一种空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统，该控制系统包含：蓄电池单体电压采样电路，其实时采集单体电池的电压信息；蓄电池组平衡器，其接收单体电池的电压信息；充电过程中当某个电池单体电量大于第一电量阈值，将电池单体能量传递到整个电池组；放电过程中当某个电池单体电量小于第二电量阈值，将电池组能量传递到电池单体；反激变压器，其在电池单体和电池组之间双向传输能量。本发明专利技术能够满足800V及以上高压电源系统高共模电压下的均衡要求，自带电池单体电压的监控，能够应对各种故障情况，对电池单体电压的采样精度能够达到1mV。

Charge and discharge equalization control system and control method for space high voltage storage battery

The invention discloses a high-voltage battery charge and discharge balance control system, the control system includes: battery voltage sampling circuit, voltage information in acquisition battery; battery balancer, which receives the single battery voltage information; charging process when a single power battery is greater than the first power threshold, will transfer to the entire energy battery monomer battery; discharge process when a single power battery is less than the threshold power, the battery energy is transferred to the single battery; flyback transformer, between the single battery and battery two-way transmission of energy. The invention can meet the equalization requirements of 800V and above high-voltage power supply system under the high common mode voltage, and can monitor various voltage faults with the monitoring of the battery monomer voltage, and the sampling precision of the battery body voltage can reach 1mV.

【技术实现步骤摘要】
一种空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统和控制方法
本专利技术涉及一种航天电源锂离子蓄电池在充电、放电过程中能量均衡的技术，本专利技术具体涉及一种空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统和控制方法。
技术介绍
空间探测是当今世界科技发展的前沿领域，具有很强的基础性、前瞻性、创新性和带动性。人类航天活动一般可分为地球应用卫星、载人航天和深空探测三大领域，开展空间活动，是航天技术发展的必然选择。电源分系统作为空间飞行器的重要分系统之一，将提供飞行器执行试验验证任务所需能量来源。当前，随着空间电源系统技术的进步，锂离子蓄电池组担负着为平台载荷在阴影期供电的任务。由锂离子串联蓄电池单体串联形成蓄电池组，虽然经过筛选等严格工艺控制能保证锂离子蓄电池较好的一致性，但是考虑到电池本身自放电效应、载荷放电特性以及重复循环使用要求，使得高功率锂离子蓄电池组在使用过程中不可避免会出现单体电压的不均衡，若不采取措施，这种不均衡会急剧恶化，因此对于空间用高压蓄电池组进行均衡管理有重要意义。目前空间用蓄电池组采用的是被动均衡，当某个电池单体电压过高时，通过打开与相应电池单体并联电阻的开关，来实现能量的释放，从而达到电池组中各个电池单体能量的均衡。但是随着空间载荷技术的进步，对电源系统的输出功率和输出电压要求越来越高，特别是对于锂离子蓄电池储能系统而言，要求采用更多的单体进行串联，这样就会对锂离子蓄电池组的均衡管理提出更高的要求。这时若采用被动均衡，均衡机会产生大量的热量，蓄电池组的效率变的更低。从提高蓄电池组供电时间、减少系统产生的热量考虑，需要对蓄电池组进行主动均衡，本专利技术即基于此提出。
技术实现思路
本专利技术提供一种空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统和控制方法，实现高压蓄电池组电压的高精度均衡，并提高均衡的速度，实现系统的高集成设计。为实现上述目的，本专利技术提供一种空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统，其特点是，该控制系统包含：蓄电池单体电压采样电路，其实时采集单体电池的电压信息；蓄电池组平衡器，其接收蓄电池单体电压采样电路输出的单体电池的电压信息；充电过程中当某个电池单体电量大于第一电量阈值，将电池单体能量传递到整个电池组；放电过程中当某个电池单体电量小于第二电量阈值，将电池组能量单独传递到该电池单体；反激变压器，其电路连接蓄电池组平衡器、电池单体和电池组，根据蓄电池组平衡器的指令在电池单体和电池组之间双向传输能量。上述反激变压器的原边连接电池单体，副边连接电池组。上述反激变压器为多绕组的反激变压器，原边设有若干个与电池单体一一对应连接的原边绕组，副边设有一个副边绕组。上述蓄电池单体电压采样电路采用LTC6811芯片。上述蓄电池组平衡器采用LTC3300芯片。上述控制系统还包含控制器单元，其接收蓄电池单体电压采样电路输出的电压信息，输出操作指令至蓄电池组平衡器。一种上述空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统的控制方法，其特点是，该控制方法包含：蓄电池单体电压采样电路采集电池单体的电压信息；充电过程中当某个电池单体电量大于第一电量阈值，蓄电池组平衡器将该电池单体能量通过反激变压器传递到整个电池组；放电过程中当某个电池单体电量小于第二电量阈值，蓄电池组平衡器将电池组能量通过反激变压器传递到该电池单体。本专利技术一种空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统和控制方法和现有技术相比，其优点在于，本专利技术主动均衡集成模块基于LTC3300和LTC6811芯片内核实现，能够满足800V及以上高压电源系统高共模电压下的均衡要求，自带电池单体电压的监控，能够应对各种故障情况，对电池单体电压的采样精度能够达到1mV，本专利技术适用于高电压大功率的蓄电池组均衡，可大幅提高蓄电池组适用过程中的自放电率和充电倍率；本专利技术采用集成的反激变压器设计，一个集成的反激变压器能够对12节电池进行双向的主动均衡，大大改善了传统空间均衡电路的效率，有助于提高系统均衡时间和减少均衡过程中的热量；本专利技术公开的电路拓扑和设计方法同时也适用于其他蓄电池组串联的场合。附图说明图1为本专利技术空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统中蓄电池单体电压采样电路和蓄电池组平衡器与12节电池单体的连接示意图；图2为反激变压器与12节电池单体的连接示意图；图3为192串电池组变压器交错连接图；图4为本专利技术空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统的主动均衡系统拓扑示意图。具体实施方式以下结合附图，进一步说明本专利技术的具体实施例。本专利技术公开一种空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统，该控制系统包含：蓄电池单体电压采样电路、蓄电池组平衡器、反激变压器和控制器单元。蓄电池单体电压采样电路电路连接蓄电池，实时采集单体电池的电压信息。蓄电池组平衡器接收蓄电池单体电压采样电路输出的单体电池的电压信息；充电过程中当某个电池单体电量大于第一电量阈值，将电池单体能量传递到整个电池组；放电过程中当某个电池单体电量小于第二电量阈值，将电池组能量单独传递到该电池单体。反激变压器电路连接蓄电池组平衡器、电池单体和电池组，根据蓄电池组平衡器的指令在电池单体和电池组之间双向传输能量。控制器单元接收蓄电池单体电压采样电路输出的电压信息，输出操作指令至蓄电池组平衡器。如图1所示，为蓄电池单体电压采样电路和蓄电池组平衡器与电池单体的连接方式。蓄电池单体电压采样电路通过芯片LTC6811实现，其中LTC6811是专用的电池组监视器，它可以在290μs内完成对12节电池电压的测量，有两个ADC，内置ISOSPI接口，采样精度达1mV左右，通过ISOSPI通信和微处理器进行信息交换。蓄电池组平衡器采用芯片LTC3300实现，它可以对蓄电池组的过压及欠压进行保护，为由6节串联电池构成的电池组相连而设计，可以实现电池组中电荷的高效转移。充电过程中，当某个电池单体电量大于第一电量阈值，通过控制LTC3300一侧MOSFET的开关，把电池单体能量传递到整个电池组；放电过程中，当某个电池单体电量小于的第二电量阈值时，通过控制电池组一侧的MOSFET开关，把电池组能量传递到电池单体。如图1所示，一片LTC6811及两片LTC3300可以连接12节电池。如图2所示，为反激变压器的连接。本实施例中，反激变压器采用集成的多绕组变压器，即一拖多的形式，用于蓄电池组能量的传递。能量流的方向为：充电过程中，当某个单体电量过大时，通过控制LTC3300一侧MOSFET的开关，把电池单体能量传递到整个电池组；放电过程中，当某个电池单体电量过小时，通过控制电池组一侧的MOSFET的开关，把电池组能量传递到电池单体。定义连接电池单体一侧的变压器为原边，连接蓄电池组一侧的变压器为副边，变压器的原边为12个绕组，变压器的副边为1个绕组，一个集成的反激变压器可对12节电池进行主动均衡。通过图2能够看出变压器的副边有两个MOSFET并联，当变压器副边只有一个变压器时，对CELL11电池进行操作，可以看到变压器的原边和副边的MOSFET的驱动信号由两个LTC3300控制，但是同一时间只能选通一个LTC3300工作，因此这里并联了两个MOSFET，未用的G2S-G6S浮置，I2S-I6S连接到V-。如图3所示，为192串电池反激变压器的连接，当需要对大于24串的电池进行主动均衡时，需要使变压器次级接线交错来实现整个电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统，其特征在于，该控制系统包含：蓄电池单体电压采样电路，其实时采集单体电池的电压信息；蓄电池组平衡器，其接收蓄电池单体电压采样电路输出的单体电池的电压信息；充电过程中当某个电池单体电量大于第一电量阈值，将电池单体能量传递到整个电池组；放电过程中当某个电池单体电量小于第二电量阈值，将电池组能量传递到该电池单体；反激变压器，其电路连接蓄电池组平衡器、电池单体和电池组，根据蓄电池组平衡器的指令在电池单体和电池组之间双向传输能量。

【技术特征摘要】
1.一种空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统，其特征在于，该控制系统包含：蓄电池单体电压采样电路，其实时采集单体电池的电压信息；蓄电池组平衡器，其接收蓄电池单体电压采样电路输出的单体电池的电压信息；充电过程中当某个电池单体电量大于第一电量阈值，将电池单体能量传递到整个电池组；放电过程中当某个电池单体电量小于第二电量阈值，将电池组能量传递到该电池单体；反激变压器，其电路连接蓄电池组平衡器、电池单体和电池组，根据蓄电池组平衡器的指令在电池单体和电池组之间双向传输能量。2.如权利要求1所述的空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统，其特征在于，所述反激变压器的原边连接电池单体，副边连接电池组。3.如权利要求1所述的空间高压蓄电池组充放电均衡控制系统，其特征在于，所述反激变压器为多绕组的反激变压器，原边设有若干个与电池单体一一对应连接的原边绕组，副边设有一个副边绕组。4.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵旺彬，黄军，陈海涛，何小斌，吴春瑜，李开宇，
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