本發(fā)明涉及一種空間飛行器鋰電池自動(dòng)充電控制方法，屬于電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電源系統(tǒng)是空間飛行器的重要分系統(tǒng)之一?？臻g飛行器上大量使用鋰離子蓄電池組，與太陽(yáng)帆板配合使用實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器全周期的供電功能。在陽(yáng)面，太陽(yáng)帆板除了為負(fù)載供電外，還將多余的能量為鋰離子蓄電池組充電實(shí)現(xiàn)蓄能功能；在陰面，鋰離子蓄電池組放電為飛行器提供電能。

傳統(tǒng)空間飛行器上鋰離子蓄電池組采用單一的充電控制方法，一旦鋰離子蓄電池組發(fā)生單體失效后，蓄電池組會(huì)發(fā)生過(guò)充現(xiàn)象，導(dǎo)致電池組循環(huán)壽命衰減加速，最終由于鋰離子蓄電池組壽命到期，導(dǎo)致空間飛行器由于缺電而壽命結(jié)束。

如何防止在鋰離子蓄電池組單體失效情況下發(fā)生的過(guò)充現(xiàn)象，需要提前設(shè)計(jì)預(yù)防。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種空間飛行器鋰電池自動(dòng)充電控制方法，解決單體短路情況下鋰電池過(guò)充電引起供電功能失效的問(wèn)題以及鋰電池長(zhǎng)時(shí)間過(guò)充進(jìn)而導(dǎo)致的壽命大幅衰減的問(wèn)題。

本發(fā)明目的通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

提供一種空間飛行器鋰電池自動(dòng)充電控制方法，包括如下步驟：

(1)獲取鋰電池組串聯(lián)級(jí)數(shù)N，放電模塊輸入電壓下限A，并聯(lián)塊電池單體的電壓上限U和下限W；

(2)測(cè)量鋰電池組的總電壓v，當(dāng)v≤N*U時(shí)，進(jìn)行恒流充電，當(dāng)v達(dá)到N*U時(shí)，停止充電；

(3)測(cè)量鋰電池組每個(gè)并聯(lián)塊電池單體的電壓v₁…v_i…v_N，確定其中為0的數(shù)量t；

(4)當(dāng)t＝0時(shí)，充電基準(zhǔn)電壓為N*U進(jìn)行恒壓充電；當(dāng)≥t>0，充電基準(zhǔn)電壓由N*U切換至(N-t)*U，進(jìn)行恒流充電，當(dāng)鋰電池組的總電壓v達(dá)到(N-t)*U時(shí)，停止充電；當(dāng)時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)給飛行器控制系統(tǒng)。

優(yōu)選的，步驟(4)中當(dāng)時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)給飛行器控制系統(tǒng)，并將充電模塊切換為直接為負(fù)載供電，不再為鋰電池組充電。

提供一種空間飛行器鋰電池自動(dòng)充電控制方法，包括如下步驟：

(1)獲取鋰電池組串聯(lián)級(jí)數(shù)N，放電模塊輸入電壓下限A，并聯(lián)塊電池單體的電壓上限U和下限W；

(2)測(cè)量鋰電池組的總電壓v，當(dāng)v≤N*U時(shí)，進(jìn)行恒流充電，當(dāng)v達(dá)到N*U時(shí)，停止充電；

(3)測(cè)量鋰電池組的總電壓v和每個(gè)并聯(lián)塊電池單體的電壓v₁…v_i…v_N，確定其中同時(shí)滿足單體的電壓數(shù)值v_i<W并且|v_i-v/(N-t)|>40％×(U+W)/2的故障電池單體數(shù)量t，當(dāng)t＝0時(shí)，充電基準(zhǔn)電壓為N*U進(jìn)行恒壓充電；當(dāng)充電基準(zhǔn)電壓由N*U切換至(N-t)*U，進(jìn)行恒流充電，當(dāng)鋰電池組的總電壓v達(dá)到(N-t)*U時(shí)，停止充電；當(dāng)時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)。

優(yōu)選的，當(dāng)充電基準(zhǔn)電壓由N*U切換至(N-t)*U時(shí)，還包括監(jiān)測(cè)故障并聯(lián)塊電池單體電壓v_i，當(dāng)故障電池單體電壓v_i恢復(fù)到W≤v_i≤U的數(shù)量為s時(shí)，1≤s≤t，將充電基準(zhǔn)電壓由(N-t)*U切換至(N-t+s)*U。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明的自動(dòng)充電控制方法避免了傳統(tǒng)飛行器中采用單一基準(zhǔn)源導(dǎo)致鋰電池過(guò)充電帶來(lái)的安全隱患；有效地防止鋰電池長(zhǎng)時(shí)間過(guò)充現(xiàn)象發(fā)生。

(2)本發(fā)明的自動(dòng)充電控制方法延長(zhǎng)鋰電池的循環(huán)使用壽命，保證空間飛行器用電的可靠性和安全性。

(3)本發(fā)明的自動(dòng)充電控制方法，考慮了單體故障模式的演變，提高鋰電池容量利用率。

(4)本發(fā)明的自動(dòng)充電控制方法，既考慮了單體電壓的單獨(dú)下限，有考慮了多個(gè)單體電壓的一致性，避免了誤切換，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明空間飛行器鋰電池自動(dòng)充電控制的原理框圖；

圖2為第(N-1)級(jí)充電終止基準(zhǔn)電壓狀態(tài)；

圖3為第(N-X)級(jí)充電終止基準(zhǔn)電壓狀態(tài)。

具體實(shí)施方式

空間飛行器電源系統(tǒng)由鋰離子電池組、太陽(yáng)電池陣和控制器和負(fù)載組成，其中核心設(shè)備為控制器。其中鋰離子電池組串聯(lián)數(shù)為N，負(fù)載數(shù)量為M。采用多級(jí)充電終止基準(zhǔn)電壓設(shè)置策略，設(shè)置合適的充電終止電壓基準(zhǔn)。采用電壓自動(dòng)判讀的方法，及時(shí)切換充電終止條件，有效地防止鋰電池長(zhǎng)時(shí)間過(guò)充現(xiàn)象發(fā)生。

控制器又由充電模塊、放電模塊、處理器模塊、儲(chǔ)存模塊和自動(dòng)判讀電路模塊組成：

充電模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子蓄電池組的充電控制功能，一般采用恒流或恒壓充電控制方法。以恒流充電，當(dāng)蓄電池組電壓達(dá)到一定值時(shí)停止對(duì)蓄電池組充電(該電壓值簡(jiǎn)稱充電終壓)；以恒壓充電，蓄電池組電壓接近恒壓值時(shí)(即充電電流接近零時(shí))，停止充電。

放電模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的放電控制功能，一般采用boost升壓放電電路，該電路的輸入電壓范圍為AV到BV之間。

處理器模塊中預(yù)裝訂軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子蓄電池組的充電策略執(zhí)行和算法結(jié)算控制功能。

儲(chǔ)存模塊一般由RAM和ROM組成，ROM中預(yù)防軟件程序，執(zhí)行時(shí)處理器將軟件程序從ROM加載到RAM中，實(shí)現(xiàn)程序代碼的實(shí)時(shí)儲(chǔ)存功能。

自動(dòng)判讀電路模塊依據(jù)AD芯片采集到的鋰電池組的總電壓v和每個(gè)并聯(lián)塊電池單體的電壓v₁…v_i…v_N，在處理器的控制下，執(zhí)行充電控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的自動(dòng)充電控制功能。

空間飛行器鋰電池自動(dòng)充電控制方法，包括如下步驟：

(1)獲取鋰電池組串聯(lián)數(shù)量N，放電模塊輸入電壓下限A，并聯(lián)塊電池單體的電壓上限U和下限W；

(2)測(cè)量鋰電池組的總電壓v，當(dāng)v≤N*U時(shí)，進(jìn)行恒流充電，當(dāng)v達(dá)到N*U時(shí)，停止充電；

(3)測(cè)量鋰電池組每個(gè)并聯(lián)塊電池單體的電壓v₁…v_i…v_N，確定其中為0的數(shù)量t；

(4)當(dāng)t＝0時(shí)，充電基準(zhǔn)電壓為N*U進(jìn)行恒壓充電；當(dāng)≥t>0，充電基準(zhǔn)電壓由N*U切換至(N-t)*U，進(jìn)行恒流充電，當(dāng)鋰電池組的總電壓v達(dá)到(N-t)*U時(shí)，停止充電；當(dāng)時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)給飛行器控制系統(tǒng)，并將充電模塊切換為直接為負(fù)載供電，不再為鋰電池組充電。表示對(duì)A與W的比值向上取整。將蓄電池組不超過(guò)節(jié)單體短路狀態(tài)，簡(jiǎn)稱亞健康態(tài)，自動(dòng)充電調(diào)節(jié)控制后系統(tǒng)能夠正常工作狀態(tài)；當(dāng)超過(guò)節(jié)單體短路狀態(tài)，則自動(dòng)充電調(diào)節(jié)控制后不能正常工作狀態(tài)，為不健康態(tài)；當(dāng)蓄電池組處于亞健康狀態(tài)時(shí)，通過(guò)自動(dòng)充電控制系統(tǒng)可以使電池狀態(tài)恢復(fù)到健康狀態(tài)；當(dāng)蓄電池組處于不健康狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)充電控制系統(tǒng)給出提示告警，輸出報(bào)警信號(hào)給飛行器控制系統(tǒng)。

在第N級(jí)充電基準(zhǔn)電壓狀態(tài)(狀態(tài)一)下，參見(jiàn)附圖1，充電基準(zhǔn)電壓為(U*N)V，太陽(yáng)電池陣為鋰離子電池組充電的終止電壓為(U*N)V；在第(N-1)級(jí)充電基準(zhǔn)電壓狀態(tài)(狀態(tài)二)下，參見(jiàn)附圖2，充電基準(zhǔn)電壓為(U*N-U)V，太陽(yáng)電池陣為鋰離子電池組充電的終止電壓為(U*N-U)V；當(dāng)t＝X時(shí)，在第(N-X)級(jí)充電基準(zhǔn)電壓狀態(tài)(狀態(tài)三)下，參見(jiàn)附圖3，充電基準(zhǔn)電壓為(U*N-U*t)V，太陽(yáng)電池陣為鋰離子電池組充電的終止電壓為(U*N-U*t)V，其中以上情況均可通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的自動(dòng)充電控制，使得蓄電池組由亞健康狀態(tài)恢復(fù)到健康狀態(tài)。

當(dāng)t大于時(shí)，由于蓄電池組的輸出電壓低于放電模塊的輸入工作電壓下限AV，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能為負(fù)載正常供電，因此不再切換充電終止基準(zhǔn)電壓，提前給出告警提示，表明系統(tǒng)不能正常工作。

提供另一種空間飛行器鋰電池自動(dòng)充電控制方法，包括如下步驟：

(1)獲取鋰電池組串聯(lián)數(shù)量N，放電模塊輸入電壓下限A，電池單體的電壓上限U和下限W；

(2)測(cè)量鋰電池組的總電壓v，當(dāng)v≤N*U時(shí)，進(jìn)行恒流充電，當(dāng)v達(dá)到N*U時(shí)，停止充電；

(3)測(cè)量鋰電池組的總電壓v和每個(gè)電池單體的電壓v₁…v_i…v_N，確定其中同時(shí)滿足單體的電壓數(shù)值v_i<W并且|v_i-v/(N-t)|>40％×(U+W)/2的故障電池單體數(shù)量t，當(dāng)t＝0時(shí)，充電基準(zhǔn)電壓為N*U進(jìn)行恒壓充電；當(dāng)充電基準(zhǔn)電壓由N*U切換至(N-t)*U，進(jìn)行恒壓充電，當(dāng)鋰電池組的總電壓v達(dá)到(N-t)*U時(shí)，停止充電；當(dāng)時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)。

當(dāng)單體電池的故障由短路故障演變?yōu)殚_(kāi)路故障時(shí)，該并聯(lián)電池單體恢復(fù)使用，向上調(diào)整基準(zhǔn)電壓充電。當(dāng)充電基準(zhǔn)電壓由N*U切換至(N-t)*U時(shí)，還包括監(jiān)測(cè)故障電池單體電壓v_i，當(dāng)故障電池單體電壓v_i恢復(fù)到W≤v_i≤U的數(shù)量為s時(shí)，1≤s≤t，將充電基準(zhǔn)電壓由(N-t)*U切換至(N-t+s)*U。

通過(guò)單體短路失效模式下充電終止電壓基準(zhǔn)的多級(jí)自動(dòng)切換方案，實(shí)現(xiàn)了鋰電池工作狀態(tài)與充電終止電壓基準(zhǔn)的良好匹配，避免了傳統(tǒng)飛行器中采用單一基準(zhǔn)源導(dǎo)致鋰電池過(guò)充電帶來(lái)的安全隱患。

以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。