[发明专利]一种空间锂离子蓄电池组均衡装置

说明书

本发明涉及一种空间锂离子蓄电池组均衡装置，包括，均衡装置包括阈值比较电路、电流反馈电路、压控电流源电路、限流电路和主功率电路；将电池单体电压限制在两个阈值之间。本发明电路实现简单，无需控制芯片，能够应用于卫星锂离子蓄电池组，均衡管理实现锂离子蓄电池组的自主均衡控制，并且利用单体电压实现单体独立控制。

技术领域

本发明涉及一种空间锂离子蓄电池组均衡装置，属于电池管理领域。

背景技术

锂离子蓄电池具有高的重量/体积比能量，可以提高卫星平台的载荷比，降低发射成本，同时锂离子蓄电池具有热效应小、自放电小和易于模块化等优点，在航天领域应用优势明显，正成为继镉镍和氢镍电池之后第三代航天用储能电源。

然而，锂离子蓄电池在长期充放电循环后，由于各单体自放电率、内阻、容量衰降率等存在差异，使电池组各单体荷电量差异也越来越大，呈发散趋势，容易造成电池组单体电池间性能离散型加大，从而导致整组电池寿命缩短，甚至失效。因此针对高轨卫星用长寿命锂离子蓄电池，需要采用均衡充电技术，保证单体电压的一致性。

空间锂离子蓄电池均衡技术，受元器件、原材料、抗辐照要求的限制，技术还未达到成熟，目前存在多种均衡方式，典型的包括E3000平台上应用的单体压差控制恒定电阻均衡电路和Boeing702平台上应用的DC-DC变换器非耗散型均衡充电技术，前者虽然硬件结构简单，然而这种均衡方案无自主管理，由整星星载软件提供集中控制，星载软件复杂。后者属于能量非耗散型均衡方式，能量损耗小，然而电路结构过于复杂，对器件一致性要求较高。因此，如何采用一种简单实用的电路实现电池的自主均衡控制，简化星载软件，同时提高均衡的可靠性，成为一个新的研究课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的空间锂离子蓄电池组均衡管理方法，能够应用于卫星锂离子蓄电池组，均衡管理实现锂离子蓄电池组的自主均衡控制，并且利用单体电压实现单体独立控制。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种空间锂离子蓄电池组均衡装置，所述蓄电池组包括多个串联的蓄电池单体，每个蓄电池单体并联连接一个均衡装置；均衡装置包括阈值比较电路、电流反馈电路、压控电流源电路、限流电路和主功率电路；

所述阈值比较电路比较蓄电池单体的电压与第一阈值电压，当蓄电池单体的电压高于第一阈值电压时，输出第一驱动电流至主功率电路的第一控制端；

所述电流反馈电路对主功率电路输出的均衡电流采样，对采样电流处理后，输出反馈电压至压控电流源电路的反馈输入端；

所述压控电流源电路包括第一比较电路和PI调节电路，第一比较电路比较蓄电池单体的电压与第一阈值电压，当蓄电池单体的电压大于第一阈值电压时，输出第一电压至PI调节电路的第一输入端；PI调节电路通过调节降低两个输入端的输入电压差值，PI调节电路的第一输入端输入第一电压，PI调节电路的第二输入端作为压控电流源电路的反馈输入端，PI调节电路输出第二电压至限流电路；

所述限流电路输入第二电压，输出与第二电压对应的第二驱动电流，并限制第二驱动电流的最大值，第二驱动电流输出至主功率电路的第二控制端；

所述主功率电路包括第一达林顿管和第二达林顿管，第一达林顿管的控制端为主功率电路的第一控制端，第二达林顿管的控制端为主功率电路的第二控制端；第一达林顿管的集电极端连接电池单体的正输出端，射极连接泄放电阻的一端，泄放电阻的另一端连接第二达林顿管的集电极，第二达林顿管的输出端输出均衡电流，第二达林顿管的输出端经反馈电阻连接电池单体的负输出端。

优选的，第一阈值电压的取值为4.0～4.1V，对应电池单体的荷电状态为90％～100％。