[發(fā)明專利]一種基于異步串并轉(zhuǎn)換的電池隔離控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011270018.5
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112332491B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董宇;周雅琴;徐澤鋒;張俊亭;張興;劉勇;盧萍;王玉寶
• 申請（專利權(quán)）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/42
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明公開了一種基于異步串并轉(zhuǎn)換的電池隔離控制系統(tǒng)及方法。所述控制系統(tǒng)包括：高壓側(cè)子系統(tǒng)和低壓側(cè)子系統(tǒng)，所述高壓側(cè)子系統(tǒng)包括：并轉(zhuǎn)串移位寄存器、第一串轉(zhuǎn)并移位寄存器、模擬轉(zhuǎn)數(shù)字AD轉(zhuǎn)換器、鎖存器、采樣單元、均衡單元和蓄電池組，所述低壓側(cè)子系統(tǒng)包括：第二串轉(zhuǎn)并移位寄存器和下位機(jī)FPGA。本發(fā)明系統(tǒng)可有效解決該低壓和高壓端的隔離問題，防止高壓電池端對低壓端下位機(jī)單元的干擾及影響，有效提高航天產(chǎn)品的安全性和可靠性。通過隔離式均衡控制技術(shù)實現(xiàn)蓄電池組內(nèi)單體電壓的一致性，延長電池的使用壽命，可滿足未來高軌長壽命航天器的使用要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高壓電池管理技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于異步串并轉(zhuǎn)換的電池隔離控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著國內(nèi)航天器高壓大功率載荷系統(tǒng)快速發(fā)展，給配套載荷電源系統(tǒng)提出了更高的要求，未來載荷電源朝著功率更大，電壓更高的方向發(fā)展，對超大功率電源的研制的迫切需求逐漸展現(xiàn)出來，面對未來高壓大功率的迫切需求，高壓長串電池系統(tǒng)將成為首要研究對象，因此與之配套的高壓隔離控制系統(tǒng)也將成為未來需要著重研究的方向。

目前空間用采集系統(tǒng)僅停留在百伏量級范圍，高壓采集系統(tǒng)經(jīng)驗不足，目前采集方案無法滿足未來高壓大功率的使用需求。另外目前由于空間應(yīng)用中電池串聯(lián)數(shù)量較小，因此采集系統(tǒng)均為非隔離式設(shè)計，電壓直采方式，該方式由于結(jié)構(gòu)簡單，控制容易，成本較低被廣泛應(yīng)用，但由于數(shù)字芯片與電池端無法實現(xiàn)有效分離，在航天器的靈活機(jī)動工作時，電池會工作在頻繁大電流充電、瞬時脈沖大功率放電工況下，會形成一定脈動干擾，對FPGA及CPU靈敏度高的芯片存在一定安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于異步串并轉(zhuǎn)換的電池隔離控制系統(tǒng)及方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供了一種基于異步串并轉(zhuǎn)換的電池隔離控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括：高壓側(cè)子系統(tǒng)和低壓側(cè)子系統(tǒng)，所述高壓側(cè)子系統(tǒng)包括：并轉(zhuǎn)串移位寄存器、第一串轉(zhuǎn)并移位寄存器、模擬轉(zhuǎn)數(shù)字AD轉(zhuǎn)換器、鎖存器、采樣單元、均衡單元和蓄電池組，所述低壓側(cè)子系統(tǒng)包括：第二串轉(zhuǎn)并移位寄存器和下位機(jī)FPGA，其中，

所述采樣單元，被配置為采集所述蓄電池組內(nèi)N個單體電池的單體模擬量，并將單體模擬量發(fā)送給所述模擬轉(zhuǎn)數(shù)字AD轉(zhuǎn)換器；其中，N為大于等于1的正整數(shù)；

所述模擬轉(zhuǎn)數(shù)字AD轉(zhuǎn)換器，被配置為將單體模擬量轉(zhuǎn)換為12位通道數(shù)字量，并將所述12位通道數(shù)字量發(fā)送至所述并轉(zhuǎn)串移位寄存器；

所述并轉(zhuǎn)串移位寄存器，被配置為將所述12位通道數(shù)字量轉(zhuǎn)換為1通道數(shù)字量，并通過隔離單元將所述1通道數(shù)字量發(fā)送至所述第二串轉(zhuǎn)并移位寄存器；

所述第二串轉(zhuǎn)并移位寄存器，被配置為將所述1通道數(shù)字量還原為12位通道數(shù)字量，并將所述12位通道數(shù)字量發(fā)送至所述下位機(jī)FPGA；

所述下位機(jī)FPGA，被配置為根據(jù)所述12位通道數(shù)字量生成控制指令信息，并通過所述控制指令信息控制所述鎖存器，以由所述鎖存器控制所述均衡單元，以調(diào)節(jié)所述N個單體電池的單體電壓值。

可選地，所述低壓側(cè)子系統(tǒng)還包括：下位機(jī)CPU，所述下位機(jī)CPU通過總線完成與所述下位機(jī)FPGA的信息交互，將所有信息進(jìn)行整理打包上傳，將用戶指令信息傳輸至所述下位機(jī)FPGA進(jìn)行下發(fā)及控制。

可選地，所述鎖存器包括第一鎖存器、第二鎖存器和M個第三鎖存器，所述第一串轉(zhuǎn)并移位寄存器包括第一子串轉(zhuǎn)并移位寄存器和第二子串轉(zhuǎn)并移位寄存器，M為大于等于1的正整數(shù)，其中，

所述第一鎖存器的一端與所述第一子串轉(zhuǎn)并移位寄存器和所述隔離單元連接，另一端與模擬選通通道連接；

所述第二鎖存器的一端與所述第一子串轉(zhuǎn)并移位寄存器和所述隔離單元連接，另一端與所述M個第三鎖存器連接。

可選地，所述第一鎖存器，被配置為控制所述模擬選通通道的使能和選通；