CN103594758B - 一种星载蓄电池双区间自主温度控制方法 - Google Patents

一种星载蓄电池双区间自主温度控制方法 Download PDF

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Abstract

一种星载蓄电池双区间自主温度控制方法，在卫星蓄电池自动控温功能被允许的前提下，当实际的蓄电池放电电流小于设定的放电电流报警门限或太阳电池阵电流大于设定的方阵电流报警门限值时，蓄电池温控工作在第一区间模式；当实际的蓄电池放电电流大于设定的放电电流报警门限值且太阳电池阵电流小于设定的方阵电流报警门限值时，蓄电池温控工作在第二区间模式。在第一区间温控模式和第二区间温控模式中均可以对蓄电池温度进行控制管理。本发明改变了卫星蓄电池温度控制中只采取单一区间控制的现状，将电池放电电流和太阳电池阵电流与蓄电池温度变化相匹配，提高了卫星蓄电池温度控制的准确性和灵活性，改善了蓄电池的自主温控管理质量。

Description

一种星载蓄电池双区间自主温度控制方法
技术领域
本发明涉及一种卫星蓄电池的温度控制方法。
背景技术
卫星电源分系统包括太阳电池阵、蓄电池组和电源控制器三个部分，如图1所示。蓄电池组与太阳电池阵为卫星提供阴影期和耗电高峰期的电力供应。在阴影期蓄电池组放电为整星供电，在光照期太阳电池阵除了满足负载优先供电外，剩余的能量为蓄电池组充电。星载蓄电池组的寿命与温度指标紧密相连。大量试验数据表明，星载蓄电池的寿命与其温度成指数关系。在相同的放电深度下，蓄电池组温度升高则其寿命降低。蓄电池组放电时，将会产生大量的热量，由于蓄电池热容较大，蓄电池表面温度上升滞后，并且在真空条件下热量不容易散发。因此，对蓄电池组的温度进行及时合理的预先控制，使蓄电池组能够在最佳的温度范围内进行工作，是保证星载蓄电池寿命的重要条件。
以往卫星的蓄电池组温度控制方法没有自主温控功能，只工作在单一区间温控模式，未将蓄电池组放电电流或太阳电池阵电流大小和蓄电池组温度结合起来，所以，单一区间的温度控制方法主要存在如下问题：
（1）由于蓄电池热容较大，电池表面温度上升滞后，以往单一区间的温控方式往往会等到电池表面温度上升到一定数值时才进行控制，控制较为滞后并且温度控制判据单一，不能及时有效地实现对蓄电池组的温度控制；（2）将蓄电池组的温度控制范围仅仅局限于蓄电池组本身，未在电源分系统的层面考虑问题，忽略了分系统其它设备与蓄电池温度控制之间的关系；（3）温控过程中需要倚靠卫星星务主机下传的注入数据块开启或关闭温控回路，控制效率和精度亟待提高。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星载蓄电池双区间自主温度控制方法，在引入自主温控的基础上，将蓄电池组放电电流和太阳电池阵电流、蓄电池组温度变化相结合判断，有区别有针对性地进行蓄电池组的温控，解决了以往蓄电池组温控时仅依据蓄电池组温度变化而采取措施的单一状况，提高了卫星蓄电池组温度控制的准确性和灵活性，改善了蓄电池组的自主温控管理质量，延长了蓄电池组的使用寿命。
本发明的技术解决方案是：一种星载蓄电池双区间自主温度控制方法，步骤如下：
（1）在卫星蓄电池组外侧的两个相邻位置处各粘贴一个测温电阻，电阻值分别为TN1和TN2；同时为卫星蓄电池组配置互为热备份的两条加热回路，分别为主加热回路和备加热回路，设定两条加热回路均采用同一个测温电阻进行温度测量，默认的测温电阻值为TN1，当TN1出现开路或者短路故障时，通过地面强制改变测温电阻值为TN2，当TN1和TN2的温度测量值差异超过设定值时，通过地面强制改变测温电阻值为（TN1+TN2）/2；
（2）星上判断自主温控功能是否被允许，如果不允许则进入步骤（5），如果允许则进入步骤（3）；
（3）判断蓄电池的实际放电电流是否小于设定的蓄电池放电电流报警门限值，如果小于则进入步骤（5），如果不小于则进入步骤（4）；
（4）判断太阳电池阵的实际放电电流是否大于设定的方阵电流报警门限值，如果大于则进入步骤（5），如果不大于则进入步骤（6）；
（5）判断是否接收到地面的遥控指令，如果收到则根据遥控指令开启或关闭加热回路；如果没有收到则进行星上自主温控，当蓄电池组温度测量值T<Tmin1且主加热回路为关状态时，开启主加热回路并结束；当蓄电池组温度测量值T>Tmax1且主加热回路为开状态时，关闭主加热回路并结束；当蓄电池组温度测量值T<Tmin2且备加热回路为关状态时，开启备加热回路并结束；当蓄电池组温度测量值T>Tmax2且备加热回路为开状态时，关闭备加热回路并结束；其中[Tmin1，Tmax1]为主加热回路的控温阈值区间，[Tmin2，Tmax2]为备加热回路的控温阈值区间，Tmin1、Tmax1、Tmin2和Tmax2的数值必须包含在蓄电池组在轨正常工作温度范围之内，且满足Tmin1≥Tmin2，Tmax1≥Tmax2；
（6）进行星上自主温控，当蓄电池组温度测量值T<Tmin3且主加热回路为关状态时，开启主加热回路并结束；当蓄电池组温度测量值T>Tmax3且主加热回路为开状态时，关闭主加热回路并结束；当蓄电池组温度测量值T<Tmin3且备加热回路为关状态时，开启备加热回路并结束；当蓄电池组温度测量值T>Tmax3且备回路为开状态时，关闭备加热回路并结束；其中，[Tmin3Tmax3]为主加热回路和备加热回路共同的控温阈值区间，Tmin3、Tmax3的数值必须在蓄电池组在轨正常工作温度范围之外，并且Tmax3要低于蓄电池组在轨正常工作最低温度。
本发明与现有技术相比的优点在于：
（1）本发明方法改变了由于蓄电池热容较大，现有方法对蓄电池温度控制相对滞后的状况，对蓄电池组温控实施预先控制管理，实现了对星载蓄电池组温度控制的有效性和及时性；
（2）本发明方法改变了现有的采用单一区间对蓄电池组温度进行控制的方法，采用双区间温控策略，温控策略的实施更加有效、灵活，准确性和温控管理质量更高；
（3）本发明方法由于在蓄电池组温度控制时引入了自主温度控制，在自主温度控制功能允许的情况下，电源下位机会自动根据预先设置的温度上下限，在轨自动关闭或开启温控回路，而无需通过数据上注的手段进行蓄电池组的温度控制，提高了蓄电池组温度控制的及时性和高效性；
（4）本发明方法中考虑到与温度关系密切的电池大电流放电在温度控制中的重要因素，将蓄电池组的放电电流与蓄电池温度变化相结合，通过判断星上蓄电池组是否处于大电流放电状态，来划分蓄电池组自主温度控制的区间模式，提高了卫星蓄电池组温度控制的准确性和灵活性，改善了蓄电池组的自主温控管理质量，提高了电池的容量，延长了蓄电池的使用寿命；
（5）本发明方法还考虑到太阳电池阵电流在蓄电池组温度控制中的重要作用，将太阳电池阵电流作为判断星上蓄电池组是否处于大电流放电状态的依据之一，和现有方法相比，将卫星电源分系统中除蓄电池组以外的设备对蓄电池组温度的影响因素考虑进来，从全系统的角度对蓄电池组进行温度控制，大大提高了整个电源系统的稳定性、安全性和可靠性。
附图说明
图1为卫星电源分系统原理图；
图2为本发明方法的流程框图；
图3为本发明方法中第一区间自主温控模式的控制流程图；
图4为本发明方法中第二区间自主温控模式的控制流程图。
具体实施方式
本发明采用双区间自主温度控制方法对蓄电池组进行温度控制，其目的是相对精确、灵活、高效地对蓄电池组进行温度控制。特点在于：①引入了自主温度控制的思路，在双区间的自主模式中温控根据预先设置的温度上下限，自动关闭或开启温控回路，而无需倚靠卫星星务主机下传的注入数据块开启或关闭温控回路，真正实现了蓄电池组的自主温度控制。②在温控模式的判断中，及时地将蓄电池组的放电电流大小与蓄电池组的温度变化相结合进行判断，有区别有针对性地进行蓄电池组的温控。
如图2所示，本发明星载蓄电池双区间自主温度控制方法，用于对卫星上使用的镉镍蓄电池进行自主温控管理。在自主温度控制的基础上，根据蓄电池实际工作特性，引入蓄电池组放电电流和太阳电池阵电流作为控制参数自校正，实现了对星载蓄电池组的预先温控管理。在卫星蓄电池组自动温控功能允许的前提下，当实际的蓄电池组放电电流小于设定的放电电流报警门限或者太阳电池阵电流大于设定的方阵电流报警门限值时，此时蓄电池组处于非大电流放电状态，此时蓄电池组温控工作在第一区间模式；当实际的蓄电池组放电电流大于设定的放电电流报警门限值且太阳电池阵电流小于设定的方阵电流报警门限值时，此时蓄电池组处于大电流放电状态，蓄电池温控工作在第二区间模式。
蓄电池组分为A、B两组模块，每一个模块上设置主、备两条温控回路，整个蓄电池组上共设置四条温控回路，分别为蓄电池组A主加热回路、蓄电池A组备加热回路、蓄电池组B主加热回路和蓄电池组B备加热回路，且各自均为独立的温控回路。在第一区间温控模式和第二区间温控模式中分别对蓄电池组的温度进行控制管理，包括温控电阻选取准则、温控回路工作模式选择以及温控门限控制等。
如图3所示，为第一区间自主温度控制模式的流程：
a)蓄电池组A主、备加热回路使用同一个测温电阻T测温，默认值是TN1（其中TN的编号取决于测温电阻在蓄电池组上粘贴位置的不同，一般根据蓄电池模块的单体组成，选择最能反映测量蓄电池温度的位置进行粘贴），若当TN1出现开路或者短路故障时，地面注入数据可强制改变测温电阻到TN2，或当TN1和TN2数值出现较大差异时，则由地面注入数据强制改变测温电阻到TN1+TN2取平均；蓄电池组B上粘贴测温电阻TN3、TN4，其主、备加热回路测温电阻的选择模式与蓄电池组A相同。
b)每路温控均可工作在开环和闭环两种工作模式。闭环温控是指无需通过地面指令遥控，卫星电源分系统中电源下位机依据蓄电池组控温策略，将采集的蓄电池组温度与预先设置的温控回路开启/关闭门限值进行比较，在轨自动关闭或开启温控回路，以实现对蓄电池组温度的自主控制。开环温控则是需要通过地面指令遥控，根据卫星星务主机的注入数据块，地面人工指令控制开启或关闭温控回路。开环与闭环温控两者互为冷备份，默认模式为闭环温控，且只有当闭环温控模式出现故障的时候，才切换为开环温控工作模式。
c)第一区间温控模式中，蓄电池组A、B主加热回路开启关闭门限为[Tmin1Tmax1]，蓄电池组A、B备加热回路开启关闭门限为[Tmin2Tmax2]（从蓄电池热控设计的可靠性、整星散热面的优化考虑，控温阈值门限值的选取原则为Tmin1、Tmax1、Tmin2和Tmax2的数值必须包含在蓄电池组在轨正常工作温度范围之内，且满足Tmin1≥Tmin2，Tmax1≥Tmax2）。蓄电池组上的四路温控均为各自独立的温控回路，当蓄电池组温度测量值T<Tmin1且主回路为关状态时，主回路开，当蓄电池组温度测量值T>Tmax1且主回路为开状态时，主回路关；当蓄电池组温度测量值T<Tmin2且备回路为关状态时，备回路开；当蓄电池组温度测量值T>Tmax2且备回路为开状态时，备回路关。
如图4所示，为第二区间自主温度控制模式的流程：
a)每路温控只工作在闭环温控工作模式，无需通过地面指令遥控，电源下位机依据蓄电池组控温策略，在轨自动关闭或开启温控回路。
b)蓄电池A主、备加热回路使用同一个测温电阻值T测温，默认值是TN1；蓄电池B主、备加热回路使用一个测温电阻值T测温，默认值为TN3。
c)第二区间温控模式中，蓄电池组主、备加热回路开启关闭门限均设置为[Tmin3Tmax3]，其中门限值的选取原则必须满足Tmin3<Tmax3，在第二区间温控模式中，蓄电池组处于大电流放电状态，但由于蓄电池热容较大，其表面温度的大幅升高存在滞后现象，所以与第一区间温控模式中的主、备回路开启关闭门限相比，门限[Tmin3Tmax3]的选取必须在蓄电池组在轨正常工作温度范围之外，并且Tmax3要低于蓄电池组在轨正常工作最低温度，以实现对蓄电池组温控的预先控制管理。当蓄电池组温度测量值T<Tmin3且主回路为关状态时，主回路开，当蓄电池组温度测量值T>Tmax3且主回路为开状态时，主回路关；当蓄电池组温度测量值T<Tmin3且备回路为关状态时，备回路开；当蓄电池组温度测量值T>Tmax3且备回路为开状态时，备回路关。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种星载蓄电池双区间自主温度控制方法，其特征在于步骤如下：
(1)在卫星蓄电池组外侧的两个相邻位置处各粘贴一个测温电阻，电阻值分别为TN1和TN2；同时为卫星蓄电池组配置互为热备份的两条加热回路，分别为主加热回路和备加热回路，设定两条加热回路均采用同一个测温电阻进行温度测量，默认的测温电阻值为TN1，当TN1出现开路或者短路故障时，通过地面强制改变测温电阻值为TN2，当TN1和TN2的温度测量值差异超过设定值时，通过地面强制改变测温电阻值为(TN1+TN2)/2；
(2)星上判断自主温控功能是否被允许，如果不允许则进入步骤(5)，如果允许则进入步骤(3)；
(3)判断蓄电池的实际放电电流是否小于设定的蓄电池放电电流报警门限值，如果小于则进入步骤(5)，如果不小于则进入步骤(4)；
(4)判断太阳电池阵的实际放电电流是否大于设定的方阵电流报警门限值，如果大于则进入步骤(5)，如果不大于则进入步骤(6)；
(5)判断是否接收到地面的遥控指令，如果收到则根据遥控指令开启或关闭加热回路；如果没有收到则进行星上自主温控，当蓄电池组温度测量值T<Tmin1且主加热回路为关状态时，开启主加热回路并结束；当蓄电池组温度测量值T>Tmax1且主加热回路为开状态时，关闭主加热回路并结束；当蓄电池组温度测量值T<Tmin2且备加热回路为关状态时，开启备加热回路并结束；当蓄电池组温度测量值T>Tmax2且备加热回路为开状态时，关闭备加热回路并结束；其中[Tmin1，Tmax1]为主加热回路的控温阈值区间，[Tmin2，Tmax2]为备加热回路的控温阈值区间，Tmin1、Tmax1、Tmin2和Tmax2的数值必须包含在蓄电池组在轨正常工作温度范围之内，且满足Tmin1≥Tmin2，Tmax1≥Tmax2；
(6)进行星上自主温控，当蓄电池组温度测量值T<Tmin3且主加热回路为关状态时，开启主加热回路并结束；当蓄电池组温度测量值T>Tmax3且主加热回路为开状态时，关闭主加热回路并结束；当蓄电池组温度测量值T<Tmin3且备加热回路为关状态时，开启备加热回路并结束；当蓄电池组温度测量值T>Tmax3且备回路为开状态时，关闭备加热回路并结束；其中，[Tmin3，Tmax3]为主加热回路和备加热回路共同的控温阈值区间，Tmin3、Tmax3的数值必须在蓄电池组在轨正常工作温度范围之外，并且Tmax3要低于蓄电池组在轨正常工作最低温度。
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