一種空間鋰電池快速充電的新方法

文摘:為了克服傳統(tǒng)的大功率微波遙感衛(wèi)星“恒流恒壓”策略單一,充電時(shí)間長(zhǎng),等缺點(diǎn),基于mas三定律提出了一種去極化,加快充電的過程中,新空間是鋰電池快速充電策略,即在一個(gè)充電周期,采用多級(jí)分段恒流充電,并添加固定閾值短放電,該方法可以提高鋰電池的充電電流，且不降低電池的循環(huán)壽命。在MATLAB/SIMULINK軟件中，建立了基于太陽陣列順序開關(guān)并聯(lián)的無管制一次母線電壓電力系統(tǒng)仿真模型，并對(duì)實(shí)例進(jìn)行了仿真和對(duì)比分析。結(jié)果表明，快速充電策略可以節(jié)省56次以上的充電時(shí)間，有效消除充電極化。本文的研究結(jié)果可為未來鋰電池在軌多模式充電控制提供新的思路。

關(guān)鍵詞:太空鋰電池;快速充電;電荷極化;不調(diào)整總線

 

鋰電池因其高比能、熱效應(yīng)小、無記憶效應(yīng)等特點(diǎn)，逐漸成為繼鎘鎳電池、鎳氫電池之后的第三代空間儲(chǔ)能電源。鋰電池的循環(huán)壽命是影響航天器在軌使用壽命的重要因素。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為,大電流充電會(huì)導(dǎo)致不可挽回的損壞電池正極活性物質(zhì),也會(huì)導(dǎo)致板柵腐蝕、氣相色譜法,等,使電池過早失效,因此,目前通常采用保守的方法,在選擇小恒流充電的充電曲線一個(gè)固定值,用小費(fèi)用,以換取更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。但在實(shí)際衛(wèi)星有效載荷使用微波類負(fù)載,例如,經(jīng)常面臨著巨大的能源消耗,長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致“影子”輕軌循環(huán)蓄電池充放電不平衡,或衛(wèi)星在緊急任務(wù)之后,電池放電深度快速充電,等等等等,是迫切需要找到一個(gè)高充電效率和充電時(shí)間短和小影響使用壽命的電池快速充電方法。目前，在地面電動(dòng)車等新能源領(lǐng)域?qū)︿囯姵乜焖俪潆姷难芯枯^多。文獻(xiàn)研究了車載電池快速充電的方法和地面快速充電站的設(shè)計(jì)，其結(jié)果可供參考。

 

本文首先介紹了鋰電池快速充電的基本理論，并結(jié)合比較成熟的不調(diào)整母線電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Se - quential型開關(guān)并聯(lián)穩(wěn)壓器(S3R)模型，研究了鋰電池快速充電的方法。最后給出了仿真和驗(yàn)證結(jié)果。

 

本文將地面電動(dòng)汽車鋰電池快速充電策略引入航空航天領(lǐng)域。摘要根據(jù)火星三定律，提出了一種鋰電池空間快速充電的新方法，即在一個(gè)充電周期內(nèi)采用多級(jí)“恒流”充電，并增加具有固定閾值的短放電。在MATLAB/SIMULINK中建立了S3R無規(guī)母線電力系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)傳統(tǒng)鋰電池的“恒流恒壓”充電策略和本文提出的快速充電策略進(jìn)行了仿真比較。仿真結(jié)果表明，快速充電策略可節(jié)省56次以上的充電時(shí)間，縮短了充電過程。需要指出的是，大多數(shù)航天器有穩(wěn)定的載荷，不需要在軌道上快速充電。而對(duì)于短時(shí)間內(nèi)需要高功率負(fù)荷應(yīng)用的航天器，如配備合成孔徑雷達(dá)(SAR)有效載荷的衛(wèi)星，快速充電策略可以增加SAR有效載荷的啟動(dòng)時(shí)間，延長(zhǎng)其工作時(shí)間，為用戶提供更好的服務(wù)。未來衛(wèi)星載荷正朝著大功率和多樣化的方向發(fā)展。本文提出的快速充電方法為鋰電池在軌多模式充電控制提供了一種新的思路。