一种双母线飞行器在轨搁置电池补电电路及自主控制方法与流程
本发明涉及一种双母线飞行器在轨搁置电池补电电路及自主控制方法，属于空间电源。
背景技术：
1、往返飞行器电源系统基于可靠性考虑设计为双母线形式，配置有两组28v低压锂电池组和两组110v高压锂电池组。其中28v锂电池组用于在轨段为平台母线供电，在轨段可通过光伏系统进行充电，而高压110v锂电池组主要用于再入返回段为作动器进行供电，在轨段处于搁置状态。根据任务需求不同，飞行器在轨时间不等，由于自放电及采样电路漏电流等因素使得在轨长期搁置的电池组会存在电量下降情况。为保证再入返回段能源供电充足，同时满足应急返回任务需求，往往需要将电池电量控制在较高的荷电态区间，因此需要配置补充电控制器对高压电池进行在轨补电管理。另外，为简化在轨补电时的人为操作流程，提高飞行器自动化水平，同时避免长时间对电池浮充造成电池寿命下降，需要飞行器实现自主开启和关闭对高压电池的补充电。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了在轨搁置电池的补电管理问题。
2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：
3、一种双母线飞行器在轨搁置电池补电电路，包括双母线余度充电电路和2个自主停充保护电路。
4、所述的双母线余度充电电路包括2个充电电路(bcr1和bcr2)、2套恒流恒压双环控制电路、bcr隔离电路、充电功率分配电路、电池隔离电路、充电开关q3、充电开关q4。
5、所述的2个充电电路，是指输入端分别连接于2条不同母线的2个dc/dc变换电路，根据所充电电池与母线的电压关系，该变换电路可适应性采用升压、降压或者升降压型。
6、所述的2套恒流恒压双环控制电路，是指恒压点采样后(负反馈)与恒压基准通过运算放大器进行pi运算输出信号v1，以及恒流点采样后(负反馈)与恒流基准通过运算放大器进行pi运算输出信号v2，通过对v1和v2信号进行取小后的mea信号用于控制对应充电电路的驱动信号。特别的，恒压点和恒流点均应为bcr隔离电路中隔离二极管阴极处。
7、所述的bcr隔离电路，是指2个充电电路输出端分别接两个二极管d1和d2的阳极，两二极管阴极接后端充电功率分配电路。
8、所述的充电功率分配电路，是指由4套mos开关管和二极管串联组成的电路(q1-1与d1-1，q1-2与d1-2，q2-1与d2-1，q2-2与d2-2)，每1路充电电路经bcr隔离电路后接入2套这种充电功率分配电路，通过mos管的开关切换实现对2组电池的充电选择(单独1组充电或同时2组充电)，通过此处二极管进一步提高2个bcr的隔离可靠性。
9、所述电池隔离电路，是指2组电池前端分别接到2个二极管(d3和d4)的阴极，防止直接将两电池并联形成短路，二极管的阳极分别接前端的充电功率分配电路。
10、所述的自主停充保护电路，包括停充使能电路、停充判断电路和过充保护电路。
11、所述停充使能电路，是指通过对充电电路所对应的充电功率分配电路中2个mos开关管后端电压进行采样后取大运算，并将取大信号与停充电压基准通过比较器进行比较(取大信号接比较器正向输入端，停充电压基准接比较器反向输入端)，从而产生停充使能信号，作为停充电路的开启条件，可有效避免bcr空载启动时被停充电路逻辑关断的情况。
12、所述停充判断电路，是指通过对bcr隔离管后端电流进行采样并与停充电流基准信号通过比较器进行比较(采样信号接比较器反向输入端，停充电流基准接比较器正向输入端)，比较后的信号与停充使能信号进行取小运算，取小运算后信号作为自主停充电路关断充电电路开关的充分条件之一。
13、所述过充保护电路，是指通过对bcr隔离管后端电压进行采样并与过充电压基准信号通过比较器进行比较(采样信号接比较器正向输入端，过充电压基准接比较器反向输入端)，比较后信号作为自主停充电路关断充电电路开关的充分条件之一。
14、一种双母线飞行器在轨搁置电池补电电路的自主控制方法，包含以下步骤：
15、(1)每个程序周期通过外部的“自主补电允许状态字”对是否允许飞行器自主补电进行确认，如果允许自主补电则继续下一步判断，否则方法结束。
16、(2)通过“飞行阶段字”对飞行器的飞行阶段进行判断，如果飞行器所处飞行阶段满足要求则继续下一步，否则方法结束。
17、(3)通过充电电路1前端的母线电压1对母线1供电能力进行判断，如果充电电路1所在母线1供电能力满足要求则继续下一步，否则充电电路1不开启，转入步骤(7)。
18、(4)通过对充电开关状态采样值，判断充电电路工作状态。如果充电开关q3为关断状态，表示充电电路尚未开启充电，则将“bcr1对电池1充电状态”和“bcr1对电池2充电状态”均置为无效，进入下一步；如果充电开关q3为接通状态，则直接进入下一步。
19、(5)通过对电池1电压采样值，判断电池1电压是否低于充电开启阈值。如果低于充电开启阈值且“bcr1对电池1充电状态”为无效，则顺序发送“充电开关3接通指令”和“bcr1对电池1充电开关接通指令”，并将“bcr1对电池1充电状态”置为有效，开始充电；否则，直接进入下一步。
20、(6)通过对电池2电压采样值，判断电池2电压是否低于充电开启阈值。如果低于充电开启阈值且“bcr1对电池2充电状态”为无效，则顺序发送“充电开关3接通指令”和“bcr1对电池2充电开关接通指令”，并将“bcr1对电池2充电状态”置为有效，开始充电；否则，直接进入下一步。
21、(7)通过充电电路2前端的母线电压2对母线2供电能力进行判断，如果充电电路2所在母线2供电能力满足要求则继续下一步，否则充电电路2不开启，直接方法结束。
22、(8)通过对充电开关状态采样值，判断充电电路工作状态。如果充电开关q4为关断状态，表示充电电路尚未开启充电，则将“bcr2对电池1充电状态”和“bcr2对电池2充电状态”均置为无效，进入下一步；如果充电开关q4为接通状态，则直接进入下一步。
23、(9)通过对电池1电压采样值，判断电池1电压是否低于充电开启阈值。如果低于充电开启阈值且“bcr2对电池1充电状态”为无效，则顺序发送“充电开关q3接通指令”和“bcr2对电池1充电开关接通指令”，并将“bcr2对电池1充电状态”置为有效，开始充电；否则，直接进入下一步。
24、(10)通过对电池2电压采样值，判断电池2电压是否低于充电开启阈值。如果低于充电开启阈值且“bcr2对电池2充电状态”为无效，则顺序发送“充电开关q4接通指令”和“bcr2对电池2充电开关接通指令”，并将“bcr1对电池2充电状态”置为有效，开始充电；否则，方法结束。
25、本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
26、(1)利用双母线余度补电电路，实现了双母线电源架构下对两组在轨电池的余度补电功能，相比每条母线只能给对应的1组电池充电的设计方法，提高了电池组在轨补电的可靠性和灵活性。
27、(2)利用器上自主补电开启控制逻辑，实现了飞行器在轨自主补电，大大简化了在轨补电时的人为操作流程，提高飞行器自动化水平。
28、(3)利用自主停充保护电路，实现了对电池满电量的硬件自识别及停充功能，在电池充满后由补电控制器自动切断充电开关，避免长时间对电池浮充造成电池寿命下降，同时减少了地面飞控人员工作量，提高了飞行器自动化水平。
29、(4)自主停充保护功能中通过增加停充使能电路，在硬件逻辑上保证了bcr可正常空载启动，有效避免了自主停充保护电路对正常充电启动过程的影响，同时也减少了对飞行器自主补电程序的设计约束。
技术特征：
1.一种双母线飞行器在轨搁置电池补电电路，其特征在于，包括双母线余度充电电路，以及2个自主停充保护电路；
2.根据权利要求1所述的双母线飞行器在轨搁置电池补电电路，其特征在于，恒压点和恒流点均应为bcr隔离电路中隔离二极管阴极处。
3.根据权利要求1所述的双母线飞行器在轨搁置电池补电电路，其特征在于，bcr隔离电路包括二极管d1和二极管d2，2个充电电路输出端分别接二极管d1和二极管d2的阳极，二极管d1和二极管d2的阴极接充电功率分配电路。
4.根据权利要求1所述的双母线飞行器在轨搁置电池补电电路，其特征在于，充电功率分配电路对2组电池的充电选择包括单独1组充电或同时2组充电，充电功率分配电路通过自身的二极管提高隔离可靠性。
5.根据权利要求1所述的双母线飞行器在轨搁置电池补电电路，其特征在于，电池隔离电路包括二极管d3和二极管d4，二极管d3和二极管d4的阴极分别连接1组电池，二极管d3和二极管d4的阳极分别接前端的充电功率分配电路。
6.根据权利要求1所述的双母线飞行器在轨搁置电池补电电路，其特征在于，充电电路1经bcr隔离电路中的二极管d1、充电功率分配电路中的mos开关管q1-1及二极管d1-1的充电功率流，与充电电路2经bcr隔离电路中的二极管d2、充电功率分配电路中的mos开关管q2-1及二极管d2-1的充电功率流，在电池隔离电路中的二极管d3阳极汇合，共同形成对电池1的余度充电；
7.根据权利要求1所述的双母线飞行器在轨搁置电池补电电路，其特征在于，充电电路1包含1路dc/dc变换电路，其前端接充电开关q3漏极，充电开关q3源极接母线1供电正端；
8.根据权利要求1所述的双母线飞行器在轨搁置电池补电电路，其特征在于，bcr隔离电路包含二极管d1和二极管d2，其中二极管d1阳极接充电电路1输出，二极管d1阴极输出信号一路接充电功率分配电路中的mos开关管q1-1源极，mos开关管q1-1漏极接充电功率分配电路中二极管d1-1的阳极；二极管d1阴极输出信号另一路接充电功率分配电路中的mos开关管q1-2源极，mos开关管q1-2漏极接充电功率分配电路中二极管d1-2的阳极；
9.根据权利要求1所述的双母线飞行器在轨搁置电池补电电路，其特征在于，恒流恒压双环控制电路1的恒压与恒流采样点均位于二极管d1阴极输出点，恒流恒压双环控制电路2的恒压与恒流采样点均位于二极管d2阴极输出点。
10.一种基于权利要求1所述双母线飞行器在轨搁置电池补电电路的自主控制方法，其特征在于，包括：
技术总结
一种双母线飞行器在轨搁置电池补电电路及自主控制方法，利用双母线余度补电电路，实现了双母线电源架构下对两组在轨电池的余度补电功能，提高了电池组在轨补电的可靠性和灵活性；利用器上自主补电开启控制逻辑，实现了飞行器在轨自主补电，简化了在轨补电时的人为操作流程；利用自主停充保护电路，实现了对电池满电量的硬件自识别及停充功能，在电池充满后由补电控制器自动切断充电开关，避免长时间对电池浮充造成电池寿命下降，减少了地面飞控人员工作量；自主停充保护功能中通过增加停充使能电路，在硬件逻辑上保证了BCR可正常空载启动，有效避免了自主停充保护电路对正常充电启动过程的影响，同时也减少了对飞行器自主补电程序的设计约束。
技术研发人员：高科,林志松,赫彬,蒋汉,吴惠民,徐泽锋
受保护的技术使用者：上海空间电源研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23