1 引言

現(xiàn)代飛機(jī)由常規(guī)配電、遙控配電發(fā)展到自動(dòng)配電，由飛機(jī)電氣負(fù)載管理系統(tǒng)（ELMS-Electric Load Management System）對(duì)飛機(jī)電源匯流條、負(fù)載匯流條、配電裝置等進(jìn)行檢測(cè)、控制、管理和故障診斷。ELMS由多個(gè)電氣負(fù)載管理中心（ELMC-Electric Load Management Center）通過(guò)總線（主要有ARINC429、ARINC629、MIL-STD-1553B等）組成網(wǎng)絡(luò)，具有完善的機(jī)內(nèi)自測(cè)試（BIT： Built In Test）功能。
1553B總線是在70年代末為適應(yīng)飛機(jī)的發(fā)展由美國(guó)提出的飛機(jī)內(nèi)部電子系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，由于它的高可靠性和靈活性而得到了廣泛的應(yīng)用，它是一種強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性和可靠性的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。[1]
為某型飛機(jī)研制的ELMS系統(tǒng)主機(jī)為兩臺(tái)互為備份的電源系統(tǒng)處理機(jī)（PSP- Power　Source Processor）,另有6臺(tái)計(jì)算機(jī)作為節(jié)點(diǎn)，分別編號(hào)為ELMC1~ELMC6，采用1553B總線。[2]
該飛機(jī)上用25AH鎘鎳航空蓄電池組作為應(yīng)急電源和起動(dòng)電源。該蓄電池組由20個(gè)鎘鎳全燒結(jié)式堿性蓄電池用鍍鎳銅質(zhì)跨接板串聯(lián)組合在鋼制組合箱內(nèi)構(gòu)成，在環(huán)境溫度為25±10℃范圍內(nèi)，按規(guī)定充電制充電后，可在高空18000米、-10℃~+50℃環(huán)境溫度下使用。
對(duì)全機(jī)電氣系統(tǒng)分析、研究表明，該蓄電池在機(jī)上有以下三種狀態(tài)：
1） 浮充狀態(tài)：由于在備用狀態(tài)下有自放電特性，蓄電池接在飛機(jī)匯流條上必然會(huì)有幾十毫安的充電電流流入，使得蓄電池始終處于充滿電的狀態(tài)。但長(zhǎng)期浮充會(huì)產(chǎn)生記憶效應(yīng)，使容量下降。
2）放電：蓄電池向外供電，供電電流取決于負(fù)載的大小，放電狀態(tài)下蓄電池的電壓、電壓下降率、安時(shí)數(shù)和溫升是表征蓄電池性能狀態(tài)的主要參數(shù)。在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，蓄電池以10~20倍率（每倍率為25安培）放電，放電終止電壓為16--14V，放電時(shí)間不超過(guò)3分鐘；應(yīng)急電源用電時(shí)，可以以2--5倍率的電流放電，放電終止電壓為20V，放電時(shí)間不超過(guò)25分鐘。
3） 均充狀態(tài)：均衡充電也叫過(guò)充電。在長(zhǎng)期浮充或放電之后，蓄電池應(yīng)按一定的充電曲線進(jìn)行充電。均充電壓、電壓上升率和安時(shí)數(shù)都是衡量蓄電池性能指標(biāo)的重要參數(shù)。
蓄電池在機(jī)上是直接與直流應(yīng)急匯流條相連，蓄電池的好壞，直接影響到飛機(jī)的起動(dòng)、應(yīng)急供電，因此對(duì)蓄電池的監(jiān)測(cè)必不可少。民用的蓄電池的檢測(cè)有很多研究，[3]航空蓄電池檢測(cè)在線檢測(cè)的研究比較少。自動(dòng)配電系統(tǒng)優(yōu)于常規(guī)和遙控配電系統(tǒng)之處在于它由計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢測(cè)、管理，因此也有條件對(duì)蓄電池進(jìn)行在線檢測(cè)和管理。[4][5]

2 硬件電路結(jié)構(gòu)

該型飛機(jī)直流供電系統(tǒng)由左、右兩個(gè)通道組成，以下僅以左通道為例。該通道中蓄電池、變壓整流器、直流應(yīng)急匯流條的連接如圖1所示，由3號(hào)電氣負(fù)載管理中心ELMC3進(jìn)行管理。ELMC3由內(nèi)部電源板、輸入輸出接口板、微機(jī)板、 1553B總線板、母板共5塊印刷線路板組成。

圖1蓄電池連接主電路
蓄電池連接接觸器（BTC1：Battery Tie Contactor No.1）閉合時(shí)蓄電池向直流應(yīng)急匯流條供電，因此對(duì)BTC1的控制應(yīng)能滿足起動(dòng)和工作的要求，即：初始起動(dòng)時(shí)，手動(dòng)控制BTC1閉合，使蓄電池向直流應(yīng)急匯流條供電，讓?zhuān)‥LMC3）得到直流電工作；正常運(yùn)行時(shí)，ELMC3可以控制BTC1；關(guān)機(jī)時(shí)，可以手動(dòng)斷開(kāi)BTC1使蓄電池脫離電網(wǎng)。為了滿足這幾個(gè)要求，BTC1的控制電路應(yīng)設(shè)計(jì)為圖2所示。

圖2BTC1的控制電路
BTK1為動(dòng)力控制板上的蓄電池控制開(kāi)關(guān)，不能自鎖；中間繼電器KA1在ELMC3內(nèi)的接口電路板上，它的常開(kāi)觸點(diǎn)與BTK1并聯(lián)。系統(tǒng)工作前，直流應(yīng)急匯流條沒(méi)電，ELMC3沒(méi)有工作，操作人員接通BTK1，則蓄電池的+端、BTC1線圈、BTK1構(gòu)成通路，BTC1接觸器線圈通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)1-2 閉合，蓄電池向直流應(yīng)急匯流條供電，ELMC3得電工作。
ELMC3對(duì)蓄電池的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容和方法有：
蓄電池電壓檢測(cè)：檢測(cè)蓄電池輸出端對(duì)地的電壓；檢測(cè)中心點(diǎn)即十個(gè)單體的對(duì)地電壓；
蓄電池輸出電流的檢測(cè)：利用電流采樣電阻R1將電流信號(hào)變換成電壓信號(hào)。放電時(shí)該信號(hào)為正，充電時(shí)該信號(hào)為負(fù)，ELMC3中的A/D轉(zhuǎn)換輸入電壓范圍為0—+5V，因此信號(hào)變換電路應(yīng)起到整流的作用，且能讓ELMC3識(shí)別電流的方向。信號(hào)變換電路如圖3所示。運(yùn)放U2:A將反映電流大小的電壓信號(hào)進(jìn)行放大得到Ibat1-2，輸出到微機(jī)的P0.1口,U2:B將Ibat1-2 反向得到Ibat1-1輸出到P0.0口,P0.0、P0.1口輸入都接有高、低電平鉗位二極管。參數(shù)選取：R3=R4=10KΩ，C1=0.1μF, Z1取5.1V的穩(wěn)壓管。
圖3　電流信號(hào)變換電路
蓄電池的溫度檢測(cè)：在蓄電池箱內(nèi)埋設(shè)一個(gè)溫度傳感器，其信號(hào)直接輸出到ELMC3中；
蓄電池的輸入、輸出容量的檢測(cè)：蓄電池的容量的單位為安時(shí)，在不同的溫度、不同的充放電電流下，蓄電池可以充入或放出的能量是不一樣的。蓄電池在上機(jī)之前必須充滿電到25AH，正常工作以后充入或放出的能量可以通過(guò)電流對(duì)時(shí)間的積分得到，但是由于蓄電池通過(guò)不同的電流放電其能放出的能量是不一樣的，只能近似計(jì)算出蓄電池還剩多少容量。蓄電池剩余的容量：

圖4微機(jī)電路
蓄電池放電狀態(tài)的判別：通過(guò)蓄電池在不同的放電電流下的放電終止電壓來(lái)判別蓄電池放電是否應(yīng)該結(jié)束。
微機(jī)系統(tǒng)（如圖4）是以80C196KB單片機(jī)為CPU ，該單片機(jī)運(yùn)行速度快，內(nèi)部集成度高，片內(nèi)帶有8路11位A/D轉(zhuǎn)換器（P0.0~P0.7口），有高速輸入、高速輸出口。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、地址鎖存電路分別采用54LS245、54LS373芯片完成，由54LS138進(jìn)行地址譯碼。
需要檢測(cè)的量經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路變換后成為微機(jī)可以接受的模擬量，有的輸送到多路開(kāi)關(guān)進(jìn)行選通后輸入到CPU的A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi),有的直接輸入到CPU的A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)。

3　軟件設(shè)計(jì)

蓄電池的性能可分為正常、異常和故障。軟件中根據(jù)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)對(duì)這些狀態(tài)進(jìn)行判別。
異常運(yùn)行特征：應(yīng)急時(shí)蓄電池放電容量過(guò)大，剩余容量過(guò)??；溫度過(guò)高；使用容量下降；
故障狀態(tài)特征：蓄電池端電壓Ubat≠Uhalf；在一定的放電電流情況下放電終止電壓過(guò)低；放電電壓下降率過(guò)大。
ELMC3還對(duì)其本身、變壓整流器、BTC1、MLC1進(jìn)行監(jiān)測(cè)和故障診斷，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，并向PSP1發(fā)送這些數(shù)據(jù)。
軟件采用8096匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要流程如圖5。

圖5主要流程圖
4 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)聯(lián)試結(jié)果表明，對(duì)蓄電池的檢測(cè)、控制和系統(tǒng)通訊功能正確，能符合要求。在電流檢測(cè)中，當(dāng)以大電流放電（如作起動(dòng)電源時(shí)）作為滿量程考慮時(shí)，小電流浮充時(shí)檢測(cè)誤差相對(duì)較大。可以考慮用兩套檢測(cè)電路解決這一問(wèn)題，本文不再對(duì)此進(jìn)行討論。
參考文獻(xiàn)

[1] Aircraft Internal Time Division Command/Response Multiplex Data Bus,MIL-STD-1553B USAF,1986
[2] 傅大豐,楊善水等，先進(jìn)飛機(jī)自動(dòng)配電管理系統(tǒng)電氣負(fù)載管理技術(shù)的研究，南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2002。NO1；
[3] 張志剛等.高速蓄電池自動(dòng)測(cè)速系統(tǒng)的研究.電源世界.2000年4月.23-25。
[4] Yang Shanshui，A NOVEL AERONAUTICAL ELECTRICAL POWER DISTRIBUTION SYSTEM BASED ON THE DISTRIBUTED COMPUTER SYSTEM，Trans. Of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Vol.18 No.2;
[5] 嚴(yán)仰光等.民航飛機(jī)供電系統(tǒng).航空工業(yè)出版社.1998年1月.15-21。