[发明专利]一种锂离子蓄电池的在轨搁置维护电路

说明书

一种锂离子蓄电池的在轨搁置维护电路，包括容量调节主电路、容量保护电路、控制使能电路；容量调节主电路与配置的锂离子蓄电池数量一致，每个容量调节主电路包括磁保持继电器J7、MOS管Q1～Q4、三极管Q5、Q6、二极管D10、D11、电阻R20～R28、电源VCC41；容量保护电路与容量调节主电路数量一致，每个容量保护电路由容量检测子通路和保护使能子通路组成，包括运算放大器U41、U42、三极管Q18、电阻R19、R31～R40、磁保持继电器J9、电源VCC43、VCC44；控制使能电路与容量调节主电路数量一致，每个控制使能通路包括磁保持继电器J8、电源VCC42、电阻R29、R30。本发明采用主电路与锂离子蓄电池并联方式，实现方式简单；设置自主调节功能，容量维护手段多样，且可靠性高。

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子蓄电池的在轨长期搁置期性能维护电路。

背景技术

近地航天器储能电源主要有镉镍锂离子蓄电池、氢镍锂离子蓄电池、锂离子蓄电池，相对于其他储能电源，锂离子蓄电池具有高比能量、高比功率、易于模块化设计等优点，是当前近地航天器储能电源的首选。目前锂离子蓄电池普遍认可的月自放电率为2％，一旦锂离子蓄电池经过长期搁置，电性能异常下降，包括电池内部化学体系消耗反应造成的容量不可逆衰减、内阻增大等。根据锂离子蓄电池在存储过程中失效的机理，一般认为较高的荷电态不利于锂离子蓄电池存储性能的保持。

对于有锂离子蓄电池长期存储需求的航天器，例如太阳同步晨昏轨道卫星、中地球轨道卫星(MEO)等领域，锂离子蓄电池性能异常下降意味着电源供电能力下降，导致航天器在轨能量平衡情况恶化，影响在轨工况配置和任务完成度，甚至缩短航天器在轨寿命。无论从电源系统稳定运行，保障供电可靠性，还是从提高航天器在轨运行寿命，维持航天器任务需求角度出发，都需要加强锂离子蓄电池长期存储期间的性能维护，避免锂离子蓄电池性能异常下降。

通过文献调研可知，国内外对锂离子蓄电池的在轨长期存储期间性能维护方法研究较少，国内航天器应对锂离子蓄电池的存储性能下降情况主要有以下方法：一是不采用维护措施，增大锂离子蓄电池容量设计余量来保证寿命末期电池容量，二是通过均衡管理器的强制均衡功能实现锂离子蓄电池容量的调整，上述方式在实际工程应用上存在以下局限性：1.方法一带来电源系统储能电源余量过大，造成卫星资源浪费，增加研制成本，2.方法二仅适用于采用均衡管理器和下位机的电源系统，且均衡管理器配置了强制分流功能，不适用于不带强制分流功能的均衡管理器，也不适用于采用商业现货电池等不需均衡管理和下位机功能的电源系统，3.方法二随着锂离子蓄电池电压的提升，均衡管理器在强制均衡期间工作热耗成比例大幅增加，对单机设备的热设计和散热要求很高，不利于整星热控优化设计。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有设计的不足，提供了一种体积小、重量轻、可靠性高、可独立配置的锂离子蓄电池在轨搁置维护电路。

本发明的技术解决方案是：

一种锂离子蓄电池的在轨搁置维护电路，包括：容量调节主电路、容量保护电路、控制使能电路；

容量保护主电路对锂离子蓄电池进行分流调节从而实现在轨期间锂离子蓄电池的容量调节；容量保护电路对锂离子蓄电池进行电压监测和分流调节控制从而实现锂离子蓄电池容量保护；控制使能电路对容量调节主电路进行约束，在容量调节主电路设置为使能状态时，允许执行容量调节动作。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明这种可用于锂离子蓄电池在轨搁置维护电路，实现了航天器在轨任务期间锂离子蓄电池长时间搁置的性能维护；容量调节主电路采用了与锂离子蓄电池并联的方式，实现方式简单；设置了可在轨使能或禁止功能的容量保护电路，实时检测锂离子蓄电池电压，能够在锂离子蓄电池电压低于设定电压时自主停止容量调节动作，保证锂离子蓄电池处于安全容量；设置了控制使能开关，在控制使能的前提下，才能够通过遥控指令开启锂离子蓄电池容量调节动作，防止在轨正常工作时发生误动作。