CN110071541B - 一种深空探测器锂离子蓄电池组在轨自主管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种深空探测器锂离子蓄电池组全自主在轨管理方法,在锂离子蓄电池组全寿命工作周期中,包含正常模式下电池工作和存储模式以及在一节单体失效情况下的电池工作和存储模式。锂离子蓄电池组在轨存储阶段需要首先判断蓄电池组是否发生异常,如果电池正常则判断蓄电池组电压是否低于阈值,如果低于电压阈值则对电池进行充电,否则维持原状态。锂离子蓄电池组在充电管理阶段首先判断蓄电池组是否发生异常,如果电池正常则判断蓄电池组是否满足充电条件,如果满足充电条件则对电池进行充电,否则判断是否满足充电结束条件,如果满足对电池进行发送断充电指令结束充电,如果都不满则维持原状态。本发明大大提高了蓄电池的在轨工作寿命和可靠性,为深空探测器高精度导航提供了良好的技术手段。
Description
技术领域
本发明涉及航天器领域,具体地,涉及一种深空探测器锂离子蓄电池组在轨自主管理方法。
背景技术
深空探测器任务飞行距离远、持续时间长,空间环境存在大量未知和不确定性,人工干预时效性差,需要探测器具有高度的自主管理能力。锂离子蓄电池是探测器的生命的保障,锂离子蓄电池的性能和安全决定整器的安全性和可靠性。但是锂离子蓄电池组要求比较严格,严禁过充严禁过放工作温度不能太高也不能太低,否则都会对电池本省造成较大的性能影响。
因此,在研制的过程中,针对上述因素,并结合探测器的需求,如何设计一种深空探测器锂离子蓄电池组在轨自主工作与维护策略以保证蓄电池组使用更可靠、更灵活,显得非常重要。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足或完整,提供了一种深空探测器锂离子蓄电池组在轨自主管理方法,该锂离子蓄电池电源分系统在轨管理控制,提高了探测器的在轨可靠性和寿命。
为实现上述技术问题,本发明通过以下技术方案实现:
一种深空探测器锂离子蓄电池组全自主在轨管理方法,包括以下步骤:
步骤一:判断蓄电池组存储管理准禁状态,如果为准状态则进入蓄电池组存储管理模式,如果为禁状态则进入蓄电池组充电管理模式;
步骤二:在程控中设置存储管理下单体充电接通门限U1,存储管理下单体充电结束门限U2,充电管理下单体充电接通门限U3,充电管理下单体充电结束门限U4,同时设置蓄电池组单体串联个数为n;
步骤三:进入蓄电池组存储管理模式后,判断是否存在一节锂离子蓄电池单体失效,如果没有单体失效进入正常电池组管理流程,如果出现一节单体失效则进入故障管理模式;
步骤四:在没有单体电池失效下,当判断蓄电池组电压小于n*U1时,首先判断蓄电池组的温度是否低于-10℃,如果低于-10℃则进行发送开通加热器指令等待电池升温至-10℃以上,当满足温度升温至要求后对蓄电池组进行充电,发送蓄电池组充电指令进行充电;如果当判断蓄电池组电压大于n*U1时,则需要在判断蓄电池组电压是否大于n*U2,如果蓄电池组电压大于n*U2,则发送充电结束指令,否则结束;
为了防止程序每次循环都发送指令,因此在需要充电前先检测充电开关是否断开,如果断开发送充电接通指令,如果已经接通则不发送任何指令;如果需要断充电则在充电前先检测充电开关是否断开,如果为接通状态发送充电断开指令,如果已经断开则不发送任何指令;
步骤五:在一节单体电池失效下,当判断蓄电池组电压小于(n-1)*U1时,首先判断蓄电池组的温度是否低于-10℃,如果低于-10℃则进行开通加热等待电池升温至-10℃以上,如果满足温度要求则对蓄电池组进行充电,发送蓄电池组充电指令;
当判断蓄电池组电压大于(n-1)*U1时,则需要在判断蓄电池组电压是否大于(n-1)*U2,如果蓄电池组电压大于(n-1)*U2,则发送充电结束指令,否则结束;为了防止程序每次循环都发送指令,因此在需要充电前先检测充电开关是否断开,如果断开发送充电接通指令,如果已经接通则不发送任何指令;如果需要断充电则在充电前先检测充电开关是否断开,如果为接通状态发送充电断开指令,如果已经断开则不发送任何指令;
步骤六:步骤一结束后如果进入蓄电池组充电管理模式,需再判断蓄电池组充电管理模式准禁状态,如果为准状态则进入蓄电池组充电管理模式,如果为禁状态则进入蓄电池组存储管理模式;
步骤七:进入蓄电池组充电管理模式后,判断是否存在一节锂离子蓄电池单体失效,如果没有单体失效进入正常电池组管理流程,如果出现一节单体失效则进入故障管理模式;
步骤八:在没有单体电池失效下,当判断蓄电池组电压是否小于n*放电电流门限U3且蓄电池组放电电流Iout>充电开关接通下的放电电流门限I放,如果满足条件,则发送蓄电池组充电开关接通,电池开始充电,如果不满足条件,则判断蓄电池组电压是否大于n*U4(大于n*U3门限电压)且充电电流Ic<充电开关断开下的充电电流门限I充,如果不满足则结束本轮检测,如果满足则判断充电开关是否为接通状态,如果为接通状态则认为蓄电池充电完成,程控发送断充电指令,充电结束,如果为充电开关断开则结束本轮控制;
步骤九:在一节单体电池失效下,当判断蓄电池组电压是否小于(n-1)*U3且蓄电池组放电电流Iout>I放,如果满足条件,则发送蓄电池组充电开关接通指令,电池开始充电,如果不满足条件,则判断蓄电池组电压是否大于(n-1)*U4且充电电流Ic<I充,如果不满足则结束本轮检测;如果满足则判断充电开关是否为接通状态,如果为接通状态则认为蓄电池充电完成,程控发送断充电指令,充电结束,如果为充电开关断开则结束本轮控制。
进一步地,在蓄电池组进入存储管理模式后,首先判断蓄电池组的电压是否小于n*U1,如果小于n*U1则要进行电池温度判断,温度不满足要求需要进行开通加热器升温,温度满足要去后发送充电指令,对电池充电;如果蓄电池组大于n*U1时,需要再判断一下蓄电池组是否大于n*U2,确定是否电池充满,如果蓄电池组电压大于n*U2,电池充满,则发送充电结束指令,否则结束。
进一步地,当蓄电池组存在故障性能衰减时,蓄电池组存储管理模式或充电管理工作中的电压门限可以进行在轨实施修改,n可以是小于电池单体串联个数的有理数;
进一步地,进入蓄电池组充电管理模式,需再判断蓄电池组充电管理模式准禁状态,如果为准状态则进入蓄电池组充电管理模式,如果为禁状态则进入蓄电池组存储管理模式。
进一步地,在充电管理模式中,蓄电池组充电条件是蓄电池组电压小于n*U3且蓄电池组放电电流Iout>I放(充电开关接通时放电电流门限),如果满足条件,则发送蓄电池组充电开关接通指令,电池开始充电。
进一步地,如果开始充电不满足条件,则判断蓄电池组电压是否大于n*U4且充电电流Ic<I充(充电开关断开下的充电电流门限),如果不满足则结束本轮检测,如果满足则判断充电开关是否为接通状态,如果为接通状态则认为蓄电池充电完成,程控发送断充电指令,充电结束,如果为充电开关断开情况则结束本轮控制。
本发明实现了蓄电池组在轨期间充电管理和存储管理两种工作模式自主切换,减少了人工干预及其它因素带来的风险;蓄电池组进入存储管理模式或充电管理工作模式后,首先判断蓄电池组的健康状况,如是否存在一节单体失效情况,对失效模式和正常模式进行分别管理和控制。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明一种深空探测器锂离子蓄电池组在轨自主工作与维护策略的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示,本发明实施例提供了一种深空探测器锂离子蓄电池组全自主在轨管理方法,包括以下步骤:
判断蓄电池组存储管理准禁状态,如果为准状态则进入蓄电池组存储管理模式,如果为禁状态则进入蓄电池组充电管理模式;
在程控中设置存储管理下单体充电接通门限U1,存储管理下单体充电结束门限U2,充电管理下单体充电接通门限U3,充电管理下单体充电结束门限U4,同时设置蓄电池组单体串联个数为n;
进入蓄电池组存储管理模式后,判断是否存在一节锂离子蓄电池单体失效,如果没有单体失效进入正常电池组管理流程,如果出现一节单体失效则进入故障管理模式;
在没有单体电池失效下,当判断蓄电池组电压小于n*U1时,首先判断蓄电池组的温度是否低于-10℃;
如果低于-10℃则进行发送开通加热器指令等待电池升温至-10℃以上,当满足温度升温至要求后对蓄电池组进行充电,发送蓄电池组充电指令进行充电。
如果当判断蓄电池组电压大于n*U1时,则需要在判断蓄电池组电压是否大于n*U2,如果蓄电池组电压大于n*U2,则发送充电结束指令,否则结束。
为了防止程序每次循环都发送指令,因此在需要充电前先检测充电开关是否断开,如果断开发送充电接通指令,如果已经接通则不发送任何指令。
那么在需要结束充电前先检测充电开关是否断开,如果为接通状态发送充电断开指令,如果已经断开则不发送任何指令;
在一节单体电池失效下,当判断蓄电池组电压小于(n-1)*U1时,首先判断蓄电池组的温度是否低于-10℃,如果低于-10℃则进行开通加热等待电池升温至-10℃以上,如果满足温度要求则对蓄电池组进行充电,发送蓄电池组充电指令。
当判断蓄电池组电压大于(n-1)*U1时,则需要在判断蓄电池组电压是否大于(n-1)*U2,如果蓄电池组电压大于(n-1)*U2,则发送充电结束指令,否则结束。
为了防止程序每次循环都发送指令,因此在需要充电前先检测充电开关是否断开,如果断开发送充电接通指令,如果已经接通则不发送任何指令。
那么在需要结束充电前先检测充电开关是否断开,如果为接通状态发送充电断开指令,如果已经断开则不发送任何指令。
如果第一步后进入蓄电池组充电管理模式,需再判断蓄电池组充电管理模式准禁状态,如果为准状态则进入蓄电池组充电管理模式,如果为禁状态则进入蓄电池组存储管理模式;
进入蓄电池组充电管理模式后,判断是否存在一节锂离子蓄电池单体失效,如果没有单体失效进入正常电池组管理流程,如果出现一节单体失效则进入故障管理模式;
在没有单体电池失效下,当判断蓄电池组电压是否小于n*U3且蓄电池组放电电流Iout>I放,如果满足条件,则需要判断充电开关是否断开,若断开则发送发送蓄电池组充电开关接通指令,电池开始充电,如果充电开关是为接通状态则结束本轮控制;
如果不满足条件,则判断蓄电池组电压是否大于n*U4且充电电流Ic<I充,如果不满足则结束本轮检测,如果满足则认为蓄电池充电完成,判断充电开关是否断开,如果充电开关没有断开则程控发送断充电指令,充电结束。如果已经断开结束本轮控制。
如果满足则判断充电开关是否为接通状态,如果为接通状态则认为蓄电池充电完成,程控发送断充电指,充电结束,如果为充电开关断开情况则结束本轮控制。
在一节单体电池失效下,当判断蓄电池组电压是否小于(n-1)*U3且蓄电池组放电电流Iout>I放,如果满足条件,则需要判断充电开关是否断开,若断开则发送蓄电池组充电开关接通指令,电池开始充电,如果充电开关是为接通状态则结束本轮控制;
如果不满足充电条件,则判断蓄电池组电压是否大于(n-1)*U4且充电电流Ic<I充,如果不满足则结束本轮检测,如果满足则认为蓄电池充电完成,判断充电开关是否断开,如果充电开关没有断开则程控发送断充电指令,充电结束。如果已经断开结束本轮控制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。
Claims (2)
1.一种深空探测器锂离子蓄电池组全自主在轨管理方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:在程控中设置存储管理下单体充电接通门限U1,存储管理下单体充电结束门限U2,充电管理下单体充电接通门限U3,充电管理下单体充电结束门限U4,同时设置蓄电池组单体串联个数为n;
步骤二:判断蓄电池组存储管理准禁状态,如果为准状态则进入蓄电池组存储管理模式,如果为禁状态则进入蓄电池组充电管理模式;
步骤三:进入蓄电池组存储管理模式后,判断是否存在一节锂离子蓄电池单体失效,如果没有单体失效进入正常电池组管理流程,如果出现一节单体失效则进入故障管理模式;
步骤四:在没有单体电池失效下,当判断蓄电池组电压小于n*U1时,首先判断蓄电池组的温度是否低于-10℃,如果低于-10℃则进行发送开通加热器指令等待电池升温至-10℃以上,当满足温度升温至要求后对蓄电池组进行充电,发送蓄电池组充电指令进行充电;如果当判断蓄电池组电压大于n*U1时,则需要在判断蓄电池组电压是否大于n*U2,如果蓄电池组电压大于n*U2,则发送充电结束指令,否则结束;
充电前先检测充电开关是否断开,如果断开发送充电接通指令,如果已经接通则不发送任何指令;如果需要断充电则在充电前先检测充电开关是否断开,如果为接通状态发送充电断开指令,如果已经断开则不发送任何指令;
步骤五:在一节单体电池失效下,当判断蓄电池组电压小于(n-1)*U1时,首先判断蓄电池组的温度是否低于-10℃,如果低于-10℃则进行开通加热等待电池升温至-10℃以上,如果满足温度要求则对蓄电池组进行充电,发送蓄电池组充电指令;
当判断蓄电池组电压大于(n-1)*U1时,则需要在判断蓄电池组电压是否大于(n-1)*U2,如果蓄电池组电压大于(n-1)*U2,则发送充电结束指令,否则结束;
充电前先检测充电开关是否断开,如果断开发送充电接通指令,如果已经接通则不发送任何指令;如果需要断充电则在充电前先检测充电开关是否断开,如果为接通状态发送充电断开指令,如果已经断开则不发送任何指令;
步骤六:步骤二结束后如果进入蓄电池组充电管理模式,需再判断蓄电池组充电管理模式准禁状态,如果为准状态则进入蓄电池组充电管理模式,如果为禁状态则进入蓄电池组存储管理模式;
步骤七:进入蓄电池组充电管理模式后,判断是否存在一节锂离子蓄电池单体失效,如果没有单体失效进入正常电池组管理流程,如果出现一节单体失效则进入故障管理模式;
步骤八:在没有单体电池失效下,当判断蓄电池组电压是否小于n*U3且蓄电池组放电电流Iout>充电开关接通下的放电电流门限I放,如果满足条件,则发送蓄电池组充电开关接通,电池开始充电,如果不满足条件,则判断蓄电池组电压是否大于n*U4且充电电流Ic<充电开关断开充电电流门限I充,如果不满足则结束本轮检测,如果满足则判断充电开关是否为接通状态,如果为接通状态则认为蓄电池充电完成,程控发送断充电指令,充电结束,如果为充电开关断开则结束本轮控制;
步骤九:在一节单体电池失效下,当判断蓄电池组电压是否小于(n-1)*U3且蓄电池组放电电流Iout>I放,如果满足条件,则发送蓄电池组充电开关接通指令,电池开始充电,如果不满足条件,则判断蓄电池组电压是否大于(n-1)*U4且充电电流Ic<I充,如果不满足则结束本轮检测;如果满足则判断充电开关是否为接通状态,如果为接通状态则认为蓄电池充电完成,程控发送断充电指令,充电结束,如果为充电开关断开则结束本轮控制。
2.根据权利要求1所述的一种深空探测器锂离子蓄电池组全自主在轨管理方法,其特征在于,当蓄电池组存在故障性能衰减时,蓄电池组存储管理模式或充电管理工作中的电压门限可以进行在轨实施修改,n可以是小于电池单体串联个数的有理数。
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