CN106374151A - 一种空间用锂离子电池荷电态的调节装置及调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空间用锂离子电池荷电态的调节装置，包含：电源控制器，与锂离子电池组并联连接，并与地面控制站通信连接；实际负载，与锂离子电池组并联连接；辅助负载，与锂离子电池组并联连接，调节锂离子电池组的电池荷电态；继电器，连接设置在实际负载和辅助负载之间，使锂离子电池组通过该继电器分别与实际负载或辅助负载连通；平台母线电源，与电源控制器连接。本发明还涉及一种空间用锂离子电池荷电态的调节方法，对锂离子电池组的总电压以及各锂离子电池单体的电压进行调节，使其对应的荷电态处于15%～45%。本发明结构简单、操作方便，可使锂离子电池组在最理想状态下进入睡眠贮存状态，大幅提升锂离子电池组的贮存寿命。

Description

一种空间用锂离子电池荷电态的调节装置及调节方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池荷电态的调节装置及调节方法，具体是指一种空间用锂离子电池荷电态的调节装置及调节方法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
在某些特殊的技术领域中，锂离子电池常作为储备电源，需要长时间贮存。根据任务需要，锂离子电池可能几个月甚至几年才使用一次，但必须保证每次使用时，锂离子电池的性能不能有明显下降，不能影响正常的工作进行。
而锂离子电池是有一定寿命的，具体分为循环寿命和贮存寿命，两者对应的工作状态不同。循环寿命一般只能通过优化电池设计，选择合理的工作温度等方式来延长。而贮存寿命不仅受锂离子电池设计的影响，还与贮存的温度以及电池荷电态有着重要关系。
对于储备电源而言，其每次工作结束后的状态并非最佳的贮存荷电态，如果保持在这个状态进行长期贮存的话，对锂离子电池的性能及贮存寿命均有不利的影响。因此，对于空间用锂离子电池来说，在长时间贮存前先调节锂离子电池的荷电态具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间用锂离子电池荷电态的调节装置及调节方法，结构简单、操作方便，可使锂离子电池组在最理想状态下进入睡眠贮存状态，大幅提升锂离子电池组的贮存寿命。
为了达到上述目的，本发明提供一种空间用锂离子电池荷电态的调节装置，包含：电源控制器，与锂离子电池组并联连接，并与地面控制站通信连接；实际负载，与锂离子电池组并联连接；辅助负载，与锂离子电池组并联连接，调节锂离子电池组的电池荷电态；继电器，连接设置在实际负载和辅助负载之间，使锂离子电池组通过该继电器分别与实际负载或辅助负载连通；平台母线电源，与电源控制器连接。
所述的锂离子电池组由多个锂离子电池单体串联或并联组成。
所述的电源控制器根据地面控制站的遥测信号，采集锂离子电池组的总电压以及各锂离子电池单体的电压；所述的电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制继电器与实际负载连接，或者控制继电器与辅助负载连接，或者控制继电器与实际负载及辅助负载均断开连接，或控制平台母线电源为锂离子电池组进行充电；所述的电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制锂离子电池组的各锂离子电池单体的均衡。
所述的辅助负载的阻值R为：R = Un/0.05C = Un/0.05Q，其中，Un为锂离子电池组的总电压，C为放电倍率，Q为锂离子电池组的容量。
本发明还提供一种空间用锂离子电池荷电态的调节方法，采用上述的调节装置实现，包含以下步骤：
S1、锂离子电池组在正常工作放电结束后，等待至少2个小时；
S2、电源控制器根据地面控制站的遥测信号，采集锂离子电池组的总电压Un以及各锂离子电池单体的电压U1；
S3、电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制调节装置对锂离子电池组的总电压Un以及各锂离子电池单体的电压U1进行调节，使得其对应的荷电态均处于15%～45%的范围内后，锂离子电池组进入睡眠贮存状态；
S4、每间隔3～6个月，控制电源控制器重新采集锂离子电池组的总电压Un以及各锂离子电池单体的电压U1，并通过调节装置进行调节，使锂离子电池组和各锂离子电池单体的荷电态均处于15%～45%的范围内。
所述的S1中，电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制继电器与实际负载连接，使锂离子电池组与实际负载接通，正常工作进行放电。
在本发明的一个优选实施例中，所述的锂离子电池组由n个锂离子电池单体串联组成，当锂离子电池单体的荷电态处于15%～45%的范围时，对应的锂离子电池单体的电压范围为UA～UB，对应的锂离子电池组的电压范围为nUA～nUB。
所述的S3中，具体包含以下步骤：
S31、当采集到的锂离子电池组的总电压满足Un>nUB，或各锂离子电池单体的电压满足U1>UB时，电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制继电器与辅助负载连接，使锂离子电池组与辅助负载接通进行放电，调节锂离子电池组的电池荷电态，直至锂离子电池组的总电压满足nUA<Un<nUB，及各锂离子电池单体的电压满足UA<U1<UB时，电源控制器控制继电器与辅助负载断开连接，使锂离子电池组停止放电，并进入睡眠贮存状态；否则继续执行S32；
S32、当采集到的锂离子电池组的总电压满足nUA<Un<nUB，及各锂离子电池单体的电压满足UA<U1<UB时，电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制继电器与实际负载及辅助负载均断开连接，锂离子电池组进入睡眠贮存状态；否则继续执行S33；
S33、当采集到的锂离子电池组的总电压满足Un<nUA，或各锂离子电池单体的电压满足U1<UA时，电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制平台母线电源为锂离子电池组进行充电，直至锂离子电池组的总电压满足nUA<Un< nUB，及各锂离子电池单体的电压满足UA<U1<UB时，电源控制器控制平台母线电源停止充电，锂离子电池组进入睡眠贮存状态。
在本发明的另一个优选实施例中，所述的锂离子电池组由n个锂离子电池单体并联组成，当锂离子电池单体的荷电态处于15%～45%的范围时，对应的锂离子电池单体的电压范围为UA～UB，对应的锂离子电池组的电压范围为UA～UB。
所述的S3中，具体包含以下步骤：
S31、当采集到的锂离子电池组的总电压满足Un>UB，或各锂离子电池单体的电压满足U1>UB时，电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制继电器与辅助负载连接，使锂离子电池组与辅助负载接通进行放电，调节锂离子电池组的电池荷电态，直至锂离子电池组的总电压满足UA<U1<UB，及各锂离子电池单体的电压满足UA<U1<UB时，电源控制器控制继电器与辅助负载断开连接，使锂离子电池组停止放电，并进入睡眠贮存状态；否则继续执行S32；
S32、当采集到的锂离子电池组的总电压满足UA<U1<UB，及各锂离子电池单体的电压满足UA<U1<UB时，电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制继电器与实际负载及辅助负载均断开连接，锂离子电池组进入睡眠贮存状态；否则继续执行S33；
S33、当采集到的锂离子电池组的总电压满足Un<UA，或各锂离子电池单体的电压满足U1<UA时，电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制平台母线电源为锂离子电池组进行充电，直至锂离子电池组的总电压满足UA<U1<UB，及锂离子电池单体的电压满足UA<U1<UB时，电源控制器控制平台母线电源停止充电，锂离子电池组进入睡眠贮存状态。
本发明提供的空间用锂离子电池荷电态的调节装置及调节方法，结构简单、操作方便，仅需要并联一个辅助负载和继电器即可很容易的调整锂离子电池组的荷电态，使锂离子电池组在最理想的状态下进入睡眠贮存状态，同时匹配合适的贮存温度，可以大幅提升锂离子电池组的贮存寿命，从而大幅延长卫星等空间飞行器的在轨寿命。
附图说明
图1为本发明中的空间用锂离子电池荷电态的调节装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合图1，详细说明本发明的一个优选实施例。
如图1所示，为本发明提供的空间用锂离子电池荷电态的调节装置，包含：电源控制器5，与锂离子电池组4并联连接，并与地面控制站通信连接；实际负载1，与锂离子电池组4并联连接；辅助负载3，与锂离子电池组4并联连接，调节锂离子电池组4的电池荷电态；继电器2，连接设置在实际负载1和辅助负载3之间，使锂离子电池组4通过该继电器2分别与实际负载1或辅助负载3连通；平台母线电源6，与电源控制器5连接。
所述的锂离子电池组4由多个锂离子电池单体串联或并联组成。
所述的电源控制器5根据地面控制站的遥测信号，采集锂离子电池组4的总电压以及各锂离子电池单体的电压。
所述的电源控制器5根据地面控制站的遥测信号，控制继电器2与实际负载1连接，锂离子电池组4正常工作进行放电；或者控制继电器2与辅助负载3连接，调节锂离子电池组4的电池荷电态；或者控制继电器2与实际负载1及辅助负载3均断开连接，锂离子电池组4进入睡眠状态。
所述的电源控制器5根据地面控制站的遥测信号，控制平台母线电源6为锂离子电池组4进行充电。
所述的电源控制器5根据地面控制站的遥测信号，对锂离子电池组4的各锂离子电池单体进行均衡控制。
所述的辅助负载3的阻值大小由锂离子电池组4的总电压和容量决定，并需要通知辅助负载3接入后的放电倍率为0.05C，因此辅助负载3的阻值R为：R = Un/I = Un/0.05C =Un/0.05Q，其中，Un为锂离子电池组4的总电压，C为放电倍率，Q为锂离子电池组4的容量。
本发明还提供一种空间用锂离子电池荷电态的调节方法，采用上述的调节装置实现，包含以下步骤：
S1、锂离子电池组4在正常工作放电结束后，等待至少2个小时；
S2、电源控制器5根据地面控制站的遥测信号，采集锂离子电池组4的总电压Un以及各锂离子电池单体的电压U1；不同锂离子电池单体的电压对应不同的荷电态；
S3、电源控制器5根据地面控制站的遥测信号，控制调节装置对锂离子电池组4的总电压Un以及各锂离子电池单体的电压U1进行调节，使得其对应的荷电态均处于15%～45%的范围内后，锂离子电池组4进入睡眠贮存状态；
一般情况下，锂离子电池长期贮存于荷电态为15%～45%时，具有较好的贮存寿命，因此需要在锂离子电池组4进入睡眠贮存状态之前，对其荷电态进行调整以满足上述条件；
S4、每间隔3～6个月，控制电源控制器5重新采集锂离子电池组4的总电压Un以及各锂离子电池单体的电压U1，并通过调节装置进行调节，使锂离子电池组4和各锂离子电池单体的荷电态均处于15%～45%的范围内。
所述的S1中，电源控制器5根据地面控制站的遥测信号，控制继电器2与实际负载1连接，使锂离子电池组4与实际负载1接通，正常工作进行放电。
当所述的锂离子电池组4由n个锂离子电池单体串联组成时，锂离子电池单体的荷电态处于15%～45%的范围，对应的锂离子电池单体的电压范围为UA～UB（本实施例中，为3.7V～3.9V），对应的锂离子电池组4的电压范围为nUA～nUB（本实施例中，为3.7nV～3.9nV）。
在该情况下，所述的S3中，具体包含以下步骤：
S31、当采集到的锂离子电池组4的总电压满足Un>3.9nV，或各锂离子电池单体的电压满足U1>3.9V时，表明锂离子电池组4的电压过高，电源控制器5根据地面控制站的遥测信号，控制继电器2与辅助负载3连接，使锂离子电池组4与辅助负载3接通进行放电，调节锂离子电池组4的电池荷电态，直至锂离子电池组4的总电压满足3.7nV<Un<3.9nV，及各锂离子电池单体的电压满足3.7V<U1<3.9V时，电源控制器5控制继电器2与辅助负载3断开连接，使锂离子电池组4停止放电，并进入睡眠贮存状态；否则继续执行S32；
S32、当采集到的锂离子电池组4的总电压满足3.7nV<Un<3.9nV，及各锂离子电池单体的电压满足3.7V<U1<3.9V时，电源控制器5根据地面控制站的遥测信号，控制继电器2与实际负载1及辅助负载3均断开连接，锂离子电池组4进入睡眠贮存状态；否则继续执行S33；
S33、当采集到的锂离子电池组4的总电压满足Un<3.7nV，或各锂离子电池单体的电压满足U1<3.7V时，表明锂离子电池组4的电压过低，电源控制器5根据地面控制站的遥测信号，控制平台母线电源6为锂离子电池组4进行充电，且充电电流控制在0.05C左右，直至锂离子电池组4的总电压满足3.7nV<Un<3.9nV，及各锂离子电池单体的电压满足3.7V<U1<3.9V时，电源控制器5控制平台母线电源6停止充电，锂离子电池组4进入睡眠贮存状态。
当所述的锂离子电池组4由n个锂离子电池单体并联组成时，锂离子电池单体的荷电态处于15%～45%的范围，对应的锂离子电池单体的电压范围为UA～UB（本实施例中，为3.7V～3.9V），对应的锂离子电池组4的电压范围为UA～UB（本实施例中，为3.7V～3.9V）。
在该情况下，所述的S3中，具体包含以下步骤：
S31、当采集到的锂离子电池组4的总电压满足Un>3.9V，或各锂离子电池单体的电压满足U1>3.9V时，表明锂离子电池组4的电压过高，电源控制器5根据地面控制站的遥测信号，控制继电器2与辅助负载3连接，使锂离子电池组4与辅助负载3接通进行放电，调节锂离子电池组4的电池荷电态，直至锂离子电池组4的总电压满足3.7V<Un<3.9V，及各锂离子电池单体的电压满足3.7V<U1<3.9V时，电源控制器5控制继电器2与辅助负载3断开连接，使锂离子电池组4停止放电，并进入睡眠贮存状态；否则继续执行S32；
S32、当采集到的锂离子电池组4的总电压满足3.7V<Un<3.9V，及各锂离子电池单体的电压满足3.7V<U1<3.9V时，电源控制器5根据地面控制站的遥测信号，控制继电器2与实际负载1及辅助负载3均断开连接，锂离子电池组4进入睡眠贮存状态；否则继续执行S33；
S33、当采集到的锂离子电池组4的总电压满足Un<3.7V，或各锂离子电池单体的电压满足U1<3.7V时，表明锂离子电池组4的电压过低，电源控制器5根据地面控制站的遥测信号，控制平台母线电源6为锂离子电池组4进行充电，且充电电流控制在0.05C左右，直至锂离子电池组4的总电压满足3.7V<Un<3.9V，及锂离子电池单体的电压满足3.7V<U1<3.9V时，电源控制器5控制平台母线电源6停止充电，锂离子电池组4进入睡眠贮存状态。
与现有技术相比，本发明提供的空间用锂离子电池荷电态的调节装置及调节方法，结构简单、操作方便，仅需要并联一个辅助负载和继电器即可很容易的调整锂离子电池组的荷电态，使锂离子电池组在最理想的状态下进入睡眠贮存状态，同时匹配合适的贮存温度，可以大幅提升锂离子电池组的贮存寿命，从而大幅延长卫星等空间飞行器的在轨寿命。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种空间用锂离子电池荷电态的调节装置，其特征在于，包含：
电源控制器，与锂离子电池组并联连接，并与地面控制站通信连接；
实际负载，与锂离子电池组并联连接；
辅助负载，与锂离子电池组并联连接，调节锂离子电池组的电池荷电态；
继电器，连接设置在实际负载和辅助负载之间，使锂离子电池组通过该继电器分别与实际负载或辅助负载连通；
平台母线电源，与电源控制器连接。
2.如权利要求1所述的空间用锂离子电池荷电态的调节装置，其特征在于，所述的锂离子电池组由多个锂离子电池单体串联或并联组成。
3.如权利要求1所述的空间用锂离子电池荷电态的调节装置，其特征在于，所述的电源控制器根据地面控制站的遥测信号，采集锂离子电池组的总电压以及各锂离子电池单体的电压；
所述的电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制继电器与实际负载连接，或控制继电器与辅助负载连接，或控制继电器与实际负载及辅助负载均断开连接，或控制平台母线电源为锂离子电池组进行充电；
所述的电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制锂离子电池组的各锂离子电池单体的均衡。
4.如权利要求1所述的空间用锂离子电池荷电态的调节装置，其特征在于，所述的辅助负载的阻值R为：R = Un/0.05C = Un/0.05Q，其中，Un为锂离子电池组的总电压，C为放电倍率，Q为锂离子电池组的容量。
5.一种空间用锂离子电池荷电态的调节方法，采用如权利要求1～4中任一项所述的调节装置实现，其特征在于，包含以下步骤：
S1、锂离子电池组在正常工作放电结束后，等待至少2个小时；
S2、电源控制器根据地面控制站的遥测信号，采集锂离子电池组的总电压Un以及各锂离子电池单体的电压U1；
S3、电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制调节装置对锂离子电池组的总电压Un以及各锂离子电池单体的电压U1进行调节，使得其对应的荷电态均处于15%～45%的范围内后，锂离子电池组进入睡眠贮存状态；
S4、每间隔3～6个月，控制电源控制器重新采集锂离子电池组的总电压Un以及各锂离子电池单体的电压U1，并通过调节装置进行调节，使锂离子电池组和各锂离子电池单体的荷电态均处于15%～45%的范围内。
6.如权利要求5所述的空间用锂离子电池荷电态的调节方法，其特征在于，所述的S1中，电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制继电器与实际负载连接，使锂离子电池组与实际负载接通，正常工作进行放电。
7.如权利要求5所述的空间用锂离子电池荷电态的调节方法，其特征在于，所述的锂离子电池组由n个锂离子电池单体串联组成，当锂离子电池单体的荷电态处于15%～45%的范围时，对应的锂离子电池单体的电压范围为UA～UB，对应的锂离子电池组的电压范围为nUA～nUB。
8.如权利要求7所述的空间用锂离子电池荷电态的调节方法，其特征在于，所述的S3中，具体包含以下步骤：
S31、当采集到的锂离子电池组的总电压满足Un>nUB，或各锂离子电池单体的电压满足U1>UB时，电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制继电器与辅助负载连接，使锂离子电池组与辅助负载接通进行放电，调节锂离子电池组的电池荷电态，直至锂离子电池组的总电压满足nUA<Un<nUB，及各锂离子电池单体的电压满足UA<U1<UB时，电源控制器控制继电器与辅助负载断开连接，使锂离子电池组停止放电，并进入睡眠贮存状态；否则继续执行S32；
S32、当采集到的锂离子电池组的总电压满足nUA<Un<nUB，及各锂离子电池单体的电压满足UA<U1<UB时，电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制继电器与实际负载及辅助负载均断开连接，锂离子电池组进入睡眠贮存状态；否则继续执行S33；
S33、当采集到的锂离子电池组的总电压满足Un<nUA，或各锂离子电池单体的电压满足U1<UA时，电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制平台母线电源为锂离子电池组进行充电，直至锂离子电池组的总电压满足nUA<Un<nUB，及各锂离子电池单体的电压满足UA<U1<UB时，电源控制器控制平台母线电源停止充电，锂离子电池组进入睡眠贮存状态。
9.如权利要求5所述的空间用锂离子电池荷电态的调节方法，其特征在于，所述的锂离子电池组由n个锂离子电池单体并联组成，当锂离子电池单体的荷电态处于15%～45%的范围时，对应的锂离子电池单体的电压范围为UA～UB，对应的锂离子电池组的电压范围为UA～UB。
10.如权利要求9所述的空间用锂离子电池荷电态的调节方法，其特征在于，所述的S3中，具体包含以下步骤：
S31、当采集到的锂离子电池组的总电压满足Un>UB，或各锂离子电池单体的电压满足U1>UB时，电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制继电器与辅助负载连接，使锂离子电池组与辅助负载接通进行放电，调节锂离子电池组的电池荷电态，直至锂离子电池组的总电压满足UA<U1<UB，及各锂离子电池单体的电压满足UA<U1<UB时，电源控制器控制继电器与辅助负载断开连接，使锂离子电池组停止放电，并进入睡眠贮存状态；否则继续执行S32；
S32、当采集到的锂离子电池组的总电压满足UA<U1<UB，及各锂离子电池单体的电压满足UA<U1<UB时，电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制继电器与实际负载及辅助负载均断开连接，锂离子电池组进入睡眠贮存状态；否则继续执行S33；
S33、当采集到的锂离子电池组的总电压满足Un<UA，或各锂离子电池单体的电压满足U1<UA时，电源控制器根据地面控制站的遥测信号，控制平台母线电源为锂离子电池组进行充电，直至锂离子电池组的总电压满足UA<U1<UB，及锂离子电池单体的电压满足UA<U1<UB时，电源控制器控制平台母线电源停止充电，锂离子电池组进入睡眠贮存状态。
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