一种航天器锂电池在轨高效自主管理及保护系统技术方案

本发明专利技术提供一种航天器锂电池在轨高效自主管理及保护系统，包括锂电池充放电调节装置，包括若干独立的锂电池充放电调节电路，分为两组BCDRiA、BCDRiB，i根据功率需求可灵活配置；旁路开关，用于当某个锂电池单体或并联组件的电压范围超出预设阈值范围后，将该锂电池单体或并联组件切换为旁路的装置；中心计算机，与所述锂电池充放电调节装置通信，采集充放电调节相关遥测，进行锂电池在轨充放电自主管理，并在监测到遥测异常时，进行故障处理和保护。本发明专利技术能够解决现有技术中锂电池在轨充放电管理依赖能源软件，存在方案复杂，可靠性较低，安全性不足的问题，提高锂电池在轨运行以及整星的能源安全。以及整星的能源安全。以及整星的能源安全。

【技术实现步骤摘要】
一种航天器锂电池在轨高效自主管理及保护系统


[0001]本专利技术应用于航天器智能自主管理中，尤其是涉及航天器锂电池在轨自主管理及保护系统。

技术介绍

[0002]目前锂电池在航天器中广泛应用，为了保证锂离子在轨长寿命工作，针对长光照期和地影期，必须开展锂电池在轨自主管理及保护设计。
[0003]传统锂电池在轨充放电管理方案通常依靠能源软件完成锂电池限压控制，在长时间搁置期间，依靠能源软件实现补充充电，较为复杂。后续，为了简化软件状态，依靠硬件完成锂电池限压控制，但是充放电转换的软件状态包括长时间搁置期间的补充充电依然只能依靠能源软件完成。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中锂电池在轨充放电管理依赖能源软件，存在方案复杂，可靠性较低，安全性不足的问题，本专利技术提出一种航天器锂电池在轨高效自主管理及保护系统，提高锂电池在轨运行以及整星的能源安全，进一步优化了锂电池在轨充放电自主管理对整星软件资源的需求，同时实现锂电池过充电和过放电保护。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下方案：
[0006]本专利技术提出一种航天器锂电池在轨高效自主管理及保护系统，包括：
[0007]锂电池充放电调节装置，包括若干独立的锂电池充放电调节电路(Battery Charge and Discharge Regulator,BCDR)，分为A、B两组，分别给两组锂离子蓄电池组充电，每个独立的所述BCDR根据分组命名为BCDRiA或BCDRiB，其中i为BCDR在组内的编号，i的最大值根据功率需求可灵活配置；
[0008]旁路开关，当某个锂电池单体或并联组件的电压范围超出预设阈值范围后，通过旁路开关将该电池单体或并联组件旁路；
[0009]中心计算机，通过1553B总线与所述锂电池充放电调节装置通信，采集充放电调节相关遥测，包括：蓄电池电压、蓄电池充电电流、蓄电池放电电流、母线电压放大信号等，进行锂电池在轨充放电自主管理，如果监测到遥测异常，进行故障处理和保护。
[0010]进一步地，航天器锂电池在轨高效自主管理及保护系统以硬件电路为主，在所述锂电池充放电调节装置中采用硬件电路实现锂电池恒流限压控制，即在锂电池充放电调节装置中，通过电流闭环硬件电路实现锂电池恒流充电，达到限压值后，通过电压闭环硬件电路实现锂电池恒压充电直至充电电流减小至0，同时由中心计算机中能源软件自主判断处于光照或者地月影状态，并根据判断结果进行光照季和地(月)影季的切换。
[0011]进一步地，所述自主判断光照/地(月)影标志的策略中，所述光照切换为地(月)影的转换条件为中心计算机能源软件连续3帧遥测数据满足：蓄电池放电电流大于第1预设阈值；所述锂电池充放电调节装置中的母线误差放大信号小于第2预设阈值；条件满足后中心
计算机能源软件给锂电池充放电调节装置发送蓄电池组恒压充电电压设置指令和蓄电池组恒压充电电流设置指令，将指令码值调整至地影季阈值，同时，将光照/地(月)影标志设置为地(月)影。
[0012]进一步地，所述自主判断光照/地(月)影标志的策略中，所述地(月)影切换为光照的转换条件为中心计算机能源软件连续T
LR
遥测数据满足：蓄电池放电电流小于第3预设阈值；所述锂电池充放电调节装置中的母线误差放大信号大于第4预设阈值；条件满足后中心计算机能源软件给锂电池充放电调节装置发送蓄电池组恒压充电电压设置指令和蓄电池组恒压充电电流设置指令，将指令码值调整至光照季阈值，同时，将光照/地(月)影标志设置为光照。
[0013]其中，T
LR
一般设置为48小时(同步轨道)，可以根据卫星光照季、地影季实际情况进行设置。
[0014]进一步地，所述自主判断光照/地(月)影标志的策略，其特征在于，软件初始化后，光照/地(月)影标志默认为光照；光照/地(月)影标志为光照时，软件不进行地(月)影切换为光照的转换条件检测，实时检测光照切换为地(月)影的转换条件判据；光照/地(月)影标志为光照时，软件不进行光照切换为地(月)影的转换条件判据检测，实时检测地(月)影切换为光照的转换条件。
[0015]进一步地，通过中心计算机能源软件能够实现蓄电池组过充电软件侧保护，包含：通过中心计算机能源软件实时累计单体电池可用状态标识，分别计算蓄电池组内不可用状态标志总数量，通过给定的单体电压上限值、给定的电池过压的电压误差值以及前述不可用状态标志数量，经过第1计算单元计算蓄电池组过充电判断电压值，若连续3帧遥测满足蓄电池遥测电压值超过蓄电池组过充电判断电压值，则发送对应蓄电池组所有锂电池充放电调节电路充电禁止指令，停止对过充蓄电池组充电，同时生成对应蓄电池组软件过充保护报警标志遥测；
[0016]进一步地，在对过充蓄电池组相对应锂电池充放电调节电路充电禁止指令发送后，对过充蓄电池组的充电电流是否为零进行判断：是，则不再进行充电禁止指令发送，软件功能继续；否，则再次发送过充蓄电池组相对应的充电禁止指令，并对过充蓄电池组的充电电流是否为零继续判断；单条指令最多累计发送3次，如第3次指令发送后，过充蓄电池组的充电电流仍不为零，则生成蓄电池组充电禁止功能故障报警标志遥测，不再对已经过充的蓄电池组继续过充保护判据检测和充电禁止指令发送。
[0017]进一步地，对已经过充保护的蓄电池组软件自主判断：当过充的蓄电池组电压恢复到软件设定的过充保护电压值的95％对应的电压值以下，软件过充保护报警标志解除，同时发送原过充蓄电池组相对应的锂电池充放电调节电路充电使能指令。
[0018]进一步地，通过中心计算机的能源软件实现蓄电池组软件过放电保护，包含：中心计算机能源软件采集地月影标志、蓄电池电压值，经过第2计算单元，实时计算和更新两组蓄电池组荷电态及放电深度；能源软件采集蓄电池组放电电流和锂电池充放电调节装置中的母线误差放大信号，以单个软件控制周期(根据计算机能力确定，如500毫秒)为步长，实时累计两组蓄电池各自放电时间；判断连续3帧计算蓄电池组荷电态低于第5预设阈值，生成蓄电池组放电故障报警标志遥测。
[0019]进一步地，所述蓄电池放电时间计算方法，满足以下条件：
[0020]当能源软件连续3帧遥测数据均满足：蓄电池放电电流大于第1预设阈值和所述锂电池充放电调节装置中的母线误差放大信号小于第2预设阈值时，电源管理软件以单个软件控制周期为步长，开始累计蓄电池放电时间；
[0021]当能源软件连续3帧遥测数据均满足：蓄电池放电电流小于第3预设阈值和所述锂电池充放电调节装置中的母线误差放大信号大于第4预设阈值时，停止蓄电池放电时间累计。
[0022]进一步地，生成蓄电池组放电故障报警标志遥测时，首先按照有效载荷重要性从低到高顺序发送有效载荷断电指令，并发送必要的(能够维持载荷舱仪器设备工作温度下限)载荷舱替代加热器接通指令和其它非必要的自控加热器断电指令。
[0023]在顺序逐条发送有效载荷断电指令和其它非必要的自控加热器断电指令后，立即检测蓄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航天器锂电池在轨高效自主管理及保护系统，其特征在于，包括：锂电池充放电调节装置，包括若干独立的锂电池充放电调节电路BCDR，分为A、B两组，分别给两组锂离子蓄电池组充电，每个独立的所述BCDR根据分组命名为BCDRiA或BCDRiB，其中i为BCDR在组内的编号，i的最大值根据功率需求可灵活配置；旁路开关，用于当某个锂电池单体或并联组件的电压范围超出预设阈值范围后，将该锂电池单体或并联组件旁路的装置；中心计算机，与所述锂电池充放电调节装置通信，采集充放电调节相关遥测数据，进行锂电池在轨充放电自主管理，并在监测到遥测数据异常时，进行故障处理和保护，其中，所述遥测数据包括蓄电池电压、蓄电池充电电流、蓄电池放电电流、母线电压放大信号。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述锂电池充放电调节装置使用硬件电路实现锂电池恒流限压控制，由所述中心计算机中的能源软件自主判断处于光照或者地月影状态，并根据判断结果进行光照季和地月影季的切换。3.一种光照
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地月影状态判断方法，其特征在于，用于根据权利要求2所述的航天器锂电池在轨高效自主管理及保护系统，包括以下步骤：S1：根据所述能源软件的遥测数据判断是否需要转换标志；S2：根据S1的判断结果，当满足转换标志条件时，所述能源软件给所述锂电池充放电调节装置发送蓄电池组恒压充电电压设置指令和蓄电池组恒压充电电流设置指令，将指令码值调整至转换后标志对应的阈值，同时，将标志设置为转换后标志。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S1中，判断将所述光照季切换为所述地月影季的条件为，连续3帧所述遥测数据满足：所述锂电池充放电调节装置中的蓄电池放电电流大于第1预设阈值；所述锂电池充放电调节装置中的母线误差放大信号小于第2预设阈值。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S1中，判断将所述地月影季切换为所述光照季的条件为，连续T
LR
所述遥测数据满足：蓄电池放电电流小于第3预设阈值；所述锂电池充放电调节装置中的母线误差放大信号大于第4预设阈值。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述能源软件初始化后，光照
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地月影标志默认为光季；光照
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地月影标志为光照季时，不进行地月影季切换为光照季的转换条件检测，实时检测光照季切换为地月影季的转换条件判据；光照
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地月影标志为地月影季时，不进行光照季切换为地月影季的转换条件判据检测，实时检测地月影季切换为光照季的转换条件。7.一种过充电保护方法，其特征在于，用于权利要求1
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2任一项所述的航天器锂电池在轨高效自主管...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雅琳，章玄，张璇，蒋硕，郝燕艳，李大正，张子亮，邢杰，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：