[发明专利]一种自主温控型平流层飞艇用锂电池电源管理系统

说明书

一、技术领域：

本发明提供一种自主温控型平流层飞艇用锂电池电源管理系统，属于航空航天能源系统技术领域。

二、背景技术：

随着空天技术领域的进一步拓展，针对航空、航天结合部使用的平流层飞行器已成为各国研究的重点，在这类飞行器中尤以平流层飞艇最受关注。在配置太阳能电池阵和储能电池堆构成的循环能源系统后，平流层飞艇具有飞行高度高、使用时间长、可区域驻留、对环境污染小等优点，可用于通信中继、预警、侦查监视、高空技术验证等众多领域。但通常的储能电池存在低温条件下容量低的问题，尤其是锂电池，在-20℃的条件下仅能放出额定容量的30％，甚至更低。从储能电池的经济性以及能量密度角度考虑，目前平流层飞艇储能电池主要采用锂电池。因此，为满足在平流层飞艇上的应用，必须对锂电池采取有效的保温措施。

为此，本发明提供一种自主温控型平流层飞艇用锂电池电源管理系统，即通过自主温控系统的调节，锂电池堆自身温度可保持在最佳值，使得作为二次能源的锂电池能更有效的向平流层飞艇供能。

三、发明内容：

(1)目的：本发明的目的在于提供一种自主温控型平流层飞艇用锂电池电源管理系统，该系统可使锂电池堆自身温度保持在最佳值，从而更有效的向平流层飞艇供能。

(2)技术方案：本发明一种可自主调节的平流层飞艇用太阳能电池阵，主要包括：锂电池堆、带保温层的外罩、分布于锂电池堆内部和外部的温度传感器、锂电池管理系统、锂锂电池堆加热系统、继电器、加热电源。其中，锂电池堆位于系统的中间，内部和外部嵌有温度传感器，锂电池堆加热系统以正U型的方式包覆锂电池堆，外侧再由带保温层的外罩罩住，底部用螺栓或销钉与底座固定在一起。锂电池堆加热系统通过继电器与加热电源连接，加热电源可以是外部的独立供电电源，也可直接从锂电池堆上直接取电。

锂电池堆加热系统、继电器、分布于电池内部和外部温度传感器通过通讯线与锂电池管理系统相连，锂电池管理系统既可以从太阳能电池阵列取电，也可直接从锂电池堆上直接取电。

锂电池堆加热系统根据温度传感器回传的数据判断是否闭合继电器，当锂电池温度过低时，继电器闭合，锂电池堆加热系统启动；当锂电池堆温度过高时，继电器断开，锂电池堆加热系统断开。

上述方案通过温度传感器、加热装置、电源管理系统、电源等，实际上构成了一个闭环锂电池堆温度控制系统。在预设了锂电池最佳工作温度之后，此系统可使锂电池堆的温度保持在恒定的范围。

所述的锂电池管理系统，可将温度传感器传来的数据与预设的电池最佳工作温度范围进行比较，比较的结果生成指令来控制继电器的开闭，从而对锂电池堆进行阶段性的加热。

所述的保温层外罩，可采用多孔轻质材料，如气凝胶或酚醛树脂发泡材料。这类材料不仅质量轻，而且保温效果好，既可以减轻系统的质量，又可以减少系统的加热时间。

所述的锂电池堆加热系统，是通过将电能转化为热能来加热电池堆周围的空气介质，从而使电池的工作环境保持在恒定的范围。可以选择经济性且质量轻的电加热元件。

所述的温度传感器，可采用金属热电阻式的。这类传感器测温范围在-200℃到500℃之间，其特点是测量精度高，适用于低温。

本发明一种自主温控型平流层飞艇用锂电池电源管理系统，其基本研制流程如下：

1.根据锂电池堆的尺寸大小设计相应的加热系统，主要包括电热元件和继电器的选择，加热电源和底座的设计；

2.在第一步的基础上，设计带保温层的外罩，其尺寸应与电池堆相符。与此同时，选择保温效果好且质地轻的材料作为外罩的保温层；

3.在以上步骤之后，选择合适的温度传感器，并在电池堆的内部和外部布置温度传感器；

4.在已有的锂电池电源管理系统中接入温度控制模块，并连接其与传感器和加热系统的通讯线路；

5.完成以上步骤之后，对整个自主温控型平流层飞艇用锂电池电源管理系统的性能进行测试，并根据测试结果进行修正；