新型机载蓄电池组充放电控制技术探究

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1、新型机载蓄电池组充放电控制技术探究摘要：文中提出了一种新型直升机机载蓄电池组充放电控制技术。通过对蓄电池电压、充放电电流、温度等参数的监控，利用软件和现代开关电源技术，实现了机载蓄电池组充放电过程的自动控制，并具备系统BIT自检及与供电处理机通信功能，增加了蓄电池组容量和使用寿命，有效提高了全机人机功效。关键词：蓄电池组；充放电控制；容量；人机功效中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：2095-1302(2017)05-00-030引言碱性蓄电池因具有使用寿命长，充放电循环次数多，自放电小，低温性能好以及相较于酸性电池对环境要求低等诸多优点而被广泛应用于各工业领域口,2]

2、o我国直升机所用应急蓄电池多为碱性电池。机载蓄电池作为直升机应急状态下的唯一能源，其重要性不言而喻。根据碱性蓄电池特性,制定合理的充电方式，对提高蓄电池容量、使用寿命具有重大意义。传统的机载蓄电池工作时，直接与机上直流主电源并联工作，一直处于浮充状态。整个充放电过程缺乏对蓄电池组电压、电流等参数的监控，存在以下缺陷：(1)蓄电池组长期处于浮充状态，容量只能达到满容量的80%左右，不能充分利用蓄电池组的额定容量；(1)缺乏对蓄电池组电流、电压、温度等参数的检测和控制，对于蓄电池组在充放电过程中出现的过充、过流等情况缺乏有效控制手段，对蓄电池组伤害较大，影响其使用寿命和安全性；(3)

3、不具备容量检测功能，蓄电池组只能按规定的寿命2年/200次使用，不能采用视情监控的维护方式；(4)不具备通信功能，无法显示蓄电池组容量、充放电电流、温度等参数，人机功效效果不好。针对传统机载蓄电池组充放电技术的弊端，本文提岀了全新的蓄电池组充放电控制技术，通过对蓄电池组参数全方位的检测、控制和与供电处理机的通信，提高蓄电池寿命及使用效率，提高人机功效。1充放电方案的确定蓄电池在充电过程中对电流的接受能力是不断变化的。开始充电时，蓄电池大部分电流都转化为化学能储存起来[3]o充电后期，蓄电池对电流的接受能力减弱，接受的电流除部分转化为化学能外，还有一部分用来分解电解液中的水。美国科

4、学家马斯曾提出著名的马斯曲线[4,5],用来描述蓄电池充电过程中电流接受能力的变化。充电电流接受能力曲线如图1所示。当前蓄电池主流充电方式有恒压充电、恒流充电、脉充充电等。综合考虑，本文制定了恒流限压+涓流充电的智能充电方式,6]o在充电前期，蓄电池接受能力强，采用1C大电流进行快速充电。当蓄电池组电压达到31V后，改用小电流0.1C涓流充电。该方式既避免了恒压充电初期对蓄电池本身的伤害和对电网的冲击，又避免了恒流充电后期因大量气体析出而导致蓄电池内部温度和压力的增加。2充放电控制原理2.1充放电控制原理蓄电池组的充放电自动控制过程由充放电控制器完成。控制器主要包括充电组件、DC

5、/DC模块、整流模块、滤波器等部分。充放电自动控制原理框图如图2所示。由图可见，由2路供电电源组成双备份做为蓄电池充电输入。正常情况下由机上28V直流电源经滤波后送入充电组件为蓄电池充电。当28V直流电源出现故障无法正常工作时,监控模块检测到失电信息,向DC/DC降压模块发出工作指令o115V/400Hz单相交流电源经整流滤波后变为直流电源，经DC/DC模块降压到28V后，再送入充电组件为蓄电池充电。与传统机载蓄电池单路供电相比，双路供电极大地提高了应急电源的可靠性。2.1.1控制部分监控模块是控制器的控制核心，内嵌51内核的831系列单片机作为微处理器，负责检测充放电系统参数，

6、控制蓄电池组充放电过程，与供电处理机进行通信及发送告警控制信号。监控模块工作原理框图如图3所示。控制器工作时，监控模块检测全电压、半电压、温度信号、充放电电流、蓄电池容量、机上轮载信号等参数以及充放电控制器自身的参数。微处理器对检测到的数据进行判断和处理，进而控制主电路工作，实现蓄电池组充放电过程的自动控制。监控模块通过五线制RS-422A总线实现与供电处理机的数据交换。当供电处理机发送查询指令时，充放电控制传送蓄电池组的电池组容量、温度、充放电电流等参数。为增强监控模块工作的可靠性，共设置三路电源为其供电：分别为机上28V直流电源、115V/400Hz交流电源经转换后的直流电源

7、和蓄电池组本身的直流电源。2.1.2充电组件充电组件是控制器的主体部分，应选择体积小、质量轻、效率高的开关电源。输入端是机上28V或由115V交流变换后的直流电，根据监控模块指令进行DC/DC电压变换，输出恒流至蓄电池组。充电组件工作原理框图如图4所示。开关电源内部同样分为主电路和控制电路。电源主电路是由开关管MOSFET为主体构建的DC/DC升压拓扑结构，根据控制电路输入的脉宽调节PWM波进行高速开关动作，对输入电流斩波。控制电路从监控模块接收取样电阻检测到的电流信号W，送入电