一种低轨航天器用高压锂离子电池均衡控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及了一种低轨航天器用高压锂离子电池均衡控制装置，用于低轨航天器用电池组在充电过程中对电池单体电压进行均衡控制调整，属于航天器用锂离子电池技术领域。本发明专利技术采用软硬件联合设计方式，将锂离子电池单体电压采集信号实时送给CPU控制电路进行处理，再根据CPU判断结果输出均衡控制信号以驱动均衡电路，从而对电池单体电压进行均衡控制调整，保证电池单体电压的一致性，有效解决了低轨航天器用高压锂离子电池单体在长时间充放电循环过程中单体差异性问题，提高电池使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种低轨航天器用高压锂离子电池均衡控制装置专利技术名称本专利技术设计电池领域，具体涉及一种低轨航天器用高压锂离子电池均衡控制装置。
属于航天用锂离子电池
，尤其涉及一种低飞行轨道航天器用高压锂离子蓄电池组单体均衡控制技术。
技术介绍
锂离子电池具有比能量高、循环寿命长、自放电率低、可快速充电等优点，是较为理想的电源，目前在航天和军事领域得到越来越广泛的应用。单节锂离子电池单体无法满足低轨航天器高电压和高容量两方面的需求，一般都是通过电池单体的串并联组合来解决这一问题，但由于电池组各单体间存在内阻、自放电率、容量衰减率等固有差异，使得电池在长时间充放电循环过程中，电池组内各单体电压差异越来越大并呈离散发散趋势，从而导致整组电池寿命大大缩短甚至失效。为延长低轨航天器用锂离子电池使用寿命，必须保证各电池单体电压的一致性，使单体电压偏差始终维持在一定范围内。因此，锂离子电池均衡控制技术是低轨航天器电池组应用的关键和技术难点。
技术实现思路
本专利技术提出了一种低轨航天器用高压锂离子电池均衡控制装置，在电池组充电过程中对电池单体电压进行均衡控制调整，保证电池单体电压的一致性，有效解决低轨航天器用高压锂离子电池单体在长时间充放电循环过程中单体差异问题，提高电池使用寿命。本专利技术采取软硬件联合设计方式，将锂离子电池单体电压采集信号实时送给CPU控制电路进行处理，再根据CPU判断结果输出均衡控制信号以驱动均衡电路，从而对电池单体电压进行均衡控制调整。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种低轨航天器用高压锂离子电池均衡控制装置，包括：单体电压采集电路（2），CPU控制电路（3），指令隔离电路（4），均衡驱动电路（5）和均衡电路（6）；其特征在于：所述单体电压采集电路（2）根据CPU控制电路（3）提供的选通控制信号实时对高压锂离子电池内各单体电压进行采集，并将采集的电压实时送给CPU控制电路（3）处理；CPU控制电路（3）输出端经指令隔离电路（4）隔离后与均衡驱动电路（5）输出端连接，均衡驱动电路（5）均衡电路（6）连接。优选地，单体电压采集电路（2）根据CPU控制电路（3）提供的选通控制信号实时对高压锂离子电池组（1）内各单体电压进行采集，并将采集的电压实时送给CPU控制电路（3）处理，CPU控制电路（3）每2s对采集到的单体电压进行从小到大排序并比较，当连续3次判断单体电压最大值与最小值压差大于60mV时，则产生该单体均衡指令，经指令隔离电路（4）隔离后输出给均衡驱动电路（5），驱动均衡电路（6）对相应单体电压进行均衡调整，当相应单体电压与最小值压差小于60mV时，发送关闭均衡指令停止对该单体进行均衡，直至所有电池单体电压一致均匀。本专利技术提出的均衡控制技术中：主备份单体电压采集电路和主备份CPU控制电路互为冷备份，当主份故障时可通过发送切换指令切至备份；主备份均衡指令之间通过指令隔离电路（4）中的二极管进行隔离输出。在均衡过程中，连续3次满足判断条件后才进行均衡控制且每次完成控制后对判断次数进行清零，避免单体采集参数抖动的影响。均衡的同时对单体进行故障诊断，排除有故障的电池单体，使有故障的电池单体不参与均衡判断，防止某节电池单体故障恒低时对其他单体产生误均衡操作，可有效提高均衡控制技术的可靠性。附图说明图1是低轨航天器用高压锂离子电池均衡控制装置电路连接框图；图2是均衡隔离电路、均衡驱动电路和均衡电路图；图3是CPU控制电路的程序流程图。具体实施方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明：图1中：K1~Kn+1为均衡开关；R1~Rn+1为均衡电阻；B1~Bn+1为电池单体；+为电池组正；-为电池组负；1为高压锂离子电池组；2为单体电压采集电路；3为CPU控制电路；4为指令隔离电路；5为均衡驱动电路；6为均衡电路。图2中：单体+、电池单体正；单体-、电池单体负；V1~V2、3CD3F；V3~V4、3DG182E；R1~R5、电阻；D1~D2、BZ15F。高压锂离子电池组1由2个模块共22节电池单体串联组成，电池组电压范围为79.2V~92.4V，其中单体1~11组成模块1，单体12~22组成模块2。单体电压采集电路2和CPU控制电路3采用主备份设计，可满足低轨航天器高可靠性要求。其中，单体电压采集电路（2）采用精密电阻分压方式实现，单体电压采样输出为0~5V电压信号，误差小于±5mV；CPU控制电路3将电池单体电压模拟量转换为数字量进行处理，前端跟随电路采用高精度运放ADOP07，A/D转换器采用12位并行高速A/D芯片AD574，控制器采用80C32微控制器，与单体电压采集电路2连接，采集各单体电压。控制器每2s对采集的22节单体电压进行从小到大排序并对电压最大值与最小值压差进行计算，当连续3次判断某单体与最小值压差大于60mV时，输出高电平均衡开通指令。指令隔离电路4采用隔离二极管BZ15F，见图2中D1~D2，实现主备份均衡指令的隔离输出，提高均衡控制的可靠性。均衡驱动电路5采用两级三极管进行均衡开通控制，保证有均衡开通指令时均衡电路能可靠开通工作。其中，第一级采用NPN型三极管3DG182E，见图2中V3~V4，第二级采用PNP型三极管3CK10G见图2中V1~V2，经两级驱动，当输入高电平指令时，均衡电流通路打开，实现对电池单体的均衡调整。均衡电路6采用电阻耗散式均衡方式，每个电池单体两端均并联有均衡电阻R5和均衡开关，均衡电阻R5选用RXG12-16Ω-5W绕线电阻，均衡开关由均衡驱动电路经两级三极管控制，每节电池单体电压范围为3.6~4.2V，两PNP三极管导通饱和压降约为0.3V，均衡电流在0.20625A~0.24375A之间，电阻功耗为0.68W~0.95W，能保证在一个均衡周期内将电池维持在较一致的水平。图3为CPU控制电路3的程序流程图，CPU控制电路实时对电池组内22节单体电压进行采集并对单体进行故障诊断，经诊断为故障的单体不参与均衡控制以免造成单体的误均衡，均衡控制仅在电池组充电状态条件下进行，防止放电状态下均衡造成的能力损耗破坏能力平衡，影响负载使用。在均衡控制过程中对均衡开通单体数进行计数，最多允许开通7路均衡旁路，当电池单体电压最大值与最小值压差超过60mV且均衡开通单体数不大于7时，开通对应单体均衡旁路。每一个充电周期结束，关闭所有均衡旁路，在下一个充电周期开始时对均衡单体数清零并重新对单体进行均衡判断和控制。过程中，为防止电压抖动影响，软件中采用了滤波处理措施，当连续3次判断某单体均满足均衡开通条件时才执行均衡开通指令。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低轨航天器用高压锂离子电池均衡控制装置，包括：单体电压采集电路(2)，CPU控制电路(3)，指令隔离电路(4)，均衡驱动电路(5)和均衡电路(6)；其特征在于：所述单体电压采集电路(2)根据CPU控制电路(3)提供的选通控制信号实时对高压锂离子电池内各单体电压进行采集，并将采集的电压实时送给CPU控制电路(3)处理；CPU控制电路(3)输出端经指令隔离电路(4)隔离后与均衡驱动电路(5)输出端连接，均衡驱动电路(5)均衡电路(6)连接。

【技术特征摘要】
1.一种低轨航天器用高压锂离子电池均衡控制装置，包括：单体电压采集电路(2)，CPU控制电路(3)，指令隔离电路(4)，均衡驱动电路(5)和均衡电路(6)；其特征在于：所述单体电压采集电路(2)根据CPU控制电路(3)提供的选通控制信号实时对高压锂离子电池内各单体电压进行采集，并将采集的电压实时送给CPU控制电路(3)处理；CPU控制电路(3)输出端经指令隔离电路(4)隔离后与均衡驱动电路(5)输出端连接，均衡驱动电路(5)均衡电路(6)连接。2.根据权利要求1的低轨航天器用高压锂离子电池均衡控制装置，其特征在于：所述单体电压采集电路(2)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱超，涂浡，吉裕晖，吴彦妮，王娜，张骏，刘丽娟，高纯青，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31