[發(fā)明專利]一種航天器鋰電池的充電電壓自主切換控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710138006.9
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN106787016B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏寧;杜青;蔡曉東;王超;劉治鋼;李揚威;陳琦
• 申請（專利權(quán)）人: 北京空間飛行器總體設(shè)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: 臧春喜

本發(fā)明公開了一種航天器鋰電池的充電電壓自主切換控制方法，針對部分航天器艙段組合體狀態(tài)多變、設(shè)備集成化程度高、在軌飛行程序及弧段復(fù)雜等特點，由電源系統(tǒng)的下位機(jī)采取軟件控制的方式實現(xiàn)兩艙段復(fù)用鋰離子蓄電池組的充電電壓自主切換控制。在軌過程中，通過下位機(jī)自主檢測鋰離子蓄電池單體和組電壓，并與預(yù)設(shè)的單體電池電壓閾值相比較，當(dāng)某節(jié)單體電池出現(xiàn)失效時，通過自主調(diào)整充電終壓點電壓閾值的方法，實現(xiàn)各艙段給蓄電池組充電終壓的自動切換控制。本發(fā)明提升了航天器電源系統(tǒng)的自主管理能力，防止了在軌單體故障情況下鋰離子蓄電池組過充電，從而大大提高了航天器電源系統(tǒng)的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種航天器鋰電池的充電電壓自主切換控制方法，屬于空間電源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子蓄電池作為以Li+嵌入化合物為正、負(fù)極活性物質(zhì)的二次電池，以其自身比能量高、儲存能量密度大等許多突出優(yōu)點，在空間電源領(lǐng)域逐漸成為為繼鎘鎳電池、氫鎳電池之后的第三代空間電源。當(dāng)前，國際上的鋰離子電池在空間電源領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入工程化應(yīng)用階段。作為一種廣泛應(yīng)用于空間電源系統(tǒng)的二次電池，其工作狀況直接影響航天器的在軌飛行壽命。由于鋰離子電池的充電特性比較特殊，當(dāng)其充電達(dá)到終止電壓后再繼續(xù)充電的話，就將會導(dǎo)致過充電。在電池的過充電過程中，從正極脫出的鋰離子連續(xù)不斷的嵌入負(fù)極，當(dāng)負(fù)極可容納鋰離子的位置全部被占滿后，后續(xù)從正極脫出的鋰離子只好在負(fù)極表面沉積，成為金屬鋰，負(fù)極表面產(chǎn)生的鋰枝晶可能刺破隔膜使電池內(nèi)短路。過充電會導(dǎo)致蓄電池發(fā)熱，由過充電引起的熱失控可能來自兩個方面：一方面是電流流過產(chǎn)生的焦耳熱，另一方面是正、負(fù)極發(fā)生的副反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱。電池過充時，正極電壓逐漸升高，當(dāng)正極的脫鋰量過大時，脫鋰過程也越來越困難，這導(dǎo)致電池的內(nèi)阻急劇增大，因此產(chǎn)生大量的焦耳熱，在大倍率充電時更為明顯。過充狀態(tài)的高電壓正極氧化溶劑導(dǎo)致大量的熱產(chǎn)生，溫度升高后負(fù)極也會與電解液發(fā)生放熱反應(yīng)。當(dāng)放熱速率大于電池的散熱速率，溫度上升到一定程度時，便會發(fā)生熱失控。可見過充電將會嚴(yán)重?fù)p害鋰電池，對電池的電性能以及循環(huán)壽命等均極為不利。

為了有效延長鋰電池的使用壽命，提高電源系統(tǒng)的可靠性，通常航天器電源系統(tǒng)都會針對鋰電池設(shè)計不同的充電電壓檔位。目前，國內(nèi)航天器電源系統(tǒng)中，鋰電池充電電壓的調(diào)節(jié)均為通過地面遙控實現(xiàn)，自主性較低且僅針對單艙段充電通路。在軌期間，當(dāng)航天器處于測控弧段外時，一旦由于蓄電池單體開路、短路、性能異常衰降等原因?qū)е履彻?jié)單體電池失效，蓄電池組電壓下降，便無法通過地面發(fā)送遙控指令及時切換蓄電池組的充電終壓點，以至于持續(xù)以較高的充電電壓給蓄電池組充電，最終導(dǎo)致過充電，給電源系統(tǒng)的功能性造成嚴(yán)重影響，間接影響到整個航天器飛行任務(wù)的成敗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種航天器鋰電池的充電電壓自主切換控制方法，通過下位機(jī)自主檢測蓄電池組和彈體電池的電壓并自動切換控制，提高了鋰電池過充保護(hù)的可靠性，解決了傳統(tǒng)鋰電池自主管理水平較低的問題；通過下位機(jī)、硬件充電切換使能開關(guān)和充電電壓切換開關(guān)的配合，有效防止鋰電池出現(xiàn)過充現(xiàn)象，克服了傳統(tǒng)鋰電池過充保護(hù)過于依賴地面控制的難題；通過針對不同艙段分級切換控制，延長了鋰電池的使用壽命，彌補了傳統(tǒng)鋰電池過充保護(hù)電路僅適用于單艙段充電通路的缺陷。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種航天器鋰電池的充電電壓自主切換控制方法，包括如下步驟：

第一步，利用第一下位機(jī)檢測蓄電池組電壓和單體電池電壓，當(dāng)檢測到任意一節(jié)單體電池失效后，執(zhí)行第一艙段充電電壓自主切換操作；

第二步，利用第一下位機(jī)先后發(fā)送第一硬件充電切換使能開關(guān)通指令、第一充電電壓切換開關(guān)通指令，并通過數(shù)管系統(tǒng)上位機(jī)向第二下位機(jī)設(shè)置第二艙段充電電壓切換處理通知標(biāo)志；

第三步，利用第二下位機(jī)先后發(fā)送第二硬件充電切換使能開關(guān)通指令、第二充電電壓切換開關(guān)通指令。

在上述的一種航天器鋰電池的充電電壓自主切換控制方法中，所述第一步中，包括四個分步驟：