CN107425560B - 低轨卫星锂离子蓄电池组充放电安全性控制方法 - Google Patents

低轨卫星锂离子蓄电池组充放电安全性控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低轨卫星锂离子蓄电池组充放电安全性控制方法，其包括第一部分和第二部分；第一部分为电源下位机锂离子蓄电池组充放电安全控制部分且包括下列步骤：步骤一，在卫星电源控制器中设置电源下位机；步骤二，在电源下位机软件中设置蓄电池组过压阈值、蓄电池组欠压阈值、蓄电池组过流阈值。本发明可以有效提高低轨卫星锂离子蓄电池组在轨充放电控制的安全性，为卫星在轨正常工作和长寿命运行奠定基础。

Description

低轨卫星锂离子蓄电池组充放电安全性控制方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子蓄电池组充放电控制技术，特别是涉及一种低轨卫星锂离子蓄电池组充放电安全性控制方法。
背景技术
电源分系统是卫星重要组成部分，承担着星上能源的产生、储存、调节、分配和传输等功能，是保障卫星上各分系统负载供电安全的基础，电源分系统的安全性与可靠性关系卫星任务成败。蓄电池组是电源分系统核心储能组件，其作用是在卫星光照期将太阳电池阵产生的富裕能量储存起来，在卫星进入阴影期为星上负载供电，或在光照期卫星出现峰值大功率负载需求时进行补充供电。随着卫星负载功率需求地不断增加，高比能量的锂离子蓄电池组逐渐应用在卫星上，相对于传统的镉镍蓄电池组和氢镍蓄电池组，锂离子蓄电池组在重量、体积上有明显优势。随着锂离子蓄电池组在轨应用的逐渐成熟，越来越多的卫星采用了锂离子蓄电池组作为储能部件。
但是目前国内低轨卫星锂离子蓄电池组，特别是大功率锂离子蓄电池组尚无长寿命在轨应用先例。相对于已经在轨应用了几十年的镉镍蓄电池组和氢镍蓄电池组来说，锂离子蓄电池组及其在轨充放电控制技术的成熟性相对要差。目前低轨卫星在轨寿命要求从之前的2～3年普遍提高到5～8年，这对锂离子蓄电池组在轨工作的安全性和可靠性提出了很高的要求。
因此，低轨卫星锂离子蓄电池组需要充分考虑充放电安全性控制技术，确保锂离子蓄电池组在轨工作安全可靠，从而为卫星在轨正常运行和长寿命工作奠定基础。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低轨卫星锂离子蓄电池组充放电安全性控制方法，其能以提高低轨卫星锂离子蓄电池组充放电的安全性，从而为卫星在轨正常运行和长寿命工作奠定基础。
本发是通明过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种低轨卫星锂离子蓄电池组充放电安全控制方法，其特征在于，其包括第一部分和第二部分；
第一部分为电源下位机锂离子蓄电池组充放电安全控制部分且包括下列步骤：
步骤一，在卫星电源控制器中设置电源下位机；
步骤二，在电源下位机软件中设置“蓄电池组过压阈值”、“蓄电池组欠压阈值”、“蓄电池组过流阈值”；
步骤三，对所有阈值参数进行判断，如为“0”，则相对应的安全控制措施不启动；如不为“0”，则按后续流程执行相应安全控制措施；
步骤四，电源下位机采集蓄电池组电压参数、蓄电池组电流参数并和阈值进行比较；
步骤五，当电源下位机采集的蓄电池组电压参数高于设定的“蓄电池组过压阈值”，电源下位机发出控制指令，切断蓄电池组充电回路，防止蓄电池组过充电；
步骤六，当电源下位机采集到的蓄电池组电压参数低于设定的“蓄电池组欠压阈值”时，电源下位机发出控制指令，接通蓄电池组充电回路，恢复蓄电池组充电，同时通过数据总线向星务计算机发送“蓄电池组欠压报警”信号，由星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理；
步骤七，当电源下位机采集的蓄电池组电流参数大于设定的“蓄电池组过流阈值”时，电源下位机通过数据总线向星务计算机发送“蓄电池组过流报警”信号，由星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理；
第二部分为星务计算机锂离子蓄电池组充放电安全控制部分包括以下步骤：
步骤十一、在卫星测控星务分系统中设置星务计算机；
步骤十二、在星务计算机软件中设置“蓄电池组欠压阈值”和”蓄电池组过流阈值”；
步骤十三、对所有阈值参数进行判断，如为“0”，则相对应的安全控制措施不启动；如不为“0”，则按后续流程执行相应安全控制措施；
步骤十四、星务计算机采集蓄电池组电压参数、蓄电池组电流参数并和阈值比较；
步骤十五、当采集到的蓄电池组电压参数低于设定的“蓄电池组欠压阈值”时，星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面进行异常现象或故障的定位和处理；
步骤十六、当采集到的蓄电池组电流参数大于设定的“蓄电池组过流阈值”时，星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理；
步骤十七、当星务计算机通过数据总线接收到电源下位机发送的“蓄电池组欠压报警”或“蓄电池组过流报警”信号时，星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理。
优选地，所述阈值参数设置来选择是否启动安全控制；如阈值参数为“0”，不启动安全控制，如不为“0”，则启动安全控制；初始状态为不启动安全控制。
优选地，所述电源下位机中设置的“蓄电池组欠压阈值”要大于星务计算机中设置的“蓄电池组欠压阈值”，电源下位机中设置的“蓄电池组过流压阈值”要小于星务计算机中的“蓄电池组过流阈值”，即电源下位机要优先于星务计算机对蓄电池组欠压和过流实施安全保护。
优选地，当所述星务计算机锂离子蓄电池组出现欠压或过流时，星务计算机通知有效载荷管理单元进行有效载荷应急关机并清空存储在管理单元中未执行的开机指令，同时星务计算机通知加热器管理单元将星上加热器状态设置为最小配置状态，使卫星处于“最小负载工作”模式，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理。
本发明的积极进步效果在于：本发明充分利用卫星上电源下位机软件管理能力，在锂离子蓄电池组常规充放电循环控制策略的基础上，针对锂离子蓄电池组欠压、过压、过流等提出了安全控制措施；同时充分利用卫星上星务计算机的软件管理能力，在星务计算机上针对锂离子蓄电池组欠压、过流以及接收到电源下位机发送的欠压报警信号和过流报警信号时采取安全控制措施，这些安全性控制措施可以有效提高锂离子蓄电池组在轨工作安全性，从而为卫星在轨正常工作和实现长寿命运行提供保障。本发明可广泛应用于卫星用锂离子蓄电池组的充放电安全性控制。
附图说明
图1为本发明的低轨卫星锂离子蓄电池组安全控制信息流示意图。
图2为本发明的电源下位机实现锂离子蓄电池组安全控制流程图。
图3为本发明的星务计算机实现锂离子蓄电池组安全控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1至图3所示，本发明低轨卫星锂离子蓄电池组充放电安全性控制方法，其包括：
本发明涉及的系统组成如图1所示。电源控制器中主备份下位机和星务计算机主备份模块分别完成锂离子蓄电池组电压和电流参数采集和处理工作。锂离子蓄电池组正常工作电压为57.6V～64V。有效载荷分系统为SAR分系统，其管理单元为SAR计算机。加热器的管理单元为热控线路盒。数据总线为1553B总线。
当电源下位机采集到的锂离子蓄电池组电压参数和电流参数超出了设置的阈值时，电源下位机发送蓄电池组充电切除或解锁指令，同时通过1553B数据总线向星务计算机发送报警信号；当星务计算机接收到电源下位机报警信号，或者采集到的蓄电池组电压参数或电流参数超出了阈值时，星务计算机通过1553B总线向SAR计算机发出SAR分系统应急关机指令，由SAR计算机完成系统内各单机的应急关机并清空存储在SAR计算机中尚未执行的开机指令；星务计算机同时向热控线路盒发送加热器设置指令，将星上加热器状态设置在最小配置状态，卫星处于最小负载工作模式，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理。
如图2所示，本发明中电源下位机锂离子蓄电池组充放电安全控制，其包括第一部分和第二部分；
第一部分为电源下位机锂离子蓄电池组充放电安全控制部分且包括下列步骤：
步骤一，在卫星电源控制器中设置电源下位机；
步骤二，在电源下位机软件中设置“蓄电池组过压阈值”、“蓄电池组欠压阈值”、“蓄电池组过流阈值”；
步骤三，对所有阈值参数进行判断，如为“0”，则相对应的安全控制措施不启动；如不为“0”，则按后续流程执行相应安全控制措施；
步骤四，电源下位机采集蓄电池组电压参数、蓄电池组电流参数并和阈值进行比较；
步骤五，当电源下位机采集的蓄电池组电压参数高于设定的“蓄电池组过压阈值”，电源下位机发出控制指令，切断蓄电池组充电回路，防止蓄电池组过充电；
步骤六，当电源下位机采集到的蓄电池组电压参数低于设定的“蓄电池组欠压阈值”时，电源下位机发出控制指令，接通蓄电池组充电回路，恢复蓄电池组充电，同时通过数据总线向星务计算机发送“蓄电池组欠压报警”信号，由星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理；
步骤七，当电源下位机采集的蓄电池组电流参数大于设定的“蓄电池组过流阈值”时，电源下位机通过数据总线向星务计算机发送“蓄电池组过流报警”信号，由星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理；
第二部分为星务计算机锂离子蓄电池组充放电安全控制部分包括以下步骤：
步骤十一、在卫星测控星务分系统中设置星务计算机；
步骤十二、在星务计算机软件中设置“蓄电池组欠压阈值”和”蓄电池组过流阈值”；
步骤十三、对所有阈值参数进行判断，如为“0”，则相对应的安全控制措施不启动；如不为“0”，则按后续流程执行相应安全控制措施；
步骤十四、星务计算机采集蓄电池组电压参数、蓄电池组电流参数并和阈值比较；
步骤十五、当采集到的蓄电池组电压参数低于设定的“蓄电池组欠压阈值”时，星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面进行异常现象或故障的定位和处理；
步骤十六、当采集到的蓄电池组电流参数大于设定的“蓄电池组过流阈值”时，星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理；
步骤十七、当星务计算机通过数据总线接收到电源下位机发送的“蓄电池组欠压报警”或“蓄电池组过流报警”信号时，星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理。
所述阈值参数设置来选择是否启动安全控制；如阈值参数为“0”，不启动安全控制，如不为“0”，则启动安全控制；初始状态为不启动安全控制。
所述电源下位机中设置的“蓄电池组欠压阈值”要大于星务计算机中设置的“蓄电池组欠压阈值”，电源下位机中设置的“蓄电池组过流压阈值”要小于星务计算机中的“蓄电池组过流阈值”，即电源下位机要优先于星务计算机对蓄电池组欠压和过流实施安全保护。
当所述星务计算机锂离子蓄电池组出现欠压或过流时，星务计算机通知有效载荷管理单元进行有效载荷应急关机并清空存储在管理单元中未执行的开机指令，同时星务计算机通知加热器管理单元将星上加热器状态设置为最小配置状态，使卫星处于“最小负载工作”模式，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理。
本发明涉及锂离子蓄电池组充放电控制技术，公开了一种低轨卫星锂离子蓄电池组充放电安全性控制方法，包括以下内容：一，通过卫星上电源下位机采集锂离子蓄电池组电压和电流参数并和设置的阈值进行比较，如果电压参数大于过压阈值，则切断蓄电池组充电开关，防止蓄电池组过充电；如果电压参数小于欠压阈值，则接通蓄电池组充电开关，恢复蓄电池组充电，同时向星务计算机发送欠压报警信号；如果电流参数大于过流阈值，则向星务计算机发送过流报警信号；二，通过卫星上星务计算机采集离子蓄电池组电压和电流参数，如果电压参数小于欠压阈值，或者电流参数大于过流阈值，或者星务计算机通过数据总线接收到电源下位机欠压报警信号或过流报警信号，则星务计算机通过数据总线通知有效载荷管理单元进行有效载荷各单机应急关机并清空后续未执行的有效载荷开机指令，同时通过数据总线通知星上加热器管理单元设置加热器为最小配置状态，使卫星处于“最小负载工作模式”，等待地面进行异常现象或故障的定位和处理。
本发明可以有效提高低轨卫星锂离子蓄电池组在轨充放电控制的安全性，为卫星在轨正常工作和长寿命运行奠定基础。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低轨卫星锂离子蓄电池组充放电安全控制方法，其特征在于，其包括第一部分和第二部分；
第一部分为电源下位机锂离子蓄电池组充放电安全控制部分且包括下列步骤：
步骤一，在卫星电源控制器中设置电源下位机；
步骤二，在电源下位机软件中设置“蓄电池组过压阈值”、“蓄电池组欠压阈值”、“蓄电池组过流阈值”；
步骤三，对所有阈值参数进行判断，如为“0”，则相对应的安全控制措施不启动；如不为“0”，则按后续流程执行相应安全控制措施；
步骤四，电源下位机采集蓄电池组电压参数、蓄电池组电流参数并和阈值进行比较；
步骤五，当电源下位机采集的蓄电池组电压参数高于设定的“蓄电池组过压阈值”，电源下位机发出控制指令，切断蓄电池组充电回路，防止蓄电池组过充电；
步骤六，当电源下位机采集到的蓄电池组电压参数低于设定的“蓄电池组欠压阈值”时，电源下位机发出控制指令，接通蓄电池组充电回路，恢复蓄电池组充电，同时通过数据总线向星务计算机发送“蓄电池组欠压报警”信号，由星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理；
步骤七，当电源下位机采集的蓄电池组电流参数大于设定的“蓄电池组过流阈值”时，电源下位机通过数据总线向星务计算机发送“蓄电池组过流报警”信号，由星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理；
第二部分为星务计算机锂离子蓄电池组充放电安全控制部分包括以下步骤：
步骤十一、在卫星测控星务分系统中设置星务计算机；
步骤十二、在星务计算机软件中设置“蓄电池组欠压阈值”和”蓄电池组过流阈值”；
步骤十三、对所有阈值参数进行判断，如为“0”，则相对应的安全控制措施不启动；如不为“0”，则按后续流程执行相应安全控制措施；
步骤十四、星务计算机采集蓄电池组电压参数、蓄电池组电流参数并和阈值比较；
步骤十五、当采集到的蓄电池组电压参数低于设定的“蓄电池组欠压阈值”时，星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面进行异常现象或故障的定位和处理；
步骤十六、当采集到的蓄电池组电流参数大于设定的“蓄电池组过流阈值”时，星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理；
步骤十七、当星务计算机通过数据总线接收到电源下位机发送的“蓄电池组欠压报警”或“蓄电池组过流报警”信号时，星务计算机通知有关系统设置卫星为“最小负载工作模式”，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理。
2.如权利要求1所述的低轨卫星锂离子蓄电池组充放电安全控制方法，其特征在于，所述阈值参数设置来选择是否启动安全控制；如阈值参数为“0”，不启动安全控制，如不为“0”，则启动安全控制；初始状态为不启动安全控制。
3.如权利要求1所述的低轨卫星锂离子蓄电池组充放电安全控制方法，其特征在于，所述电源下位机中设置的“蓄电池组欠压阈值”要大于星务计算机中设置的“蓄电池组欠压阈值”，电源下位机中设置的“蓄电池组过流压阈值”要小于星务计算机中的“蓄电池组过流阈值”，即电源下位机要优先于星务计算机对蓄电池组欠压和过流实施安全保护。
4.如权利要求1所述的低轨卫星锂离子蓄电池组充放电安全控制方法，其特征在于，当所述星务计算机锂离子蓄电池组出现欠压或过流时，星务计算机通知有效载荷管理单元进行有效载荷应急关机并清空存储在管理单元中未执行的开机指令，同时星务计算机通知加热器管理单元将星上加热器状态设置为最小配置状态，使卫星处于“最小负载工作”模式，等待地面对异常现象或故障进行定位和处理。
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