一种适用于小卫星电源的高集成度无缆化电池系统

技术领域

本发明涉及卫星电源技术领域，尤其涉及一种适用于小卫星电源的高集成度无缆化电池系统。

背景技术

随着小卫星和商业卫星的集成化、小型化、低成本及长寿命的发展要求，高性价比、集成化自主管理的蓄电池组越显重要。一般的小卫星和商业卫星，可采用高性价比的COTS锂电池作储能单元，工作寿命在1～3年，随着商业化推进和低轨卫星的需求，寿命要求提升到5～7年，采用高性价比的商业电池，对寿命、可靠性要求更高，在没有电池系统管理的情况下，后期蓄电池组的可靠性和寿命评价无法预知。

发明内容

针对解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于小卫星电源的高集成度无缆化电池系统，包括：由CPU系统和电池管理芯片组成的电池管理系统、蓄电池组；

所述电池管理系统以及相关电路器件集成于刚挠结合板，所述刚挠结合板包括PCB基板和挠性板，所述电池管理系统通过CAN总线与星务计算机通信连接，所述蓄电池组置于铝框架内，电池采用镍带互联，电路器件连接采用印制板走线设计，刚挠结合板覆盖于铝框架四周，信号和功率通过J30J和HRM连接器输出，PCB基板之间通过挠性板实现电气连接；

所述电池管理系统具有如下功能：单体电压采集和均衡、单串电流采集、整组电压处理、电池组温度检测和温度保护、SOC估计、过充保护、过放保护、温度保护、单体电池均衡、充放电隔离控制和智能管理；

所述单体电压采集和均衡，采用电池管理芯片完成电压采集，通过SPI总线输送至所述CPU系统进行处理，通过外置MOS管和均衡电阻实现单体的均衡；

所述单串电流采集，采用小型贴片式的电流霍尔传感器对充电和放电双向电流采集，输送至所述CPU系统的12位AD进行处理；

所述整组电压处理，采用所述CPU系统自带的12位AD进行采集处理，判断整组电压的工作状态，根据设定的电压阈值，驱动充放电开关，实现过充保护和过压保护；

所述电池组温度检测和温度保护，采用高精度热敏电阻对单体电池进行温度检测，根据设定的温度阈值，对电池组加热带进行加热实现温度保护；

所述充放电隔离控制在每串电池采用2只PMOS管背靠背方式，单独控制充电或者放电，以便于冗余和故障隔离控制；

所述智能管理，经过单体及单串的状态采集，通过软件算法对单节的健康状态进行辨别，及时对故障进行预计，告知星务计算机具体的故障点和故障类型，对确认的故障进行隔离并调整供电策略，根据开路电压、安时计以及实际多工况充放电曲线查找表相结合的方式，对当前电池SOC进行计算。

本发明方案有益效果如下：

1、实现蓄电池自主均衡、SOC估计、SOH估计、热控等健康管理，延长蓄电池组寿命，提高蓄电池组可靠性，满足小卫星5年甚至7年长寿命高可靠的要求；

2、实现无缆化和集成化设计，取消了电池互联和采集点焊接导线，电装过程整洁安全可靠，解决了之前大量甩线和线头处理带来的安全隐患及防护工作。

应当理解，上述发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的一种适用于小卫星电源的高集成度无缆化电池系统的结构示意图；

图2为电池系统的整体外观示意图

图3为刚挠结合板板实物图；

图4为蓄电池组置于铝框架内示意图。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

如图1所示，本实施例提供的一种适用于小卫星电源的高集成度无缆化电池系统，包括：由CPU系统和电池管理芯片组成的电池管理系统、蓄电池组；

如图2-4所示，所述电池管理系统以及相关电路器件集成于刚挠结合板，在增加大量采集点的情况下，电路器件连接采用印制板走线设计，代替原来的导线束连接，整洁可靠，安全性高，所述刚挠结合板包括PCB基板和挠性板，所述电池管理系统通过CAN总线与星务计算机通信连接，所述蓄电池组置于铝框架内，紧凑排布，空间利用率高，电池采用镍带互联，PCB基板和挠性板覆盖于铝框架四周，PCB基板设计为镂空结构，紧贴电池，电池电极由镍带联至PCB基板，PCB基板上的空余位置可将电路器件进行就近布局，信号和功率通过J30J和HRM连接器输出，PCB基板之间通过挠性板实现电气连接，充分利用空间，使集成度更高，形成了包裹式架构，最终将蓄电池组连接起来，不需要软导线；

所述电池管理系统具有如下功能：单体电压采集和均衡、单串电流采集、整组电压处理、电池组温度检测和温度保护、SOC估计、过充保护、过放保护、温度保护、单体电池均衡、充放电隔离控制和智能管理；

所述单体电压采集和均衡，采用电池管理芯片LTC6803完成电压采集，单片最多可采集12节，精度10mV以内，通过SPI总线输送至所述CPU系统进行处理，通过外置MOS管和均衡电阻实现单体的均衡，相比传统AD采集+模拟开关，减少了硬件资源，提高了采集稳定性和精度，成本低、体积小；

所述单串电流采集，采用小型贴片式的电流霍尔传感器对充电和放电双向电流采集，输送至所述CPU系统的12位AD进行处理；

所述整组电压处理，采用所述CPU系统自带的12位AD进行采集处理，判断整组电压的工作状态，根据设定的电压阈值，驱动充放电开关，实现过充保护和过压保护；

所述电池组温度检测和温度保护，采用高精度热敏电阻MF501对单体电池进行温度检测，根据设定的温度阈值，对电池组加热带进行加热实现温度保护；

所述充放电隔离控制在每串电池采用2只PMOS管背靠背方式，单独控制充电或者放电，以便于冗余和故障隔离控制，相比机械继电器、Bypass开关可靠性更高，且成本更低；

所述智能管理，经过单体及单串的状态采集，通过软件算法对单节的健康状态进行辨别，及时对故障进行预计，告知星务计算机具体的故障点和故障类型，例如单体无法充电、欠压、过压、充电异常，对确认的故障进行隔离并调整供电策略，由于在轨时电池基本处于充电和放电两个工况，不能完全根据开路电压(OCV)去计算SOC，根据开路电压、安时计以及实际多工况充放电曲线查找表相结合的方式，对当前电池SOC进行计算，结果更加准确。

由此可见，通过本实施例的电池管理系统，解决了传统电源控制器或者星务计算机管控电池的负荷，取代了连接线束，抗干扰能力更强，电池采集状态更准确，管理成本更低。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。