航天锂离子电池均衡充电技术

2均衡充电技术

航天用锂离子电池必须采用均衡充电技术，这种观点在国内外已经得到完全认同。均衡充电技术主要解决锂离子电池单体长期充电过程中的电化学特性偏差现象，因此均衡充电方式的优劣需要一定的时间、资金、人力投入才能得到有效验证。

锂离子电池均衡充电在民用产品中还没有得到广泛重视和应用，因为多节单电池串联的应用较少，可靠性、寿命要求不高。在电动车锂离子电池系统中，单电池串联的节数较多，已经采用均衡充电技术，一般是采用单片机系统控制并在单电池上的分流电阻上实行通断，从而控制单电池的充电量。这种方法控制复杂、效率低、热耗大、均衡时间长，在早期的航天产品方案中移植了这种方法，现在国内外的技术人员正在探讨更加理想方案。

均衡充电的意义就是使锂离子电池单体电压偏差保持在预期的范围内，从而保证每个单电池在卫星寿命期间不受到过应力冲击而发生损坏。若不进行均衡充电控制，随着充放电循环的增加，各单电池电压逐渐分化。

一般情况下，充电时锂离子电池单体电压的偏差在50mV之内是完全可以接受的。我们可以认为造成偏差的主要原因是单电池充电效率、自放电率存在差异。另一方面，单电池中的测量电路电流消耗的影响也必须认真考虑，有时测量电路消耗的电流已经达到电池自放电电流的量级。在做锂离子电池寿命实验时，有的技术人员反映串联电池组的第一只或最后一只常常最先损坏，这往往是由于测量电路消耗造成的。

充电控制电路

1旁路式充电控制

如图1所示，光照期太阳电池充电阵通过二极管直接给锂离子蓄电池组充电，蓄电池组的每只电池都设置了充电旁路电路。当某一单电池的电压到达设定值时，充电旁路电路中的功率三极管开始导通，分流掉部分充电电流，保持该单电池电压恒定在很窄的一个范围内。蓄电池的特性决定了充电电流逐渐减小（近似指数规律），直至光照期结束。这种充电方法能够保证每只单电池均衡充电，但旁路电路功耗较大，充电电流很难测量。

2分流式充电控制

单电池循检电路分别采样各个电池电压，经过或门电路取出单电池电压最大值，在信号变换电路中与基准信号进行比较产生误差信号，误差信号送入分流调节器电路，控制锂离子蓄电池组中的单体电压。任一只电池电压到达设定值时，蓄电池组的平均充电电流逐渐减小。若采用开关型分流调节器，则在单体恒压充电时，充电电流是脉动的，所以采用这种充电控制方法需要锂离子蓄电池组能够适应脉动充电电流。

主误差放大器（MEA）采样母线电压信号，产生误差信号后送到分流调节器。也就是说，分流调节器同时受母线电压和蓄电池单电池电压控制。分流式锂离子电池充电控制电路如图2所示。