鋰離子蓄電池過放保護控制系統及過放保護方法技術方案

本發明專利技術公開一種鋰離子蓄電池過放保護控制系統的過放保護方法，應用于月球探測器電源系統，其包含：綜合電子分系統檢測蓄電池單體電壓，當檢測到有蓄電池單體出現過放電或故障時，則斷開峰值負載；綜合電子分系統繼續檢測蓄電池單體電壓，判斷蓄電池單體處于單體過放狀態或單體故障狀態，若單體過放狀態則進行蓄電池單體過放保護，若單體故障狀態則進行蓄電池單體故障排除；若蓄電池單體過放保護時放電開關為斷開，則過放保護電路進行硬件蓄電池組過放保護。本發明專利技術蓄電池單體保護和蓄電池組保護兩種途徑，單體過放保護采用軟件控制方式，組過放保護采用硬件控制方式，兩種保護互為備份，提高了衛星電源系統的可靠性和安全性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種適用于航天電源控制
的電池過放保護方法，具體涉及一種應用于月球探測器電源系統的。
技術介紹
鋰離子蓄電池是指以Li+嵌入化合物作為正、負極活性物質的二次電池。與傳統的鋅銀電池、鎘鎳、氫鎳蓄電池相比，鋰離子蓄電池的比能量高、工作電壓高、應用溫度范圍廣、自放電率低、循環壽命長、安全性好。因此，在航天領域中，鋰離子蓄電池成為替代目前主流應用的鎘鎳、氫鎳蓄電池的第三代衛星用儲能電源。如果用鋰離子電池取代目前衛星等航天器所用的儲能電源，可將儲能電源在電源分系統中所占的質量由309Γ40%降低至 10°/Γ15%，大大降低發射成本，增加有效載荷。蓄電池放電到終止電壓后，繼續放電稱為過放電。鋰離子蓄電池過放電時，負極的性能會收到嚴重的破壞，由于脫嵌過多的鋰離子，嚴重時可導致晶格坍塌，同時會造成負極表面上的SEI膜的分解，致使在充電過程中再生成的SEI膜結構不致密，造成內阻增加，還會消耗活性鋰，使得容量降低。但是真正引起電池失效的原因是銅集流體被腐蝕，產生了銅離子，這也會增加電池的內阻，同時在接下來的充放電過程中可能會形成銅枝晶，刺穿隔膜，造成內部短路，從而使得電池失效。可見過放電會嚴重損害蓄電池，對蓄電池的電氣性能及循環壽命極為不利。為了有效延長鋰離子蓄電池的使用壽命，提高電源分系統的安全性，通常衛星電源分系統需要采取防鋰離子蓄電池過放電保護措施。目前國內衛星電源系統中防鋰離子蓄電池過放電保護多采取硬件控制方式，即通過過放保護電路將鋰離子蓄電池組電壓和蓄電池組放電終止電壓進行比較，當鋰離子蓄電池組采樣電壓低于蓄電池組放電終止電壓時，放電開關自動斷開，實現鋰離子蓄電池組過放保護。但是這種過放保護方式僅僅針對鋰離子蓄電池組過放進行保護，沒有蓄電池單體過放保護措施。此時如果一節或多節單體出現過放電造成單體電壓過低，但蓄電池組采樣電壓仍高于蓄電池組放電終止電壓，則系統不采取過放保護，在這種情況下也會對蓄電池單體造成損害，因而蓄電池單體無過放保護措施將會嚴重影響蓄電池過放保護的效果。本專利技術提出一種應用于月球探測器電源系統鋰離子蓄電池過放保護的方法，該方法通過綜合電子分系統軟件控制方式及電源控制器硬件控制方式實現了如下幾種鋰離子蓄電池過放保護措施 1、蓄電池單體過放保護 由探測器綜合電子分系統檢測蓄電池單體電壓，當蓄電池有I節單體電壓低于3. 3V時，綜合電子分系統發指令斷開峰值負載使系統工作在最小平臺負載，系統繼續檢測蓄電池單體電壓，如果有兩節單體電壓低于3. 0V，則認為蓄電池處于過放電狀態，此時綜合電子分系統發放電開關斷開指令斷開放電開關，完成過放電保護； 2、蓄電池組過放保護綜合電子分系統放電開關斷開指令是過放保護的關鍵，如果該指令發生不動作故障將致使過放保護失效，此時蓄電池組過放保護將產生作用，當蓄電池組電壓低于17V，電源控制器過放保護電路將控制放電開關斷開，從而起到防止蓄電池組過放的作用； 3、蓄電池單體故障排除 當綜合電子分系統檢測蓄電池單體中有I節單體電壓低于3. 3V時，蓄電池有可能處于I節單體故障狀態。在蓄電池有充電電流的情況下，斷開峰值負載以后，充電電流將變大，使除故障單體外的其余6節單體電壓逐漸升高至3. 6V,而故障單體由于充不進電,其單體電壓會下降至3V以下，由于系統采用兩節單體電壓低于3. OV才斷開放電開關，因此不采取過放保護，由蓄電池向負載正常供電，保證軌道器負載能量的供應； 4、綜合電子分系統指令誤動作故障排除 電源分系統還設置了過放使能開關，以防止綜合電子分系統放電開關斷開指令誤動作 致使放電開關不正常斷開，引起整星掉電故障。過放使能開關狀態由綜合電子分系統發指令進行控制，只有在過放使能開關通的情況下，綜合電子分系統發送的放電開關斷指令才能生效，有效地防止了放電開關斷開指令誤動作的發生。與現有技術相比，本專利技術提出的一種應用于月球探測器電源系統鋰離子蓄電池過放保護的方法，克服了蓄電池單體無過放保護措施，過放保護效果不好的缺點。本專利技術簡單可行、易于工程實現，能夠有效的防止鋰離子蓄電池過放電現象的產生，很好的實現了鋰離子蓄電池過放電保護，提高了衛星電源系統的可靠性和安全性。目前國內外無相關論文或專利文獻。
技術實現思路
本專利技術提供一種，該方法通過綜合電子分系統軟件控制方式及電源控制器硬件控制方式很好的實現了鋰離子蓄電池過放電保護，提高了衛星電源系統的可靠性和安全性。為實現上述目的，本專利技術提供一種鋰離子蓄電池過放保護控制系統，其特點是，其應用于月球探測器電源系統，該鋰離子蓄電池過放保護控制系統包含 串聯連接的鋰離子蓄電池組、放電開關、峰值負載控制開關和峰值負載；鋰離子蓄電池組包含串聯或并聯連接的若干蓄電池單體； 最小平臺負載，其與峰值負載控制開關和峰值負載并聯連接； 過放使能開關，其向放電開關發送放電開關通/斷控制信號； 綜合電子分系統，其接收鋰離子蓄電池組輸出的蓄電池單體電壓采樣信號；并向峰值負載控制開關發送峰值負載通/斷指令；向過放使能開關發送過放使能開關通/斷指令及放電開關通/斷指令；向放電開關發送放點開關通/斷指令； 過放保護電路，其接收鋰離子蓄電池組輸出的蓄電池組電壓采樣信號與鋰離子蓄電池組的電池特性決定的蓄電池組放電終壓；通過比較蓄電池組電壓采樣信號與蓄電池組放電終壓，向過放使能開關發送硬件放電開關通/斷指令。上述的過放保護電路包含三路過放保護單元電路，并采用三取二表決輸出方式發送硬件放電開關通/斷指令。上述的蓄電池組放電終壓V2略小于nXVI，其中η為鋰離子蓄電池組中蓄電池單體的串聯數，Vi為蓄電池單體放電終壓。一種鋰離子蓄電池過放保護控制系統的過放保護方法，其特點是，其應用于月球探測器電源系統，該過放保護方法包含以下步驟 步驟I、綜合電子分系統檢測蓄電池單體電壓，當檢測到有蓄電池單體出現過放電或故障時，則斷開峰值負載； 步驟I. I、綜合電子分系統接收蓄電池單體電壓采樣信號并檢測蓄電池單體電壓； 步驟I. 2、綜合電子分系統判斷是否有節單體電壓低于預設的斷開或接通峰值負載時的蓄電池單體基準電壓，若是，則跳轉到步驟I. 3，若否，則跳轉到步驟I. I ;其中，斷開或接通峰值負載時的蓄電池單體基準電壓略大于蓄電池單體放電終壓，該蓄電池單體放電終壓根據鋰離子蓄電池組的電池特性決定； 步驟I. 3、綜合電子分系統向峰值負載控制開關發送峰值負載斷指令，斷開峰值負載； 步驟I. 4、綜合電子分系統向過放使能開關發送過放使能開關通指令； 步驟I. 5、綜合電子分系統判斷過放使能開關狀態是否為連通，若是，則跳轉到步驟2，若否，則跳轉到步驟I. 4; 步驟2、綜合電子分系統繼續檢測蓄電池單體電壓，判斷蓄電池單體處于單體過放狀態或單體故障狀態，若蓄電池單體處于單體過放狀態，則跳轉到步驟3;若蓄電池單體處于單體故障狀態，則跳轉到步驟4; 步驟3、綜合電子分系統進行蓄電池單體過放保護，判斷放電開關狀態，若放電開關已斷開，則過放保護完成，若放電開關未斷開，則跳轉到步驟5 ； 步驟3. I、綜合電子分系統向放電開關發送放電開關斷指令； 步驟3. 2、綜合電子分系統判斷放電開關狀態為是否為斷開，若是，則過放保護完成，若否，則跳轉到步驟本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋰離子蓄電池過放保護控制系統，其特征在于，其應用于月球探測器電源系統，該鋰離子蓄電池過放保護控制系統包含：串聯連接的鋰離子蓄電池組（2）、放電開關（7）、峰值負載控制開關（8）和峰值負載（3）；鋰離子蓄電池組（2）包含串聯或并聯連接的若干蓄電池單體；最小平臺負載（4），其與峰值負載控制開關（8）和峰值負載（3）并聯連接；過放使能開關（6），其向放電開關（7）發送放電開關通/斷控制信號；綜合電子分系統（1），其接收鋰離子蓄電池組（2）輸出的蓄電池單體電壓采樣信號；并向峰值負載控制開關（8）發送峰值負載通/斷指令；向過放使能開關（6）發送過放使能開關通/斷指令及放電開關通/斷指令；？向放電開關（7）發送放點開關通/斷指令；過放保護電路（5），其接收鋰離子蓄電池組（2）輸出的蓄電池組電壓采樣信號與鋰離子蓄電池組（2）的電池特性決定的蓄電池組放電終壓；通過比較蓄電池組電壓采樣信號與蓄電池組放電終壓，向過放使能開關（6）發送硬件放電開關通/斷指令。

【技術特征摘要】
1.一種鋰離子蓄電池過放保護控制系統，其特征在于，其應用于月球探測器電源系統，該鋰離子蓄電池過放保護控制系統包含 串聯連接的鋰離子蓄電池組(2)、放電開關(7)、峰值負載控制開關(8)和峰值負載(3);鋰離子蓄電池組(2)包含串聯或并聯連接的若干蓄電池單體； 最小平臺負載(4)，其與峰值負載控制開關(8)和峰值負載(3)并聯連接； 過放使能開關(6)，其向放電開關(7)發送放電開關通/斷控制信號； 綜合電子分系統(1)，其接收鋰離子蓄電池組(2)輸出的蓄電池單體電壓采樣信號；并向峰值負載控制開關(8)發送峰值負載通/斷指令；向過放使能開關(6)發送過放使能開關通/斷指令及放電開關通/斷指令；向放電開關(7)發送放點開關通/斷指令； 過放保護電路(5)，其接收鋰離子蓄電池組(2)輸出的蓄電池組電壓采樣信號與鋰離子蓄電池組(2)的電池特性決定的蓄電池組放電終壓；通過比較蓄電池組電壓采樣信號與蓄電池組放電終壓，向過放使能開關(6)發送硬件放電開關通/斷指令。2.如權利要求I所述的鋰離子蓄電池過放保護控制系統，其特征在于，所述的過放保護電路(5)包含三路過放保護單元電路，并采用三取二表決輸出方式發送硬件放電開關通/斷指令。3.如權利要求I所述的鋰離子蓄電池過放保護控制系統，其特征在于，所述的蓄電池組放電終壓V2略小于IiXV1，其中η為鋰離子蓄電池組(2)中蓄電池單體的串聯數，V1為蓄電池單體放電終壓。4.一種鋰離子蓄電池過放保護控制系統的過放保護方法，其特征在于，其應用于月球探測器電源系統，該過放保護方法包含以下步驟 步驟I、綜合電子分系統(I)檢測蓄電池單體電壓，當檢測到有蓄電池單體出現過放電或故障時，則斷開峰值負載(3)； 步驟2、綜合電子分系統(I)繼續檢測蓄電池單體電壓，判斷蓄電池單體處于單體過放狀態或單體故障狀態，若蓄電池單體處于單體過放狀態，則跳轉到步驟3 ;若蓄電池單體處于單體故障狀態，則跳轉到步驟4 ； 步驟3、綜合電子分系統(I)進行蓄電池單體過放保護，判斷放電開關狀態，若放電開關(7)已斷開，則過放保護完成，若放電開關(7)未斷開，則跳轉到步驟5 ; 步驟4、綜合電子分系統(I)進行蓄電池單體故障排除； 步驟5、過放保護電路(5)進行硬件蓄電池組過放保護。5.如權利要求4所述的鋰離子蓄電池過放保護控制系統的過放保護方法，其特征在于，所述的步驟I包含以下步驟步驟I. I、綜合電子分系統(I)接收蓄電池單體電壓采樣信號并檢測蓄電池單體電壓；...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周健，金波，劉勇，張婷婷，許峰，錢斌，
申請(專利權)人：上海空間電源研究所，
類型：發明
國別省市：