[發明專利]一種鋰離子蓄電池的在軌擱置維護電路

有效

• 申請號: 201710104211.3
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106786999B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 李小飛;陳琦;喬明;趙長江;馬亮;張曉晨;張慶君;齊亞琳;李延;王建軍
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

一種鋰離子蓄電池的在軌擱置維護電路，包括容量調節主電路、容量保護電路、控制使能電路；容量調節主電路與配置的鋰離子蓄電池數量一致，每個容量調節主電路包括磁保持繼電器J7、MOS管Q1～Q4、三極管Q5、Q6、二極管D10、D11、電阻R20～R28、電源VCC41；容量保護電路與容量調節主電路數量一致，每個容量保護電路由容量檢測子通路和保護使能子通路組成，包括運算放大器U41、U42、三極管Q18、電阻R19、R31～R40、磁保持繼電器J9、電源VCC43、VCC44；控制使能電路與容量調節主電路數量一致，每個控制使能通路包括磁保持繼電器J8、電源VCC42、電阻R29、R30。本發明采用主電路與鋰離子蓄電池并聯方式，實現方式簡單；設置自主調節功能，容量維護手段多樣，且可靠性高。

技術領域

本發明涉及一種用于鋰離子蓄電池的在軌長期擱置期性能維護電路。

背景技術

近地航天器儲能電源主要有鎘鎳鋰離子蓄電池、氫鎳鋰離子蓄電池、鋰離子蓄電池，相對于其他儲能電源，鋰離子蓄電池具有高比能量、高比功率、易于模塊化設計等優點，是當前近地航天器儲能電源的首選。目前鋰離子蓄電池普遍認可的月自放電率為2％，一旦鋰離子蓄電池經過長期擱置，電性能異常下降，包括電池內部化學體系消耗反應造成的容量不可逆衰減、內阻增大等。根據鋰離子蓄電池在存儲過程中失效的機理，一般認為較高的荷電態不利于鋰離子蓄電池存儲性能的保持。

對于有鋰離子蓄電池長期存儲需求的航天器，例如太陽同步晨昏軌道衛星、中地球軌道衛星(MEO)等領域，鋰離子蓄電池性能異常下降意味著電源供電能力下降，導致航天器在軌能量平衡情況惡化，影響在軌工況配置和任務完成度，甚至縮短航天器在軌壽命。無論從電源系統穩定運行，保障供電可靠性，還是從提高航天器在軌運行壽命，維持航天器任務需求角度出發，都需要加強鋰離子蓄電池長期存儲期間的性能維護，避免鋰離子蓄電池性能異常下降。

通過文獻調研可知，國內外對鋰離子蓄電池的在軌長期存儲期間性能維護方法研究較少，國內航天器應對鋰離子蓄電池的存儲性能下降情況主要有以下方法：一是不采用維護措施，增大鋰離子蓄電池容量設計余量來保證壽命末期電池容量，二是通過均衡管理器的強制均衡功能實現鋰離子蓄電池容量的調整，上述方式在實際工程應用上存在以下局限性：1.方法一帶來電源系統儲能電源余量過大，造成衛星資源浪費，增加研制成本，2.方法二僅適用于采用均衡管理器和下位機的電源系統，且均衡管理器配置了強制分流功能，不適用于不帶強制分流功能的均衡管理器，也不適用于采用商業現貨電池等不需均衡管理和下位機功能的電源系統，3.方法二隨著鋰離子蓄電池電壓的提升，均衡管理器在強制均衡期間工作熱耗成比例大幅增加，對單機設備的熱設計和散熱要求很高，不利于整星熱控優化設計。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有設計的不足，提供了一種體積小、重量輕、可靠性高、可獨立配置的鋰離子蓄電池在軌擱置維護電路。

本發明的技術解決方案是：

一種鋰離子蓄電池的在軌擱置維護電路，包括：容量調節主電路、容量保護電路、控制使能電路；

容量保護主電路對鋰離子蓄電池進行分流調節從而實現在軌期間鋰離子蓄電池的容量調節；容量保護電路對鋰離子蓄電池進行電壓監測和分流調節控制從而實現鋰離子蓄電池容量保護；控制使能電路對容量調節主電路進行約束，在容量調節主電路設置為使能狀態時，允許執行容量調節動作。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)本發明這種可用于鋰離子蓄電池在軌擱置維護電路，實現了航天器在軌任務期間鋰離子蓄電池長時間擱置的性能維護；容量調節主電路采用了與鋰離子蓄電池并聯的方式，實現方式簡單；設置了可在軌使能或禁止功能的容量保護電路，實時檢測鋰離子蓄電池電壓，能夠在鋰離子蓄電池電壓低于設定電壓時自主停止容量調節動作，保證鋰離子蓄電池處于安全容量；設置了控制使能開關，在控制使能的前提下，才能夠通過遙控指令開啟鋰離子蓄電池容量調節動作，防止在軌正常工作時發生誤動作。