航空锂电池的控制与保护_任仁良
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Aviation University of China, Tianjin 300300, China)
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｉｔｓ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ． Ｔｈｅ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ａｖｉａｔｉｏｎ ａｉｒｃｒａｆｔ Ｂ７８７． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｓａｆｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ， Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｈａｓ ｉｔｓ ｏｗｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔｓ． Ｎｅｖｅｒｔｈｅｌｅｓｓ， Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｏｆ Ｂ７８７ ａｉｒｃｒａｆｔ ｈａｖｅ ｔｗｏ ｓｅｒｉｏｕｓ ｆａｕｌｔｓ， ｗｈｉｃｈ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｆｌｉｇｈｔ ｓａｆｅｔｙ． Ｔｈｅ ｂａｌａｎｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａｖｉａｔｉｏｎ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ａｖｉａｔｉｏｎ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ａｖｉａｔｉｏｎ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ； Ｂ７８７； ｃｏｎｔｒｏｌ； ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ； ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
研究与设计
ÉÇÂÁÅÇÃÆÁÅÂÇÈÁÅÄ图２电阻均衡原理图
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，
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
电阻均衡原理图如图 2 所示。 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，
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３ 航空锂电池保护电路
根据泰雷兹航空部件维修手册 24-32-70，航空锂电池对安 全性具有更高的要求，其自身带有过充过放保护电路和过温 保护电路。锂电池在飞机上或在地面充电必须采用专用设备， 电池本身的监控组件输出也必须与充电设备相联，以保证电 池的安全。
收稿日期：２０１４－１０－１１ 作者简介：任仁良（１９５７—），男，江苏省人，教授，硕士，主要研究 方向为检测技术与航空电源。
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
２．３ 电感式均衡
２．３．１ 电感均衡 电感均衡同电容均衡一样，电感作为储能元件，通过控制
开关管的工作，转移电池储存在电感中的能量，最后实现电池 组均衡。如图 4，在串联锂离子电池组中，每个电池单体旁边都 接一个由储能电感 Lm、开关 Sm 及续流二极管 Dm 组成的均衡 电路模块 Mm。当模块 Mm 中的 Sm 开通时，电池 Bm 开始对电感 Lm 充电储能，当 Sm 关断时，Lm 中的能量通过 Dm 平均释放到 电池组中的其他电池单体中。上游单体电池的旁路储能电感 的能量通过二极管释放到单体电池的下游电池，下游单体电 池的旁路储能电感的能量则通过二极管释放到该单体电池的
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。
２０１５．５ Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．５
９０２
图 １ 航空锂电池监控与保护原理框图 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 >4.55 V 或总电压 >36.5 V)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 < 1.7 V)和充电电流过大(电池电流 >80 A)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。
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Biblioteka Baidu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。
它的电抗就越小，因而感应电流越大。每一节单体获得的均衡
电流与其 SOC 成反比。
图 ４ 电感均衡电路
均衡过程中电路直接通过变压器实现电池组中高能量单
上游电池中。
体向低能量单体放电，在均衡的速度和效率方面有一定的优
２．３．２ 变压器均衡
势。缺点是变压器内部存在漏磁和互感的问题，且对副边绕组
如图 5，该均衡电路只有一根磁芯，变压器原边接在串联 的一致性要求较高；变压器饱和的问题对电路参数设计有很
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[1]。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。图 1 为典型航空锂电池的 保护电路框图。
３．２ 过充过放保护
如图 3，若 VB1>VB2，则 Q1 导通，此时 B1 通过 Q1、L1 和 D3 对 C1 充电；BMU 关断 Q1 并导通 Q2，此时 C1 通过 Q2 、 D4 和 L1 转对 B2 充电，一段时间后 VB2=VC1。上述过程循环 进行，直到 VC1*=VB1*=VB2*，这样就实现了从 B1 到 B2 的 能量转移，即实现了均衡。当 VB2>VB1 时，平衡原理相同[5]。电 感 L1 可防止 Q1、Q2 导通瞬间产生冲击的电流。
REN Ren-liang1, WAN Qiang2, BI Xiang2 (1.Engineering and Technology Training Center, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China; 2.College of Automation, Civil
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２０１５．５ Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．５
ÇÂÃÁÆÈÄÅÂÃÁÆÇÄÅÂÁÂÆÁÃÆÄÁÅÆ 研究与设计
图 ５ 变压器绕组集中均衡电路
均衡度。若系统检测到弱电池的存在，均衡电路开始动作，电
路原边的开关闭合，能量存储到激磁电感中，当开关关断后，
这些能量传入电压较低的电池单元中。单体电池的电压越低，
影响到飞行安全。着重讨论航空锂电池的均衡控制及其保护方法，为航空锂电池的维护提供参考。
关键词：航空锂电池；波音 ７８７；控制；均衡；保护
中图分类号：ＴＭ ９１２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－０８７ Ｘ（２０１５）０５－０９０２－０３
Control and protection for aviation Li-ion battery
研究与设计
航空锂电池的控制与保护
任仁良 1， 万 强 2， 毕 翔 2 (1.中国民航大学 工程技术训练中心，天津 300300；2.中国民航大学 航空自动化学院，天津 300300)
摘要：随着锂电池技术的发展，其安全性有了很大的提高，目前锂电池已在新一代民航飞机 Ｂ７８７ 上得到应用。为保证锂
电池的安全运行，锂电池本身带有复杂的控制与保护电路，尽管如此，Ｂ７８７ 飞机的锂电池已经出现两次严重故障，直接
２ 锂电池均衡控制
由于单体锂离子电池的开路电压只有 4.03 V 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[3]；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[4]。
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。
航空锂电瓶有 4 个电瓶监控组件 BMU(Battery monitoring unit)，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[2]。
电池组端，副边则分别与电池单元相连接，副边的数量与所使 高的要求。
用的电池单元数量相同。在这个均衡电路中，整个串联电池组
通过以上几种均衡电路的分析，对均衡电路总结如表 1。
的能量可以传到能量最弱的电池当中，从而保持电池之间的 航空锂电池的电流和功率都比较大，故可采用电感式均衡。
３．１ 过、低温保护
如图 1，热敏电阻 1 探测锂电池的温度，此检测的温度必 须与外界环境温度的差值在±5 ℃之内。热敏电阻 2 检测航空 锂电池的工作温度，其范围－18~+70 ℃，若不在此温度范围 内，将对电池进行温度保护，如图 6 所示。
图 ７ ＢＭＵ２ 过充保护框图
图 ６ ＢＭＵ１ 温度与过充保护框图
ÃÈÉÅÇÁÄÂÃÆÅÁÄÂÃ达到电池间的能量转移的目的(图3)。 图 ３ 电容均衡电路 图 3 中的均衡模块，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 主要通过电容实现，电池组中的电压差和受控 MOSFET 决定 了电池能量的转移方向。若两个单体电池电压出现不均衡，均 衡器开始工作，BMU 控制 Q1 和 Q2 交替打开，下面分析其工 作原理。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｉｔｓ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ． Ｔｈｅ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ａｖｉａｔｉｏｎ ａｉｒｃｒａｆｔ Ｂ７８７． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｓａｆｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ， Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｈａｓ ｉｔｓ ｏｗｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔｓ． Ｎｅｖｅｒｔｈｅｌｅｓｓ， Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｏｆ Ｂ７８７ ａｉｒｃｒａｆｔ ｈａｖｅ ｔｗｏ ｓｅｒｉｏｕｓ ｆａｕｌｔｓ， ｗｈｉｃｈ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｆｌｉｇｈｔ ｓａｆｅｔｙ． Ｔｈｅ ｂａｌａｎｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａｖｉａｔｉｏｎ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ａｖｉａｔｉｏｎ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ａｖｉａｔｉｏｎ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ； Ｂ７８７； ｃｏｎｔｒｏｌ； ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ； ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
研究与设计
ÉÇÂÁÅÇÃÆÁÅÂÇÈÁÅÄ图２电阻均衡原理图
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，
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
电阻均衡原理图如图 2 所示。 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，
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３ 航空锂电池保护电路
根据泰雷兹航空部件维修手册 24-32-70，航空锂电池对安 全性具有更高的要求，其自身带有过充过放保护电路和过温 保护电路。锂电池在飞机上或在地面充电必须采用专用设备， 电池本身的监控组件输出也必须与充电设备相联，以保证电 池的安全。
收稿日期：２０１４－１０－１１ 作者简介：任仁良（１９５７—），男，江苏省人，教授，硕士，主要研究 方向为检测技术与航空电源。
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
２．３ 电感式均衡
２．３．１ 电感均衡 电感均衡同电容均衡一样，电感作为储能元件，通过控制
开关管的工作，转移电池储存在电感中的能量，最后实现电池 组均衡。如图 4，在串联锂离子电池组中，每个电池单体旁边都 接一个由储能电感 Lm、开关 Sm 及续流二极管 Dm 组成的均衡 电路模块 Mm。当模块 Mm 中的 Sm 开通时，电池 Bm 开始对电感 Lm 充电储能，当 Sm 关断时，Lm 中的能量通过 Dm 平均释放到 电池组中的其他电池单体中。上游单体电池的旁路储能电感 的能量通过二极管释放到单体电池的下游电池，下游单体电 池的旁路储能电感的能量则通过二极管释放到该单体电池的
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。
２０１５．５ Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．５
９０２
图 １ 航空锂电池监控与保护原理框图 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 >4.55 V 或总电压 >36.5 V)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 < 1.7 V)和充电电流过大(电池电流 >80 A)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。
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Biblioteka Baidu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。
它的电抗就越小，因而感应电流越大。每一节单体获得的均衡
电流与其 SOC 成反比。
图 ４ 电感均衡电路
均衡过程中电路直接通过变压器实现电池组中高能量单
上游电池中。
体向低能量单体放电，在均衡的速度和效率方面有一定的优
２．３．２ 变压器均衡
势。缺点是变压器内部存在漏磁和互感的问题，且对副边绕组
如图 5，该均衡电路只有一根磁芯，变压器原边接在串联 的一致性要求较高；变压器饱和的问题对电路参数设计有很
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[1]。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。图 1 为典型航空锂电池的 保护电路框图。
３．２ 过充过放保护
如图 3，若 VB1>VB2，则 Q1 导通，此时 B1 通过 Q1、L1 和 D3 对 C1 充电；BMU 关断 Q1 并导通 Q2，此时 C1 通过 Q2 、 D4 和 L1 转对 B2 充电，一段时间后 VB2=VC1。上述过程循环 进行，直到 VC1*=VB1*=VB2*，这样就实现了从 B1 到 B2 的 能量转移，即实现了均衡。当 VB2>VB1 时，平衡原理相同[5]。电 感 L1 可防止 Q1、Q2 导通瞬间产生冲击的电流。
REN Ren-liang1, WAN Qiang2, BI Xiang2 (1.Engineering and Technology Training Center, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China; 2.College of Automation, Civil
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２０１５．５ Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．５
ÇÂÃÁÆÈÄÅÂÃÁÆÇÄÅÂÁÂÆÁÃÆÄÁÅÆ 研究与设计
图 ５ 变压器绕组集中均衡电路
均衡度。若系统检测到弱电池的存在，均衡电路开始动作，电
路原边的开关闭合，能量存储到激磁电感中，当开关关断后，
这些能量传入电压较低的电池单元中。单体电池的电压越低，
影响到飞行安全。着重讨论航空锂电池的均衡控制及其保护方法，为航空锂电池的维护提供参考。
关键词：航空锂电池；波音 ７８７；控制；均衡；保护
中图分类号：ＴＭ ９１２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－０８７ Ｘ（２０１５）０５－０９０２－０３
Control and protection for aviation Li-ion battery
研究与设计
航空锂电池的控制与保护
任仁良 1， 万 强 2， 毕 翔 2 (1.中国民航大学 工程技术训练中心，天津 300300；2.中国民航大学 航空自动化学院，天津 300300)
摘要：随着锂电池技术的发展，其安全性有了很大的提高，目前锂电池已在新一代民航飞机 Ｂ７８７ 上得到应用。为保证锂
电池的安全运行，锂电池本身带有复杂的控制与保护电路，尽管如此，Ｂ７８７ 飞机的锂电池已经出现两次严重故障，直接
２ 锂电池均衡控制
由于单体锂离子电池的开路电压只有 4.03 V 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[3]；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[4]。
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。
航空锂电瓶有 4 个电瓶监控组件 BMU(Battery monitoring unit)，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[2]。
电池组端，副边则分别与电池单元相连接，副边的数量与所使 高的要求。
用的电池单元数量相同。在这个均衡电路中，整个串联电池组
通过以上几种均衡电路的分析，对均衡电路总结如表 1。
的能量可以传到能量最弱的电池当中，从而保持电池之间的 航空锂电池的电流和功率都比较大，故可采用电感式均衡。
３．１ 过、低温保护
如图 1，热敏电阻 1 探测锂电池的温度，此检测的温度必 须与外界环境温度的差值在±5 ℃之内。热敏电阻 2 检测航空 锂电池的工作温度，其范围－18~+70 ℃，若不在此温度范围 内，将对电池进行温度保护，如图 6 所示。
图 ７ ＢＭＵ２ 过充保护框图
图 ６ ＢＭＵ１ 温度与过充保护框图
ÃÈÉÅÇÁÄÂÃÆÅÁÄÂÃ达到电池间的能量转移的目的(图3)。 图 ３ 电容均衡电路 图 3 中的均衡模块，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 主要通过电容实现，电池组中的电压差和受控 MOSFET 决定 了电池能量的转移方向。若两个单体电池电压出现不均衡，均 衡器开始工作，BMU 控制 Q1 和 Q2 交替打开，下面分析其工 作原理。