[发明专利]一种航天器锂电池的充电电压自主切换控制方法

说明书

本发明公开了一种航天器锂电池的充电电压自主切换控制方法，针对部分航天器舱段组合体状态多变、设备集成化程度高、在轨飞行程序及弧段复杂等特点，由电源系统的下位机采取软件控制的方式实现两舱段复用锂离子蓄电池组的充电电压自主切换控制。在轨过程中，通过下位机自主检测锂离子蓄电池单体和组电压，并与预设的单体电池电压阈值相比较，当某节单体电池出现失效时，通过自主调整充电终压点电压阈值的方法，实现各舱段给蓄电池组充电终压的自动切换控制。本发明提升了航天器电源系统的自主管理能力，防止了在轨单体故障情况下锂离子蓄电池组过充电，从而大大提高了航天器电源系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种航天器锂电池的充电电压自主切换控制方法，属于空间电源技术领域。

背景技术

锂离子蓄电池作为以Li+嵌入化合物为正、负极活性物质的二次电池，以其自身比能量高、储存能量密度大等许多突出优点，在空间电源领域逐渐成为为继镉镍电池、氢镍电池之后的第三代空间电源。当前，国际上的锂离子电池在空间电源领域已经进入工程化应用阶段。作为一种广泛应用于空间电源系统的二次电池，其工作状况直接影响航天器的在轨飞行寿命。由于锂离子电池的充电特性比较特殊，当其充电达到终止电压后再继续充电的话，就将会导致过充电。在电池的过充电过程中，从正极脱出的锂离子连续不断的嵌入负极，当负极可容纳锂离子的位置全部被占满后，后续从正极脱出的锂离子只好在负极表面沉积，成为金属锂，负极表面产生的锂枝晶可能刺破隔膜使电池内短路。过充电会导致蓄电池发热，由过充电引起的热失控可能来自两个方面：一方面是电流流过产生的焦耳热，另一方面是正、负极发生的副反应产生的反应热。电池过充时，正极电压逐渐升高，当正极的脱锂量过大时，脱锂过程也越来越困难，这导致电池的内阻急剧增大，因此产生大量的焦耳热，在大倍率充电时更为明显。过充状态的高电压正极氧化溶剂导致大量的热产生，温度升高后负极也会与电解液发生放热反应。当放热速率大于电池的散热速率，温度上升到一定程度时，便会发生热失控。可见过充电将会严重损害锂电池，对电池的电性能以及循环寿命等均极为不利。

为了有效延长锂电池的使用寿命，提高电源系统的可靠性，通常航天器电源系统都会针对锂电池设计不同的充电电压档位。目前，国内航天器电源系统中，锂电池充电电压的调节均为通过地面遥控实现，自主性较低且仅针对单舱段充电通路。在轨期间，当航天器处于测控弧段外时，一旦由于蓄电池单体开路、短路、性能异常衰降等原因导致某节单体电池失效，蓄电池组电压下降，便无法通过地面发送遥控指令及时切换蓄电池组的充电终压点，以至于持续以较高的充电电压给蓄电池组充电，最终导致过充电，给电源系统的功能性造成严重影响，间接影响到整个航天器飞行任务的成败。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种航天器锂电池的充电电压自主切换控制方法，通过下位机自主检测蓄电池组和弹体电池的电压并自动切换控制，提高了锂电池过充保护的可靠性，解决了传统锂电池自主管理水平较低的问题；通过下位机、硬件充电切换使能开关和充电电压切换开关的配合，有效防止锂电池出现过充现象，克服了传统锂电池过充保护过于依赖地面控制的难题；通过针对不同舱段分级切换控制，延长了锂电池的使用寿命，弥补了传统锂电池过充保护电路仅适用于单舱段充电通路的缺陷。

本发明的技术解决方案是：

一种航天器锂电池的充电电压自主切换控制方法，包括如下步骤：

第一步，利用第一下位机检测蓄电池组电压和单体电池电压，当检测到任意一节单体电池失效后，执行第一舱段充电电压自主切换操作；

第二步，利用第一下位机先后发送第一硬件充电切换使能开关通指令、第一充电电压切换开关通指令，并通过数管系统上位机向第二下位机设置第二舱段充电电压切换处理通知标志；

第三步，利用第二下位机先后发送第二硬件充电切换使能开关通指令、第二充电电压切换开关通指令。

在上述的一种航天器锂电池的充电电压自主切换控制方法中，所述第一步中，包括四个分步骤：