简述新型空间锂电池快速充电方法

为克服传统大功率微波遥感类卫星“恒流转恒压”策略单一、充电时间漫长等缺点，文章基于马斯三定律提出了一种旨在去极化、加快充电进程的新型空间锂电池快速充电策略，即在一个充电周期内，采用多阶分段恒流充电并加入固定门限的短时放电，该方法可提高锂电池可允许充电电流并且不降低电池循环寿命。在MATLAB／SIMULINK软件中搭建基于太阳电池阵顺序开关分流的一次母线电压不调节电源系统仿真模型，并进行了实例仿真与对比分析。结果表明，采用快速充电策略可节省充电时间56以上，并且可有效消除充电极化。文章的研究结果可为未来在轨对锂电池进行多模式充电控制提供新的思路。

锂电池因具备比能量高、热效应小、无记忆效应等特点，逐步成为继镉镍电池、氢镍电池之后的第三代空间储能电源。锂电池的循环寿命是影响航天器在轨使用寿命的重要因素，其性能及使用寿命与充电方法有密切关系。传统观点认为，大电流充电会对蓄电池正极活性物质造成不可修复的损害，还会导致板栅腐蚀、析气等，使电池过早失效，因此，目前通常采用保守方法，在选择充电曲线时以较小固定值进行恒流充电，以小倍率充电换取较长的循环寿命。然而在实际卫星有效载荷使用中，以微波类载荷为例，经常面临功耗大、工作时间长导致一个“地影一光照”轨道周期内蓄电池充放电不平衡，或者卫星在经历一次紧急任务、蓄电池深度放电后需快速充满电等情况，迫切需要寻找一种充电效率高、充电时间短并对蓄电池使用寿命影响小的快速充电方法。目前，锂电池快速充电在地面电动汽车等新能源领域研究较多，文献对车载蓄电池快速充电方法及地面快速充电站设计等进行了研究，其成果可予以借鉴。

本文首先对锂电池快速充电基本理论进行介绍，结合较为成熟的空间顺序开关分流调节器(Se—quentialSwitchingShuntRegulator，S3R)型不调节母线电源系统拓扑，对锂电池的快速充电方法进行研究，最后给出了仿真与验证结果。

本文将地面电动汽车的锂电池快速充电策略引入航天领域，基于马斯三定律，提出了一种新型空间锂电池快速充电方法，即在一个充电周期内采用多阶分段“恒流”充电并加入固定电流门限的短暂放电。在MATLAB/SIMULINK中搭建S3R型不调节母线电源系统仿真模型，分别对传统锂电池“恒流转恒压”充电策略及本文所提出的快速充电策略进行了实例仿真与对比分析。仿真结果表明，采用快速充电策略可节省充电时间56以上，可大大缩短充电进程，从而验证了该快速充电策略的正确性。需要特别指出的是，目前多数航天器负载比较稳定，在轨一般不需要采用快速充电策略。但是，对于具有短期大功率负载应用需求的航天器，如配备合成孔径特种(SAR)载荷的卫星等，采用快速充电策略可同比增加SAR载荷开机次数、延长其工作时问，从而具备更好的为用户提供服务的能力。未来卫星载荷正朝着大功率、多样化方向发展，本文所提出的快速充电方法，可为航天器在轨对锂电池进行多模式充电控制提供新的思路。