本發(fā)明涉及航天器電源控制技術(shù)，尤其涉及基于航天器用鎘鎳蓄電池組在軌減記憶效應(yīng)的充放電方法。

背景技術(shù)：

鎘鎳蓄電池組作為成熟的化學(xué)電池，廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域，特別是在載人航天領(lǐng)域，已作為神舟系列載人飛船電源系統(tǒng)的安全、可靠的儲能蓄電池組。

在航天器飛行全過程中，特別是飛行模式變換復(fù)雜的載人航天器，用電功耗大小也變化頻繁，導(dǎo)致鎘鎳蓄電池組的放電容量和放電深度處于不穩(wěn)定狀態(tài)。以神舟系列載人飛船為例說明，在整個飛行過程中，鎘鎳蓄電池組需經(jīng)歷火箭發(fā)射階段最大70％放電深度的放電、3天自主飛行階段35％平均放電深度的放電；與目標(biāo)航天器(空間實驗室、空間站)對接完成轉(zhuǎn)入?？侩A段后用電設(shè)備陸續(xù)關(guān)閉，用電功耗減低到只有常值功耗的1/3左右，鎘鎳蓄電池組的平均放電深度減小到10％-15％并長期保持；載人飛船完成在軌?？咳蝿?wù)后進(jìn)入返回前的自主飛行階段時，用電設(shè)備開機(jī)功耗再次提高，鎘鎳蓄電池組也恢復(fù)到35％平均放電深度的放電；若再次進(jìn)行二次交會對接或其它拓展試驗，放電深度將超過40％以上。

由于鎘鎳蓄電池組在停靠期間經(jīng)歷了長期小放電深度的淺充放電循環(huán)過程，在提高放電深度的條件下將會出現(xiàn)平均放電電壓降低而導(dǎo)致電池容量減少的現(xiàn)象，即鎘鎳蓄電池組存在“記憶效應(yīng)”，對航天器電源系統(tǒng)的供電安全性和可靠性造成影響，電源系統(tǒng)長期在軌運行期間必須考慮采取技術(shù)措施減弱或消除鎘鎳蓄電池組的記憶效應(yīng)。特別是針對運行在地球低軌道的航天器，因其每天進(jìn)出太陽光照區(qū)、陰影區(qū)頻繁(達(dá)到16圈及以上)，航天器正常工作下鎘鎳蓄電池組必須保持較高的荷電量，不能像處于全光照區(qū)的高軌道航天器那樣對鎘鎳蓄電池組進(jìn)行全放空-全充滿活化處理，所采取的減記憶效應(yīng)方法實施過程不能對航天器電源系統(tǒng)的供電安全性造成影響。

因此，需要一種方法，能夠解決航天器在飛行期間因鎘鎳蓄電池組的記憶效應(yīng)而帶來的電源系統(tǒng)供電的安全性和可靠性的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種航天器用鎘鎳蓄電池組在軌減記憶效應(yīng)的充放電方法，能夠解決航天器飛行期間因鎘鎳蓄電池組的記憶效應(yīng)而帶來的電源系統(tǒng)供電的安全性和可靠性的問題。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種航天器用鎘鎳蓄電池組的充放電方法，所述鎘鎳蓄電池組包括至少兩組鎘鎳蓄電池組，每組鎘鎳蓄電池組包括若干鎘鎳蓄電池單體，所述鎘鎳蓄電池組用于對航天器負(fù)載進(jìn)行供電，包括：

根據(jù)航天器的實時功耗和鎘鎳蓄電池組的特性，分三階段設(shè)定鎘鎳蓄電池組放電深度和充電控制電壓，具體包括：

第一階段：當(dāng)所述實時功耗大于等于航天器負(fù)載的額定功耗80％時，控制全部鎘鎳蓄電池組并網(wǎng)工作，鎘鎳蓄電池組的放電深度為額定放電深度30％-40％，采用正常的充電控制電壓；

第二階段：當(dāng)所述實時功耗為航天器負(fù)載的額定功耗的50％以下時，控制隔離至少1個鎘鎳蓄電池組，使得每個鎘鎳蓄電池組的平均放電深度為20％-30％，并采用降低的充電控制電壓；

第三階段：當(dāng)所述實時功耗由額定功耗的50％以下升至航天器負(fù)載的額定功耗80％以上，控制全部鎘鎳蓄電池組并網(wǎng)工作，恢復(fù)為正常充電控制電壓，并通過至少兩次調(diào)整，逐步將所述鎘鎳蓄電池組的平均放電深度調(diào)整至30％-40％。

在上述三階段分別設(shè)定鎘鎳蓄電池組的充電電壓，所述第一階段的每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體的充電控制電壓和第三階段的每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體的充電控制電壓均高于第二階段每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體的充電控制電壓。

所述第一階段的每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體的充電控制電壓和第三階段的每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體的充電控制電壓相同或相近。

可選地，所述鎘鎳蓄電池單體的充電控制電壓有至少兩個及以上可調(diào)整的設(shè)定值，參考設(shè)定值為：1.45v、1.51v、1.53v

可選地，所述第一階段的每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體的充電控制電壓為1.53v，第三階段的每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體的充電控制電壓為1.53v，所述第二階段的每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體的充電控制電壓為為1.45v。在第二階段時，對多個鎘鎳蓄電池組采用間隔工作方式，每次將1-2個鎘鎳蓄電池組進(jìn)行隔離，由其余鎘鎳蓄電池組進(jìn)行充放電，使得其余鎘鎳蓄電池組的每個鎘鎳蓄電池組的平均充放電深度為20-30％，且放電深度相同。

可選地，所述第二階段控制隔離為隔離1-2個鎘鎳蓄電池組，并且對全部鎘鎳蓄電池組中的1-2個輪流進(jìn)行隔離，所述1-2個鎘鎳蓄電池組被隔離的時間間隔相同。

在第三階段時，通過三次調(diào)整，第一次調(diào)整將所述鎘鎳蓄電池組的放電深調(diào)整至25％、第二次調(diào)整將所述鎘鎳蓄電池組的放電深調(diào)整至30％、第三次調(diào)整將所述鎘鎳蓄電池組的放電深調(diào)整至35％。

可選地，所述第三階段通過三次調(diào)整恢復(fù)至額定放電深度，也可采用其它間隔比例多次將鎘鎳蓄電池組的放電深度逐次提升至額定放電深度30～40％范圍。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明根據(jù)航天器負(fù)載的實時功耗和鎘鎳蓄電池組的特性，分階段控制鎘鎳蓄電池組的放電深度和充電控制電壓，在較高實時負(fù)載時，全部鎘鎳蓄電池組并機(jī)工作，鎘鎳蓄電池組的放電深度為額定放電深度(即30％-40％)，采用正常的充電控制電壓；當(dāng)較低實時負(fù)載時，隔離部分鎘鎳蓄電池組，使得其余鎘鎳蓄電池組的平均放電深度為20-30％，并采用降低的充電控制電壓；在實時負(fù)載由較低的實時負(fù)載切換為較高的實時負(fù)載時，控制全部鎘鎳蓄電池組并網(wǎng)工作，恢復(fù)為正常充電控制電壓，并通過至少兩次調(diào)整，逐步將所述鎘鎳蓄電池組的平均放電深度調(diào)整至30％-40％。

進(jìn)一步優(yōu)化地，所述控制隔離為隔離1-2個鎘鎳蓄電池組，并且對全部鎘鎳蓄電池組中的1-2個輪流進(jìn)行隔離，所述1-2個鎘鎳蓄電池組被隔離的時間間隔相同，這樣有利于平均每個鎘鎳蓄電池組的充放電情況，有利于延長每個鎘鎳蓄電池組的使用壽命和可靠性。

本發(fā)明實施過程無需航天器增加專門的調(diào)節(jié)設(shè)備，無需干預(yù)航天器的正常運行，無需航天器提供額外的資源支持實施過程。實施過程不對航天器電源系統(tǒng)的供電安全性造成影響。附圖說明

圖1是本發(fā)明航天器用鎘鎳蓄電池組的工作模式示意圖；

圖2是本發(fā)明航天器用鎘鎳蓄電池組在軌減記憶效應(yīng)方法試驗室模擬驗證曲線。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種航天器用鎘鎳蓄電池組在軌減記憶效應(yīng)的充放電方法，所述鎘鎳蓄電池組包括至少兩組鎘鎳蓄電池組，每組鎘鎳蓄電池組包括若干鎘鎳蓄電池單體，所述鎘鎳蓄電池組用于對航天器負(fù)載進(jìn)行供電，包括：

根據(jù)航天器實時功耗和鎘鎳蓄電池組的特性，分三階段設(shè)定鎘鎳蓄電池組放電深度，具體包括：

第一階段：當(dāng)所述實時功耗大于等于航天器負(fù)載的額定功耗80％時，控制全部鎘鎳蓄電池組并網(wǎng)工作，所述鎘鎳蓄電池組的放電深度為額定放電深度30％-40％，采用正常的充電控制電壓；

第二階段：當(dāng)所述實時功耗為航天器負(fù)載的額定功耗的50％以下時，控制隔離至少1個鎘鎳蓄電池組，使得每個鎘鎳蓄電池組的平均放電深度為20％-30％，并采用降低的充電控制電壓；

第三階段：當(dāng)所述實時功耗由額定功耗的50％以下升至航天器負(fù)載的額定功耗80％以上，控制全部鎘鎳蓄電池組并網(wǎng)工作，恢復(fù)為正常充電控制電壓，并通過至少兩次調(diào)整，逐步將所述鎘鎳蓄電池組的平均放電深度調(diào)整至30％-40％

作為一個實施例，結(jié)合圖1，圖1是本發(fā)明航天器用鎘鎳蓄電池組的工作模式示意圖。n組鎘鎳蓄電池組，每組鎘鎳蓄電池組包括串聯(lián)18個鎘鎳蓄電池單體，所述鎘鎳單體蓄電池的充電電壓有至少兩個及以上可調(diào)整的設(shè)定值，參考設(shè)定值為：1.45v、1.51v、1.53v。在實際中，鎘鎳單體蓄電池的充電電壓還可以包括1.55v。其中通常的標(biāo)準(zhǔn)充電電壓為1.53v。每組鎘鎳蓄電池組均有對應(yīng)的充電設(shè)備和放電設(shè)備，所述充電設(shè)備用于控制該組鎘鎳蓄電池組的充電，所述放電設(shè)備用于控制該組鎘鎳蓄電池組的放電以對航天器負(fù)載供電。本發(fā)明所述的方法，通過分段控制，結(jié)合檢測航天器負(fù)載的實時功耗和鎘鎳蓄電池組的特性，分三階段設(shè)定鎘鎳蓄電池組放電深度。在所述實時功耗大于等于航天器負(fù)載的額定功耗80％時，控制全部鎘鎳蓄電池組并網(wǎng)工作，所述鎘鎳蓄電池組的放電深度為額定放電深度30％-40％。此時每一鎘鎳蓄電池組均保持較高的放電深度。而在第二階段：當(dāng)所述實時功耗為航天器負(fù)載的額定功耗的50％以下時，控制隔離至少1個鎘鎳蓄電池組，使得每個鎘鎳蓄電池組的平均放電深度為20％-30％。若不對鎘鎳蓄電池組進(jìn)行控制隔離，則每個鎘鎳蓄電池組的平均放電深度將為下降至較低水平。通過本發(fā)明的方法，可以使得每個鎘鎳蓄電池組維持較高的平均放電水平，有助于消除記憶效應(yīng)。在第二階段時，對多個鎘鎳蓄電池組采用間隔工作方式，每次將1-2個鎘鎳蓄電池組進(jìn)行隔離，由其余鎘鎳蓄電池組進(jìn)行充放電，使得其余鎘鎳蓄電池組的每個鎘鎳蓄電池組的平均充放電深度為20-30％。作為優(yōu)選的實施例，所述控制隔離為隔離1-2個鎘鎳蓄電池組，并且對全部鎘鎳蓄電池組中的1-2個輪流進(jìn)行隔離，所述1-2個鎘鎳蓄電池組被隔離的時間間隔相同。

當(dāng)航天器負(fù)載由較低水平提升時，則控制全部鎘鎳蓄電池組并網(wǎng)工作，并通過至少兩次調(diào)整，逐步將所述鎘鎳蓄電池組的平均放電深度至30％-40％。具體地，作為一個實施例，在第三階段，通過三次調(diào)整，第一次調(diào)整將所述鎘鎳蓄電池組的放電深調(diào)整至25％、第二次調(diào)整將所述鎘鎳蓄電池組的放電深調(diào)整至30％、第三次調(diào)整將所述鎘鎳蓄電池組的放電深調(diào)整至35％。

結(jié)合圖2，圖2是本發(fā)明航天器在軌減記憶效應(yīng)方法試驗室模擬驗證曲線。模擬航天器結(jié)束6個月停靠運行后以通過3圈逐次提升放電深度至35％額定放電深度的電池單體放電電壓曲線2，與直接進(jìn)入35％額定放電深度的電池單體放電電壓曲線1進(jìn)行比較。通過本發(fā)明的方法，使電池在放電過程始終保持了較高的放電電壓平臺和放電容量，消除了記憶效應(yīng)的影響，提高了電源系統(tǒng)的安全性和可靠性。在上述三階段分別設(shè)定鎘鎳蓄電池組的充電電壓，所述第一階段的每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體充電控制電壓和第三階段的每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體的充電控制電壓均高于第二階段每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體的充電控制電壓。作為一個實施例，所述第一階段的每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體充電控制電壓和第三階段的每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體的充電控制電壓相同。

作為一個實施例，所述第一階段的每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體充電控制電壓為1.53v，第三階段的每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體的充電控制電壓為1.53v，所述第二階段的每組蓄電池組的鎘鎳蓄電池單體的充電控制電壓為為1.45v。每組鎘鎳蓄電池組的額定放電深度相同，電性能參數(shù)、充放電特征曲線相同，這樣有利于平衡各個鎘鎳蓄電池組之間的負(fù)載以及保持鎘鎳蓄電池組具有較長的使用壽命。綜上，本發(fā)明根據(jù)航天器負(fù)載的實時功耗和鎘鎳蓄電池組的特性，分階段控制鎘鎳蓄電池組的放電深度，在較高實時負(fù)載時，全部鎘鎳蓄電池組并機(jī)工作，控制鎘鎳蓄電池組的放電深度為額定放電深度(即30％-40％)，采用正常的充電控制電壓；當(dāng)較低實時負(fù)載時，隔離部分鎘鎳蓄電池組，使得其余鎘鎳蓄電池組的平均放電深度為20-30％，并采用降低的充電控制電壓；在實時負(fù)載由較低的實時負(fù)載切換為較高的實時負(fù)載時，控制全部鎘鎳蓄電池組并網(wǎng)工作，恢復(fù)為正常的充電控制電壓，并通過至少兩次調(diào)整，逐步將所述鎘鎳蓄電池組的平均放電深度至30％-40％。

進(jìn)一步優(yōu)化地，所述控制隔離為隔離1-2個鎘鎳蓄電池組，并且對全部鎘鎳蓄電池組中的1-2個輪流進(jìn)行隔離，所述1-2個鎘鎳蓄電池組被隔離的時間間隔相同，這樣有利于平均每個鎘鎳蓄電池組的充放電情況，有利于延長每個鎘鎳蓄電池組的使用壽命和可靠性。

因此，上述較佳實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。