[发明专利]碳纤维复合材料结构电池装备的供电控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种碳纤维复合材料结构电池装备的供电控制系统及方法，该系统包括供电控制器、发电装置、用电负载和结构电池；供电控制器包括供电分流控制模块、配电输出控制模块和电池自动充放电控制模块；发电装置连接至供电分流控制模块，配电输出控制模块连接至用电负载；电池自动充放电控制模块与结构电池连接，用于通过电池采样电路获取相应的电池采样电压，并通过电池比较电路与预设的电池阈值信号进行比较；当满足放电条件时，放电控制电路与配电输出控制模块接通，结构电池向用电负载供电，当满足充电条件时，充电控制电路与供电分流控制模块接通，由发电装置对结构电池充电。本发明能够实现结构电池自动化充放电管理，减少人工维护成本。

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料结构电池装备的供电控制系统及方法。

背景技术

碳纤维具有高强度、高模量、质量轻等优点，碳纤维复合材料广泛用于航空、航天等领域，由于碳纤维不仅具有优异的力学性能，还具有优良的导电性以及碳材料固有特性，同时具备结构承载和储电两种功能，可进一步促进复合材料结构轻量化的发展。

采用碳纤维复合材料制成的电池，也称复合材料结构电池，通常由多层石墨烯包覆碳纤维织物（负极）、超薄玻璃纤维布、金属网（正极）、绝缘阻隔膜和固态电解质树脂基体组成，其中，石墨烯包覆碳纤维织物可以提高碳纤维比表面积，提高储电能力，碳纤维同时作为结构増强体及储能电极，固态电解质树脂基体同时作为电化学反应的电解质及结构基体。碳纤维复合材料结构电池的充、放电工作机理为：金属离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，充电时金属离子从正极脱嵌，经过固态电解质嵌入负极，负极处于富金属离子状态，放电时则相反。

目前，针对碳纤维复合材料结构电池的研究主要集中在碳纤维材料表面活化改性和固态电解质导电率提升，以及整体结构力学性能的平衡最优设计等方面，对于结构电池充、放电的研究也集中于最大循环次数和电性能衰退等方面。针对结构电池如何接入装备的供电系统，以及如何实现自动充放电管理、电池不同工作模式的自主转换等方面的研究较少。尤其是航天器或工程机械等特种应用场景，结构电池需要针对不同的环境温度、光照和非光照期太阳能发电效率、动力发电系统输出功率等约束条件，选择相适应的电池充、放电管理方法，一方面需保证系统不间断供电，另一方面需保证结构电池的合理应用条件与寿命。

因此，针对以上不足，需要提供一种更为合理、有效的碳纤维复合材料结构电池供电控制系统及方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种应用于碳纤维复合材料结构电池装备的供电自动控制系统及方法，以满足航天器或工程机械等特种应用场景对于稳定供电的要求。

为了实现上述目的，本发明提供了一种碳纤维复合材料结构电池装备的供电控制系统，包括：供电控制器、发电装置、用电负载和至少一个结构电池；

所述供电控制器包括供电分流控制模块、配电输出控制模块，以及至少一个电池自动充放电控制模块；所述电池自动充放电控制模块与所述结构电池连接，且各所述电池自动充放电控制模块通过充放电共用接口对应连接一个所述结构电池；所述发电装置通过供电接口连接至所述供电分流控制模块，所述配电输出控制模块通过配电接口连接至所述用电负载；

每个所述电池自动充放电控制模块均包括电池采样电路、电池比较电路、放电控制电路和充电控制电路；

所述电池自动充放电控制模块用于通过所述电池采样电路获取相应的电池采样电压，并通过电池比较电路与预设的电池阈值信号进行比较；当满足放电条件时，所述放电控制电路与所述配电输出控制模块接通，所述结构电池向所述用电负载供电，当满足充电条件时，所述充电控制电路与所述供电分流控制模块接通，由所述发电装置对所述结构电池充电。

优选地，所述电池自动充放电控制模块中，所述电池采样电路包括继电器开关、第一电池采样电阻、第二电池采样电阻、第三电池采样电阻和第四电池采样电阻；