專利名稱：機(jī)載混合電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源系統(tǒng)，具體的說，是涉及一種由鋰離子電池組和鎘鎳電池組組成的機(jī)載混合電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鋰離子蓄電池是一種新型高能電池，具有比能量大、工作電壓高、循環(huán)壽命長、自放電小等特點(diǎn)，但是鋰離子電池的大電流充放電性能比較差，不能單獨(dú)適用于需要高功率輸入的設(shè)備；相比之下，鎳鎘電池可大電流快速充電，又可快速放電為負(fù)載提供大電流，而且放電時電壓變化很小，適用于發(fā)動機(jī)等需要高功率輸入的設(shè)備上，但鎘鎳電池的容量低，自放電強(qiáng)烈，且存在嚴(yán)重的記憶效應(yīng)。在傳統(tǒng)技術(shù)中，鋰離子電池組和鎘鎳電池組使用都是分開的鎘鎳電池組多用于發(fā)動機(jī)的啟動，鋰離子電池組則多用于通信系統(tǒng)等不需要大電流的負(fù)載供電。如果將鋰離 子電池組和鎘鎳電池組應(yīng)用于無人直升機(jī)等飛行器上的應(yīng)急電源，而分開使用的話不僅體積大，占用空間多，而且增加了產(chǎn)品的重量，這就增加了整機(jī)不必要的負(fù)擔(dān)。特別是隨著現(xiàn)代新型無人直升機(jī)的研制成功，為實(shí)現(xiàn)移動性高、敏捷性強(qiáng)等戰(zhàn)略目的，要求其配套的直流電源系統(tǒng)必須具備工作功率高、體積小、重量輕、可利用28V直流電作為充電電源及智能化管理等特性。因此，很有必要提出一種新型的機(jī)載混合電源系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種既可以滿足高容量、長續(xù)航時間、還能減少占用空間和重量的整合了鋰離子電池組和鎘鎳電池組的機(jī)載混合電源系統(tǒng)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是機(jī)載混合電源系統(tǒng)，包括鎘鎳電池組、鋰離子電池組、浮充電智能保護(hù)板、供電插座、充電插座、電子轉(zhuǎn)接板；所述鎘鎳電池組連接供電插座及電子轉(zhuǎn)接板；所述鋰離子電池組通過浮充電智能保護(hù)板連接供電插座和電子轉(zhuǎn)接板；所述電子轉(zhuǎn)接板連接供電插座；所述充電插座連接鎘鎳電池組和鋰離子電池組。進(jìn)一步，該系統(tǒng)還包括升壓板，鎘鎳電池組通過所述升壓板連接電子轉(zhuǎn)接板。進(jìn)一步，所述鎘鎳電池組采用10只鎘鎳圓柱單體電池串聯(lián)，裝配溫度傳感器后再裝入由ABS加工而成的護(hù)圈、護(hù)圈蓋而組成。進(jìn)一步，所述鋰離子電池組采用6只鋰離子單體電池串聯(lián)，裝入由ABS加工而成的殼體中組成，所述每只鋰離子單體電池由兩只鋰離子電芯并聯(lián)形成。進(jìn)一步，所述浮充電智能保護(hù)板具有28V恒壓浮充電功能，用于對鋰離子電池組進(jìn)行管理控制。具體的，所述對鋰離子電池組進(jìn)行管理控制包括獨(dú)立監(jiān)測每只鋰離子單體電池的電壓、電量狀況，比較鋰離子單體電池之間的電壓差，對鋰離子單體電池進(jìn)行電壓均衡，并對鋰離子電池組進(jìn)行40A過流保護(hù)、25. 7V過壓保護(hù)、總電壓低于15V時的欠壓保護(hù)。
進(jìn)一步，所述升壓板用于將鎘鎳電池組的電壓升壓至24. 5V，通過電子轉(zhuǎn)接板向負(fù)載輸出。進(jìn)一步，所述電子轉(zhuǎn)接板用于對鎘鎳電池組和鋰離子電池組在不同輸出電流下進(jìn)行轉(zhuǎn)接控制，在需要輸出電流小于IOA時，僅通過鋰離子電池組對外輸出，在需要輸出電流大于或等于IOA時，由鎘鎳電池組和鋰離子電池組共同對外輸出。進(jìn)一步，所述鎘鎳電池組可直接采用13-16V電壓進(jìn)行浮充電。本發(fā)明的有益效果是將鎘鎳電池組和鋰離子電池組結(jié)合在一起，減小兩者分開使用而占用的空間，且充分利用各自的優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)大功率、大電流輸出，又可以滿足高容量、長續(xù)航時間的要求；該混合電源系統(tǒng)有兩種電體制輸出，其中鎘鎳電池組在單獨(dú)工作時，以12V為標(biāo)稱電壓，最大放電電流可達(dá)52A ;鋰離子電池組在單獨(dú)工作時，以24V為標(biāo)稱電壓，最大放電電流為30A;也可同時向同一負(fù)載供電，通過電子轉(zhuǎn)接板實(shí)現(xiàn)電池組在不同 工作電流下；兩種電池組同時放電時比能量達(dá)到360Wh/kg以上，并且快速充電性能好，實(shí)現(xiàn)了使用28V直流電直接充電的功能，具備過壓、欠壓、短路，過流等保護(hù)措施，適用于無人直升機(jī)、小型偵察機(jī)或其它小型飛行器上。
圖I為實(shí)施例中的鋰離子電池組示意圖；圖2為實(shí)施例中的鎘鎳電池組示意圖；圖3為實(shí)施例中的鋰離子電池組和鎘鎳電池組組合后的示意圖；圖4為實(shí)施例中的混合電源系統(tǒng)原理框圖；圖中，I為鋰離子電芯，2為跨接板，3為ABS外殼，4為護(hù)圈蓋，6為護(hù)圈，7為鋰離子電池組，8為組合外殼，9為供電插座，10為充電插座，11為鎘鎳電池組，12為浮充電智能保護(hù)板，13為電子轉(zhuǎn)接板，14為升壓板。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。參見圖4，本例中的混合電源系統(tǒng)包括鎘鎳電池組、鋰離子電池組、浮充電智能保護(hù)板、供電插座、充電插座、電子轉(zhuǎn)接板、升壓板；所述鎘鎳電池組連接供電插座，并通過升壓板連接電子轉(zhuǎn)接板；所述鋰離子電池組通過浮充電智能保護(hù)板連接供電插座和電子轉(zhuǎn)接板；所述充電插座連接鎘鎳電池組和鋰離子電池組。其中，鋰離子電池組采用6只鋰離子單體電池串聯(lián)，裝入由ABS加工而成的殼體中組成，每只鋰離子單體電池由兩只鋰離子電芯并聯(lián)形成，其制備過程如下首先對鋰離子電芯I從容量、內(nèi)阻、荷電保持能力、高功率輸出性能四個電參數(shù)進(jìn)行配對，再將鋰離子電芯I極耳打孔后，用螺釘、墊圈將兩只鋰離子電芯I并聯(lián)緊固于跨接板2上形成單體電池，再通過跨接板2將各單體電池串聯(lián)起來，并在每個單體電池及總輸出端引出導(dǎo)線，得到需要的鋰離子電池組7，然后將鋰離子電池組7裝入ABS殼體3中，鋰離子電池組的示意圖如圖I所示；由于鋰離子電池組不能直接進(jìn)行浮充電，本發(fā)明中還為鋰離子電池組專門設(shè)計(jì)了浮充電智能保護(hù)板12，該智能保護(hù)板12以微處理器為核心，可接收各個鋰單體電池傳送的過壓、欠壓、不平衡信號，對信號進(jìn)行處理并通過保護(hù)板的各電路模塊對鋰離子電池組和單體電池實(shí)施管理和控制，智能保護(hù)板12含有電源調(diào)壓模塊、控制模塊，監(jiān)控模塊，平衡模塊組裝于同一塊印制板上。其中，(I)電源調(diào)壓模塊以隔離型DC-DC變換器為功率轉(zhuǎn)換主體，外圍以集成運(yùn)放為核心設(shè)計(jì)成反饋調(diào)節(jié)電路，實(shí)現(xiàn)充電裝置恒流限壓控制；(2)監(jiān)控模塊以微處理器為載體，內(nèi)裝嵌入式軟件，通過檢測電路監(jiān)測鋰電池單體的電壓、充電裝置的充電電流，實(shí)現(xiàn)自動控制充電；(3 )每只單體鋰離子電池設(shè)計(jì)有平衡電路，當(dāng)電壓超過4. 275V自動啟動平衡電路，以200mA電流進(jìn)行放電，直到電壓跌落至4. 15V停止，維持鋰電池單體一致性。鎘鎳電池組11采用十只鎘鎳圓柱電池串聯(lián)而成，而由于鎘鎳電池具有放電大的特性，我們還安裝了一只高靈敏度的溫度傳感器對溫度進(jìn)行實(shí)時檢測，以防止電池組在使用過程中因溫度過高而損壞；如圖2所示，將鎘鎳電池組11裝入由ABS加工而成的護(hù)圈6中，并蓋上護(hù)圈蓋4進(jìn)行封裝。如圖3所示，將鎘鎳電池組11和鋰離子電池組I共同組裝在一個組合外殼8內(nèi)，共用一個供電插座9和充電插座10，可以通過供電插座9向飛機(jī)供電，通過充電插座10由 專用充電機(jī)進(jìn)行地面充電維護(hù)。特別要提到的是本發(fā)明在設(shè)計(jì)中采用了電子轉(zhuǎn)接板13對鋰離子電池組7和鎘鎳電池組11在不同輸出電流下進(jìn)行轉(zhuǎn)接控制，在電流值小于IOA時，通過鋰電池組7輸出功率，電流值>或=IOA時，電子轉(zhuǎn)接板將輸出轉(zhuǎn)向鎘鎳電池組11，由鎘鎳電池組11、鋰電池組7共同輸出功率，此時鋰離子電池組7供電上限為SA0在充電方式上，本發(fā)明中的鎘鎳電池組11可直接采用13-16V電壓進(jìn)行浮充電，鋰離子電池組11可采用28V直流電在浮充電智能保護(hù)板的控制下以2A恒流充電，當(dāng)鋰離子電池組11的總壓達(dá)到25. 2V后，再以25. 2V電壓恒壓充電。在放電輸出方式上，本發(fā)明中的鎘鎳電池組11主要對起動負(fù)載進(jìn)行供電鋰離子電池組7主要對整機(jī)通訊系統(tǒng)進(jìn)行供電，必要情況下，兩者也可以同時向同一負(fù)載進(jìn)行供電，該功能由電子轉(zhuǎn)接板13來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明中的鎘鎳電池組11在單獨(dú)工作時，以12V為標(biāo)稱電壓，最大放電電流可達(dá)52A ;鋰離子電池組7在單獨(dú)工作時，以24V為標(biāo)稱電壓，最大放電電流為30A ;當(dāng)兩種電池組同時放電時比能量達(dá)到360Wh/kg以上，并且快速充電性能好，實(shí)現(xiàn)了使用28V直流電直接充電的功能，具備過壓、欠壓、短路，過流等保護(hù)措施，滿足無人直升機(jī)或小型偵察機(jī)等飛行器的實(shí)用性要求。當(dāng)然，為了實(shí)現(xiàn)滿足更大功率輸出的需求，還可以為鎘鎳電池組11設(shè)計(jì)一個升壓板14，將鎘鎳電池組的電壓提升至24. 5V再通過電子轉(zhuǎn)接板13向負(fù)載輸出。綜上，本發(fā)明中的混合電源系統(tǒng)將鎘鎳電池組和鋰離子電池組結(jié)合在一起，有效地分配鎘鎳電池組和鋰電池組的權(quán)重比例，能夠5C大電流輸出，IC電流放電續(xù)航時間長，既滿足了使用的功率要求，也滿足了容量要求，有效地減小了產(chǎn)品的體積和重量。
權(quán)利要求
1.機(jī)載混合電源系統(tǒng)，其特征在于，包括鎘鎳電池組、鋰離子電池組、浮充電智能保護(hù)板、供電插座、充電插座、電子轉(zhuǎn)接板；所述鎘鎳電池組連接供電插座及電子轉(zhuǎn)接板；所述鋰離子電池組通過浮充電智能保護(hù)板連接供電插座和電子轉(zhuǎn)接板；所述電子轉(zhuǎn)接板連接供電插座；所述充電插座連接鎘鎳電池組和鋰離子電池組。
2.如權(quán)利要求I所述的機(jī)載混合電源系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括升壓板，鎘鎳電池組通過所述升壓板連接電子轉(zhuǎn)接板。
3.如權(quán)利要求2所述的機(jī)載混合電源系統(tǒng)，其特征在于，所述升壓板用于將鎘鎳電池組的電壓升壓至24. 5V，通過電子轉(zhuǎn)接板向負(fù)載輸出。
4.如權(quán)利要求I所述的機(jī)載混合電源系統(tǒng)，其特征在于，所述鎘鎳電池組采用10只鎘鎳圓柱單體電池串聯(lián)，裝配溫度傳感器后再裝入由ABS加工而成的護(hù)圈、護(hù)圈蓋而組成。
5.如權(quán)利要求I所述的機(jī)載混合電源系統(tǒng)，其特征在于，所述鋰離子電池組采用6只鋰離子單體電池串聯(lián)，裝入由ABS加工而成的殼體中組成，所述每只鋰離子單體電池由兩只鋰離子電芯并聯(lián)形成。
6.如權(quán)利要求I所述的機(jī)載混合電源系統(tǒng)，其特征在于，所述浮充電智能保護(hù)板具有28V恒壓浮充電功能，用于對鋰離子電池組進(jìn)行管理控制。
7.如權(quán)利要求6所述的機(jī)載混合電源系統(tǒng)，其特征在于，所述對鋰離子電池組進(jìn)行管理控制包括獨(dú)立監(jiān)測每只鋰離子單體電池的電壓、電量狀況，比較鋰離子單體電池之間的電壓差，對鋰離子單體電池進(jìn)行電壓均衡，并對鋰離子電池組進(jìn)行40A過流保護(hù)、25. 7V過壓保護(hù)、總電壓低于15V時的欠壓保護(hù)。
8.如權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的機(jī)載混合電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電子轉(zhuǎn)接板用于對鎘鎳電池組和鋰離子電池組在不同輸出電流下進(jìn)行轉(zhuǎn)接控制，在需要輸出電流小于IOA時，僅通過鋰離子電池組對外輸出，在需要輸出電流大于或等于IOA時，由鎘鎳電池組和鋰離子電池組共同對外輸出。
9.如權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的機(jī)載混合電源系統(tǒng)，其特征在于，所述鎘鎳電池組可直接采用13-16V電壓進(jìn)行浮充電。
全文摘要
本發(fā)明涉及電源系統(tǒng)，其公開了一種既可以滿足高容量、長續(xù)航時間、還能減少占用空間和重量的整合了鋰離子電池組和鎘鎳電池組的機(jī)載混合電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括鎘鎳電池組、鋰離子電池組、浮充電智能保護(hù)板、供電插座、充電維護(hù)插座、電子轉(zhuǎn)接板；所述鎘鎳電池組連接供電插座及電子轉(zhuǎn)接板；所述鋰離子電池組通過浮充電智能保護(hù)板連接供電插座和電子轉(zhuǎn)接板；所述電子轉(zhuǎn)接板連接供電插座；所述充電維護(hù)插座連接鎘鎳電池組和鋰離子電池組。本發(fā)明適用于無人直升機(jī)或小型偵察機(jī)等飛行器上。
文檔編號H02J7/00GK102761162SQ20121025055
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者劉新軍, 劉昕, 咼曉兵, 簡孟亮, 范世軍 申請人:四川長虹電源有限責(zé)任公司