CN106848461A - 一种卫星用蓄电池组自适应充电方法 - Google Patents

一种卫星用蓄电池组自适应充电方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种卫星用蓄电池组自适应充电方法，在充电电流不大于预设电流的条件下，启用自适应充电控制程序，所述自适应充电控制程序包括过压保护程序、过温保护程序；在没有启动过压保护程序和过温保护程序的情况下，开启充电。

Description

一种卫星用蓄电池组自适应充电方法
技术领域
本发明涉及卫星用蓄电池组充电控制方法，特别涉及卫星用蓄电池组自适应充电方法。
背景技术
目前空间用电源系统大都采用太阳电池-控制器-蓄电池系统，在光照期，由太阳电池阵发电给母线供电和蓄电池组充电，在阴影期，由蓄电池组放电，实现母线的连续供电。因此，蓄电池组的管理直接影响到卫星的正常使用，随着在轨卫星的增加，卫星寿命要求的越来越长，因此需要一种不需要地面介入即可实现的一种自适应充电方式，确保蓄电池组工作在正常的荷电状态。
目前在轨使用的蓄电池组主要包括镉镍、氢镍和锂离子蓄电池组。为了确保蓄电池组在轨长期运行，蓄电池组的充放电控制尤为重要，关键要控制好蓄电池组的荷电态，防止蓄电池组的过充电和过放电。所以蓄电池组一般采用阈值控制方法，对蓄电池组的电压、电量或氢压信号进行采集，然后与设定值进行比较，大于设定值，停止充电，小于设定值，恢复充电，从而使蓄电池组始终工作在一定的荷电态内，由于在整个寿命期间，蓄电池组的状态会发生衰退，内阻增加、充电效率减小、离散性增加且可能发生单体失效等，因此在整个寿命器件蓄电池组的充电目标控制参数是一直变化的，目前在对蓄电池组充电设计时，设计多个控制点，充电参数通过地面指令调整，使控制参数接近于目标控制参数，这种方法需要地面对星上数据不间断的监视以及上注指令才能实现，响应较慢、可靠性较差，效率较低。自适应充电方式是由星上自主采集和判断实现，通过电压、电流、温度的算法结合电量计算与控制的方法，自动调整控制参数，使控制参数接近于目标控制参数，实现蓄电池组的自适应充电控制，确保蓄电池组工作在合理的状态。
发明内容
本发明解决的问题是现有星上蓄电池组充电采用阈值控制法，在电池组状态衰退后，阈值控制法可靠性下降；为解决所述问题，本发明提供一种卫星用蓄电池组自适应充电方法。
本发明提供的卫星用蓄电池组自适应充电方法在充电电流不大于预设电流的条件下，启用自适应充电控制程序，所述自适应充电控制程序包括过压保护程序、过温保护程序；在没有启动过压保护程序和过温保护程序的情况下，开启充电。
进一步，所述过压保护程序包括：如果采集的蓄电池组电压大于设定的过压保护电压，则说明蓄电池组过充电，发送充电终止指令，同时调整充放比，并设定过压保护状态，如果发生了过压保护，需要判断是否过压保护解除，过压保护解除通过蓄电池组电压下降到预定的值或者放电电流大于预定的值实现。
进一步，调整充放比包括将充放比减小0.001。
进一步，所述过温保护程序包括：如果采集的蓄电池组温度大于设定的过温保护值，则发送充电终止指令，并设定过温保护状态，如果发生了过温保护，需要判断是否过温保护解除，过温保护解除通过蓄电池组温度下降到预定值或者蓄电池组的电量低于预定值实现。
进一步，充电过程中，测量蓄电池组的充电电压和当前电量，蓄电池组的电压大于在相应充电电流、温度下的设定电压值；或者蓄电池组的当前电量大于等于满电量充电终止。
进一步，充电解锁条件为当前电量小于等于解锁电量。
进一步，解锁电量软件设定，或者设置于满电量有固定关系的电量。
进一步，所述欠压恢复程序包括：如果采集的蓄电池组电压小于设定的欠压保护电压，则说明蓄电池组过放电，发送充电解锁指令，同时调整充放比。
进一步，调整充放比包括将充放比增加0.001。本发明的优点包括：
1）本发明的一种卫星用蓄电池组自适应充电方法，可以用在阈值控制的充电电路中，包括锂离子蓄电池的限压充电控制，氢镍蓄电池组的氢压充电控制。
2）本发明可以实现对蓄电池组过压、过温、过流的充电保护功能；
3）本发明可以通过通过电流、温度以及电压的算法，对蓄电池组进行充电终止和保护控制，通过电量计算与比较，实现对蓄电池组电量控制；
3）本发明的一种卫星用蓄电池组自适应充电方法，通过设定最高的充电电压、最低的蓄电池电压，实现对蓄电池组充放电效率的自适应调整，使充电控制参数接近于蓄电池组实际的目标控制参数，实现对蓄电池组的自适应充电；
4）本发明的一种卫星用蓄电池组自适应充电方法，可以通过星上软件自主判断和调整充放电控制参数，克服了地面对星上数据的连续判断的复杂性和地面上注参数的时效性缺点，实现了星上自主对蓄电池组的充电控制，对卫星用蓄电池在轨管理具有重要的工程价值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的蓄电池组自适应充电方法的流程示意图。
图2是本发明实施例提供的蓄电池组自适应充电方法的自适应充电控制程序。
具体实施方式
下文结合附图和实施例对本发明进行进一步阐述。
本发明实施例提供的卫星用蓄电池组自适应充电方法，在充电电流不大于预设电流的条件下，启用自适应充电控制程序，所述自适应充电控制程序包括过压保护程序、过温保护程序；在没有启动过压保护程序和过温保护程序的情况下，开启充电。
本发明所提供的一种卫星用蓄电池组自适应充电方法在保证星上蓄电池组正常充放电的同时，通过蓄电池组的电压、电流和温度等信号处理和判断，实现蓄电池组的过压、过温、过流、过放以及自适应的调整控制参数（充放比）的功能，当采集到蓄电池组的充电电流大于设定电流时，通过分流部分太阳阵的电流，减小充电电流；当采集到蓄电池组的充电电压大于过压电压时，通过分流全部太阳阵电流以实现蓄电池组的过压保护，过压保护说明蓄电池组发生了过充，软件会自动调整蓄电池组的充电效率（降低蓄电池组的充放比）;当采集到蓄电池组的充电温度大于过温温度时，通过分流全部太阳阵电流以实现蓄电池组的过温保护，当采集到蓄电池组的电压小于过放电压时，说明蓄电池组发生了过放，软件会自动调整蓄电池组的充电效率（提高蓄电池组的充放比）。
充放比根据蓄电池组的不同，有一个初始默认值，氢镍和镍镉蓄电池组的充放比为1.020，锂离子蓄电池组的充放比为1.010。寿命期间，蓄电池组的充电转换效率会逐渐下降，充放比会逐渐增大（充放比=1/充电转换效率），在蓄电池组寿命期间内，充放比变化范围基本为1.000~1.500，自适应调整的方法采用固定步进法，当每次检测到蓄电池过充时，将充放比减小0.001，当每次检测到蓄电池组过放时，将充放比增加0.001，从而使充电控制参数接近于蓄电池组的实际目标控制参数。
请参考图1，卫星用蓄电池组自适应充电方法，是一种软硬件结合的充电控制方法，硬件将采集的蓄电池组的电压、温度、充放电电流信号转化为数字量交由软件处理运算，电压主要与设定的电压比较以实现过压保护、欠压恢复和正常的V-I-T充电终止控制，温度是与设定的温度比较实现过温保护和过温解除功能，电流是通过与设定的电流比较实现过流保护功能，并参与电量计算以及正常的V-I-T充电终止控制。
参照图2，整个充电流程如下：首先为避免因软件复位或硬件切换等造成蓄电池电量参数的丢失，从而影响电量计算控制功能的情况发生，任何情况下程序重新启动运行时，需要首先采用氢压或V-I-T控制蓄电池进行一次充电，软件监测到由氢压或V-I-T控制发出充电终止信号后，认为蓄电池的初态明确，处于满电量状态，才可以进行安时累计和充电控制。充放电电量的算法如下：Q放=Q放0+放电电流（A）×时间间隔（h），Q充=Q充0+充电电流（A）×时间间隔（h）/充放比，当前电量=满电量+ Q充- Q放，Q放0为初始放电电量值，Q充0为初始充电电量值。将采集的充电电流与设定的最大电流比较，如果比设定的电流大则发指令减小充电电流，以实现限流充电的功能；通过软件开关开通或关闭自适应控制功能，当自适应控制标志为1时，启动自适应控制，否则不启动自适应充电控制。
实现对蓄电池组充电过压保护功能，充电期间，如果采集的蓄电池组电压大于设定的过压保护电压，则说明蓄电池组过充电，发送充电终止指令，同时调整充放比，将充放比减小0.001，并设定过压保护状态，如果发生了过压保护，需要判断是否过压保护解除，过压保护解除可以通过蓄电池组电压下降到一定的值或者放电电流大于一定的值实现。
实现对蓄电池组充电过温保护功能，充电期间，如果采集的蓄电池组温度大于设定的过温保护值，则说明蓄电池组温度较高，如果继续充电会损伤蓄电池，影响蓄电池组寿命，因此发送充电终止指令，并设定过温保护状态，如果发生了过温保护，需要判断是否过温保护解除，过温保护解除可以通过蓄电池组温度下降到一定的值或者蓄电池组的电量低于一定的值实现。
如果没有发生过压也没有发生过温，需要对蓄电池组的正常充电进行判断，其中充电终止的条件是蓄电池组的电压大于在相应充电电流、温度下的设定电压值:V采集电压>V（I、T）或者蓄电池组的当前电量大于等于满电量。充电解锁条件为当前电量小于等于解锁电量，解锁电量可以软件设定，或者设置于满电量有固定关系的电量。
如果蓄电池组的当前电量大于解锁电量时，蓄电池组的电压已经小于了设定电压，说明蓄电池组的参数设置不合理，或者蓄电池组表征电量与实际电量发生了很大的偏差，需要发送充电解锁指令，同时将电量置零，并调整充放比，将充放比增加0.001。
从图2可以看出，自适应充电控制主要是通过设定的最高电压和最低电压，在充放电过程中如果触发了过压保护或欠压恢复条件，通过调整充放比这个关键控制参数，实现蓄电池组的自适应控制。
综上，本发明实施例所提供的一种卫星用蓄电池组自适应充电方法，是将采集的电压、电流和温度等信号由软件进行处理和判断，并自主修正充电控制参数，使充电控制参数接近于目标控制参数，完成对蓄电池组的自适应控制。自适应充电控制修改的参数是蓄电池组的充放比，通过设定最高的充电电压，通过电流、温度以及电压的算法，对蓄电池组进行充电终止和保护控制，并启动电量计算与控制；通过设定最低的放电电压，对电量计算中的充放比（控制参数）进行调节，使充放比接近于蓄电池组的实际充放比，不依靠地面指令就可实现自适应的充电功能，使星上蓄电池组工作在合理的荷电态。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种卫星用蓄电池组自适应充电方法，其特征在于，在充电电流不大于预设电流的条件下，启用自适应充电控制程序，所述自适应充电控制程序包括过压保护程序、过温保护程序；在没有启动过压保护程序和过温保护程序的情况下，开启充电。
2.依据权利要求1所述的卫星用蓄电池组自适应充电方法，其特征在于，
所述过压保护程序包括：如果采集的蓄电池组电压大于设定的过压保护电压，则说明蓄电池组过充电，发送充电终止指令，同时调整充放比，并设定过压保护状态，如果发生了过压保护，需要判断是否过压保护解除，过压保护解除通过蓄电池组电压下降到预定的值或者放电电流大于预定的值实现。
3.依据权利要求2所述的卫星用蓄电池组自适应充电方法，其特征在于，
调整充放比包括将充放比减小0.001。
4.依据权利要求1所述的卫星用蓄电池组自适应充电方法，其特征在于，所述过温保护程序包括：如果采集的蓄电池组温度大于设定的过温保护值，则发送充电终止指令，并设定过温保护状态，如果发生了过温保护，需要判断是否过温保护解除，过温保护解除通过蓄电池组温度下降到预定值或者蓄电池组的电量低于预定值实现。
5.依据权利要求1所述的卫星用蓄电池组自适应充电方法，其特征在于，充电过程中，测量蓄电池组的充电电压和当前电量，蓄电池组的电压大于在相应充电电流、温度下的设定电压值；或者蓄电池组的当前电量大于等于满电量充电终止。
6.依据权利要求1所述的卫星用蓄电池组自适应充电方法，其特征在于，充电解锁条件为当前电量小于等于解锁电量。
7.依据权利要求6所述的卫星用蓄电池组自适应充电方法，其特征在于，解锁电量软件设定，或者设置于满电量有固定关系的电量。
8.依据权利要求1所述的卫星用蓄电池组自适应充电方法，其特征在于，
所述欠压恢复程序包括：如果采集的蓄电池组电压小于设定的欠压保护电压，则说明蓄电池组过放电，发送充电解锁指令，同时调整充放比。
9.依据权利要求8所述的卫星用蓄电池组自适应充电方法，其特征在于，
调整充放比包括将充放比增加0.001。
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