[发明专利]空间飞行器用锂电池组安全管理方法

说明书

本发明提供了一种空间飞行器用锂电池组安全管理方法，针对现代航天器综合电子为整星控制中枢的设计思想，采用电源控制器和综合电子来实现整星安全管理的分级报警措施，第一级轻度欠压报警中电源控制器和综合电子互为冗余备份，第二级深度欠压报警两者必须全部满足起控条件，两级报警既可有效防止锂电池过放电，为人工干预处理过放电赢得时间，又可避免放电开关断开这种高风险动作频繁出现，提高了安全管理措施的灵活性和可靠性；在锂电池组电量恢复时，可根据预设阈值分步恢复供电通路，确保电量足够的情况下才自主恢复接通空间飞行器的放电开关。

技术领域

本发明涉及空间飞行器能源安全管理控制逻辑的技术领域，具体地，涉及空间飞行器用锂电池组安全管理方法。

背景技术

蓄电池组作为空间飞行器电源系统的重要部件，是飞行器入轨主动段、在轨阴影期工作等阶段唯一的供电设备。空间飞行器常用蓄电池有三种：镉镍电池、氢镍电池和锂离子电池。镉镍电池和氢镍电池放电到0V时，仍可恢复正常使用，因而在以往的在轨电源管理模块中不设蓄电池过放电保护措施。

但锂离子电池与镉镍电池和氢镍电池不同，采用锂离子电池组的空间飞行器因在轨故障造成电池组严重过放电时，电池的放电电压将低于最低允许使用电压，大量锂离子从负极脱嵌并嵌入到正极的层状结构中，不但会改变电池正极材料的晶格结构，还会使负极晶格坍塌，导电性能下降，造成电池不可恢复的容量损失，即电池组将失去原有能源存储功能，且无法恢复，继而导致空间飞行器任务失败。因此，锂离子电池组严格限制过放电，防欠压的控制策略对锂离子电池组乃至飞行器的可靠性至关重要。

目前国内空间飞行器电源系统的防欠压保护方法是采用下位机软件控制，若在轨下位机故障，则仅能维持对锂电池组的基本充放电控制，会丧失对锂电池组的过放电保护功能。当整星重新上电时，无法自主恢复放电通路，需要认为发送上行遥控指令来接通放电开关，不能满足光照期均在境外或卫星姿态翻转等极端状况下的恢复需求。

在公开号为CN106787017A的专利文献中公开了一种航天器锂电池的过放保护和自主恢复供电控制方法，针对部分航天器多舱段、设备集成度高、弧段外飞行过程复杂等特点，由电源系统下位机采用软件控制的方式实现两舱段复用锂离子蓄电池组的过放保护和自主恢复供电控制，通过下位机自主检测蓄电池组电压和单体电压，并与预设的过放阈值相比较，采取不同舱段分级断电保护控制；当整星再次上电后，通过预设过放恢复电压阈值，自主接通放电开关，从而恢复供电。

在公开号为CN106848461A的专利文献中公开了一种卫星用蓄电池组自适应充电方法，在充电电流不大于预设电流的条件下，启用自适应充电控制程序，所述自适应充电控制程序包括过压保护程序、过温保护程序；在没有启动过压保护程序和过温保护程序的情况下，开启充电。

在公开号为CN105552989A的专利文献中公开了一种空间用蓄电池充电控制系统，可以采用多个太阳电池阵组合的方式对蓄电池进行大电流限流充电及小电流可选涓流充电。蓄电池充电控制系统电路共分为两个阶段，第一阶段以PWM控制方式对MOSFET管进行开关控制，可以对多余太阳电池阵功率进行分流，控制蓄电池一阶段大电流恒流充电；第二阶段以电量计计算判断蓄电池电量符合情况，若符合电流转换要求则通过涓流选择控制进行涓流充电。

在公开号为CN109558653A的专利文献中公开了一种空间飞行器长期在轨能源系统安全性评估方法，包括：(1)建立能源系统安全性模型；(2)将预设的故障率参数指标注入所述能源系统安全性模型，得到安全性指标方程；(3)将通过试验获得的电流应力、热应力和机械应力的耐受能力注入得到的安全性指标方程中，进而获取能源系统安全边界；(4)令能源系统在轨运行，监测能源系统的电流应力、热应力和机械应力的发生次数和量级；(5)将步骤(4)监测到的发生次数和量级注入到安全性指标方程中，得到能源系统安全实时值；(6)比较能源系统安全实时值与所述能源系统安全边界的大小，从而完成空间飞行器长期在轨能源系统的安全性评估。