CN106025143B - 一种应用于双单元立方星的蓄电池组 - Google Patents

一种应用于双单元立方星的蓄电池组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于双单元立方星的蓄电池组，电路开关和通信电连接器固连在PCB基板上，在PCB基板上平行设置四个定位槽，相邻的两个定位槽之间的PCB基板上间隔设置温度传感器，锂电池固定在定位槽中，锂电池的侧壁两端分别设有盖板，电热丝依次均匀缠绕在四个锂电池侧壁上，两个银质导电带一端连接在同一组的两个锂电池的正极端面，另一端通过PCB基板连接到通信电连接器的电源正极，两个锂电池的负极与导电条连接；另外两个银质导电带一端连接另一组的两个锂电池的负极端面，其另一端通过PCB基板连接到电路开关的GND端，所述两个锂电池的正极与导电条连接；加热供电连接器固连在PCB基板上，电热丝的两端与加热供电连接器连接。本发明具有结构紧凑，能量密度高，温控性能优良等优点。

Description

一种应用于双单元立方星的蓄电池组
技术领域
本发明属于立方星电源分系统领域，特别是一种应用于双单元立方星的蓄电池组。
背景技术
近些年，伴随着通信、光电元件、材料、传感器、应用流体等科技的快速发展，立方星技术发展显著加速，利用立方星进行通信和对地遥测等成为可能。低廉的成本促使了世界范围内立方星研制计划的涌现。
电源分系统是立方星非常重要的分系统，包括电源控制器，蓄电池组和太阳能电池阵。它为立方星提供所需的工作能源，其中蓄电池组作为唯一的储能设备，担负着立方星入轨前以及入轨后处于地影期整星的能量来源。由此可见，蓄电池组在立方星中占有至关重要的地位。
立方星由于体积小、重量轻，相应的电源系统应具有较大的能量密度。传统的立方星电池组多采用镍氢电池或镉镍电池。对于相同的能量存储，锂离子电池组的质量只有镍氢电池的40％，体积只有30％左右，而且锂离子电池的充电效率可以达到90％～95％，而镍氢电池或镉镍电池的能量效率只有80％左右，采用锂离子电池组可以提高10％～15％的太阳电池阵能量利用率，是立方星蓄电池组的理想选择。
立方星由于体积小，内部空间狭窄，而且在太空中所处环境恶劣，温度变化剧烈，因此针对立方星的蓄电池组的设计难点在于结构的紧凑与温控措施的实现。
目前国外也有立方星蓄电池组的设计。如由瑞士多所大学共同研制的SwissCube一单元立方星，采用了小型聚合物锂离子电池作为储能装置，但其寿命较短，容量较低，不能适应大电流充放电，无法满足双单元立方星对于高容量，大电流，高可靠性的需求；而且其温控范围为-3℃～2℃，未能实现0℃以上的温控调节，对于锂电池的性能及寿命都有一定的损害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于双单元立方星的蓄电池组，具有结构紧凑，能量密度高，温控性能优良的特点，解决了双单元立方星蓄电池模块对于高能量密度，高可靠性以及结构小型化的需求。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种应用于双单元立方星的蓄电池组，包括加热供电连接器、电热丝、电路开关、通信电连接器、PCB基板、导电条、两个盖板、两个温度传感器、四个锂电池和四个银质导电带；电路开关和通信电连接器固连在PCB基板上，在PCB基板上平行设置四个定位槽，相邻的两个定位槽之间的PCB基板上间隔设置温度传感器，锂电池固定在定位槽中，四个锂电池中相邻两个为一组，分为两组，同一组的两个锂电池电极放置方向相同，两组锂电池的电极放置方向相反，使得同一组的两个锂电池并联；锂电池的侧壁两端分别设有盖板，通过盖板将四个锂电池固定在PCB基板上；电热丝依次均匀缠绕在四个锂电池侧壁上，两个银质导电带一端连接在同一组的两个锂电池的正极端面，另一端通过通孔焊盘嵌于PCB基板，并通过PCB基板连接到通信电连接器的电源正极，两个锂电池的负极与导电条连接；另外两个银质导电带一端连接另一组的两个锂电池的负极端面，其另一端通过通孔焊盘嵌于PCB基板，通过PCB基板连接到电路开关的GND端，所述两个锂电池的正极与导电条连接；加热供电连接器固连在PCB基板上，电热丝的两端与加热供电连接器连接，导电条使得两组锂电池之间串联。
所述定位槽包括第一长条形通槽、第二长条形通槽和第三长条形通槽，第一长条形通槽和第三长条形通槽结构和尺寸相同，设置在第二长条形通槽的两端，第二长条形通槽的宽度大于第一长条形通槽的宽度，锂电池上缠绕的电热丝位于第二长条形通槽内。
所述锂电池采用18650锂电池，单节标称电压3.7V，标称容量2600mAh，正常循环1000次以上。
所述电热丝的两端位于缠绕起始点的锂电池的外侧。
所述电热丝采用铁氟龙材质。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明结构紧凑，所占空间小，同时满足高容量和大电流设计需求。
(2)本发明的完整性好，整体抗振动抗冲击能力强，保证电源系统正常工作。
(3)本发明的温控电路简单小巧，温度传感器实现了对蓄电池组温度的实时监测，并与星务计算机进行通信，低温状态控制温控开关导通，电热丝通电可实现对电池组的快速加热。
(4)本发明的研制成本低，所用器件均为市面上常见的商用器件，研制周期短，成本降低。
附图说明
图1是本发明应用于双单元立方星的蓄电池组的立体结构正面示意图。
图2是本发明应用于双单元立方星的蓄电池组的立体结构背面示意图。
图3(a)是本发明应用于双单元立方星的蓄电池组的温控电路原理图一。
图3(b)是本发明应用于双单元立方星的蓄电池组的温控电路原理图二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1～图2，一种应用于双单元立方星的蓄电池组，包括加热供电连接器1、电热丝3、电路开关6、通信电连接器7、PCB基板、导电条11、两个盖板2、两个温度传感器10、四个锂电池4、四个银质导电带5。电路开关6和通信电连接器7固连在PCB基板上，在PCB基板上平行设置四个定位槽8，相邻的两个定位槽8之间的PCB基板上间隔设置温度传感器10，锂电池4固定在定位槽8中，四个锂电池4中相邻两个为一组，分为两组，同一组的两个锂电池4电极放置方向相同，两组锂电池的电极放置方向相反，使得同一组的两个锂电池4并联。锂电池4的侧壁两端分别设有盖板2，通过盖板2将四个锂电池4固定在PCB基板上。电热丝3依次均匀缠绕在四个锂电池侧壁上，两个银质导电带5一端连接在同一组的两个锂电池4的正极端面，另一端通过通孔焊盘9嵌于PCB基板，并通过PCB基板连接到通信电连接器7的电源正极，两个锂电池4的负极与导电条11连接；另外两个银质导电带5一端连接另一组的两个锂电池4的负极端面，其另一端通过通孔焊盘9嵌于PCB基板，通过PCB基板连接到电路开关6的GND端，所述两个锂电池4的正极与导电条11连接。加热供电连接器1固连在PCB基板上，电热丝3的两端与加热供电连接器1连接。加热供电连接器1外接5V电压输入。导电条11使得两组锂电池4之间串联。
所述定位槽8包括第一长条形通槽、第二长条形通槽和第三长条形通槽，第一长条形通槽和第三长条形通槽结构和尺寸相同，设置在第二长条形通槽的两端，第二长条形通槽的宽度大于第一长条形通槽的宽度，锂电池4上缠绕的电热丝3位于第二长条形通槽内。
所述锂电池4采用18650锂电池，所述18650锂电池单节标称电压3.7V，标称容量2600mAh，正常循环1000次以上。
所述电热丝3的两端位于缠绕起始点的锂电池4的外侧。
所述电热丝3采用铁氟龙材质，总电阻20欧姆左右。
所述通信电连接器7外接立方星其他模块系统，实现能量传递和信号互换。
实施例：
结合图1～图3(b)，一种应用于双单元立方星的蓄电池组，包括加热供电连接器1、电热丝3、电路开关6、通信电连接器7、PCB基板、导电条11、两个盖板2、两个温度传感器10、四个锂电池4、四个银质导电带5。电路开关6和通信电连接器7焊接在PCB基板底部，在PCB基板上平行设置四个定位槽8，相邻的两个定位槽8之间的PCB基板上间隔设置温度传感器10，锂电池4固定在定位槽8中，四个锂电池4中相邻两个为一组，分为两组，同一组的两个锂电池4电极放置方向相同，两组锂电池的电极放置方向相反。温度传感器10位于相邻的两个锂电池4之间。锂电池4的侧壁两端分别设有盖板2，盖板2通过螺钉与在PCB基板固连，从而将四个锂电池4固定在PCB基板的定位槽8中。电热丝3从位于边缘的锂电池4上依次均匀缠绕在四个锂电池4侧壁上，缠绕端再绕回缠绕起始点的锂电池4的外侧。四个通孔焊盘9间隔分布在PCB基板底部，且位于电路开关6和通信电连接器7的上方，两个银质导电带5一端连接在同一组的两个锂电池4的正极端面，另一端通过通孔焊盘9嵌于PCB基板，并通过PCB基板连接到通信电连接器7的电源正极，两个锂电池4的负极与导电条11连接；另外两个银质导电带5一端连接另一组的两个锂电池4的负极端面，其另一端通过通孔焊盘9嵌于PCB基板，通过PCB基板连接到电路开关6的GND端，所述两个锂电池4的正极与导电条11连接。加热供电连接器1固连在PCB基板顶部，加热供电连接器1采用双点双线的方式与电热丝3的两端连接。加热供电连接器1外接5V电压输入。
所述定位槽8包括第一长条形通槽、第二长条形通槽和第三长条形通槽，第一长条形通槽和第三长条形通槽结构和尺寸相同，设置在第二长条形通槽的两端，第二长条形通槽的宽度大于第一长条形通槽的宽度，锂电池4上缠绕的电热丝3位于第二长条形通槽内。
所述锂电池4采用18650锂电池。
工作流程：
结合图3(a)和图3(b)，加热供电连接器1(P3)外接5V电压输入，两个温度传感器10将采集到的锂电池4的温度转换为模拟信号T1和T2，经由通信电连接器7(P2)传入星务计算机，由星务计算机将模拟信号转换成实时温度值，若判断当前温度低于下限值(0℃)，则星务计算机输出高电平信号HS，经由通信电连接器7传入N-MOS管(Q2)，使N_MOS管导通，引起P-MOS管也导通(Q1)，加热供电连接器1输入的电压经由P-MOS管的输出端HEAT接入电热丝3，使电热丝3通电加热锂电池4，实现对锂电池4的温度调节。
第一电阻R1(100K)并联在Q1的S极与G极之间，提供偏置电压同时泻放静电；第五电阻R5(100K)并联在Q2的S极与G极之间，提供偏置电压同时泻放静电。

Claims (5)

1.一种应用于双单元立方星的蓄电池组，其特征在于：包括加热供电连接器（1）、电热丝（3）、电路开关（6）、通信电连接器（7）、PCB基板、导电条（11）、两个盖板（2）、两个温度传感器（10）、四个锂电池（4）和四个银质导电带（5）；电路开关（6）和通信电连接器（7）固连在PCB基板上，在PCB基板上平行设置四个定位槽（8），相邻的两个定位槽（8）之间的PCB基板上间隔设置温度传感器（10），锂电池（4）固定在定位槽（8）中，四个锂电池（4）中相邻两个为一组，分为两组，同一组的两个锂电池（4）电极放置方向相同，两组锂电池的电极放置方向相反，使得同一组的两个锂电池（4）并联；锂电池（4）的侧壁两端分别设有盖板（2），通过盖板（2）将四个锂电池（4）固定在PCB基板上；电热丝（3）依次均匀缠绕在四个锂电池侧壁上，两个银质导电带（5）一端连接在同一组的两个锂电池（4）的正极端面，另一端通过通孔焊盘（9）嵌于PCB基板，并通过PCB基板连接到通信电连接器（7）的电源正极，两个锂电池（4）的负极与导电条（11）连接；另外两个银质导电带（5）一端连接另一组的两个锂电池（4）的负极端面，其另一端通过通孔焊盘（9）嵌于PCB基板，通过PCB基板连接到电路开关（6）的GND端，所述两个锂电池（4）的正极与导电条（11）连接；加热供电连接器（1）固连在PCB基板上，电热丝（3）的两端与加热供电连接器（1）连接，导电条（11）使得两组锂电池（4）之间串联。
2.根据权利要求1所述的应用于双单元立方星的蓄电池组，其特征在于：所述定位槽（8）包括第一长条形通槽、第二长条形通槽和第三长条形通槽，第一长条形通槽和第三长条形通槽结构和尺寸相同，设置在第二长条形通槽的两端，第二长条形通槽的宽度大于第一长条形通槽的宽度，锂电池（4）上缠绕的电热丝（3）位于第二长条形通槽内。
3.根据权利要求1所述的应用于双单元立方星的蓄电池组，其特征在于：所述锂电池（4）采用18650锂电池，单节标称电压3.7V，标称容量2600mAh，正常循环1000次以上。
4.根据权利要求1所述的应用于双单元立方星的蓄电池组，其特征在于：所述电热丝（3）的两端位于缠绕起始点的锂电池（4）的外侧。
5.根据权利要求1所述的应用于双单元立方星的蓄电池组，其特征在于：所述电热丝（3）采用铁氟龙材质。
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