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浅谈航空锂电池的控制与保护论文浅谈航空锂电池的控制与保护论文锂电池是锂离子电池的简称，具有电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、使用寿命长等优点，在各个领域的应用也越来越广泛，近两年在民航飞机B787上得到了应用。为了提高锂电池安全性，锂电池本身(作为电池的一部分)均需有均衡电路、过充放电路和过温保护线路，防止电池被过充过放电。过度充电放电和超温，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏，从分子层面看，可以直观地理解，过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去，以至于造成电池发热冒烟甚至爆炸等故障。这也是锂离子电池为什么通常配有充放电控制电路的原因。如果电池本身的控制和保护电路出问题，锂电池仍有发生燃烧甚至爆炸的危险。近一段时间，波音787客机屡发故障，全球50架投入运营的波音787已经全部停飞。在波士顿与高松机场波音787故障事件中，电池均出现异常和损坏，锂电池成为关注的焦点。日本航空公司一架波音787在美国波士顿因电池起火致客舱冒烟;日本全日空航空公司一架波音787在飞行过程中疑因为电池故障而冒起烟雾，紧急降落高松机场。波音787航空锂电池连续出现故障，其安全性有待进一步提高，保护系统亦有待进一步完善。分析其原因可能是单体锂电池均衡电路、过充和过温保护电路失效。1航空锂电瓶的监控组件BMU航空锂电瓶有4个电瓶监控组件BMU(Batterymonitoringunit)，2个温度传感器，1个霍尔电流传感器(HECS)，1个控制接触器组成。当电瓶出现异常时，如电瓶过充、过压、充电电流过大、低压、过热、单格电压不平衡时，或禁止充电或放电或使内置接触器跳开，保护不损坏电瓶。BMU还具有自检等功能，如图1所示。BMU通过对锂离子电池组的电压、电流和温度信号的检测和判断，来实现对电池组充放电过程中所出现的过充过放、过热及均衡进行保护。电压信号包括锂离子电池的总电压和单节电池的单体电压检测;电流信号由霍尔效应电流传感器检测;温度信号由热敏电阻1、2测量。航空锂电池的监控组件(BMU)由主监控组件BMU1、BMU2和辅助监控组件BMU3、BMU4构成。BMU监控电瓶的各种工作状态，当出现故障时，向机载电瓶充电装置(BCU)或地面充电设备(GSE)发送信号，停止对电瓶充放电。如充电设备出现故障，BMU发出指令使辅助接触器(J1)断开电瓶与充电设备的联系。BMU1有初始自检和电池过充1过放1、过热、过冷和均衡监控单元，当探测到故障时将会向BCU发送禁止充放电信号。BMU2有初始自检和过充2监控单元，当其检测到故障时将会向BCU发出禁止充电信号。BMU3有初始自检、接触器初始自检和过充监控单元，当出现过充现象(单体电池电压>4.55V或总电压>36.5V)时，BMU3将会打开其内置的接触器，使电瓶充电停止。BMU4也具有初始自检，电池深度过放(单节电池电压<1.7V)和充电电流过大(电池电流>80A)监控保护单元，主要用于地面充放电设备对电瓶进行维护和容量检查。2锂电池均衡控制由于单体锂离子电池的开路电压只有4.03V左右，单独使用无法满足航空电源的供电要求，需要将其串联起来构成锂电池组。例如，波音787的航空锂电瓶共有8个单节锂电池串联使用。由于同一型号的锂离子电池其内部特性都存在差异，会导致锂电池组中单体电池的容量差异。在对锂电池组进行充放电的过程中，流过每一个单体电池的电流是相同的。这样，在充电时，容量小的电池会被先充满，这样势必会造成容量小的电池过充;同理，在放电过程中，容量小的放电快，容易造成过放。当出现过充和过放的现象，不仅会影响该单体电池的使用寿命，同时会影响到锂电池组的整体放电能力和出现电池故障。因此，锂电池必需具有均衡电路。目前锂电池采用的均衡方法主要有：电阻均衡、电容均衡和电感式均衡。2.1电阻均衡电阻均衡原理图。B1、B2.....Bn为组成锂离子电池组的各单元电池，K1,K2......Kn为管理控制系统(MCU)控制的.多路开关，R1、R2......Rn为放电平衡电阻。电池组充电时充电电流I在各节电池中都相等;当某节(例如：B2)电池电压高于其他电池超过某值时，MCU控制的多路开关K2合上，B2通过R2分流，使B2电压下降，保证锂离子电池组各单元电池能平衡充电。此方案简单、可靠，但电阻会消耗电能并发热，尤其放电时，平衡电路会白白消耗了锂离子电池组的电能。2.2电容均衡电容均衡是利用电池对电容等储能元件的充放电，通过继电器或者开关器件实现储能元件在不均衡电池间的切换，达到电池间的能量转移的目的。均衡模块，由电感L1、能量转移电容C1、二极管D1、D2、D3、D4和功率MOSFET组成。2节电池间的能量转移主要通过