一种锂离子蓄电池的在轨搁置维护电路制造技术

一种锂离子蓄电池的在轨搁置维护电路，包括容量调节主电路、容量保护电路、控制使能电路；容量调节主电路与配置的锂离子蓄电池数量一致，每个容量调节主电路包括磁保持继电器J7、MOS管Q1～Q4、三极管Q5、Q6、二极管D10、D11、电阻R20～R28、电源VCC41；容量保护电路与容量调节主电路数量一致，每个容量保护电路由容量检测子通路和保护使能子通路组成，包括运算放大器U41、U42、三极管Q18、电阻R19、R31～R40、磁保持继电器J9、电源VCC43、VCC44；控制使能电路与容量调节主电路数量一致，每个控制使能通路包括磁保持继电器J8、电源VCC42、电阻R29、R30。本发明专利技术采用主电路与锂离子蓄电池并联方式，实现方式简单；设置自主调节功能，容量维护手段多样，且可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子蓄电池的在轨搁置维护电路
本专利技术涉及一种用于锂离子蓄电池的在轨长期搁置期性能维护电路。
技术介绍
近地航天器储能电源主要有镉镍锂离子蓄电池、氢镍锂离子蓄电池、锂离子蓄电池，相对于其他储能电源，锂离子蓄电池具有高比能量、高比功率、易于模块化设计等优点，是当前近地航天器储能电源的首选。目前锂离子蓄电池普遍认可的月自放电率为2％，一旦锂离子蓄电池经过长期搁置，电性能异常下降，包括电池内部化学体系消耗反应造成的容量不可逆衰减、内阻增大等。根据锂离子蓄电池在存储过程中失效的机理，一般认为较高的荷电态不利于锂离子蓄电池存储性能的保持。对于有锂离子蓄电池长期存储需求的航天器，例如太阳同步晨昏轨道卫星、中地球轨道卫星(MEO)等领域，锂离子蓄电池性能异常下降意味着电源供电能力下降，导致航天器在轨能量平衡情况恶化，影响在轨工况配置和任务完成度，甚至缩短航天器在轨寿命。无论从电源系统稳定运行，保障供电可靠性，还是从提高航天器在轨运行寿命，维持航天器任务需求角度出发，都需要加强锂离子蓄电池长期存储期间的性能维护，避免锂离子蓄电池性能异常下降。通过文献调研可知，国内外对锂离子蓄电池的在轨长期存储期间性能维护方法研究较少，国内航天器应对锂离子蓄电池的存储性能下降情况主要有以下方法：一是不采用维护措施，增大锂离子蓄电池容量设计余量来保证寿命末期电池容量，二是通过均衡管理器的强制均衡功能实现锂离子蓄电池容量的调整，上述方式在实际工程应用上存在以下局限性：1.方法一带来电源系统储能电源余量过大，造成卫星资源浪费，增加研制成本，2.方法二仅适用于采用均衡管理器和下位机的电源系统，且均衡管理器配置了强制分流功能，不适用于不带强制分流功能的均衡管理器，也不适用于采用商业现货电池等不需均衡管理和下位机功能的电源系统，3.方法二随着锂离子蓄电池电压的提升，均衡管理器在强制均衡期间工作热耗成比例大幅增加，对单机设备的热设计和散热要求很高，不利于整星热控优化设计。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有设计的不足，提供了一种体积小、重量轻、可靠性高、可独立配置的锂离子蓄电池在轨搁置维护电路。本专利技术的技术解决方案是：一种锂离子蓄电池的在轨搁置维护电路，包括：容量调节主电路、容量保护电路、控制使能电路；容量保护主电路对锂离子蓄电池进行分流调节从而实现在轨期间锂离子蓄电池的容量调节；容量保护电路对锂离子蓄电池进行电压监测和分流调节控制从而实现锂离子蓄电池容量保护；控制使能电路对容量调节主电路进行约束，在容量调节主电路设置为使能状态时，允许执行容量调节动作。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术这种可用于锂离子蓄电池在轨搁置维护电路，实现了航天器在轨任务期间锂离子蓄电池长时间搁置的性能维护；容量调节主电路采用了与锂离子蓄电池并联的方式，实现方式简单；设置了可在轨使能或禁止功能的容量保护电路，实时检测锂离子蓄电池电压，能够在锂离子蓄电池电压低于设定电压时自主停止容量调节动作，保证锂离子蓄电池处于安全容量；设置了控制使能开关，在控制使能的前提下，才能够通过遥控指令开启锂离子蓄电池容量调节动作，防止在轨正常工作时发生误动作。(2)本专利技术应用范围广，本专利技术的维护电路设计不仅适用于不带均衡管理和下位机的电源系统锂离子蓄电池在轨搁置维护处理，还可以适用于电源系统的均衡管理器未配置强制分流功能的情况；(3)本专利技术具有自主管理功能，本专利技术的维护电路在使能保护电路前提下，可实时检测锂离子蓄电池容量维护情况，并在维护完成后自主停止维护动作，改变了当前依靠地面指令控制锂离子蓄电池在轨维护动作的情况；(4)本专利技术的实现方式简单，本专利技术的维护电路设计与锂离子蓄电池并联，不改变锂离子蓄电池的使用条件和原有电源拓扑。附图说明图1为本专利技术锂离子蓄电池在轨搁置维护电路的原理图。具体实施方式锂离子蓄电池在轨搁置维护电路的主要功能是对锂离子蓄电池在轨长时间搁置期间的容量进行调整，可避免长期高荷电态存储带来的锂离子蓄电池性能损失，实现在轨任务期间锂离子蓄电池的性能维护。如图1所示，本专利技术提出的锂离子蓄电池的在轨搁置维护电路，包括：容量调节主电路、容量保护电路、控制使能电路；容量保护电路对锂离子蓄电池进行电压监测从而实现锂离子蓄电池容量保护，每路容量调节主电路配置一路容量保护电路，每路容量保护电路包括容量检测子电路、保护使能子电路。容量检测子电路对锂离子蓄电池电压进行实时检测，当锂离子蓄电池电压低于设定值时容量检测子电路输出保护信号至保护使能子电路，用于关断容量调节主电路分流开关管，当锂离子蓄电池电压高于设定值时容量检测子电路不输出；保护使能子电路对容量检测子电路进行约束，保护使能子电路处于使能状态时，保护使能子电路将容量检测子电路输出的保护信号接通，并输出控制信号，即容量保护电路输出的控制信号；保护使能子电路处于禁止状态时，保护使能子电路将容量检测子电路输出的保护信号断开，不输出控制信号，即容量保护电路无输出。保护使能子电路的使能或禁止状态可以通过地面遥控指令设置。控制使能电路对容量调节主电路进行约束，防止锂离子蓄电池正常工作期间容量调节主电路被误接通，确保锂离子蓄电池安全。若控制使能电路处于使能状态，容量调节主电路可以执行地面遥控指令或容量保护电路输出的控制信号；若控制使能电路处于禁止状态，容量调节主电路不执行地面遥控指令和容量保护电路输出的控制信号。容量调节电路的使能或禁止状态可以通过地面遥控指令设置。容量调节主电路用于对锂离子蓄电池进行分流调节从而实现容量消耗，采用并联在锂离子蓄电池正负两端的方式，每组锂离子蓄电池对应一路容量调节主电路，每路容量调节主电路采用了4个分流开关管经过两串两并后与功率电阻串联的设计，可以在不影响锂离子蓄电池正常工作的前提下实现该组锂离子蓄电池的容量调节，从而保证了锂离子蓄电池性能维护的有效性和可靠性。锂离子蓄电池的长搁置期容量调节包含开启调节和停止调节两个动作，其中启动调节动作可通过地面遥控指令控制，停止调节动作可通过地面遥控指令或容量保护电路输出的控制信号控制。在默认情况下锂离子蓄电池在轨搁置维护电路中的控制使能电路处于功能禁止状态，容量保护电路中的保护使能子电路处于功能禁止状态。当锂离子蓄电池需要进行长搁置期的容量调整时，需先发送地面遥控指令使控制使能电路处于使能状态，再发送地面遥控指令使主电路中分流开关管全部处于导通状态，锂离子蓄电池容量调节开启动作完成。当锂离子蓄电池容量调整至设置范围时，需发送地面遥控指令使主电路中分流开关管全部处于关断状态，再发送地面遥控指令使容量调节主电路处于控制禁止状态，锂离子蓄电池容量停止调节动作完成。在锂离子蓄电池容量调节开启动作完成后，维持控制使能电路的使能状态至锂离子蓄电池容量调节结束动作前。为提高锂离子蓄电池容量调节的可靠性和安全性，可以在开启调节动作后通过地面遥控指令设置容量保护功能为使能状态；当锂离子蓄电池容量调整至设置范围时，容量保护电路检测到蓄电池容量充满状态并输出控制信号至容量调节主电路，容量调节主电路在控制使能电路使能前提下将分流开关管全部关断，锂离子蓄电池容量停止调节动作完成。如图1所示，容量保护主电路包括磁保持继电器J7、MOS管Q1～Q4、三极管Q5、Q6、二极管D1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子蓄电池的在轨搁置维护电路，其特征在于包括：容量调节主电路、容量保护电路、控制使能电路；容量保护主电路对锂离子蓄电池进行分流调节从而实现在轨期间锂离子蓄电池的容量调节；容量保护电路对锂离子蓄电池进行电压监测和分流调节控制从而实现锂离子蓄电池容量保护；控制使能电路对容量调节主电路进行约束，在容量调节主电路设置为使能状态时，允许执行容量调节动作。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子蓄电池的在轨搁置维护电路，其特征在于包括：容量调节主电路、容量保护电路、控制使能电路；容量保护主电路对锂离子蓄电池进行分流调节从而实现在轨期间锂离子蓄电池的容量调节；容量保护电路对锂离子蓄电池进行电压监测和分流调节控制从而实现锂离子蓄电池容量保护；控制使能电路对容量调节主电路进行约束，在容量调节主电路设置为使能状态时，允许执行容量调节动作。2.根据权利要求1所述的一种锂离子蓄电池充电调节保护电路，其特征在于：所述充电调节主电路与配置的锂离子蓄电池数量一致。3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子蓄电池充电调节保护电路，其特征在于：容量保护主电路包括磁保持继电器J7、MOS管Q1～Q4、三极管Q5、Q6、二极管D10、D11、电阻R20～R28以及电源VCC41；MOS管Q1漏极和MOS管Q3漏极相连后与锂离子蓄电池正端相连，Q1的源级与MOS管Q2的漏极相连，Q3的源级与MOS管Q4漏极相连，Q2的源级和Q4的源级相连后通过电阻R24接地；MOS管Q1～Q4的栅极分别串联电阻R20～R23后相连并与三极管Q5集电极相连；三极管Q5发射极与三极管Q6的集电极相连，Q6发射极通过电阻R27接地，Q5的基极和Q6的基极分别串联电阻R25和R26后相连并与二极管D10和D11的负极连接在一起；磁保持继电器J7动作端通过电阻R28与电源VCC41相连，J7公共端输出信号Signal_2并与二极管D11正极相连；二极管D10正极与来自容量保护电路的信号Signal_1相连；J7的第一组线包的正端与第二组线包的正端连接在一起，并且与来自控制使能电路的信号Signal_3连接，J7的第一组线包的负端与第二组线包的负端分别接收外部遥控指令。4.根据权利要求3所述的一种锂离子蓄电池充电调节保护电路，其特征在于：所述容量调节主电路还包括隔离二极管D14和D15；隔离二极管D14和D15用于消除磁保持继电器J1线包反电动势，隔离二极管D14串接在磁保持继电器J7的第一组线包正负极之间，其中D14正极与J7的第一组线包负极相连；隔离二极管D15串接在磁保持继电器J7的第二组...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小飞，陈琦，乔明，赵长江，马亮，张晓晨，张庆君，齐亚琳，李延，王建军，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11