張 強(qiáng)，孔陳杰，習(xí)成獻(xiàn)，劉恩權(quán)，何 盼，陳天明，李 銳

（中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院,上海 201210)

MEO軌道衛(wèi)星同地球同步軌道衛(wèi)星一樣，每年經(jīng)歷兩個(gè)地影季，且地影季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，受測(cè)控站地域限制，很多情況下地面站不可能對(duì)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全程實(shí)時(shí)跟蹤，不可測(cè)弧段內(nèi)一旦發(fā)生電源故障，若不采取糾正措施，極有可能錯(cuò)過(guò)故障最佳處理時(shí)機(jī)，導(dǎo)致故障蔓延，損失加劇，甚至危及衛(wèi)星安全。因此，對(duì)業(yè)務(wù)星的在軌健康性、連續(xù)性、自主運(yùn)行能力提出較高的要求。

能源分系統(tǒng)作為星上產(chǎn)生、存儲(chǔ)、變換、調(diào)節(jié)和分配電能的分系統(tǒng)，是保證航天器其他子系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。一個(gè)合適可靠的電源系統(tǒng)對(duì)提高衛(wèi)星的性能，延長(zhǎng)衛(wèi)星的工作壽命起著決定性的作用[1]。

經(jīng)對(duì)近50年來(lái)國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)布的航天器在軌運(yùn)行的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，發(fā)現(xiàn)能源分系統(tǒng)故障約占航天器在軌故障21%，是航天器故障發(fā)生率較高的分系統(tǒng)之一[2]。根據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，其故障模式主要有空間高低溫沖擊、靜電釋放以及帶電粒子造成的太陽(yáng)電池陣電路故障與性能衰減，蓄電池不均引起的蓄電池單體過(guò)放和過(guò)充，其中蓄電池等屬于壽命有限的元部件，是航天器在軌失效率較高的產(chǎn)品。因此，在航天器全壽命周期對(duì)蓄電池健康狀態(tài)管理和自主運(yùn)行能力的提升，有助于提高航天器的可靠性和安全性。

本文充分考慮了鋰離子蓄電池的特性和衛(wèi)星軌道特點(diǎn)，針對(duì)業(yè)務(wù)星在無(wú)地面支持的情況下可自主運(yùn)行能力的要求，提出了一種基于軌道太陽(yáng)光照角自主判斷衛(wèi)星進(jìn)出地影時(shí)間，自主對(duì)蓄電池組進(jìn)行控溫切換、充放電管理、長(zhǎng)光照期擱置管理等內(nèi)容的鋰離子蓄電池組在軌自主健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并通過(guò)在軌數(shù)據(jù)分析對(duì)自主健康管理系統(tǒng)的驗(yàn)證情況進(jìn)行總結(jié)。

1 蓄電池組自主管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

衛(wèi)星供電采用的是太陽(yáng)電池陣-鋰離子蓄電池聯(lián)合供電的電源系統(tǒng)，其中電源控制器提供一條全調(diào)節(jié)、高精度單母線(xiàn)，能夠保證母線(xiàn)電壓始終穩(wěn)定在恒定值。蓄電池采用了高比能量的鈷酸鋰體系鋰離子雙蓄電池組，每組蓄電池組由20 A?h單體電池3并9串構(gòu)成。

能源系統(tǒng)自主健康管理系統(tǒng)主要要求當(dāng)衛(wèi)星能源供應(yīng)出現(xiàn)異常時(shí)，能在脫離地面運(yùn)控系統(tǒng)支持的條件下，自主完成故障診斷處理，并保證衛(wèi)星的能源平衡，衛(wèi)星正常運(yùn)行時(shí)由地面支持的工作變成星上自主控制，且保證精度和可靠性，提高衛(wèi)星的自主運(yùn)行能力。

根據(jù)需求鋰離子蓄電池在軌自主健康管理系統(tǒng)主要包括鋰離子在軌自主運(yùn)行管理策略、故障安全管理兩方面內(nèi)容。

1.1 鋰離子蓄電池組在軌自主運(yùn)行管理策略

鋰離子蓄電池壽命主要由存儲(chǔ)壽命和循環(huán)壽命兩部分組成。根據(jù)MEO衛(wèi)星鋰離子蓄電池的使用特性，采用了軌道光照角控制、定壓差均衡為主，電子電量計(jì)為輔的蓄電池組長(zhǎng)壽命管理控制手段，制定了鋰離子蓄電池組的在軌管理策略。通過(guò)星務(wù)計(jì)算機(jī)裝載能源管理軟件、電源控制器下位軟件以及均衡下位機(jī)軟件協(xié)同合作，來(lái)實(shí)現(xiàn)蓄電池在軌自主管理、均衡管理 、防過(guò)充過(guò)放等功能，其在軌管理策略主要如下文所述。

（1）充電管理

鋰電池組的充電采用先恒流后限壓的控制方式，控制單體電池電壓不超過(guò)設(shè)定值。為同時(shí)滿(mǎn)足壽命初期、末期及蓄電池組單體失效模式下的不同充電需求[3]，設(shè)計(jì)了一種充電電壓以0.5 V為步長(zhǎng)在30～38 V之間由指令進(jìn)行選擇，充電電流以0.5 A為步長(zhǎng)在0～8 A之間由指令進(jìn)行選擇具有16個(gè)恒壓電壓擋位和16個(gè)恒流電流充電擋位的充電調(diào)節(jié)器。

（2）定壓差均衡管理

鋰離子單體電池在制造過(guò)程中由于原材料和生產(chǎn)工藝水平的限制，使得鋰離子單體電池性能參數(shù)如電池內(nèi)阻、自放電率、容量衰減等不能完全一致，隨著長(zhǎng)期的充放電循環(huán)，會(huì)導(dǎo)致各單體間的性能差異越來(lái)越大，以致整體電池組性能下降，使用壽命縮短，甚至某些單體失效，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成不利影響。為確保鋰離子電池組在軌安全可靠地運(yùn)行，需對(duì)各單體電池進(jìn)行均衡處理。兼顧在軌均衡技術(shù)代價(jià)以及考慮到中高軌衛(wèi)星具有較長(zhǎng)時(shí)間的充電時(shí)間，且對(duì)均衡操作時(shí)間限制并不嚴(yán)格，本系統(tǒng)采用獨(dú)立的均衡管理器，其內(nèi)部采用能量耗散型的均衡電路即電池兩端并聯(lián)分流電阻，將多余的能量以熱能的方式消耗掉，以此使電池組所有的單體電壓趨于等同來(lái)達(dá)到均衡目的。此工作電路簡(jiǎn)單、可靠，易于實(shí)現(xiàn)，因電池的單體電壓較小，耗散電流可以設(shè)計(jì)較小，使相應(yīng)的設(shè)備質(zhì)量和熱耗得以控制。對(duì)于電池均衡管理器來(lái)說(shuō)，單體電池采樣精度越高越好，但受限于電阻精度和溫漂、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片精度等，精度不可能無(wú)限制提高。本系統(tǒng)單體電池壓電模擬量采集主要經(jīng)過(guò)電阻分壓網(wǎng)路、高精度的儀表放大器以及12位的AD574模數(shù)轉(zhuǎn)換，使其誤差范圍控制在5 mV以?xún)?nèi)。均衡管理策略由電源控制器下位機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)鋰電池充電、放電、擱置等不同狀態(tài)下的均衡調(diào)節(jié)。均衡方式分為下位機(jī)軟件均衡、硬件均衡和指令均衡方式。星上默認(rèn)自主軟件均衡，采用定電壓差均衡方式，即通過(guò)均衡算法找出9節(jié)電池中的最大和最小的單體電池并進(jìn)行標(biāo)記，若最小單體電壓低于3.3 V，則認(rèn)為該單體電池已經(jīng)故障，在判斷離散度時(shí)不考慮該單體，選取次小單體電壓作為參考，若最小單體電壓大于3.3 V，且兩者壓差大于60 mV，其余單體電壓與最小電壓逐一進(jìn)行比較，當(dāng)差值大于20 mV時(shí)，接通對(duì)應(yīng)單體電池的分流開(kāi)關(guān)，對(duì)其進(jìn)行分流，當(dāng)最大單體電壓和最小單體電池電壓之間的差值小于10 mV時(shí)則停止均衡，蓄電池定壓差均衡流程圖如圖1所示。

（3）長(zhǎng)光照存儲(chǔ)期管理

衛(wèi)星在長(zhǎng)光照期一般不需要蓄電池組參與供電，蓄電池組無(wú)功率輸出，處于開(kāi)路擱置狀態(tài)，電池組處于近似半荷電態(tài)，有利于電池的壽命。在能夠滿(mǎn)足衛(wèi)星負(fù)載功率要求的前提下，結(jié)合衛(wèi)星用電安全性考慮，在軌初期將擱置時(shí)蓄電池的荷電態(tài)調(diào)高至72.5%～80%左右，對(duì)應(yīng)單體電池電壓保持在3.9～3.95 V之間。

（4）地影期管理

圖1 蓄電池定壓差均衡流程Fig.1 Flow chart of storage batteries equalization with a constant voltage difference

電池進(jìn)入地影期的前3天，通過(guò)星務(wù)能源管理軟件自主控制，使得蓄電池組工作在更高的溫度并對(duì)電池進(jìn)行滿(mǎn)充電和均衡管理，電池組充電終止電壓為36.45 V（初期）。隨著壽命的進(jìn)行可通過(guò)地面指令來(lái)調(diào)整充電終止電壓延長(zhǎng)蓄電池組的壽命。

（5）熱管理控制

電池的熱管理主要是針對(duì)蓄電池組的各種工作模式下溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控和針對(duì)性的控制，以確保蓄電池工作在最優(yōu)、安全的溫度范圍內(nèi)，延長(zhǎng)電池的使用壽命[4]。根據(jù)MEO軌道特點(diǎn)和蓄電池工作溫度范圍小（0～30 ℃），放電時(shí)熱耗較大，充電時(shí)幾乎不發(fā)熱，蓄電池長(zhǎng)期處于在軌存儲(chǔ)及充電狀態(tài)，因此蓄電池組的熱設(shè)計(jì)應(yīng)保證地影期15～25 ℃，光照期-5～15 ℃。為減少蓄電池組及單體的溫差，在熱設(shè)計(jì)上采用了主動(dòng)熱控和被動(dòng)熱控相結(jié)合的方式，具體如下：套筒式模塊單元結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行黑色陽(yáng)極氧化處理，強(qiáng)化蓄電池組與周?chē)h(huán)境的輻射換熱。在安裝蜂窩板內(nèi)預(yù)埋兩根U形雙孔熱管，蓄電池組安裝面內(nèi)填充導(dǎo)熱硅脂，在安裝板外表面區(qū)域設(shè)置散熱面，進(jìn)行輻射散熱。蓄電池組A、B內(nèi)設(shè)計(jì)主備4路加熱器，每路加熱功率40 W加熱片粘貼在卡套上。在每個(gè)蓄電池組內(nèi)設(shè)置3個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)，根據(jù)測(cè)量溫度對(duì)電池組實(shí)施主動(dòng)控溫，以保證蓄電池組溫度滿(mǎn)足熱設(shè)計(jì)要求。

1.1.1 電量計(jì)控制

由于鋰電子蓄電池組在發(fā)生過(guò)放電時(shí)，會(huì)使電池產(chǎn)生不可恢復(fù)的短路失效。因此設(shè)計(jì)電子電量計(jì)輔助預(yù)測(cè)電池組的放電深度和電池性能衰減情況。電量計(jì)由星務(wù)能源管理軟件實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)充放電電流積分來(lái)獲得累計(jì)的當(dāng)前電量、充電電量、放電電量，同時(shí)電子電量計(jì)實(shí)現(xiàn)當(dāng)圈清零，并根據(jù)檢測(cè)電量發(fā)出電量過(guò)充和電量過(guò)放報(bào)警信號(hào)，作為蓄電池組電壓過(guò)充和過(guò)放報(bào)警的備份手段。

1.1.2 蓄電池組的自主進(jìn)出影

星載計(jì)算機(jī)裝載能源管理軟件依據(jù)軌道太陽(yáng)角自主判斷衛(wèi)星進(jìn)出影時(shí)間，通過(guò)總線(xiàn)給PCU發(fā)送工況標(biāo)識(shí)（初始、半充、擱置、滿(mǎn)充），并進(jìn)行相應(yīng)的溫度管理設(shè)置，來(lái)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星自主進(jìn)出影、電量計(jì)、蓄電池?zé)峥毓芾淼茸灾鹘】倒芾砉δ?，避免了蓄電池組在光照期和地影期頻繁來(lái)回切換過(guò)程中地面系統(tǒng)發(fā)送遙控指令的操作，實(shí)現(xiàn)了能源系統(tǒng)進(jìn)出影操作的自主化管理要求。圖2為蓄電池自主進(jìn)出影管理流程，表1為進(jìn)出影各工作模式定義。

圖2 蓄電池組自主進(jìn)出影管理流程Fig.2 Management flow chart of automatically entering/leaving Earth's shadow of storage batteries

表1 進(jìn)出影工作模式定義Table 1 Definition of working pattern of entering/leaving Earth's shadow

軌道太陽(yáng)角根據(jù)太陽(yáng)位置和衛(wèi)星位置計(jì)算得到，地影期間的β角范圍為：-12°～12°，β角每天變化約為1°，提前3天進(jìn)行設(shè)置，開(kāi)始進(jìn)行地影期管理。當(dāng)|β|連續(xù)小于15°時(shí)衛(wèi)星進(jìn)入地影季。衛(wèi)星進(jìn)地影前3天，蓄電池組加熱器按進(jìn)影閾值進(jìn)行加熱，將蓄電池溫度控制在15～25 ℃，以利于蓄電池組的充放電。6 h升溫完成后，PCU設(shè)置滿(mǎn)充模式，將蓄電池組充至滿(mǎn)荷狀態(tài)，確保在地影季蓄電池組有充足的能量保證衛(wèi)星工作。衛(wèi)星進(jìn)入長(zhǎng)光照期前3天，蓄電池組加熱器按出影閾值進(jìn)行設(shè)置，將蓄電池溫度控制在-5～15 ℃，PCU設(shè)置為擱置狀態(tài)，調(diào)整蓄電池組以80%荷電態(tài)出影（對(duì)應(yīng)蓄電池組電壓35.55 V）。衛(wèi)星進(jìn)入長(zhǎng)光照擱置期間，當(dāng)PCU檢測(cè)到蓄電池組電壓低于35.1 V（單體3.9 V）時(shí)，需要對(duì)蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充充電（補(bǔ)充電電流1 A），整組電壓達(dá)到35.55 V（3.95 V）時(shí)停止充電。

1.2 鋰離子故障管理自主安全設(shè)計(jì)

MEO軌道衛(wèi)星地影季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不可測(cè)控弧段時(shí)間較長(zhǎng)，因此開(kāi)展系統(tǒng)級(jí)的能源自主安全設(shè)計(jì)是確保衛(wèi)星全壽命周期在軌健康、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。安全模式是衛(wèi)星姿態(tài)最穩(wěn)定、消耗能源最少、維持衛(wèi)星運(yùn)行功耗最低的工作模式。

自主安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)是衛(wèi)星在發(fā)生影響系統(tǒng)安全的重大故障時(shí)進(jìn)行自主檢測(cè)、判斷和處理。根據(jù)故障模式影響閾分析，能源系統(tǒng)的主要故障包括蓄電池組過(guò)放電、母線(xiàn)電壓過(guò)低、母線(xiàn)電流過(guò)大以及太陽(yáng)帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)故障引起的供電不平衡問(wèn)題。

當(dāng)能源系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障，影響整星能源供應(yīng)時(shí)，整星進(jìn)入安全模式，衛(wèi)星依靠自身自主安全設(shè)計(jì)功能對(duì)在軌產(chǎn)生的故障自主進(jìn)行快速診斷和處理[5]，以消除故障或降低故障影響，為后續(xù)地面排故和實(shí)施操作搶救爭(zhēng)取更多時(shí)間。

在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用表征衛(wèi)星各分系統(tǒng)關(guān)鍵功能的重要參數(shù)作為判決依據(jù)，設(shè)定合理的判決門(mén)限、采樣時(shí)間和次數(shù)，使用1553B總線(xiàn)統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、指令分發(fā)的工作。主要采用電源控制器下位軟件、均衡下位機(jī)軟件以及星務(wù)能源管理軟件協(xié)同合作。均衡器軟件主要完成蓄電池遙測(cè)參數(shù)的采集處理、均衡指令的執(zhí)行和軟件自主均衡等功能，并通過(guò)RS422總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)與電源控制器之間的信息交換。電源控制器下位機(jī)軟件通過(guò)1553B總線(xiàn)與星務(wù)計(jì)算機(jī)通信，完成遙測(cè)數(shù)據(jù)的打包發(fā)送和間接指令的接收解析，通過(guò)RS422接口與均衡器通信，獲取單體電池參數(shù)并將其轉(zhuǎn)發(fā)給星務(wù)計(jì)算機(jī)。星載計(jì)算機(jī)通過(guò)總線(xiàn)采集分系統(tǒng)單機(jī)參數(shù)并觸發(fā)報(bào)警時(shí)，通過(guò)1553B總線(xiàn)發(fā)送程序預(yù)先設(shè)定的指令，并在最短的時(shí)間內(nèi)按照既定的單機(jī)關(guān)機(jī)順序，將相應(yīng)的設(shè)備關(guān)機(jī)，降低整星負(fù)載。地面系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星系統(tǒng)狀態(tài)，進(jìn)行影響閾分析并開(kāi)展后續(xù)處置，如圖3所示。

為避免由過(guò)放電造成電池的永久性損壞。能源系統(tǒng)根據(jù)電池電壓值設(shè)計(jì)了具有電池過(guò)放電報(bào)警管理功能的鋰離子故障管理自主安全控制模塊[6]。通過(guò)電源控制器、蓄電池均衡器和地面運(yùn)控監(jiān)測(cè)共同實(shí)現(xiàn)蓄電池組的過(guò)放電管理功能，其主要管理方式包括兩個(gè)方面：整組電池電壓報(bào)警、單體電池電壓報(bào)警。為避免毛刺、脈沖干擾誤觸發(fā)安全模式，衛(wèi)星會(huì)設(shè)置連續(xù)多次電池電壓閾值報(bào)警信號(hào)。超限時(shí)，星載計(jì)算機(jī)和地面系統(tǒng)會(huì)根據(jù)星務(wù)電源管理軟件提供的報(bào)警信號(hào)或參數(shù)值進(jìn)行干預(yù)，按照能源等級(jí)發(fā)送遙控指令，對(duì)各個(gè)分系統(tǒng)進(jìn)行斷電操作等。

圖3 能源故障自主控制原理Fig.3 Schematic diagram of autonomous control of energy failure

當(dāng)星載能源管理軟件監(jiān)測(cè)到連續(xù)3次上傳的任一蓄電池單體電壓小于VCOD時(shí)，產(chǎn)生“單體過(guò)放電”報(bào)警信號(hào)，由地面系統(tǒng)進(jìn)行影響閾分析，星上不做自主處理。

當(dāng)監(jiān)測(cè)到連續(xù)3次上傳整組電池電壓Vbat1、Vbat2和Vbat3中有兩個(gè)超過(guò)閾值，產(chǎn)生過(guò)放電報(bào)警信號(hào)，其中Vbat1、Vbat2和Vbat3分別來(lái)自電源控制器的總線(xiàn)數(shù)據(jù)，星載計(jì)算機(jī)直接模擬量測(cè)量值以及均衡器采集的單體電池電壓的累加值。過(guò)放電報(bào)警閥值初期取值見(jiàn)表2。按如下要求采取措施：①蓄電池組電壓小于VBOD1時(shí)，產(chǎn)生“整組過(guò)放電1”報(bào)警信號(hào)。該報(bào)警信號(hào)持續(xù)時(shí)間約5 min時(shí)，則認(rèn)為蓄電池過(guò)放，需對(duì)載荷設(shè)備關(guān)機(jī)，星載計(jì)算機(jī)按照一定的順序自動(dòng)關(guān)閉各載荷單機(jī)。②蓄電池組電壓小于VBOD2時(shí)，產(chǎn)生“整組過(guò)放電2”報(bào)警信號(hào)。該報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生后，衛(wèi)星進(jìn)入整星安全模式，蓄電池按進(jìn)影模式滿(mǎn)充設(shè)置，衛(wèi)星轉(zhuǎn)對(duì)日，星上各分系統(tǒng)按照星務(wù)安全模式管理軟件自主控制，降低整星負(fù)載。③蓄電池組電壓小于VBOD3時(shí)，產(chǎn)生“整組過(guò)放電3”報(bào)警信號(hào)。該報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生后，電源系統(tǒng)進(jìn)入危險(xiǎn)模式，由地面發(fā)送直接指令斷開(kāi)該蓄電池組繼電器盒的蓄電池接入開(kāi)關(guān)，蓄電池?zé)o直接功率輸出，以避免加劇蓄電池的過(guò)放電，但太陽(yáng)電池陣可以通過(guò)蓄電池組接入繼電器并聯(lián)的功率二級(jí)管充電回路對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電。通過(guò)地面進(jìn)行相關(guān)處理，對(duì)衛(wèi)星實(shí)施搶救。隨著電池壽命的衰降，過(guò)放電報(bào)警閾值可通過(guò)軟件上注進(jìn)行調(diào)整。

表2 過(guò)放電保護(hù)電壓閥值設(shè)置Table 2 Voltage threshold settings of over-discharge protection

圖4 光照期和地影期蓄電池組電壓變化曲線(xiàn)Fig.4 Voltage curve of storage batteries during photoperiodic and eclipse seasons

2 在軌驗(yàn)證情況

對(duì)某MEO衛(wèi)星蓄電池在軌半年遙測(cè)數(shù)據(jù)分析，長(zhǎng)光照期A蓄電池組電壓穩(wěn)定在35.10～35.54 V，B蓄電池組電壓穩(wěn)定在35.21～35.59 V之間，如圖4所示，蓄電池組在長(zhǎng)光照期存儲(chǔ)，由于蓄電池自放電和低壓線(xiàn)路耗電等原因，蓄電池組需要間歇補(bǔ)充充電，每229.85 h需進(jìn)行一次補(bǔ)充充電，并于2018年10月26日進(jìn)入地影期，在整個(gè)地影期A、B蓄電組放電終壓分別為33.71 V、33.79 V，單體平均放電終止電壓約為3.75 V，A、B蓄電池組放電容量最大分別為22.99 A?h、23.01 A?h，放電深度分別為38.3%、38.4%，滿(mǎn)足放電深度不大于65%的設(shè)計(jì)要求。

圖5、圖6是鋰離子蓄電池組均衡過(guò)程中，蓄電池A、B單體電壓隨時(shí)間變化曲線(xiàn)，表3是軟件均衡啟動(dòng)前后單體電壓均衡數(shù)據(jù)。由圖5、圖6和表3數(shù)據(jù)可見(jiàn)，2018年8月28日14時(shí)55分A、B蓄電池異常分流導(dǎo)致各單體電池離散性越來(lái)越大，均衡前A單體電池差為65 mV，B單體電池差為63 mV，經(jīng)過(guò)蓄電池組擱置期的補(bǔ)充充電和均衡分流，A、B蓄電池組分別于2018年8月30日4時(shí)39分和2018年8月30日6時(shí)50分，單體電池的電壓差小于15 mV，達(dá)到均衡效果，有效抑制了電池組電壓離散性的擴(kuò)大。鋰離子蓄電池組在軌光照期和地影期溫度變化曲線(xiàn)如圖7所示，長(zhǎng)光照期蓄電池組溫度在3.6～9.9 ℃，電池組在均衡過(guò)程中存在溫升，溫升未超過(guò)3 ℃，均衡分流熱耗較小，未對(duì)電池組溫度產(chǎn)生顯著影響。進(jìn)入地影季前3天，蓄電池組按進(jìn)影閾值操作，經(jīng)過(guò)6 h升溫，蓄電池組溫度短時(shí)升至19.74 ℃，地影季溫度保持在15.9～20.6 ℃，蓄電池組同一模塊3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的單體電池溫差不超過(guò)3 ℃，A、B蓄電池組模塊之間的溫差不超過(guò)5 ℃，溫度梯度小，滿(mǎn)足蓄電池組在軌存儲(chǔ)要求，有利于蓄電池長(zhǎng)壽命穩(wěn)定工作[7]。綜上所述，蓄電池組工作狀態(tài)良好，鋰離子蓄電池組自主進(jìn)出影管理系統(tǒng)控制效果符合預(yù)期，實(shí)現(xiàn)了蓄電池組在光照季和地影季的自主控溫切換、充放電管理、均衡管理等。

圖5 蓄電池A單體電壓隨時(shí)間變化曲線(xiàn)Fig.5 Time-dependent voltage curve of single cell battery A

表3 定壓差均衡實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 The observations of constant voltage difference balancing of storage batteries

圖6 蓄電池B單體電壓隨時(shí)間變化曲線(xiàn)Fig.6 Time-dependent voltage curve of single cell battery B

圖7 光照期和地影期蓄電池組溫度變化曲線(xiàn)Fig.7 Temperature curve of storage batteries during photoperiodic and eclipse seasons

3 結(jié) 論

針對(duì)鋰離子蓄電池組在中高軌業(yè)務(wù)星上將地面支持任務(wù)設(shè)計(jì)為星上自主，且衛(wèi)星自主運(yùn)行期間具備故障診斷和恢復(fù)能力的應(yīng)用需求，通過(guò)提高蓄電池組進(jìn)出影自主管理能力和多模式的適應(yīng)能力，完成了能源系統(tǒng)中鋰離子蓄電池組自主健康管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有效解決了鋰離子蓄電池組在軌自主進(jìn)出影、長(zhǎng)光照期擱置管理、均衡管理、能源故障安全管理等問(wèn)題，為后續(xù)衛(wèi)星的蓄電池在軌管理提供參考。