[发明专利]一种卫星锂离子蓄电池模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星用锂离子蓄电池的模拟装置，可用于星载设备的地面测试。

背景技术

目前，高轨道通信卫星普遍使用NiH2蓄电池作为储能设备，但其重量大，能量重量比低，无法适应大容量通信卫星平台的重量指标要求。为满足卫星平台减重的要求，很多大容量通信卫星已经普遍采用锂离子蓄电池作为储能设备，锂离子蓄电池能量重量比高，能量体积比高，可以大幅提高卫星平台的载荷比并降低发射成本。

高轨道通信卫星锂离子蓄电池组一般由几十节电池单体串联组成，在长期充放电循环后，由于各单体自放电率、内阻、容量衰降率等存在差异，会导致电池组内单体的荷电量各不相同，容易产生蓄电池的过充或过放，使得蓄电池组寿命缩短，甚至失效。因此，为了满足锂离子蓄电池在轨15年寿命的要求，需要卫星平台配置专用的单体均衡设备对锂离子蓄电池进行单体电压的均衡处理。锂离子电池均衡处理设备根据采集到的蓄电池各单体电压值，来决策对每个单体的均衡操作，对低于平均电压的单体补充充电，对高于平均电压的单体进行单体放电。为实现高精度的单体电压均衡，均衡设备对单体电压采集的精度是前提条件，一般对单体电压采集的精度要求优于几毫伏。因此，在地面测试阶段，需要对锂离子电池均衡设备的单体电压采集性能做系统的验证。

目前，在地面测试阶段，投产与正样产品相近的工艺锂离子蓄电池组作为地面验证设备，通过采集工艺蓄电池组的电压来验证均衡设备的单体电压采集性能，但上述测试过程存在以下三个主要问题：一是采用工艺锂离子蓄电池组作为地面设备的成本很高，如果测试过程中发生蓄电池短路等故障，极易造成整组蓄电池的损伤，带来较大的经济损失；第二是为实现全电压范围的采集性能验证，工艺锂离子蓄电池组还需配置专门的充放电设备，由于锂离子蓄电池组充放电过程缓慢，因此，要使蓄电池组单体电池达到某个特定电压值，就需要等待很长时间，导致地面测试效率不高；第三是为保证整组蓄电池的安全，蓄电池组每个单体电池会并联By-pass装置，当蓄电池组中某节单体电池发生开路失效模式时，则单体对应的By-pass装置起爆，将开路的单体电池旁路处理。由于锂离子蓄电池组的By-pass装置起爆是不可逆过程，当By-pass装置起爆后则该节单体电池永久失效，而正常情况下不允许对By-pass装置进行起爆。因此，采用工艺锂离子蓄电池组无法充分验证均衡设备在电池单体By-pass装置起爆后的锂离子单体电压的采集精度。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种通信卫星锂离子蓄电池组模拟系统，用于解决均衡设备单体采集性能测试成本高、效率低、工况覆盖不全面等问题，提高通信卫星的测试效率。

本发明的技术解决方案是：一种卫星锂离子蓄电池模拟系统，包括蓄电池电压模拟模块、By-pass模拟模块、工控机，工控机通过PXI总线同时与蓄电池电压模拟模块和By-pass模拟模块通信，其中：

蓄电池电压模拟模块：包括第一总线接口控制器、N个DA输出电路和N个隔离电路，N为要模拟的锂离子蓄电池组中包括的锂离子蓄电池单体的个数；第一总线接口控制器从工控机获取单体电压设置指令并解析，获得N个锂离子蓄电池单体各自的电压设置数据，并分别送至N个隔离电路；N个DA输出电路和N个隔离电路一一对应，构成N个信号通道并顺序编号，对于每一个信号通道，隔离电路用于DA输出电路与第一总线接口控制器的电气隔离，DA输出电路对从相应隔离电路传送过来的锂离子蓄电池单体电压设置数据由数字量转换为模拟量后输出，各DA输出电路的模拟量输出串联；

By-pass模拟模块：包括第二总线接口控制器和N个继电器，第二总线接口控制器从工控机获取通路通断设置指令并解析，获得N个信号通道各自的通断状态设置数据，并分别送至N个继电器；N个继电器均为单刀双掷的触点形式，每一个继电器对应一个信号通道，每一个继电器的常开触点均接至相对应的信号通道的输出正端，每一个继电器的常闭触点均接至相对应的信号通道的输出负端，第一个信号通道对应的继电器的公共端接地，对于其余N-1个信号通道各自对应的继电器的公共端中，编号大的信号通道对应的继电器的公共端接编号比其小且最接近的信号通道对应的继电器的常开触点；编号最大的继电器的常开触点相对于地之间的电压作为卫星锂离子蓄电池模拟系统的对外输出电压；

基于PXI总线的工控机：从外部接收要模拟的锂离子蓄电池组中各锂离子蓄电池单体的电压设置数据并编译成单体电压设置指令送至第一总线接口控制器；从外部接收要模拟的锂离子蓄电池组中各锂离子蓄电池单体的通断状态设置数据并编译成通路通断设置指令送至第二总线接口控制器。