2020年简谈新型锂电均衡管理系统结构设计论文

简述新型锂功率平衡管理系统的结构设计论文随着宇宙事业的继续发展，宇宙电力技术发生了很大变化。早期宇宙飞船以单个化学电源供电，低于能源，目前锂离子电池组的应用使卫星电力系统轻量化，小型化设计大大提高，对锂离子电池组的平衡管理控制也提出了新的要求。电池组均衡管理系统是指在串行和并行过程中，电池组各部分串行和并行的单体在线监视，并尽可能保持容量和内部电阻等参数一致的能力。没有均衡的管理，电池组中一个单体的性能将迅速下降，必须有一套平衡的管理系统来控制运行过程中出现的不一致性。本文结合开发新的锂功率平衡管理系统，通过结构设计攻略，在满足产品功能、性能和工作可靠性要求的前提下，可以尽可能地推广、模块化和序列化小尺寸、轻质量、小结构质量和产品。传统的锂功率均等化管理系统复盖多个功能模块，以盖和连接螺钉构成的结构形式，主装配单元为单功能模块，由模块盒、PCB和电气连接器组成，在模块之间使用子端口进行限制，整个结构使用四个角上的四个长螺栓装配整个设备。此结构塑形具有下列性质：(1)每个模块都具有独立的电气性能，模块的功能更加完善。(2)使用模块间的磁毛和刺穿作为每个模块间连接的机械支撑部分，连接每个模块的侧面。(3)这些设计的优点体现在设计、生产和测试中。因为单个模块具有机械和电路功能的独立性，通过模块配置的增减，可以灵活地调整整个机械和电气性能，单个模块的设计更改不会影响整个产品。同时，在生产和测试中，多个模块并行运行，减少生产和测试周期，并且可以根据装配多个模块的时间逐步工作，具有很大的灵活性。新的锂功率平衡管理系统的结构与传统的平衡管理系统有很大的不同，新的平衡管理系统结构包括单模块1和单模块2两个部分，采用锂离子电池组结构和集成设计。其中，单模块1底部有与锂离子电池包结构相互安装的安装孔，安装孔大小与锂离子电池底座安装孔接口相匹配。单模块2的四个安装耳与锂离子电池包底板厚度相同，以中央对称排列，单侧安装耳位于两个锂离子电池的中间空位，减少系统单位卫星机舱板的安装面积，节省空间。新的自主平衡管理系统可以根据锂离子电池组合情况进行扩展，以满足各种卫星平台高功率锂离子电池组的平衡控制需求。单个模块1具有由两个PCB板和安装在地板上的某些设备实现电气性能的地板、前面板、空腔盖和三个支架相互独立组合的壳体结构。其中，电源管道和电阻有自己的绝缘和定位结构，安装在结构楼板上。外部接口是焊接在PCB板上的90针插头，每个基板的材料为FR4，厚度为2毫米，每个层有6个固定孔，固定在支架结构上，安装前面板结构，最后一个扣型腔盖结构。单个模块2包括前盖和后盖结构以及由两个PCB板组成的主框架结构。其中外部接口是焊接在PCB板上的90针插件，每层材料为FR4，厚度为2mm，倾斜为主框架结构，然后拧紧安装。单模块2独立于锂离子电池包安装在接近锂离子电池包的位置，基板厚度与锂离子电池包结构相同。使用CATIA软件简化结构的实体模型，导入ANSYSWORKBENCH软件进行有限元建模分析，在给定条件下进行模态分析和随机响应分析计算，为结构的整体设计提供了理论依据。在模态分析和随机响应分析中执行结构的动力学分析时，您可以查看以下内容：(1)新平衡管理系统的频率特性满足了基频大于140Hz的星载仪器的总体设计要求。其中，单个模块1的默认频率为543.85Hz。单个模块2的默认频率为235.93Hz。(2)对于动态载荷，正弦响应计算响应增益较小，因此新平衡管理系统的正弦载荷对正常使用没有影响。(3)通过随机响应分析，表明，每个键的平均平方加速度响应水平是新的平衡管理系统可以承受的水平，新的平衡管理系统的结构设计符合卫星导航设备的机械性能要求，在星星上安全可靠地使用。使用CATIA软件简化结构的实体模型，导入ANSYSWORKBENCH软件进行基于以下条件的热分析，以执行有限元建模分析：(1)边界条件：为了在高温条件下计算单体模块1和单体模块2内部各个组件的温度，将隔板设置为固定温度边界40 。(2)热耦合条件：计算组件与安装板之间的热阻作为组件与安装板的热阻耦合值。通过分析，单模块1和单模块2各组件合理使用，所有组件均满足轨道运行期间温度指示器减少的设计要求。在理论分析的基础上，对新的平衡管理系统进行了鉴定、急、热等环境实验验证。机械振动实验包括冲击实验、正弦随机实验、加速度实验、热真空实验、热循环、EMC实验等。实验结果证明，产品均符合技术要求，此次采用的新型平衡管理系统集成结构设计符合工程应用要求。新的锂功率平衡管理系统基于单模块1和单模块2相结合的集成结构设