一种卫星锂离子蓄电池组容量衰降的评估方法及系统与流程

1.本发明涉及一种卫星锂离子蓄电池组容量衰降的评估方法及系统，适用于卫星锂离子蓄电池组在长光照期补充充电期间实际充电容量衰降的评估。


背景技术：

2.锂离子蓄电池组是卫星上的储能设备，在卫星发射前、主动段飞行阶段、转移轨道及同步轨道地影期间或者太阳电池输出功率不足等情况下，卫星所需功率由锂离子蓄电池组输出。受到内阻增大等因素影响，在长光照期搁置期间锂离子蓄电池组自放电，电压降低相同区间的情况下，随着时间的变化锂离子蓄电池组的放电时间逐渐减少，即在长光照期补充充电期间，随着时间的变化锂离子蓄电池组实际充电电量逐渐减小。锂离子蓄电池组存在容量衰降现象。
3.随着锂离子蓄电池组在空间项目上的广泛应用和快速增长，对锂离子蓄电池组的在轨工作性能进行评估，更加深入了解锂离子蓄电池组在轨性能的变化趋势，对于改进后续项目产品研制和提升产品在轨运行可靠性等具有十分重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星锂离子蓄电池组容量衰降的评估方法，对卫星锂离子蓄电池组容量衰降进行评估，提高星上锂离子蓄电池组在轨工作可靠性。
5.本发明的技术解决方案是：
6.一种卫星锂离子蓄电池组容量衰降的评估方法，包括：
7.锂离子蓄电池组在长光照期的每个工作周期均包括搁置阶段和补充充电阶段，在长光照期，对于每个工作周期的搁置阶段和补充充电阶段，通过卫星遥测获取放电时间、放电开始电压、放电截止电压、充电时间；在长光照期，对蓄电池组搁置阶段的电压变化情况进行统计，获取第i个放电周期间隔δtdi的蓄电池组电压差δudi和压差变化率δudpti；
8.对蓄电池组补充充电阶段的容量变化情况进行统计，获取第i个补充充电周期间隔δtci的蓄电池组充电容量cci；
9.计算第i个补充充电阶段和搁置阶段的蓄电池组自放电电流isdi；
10.计算第i个补充充电阶段的蓄电池组自放电容量csdi；
11.计算第i个补充充电阶段的蓄电池组实际充电容量cri；
12.根据第i个搁置阶段的蓄电池组压差变化率δudpti和第i个补充充电阶段的蓄电池组实际充电容量cri，建立长光照期搁置和补充充电阶段蓄电池组的容量衰降模型；
13.通过蓄电池组的容量衰降模型，对第i 1个搁置阶段和补充充电阶段的压差变化率δudpt_i 1和实际充电容量cr_i 1进行预测，从而实现卫星锂离子蓄电池组容量衰降评估。
14.进一步的，第i个放电周期间隔计算方式如下：
15.δtdi＝td2i-td1i
16.式中，td2i表示第i个放电周期的放电截止时刻，td1i表示第i个放电周期的放电开始时刻，i＝1、2
……
；
17.蓄电池组电压差计算方式如下：
18.δudi＝u1i-u2i
19.式中，u1i表示第i个放电周期的放电开始电压，u2i表示第i个放电周期的放电截止电压；
20.压差变化率计算方式如下：
21.δudpti＝δudi/δtdi。
22.进一步的，蓄电池组充电容量的计算方式如下：
23.cci＝ici
×
δtci
24.式中，ici表示第i个补充充电阶段的充电电流；δtci表示第i个补充充电阶段间隔；
25.δtci＝tc2i-tci
26.式中，tc2i表示第i个补充充电阶段的充电截止时刻，tc1i表示第i个补充充电阶段的充电开始时刻。
27.进一步的，蓄电池组自放电电流通过如下方式计算：
28.isdi＝cci/δtsd
29.式中，cci表示第i个补充充电阶段间隔的蓄电池组充电容量；δtsd表示第i个补充充电阶段内的自放电时间；
30.δtsd＝δtdi δtci。
31.进一步的，蓄电池组自放电容量通过如下方式计算：
32.csdi＝isdi
×
δtci。
33.进一步的，蓄电池组实际充电容量通过如下方式计算：
34.cri＝cci-csdi。
35.进一步的，所述长光照期搁置和补充充电阶段蓄电池组的容量衰降模型，是指：使用蓄电池组压差变化率δudpti表征同一个工作周期的蓄电池组实际充电容量cri，蓄电池组压差变化率δudpti和蓄电池组实际充电容量cri存在一一对应的关系。
36.进一步的，本发明还提出一种卫星锂离子蓄电池组容量衰降的评估系统，包括：
37.第一模块：锂离子蓄电池组在长光照期的每个工作周期均包括搁置阶段和补充充电阶段，在长光照期，对于每个工作周期德搁置阶段和补充充电阶段，通过卫星遥测获取放电时间、放电开始电压、放电截止电压、充电时间；在长光照期，对蓄电池组搁置阶段的电压变化情况进行统计，获取第i个放电周期间隔δtdi的蓄电池组电压差δudi和压差变化率δudpti；
38.第二模块：对蓄电池组补充充电阶段的容量变化情况进行统计，获取第i个补充充电周期间隔δtci的蓄电池组充电容量cci；
39.自放电电流计算模块：计算第i个补充充电和搁置阶段的蓄电池组自放电电流isdi；
40.自放电容量计算模块：计算第i个补充充电阶段的蓄电池组自放电容量csdi；
41.实际充电容量计算模块：计算第i个补充充电阶段的蓄电池组实际充电容量cri；
42.容量衰降模型建立模块：根据第i个搁置阶段的蓄电池组压差变化率δudpti和第i个补充充电阶段的蓄电池组实际充电容量cri，建立长光照期搁置和补充充电阶段蓄电池组的容量衰降模型；
43.容量衰降评估模块：通过蓄电池组的容量衰降模型，对第i 1个搁置和补充充电阶段的压差变化率δudpt_i 1和实际充电容量cr_i 1进行预测，从而实现卫星锂离子蓄电池组容量衰降评估。
44.本发明与现有技术相比的有益效果是：
45.(1)本发明评估方法首次在国内配置锂离子蓄电池组的高轨道卫星中应用，通过分析锂离子蓄电池组在长光照期搁置期间遥测数据，得到蓄电池组自放电的压差变化规律，通过分析锂离子蓄电池组在长光照期补充充电期间遥测数据，得到蓄电池组补充充电的实际充电容量规律。利用蓄电池组自放电的压差变化率部分表征蓄电池组的容量衰降，进一步提高蓄电池组在轨工作可靠性。
46.(2)本发明针对锂离子蓄电池组的容量衰降现象提出了一种卫星锂离子蓄电池组容量衰降的评估方法，通过分析锂离子遥测数据对锂离子蓄电池组容量衰降进行定量计算和定性评估，预测在轨中后期的长光照期补充充电期间和寿命末期的实际充电容量，该评估方法可应用于多个项目中，相关研究成果可推广至空间高轨卫星的锂离子蓄电池组的在轨工作性能评估中。
附图说明
47.图1为本发明方法流程图；
48.图2为本发明实施例长光照期补充充电和搁置周期蓄电池组的容量衰降模型示意图。
具体实施方式
49.下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
50.本发明评估方法首次在国内配置锂离子蓄电池组的高轨道卫星中应用，通过分析锂离子蓄电池组在长光照期搁置期间遥测数据，得到蓄电池组自放电的压差变化规律，通过分析锂离子蓄电池组在长光照期补充充电期间遥测数据，得到蓄电池组补充充电的实际充电容量规律。蓄电池组自放电的压差变化率部分表征蓄电池组的容量衰降，从而设计了一种卫星锂离子蓄电池组容量衰降的评估方法，进一步提高蓄电池组在轨工作可靠性。
51.如图1所示，本发明提出的一种卫星锂离子蓄电池组容量衰降的评估方法，包括如下步骤：
52.1)锂离子蓄电池组在长光照期的每个工作周期均包括搁置阶段和补充充电阶段(也称作搁置周期和补充充电周期)。在长光照期的搁置和补充充电期间(是指整个长光照期之内)，通过卫星遥测获取放电时间、放电开始电压、放电截止电压、充电时间等遥测数据；在长光照期，对蓄电池组搁置模式期间的电压变化情况进行统计，获取第i个放电周期(搁置阶段)间隔δtdi的蓄电池组电压差δudi和压差变化率δudpti。i＝1、2
……
。
53.δtdi＝td2i-td1i
54.式中，td2i表示第i个放电周期的放电截止时刻，td1i表示第i个放电周期的放电开始时刻；
55.δudi＝u1i-u2i
56.式中，u1i表示第i个放电周期的放电开始电压，u2i表示第i个放电周期的放电截止电压；
57.δudpti＝δudi/δtdi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)
58.2)对蓄电池组补充充电期间的容量变化情况进行统计，获取第i个补充充电周期间隔δtci的蓄电池组充电容量cci。i＝1、2
……
。
59.cci＝ici
×
δtci
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(2)
60.式中，ici表示第i个补充充电周期的充电电流；δtci表示第i个补充充电周期间隔；
61.δtci＝tc2i-tci
62.式中，tc2i表示第i个补充充电周期的充电截止时刻，tc1i表示第i个补充充电周期的充电开始时刻。
63.3)计算第i个补充充电和搁置周期的蓄电池组自放电电流isdi。i＝1、2
……
。
64.isdi＝cci/δtsd
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(3)
65.式中，cci表示第i个补充充电周期间隔的蓄电池组充电容量；δtsd表示第i个补充充电模式周期内的自放电时间；
66.δtsd＝δtdi δtci。
67.4)计算第i个补充充电周期的蓄电池组自放电容量csdi。i＝1、2
……
。
68.csdi＝isdi
×
δtci
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(4)
69.5)计算第i个补充充电周期的蓄电池组实际充电容量cri。i＝1、2
……
。
70.cri＝cci-csdi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(5)
71.6)根据第i个搁置周期的蓄电池组压差变化率δudpti和第i个补充充电周期的蓄电池组实际充电容量cri，建立长光照期补充充电和搁置周期蓄电池组的容量衰降模型。
72.长光照期搁置和补充充电周期蓄电池组的容量衰降模型，即：使用蓄电池组压差变化率δudpti表征同一个工作周期的蓄电池组实际充电容量cri；在同一个图中，蓄电池组压差变化率δudpti和蓄电池组实际充电容量cri存在一一对应的关系。
73.通过蓄电池组的容量衰降模型，对第i 1个搁置和补充充电周期的压差变化率δudpt_i 1和实际充电容量cr_i 1进行预测，其中，i＝1、2
……
。
74.从而实现了卫星锂离子蓄电池组容量衰降评估。
75.实施例：
76.本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
77.1)以某卫星在轨运行的蓄电池组容量衰降现象为例。通过卫星遥测获取前10个放电周期间隔的蓄电池组压差变化率δudpt为
78.[300.57 306.08 306.35 307.50 307.72 309.85 311.18 311.25 311.98 313.38]mv/天；
[0079]
2)前10个补充充电周期间隔δtci的蓄电池组充电容量cci为
[0080]
[34.70 34.10 34.02 33.92 33.76 33.56 33.45 33.37 33.21 33.15]ah；
[0081]
3)前10个补充充电模式和搁置模式周期的蓄电池组自放电电流isdi为
[0082]
[0.1197 0.1198 0.1196 0.1197 0.1196 0.1194 0.1195 0.1192 0.1189 0.1192]a；
[0083]
4)前10个补充充电模式周期的蓄电池组自放电容量csdi为
[0084]
[3.54 3.45 3.44 3.43 3.41 3.39 3.38 3.36 3.34 3.34]ah；
[0085]
5)前10个补充充电模式周期的蓄电池组实际充电容量cri为
[0086]
[31.17 30.64 30.58 30.48 30.35 30.18 30.07 30.00 29.87 29.81]ah；
[0087]
6)根据蓄电池组前10个搁置模式周期的压差变化率和补充充电模式周期的实际充电容量，建立长光照期补充充电模式和搁置模式周期蓄电池组的容量衰降模型。压差变化率与实际充电容量曲线一一对应,长光照期补充充电和搁置周期蓄电池组的容量衰降模型如图2所示。
[0088]
可以看出，压差变化率趋势曲线为，δudptn＝1.1777n 302.11，n表示第n个周期；
[0089]
实际充电容量趋势曲线为，cin＝-0.1329n 31.044，n表示第n个周期；
[0090]
通过蓄电池组的容量衰降模型，对第n 1个搁置模式和补充充电模式周期的压差变化率和实际充电容量进行预计，δudpt_n 1＝315.06mv/天与实测数据313.61近似，δcr_n 1＝29.58ah与实测数据29.79近似。