成。由于锂电池具有明显的非线性、不一致性和时变特性，使其在长期充放电过程中由于各单体电池间充电接受能力、自放电率和容量衰减速率等的影响，容易造成成组电池之间的离散性加大，性能衰减加剧，串联电池组中一块电池出现问题将导致整个电池组失去作用，所以在电池充放电时，一定要注意对电池单元均衡管理和监测，发现性能不好的电池单元及时进行处理，确保电动飞机飞行安全。电动飞机对电池的健康状态(State-of-Health,SOH)要求比汽车更加重要。假使电池出现问题，对飞机来说就是重大的事故，因此电动飞机上一定要对SOH重视，且能对损坏的电池采取有效的措施。基于以上原因，飞机为了提高安全系能引入电池管理系统是必不可少的。对于飞机来说，锂电池与传统燃料的最大区别就是锂电池能量的不可预知性，其会导致飞机不像使用航空煤油那样可以精确的获知里程，加之飞机在不同的飞行状态下能量的消耗有着巨大的差别；从而使得飞机飞行的时候具有危险。
技术实现思路
本专利技术就是针对上述问题，提供一种可对飞机安全飞行时间进行预判断的电动飞机能量管理系统。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，本专利技术包括电池单元电流采集部分、温度采集部分、电池监控部分、控制器和电池单元均衡模块，其结构要点电池监控部分的电压信号采集端口与电池相连，电池串联，每个电池的正负极之间连接有所述电池单元均衡模块，电池单元均衡模块的控制信号输入端口与电池监控部分的控制信号输出端口相连；电池单元电流采集部分的电流信号输出端口与电池监控部分的电流信号输入端口相连；温度采集部分的温度信号输出端口与与电池监控部分的温度信号输入端口相连；电池监控部分的信号传输端口与控制器的信号传输端口相连。作为一种优选方案，本专利技术所述电池监控部分包括LTC6804芯片，温度采集部分包括温度传感器、LTC6255芯片和74HC4051芯片；LTC6804芯片的DRIVE引脚与NPN三极管Q13的基极相连，Q13的发射极分别与LTC6804芯片的Vreg引脚、电容C28一端、LTC6255芯片电源端、74HC4051芯片的16引脚相连，C28另一端分别与地线、电容C27一端、电容C26一端、LTC6804芯片的V-**引脚、LTC6804芯片的V-引脚、LTC6804芯片的SWTEN引脚、LTC6804芯片的ISOMD引脚相连，Q13的集电极通过电阻R50与LTC6804芯片的V+引脚相连；LTC6255芯片的1引脚分别与100欧电阻一端、LTC6255芯片的4引脚相连，100欧电阻另一端分别与100nF电容一端、LTC6804芯片的GPIO1引脚相连，100nF电容另一端分别与地线、LTC6255芯片的2引脚相连，LTC6255芯片的3引脚与74HC4051芯片的3引脚相连，74HC4051芯片的9、10、11引脚分别与LTC6804芯片的GPIO4、GPIO3、GPIO2引脚对应相连，LTC6804芯片的Y0～Y7引脚分别与各温度传感器的信号输出端口相连；所述温度传感器设置在电池表面。作为另一种优选方案，本专利技术所述电池单元电流采集部分采用LEM-dhab霍尔电流传感器，LEM-dhab霍尔电流传感器的CH1、CH2引脚分别与LTC6804芯片的GPIO1、GPIO2引脚对应相连。作为另一种优选方案，本专利技术所述电池单元均衡模块包括PMOS管，PMOS管的栅极通过3.3K欧电阻与LTC6804芯片的S(n)引脚相连，PMOS管的源极分别与电池正极、LTC6804芯片的C(n)引脚、10nF电容一端相连，10nF电容另一端分别与100欧电阻一端、LTC6804芯片的C(n-1)引脚相连，100欧电阻另一端分别与33欧电阻一端、电池负极相连，33欧电阻另一端与PMOS管的漏极相连。作为另一种优选方案，本专利技术所述PMOS管的漏极与发光二极管阳极相连，发光二极管阴极通过475欧电阻与电池负极相连，LTC6804芯片的C(n)引脚通过第一电容接地，LTC6804芯片的C(n-1)引脚通过第二电容接地。作为另一种优选方案，本专利技术所述控制器采用ATmega16单片机U1，U1的显示信号输出端口与LCD12864显示器的显示信号输入端口相连，U1的5引脚分别与电阻R54一端、第一1M电阻一端相连，电阻R54另一端与LTC6804芯片的CSB引脚相连；U1的6引脚与电阻R51一端相连，R51另一端与LTC6804芯片的SDO引脚相连；U1的7引脚分别与电阻R52一端、第二1M电阻一端相连，R52另一端与LTC6804芯片的SDI引脚相连；U1的8引脚分别与电阻R53一端、第三1M电阻一端相连相连，R53另一端与LTC6804芯片的SCK引脚相连；所述第一1M电阻另一端、第二1M电阻另一端、第三1M电阻另一端相连接地。作为另一种优选方案，本专利技术所述U1的12引脚分别与第一30pF电容一端、8M晶振一端相连，第一30pF电容另一端分别与地线、第二30pF电容一端相连，第二30pF电容另一端分别与8M晶振另一端、U1的13引脚相连。作为另一种优选方案，本专利技术所述控制器测量飞机将要启动时的电池电压，根据电池开路电压得出电池的SOC0，在飞机行驶时对电池损耗的能量进行积分，计算飞行时的电池电量，式中，CN为电池额定容量；V(τ)为τ时电池电压；I(τ)为τ时充放电电流，放电时为正，充电时为负；η为库仑效率；采用以下离散状态方程和观测方程：Xk+1＝AkXk+Bkuk+ωk，Yk+1＝CkXk+Dkuk+υk式中，Xk和Xk+1分别表示Tk和Tk时刻后某时刻状态量；uk为输入量；Ak、Bk、Ck、Dk分别为状态矩阵、控制矩阵、测量矩阵以及输入输出关系矩阵；ωk和υk分别为激励白噪声及观测白噪声；Yk和Yk+1分别表示Tk及Tk时刻后某时刻观测量；通过充放电倍率、电池温度、自放电损耗和电池循环次数因素来对误差进行修正：Xk+1＝Xk-(ηΔt/CN)IKYK，YK＝Y0-RIK-K1/XK-K2XK+K3lnXK+K4ln(1-XK)，式中Ki为电池的极化内阻，R为电池内阻,X为电池SOC，Y为电池电压；计算流程如下：1)初始值赋值为2)状态变量、均方差误差预测估计为其中，Dw为过程噪声误差；3)增益为其中，Dv为观测噪声误差；4)最优估计值计算得其次，本专利技术所述库仑效率包括充放电倍率、电池循环次数、自放电损耗和温度影响系数；通过总电量除以飞机损耗的能量得到飞行时间；所述控制器与电池监控部分通过CAN总线通信。另外，本专利技术所述控制器检测电池电压，若电池之间压差超过设定的压差值，控制电池单元均衡模块进行电池放电使电压均衡，直到电池压差小于设定的压差值；所述设定的压差值为0.01V～0.05V。本专利技术有益效果。本专利技术通过电池单元电流采集部分、温度采集部分、电池监控部分、控制器和电池单元均衡模块的配合使用，可对电动飞机锂离子电池组进行充电管理，延长电池使用寿命；对电池剩余电量估计，对飞机安全飞行时间进行预判断，便于在不同飞行状态下给飞行员以提示。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。本文档来自技高网...

【技术保护点】
电动飞机能量管理系统，包括电池单元电流采集部分、温度采集部分、电池监控部分、控制器和电池单元均衡模块，其特征在于电池监控部分的电压信号采集端口与电池相连，电池串联，每个电池的正负极之间连接有所述电池单元均衡模块，电池单元均衡模块的控制信号输入端口与电池监控部分的控制信号输出端口相连；电池单元电流采集部分的电流信号输出端口与电池监控部分的电流信号输入端口相连；温度采集部分的温度信号输出端口与与电池监控部分的温度信号输入端口相连；电池监控部分的信号传输端口与控制器的信号传输端口相连。

【技术特征摘要】
1.电动飞机能量管理系统，包括电池单元电流采集部分、温度采集部分、电池监控部分、控制器和电池单元均衡模块，其特征在于电池监控部分的电压信号采集端口与电池相连，电池串联，每个电池的正负极之间连接有所述电池单元均衡模块，电池单元均衡模块的控制信号输入端口与电池监控部分的控制信号输出端口相连；电池单元电流采集部分的电流信号输出端口与电池监控部分的电流信号输入端口相连；温度采集部分的温度信号输出端口与与电池监控部分的温度信号输入端口相连；电池监控部分的信号传输端口与控制器的信号传输端口相连；所述控制器测量飞机将要启动时的电池电压，根据电池开路电压得出电池的SOC0，在飞机行驶时对电池损耗的能量进行积分，计算飞行时的电池电量，式中，CN为电池额定容量；V(τ)为τ时电池电压；I(τ)为τ时充放电电流，放电时为正，充电时为负；η为库仑效率；采用以下离散状态方程和观测方程：Xk+1＝AkXk+Bkuk+ωk，Yk+1＝CkXk+Dkuk+υk式中，Xk和Xk+1分别表示Tk和Tk时刻后某时刻状态量；uk为输入量；Ak、Bk、Ck、Dk分别为状态矩阵、控制矩阵、测量矩阵以及输入输出关系矩阵；ωk和υk分别为激励白噪声及观测白噪声；Yk和Yk+1分别表示Tk及Tk时刻后某时刻观测量；通过充放电倍率、电池温度、自放电损耗和电池循环次数因素来对误差进行修正：Xk+1＝Xk-(ηΔt/CN)IKYK，YK＝Y0-RIK-K1/XK-K2XK+K3lnXK+K4ln(1-XK)，式中Ki为电池的极化内阻，R为电池内阻,X为电池SOC，Y为电池电压；计算流程如下：1)初始值赋值为2)状态变量、均方差误差预测估计为其中，Dw为过程噪声误差；3)增益为其中，Dv为观测噪声误差；4)最优估计值计算得2.根据权利要求1所述电动飞机能量管理系统，其特征在于所述电池监控部分包括LTC6804芯片，温度采集部分包括温度传感器、LTC6255芯片和74HC4051芯片；LTC6804芯片的DRIVE引脚与NPN三极管Q13的基极相连，Q13的发射极分别与LTC6804芯片的Vreg引脚、电容C28一端、LTC6255芯片电源端、74HC4051芯片的16引脚相连，C28另一端分别与地线、电容C27一端、电容C26一端、LTC6804芯片的V-**引脚、LTC6804芯片的V-引脚、LTC6804芯片的SWTEN引脚、LTC6804芯片的ISOMD引脚相连，Q13的集电极通过电阻R50与LTC6804芯片的V+引脚相连；LTC6255芯片的1引脚分别与100欧电阻一端、LTC6255芯片的4引脚相连，100欧电阻另一端分别与100nF电容一端、LTC6804芯片的GPIO1引脚相连，100nF电容另一端分别与地线、LTC6255芯片的2引脚相连，LTC6255芯片的3引脚与74HC4051芯片的3引脚相连，74HC4051芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓新，滕金玉，孙延鹏，胡爱玲，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21