一种多功能结构锂电池内部电压检测系统技术方案

本发明专利技术属于航天技术领域，涉及一种多功能结构锂电池内部电压检测系统，包括一个电压测量管理模块和多个分组电压检测模块。所述电压测量管理模块与航天器平台连接；电压测量管理模块通过总电压检测线连接多功能结构锂电池的两端；所述每个分组电压检测模块分别连接多功能结构锂电池内部的各个锂电池组；所述电压测量管理模块通过控制线控制各个分组电压检测模块的加断电操作，并通过内部RS485总线从分组电压检测模块获取单体电池电压数据；所述电压测量管理模块通过外部RS485总线将总电压数据和单体电池电压数据输出到航天器平台。本发明专利技术通过分组独立测量各锂电池组电压，配置灵活，可扩展性好，减少了被测电池的电量泄放，均衡性能较好。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能结构锂电池内部电压检测系统
本专利技术属于航天
，具体涉及一种多功能结构锂电池内部电压检测系统。
技术介绍
随着航天技术的发展，高轨道、高价值、长寿命的大型航天器对产品轻量化提出了明确而迫切的需求。多功能结构技术将数据处理、热控、辐射防护、推进、发电和蓄电等功能、分系统或独立单元与航天器结构平台有机融合在一起，可以实现结构、功能与材料一体化成型，消除传统航天器大量冗余重量和体积，实现结构的轻量化。在航天器众多的分系统中，电源分系统(其中蓄电池部分是电源分系统的主要组成部分)和结构分系统是航天器质量和空间占比最大的分系统之一。航天器多功能结构锂电池系统采用国防科学技术大学新研究的多功能结构锂电池技术，结合先进的结构减振技术、复合材料/固态锂离子电池制备技术，将蓄电池组与结构分系统进行一体化融合设计，实现了结构与电源的高度融合，可以有效减轻航天器平台重量和体积，大大提高航天器的有效载荷比，延长航天器寿命，增加大型航天器的有效空间。为了监测航天器多功能结构锂电池系统内部蓄电池的性能，需要研制新的电池内部电压检测系统，对航天器多功能结构锂电池系统在发射阶段及在轨运行期间的电池电压数据进行采集、存储、处理和传输。由于锂电池自身的特殊性，要求检测电路对电池电量的均衡性影响小，同时能采集的航天器平台电池组电压范围宽，对电池电压的检测精度高。而且该电压采集系统必须满足火箭平台与卫星平台在电磁兼容及可靠性方面的苛刻要求。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提出了一种多功能结构锂电池内部电压检测系统，介绍本技术方案之前，先将多功能结构锂电池内部电池分为N个串联的锂电池组，而单个锂电池组又包含M个串联的单体锂电池。各分组电压检测模块负责单个锂电池组的电压测量，而电压测量管理模块负责管理各分组电压检测模块的检测过程。具体技术方案如下：一种多功能结构锂电池内部电压检测系统，包括一个电压测量管理模块和多个分组电压检测模块。所述电压测量管理模块与航天器平台连接，用于获取工作所需电源和实现与航天器平台之间的测控数据传输；所述电压测量管理模块通过总电压检测线连接多功能结构锂电池的两端，用于测量多功能结构锂电池的总电压数据；所述电压测量管理模块通过控制线连接各个分组电压检测模块，并通过内部RS485总线从分组电压检测模块获取单体电池电压数据；所述电压测量管理模块通过外部RS485总线将总电压数据和单体电池电压数据输出到航天器平台；所述每个分组电压检测模块分别连接多功能结构锂电池内部的对应锂电池组，用于检测各个锂电池组的单体电池电压。进一步地，所述电压测量管理模块包括数据管理电路、电源接口电路、总电压检测电路、控制接口电路、外部RS485总线接口电路和内部RS485总线接口电路；所述数据管理电路分别连接电源接口电路、总电压检测电路、控制接口电路、外部RS485总线接口电路和内部RS485总线接口电路，用于负责电压测量管理模块中的数据管理和控制功能；所述电源接口电路的输入端连接航天器平台的一次电源接口与遥测遥控信号接口，输出端分别连接总电压检测电路和数据管理电路；所述总电压检测电路连接多功能结构锂电池的总电压输出端；所述控制接口电路连接分组电压检测模块，用于传输加断电控制信号；所述内部RS485总线接口电路连接分组电压检测模块，用于传输控制信号及电压数据；所述外部RS485总线接口电路连接航天器平台，用于传输控制信号及电压数据。进一步地，所述分组电压检测模块包括电源开关控制电路、DC/DC电路、单体电压检测电路、数据管理电路和隔离的RS485总线接口电路；所述数据管理电路分别连接DC/DC电路、单体电压检测电路、隔离的RS485总线接口电路，负责分组电压检测模块中的数据管理和控制功能；所述电源开关控制电路两个输入端分别连接电压测量管理模块和锂电池组，输出端连接DC/DC电路；所述DC/DC电路分别为单体电压检测电路和数据管理电路提供电源；所述单体电压检测电路连接锂电池组中的M节单体电池，用于测量单体电池电压；所述隔离的RS485总线接口电路连接电压测量管理模块，用于获取所需电源和传输控制信号及电压数据。进一步地，所述隔离的RS485接口电路采用光耦隔离设计电路。采用本专利技术获得的有益效果：本专利技术系统通过分组独立测量各锂电池组电压信号，使测量系统规模可以灵活配置，具有良好的可扩展性；由于各分组电压检测模块无需采用传统方法中的分压电阻网络和补偿电阻网络设计，可以避免因测量网络泄放不均导致的单体电池电量失衡问题；每个分组电压检测模块是否加电工作可单独控制，在无需检测时可断电操作，减少检测电路对被测电池组电量的泄放；通过灵活配置各分组电压检测模块的加断电状态，还可主动实现各锂电池组间的电量均衡操作。附图说明图1为本专利技术系统组成结构示意框图；图2为电压测量管理模块组成原理框图；图3为电压测量管理模块电源接口电路图；图4为电压测量管理模块数据管理电路图；图5为分组电压采集模块组成原理框图；图6为分组电压检测模块中电源开关控制电路图；图7为分组电压检测模块中带光耦隔离的RS485总线通信接口图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术提供的多功能结构锂电池内部电压检测系统组成结构示意框图如图1所示，系统主要包括2类功能模块：即1个电压测量管理模块和多个分组电压检测模块。电压测量管理模块具备与航天器平台的一次电源、遥测遥控和RS485总线的接口功能，输入外部航天器平台的一次电源和控制指令，同时通过控制线连接并负责控制和管理系统内部的各个分组电压检测模块。电压测量管理模块通过内部的RS485总线轮询并汇总各分组电压检测模块采集到的单体电池电压数据，最终通过RS485总线向航天器平台输出电压数据。所述电压测量管理模块输入外部的一次电源，并转换成内部工作电源；输出控制信号到分组电压检测模块上，用于控制后者的电源开关控制电路，实现加电和断电操作；电压测量管理模块与分组电压检测模块之间存在RS485总线通信链路，电压测量管理模块通过该总线发送查询指令，并接收各个分组电压检测模块反馈的单体电池电压。此外，该电压测量管理模块还具有检测多功能结构锂电池总电压的功能。所述分组电压检测模块在电压测量管理模块控制下，从被测锂电池组获取工作电源；同时采集各被测锂电池组内各单体电池电压，通过RS485总线上传给电压测量管理模块。所述多功能结构锂电池内部电压检测系统主要用于采集新型多功能固态聚合物锂电池的内部电压。本实施例中待检测的锂电池组为N组，对应的分组电压检测模块有N个，N为正整数，每个锂电池组由4节锂电池串联而成。每个分组电压检测模块输入并采集锂电池组中4节锂电池的单体电压，内部采集到的单体电池电压数据，可通过带光耦隔离的RS485总线接口，输出到电压测量管理模块。该RS485总线接口采用光耦隔离设计，消除了各分组电压检测模块的共模电压对测量与通信的影响，确保了数据通信的安全。通过灵活组合多个分组电压检测模块，可实现较宽电压范围的测量。该分组电压检测模块在无需采集单体电池电压时，可由电压测量管理模块控制，断开与锂电池组的供电连接，减少泄放被测锂电池组的电量。所述电压测量管理模块的组成原理及连接关系如图2所示，该模块共包含数据管理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能结构锂电池内部电压检测系统，其特征在于：包括一个电压测量管理模块和多个分组电压检测模块，所述电压测量管理模块与航天器平台连接，用于获取工作所需电源和实现与航天器平台之间的测控数据传输；所述电压测量管理模块通过总电压检测线连接多功能结构锂电池的两端，用于测量多功能结构锂电池的总电压数据；所述电压测量管理模块通过控制线连接各个分组电压检测模块，并通过内部RS485总线从分组电压检测模块获取单体电池电压数据；所述电压测量管理模块通过外部RS485总线将总电压数据和单体电池电压数据输出到航天器平台；所述每个分组电压检测模块分别连接多功能结构锂电池内部的各个锂电池组，用于检测各个锂电池组的单体电池电压。

【技术特征摘要】
1.一种多功能结构锂电池内部电压检测系统，其特征在于：包括一个电压测量管理模块和多个分组电压检测模块，所述电压测量管理模块与航天器平台连接，用于获取工作所需电源和实现与航天器平台之间的测控数据传输；所述电压测量管理模块通过总电压检测线连接多功能结构锂电池的两端，用于测量多功能结构锂电池的总电压数据；所述电压测量管理模块通过控制线连接各个分组电压检测模块，并通过内部RS485总线从分组电压检测模块获取单体电池电压数据；所述电压测量管理模块通过外部RS485总线将总电压数据和单体电池电压数据输出到航天器平台；所述每个分组电压检测模块分别连接多功能结构锂电池内部的各个锂电池组，用于检测各个锂电池组的单体电池电压。2.如权利要求1所述的一种多功能结构锂电池内部电压检测系统，其特征在于：所述电压测量管理模块包括数据管理电路、电源接口电路、总电压检测电路、控制接口电路、外部RS485总线接口电路和内部RS485总线接口电路；所述数据管理电路分别连接电源接口电路、总电压检测电路、控制接口电路、外部RS485总线接口电路和内部RS485总线接口电路，用于负责电压测量管理模块中的数据管理和控制功能；所述电源接口电路的输入端连接航天器平台的一次电源接口与遥测遥控信号接口，输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴军，刘涛，李东旭，李德湛，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43