航天器锂离子蓄电池组均衡电路研究

锂离子电池在长期充放电过程中,蓄电池组内各单体电压的离散性会逐渐变大,致使整组电池寿命下降甚至失效,为此航天应用长寿命锂离子电池组必须采用均衡电路。文章对几种常用的锂离子蓄电池组均衡电路作了分析与比较,包括能量耗散型均衡电路和能量非耗散型均衡电路,介绍了其均衡工作原理;从轨道特性的角度总结了航天器电源系统对均衡电路的需求特点,据此分析了恒定分流电阻均衡电路、开关控制分流电阻均衡电路、平均电池电压均衡电路、开关电容均衡电路、DC-DC变换器均衡电路等应用于航天器电源系统的适用性,并给出了各均衡电路的应用分析结论。     

东方红四号卫星平台锂离子蓄电池在轨应用分析

在东方红四号卫星平台上应用锂离子电池替代传统氢镍电池,能显著减小供配电分系统的质量和体积,提高卫星平台能力。锂离子电池工作特性与氢镍电池差异较大,针对锂离子电池在东方红四号平台某卫星上首次应用,为降低应用风险,满足在轨使用要求,文章对电池热控设计、电源在轨充放电管理和均衡策略进行分析,利用SLIM(SAFT Li-ion Model)软件对锂离子电池在轨电压输出特性进行仿真,提出适应锂离子电池应用的热控措施、充放电管理方式和线性均衡管理策略,并利用某卫星在轨数据进行验证,满足了在轨使用要求,证明该锂离子电池应用方案可以在后续东方红四号卫星平台推广应用。     

一种空间锂离子电池非耗散型均衡方法

针对空间锂离子电池串联使用的单体电压均衡问题,文章提出一种应用双向反激DC/AC变换器的非能量耗散型均衡控制方法。串联锂离子电池中容量较高的单体能量可以通过DC/AC变换器,在时序脉冲的控制下,经过公用母线进入容量较低的单体,从而实现单体之间电压的均衡。通过对变压器副边电压的分时采集可提供单体电压遥测,避免了高共模电压条件对测量带来的影响。文章利用Multisim软件对所提出的方法的功能和性能进行了仿真分析,结果证明了其有效性。     

高轨卫星锂离子蓄电池组自主管理系统设计

针对高轨卫星锂离子蓄电池组在轨管理问题,文章在分析锂离子蓄电池组特性及在轨使用需求的基础上,提出了锂离子蓄电池组自主管理系统的设计,并在某高轨卫星上进行了验证。根据在轨数据,从工作模式转换、充放电管理、均衡管理、搁置管理等方面对管理系统的验证情况进行总结。提出的自主管理系统可为后续高轨卫星锂离子蓄电池组自主管理系统的设计提供参考。     

一种用于锂离子蓄电池组的主动均衡电路设计

针对大容量锂离子蓄电池组的均衡管理要求,文章提出一种基于多绕组变压器的主动均衡拓扑电路,采用固定占空比控制,通过多绕组变压器将串联蓄电池组中电压较高单体的能量传输到电池组中,从而实现单体之间的电压均衡。采用Simulink软件进行了仿真验证,结果表明:多绕组变压器均衡电路电池组可以实现大电流快速均衡。该方法可为卫星上大容量电池均衡设计提供参考。     

一种航天器锂离子电池寿命预测方法

针对锂离子电池的空间应用特性,根据在轨可测的锂离子电池放电终压,建立寿命预测模型(非平稳自回归模型,ARI模型);将加速因子引入ARI模型中,获得加速非平稳自回归(ND-ARI)模型,通过对放电终压的预测实现电池的寿命预测。利用低地球轨道(LEO)航天器锂离子电池长寿命模拟验证试验数据,分别以原始数据的前30%,50%,70%的训练数据作为模型预测的起始点,对预测方法进行验证。结果表明:在不同建模预测起始点下,ND-ARI模型得到的预测结果具有较高的精度,相对误差均小于0.60%。因此,ND-ARI模型可用于航天器锂离子电池的退化状态监测及寿命预测体系的构建。     

导航卫星镍钴铝酸锂电池组在轨自主管理及特性分析

针对导航卫星寿命长,地影天数多且周期长的特点,分析并设计了镍钴铝酸锂(NCA)蓄电池组在轨自主管理系统,包括其充电管理、地影期管理、长光照搁置管理、均衡管理、热控管理和自主安全管理等,并成功运用在北斗导航MEO卫星上。通过详细的在轨数据分析,验证了所设计系统的正确有效性,可为后续其他航天器锂离子蓄电池组的在轨自主管理技术提供参考。     

基于COTS单体的锂离子蓄电池组在空间的应用

调研了基于商业现货(Commercial off-the-shelf,COTS)单体的锂离子蓄电池组在空间应用中的发展历程和使用现状,从电池组拓扑结构、防短路和防开路设计、均衡管理策略、充放电控制以及机、热设计的角度,对比了COTS单体蓄电池组与空间专用电池组的差别,分析得出了基于COTS单体的锂离子电池组的技术特点;归纳了基于COTS单体的蓄电池组应用于空间会带来的影响,并梳理出研制和建造过程中的关键环节和成功经验。     

SAR卫星用能量功率兼顾型锂离子电池研究

未来大功率合成孔径雷达(SAR)卫星的发展对储能电池组提出了轻量化、倍率高及在轨寿命长等要求,而现有的SAR卫星用功率型锂离子电池产品已无法满足未来需求。通过优化正极材料和电池设计,加入功能电解液,在保证电池功率特性的同时,显著提升了电池的能量密度和循环稳定性。本文研制出的新一代能量功率兼顾型锂离子蓄电池,额定容量为25.0 Ah,初期放电比能量达到180.0 Wh·kg~(-1),2 C放电容量为0.2 C容量的91.0%,1 C-100%放电深度(DOD)和2 C-30%DOD循环性能优异,可以满足下一代大功率SAR卫星的供配电需求,且大幅降低了电源系统重量,提高了卫星储能系统的利用率和平台有效载荷能力。     

锂离子电池技术在航天领域的应用

介绍了锂离子电池的工作原理、性能特点。主要介绍了Ｅａｇｌｅ－Ｐｉｃｈｅｒ、Ｂｌｕｅ－Ｓｔａｒ、Ｙａｒｄｎｅｙ、ＳＯＮＹ、ＳＥＡＦＴ等国外研究机构、电池厂商当前在高功率、大容量和长寿命锂离子电池领域的研究成果及今后的发展方向。     

月球卫星氢镍蓄电池在轨管理技术及性能分析

针对月球卫星工作模式多,功率需求变化大,自主控制能力要求高的特点,防止蓄电池出现欠充电、过充电,确保卫星供电安全,文章提出了以电子电量计控制为主、压力控制为辅的氢镍蓄电池在轨自主管理技术,包括充电控制模式、多模式多速率充电管理、全光照期充电管理和月食充电管理等内容,并给出了电池在轨测试情况。在整个任务飞行过程中电池以优异的性能在轨运行,实践证明月球卫星氢镍蓄电池在轨管理技术合理、有效。     

双组元统一推进系统优化改进技术进展

不断提高推进剂在轨管理效率,是应用卫星对推进系统的基本要求,也是推进系统的重要发展方向。推进剂剩余量在轨高精度测量和并联贮箱均衡排放主动控制,是提高推进剂在轨管理效率的重要技术手段。针对我国SAST-5000卫星平台双组元统一推进系统,开展了气体注入压力激励方法的关键技术攻关,并取得重要进展。研究结果表明：改良型气体注入压力激励法的推进剂剩余量在轨测量精度达到-0.68%-0.66%,并联贮箱均衡排放控制措施将被动调节的不均衡度控制在优于1.13%,主动纠偏措施还可进一步提高并联贮箱排放推进剂的同步性。     

GEO卫星氢镍电池失效的应力因子及在轨管理

详细分析了影响GEO卫星氢镍电池在轨寿命的因素,指出通过合理的在轨管理,可最大限度地减少氢镍电池的使用应力,增加电池的实际使用寿命。另外,还简要评述了我国GEO卫星氢镍电池的在轨管理理念和现状。     

在轨流体管理技术进展和关键技术分析

综述了国外在轨流体管理技术的发展现状与趋势，分析了低温流体长期在轨贮存、在轨加注、空间流体生产等主要技术，并提出了在轨流体管理中需突破的关键技术难题。     

锂离子电池快速寿命评价技术与方法

随着锂离子电池寿命特性的提升，以及电力储能、电动汽车和航空航天等应用领域对长期运行可靠性的需求，迫切需要在较短时间内完成锂离子电池的高精度全周期寿命评价。近年来，针对锂离子电池剩余寿命的研究较多，但对以锂离子电池寿命特性验证与鉴定为目的的快速寿命评价技术和方法缺乏系统梳理。本文分析了锂离子电池寿命评价的快速、高精度、强适用性等特点，归纳了锂离子电池寿命预测的通用技术和加速寿命试验设计流程，总结了4种可操作性强的快速寿命评价方法实例，为锂离子电池设计、制造和应用提供参考和借鉴。     

空间遥感智能载荷及其关键技术

针对空间对地遥感观测任务对遥感器高分辨率和灵活性的需求,文章提出并介绍了智能空间光学载荷技术。所研制的新型载荷系统的设计思想是将微型高精度星敏感器、MEMS陀螺仪、高分辨率光学相机进行一体化设计,全面提高在轨成像时相机姿态实时性测量精度及各组件数据深耦合性。应用实时定姿定位、动态像速匹配及像差追踪校正,图像非盲反卷积等自主研究开发的最新理论和技术成果,实现遥感器在轨智能化高分辨率成像。根据智能载荷的技术特点开展了相关原理样机标定和测试技术的研究。     

锂离子蓄电池在DFH-4平台上的应用研究

在东方红四号(DFH-4)平台上应用锂离子电池,将大大减少供配电分系统的重量和体积,提高卫星的承载能力,增加经济效益。文章通过分析锂离子电池在空间应用的特点,结合DFH-4平台能力提升的迫切需求,提出了锂离子电池替代氢镍蓄电池的可行性方案,并对应用锂离子电池带来的接口变化以及适应性进行了深入的剖析,其分析结果可为卫星型号研制提供参考。     

航天器新型高密度排插型DC10电缆安装技术

以互联网卫星上首次使用的新型高密度排插型电缆组件为研究对象,介绍了集成式排插型电连接器的制造技术要求和工作原理,从电连接器结构分析出发,研究影响该类型电缆的安装因素。首次提出了新型高密度排插型电缆的安装方法,阐述了该类型电缆的弯曲半径要求、绑扎要求、紧固力矩值要求和使用专用工装的拆卸方法。经过分系统的实际在轨性能测试验证,该安装技术可以显著降低新型高密度排插型电缆组件在大通量、高饱和度信号传输状态下性能下降的现象,成功解决了该类型电缆在卫星狭小空间下的安装与拆卸难题,提高了该类型电缆在卫星狭小空间内的安装精度和分系统的在轨可靠性,为该新型高密度排插型电缆组件的安装在后续卫星批量应用提供了技术指导和工艺基础。     

基于多尺度的空间锂离子蓄电池单体电-热耦合模型

针对高比能兼顾高功率的锂离子电池,高电极载量、高压实、低电导等特性会显著增加电池大倍率放电的产热和内部温差,传统的热试验方法无法获取电池内部温度分布。将传统热试验与仿真相结合,以能量功率兼顾型空间锂离子蓄电池单体为研究对象,建立了一维电化学与三维热双向耦合模型,获取了电池在绝热环境下不同倍率放电的电压、温度和发热功率变化,仿真结果与实验值吻合度高,分析得到单体电池大倍率放电的本征热安全区间为0～75%放电深度(DOD)。同时,计算发现随着放电倍率的增加,放电结束时电池温度最高区域由电芯内部中心位置逐渐变成正极极柱,最大温差逐渐增大,3 C时达到0.82℃。假设增加底面恒温散热,3 C放电结束的最大温差高达11.18℃。本文建立的模型不仅适用于空间锂离子蓄电池单体的研发,还适用于电池组的热仿真设计。     

MEO卫星氢镍蓄电池组自主充电管理方法

MEO卫星运行轨道存在不可测控弧段,每年有长光照期和两个地影季,为此对星上充电管理的自主能力提出了较高要求。文章介绍了我国首颗在轨飞行的MEO卫星的氢镍蓄电池组的在轨自主管理方法,包括地影季的电压-温度（V-T）控制与电量计结合的充电管理方法和长光照期控制电池压力的涓流管理方法,并给出了在轨飞行的实际效果,可作为后续卫...