一種空間鋰離子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(guò)程中,新空間是鋰離子電池快速充電策略,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,該方法可以提高鋰離子電池的充電電流，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(yáng)陣列順序開(kāi)關(guān)并聯(lián)的無(wú)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)行了仿真和比較分析。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(lái)鋰離子電池在軌多模式充電控制供應(yīng)新的思路。

關(guān)鍵詞:太空鋰離子電池;快速充電;電荷極化;不調(diào)整總線

鋰離子電池因其高比能、熱效應(yīng)小、無(wú)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。鋰離子電池的循環(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(guò)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)常面對(duì)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)汽車等新能源領(lǐng)域?qū)︿囯x子電池快速充電的研究較多。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。

本文首先介紹了鋰離子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(kāi)關(guān)并聯(lián)穩(wěn)壓器(S3R)模型，研究了鋰離子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)汽車鋰離子電池快速充電策略引入特種航天領(lǐng)域。摘要根據(jù)火星三定律，提出了一種鋰離子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，并新增具有固定閾值的短放電。在MATLAB/SIMULINK中建立了S3R無(wú)規(guī)母線電力系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)傳統(tǒng)鋰離子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(guò)程。要指出的是，大多數(shù)航天器有穩(wěn)定的載荷，不要在軌道上快速充電。而關(guān)于短時(shí)間內(nèi)要高功率負(fù)荷應(yīng)用的航天器，如配備合成孔徑特種(SAR)有效載荷的衛(wèi)星，快速充電策略可以新增SAR有效載荷的啟動(dòng)時(shí)間，延長(zhǎng)其工作時(shí)間，為用戶供應(yīng)更好的服務(wù)。未來(lái)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離子電池在軌多模式充電控制供應(yīng)了一種新的思路。