空间站高压锂电采集电路的安全性设计与应用研究.pdf

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1、第２３卷第３期载人航天Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．３２０１７年６月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＪｕｎ．２０１７空间站高压锂电采集电路的安全性设计与应用研究陈彦如，马季军，周少云，王娜，胡文斌（上海空间电源研究所，上海２００２４５）摘要：由于空间站有锂离子蓄电池组在轨更换的需求，为保障航天员在进行电池更换操作时的人身安全，电池组内设计有分断开关，但分断开关的动作会引起浪涌电流及反向过电压，影响基于ＡＤ７２８０芯片的锂电采集电路及下位机系统的安全。研究了在分断开关工况下浪涌电流及反向过电压的产生原理，提出了一种基于ＡＤ７２８０芯片的锂电采集电路的优化设计方案，通过采取反压隔离、浪涌抑制及高低压

2、隔离等保护措施以进一步提高系统的安全性和可靠性，并通过Ｃａ⁃ｄｅｎｃｅ仿真及试验进行验证，结果表明该设计方案安全、可靠、满足系统要求。关键词：锂电管理系统；ＡＤ７２８０Ａ芯片；分断开关；浪涌抑制中图分类号：Ｖ４４２文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１７）０３⁃０３７５⁃０９ＳｔｕｄｙoｎＳａｆｅｔｙＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｐｐlｉｃａｔｉoｎoｆＡｃｑｕｉｓｉｔｉoｎＣｉｒｃｕｉｔｆoｒＨｉｇｈ⁃ＶolｔａｇｅＬｉ⁃ｉoｎＢａｔｔｅｒｙｉｎＳｐａｃｅＳｔａｔｉoｎＣＨＥＮＹａｎｒｕ，ＭＡＪｉｊｕｎ，ＺＨＯＵＳｈａｏｙｕｎ，ＷＡＮＧＮａ，ＨＵＷｅｎｂｉｎ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓ

3、ｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅＰｏｗｅｒ⁃ｓｏｕｒｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｓｔｈａｔｔｈｅＬｉｔｈｉｕｍ⁃ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙｐａｃｋｓｈｏｕｌｄｂｅｒｅｐｌａｃｅａｂｌｅｏｎｏｒ⁃ｂｉｔ．Ｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆａｓｔｒｏｎａｕｔｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｂｒｅａｋｉｎｇｓｗｉｔｃｈｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｔｈｅｂａｔｔｅｒｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｒｅａｋｉｎｇｓｗｉｔｃｈｗｉｌｌｃａｕｓｅｓｕｒｇｅｖｏ

4、ｌｔａｇｅａｎｄｒｅｖｅｒｓｅｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ，ｔｈｕｓａｆｆｅｃｔｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅＡＤ７２８０ｂａｓｅｄａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｏｆｔｈｅＬｉｔｈｉｕｍ⁃ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙａｎｄｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｓｕｒｇｅｖｏｌｔａｇｅａｎｄｔｈｅｒｅｖｅｒｓｅｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｂｒｅａｋｉｎｇｓｗｉｔｃｈｏｐｅｒａｔｉｏｎｗａｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄａｎｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｂａｔｔｅｒｙａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｂａｓｅｄｏｎＡＤ７２８０ｗａｓｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｓｕｒｇｅｓｕ

5、ｐｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｈｉｇｈａｎｄｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｉｓｏｌａｔｉｏｎｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｗｅｒｅｔａｋｅｎｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓａｆｅｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙＣａｄｅｎｃｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｓａｆｅｉｎｃｏｍｐｌｅｘｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｅａｓｙｔｏｍａｉｎｔａｉｎａｎｄｃｏｕｌｄｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｓｔａｂｉｌ

6、ｉｚａｔｉｏｎａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗoｒｄｓ：Ｌｉｔｈｉｕｍ⁃ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ（ＢＭＳ）；ＡＤ７２８０Ａｃｈｉｐ；ｂｒｅａｋｉｎｇｓｗｉｔｃｈ；ｓｕｒｇｅｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ［２］锂电池长期安全可靠运行是必不可少的。在１引言空间站高压锂电管理系统设计中，高压锂离子蓄电源系统是空间站等大型载人航天器上极其电池组接入技术是锂电管理系统安全性与可靠性重要的分系统，其安全性与高可靠性设计是保证设计中的一个难点，尤其是在存在分断开关、外部航天器平台安全、维持各类负载良好工作的基电池组电压采集电路等复杂工况下，对于锂电采［１］础。而对于采用锂离

7、子电池作为空间储能电集系统核心元器件以及电路板耐高压能力和电磁源的大型载人航天器来说，锂电管理系统对保障兼容能力（ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，ＥＭＣ）要收稿日期：２０１６⁃０８⁃２３；修回日期：２０１７⁃０４⁃１７第一作者：陈彦如，女，硕士研究生，研究方向为空间电源系统设计。Ｅｍａｉｌ：ｃｙｒ０４１７＠１６３．ｃｏｍ３７６载人航天第２３卷求较高，因此对复杂工况下的锂电采集系统开展５节电池参数，第２、４片采集６节电池