鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2018年07月18日
簡述新型空間鋰電池快速充電方法
為克服傳統大功率微波遙感類衛星“恒流轉恒壓”策略單一、充電時間漫長等缺點,文章基于馬斯三定律提出了一種旨在去極化、加快充電進程的新型空間鋰電池快速充電策略,即在一個充電周期內,采用多階分段恒流充電并加入固定門限的短時放電,該方法可提高鋰電池可允許充電電流并且不降低電池循環壽命。在MATLAB/SIMULINK軟件中搭建基于太陽電池陣順序開關分流的一次母線電壓不調節電源系統仿真模型,并進行了實例仿真與對比分析。結果表明,采用快速充電策略可節省充電時間56以上,并且可有效消除充電極化。文章的研究結果可為未來在軌對鋰電池進行多模式充電控制提供新的思路。
鋰電池因具備比能量高、熱效應小、無記憶效應等特點,逐步成為繼鎘鎳電池、氫鎳電池之后的第三代空間儲能電源。鋰電池的循環壽命是影響航天器在軌使用壽命的重要因素,其性能及使用壽命與充電方法有密切關系。傳統觀點認為,大電流充電會對蓄電池正極活性物質造成不可修復的損害,還會導致板柵腐蝕、析氣等,使電池過早失效,因此,目前通常采用保守方法,在選擇充電曲線時以較小固定值進行恒流充電,以小倍率充電換取較長的循環壽命。然而在實際衛星有效載荷使用中,以微波類載荷為例,經常面臨功耗大、工作時間長導致一個“地影一光照”軌道周期內蓄電池充放電不平衡,或者衛星在經歷一次緊急任務、蓄電池深度放電后需快速充滿電等情況,迫切需要尋找一種充電效率高、充電時間短并對蓄電池使用壽命影響小的快速充電方法。目前,鋰電池快速充電在地面電動汽車等新能源領域研究較多,文獻對車載蓄電池快速充電方法及地面快速充電站設計等進行了研究,其成果可予以借鑒。
本文首先對鋰電池快速充電基本理論進行介紹,結合較為成熟的空間順序開關分流調節器(Se—quentialSwitchingShuntRegulator,S3R)型不調節母線電源系統拓撲,對鋰電池的快速充電方法進行研究,最后給出了仿真與驗證結果。
本文將地面電動汽車的鋰電池快速充電策略引入航天領域,基于馬斯三定律,提出了一種新型空間鋰電池快速充電方法,即在一個充電周期內采用多階分段“恒流”充電并加入固定電流門限的短暫放電。在MATLAB/SIMULINK中搭建S3R型不調節母線電源系統仿真模型,分別對傳統鋰電池“恒流轉恒壓”充電策略及本文所提出的快速充電策略進行了實例仿真與對比分析。仿真結果表明,采用快速充電策略可節省充電時間56以上,可大大縮短充電進程,從而驗證了該快速充電策略的正確性。需要特別指出的是,目前多數航天器負載比較穩定,在軌一般不需要采用快速充電策略。但是,對于具有短期大功率負載應用需求的航天器,如配備合成孔徑特種(SAR)載荷的衛星等,采用快速充電策略可同比增加SAR載荷開機次數、延長其工作時問,從而具備更好的為用戶提供服務的能力。未來衛星載荷正朝著大功率、多樣化方向發展,本文所提出的快速充電方法,可為航天器在軌對鋰電池進行多模式充電控制提供新的思路。
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