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JP3767378B2 - Lithium-ion battery device for low orbit satellites - Google Patents

Lithium-ion battery device for low orbit satellites Download PDF

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JP3767378B2
JP3767378B2 JP2000383423A JP2000383423A JP3767378B2 JP 3767378 B2 JP3767378 B2 JP 3767378B2 JP 2000383423 A JP2000383423 A JP 2000383423A JP 2000383423 A JP2000383423 A JP 2000383423A JP 3767378 B2 JP3767378 B2 JP 3767378B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、低軌道人工衛星に搭載され、日照時に充電され、日陰時に必要な電力を供給する（放電する）低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境の監視システム、資源探査システム、移動体通信システムなど、低軌道人工衛星を利用したシステムは現代の日常生活と密接に関係している。その為、システム維持や利用コストの低減は現代社会の重要な課題であり、システムの一部となる人工衛星の長寿命化は、この課題を解決するための有効な方策である。
【０００３】
従来の低軌道人工衛星用バッテリ装置（ニッケル水素バッテリ、もしくはニッケルカドミウムバッテリ）は、日照時に飽和点（満充電）まで充電され、日陰時に必要な電力を供給（放電）し、満充電からの放電量を基準として運用されている。この方式は放電深度管理と呼ばれ、放電量は放電時間と放電電流から算出され、この度合が放電深度（Depth of Discharge；ＤＯＤ）と呼ばれる。また、充電量は充電時間と充電電流、及び飽和電圧から算出される。
【０００４】
この様な方法で管理される理由は、ニッケル水素バッテリやニッケルカドミウムバッテリの残存容量が、特定のパラメータ（電圧、温度等）で一義的に定義できる特性ではなく、飽和点からの放電深度ＤＯＤを知ることによりバッテリの残存容量を特定できることに拠る。一般的には、充電量が放電量よりも大きく、放電開始時にはバッテリが飽和点（満充電）に達しているように管理・運用される。
【０００５】
バッテリにリチウムイオンバッテリを使用した場合も、同じ方法で管理・運用することができる。但し、リチウムイオンバッテリには飽和点が存在しないため、満充電に相当するバッテリ端子電圧を予め設定しておき、その電圧へ到達させる管理・運用となる。この満充電の状態を１００％の充電状態（State of Charge；ＳＯＣ）という意味で、ＳＯＣ１００％と呼んでいる。同様に、満充電時の容量に対する残存容量の度合を百分率で表現し、例えば残存容量が満充電時の半分である場合にはＳＯＣ ５０％と呼んでいる。
【０００６】
図１２は、バッテリにリチウムイオンバッテリを使用した場合の従来の低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の構成図である。
図１２において、１は太陽電池、２は電圧制御回路、３は電力分配回路、４は負荷、５は充電制御回路、６はリチウムイオンバッテリ、７は放電制御回路、Ｖbusは電力系統電圧、Ｖbatはリチウムイオンバッテリ端子電圧、Ｉcはリチウムイオンバッテリの充電電流、Ｉdはリチウムイオンバッテリの放電電流である。
【０００７】
図１２の動作を図１３の動作タイムチャートを使用して以下に説明する。
日照時に、太陽電池１で発生した電力は、その電圧が電圧制御回路２で電力系統電圧Ｖbusになるように制御され、電力分配回路３と充電制御回路５に入力される。充電制御回路５は、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatを監視しながら、入力された電力を変換して充電電流Ｉcを出力し、この電流でリチウムイオンバッテリ６を充電する。
【０００８】
充電制御回路５の動作は、図１３に示すように、初めは定電流制御動作であるが、リチウムイオンバッテリ６の充電が進み、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧ＶbatがＳＯＣ １００％を示す予め決められた所定の電圧に達したことを検出すると、定電圧制御動作に切り替わり、その出力電流Ｉcを徐々に絞ってＳＯＣ １００％の状態を保つように動作する。こうして、日照時に、太陽電池１で発生した電力はリチウムイオンバッテリ６に蓄えられる。
【０００９】
一方、日陰時には、リチウムイオンバッテリ６に蓄えられた電力の放電が起こり、放電された電力は放電制御回路７で電力変換され、電力系統電圧Ｖbusに出力電圧が調整された電力として電力分配回路３に入力される。この日陰期間中に放電される電流Ｉdの量に応じて、図１３に示すように、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatの値は低下していく。この様に、リチウムイオンバッテリ６の状態は、ＳＯＣ １００％の状態（満充電の状態）と放電電流量に応じたあるＳＯＣの状態が繰り返される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
低軌道人工衛星のバッテリ容量は、サバイバル電力用の最少残容量に日陰中の必要電力分を加えた容量があればよく、必ずしもＳＯＣ １００％まで充電する必要は無い。しかし、上記のような低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、充電停止電圧がＳＯＣ １００％を示す予め決められた所定の電圧に固定されているため、前述したようにＳＯＣ １００％まで充電する必要がない場合でも、常にＳＯＣ １００％に近い状態で運用されることになる。
【００１１】
一方、リチウムイオンバッテリの寿命特性（容量の経年変化特性）はＳＯＣの状態に依存しており、ＳＯＣが高くＳＯＣ １００％に近いほど容量劣化が大きく、ＳＯＣが低いほど容量劣化が小さい傾向がある。
【００１２】
図１４は、ＳＯＣの状態とバッテリ容量の関係を経過時間で示したものであり、時間が経過するとバッテリ容量が低下していくこと、及びＳＯＣの高い状態で使用するほど一定時間経過後の容量劣化が大きい（低いＳＯＣで使用した方が一定時間経過後の容量劣化が小さい）ことがわかる。つまり、従来の低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の様に１００％ ＳＯＣに近い状態で使用することは、大きな容量劣化を招き、バッテリ寿命を短くする欠点があった。
【００１３】
この発明は、かかる問題点を解決するために成されたものであり、前述の様にＳＯＣが低いときに寿命が長くなる特徴を活かし、運用初期のバッテリ容量に余裕のあるときに１００％以下の可能な限り低いＳＯＣでバッテリを動作させることにより、バッテリの寿命を長くすることができる低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を得ることを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置は、日照時に電力を発生させる太陽電池と、前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、前記電圧制御回路の出力電流を監視して、日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合にその比較差に応じて段階的な出力信号を生成する演算回路と、前記演算回路の出力に対応した段階的な充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路とを備え、前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理することを特徴とするものである。
【００１６】
また、日照時に電力を発生させる太陽電池と、前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、前記電圧制御回路の出力電流を監視し、日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合は正のアナログ信号を出力し、大きい場合には負のアナログ信号を出力する演算回路と、前記演算回路の出力信号を受けそれに対応して線形的に変化する充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路とを備え、前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理することを特徴とするものである。
【００１７】
また、日照時に電力を発生させる太陽電池と、前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、アノード側が前記リチウムイオンバッテリに接続され、カソード側が前記電力分配回路に接続されたブロッキングダイオードでなり、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、前記電圧制御回路の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中の前記リチウムイオンバッテリの放電電圧から日照中の前記電圧制御回路の出力電圧へ切り替わる変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合にその比較差に応じて段階的な出力信号を生成する演算回路と、前記演算回路の出力に対応した段階的な充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路とを備え、前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理することを特徴とするものである。
【００１８】
また、日照時に電力を発生させる太陽電池と、前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、アノード側が前記リチウムイオンバッテリに接続され、カソード側が前記電力分配回路に接続されたブロッキングダイオードでなり、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、前記電圧制御回路の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中の前記リチウムイオンバッテリの放電電圧から日照中の前記電圧制御回路の出力電圧へ切り替わる変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合は正のアナログ信号を出力し、大きい場合には負のアナログ信号を出力する演算回路と、前記演算回路の出力信号を受けそれに対応して線形的に変化する充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路とを備え、前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理することを特徴とする低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置。
【００１９】
また、日照時に電力を発生させる太陽電池と、前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、前記電圧制御回路の出力電流を監視し日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する電流監視型パルス生成回路と、前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、前記バッテリ電圧平均信号を受けて前記リチウムイオンバッテリの残容量を表示するバッテリ残容量表示装置と、前記リチウムイオンバッテリの残容量表示の監視に基づいて前記リチウムイオンバッテリ容量の過不足が評価されたときに入力される充電停止電圧設定信号を前記充電制御回路に送出する充電停止電圧入力装置とを備え、前記充電制御回路は、前記電流監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧入力回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理することを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
図１において、図１２に示す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、８はバッテリ電圧モニタ回路、９は電流監視型パルス生成回路、１０は累積データ保管回路、１１は累積データ平均化回路、１２は最少残容量設定回路、１３は比較回路、１４は充電停止電圧設定回路、Ｉvcは電圧制御回路２の出力電流、Ｓsetは充電停止電圧設定回路１４から出力される充電停止電圧設定信号、Ｓreadは電流監視型パルス生成回路９から出力される電圧読取パルス信号、Ｓbatはバッテリ電圧モニタ回路８から出力されるバッテリ電圧モニタ信号、Ｓsumは累積データ保管回路１０から出力されるバッテリ電圧累積信号、Ｓaverageは累積データ平均化回路１１から出力されるバッテリ電圧平均信号、Ｓsurvivalは最少残容量設定回路１２から出力される最少残容量信号、Ｓcompは比較回路１３からの出力信号である。
【００２１】
この実施の形態１に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置は、図２に示すリチウムイオンバッテリ６が有するＳＯＣ ５０％以上での無負荷電圧とバッテリ容量の間の密接な関係、つまり無負荷電圧を計測することにより容量が推定できる特性に着目し、電圧制御回路２により、日照時に電力を発生させる太陽電池１の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御を行い、電力分配回路３を介して負荷４に電力分配すると共に、電圧制御回路２とリチウムイオンバッテリ６との間に充電制御回路５を設け、かつリチウムイオンバッテリ６と電力分配回路３との間に放電制御回路７を設け、さらに、バッテリ電圧モニタ回路８により、リチウムイオンバッテリ６の端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を生成し、電流監視型パルス生成回路９により、電圧制御回路２の出力電流を監視し日照開始時にその電流が零から増加する変化を検出して充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８に電圧読取パルス信号を送出するようにし、電圧読取パルス信号が入力されている間だけ充電制御回路５が充電電流出力を停止してリチウムイオンバッテリ６を無負荷状態にし、この間にバッテリ電圧モニタ回路８がリチウムイオンバッテリ６の無負荷電圧を計測してバッテリ残容量を示すバッテリ電圧モニタ信号を生成し、累積データ保管回路１０により、バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成し、累積データ平均化回路１１により、バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成し、最少残容量設定回路１２により、残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成し、比較回路１３により、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号を受けて比較することによりバッテリの容量不足を評価し、バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合にその差に応じて段階的な出力信号を生成し、充電停止電圧設定回路１４により、比較回路１３の出力信号を受けてそれに対応して段階的に充電停止電圧を上昇させる充電停止電圧設定信号を生成し、その充電停止電圧設定信号を前記充電制御回路に入力して充電を段階的に管理することにより、リチウムイオンバッテリ６を低いＳＯＣで動作させ、寿命を長くする。
【００２２】
次に、前記のように構成された低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の具体的な動作について説明する。
日照時に、太陽電池１で発生した電力は電圧制御回路２で受電され、電力系統電圧Ｖbusに調整されて出力され、電力分配回路３を経て負荷４に供給される。同じく、電圧制御回路２から出力された電力は、充電制御回路５に入力される。充電制御回路５は、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧を監視しながら、入力された電力を変換して充電電流Ｉcを出力し、この電流Ｉcでリチウムイオンバッテリ６を充電する。充電制御回路５の動作は、初めは定電流制御動作であるが、リチウムイオンバッテリ６の充電が進み、その端子電圧Ｖbatが充電停止電圧設定信号Ｓsetで設定された充電停止電圧と等しくなったことを検出すると所定のＳＯＣに達したと判断して定電圧制御動作に切り替わり、リチウムイオンバッテリ６の充電電流Ｉcを徐々に絞って、所定のＳＯＣを保つように動作する。
【００２３】
一方、日陰時には、リチウムイオンバッテリ６に蓄えられた電力の放電が起こり、放電された電力は放電制御回路７で電力変換され、電力系統電圧Ｖbusに出力電圧が調整された電力として電力分配回路３に入力される。この日陰期間中に放電される電流Ｉdの量に応じてリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatの値は低下していく。このリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatはバッテリ電圧モニタ回路８によって計測される。
【００２４】
これがリチウムイオンバッテリ６の充放電の一周期であり、次の日照開始時から次の充放電周期が始まる。日照開始時は、太陽電池１で発生し電圧制御回路２で電力系統電圧Ｖbusに調整された電力が負荷に供給され始めるため、リチウムイオンバッテリ６からの放電は停止し、電圧制御回路２の出力電流Ｉvcが零から増加を始める。この電圧制御回路２の出力電流Ｉvcの変化を電流監視型パルス生成回路９が検出したとき、電流監視型パルス生成回路９は、充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８にハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadを送出する。
【００２５】
電流監視型パルス生成回路９からの電圧読取パルス信号Ｓreadがハイレベルの時、充電制御回路５は充電を停止し、リチウムイオンバッテリ６は無負荷状態となる。同じく、バッテリ電圧モニタ回路８は、ハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadが入力されているときにリチウムイオンバッテリ６の端子電圧を計測する動作を行う。こうして、バッテリ電圧モニタ回路８が計測したリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatは無負荷電圧となり、リチウムイオンバッテリ６の残容量を推定可能な電圧信号が得られることになる。以上の動作における各部の波形を図３に示す。
【００２６】
バッテリ電圧モニタ回路８で検出されたリチウムイオンバッテリ６の無負荷時端子電圧Ｖbatは、バッテリ電圧モニタ信号Ｓbatに変換されて、累積データ保管回路１０に入力される。累積データ保管回路１０では、各周回のバッテリ電圧モニタ信号Ｓbatが累積されてバッテリ電圧累積信号Ｓsumが生成される。バッテリ電圧累積信号Ｓsumは、累積データ保管回路１０から累積データ平均化回路１１に送られ、ここで一回帰日数中の平均値を示すバッテリ電圧平均信号Ｓaverageに変換される。
【００２７】
低軌道人工衛星の必要電力や発生電力は各周回で異なるため、一周回毎に放電終了時のバッテリ無負荷電圧を検出して残容量を推定し最少残容量と比較することは無意味であるが、同一軌道に戻るまでの一回帰日数中の平均値であれば、様々なイベントの影響が加味された有意な値として捉えることができる。例えば、砂漠の上空を飛行する周回は必要電力が少ないが、ニューヨークやロンドンの様な大都市の上空を飛行する周回は必要電力が多くなる。この必要電力の変化に伴う放電終了時の無負荷電圧の変化を一回帰日数で平均し最少残容量と比較することにより、バッテリ容量の過不足が評価できる。
【００２８】
累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号Ｓaverageは、最少残容量設定回路１２で予め設定された固定値である最少残容量信号Ｓsurvivalと共に比較回路１３に入力されて比較され、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が大きい場合はローレベルを維持し、小さい場合にはその差に応じて段階的にレベルが上昇する出力信号Ｓcompが生成され、充電停止電圧設定回路１４に送出される。
【００２９】
充電停止電圧設定回路１４では、段階的な比較回路出力信号Ｓcompに応じて段階的な充電停止電圧設定信号Ｓsetを生成し充電制御回路５へ送出する。充電制御回路５は、受け取った充電停止電圧設定信号Ｓsetで決まる充電停止電圧になるようにリチウムイオンバッテリ６の充電を管理するので、リチウムイオンバッテリ６は可能な限り低いＳＯＣで動作することになり、寿命を長くすることができることになる。
【００３０】
このように、リチウムイオンバッテリ６の無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を段階的に変更してリチウムイオンバッテリ６を可能な限り低いＳＯＣで動作させることができるようになったので、リチウムイオンバッテリの寿命が長くなる効果があるが、図４は充電停止電圧を時間の経過と共に変更し、ＳＯＣの設定を４０％、６０％、８０％の順に切り換えて使用したときの充電終了時のＳＯＣの変化例を示し、図５はこの様に使用したときのリチウムイオンバッテリ６の総容量の変化例を示している。図５では、使用開始時のリチウムイオンバッテリの総容量が１００％であり、７年経過後では総容量が使用開始時の６０％まで低下することを示す。一方、図６はＳＯＣ ８０％で使用し続けた場合の総容量の変化例を示したものである。先の図５の例と比較するために総容量が使用開始時の６０％に達するまでの経過時間に注目すると、約５.６年である。つまり、充電停止電圧を変更してリチウムイオンバッテリ６を使用することにより、この例では低軌道人工衛星の運用期間を約１.４年延長できる効果がある。
【００３１】
なお、上記説明において、信号レベルにハイ、ロー、上昇の表現を用いているものは相対的な概念であり、レベルや変化の方向を反転して構成しても同様の効果を奏する。また、上記説明において、バッテリ電圧累積信号を平均化する期間を一回帰日数としたが、一週間や一ヶ月といった確定した期間であればよく、同様の効果を奏する。
【００３２】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
図７において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１５は累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号Ｓaverageと最少残容量設定回路１２からの最少残容量信号Ｓsurvivalとを入力し、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が小さい場合には正の、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が大きい場合には負の線形に変化するアナログ信号Ｓdiffを生成する演算回路であり、その出力信号Ｓdiffは、充電停止電圧設定回路１４に入力され、充電停止電圧設定回路１４は、正の出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、負の出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号Ｓsetを充電制御回路５へ送出するようになされている。
【００３３】
前述した実施の形態１に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、充電停止電圧の調整が段階的で、かつ上昇させるだけであったのに対し、この実施の形態２による低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、比較回路１３の代わりに、累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号と最少残容量設定回路１２からの最少残容量信号を受けてその差を演算することによりバッテリ容量の過不足を評価し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合には正のアナログ出力信号を生成し、前記バッテリ電圧平均信号の方が大きい場合には負のアナログ出力信号を生成する演算回路１５を設け、充電停止電圧設定回路１４により、演算回路１５の正のアナログ出力信号を受けたときには、それに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、演算回路１５の負のアナログ出力信号を受けたときには、それに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号を生成するようにし、この充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に入力して充電を線形的に管理することにより、人工衛星の運用電力が大きく変化した場合に線形的に充電停止電圧を上げ下げしながらリチウムイオンバッテリ６を低いＳＯＣで動作させ、寿命を長くする。
【００３４】
次に、前記のように構成された低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の具体的な動作について説明する。
日照時に、太陽電池１で発生した電力は電圧制御回路２で受電され、電力系統電圧Ｖbusに調整されて出力され、電力分配回路３を経て負荷４に供給される。同じく、電圧制御回路２から出力された電力は充電制御回路５に入力される。充電制御回路５はリチウムイオンバッテリ６の端子電圧を監視しながら、入力された電力を変換して充電電流Ｉcを出力し、この電流Ｉcでリチウムイオンバッテリ６を充電する。充電制御回路５の動作は、初めは定電流動作であるが、リチウムイオンバッテリ６の充電が進み、その端子電圧Ｖbatが充電停止電圧設定信号Ｓsetで設定された充電停止電圧と等しくなったことを検出すると所定のＳＯＣに達したと判断して定電圧制御動作に切り替わり、リチウムイオンバッテリ６の充電電流Ｉcを徐々に絞って、所定のＳＯＣを保つように動作する。
【００３５】
一方、日陰時には、リチウムイオンバッテリ６に蓄えられた電力の放電が起こり、放電された電力は放電制御回路７で電力変換され、電力系統電圧Ｖbusに出力電圧が調整された電力として電力分配回路３に入力される。この日陰期間中に放電される電流Ｉdの量に応じてリチウムイオンバッテリ端子電圧Ｖbatの値は低下していく。このリチウムイオンバッテリ端子電圧Ｖbatはバッテリ電圧モニタ回路８によって計測される。
【００３６】
これがリチウムイオンバッテリ６の充放電の一周期であり、次の日照開始時から次の充放電周期が始まる。日照開始時は、太陽電池１で発生し電圧制御回路２で電力系統電圧Ｖbusに調整された電力が負荷に供給され始めるため、リチウムイオンバッテリ６からの放電は停止し、電圧制御回路２の出力電流Ｉvcが零から増加を始める。この電圧制御回路２の出力電流Ｉvcの変化を電流監視型パルス生成回路９が検出したとき、電流監視型パルス生成回路９は、充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８にハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadを送出する。
【００３７】
電流監視型パルス生成回路９からの電圧読取パルス信号Ｓreadがハイレベルの時、充電制御回路５は充電を停止し、リチウムイオンバッテリ６は無負荷状態となる。同じく、ハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadが入力されているときにバッテリ電圧モニタ回路８は、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧を計測する動作を行う。こうして、バッテリ電圧モニタ回路８が計測したリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatは無負荷電圧となり、リチウムイオンバッテリ６の残容量を推定可能な電圧信号が得られることになる。以上の動作における各部の波形は図３と同様である。
【００３８】
バッテリ電圧モニタ回路８で検出されたリチウムイオンバッテリ６の無負荷時端子電圧Ｖbatは、バッテリ電圧モニタ信号Ｓbatに変換されて、累積データ保管回路１０に入力される。累積データ保管回路１０では、各周回のバッテリ電圧モニタ信号Ｓbatが累積されてバッテリ電圧累積信号Ｓsumが生成される。バッテリ電圧累積信号Ｓsumは、累積データ保管回路１０から累積データ平均化回路１１に送られ、ここで一回帰日数中の平均値を示すバッテリ電圧平均信号Ｓaverageに変換される。
【００３９】
低軌道人工衛星の必要電力や発生電力は各周回で異なるため、一周回毎に放電終了時のバッテリ無負荷電圧を検出して残容量を推定し最少残容量と比較することは無意味であるが、同一軌道に戻るまでの一回帰日数中の平均値であれば、様々なイベントの影響が加味された有意な値として捉えることができる。例えば、砂漠の上空を飛行する周回は必要電力は少ないが、ニューヨークやロンドンの様な大都市の上空を飛行する周回は必要電力が多くなる。この必要電力の変化に伴う放電終了時の無負荷電圧の変化を一回帰日数で平均し最少残容量と比較することにより、バッテリ容量の過不足が評価できる。
【００４０】
このバッテリ電圧平均信号Ｓaverageは、最少残容量設定回路１２で予め設定された固定値である最少残容量信号Ｓsurvivalと共に演算回路１５に入力されて信号の差に基づいて線形に演算処理され、演算回路１５は、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が小さい場合には正の、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が大きい場合には負の線形に変化するアナログ信号である演算回路出力信号Ｓdiffを生成する。
【００４１】
この演算回路１５の出力信号Ｓdiffは充電停止電圧設定回路１４に入力され、充電停止電圧設定回路１４は、正の演算回路出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、負の演算回路出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号Ｓsetを生成し、充電制御回路５へ送出する。充電制御回路５は、受け取った充電停止電圧設定信号Ｓsetで決まる充電停止電圧になるようにリチウムイオンバッテリ６の充電を管理するので、リチウムイオンバッテリ６は可能な限り低いＳＯＣで動作することになり、寿命を長くすることができることになる。
【００４２】
このように、この実施の形態２では、演算回路１５により、バッテリ電圧平均信号と最少残容量信号を受けてその差を演算することによりバッテリ容量の過不足を評価し、バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合には正のアナログ出力信号を生成し、バッテリ電圧平均信号の方が大きい場合には負のアナログ出力信号を生成し、充電停止電圧設定回路１４により、演算回路１５の正のアナログ出力信号を受けたときには、それに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、演算回路１５の負のアナログ出力信号を受けたときには、それに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号を生成し、その充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に入力する構成にしたので、リチウムイオンバッテリ６の無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を変更してリチウムイオンバッテリ６を可能な限り低いＳＯＣで動作させることができ、リチウムイオンバッテリ６の寿命が長くなる効果がある。この効果の例は、図４、図５と同じである。加えて、充電停止電圧を線形的に上下させることができるようになったので、低軌道人工衛星の大幅な必要電力の増加と減少の両方に対応したＳＯＣの設定変更が可能になる効果がある。
【００４３】
なお、上記説明において、信号レベルにハイ、ロー、正、負、上昇、上げる、下げるの表現を用いているものは相対的な概念であり、レベルや変化の方向を反転して構成しても同様の効果を奏する。また、上記説明において、バッテリ電圧累積信号を平均化する期間を一回帰日数としたが、一週間や一ヶ月といった確定した期間であればよく、同様の効果を奏する。
【００４４】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
図８において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１６は放電制御回路７の代わりに設けられたブロッキングダイオードであり、アノード側がリチウムイオンバッテリ６に接続され、カソード側が電力分配回路３に接続されている。また、１７は電流監視型パルス生成回路９の代わりに設けられた電圧監視型パルス生成回路であり、電圧制御回路２の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中のリチウムイオンバッテリ６の放電電圧から日照中の電圧制御回路２の出力電圧へ切り替わる変化を検出して充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８に電圧読取パルス信号を送出する。
【００４５】
前述した実施の形態１及び２に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、リチウムイオンバッテリ６からの放電電力を放電制御回路７を使って電力系統電圧になるように電力変換していたが、この実施の形態３による低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、リチウムイオンバッテリ６側がアノードに、電力分配回路３側がカソードに接続されるようにブロッキングダイオード１６を挿入し、電圧監視型パルス生成回路１７により、電力系統電圧を監視し、日照開始時に電力系統電圧が日陰中のリチウムイオンバッテリ６の放電電圧から日照中の電圧制御回路２の出力電圧へ切り替わる変化を検出して充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８に電圧読取パルス信号を送出するようにし、実施の形態１と同様に、充電停止電圧設定回路１４からの充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に入力して充電を段階的に管理することにより、リチウムイオンバッテリ６を低いＳＯＣで動作させ、寿命を長くする。
【００４６】
次に、前記のように構成された低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の具体的な動作について説明する。
日照時に、太陽電池１で発生した電力は電圧制御回路２で受電され、電力系統電圧Ｖbusに調整されて出力され、電力分配回路３を経て負荷４に供給される。同じく、電圧制御回路２から出力された電力は充電制御回路５に入力される。充電制御回路５は、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧を監視しながら、入力された電力を変換して充電電流Ｉcを出力し、この電流Ｉcでリチウムイオンバッテリ６を充電する。充電制御回路５の動作は、初めは定電流制御動作であるが、リチウムイオンバッテリ６の充電が進み、その端子電圧Ｖbatが充電停止電圧設定信号Ｓsetで設定された充電停止電圧と等しくなったことを検出すると所定のＳＯＣに達したと判断して定電圧制御動作に切り替わり、リチウムイオンバッテリ６の充電電流Ｉcを徐々に絞って、所定のＳＯＣを保つように動作する。
【００４７】
一方、日陰時には、ブロッキングダイオード１６を介してリチウムイオンバッテリ６に蓄えられた電力の放電が起こり、リチウムイオンバッテリ６の放電電圧に依存した電力系統電圧Ｖbusとなって電力分配回路３へ入力される。この日陰期間中に放電される電流Ｉdの量に応じて、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatの値は低下していく。このリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatはバッテリ電圧モニタ回路８によって計測される。
【００４８】
これがリチウムイオンバッテリ６の充放電の一周期であり、次の日照開始時から次の充放電周期が始まる。日照開始時は、太陽電池１で発生し電圧制御回路２でリチウムイオンバッテリ６の無負荷電圧よりも高い電力系統電圧Ｖbusに調整された電力が負荷に供給され始めるため、リチウムイオンバッテリ６からの放電が停止し、電力系統電圧Ｖbusはリチウムイオンバッテリ６の放電電圧から電圧制御回路２の出力電圧へ上昇する。この電力系統電圧Ｖbusの変化を電圧監視型パルス生成回路１７が検出したとき、電圧監視型パルス生成回路１７は、充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８にハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadを送出する。
【００４９】
電圧監視型パルス生成回路１７からの電圧読取パルス信号Ｓreadがハイレベルの時、充電制御回路５は充電を停止し、リチウムイオンバッテリ６は無負荷状態となる。同じく、ハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadが入力されているときにバッテリ電圧モニタ回路８はリチウムイオンバッテリ６の端子電圧を計測する動作を行う。こうして、バッテリ電圧モニタ回路８が計測したリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatは無負荷電圧となり、リチウムイオンバッテリ６の残容量を推定可能な電圧信号が得られることになる。以上の動作における各部の波形を図９に示す。
【００５０】
バッテリ電圧モニタ回路８で検出されたリチウムイオンバッテリ６の無負荷時端子電圧Ｖbatは、バッテリ電圧モニタ信号Ｓbatに変換されて、累積データ保管回路１０に入力される。累積データ保管回路１０では、各周回のバッテリ電圧モニタ信号Ｓbatが累積されてバッテリ電圧累積信号Ｓsumが生成される。バッテリ電圧累積信号Ｓsumは累積データ保管回路１０から累積データ平均化回路１１に送られ、ここで一回帰日数中の平均値を示すバッテリ電圧平均信号Ｓaverageに変換される。
【００５１】
低軌道人工衛星の必要電力や発生電力は各周回で異なるため、一周回毎に放電終了時のバッテリ無負荷電圧を検出して残容量を推定し最少残容量と比較することは無意味であるが、同一軌道に戻るまでの一回帰日数中の平均値であれば、様々なイベントの影響が加味された有意な値として捉えることができる。例えば、砂漠の上空を飛行する周回は必要電力が少ないが、ニューヨークやロンドンの様な大都市の上空を飛行する周回は必要電力が多くなる。この必要電力の変化に伴う放電終了時の無負荷電圧の変化を一回帰日数で平均し、最少残容量と比較することにより、バッテリ容量の過不足が評価できる。
【００５２】
累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号Ｓaverageは、最少残容量設定回路１２で予め設定された固定値である最少残容量信号Ｓsurvivalと共に比較回路１３に入力されて比較され、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が大きい場合はローレベルを維持し、小さい場合にはその差に応じて段階的にレベルが上昇する出力信号Ｓcompが生成され、充電停止電圧設定回路１４に送出される。
【００５３】
充電停止電圧設定回路１４では、段階的な比較回路出力信号Ｓcompに応じて段階的な充電停止電圧設定信号Ｓsetを生成し充電制御回路５へ送出する。充電制御回路５は、受け取った充電停止電圧設定信号Ｓsetで決まる充電停止電圧になるようにリチウムイオンバッテリ６の充電を管理するので、リチウムイオンバッテリ６は可能な限り低いＳＯＣで動作することになり、寿命を長くすることができることになる。
【００５４】
このように、実施の形態３では、リチウムイオンバッテリ６側がアノードに、電力分配回路３側がカソードに接続されるようにブロッキングダイオード１６を挿入し、電圧監視型パルス生成回路１７により、電力系統電圧を監視し、日照開始時に電力系統電圧が日陰中のリチウムイオンバッテリ６の放電電圧から日照中の電圧制御回路２の出力電圧へ切り替わる変化を検出して充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８に電圧読取パルス信号を送出するようにし、実施の形態１と同様に、充電停止電圧設定回路１４からの充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に入力して充電を段階的に管理することにより、リチウムイオンバッテリの無負荷電圧を検出することができ、さらに、充電停止電圧を段階的に変更してリチウムイオンバッテリ６を可能な限り低いＳＯＣで動作させることができ、リチウムイオンバッテリ６の寿命が長くなる効果がある。この効果の例は、図４、図５と同じである。加えて、リチウムイオンバッテリの放電電力をブロッキングダイオード１６だけを介して電力分配回路３に入力し負荷に分配する構成にしたので、装置の小型化、軽量化が図れる効果がある。
【００５５】
なお、上記説明において、信号レベルにハイ、ロー、上昇の表現を用いているものは相対的な概念であり、レベルや変化の方向を反転して構成しても同様の効果を奏する。また、上記説明において、バッテリ電圧累積信号を平均化する期間を一回帰日数としたが、一週間や一ヶ月といった確定した期間であればよく、同様の効果を奏する。
【００５６】
また、上記実施の形態３では、電力系統電圧の変化を監視する電圧監視型パルス生成回路１７を使用した場合について説明したが、電圧制御回路２の出力電流の変化を監視する電流監視型パルス生成回路を使用してもよく、上記実施の形態３と同様の効果を奏する。
【００５７】
実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態４に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
図１０において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１５は累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号Ｓaverageと最少残容量設定回路１２からの最少残容量信号Ｓsurvivalとを入力し、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が小さい場合には正の、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が大きい場合には負の線形に変化するアナログ信号Ｓdiffを生成する演算回路であり、その出力信号Ｓdiffは、充電停止電圧設定回路１４に入力され、充電停止電圧設定回路１４は、正の出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、負の出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号Ｓsetを充電制御回路５へ送出するようになされている。
【００５８】
また、１６は放電制御回路７の代わりに設けられたブロッキングダイオードであり、アノード側がリチウムイオンバッテリ６に接続され、カソード側が電力分配回路３に接続されている。さらに、１７は電流監視型パルス生成回路９の代わりに設けられた電圧監視型パルス生成回路であり、電圧制御回路２の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中のリチウムイオンバッテリ６の放電電圧から日照中の電圧制御回路２の出力電圧へ切り替わる変化を検出して充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８に電圧読取パルス信号を送出する。
【００５９】
前述した実施の形態１に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、充電停止電圧の調整が段階的で上昇させるだけであり、加えてリチウムイオンバッテリ６からの放電電力を放電制御回路７を使って電力系統電圧になるように電力変換していたが、この実施の形態４による低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置は、演算回路１５により、累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号と最少残容量設定回路１２からの最少残容量信号を受けてその差を演算することによりバッテリ容量の過不足を評価し、バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合には正のアナログ出力信号を生成し、バッテリ電圧平均信号の方が大きい場合には負のアナログ出力信号を生成し、充電停止電圧設定回路１４により、演算回路１５の正のアナログ出力信号を受けたときには、それに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、演算回路１５の負のアナログ出力信号を受けたときには、それに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号を生成し、その充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に入力して充電を線形的に管理することにより、人工衛星の運用電力が大きく変化した場合に線形的に充電停止電圧を上げ下げしながらリチウムイオンバッテリ６を低いＳＯＣで動作させ、寿命を長くする。
【００６０】
次に、前記のように構成された低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の具体的な動作について説明する。
日照時に、太陽電池１で発生した電力は電圧制御回路２で受電され、電力系統電圧Ｖbusに調整されて出力され、電力分配回路３を経て負荷４に供給される。同じく、電圧制御回路２から出力された電力は充電制御回路５に入力される。充電制御回路５は、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧を監視しながら、入力された電流を変換して充電電流Ｉcを出力し、この電流Ｉcでリチウムイオンバッテリ６を充電する。充電制御回路５の動作は、初めは定電流制御動作であるが、リチウムイオンバッテリ６の充電が進み、その端子電圧Ｖbatが充電停止電圧設定信号Ｓsetで設定された充電停止電圧と等しくなったことを検出すると所定のＳＯＣに達したと判断して定電圧制御動作に切り替わり、リチウムイオンバッテリ６の充電電流Ｉcを徐々に絞って、所定のＳＯＣを保つように動作する。
【００６１】
一方、日陰時には、ブロッキングダイオード１６を介してリチウムイオンバッテリ６に蓄えられた電力の放電が起こり、リチウムイオンバッテリ６の放電電圧に依存した電力系統電圧Ｖbusとなって電力分配回路３へ入力される。この日陰期間中に放電される電流Ｉdの量に応じて、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatの値は低下していく。このリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatはバッテリ電圧モニタ回路８によって計測される。
【００６２】
これがリチウムイオンバッテリ６の充放電の一周期であり、次の日照開始時から次の充放電周期が始まる。日照開始時は、太陽電池１で発生し電圧制御回路２でリチウムイオンバッテリ６の無負荷電圧よりも高い電力系統電圧Ｖbusに調整された電力が負荷に供給され始めるため、リチウムイオンバッテリ６からの放電が停止し、電力系統電圧Ｖbusはリチウムイオンバッテリ６の放電電圧から電圧制御回路２の出力電圧へ上昇する。この電力系統電圧Ｖbusの変化を電圧監視型パルス生成回路１７が検出したとき、電圧監視型パルス生成回路１７は、充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８にハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadを送出する。
【００６３】
電圧監視型パルス生成回路１７からの電圧読取パルス信号Ｓreadがハイレベルの時、充電制御回路５は充電を停止し、リチウムイオンバッテリ６は無負荷状態になる。同じく、ハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadが入力されているときにバッテリ電圧モニタ回路８はリチウムイオンバッテリ６の端子電圧を計測する動作を行う。こうして、バッテリ電圧モニタ回路８が計測したリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatは無負荷電圧になり、リチウムイオンバッテリ６の残容量を推定可能な電圧信号が得られることになる。以上の動作における各部の波形は図９と同じである。
【００６４】
バッテリ電圧モニタ回路８で検出されたリチウムイオンバッテリ６の無負荷時端子電圧Ｖbatは、バッテリ電圧モニタ信号Ｓbatに変換されて、累積データ保管回路１０に入力される。累積データ保管回路１０では、各周回のバッテリ電圧モニタ信号Ｓbatが累積されてバッテリ電圧累積信号Ｓsumが生成される。バッテリ電圧累積信号Ｓsumは累積データ保管回路１０から累積データ平均化回路１１に送られ、ここで一回帰日数中の平均値を示すバッテリ電圧平均信号Ｓaverageに変換される。
【００６５】
低軌道人工衛星の必要電力や発生電力は各周回で異なるため、一周回毎に放電終了時のバッテリ無負荷電圧を検出して残容量を推定し最少残容量と比較することは無意味であるが、同一軌道に戻るまでの一回帰日数中の平均値であれば、様々なイベントの影響が加味された有意な値として捉えることができる。例えば、砂漠の上空を飛行する周回は必要電力が少ないが、ニューヨークやロンドンといった大都市の上空を飛行する周回は必要電力が多くなる。この必要電力の変化に伴う放電終了時の無負荷電圧の変化を一回帰日数で平均し、最少残容量と比較することにより、バッテリ容量の過不足が評価できる。
【００６６】
このバッテリ電圧平均信号Ｓaverageは、最少残容量設定回路１２で予め設定された固定値である最少残容量信号Ｓsurvivalと共に演算回路１５に入力されて信号の差に基づいて線形に演算処理され、演算回路１５はバッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が小さい場合には正の線形に変化するアナログ信号、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が大きい場合には負の線形に変化するアナログ信号である演算回路出力信号Ｓdiffを生成する。この演算回路出力信号Ｓdiffは充電停止電圧設定回路１４に入力される。
【００６７】
充電停止電圧設定回路１４は、正の演算回路出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、負の演算回路出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号Ｓsetを生成し、充電制御回路５へ送出する。充電制御回路５は受け取った充電停止電圧設定信号Ｓsetで決まる充電停止電圧になるようにリチウムイオンバッテリ６の充電を管理するので、リチウムイオンバッテリ６は可能な限り低いＳＯＣで動作することになり、寿命を長くすることができることになる。
【００６８】
このように、実施の形態４では、演算回路１５により、累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号Ｓaverageと最少残容量設定回路１２からの最少残容量信号Ｓsurvivalとを入力し、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が小さい場合には正の、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が大きい場合には負の線形に変化するアナログ信号Ｓdiffを生成し、充電停止電圧設定回路１４により、正の出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、負の出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号Ｓsetを充電制御回路５へ送出するようにすると共に、放電制御回路７の代わりにブロッキングダイオードを設け、かつ電圧監視型パルス生成回路１７により、電圧制御回路２の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中のリチウムイオンバッテリ６の放電電圧から日照中の電圧制御回路２の出力電圧へ切り替わる変化を検出して充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８に電圧読取パルス信号を送出するようにしたので、リチウムイオンバッテリ６の無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を変更してリチウムイオンバッテリ６を可能な限り低いＳＯＣで動作させることができ、リチウムイオンバッテリ６の寿命が長くなる効果がある。この効果の例は、図４、図５と同じである。加えて、充電停止電圧を線形的に上下させることができるようになったので、低軌道人工衛星の大幅な必要電力の増加と減少の両方に対応したＳＯＣの設定変更が可能になる効果がある。更に加えて、リチウムイオンバッテリ６の放電電力をブロッキングダイオード１６だけを介して電力分配回路３に入力し負荷に分配する構成にしたので、装置の小型化、軽量化が図れる効果がある。
【００６９】
なお、上記説明において、信号レベルにハイ、ロー、正、負、上昇、上げる、下げるの表現を用いているものは相対的な概念であり、レベルや変化の方向を反転して構成しても同様の効果を奏する。また、上記説明において、バッテリ電圧累積信号を平均化する期間を一回帰日数としたが、一週間や一ヶ月といった確定した期間であればよく、同様の効果を奏する。
【００７０】
また、上記実施の形態４では、電力系統電圧の変化を監視する電圧監視型パルス生成回路１７を使用した場合について説明したが、電圧制御回路２の出力電流の変化を監視する電流監視型パルス生成回路を使用してもよく、上記実施の形態４と同様の効果を奏する。
【００７１】
実施の形態５．
図１１は、この発明の実施の形態５に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
図１１において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１８は累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号を受けてリチウムイオンバッテリ６の残容量を表示するバッテリ残容量表示装置であり、また、１９はリチウムイオンバッテリ６の残容量表示の監視に基づいてリチウムイオンバッテリ容量の過不足が評価されたときに入力される充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に送出する充電停止電圧入力装置である。
【００７２】
前述した実施の形態４に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、所定期間のバッテリ電圧平均信号と最少残容量信号との大小関係に基づいてリチウムイオンバッテリの充電停止電圧を自動的に調整していたが、この実施の形態５による低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、バッテリ残容量表示装置１８により、累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号を受けてリチウムイオンバッテリ６の残容量を表示し、充電停止電圧入力装置１９により、リチウムイオンバッテリ６の残容量表示の監視に基づいてリチウムイオンバッテリ容量の過不足が評価されたときに充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に送出し、充電停止電圧設定信号に基づいて充電制御回路により充電を管理することにより、運用電力が大きく変動した場合に充電停止電圧の調整を行ってリチウムイオンバッテリ６を低いＳＯＣで動作させ、寿命を長くする。
【００７３】
次に、前記のように構成された低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の具体的な動作について説明する。
日照時に、太陽電池１で発生した電力は電圧制御回路２で受電され、電力系統電圧Ｖbusに調整されて出力され、電力分配回路３を経て負荷４に供給される。同じく、電圧制御回路２から出力された電力は充電制御回路５に入力される。充電制御回路５はリチウムイオンバッテリ６の端子電圧をモニタしながら、入力された電力を変換して充電電流Ｉcを出力し、この電流Ｉcでリチウムイオンバッテリ６を充電する。充電制御回路５の動作は、初めは定電流制御動作であるが、リチウムイオンバッテリ６の充電が進み、その端子電圧Ｖbatが充電停止電圧設定信号Ｓsetで設定された充電停止電圧と等しくなったことを検出すると所定のＳＯＣに達したと判断して定電圧制御動作に切り替わり、リチウムイオンバッテリ６の充電電流Ｉcを徐々に絞って、所定のＳＯＣを保つように動作する。
【００７４】
一方、日陰時には、リチウムイオンバッテリ６に蓄えられた電力の放電が起こり、放電された電力は放電制御回路７で電力変換され、電力系統電圧Ｖbusに出力電圧が調整された電力として電力分配回路３に入力される。この日陰期間中に放電される電流Ｉdの量に応じてリチウムイオンバッテリ端子電圧Ｖbatの値は減少していく。このリチウムイオンバッテリ端子電圧Ｖbatはバッテリ電圧モニタ回路８によって計測される。
【００７５】
これがリチウムイオンバッテリ６の充放電の一周期であり、次の日照開始時から次の充放電周期が始まる。日照開始時は、太陽電池１で発生し電圧制御回路２で電力系統電圧Ｖbusに調整された電力が負荷に供給され始めるため、リチウムイオンバッテリ６からの放電は停止し、電圧制御回路２の出力電流Ｉvcが零から増加を始める。この電圧制御回路２の出力電流Ｉvcの変化を電流監視型パルス生成回路９が検出したとき、電流監視型パルス生成回路９は充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８にハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadを送出する。
【００７６】
電流監視型パルス生成回路９からの電圧読取パルス信号Ｓreadがハイレベルの時、充電制御回路５は充電を停止し、リチウムイオンバッテリ６は無負荷状態になる。同じく、ハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadが入力されているときにバッテリ電圧モニタ回路８はリチウムイオンバッテリ６の端子電圧を計測する動作を行う。こうして、バッテリ電圧モニタ回路８が計測したリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatは無負荷電圧になり、リチウムイオンバッテリ６の残容量を推定可能な電圧信号が得られることになる。以上の動作における各部の波形は図３と同じである。
【００７７】
バッテリ電圧モニタ回路８で検出されたリチウムイオンバッテリ６の無負荷時端子電圧Ｖbatは、バッテリ電圧モニタ信号Ｓbatに変換されて累積データ保管回路１０に入力される。累積データ保管回路１０では、各周回のバッテリ電圧モニタ信号Ｓbatが累積されてバッテリ電圧累積信号Ｓsumが生成される。バッテリ電圧累積信号Ｓsumは累積データ保管回路１０から累積データ平均化回路１１に送られ、ここで一回帰日数中の平均値を示すバッテリ電圧平均信号Ｓaverageに変換される。
【００７８】
低軌道人工衛星の必要電力や発生電力は各周回で異なるため、一周回毎に放電終了時のバッテリ無負荷電圧を検出して残容量を推定し最少残容量と比較することは無意味であるが、同一軌道に戻るまでの一回帰日数中の平均値であれば、様々なイベントの影響が加味された有意な値として捉えることができる。例えば、砂漠の上空を飛行する周回は必要電力が少ないが、ニューヨークやロンドンの様な大都市の上空を飛行する周回は必要電力が多くなる。この必要電力の変化に伴う放電終了時の無負荷電圧の変化を一回帰日数で平均し最少残容量と比較することにより、バッテリ容量の過不足が評価できる。
【００７９】
このバッテリ電圧平均信号Ｓaverageは、バッテリ残容量表示装置１８に入力され、リチウムイオンバッテリ６の残容量を識別できるように表示される。このバッテリ残容量表示装置１８の表示に基づいてリチウムイオンバッテリ６の充電停止電圧を変更する必要の有無を判断し、変更する必要がある場合には、充電停止電圧入力装置１９に新たな充電停止電圧を入力して変更に使用する充電停止電圧設定信号Ｓsetを生成させ、充電制御回路５に送出させる。充電制御回路５は受け取った充電停止電圧設定信号Ｓsetで決まる充電停止電圧になるようにリチウムイオンバッテリ６の充電を管理するので、リチウムイオンバッテリ６は可能な限り低いＳＯＣで動作することになり、寿命を長くすることができるようになる。
【００８０】
このように、実施の形態５では、累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号を受けてバッテリ残容量を表示するバッテリ残容量表示装置１８と、その残容量表示の監視によりリチウムイオンバッテリ容量の過不足を評価し、マニュアル操作により入力された充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に送出する充電停止電圧入力装置１９とを設ける構成にしたので、リチウムイオンバッテリ６の無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を変更してリチウムイオンバッテリ６を可能な限り低いＳＯＣで動作させることができ、リチウムイオンバッテリ６の寿命が長くなる効果がある。この効果の例は、図４、図５と同じである。更に、評価判断に基づいた最適な充電停止電圧の設定と変更が可能になるので、低軌道人工衛星の大幅な必要電力の変化に対応したＳＯＣの設定変更が可能になる効果がある。
【００８１】
尚、この発明に於いては、低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置について述べたが、他の周回軌道もしくは充放電が繰り返し必要とする軌道の宇宙機及び人工衛星にも同様に適用できることは言うまでもない。
【００８２】
また、上記説明において、バッテリ電圧累積信号を平均化する期間を一回帰日数としたが、一週間や一ヶ月といった確定した期間であればよく、同様の効果を奏する。
【００８３】
また、上記実施の形態５では、放電制御回路７を使用し電圧制御回路２の出力電流の変化を監視する電流監視型パルス生成回路９を使用した場合について説明したが、放電制御回路７を使用しない構成でもよく、上記実施の形態５と同様の効果を奏する。
【００８４】
また、上記実施の形態５では、放電制御回路７を使用し電圧制御回路２の出力電流の変化を監視する電流監視型パルス生成回路９を使用した場合について説明したが、放電制御回路７を使用しない構成で、且つ電力系統電圧の変化を監視する電圧監視型パルス生成回路を使用した構成でもよく、上記実施の形態５と同様の効果を奏する。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、日照時に電力を発生させる太陽電池と、前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、前記電圧制御回路の出力を監視して、前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、比較差に応じた出力信号を生成する演算回路と、前記演算回路の出力に応じた充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路とを備え、前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理するようにしたので、リチウムイオンバッテリの無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を段階的に変更してリチウムイオンバッテリを可能な限り低いＳＯＣで動作させることができるので、リチウムイオンバッテリの寿命が長くなる効果がある。
【００８６】
また、前記出力監視型パルス生成回路は、前記電圧制御回路の出力電流を監視し、日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する電流監視型パルス生成回路でなり、前記演算回路は、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合にその比較差に応じて段階的な出力信号を生成する比較回路でなり、前記充電停止電圧設定回路は、前記比較回路の出力信号に対応した段階的な充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出するようにしたので、リチウムイオンバッテリの無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を段階的に変更してリチウムイオンバッテリを可能な限り低いＳＯＣで動作させることができるので、リチウムイオンバッテリの寿命が長くなる効果がある。
【００８７】
また、前記出力監視型パルス生成回路は、前記電圧制御回路の出力電流を監視し、日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する電流監視型パルス生成回路でなり、前記演算回路は、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合は正のアナログ信号を出力し、大きい場合には負のアナログ信号を出力し、前記充電停止電圧設定回路は、前記演算回路の出力信号を受けそれに対応して線形的に変化する充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出するようにしたので、リチウムイオンバッテリの無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を変更してリチウムイオンバッテリ６を可能な限り低いＳＯＣで動作させることができ、リチウムイオンバッテリ６の寿命が長くなる効果がある。加えて、充電停止電圧を線形的に上下させることができるようになったので、低軌道人工衛星の大幅な必要電力の増加と減少の両方に対応したＳＯＣの設定変更が可能になる効果がある。
【００８８】
また、前記放電制御手段は、アノード側が前記リチウムイオンバッテリに接続され、カソード側が前記電力分配回路に接続されたブロッキングダイオードでなり、前記出力監視型パルス生成回路は、前記電圧制御回路の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中の前記リチウムイオンバッテリの放電電圧から日照中の前記電圧制御回路の出力電圧へ切り替わる変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する電圧監視型パルス生成回路でなり、前記演算回路は、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合にその比較差に応じて段階的な出力信号を生成する比較回路でなり、前記充電停止電圧設定回路は、前記比較回路の出力信号に対応した段階的な充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出するようにしたので、リチウムイオンバッテリの無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を段階的に変更してリチウムイオンバッテリを可能な限り低いＳＯＣで動作させることができ、リチウムイオンバッテリの寿命が長くなる効果がある。加えて、リチウムイオンバッテリの放電電力をブロッキングダイオードだけを介して電力分配回路に入力し負荷に分配する構成にしたので、装置の小型化、軽量化が図れる効果がある。
【００８９】
また、前記放電制御手段は、アノード側が前記リチウムイオンバッテリに接続され、カソード側が前記電力分配回路に接続されたブロッキングダイオードでなり、前記出力監視型パルス生成回路は、前記電圧制御回路の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中の前記リチウムイオンバッテリの放電電圧から日照中の前記電圧制御回路の出力電圧へ切り替わる変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する電圧監視型パルス生成回路でなり、前記演算回路は、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合は正のアナログ信号を出力し、大きい場合には負のアナログ信号を出力し、前記充電停止電圧設定回路は、前記演算回路の出力信号を受けそれに対応して線形的に変化する充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出するようにしたので、低軌道人工衛星の大幅な必要電力の増加と減少の両方に対応したＳＯＣの設定変更が可能になる効果がある。更に加えて、リチウムイオンバッテリの放電電力をブロッキングダイオードだけを介して電力分配回路に入力し負荷に分配する構成にしたので、装置の小型化、軽量化が図れる効果がある。
【００９０】
また、日照時に電力を発生させる太陽電池と、前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、前記電圧制御回路の出力電流を監視し日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する電流監視型パルス生成回路と、前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、前記バッテリ電圧平均信号を受けて前記リチウムイオンバッテリの残容量を表示するバッテリ残容量表示装置と、前記リチウムイオンバッテリの残容量表示の監視に基づいて前記リチウムイオンバッテリ容量の過不足が評価されたときに入力される充電停止電圧設定信号を前記充電制御回路に送出する充電停止電圧入力装置とを備え、前記充電制御回路は、前記電流監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧入力回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理するようにしたので、リチウムイオンバッテリの無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を変更してリチウムイオンバッテリを可能な限り低いＳＯＣで動作させることができ、リチウムイオンバッテリの寿命が長くなる効果がある。更に、評価や判断に基づいた最適な充電停止電圧の設定と変更が可能になるので、低軌道人工衛星の大幅な必要電力の変化に対応したＳＯＣの設定変更が可能になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
【図２】 リチウムイオンバッテリにおけるＳＯＣの状態と無負荷電圧の関係を示す図である。
【図３】 この発明による低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の実施の形態１における各部の動作状態を示すタイムチャートである。
【図４】 リチウムイオンバッテリにおけるＳＯＣの設定を４０％、６０％、８０％の順に切り換えて使用したときの充電終了時のＳＯＣの変化例を示す図である。
【図５】 リチウムイオンバッテリにおけるＳＯＣの設定を４０％、６０％、８０％の順に切り換えて使用したときの総容量の変化例を示す図である。
【図６】 リチウムイオンバッテリにおけるＳＯＣの設定をＳＯＣ ８０％で使用し続けた場合の総容量の変化例を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態２に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
【図８】 この発明の実施の形態３に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
【図９】 この発明の実施の形態３に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置における各部の動作状態を示すタイムチャートである。
【図１０】 この発明の実施の形態４に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
【図１１】 この発明の実施の形態５に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
【図１２】 従来の低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
【図１３】 従来の低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置における各部の動作状態を示すタイムチャートである。
【図１４】 リチウムイオンバッテリにおけるＳＯＣの状態とバッテリ容量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 太陽電池、２ 電圧制御回路、３ 電力分配回路、４ 負荷、５ 充電制御回路、６ リチウムイオンバッテリ、７ 放電制御回路、８ バッテリ電圧モニタ回路、９ 電流監視型パルス生成回路、１０ 累積データ保管回路、１１ 累積データ平均化回路、１２ 最少残容量設定回路、１３ 比較回路、１４ 充電停止電圧設定回路、１５ 演算回路、１６ ブロッキングダイオード、１７ 電圧監視型パルス生成回路、１８ バッテリ残容量表示装置、１９ 充電停止電圧入力装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a lithium-ion battery device for a low-orbit satellite that is mounted on a low-orbit satellite and is charged during sunshine and supplies (discharges) necessary power in the shade.
[0002]
[Prior art]
Systems using low-orbit satellites such as global environment monitoring systems, resource exploration systems, and mobile communication systems are closely related to modern daily life. Therefore, system maintenance and reduction of usage costs are important issues in modern society, and extending the life of artificial satellites that are part of the system is an effective way to solve this issue.
[0003]
Conventional battery devices for low-orbit satellites (nickel metal hydride batteries or nickel cadmium batteries) are charged to the saturation point (full charge) during sunshine, and supply (discharge) necessary power during the shade, and discharge from full charge. Operated on a volume basis. This method is called discharge depth management, and the discharge amount is calculated from the discharge time and the discharge current, and this degree is called the depth of discharge (DOD). The charge amount is calculated from the charge time, the charge current, and the saturation voltage.
[0004]
The reason for managing in this way is that the remaining capacity of the nickel metal hydride battery or nickel cadmium battery is not a characteristic that can be uniquely defined by specific parameters (voltage, temperature, etc.), but the discharge depth DOD from the saturation point. By knowing, it depends on being able to specify the remaining capacity of the battery. In general, the amount of charge is larger than the amount of discharge, and the battery is managed and operated so that the battery reaches the saturation point (full charge) at the start of discharge.
[0005]
Even when a lithium ion battery is used as the battery, it can be managed and operated in the same manner. However, since there is no saturation point in the lithium ion battery, the battery terminal voltage corresponding to full charge is set in advance, and management / operation is performed to reach that voltage. This fully charged state is called 100% SOC in the sense of 100% state of charge (SOC). Similarly, the degree of the remaining capacity with respect to the capacity at the time of full charge is expressed as a percentage. For example, when the remaining capacity is half of that at the time of full charge, it is called SOC 50%.
[0006]
FIG. 12 is a configuration diagram of a conventional lithium ion battery device for a low orbit satellite when a lithium ion battery is used as the battery.
In FIG. 12, 1 is a solar cell, 2 is a voltage control circuit, 3 is a power distribution circuit, 4 is a load, 5 is a charge control circuit, 6 is a lithium ion battery, 7 is a discharge control circuit, V bus Is power system voltage, V bat Is the lithium ion battery terminal voltage, I c Is the charging current of the lithium-ion battery, I d Is the discharge current of the lithium ion battery.
[0007]
The operation of FIG. 12 will be described below using the operation time chart of FIG.
During sunshine, the power generated in the solar cell 1 is the voltage of the power system voltage V by the voltage control circuit 2. bus And is input to the power distribution circuit 3 and the charge control circuit 5. The charge control circuit 5 is connected to the terminal voltage V of the lithium ion battery 6. bat The input power is converted while monitoring the charging current I c And the lithium ion battery 6 is charged with this current.
[0008]
As shown in FIG. 13, the operation of the charge control circuit 5 is initially a constant current control operation. However, the charging of the lithium ion battery 6 proceeds, and the terminal voltage V of the lithium ion battery 6 progresses. bat Is detected to reach a predetermined voltage indicating SOC 100%, it switches to a constant voltage control operation, and its output current I c It operates so as to keep the state of SOC 100% by gradually narrowing down. Thus, the electric power generated by the solar cell 1 is stored in the lithium ion battery 6 during sunshine.
[0009]
On the other hand, in the shade, the electric power stored in the lithium ion battery 6 is discharged, and the discharged electric power is converted by the discharge control circuit 7 so that the electric power system voltage V bus The output voltage is input to the power distribution circuit 3 as adjusted power. The current I discharged during this shade period d As shown in FIG. 13, the terminal voltage V of the lithium ion battery 6 is bat The value of decreases. As described above, the state of the lithium ion battery 6 is a state in which the SOC is 100% (full charge state) and a certain SOC state corresponding to the amount of discharge current is repeated.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The battery capacity of the low orbit satellite may be a capacity obtained by adding the necessary power in the shade to the minimum remaining capacity for survival power, and it is not always necessary to charge the battery to SOC 100%. However, in the lithium ion battery device for a low orbit satellite as described above, the charge stop voltage is fixed to a predetermined voltage indicating SOC 100%, and therefore, the battery is charged to SOC 100% as described above. Even if it is not necessary, it is always operated in a state close to 100% SOC.
[0011]
On the other hand, the life characteristics (capacity aging characteristics) of a lithium ion battery depend on the state of the SOC, and the capacity deterioration tends to increase as the SOC increases and approaches 100%, and the capacity deterioration tends to decrease as the SOC decreases. .
[0012]
FIG. 14 shows the relationship between the SOC state and the battery capacity in terms of elapsed time. The battery capacity decreases as time elapses, and the capacity after elapse of a fixed time as the SOC is used in a higher state. It can be seen that the deterioration is large (the capacity deterioration after a certain time elapses when using a low SOC). In other words, using it in a state close to 100% SOC like a conventional lithium ion battery device for a low-orbit satellite has a drawback in that it causes a large capacity deterioration and shortens the battery life.
[0013]
The present invention has been made to solve such problems, and takes advantage of the feature that the life is extended when the SOC is low as described above. When the battery capacity at the initial stage of operation has a margin, it is 100% or less. It is an object of the present invention to obtain a lithium ion battery device for a low orbit satellite that can extend the life of the battery by operating the battery with the lowest possible SOC.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
A lithium ion battery device for a low orbit satellite according to the present invention includes a solar cell that generates power during sunshine, and a voltage control circuit that receives the generated power of the solar cell and controls an output voltage to be a power system voltage. A power distribution circuit for distributing the output of the voltage control circuit; a load to which the output distributed by the power distribution circuit is supplied; a charge control circuit for converting the output of the voltage control circuit and outputting a charging current; A lithium ion battery that is charged by a charging current from the charge control circuit; a discharge control means that supplies discharge power from the lithium ion battery to the power distribution circuit; and the lithium based on an input of a voltage reading pulse signal A battery voltage monitor circuit for measuring a voltage between terminals of the ion battery and outputting a battery voltage monitor signal; and the voltage control circuit. The output of the Current Monitor Detect the change of the output current from zero at the start of sunshine An output monitoring pulse generation circuit that sends a voltage reading pulse signal to the charge control circuit and the battery voltage monitor circuit; an accumulated data storage circuit that accumulates the battery voltage monitor signal for a predetermined period to generate a battery voltage accumulation signal; A cumulative data averaging circuit that receives a battery voltage cumulative signal and generates a battery voltage average signal for a predetermined period; a minimum remaining capacity setting circuit that generates a minimum remaining capacity signal that serves as a reference signal for the remaining capacity of the lithium ion battery; Comparing the battery voltage average signal and the minimum remaining capacity signal; If the battery voltage average signal is smaller, Depending on the comparison difference Step by step An arithmetic circuit that generates an output signal and an output of the arithmetic circuit Corresponding step by step A charge stop voltage setting circuit that generates a charge stop voltage setting signal and sends it to the charge control circuit, and the charge control circuit stops charging based on a voltage reading pulse signal from the output monitoring pulse generation circuit At the same time, the charging of the lithium ion battery is managed so that the charge stop voltage is determined by a charge stop voltage setting signal from the charge stop voltage setting circuit.
[0016]
Also, A solar cell that generates power during sunshine, a voltage control circuit that receives the generated power of the solar cell and controls the output voltage to be a power system voltage, and a power distribution circuit that distributes the output of the voltage control circuit; A load to which an output distributed by the power distribution circuit is supplied; a charge control circuit that converts the output of the voltage control circuit to output a charge current; and a lithium ion that is charged by the charge current from the charge control circuit A battery, discharge control means for supplying discharge power from the lithium ion battery to the power distribution circuit, and measuring a voltage across the terminals of the lithium ion battery based on an input of a voltage reading pulse signal to obtain a battery voltage monitor signal Monitors the output voltage of the battery voltage monitor circuit and the voltage control circuit, and the output current increases from zero at the start of sunshine. An output monitoring type pulse generation circuit that detects a change and sends a voltage reading pulse signal to the charge control circuit and the battery voltage monitor circuit, and accumulated data that accumulates the battery voltage monitor signal for a predetermined period to generate a battery voltage accumulation signal A storage circuit; a cumulative data averaging circuit that receives the battery voltage cumulative signal and generates a battery voltage average signal for a predetermined period; and a minimum remaining capacity signal that serves as a reference signal for the remaining capacity of the lithium ion battery. Compares the capacity setting circuit with the battery voltage average signal and the minimum remaining capacity signal, outputs a positive analog signal when the battery voltage average signal is smaller, and outputs a negative analog signal when the battery voltage average signal is larger And an operation circuit that receives the output signal of the operation circuit and generates a charge stop voltage setting signal that changes linearly in response to the output signal. A charge stop voltage setting circuit for sending to the charge control circuit, wherein the charge control circuit stops charging based on a voltage read pulse signal from the output monitoring pulse generation circuit, and the charge stop voltage setting circuit The charge of the lithium ion battery is managed so that the charge stop voltage determined by the charge stop voltage setting signal from It is characterized by this.
[0017]
Also, A solar cell that generates power during sunshine, a voltage control circuit that receives the generated power of the solar cell and controls the output voltage to be a power system voltage, and a power distribution circuit that distributes the output of the voltage control circuit; A load to which an output distributed by the power distribution circuit is supplied; a charge control circuit that converts the output of the voltage control circuit to output a charge current; and a lithium ion that is charged by the charge current from the charge control circuit A battery, a discharge control means for supplying a discharge power from the lithium ion battery to the power distribution circuit, comprising a blocking diode having an anode side connected to the lithium ion battery and a cathode side connected to the power distribution circuit; The battery voltage is measured by measuring the voltage between the terminals of the lithium ion battery based on the input of the read pulse signal. A battery voltage monitor circuit that outputs a monitor signal; and an output voltage of the voltage control circuit that monitors the output voltage of the voltage control circuit, and the output voltage of the voltage control circuit during sunshine from the discharge voltage of the lithium ion battery that is shaded at the start of sunshine An output monitoring type pulse generation circuit that detects a change to be switched to and sends a voltage reading pulse signal to the charge control circuit and the battery voltage monitor circuit, and accumulates the battery voltage monitor signal for a predetermined period to generate a battery voltage accumulation signal A cumulative data storage circuit; a cumulative data averaging circuit that receives the battery voltage cumulative signal and generates a battery voltage average signal for a predetermined period; and a minimum remaining capacity signal that serves as a reference signal for the remaining capacity of the lithium ion battery. The minimum remaining capacity setting circuit is compared with the battery voltage average signal and the minimum remaining capacity signal. An arithmetic circuit that generates a stepwise output signal according to the comparison difference when the teller voltage average signal is smaller, and a stepwise charge stop voltage setting signal corresponding to the output of the arithmetic circuit to generate the charge control A charge stop voltage setting circuit to be sent to the circuit, and the charge control circuit stops charging based on a voltage read pulse signal from the output monitoring type pulse generation circuit, and charges from the charge stop voltage setting circuit. Managing the charging of the lithium ion battery so that the charging stop voltage is determined by the stop voltage setting signal It is characterized by this.
[0018]
Also, A solar cell that generates power during sunshine, a voltage control circuit that receives the generated power of the solar cell and controls the output voltage to be a power system voltage, and a power distribution circuit that distributes the output of the voltage control circuit; A load to which an output distributed by the power distribution circuit is supplied; a charge control circuit that converts the output of the voltage control circuit to output a charge current; and a lithium ion that is charged by the charge current from the charge control circuit A battery, a discharge control means for supplying a discharge power from the lithium ion battery to the power distribution circuit, comprising a blocking diode having an anode side connected to the lithium ion battery and a cathode side connected to the power distribution circuit; The battery voltage is measured by measuring the voltage between the terminals of the lithium ion battery based on the input of the read pulse signal. A battery voltage monitor circuit that outputs a monitor signal; and an output voltage of the voltage control circuit that monitors the output voltage of the voltage control circuit, and the output voltage of the voltage control circuit during sunshine from the discharge voltage of the lithium ion battery that is shaded at the start of sunshine An output monitoring type pulse generation circuit that detects a change to be switched to and sends a voltage reading pulse signal to the charge control circuit and the battery voltage monitor circuit, and accumulates the battery voltage monitor signal for a predetermined period to generate a battery voltage accumulation signal A cumulative data storage circuit; a cumulative data averaging circuit that receives the battery voltage cumulative signal and generates a battery voltage average signal for a predetermined period; and a minimum remaining capacity signal that serves as a reference signal for the remaining capacity of the lithium ion battery. The minimum remaining capacity setting circuit is compared with the battery voltage average signal and the minimum remaining capacity signal. When the teller voltage average signal is smaller, a positive analog signal is output, and when it is larger, a negative analog signal is output, and the output signal of the arithmetic circuit is received and linearly changes accordingly. A charge stop voltage setting circuit that generates a charge stop voltage setting signal and sends it to the charge control circuit, and the charge control circuit stops charging based on a voltage reading pulse signal from the output monitoring pulse generation circuit In addition, the charging of the lithium ion battery is managed so that the charge stop voltage is determined by a charge stop voltage setting signal from the charge stop voltage setting circuit. A lithium ion battery device for a low orbit satellite.
[0019]
Also, a solar cell that generates power during sunshine, a voltage control circuit that receives the generated power of the solar cell and controls the output voltage to be a power system voltage, and a power distribution circuit that distributes the output of the voltage control circuit And a load to which the output distributed by the power distribution circuit is supplied, a charge control circuit that converts the output of the voltage control circuit to output a charge current, and a charge current from the charge control circuit A battery voltage monitor by measuring a voltage between terminals of the lithium ion battery based on an input of a voltage reading pulse signal; a discharge control means for supplying discharge power from the lithium ion battery to the power distribution circuit; The battery voltage monitor circuit that outputs the signal and the output current of the voltage control circuit are monitored, and when the sunshine starts, the output current increases from zero A current monitoring pulse generation circuit that detects a change to be transmitted and sends a voltage reading pulse signal to the charge control circuit and the battery voltage monitor circuit; and an accumulation that accumulates the battery voltage monitor signal for a predetermined period to generate a battery voltage accumulation signal A data storage circuit; a cumulative data averaging circuit that receives the battery voltage cumulative signal and generates a battery voltage average signal for a predetermined period; and a battery remaining capacity that receives the battery voltage average signal and displays the remaining capacity of the lithium ion battery. Charge stop for sending a charge stop voltage setting signal input to the charge control circuit when an excess or deficiency of the lithium ion battery capacity is evaluated based on monitoring of a capacity display device and a remaining capacity display of the lithium ion battery A voltage input device, the charge control circuit from the current monitoring pulse generation circuit The charging is stopped based on the pressure reading pulse signal, and the charging of the lithium ion battery is managed so that the charging stop voltage is determined by the charge stop voltage setting signal from the charge stop voltage input circuit. It is.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a lithium ion battery device for a low orbit satellite according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, the same parts as those in the conventional example shown in FIG. As new codes, 8 is a battery voltage monitor circuit, 9 is a current monitoring pulse generation circuit, 10 is a cumulative data storage circuit, 11 is a cumulative data averaging circuit, 12 is a minimum remaining capacity setting circuit, 13 is a comparison circuit, 14 Is the charge stop voltage setting circuit, I vc Is the output current of the voltage control circuit 2, S set Is a charge stop voltage setting signal output from the charge stop voltage setting circuit 14, S read Is a voltage reading pulse signal output from the current monitoring pulse generation circuit 9, S bat Is a battery voltage monitor signal output from the battery voltage monitor circuit 8, S sum Is a battery voltage cumulative signal output from the cumulative data storage circuit 10, S average Is the battery voltage average signal output from the cumulative data averaging circuit 11, S survival Is the minimum remaining capacity signal output from the minimum remaining capacity setting circuit 12, S comp Is an output signal from the comparison circuit 13.
[0021]
The lithium-ion battery device for a low-orbit satellite according to Embodiment 1 has a close relationship between the no-load voltage and the battery capacity at 50% or more SOC of the lithium-ion battery 6 shown in FIG. Focusing on the characteristic that capacity can be estimated by measuring the voltage, the voltage control circuit 2 controls the output voltage to be the power system voltage by receiving the generated power of the solar cell 1 that generates power during sunshine, In addition to distributing power to the load 4 via the power distribution circuit 3, a charge control circuit 5 is provided between the voltage control circuit 2 and the lithium ion battery 6, and discharging is performed between the lithium ion battery 6 and the power distribution circuit 3. A control circuit 7 is provided, and the battery voltage monitor circuit 8 measures the voltage across the terminals of the lithium ion battery 6 to generate a battery voltage monitor signal. Then, the current monitoring pulse generation circuit 9 monitors the output current of the voltage control circuit 2, detects a change in the current from zero at the start of sunshine, and detects the voltage reading pulse to the charge control circuit 5 and the battery voltage monitor circuit 8. The charge control circuit 5 stops the output of the charging current only while the voltage reading pulse signal is input, and the lithium ion battery 6 is brought into a no-load state. During this time, the battery voltage monitor circuit 8 A battery voltage monitor signal indicating the remaining battery capacity is generated by measuring the no-load voltage of the battery 6, and the battery voltage monitor signal is accumulated for a predetermined period by the accumulated data storage circuit 10 to generate a battery voltage accumulated signal. The circuit 11 receives the battery voltage accumulated signal, generates a battery voltage average signal for a predetermined period, and sets the minimum remaining capacity. 12 generates a minimum remaining capacity signal as a reference signal for the remaining capacity, and the comparison circuit 13 receives and compares the battery voltage average signal and the minimum remaining capacity signal to evaluate the battery capacity shortage. When the voltage average signal is smaller, a stepped output signal is generated in accordance with the difference, and the charge stop voltage setting circuit 14 receives the output signal of the comparison circuit 13 and correspondingly increases the charge stop voltage. The charge stop voltage setting signal is generated to increase the battery charge, and the charge stop voltage setting signal is input to the charge control circuit to manage the charge stepwise, thereby operating the lithium ion battery 6 with a low SOC and reducing the service life. Lengthen.
[0022]
Next, a specific operation of the lithium ion battery device for a low orbit satellite constructed as described above will be described.
During sunlight, the power generated by the solar cell 1 is received by the voltage control circuit 2 and the power system voltage V bus To the load 4 via the power distribution circuit 3. Similarly, the power output from the voltage control circuit 2 is input to the charge control circuit 5. While monitoring the terminal voltage of the lithium ion battery 6, the charge control circuit 5 converts the input power to charge current I c And this current I c To charge the lithium ion battery 6. The operation of the charging control circuit 5 is initially a constant current control operation, but the charging of the lithium ion battery 6 proceeds and its terminal voltage V bat Is the charge stop voltage setting signal S set When it is detected that the charging stop voltage is equal to the preset charging stop voltage, it is determined that the predetermined SOC has been reached, and the constant voltage control operation is switched to charge current I of the lithium ion battery 6. c Is gradually reduced to operate so as to maintain a predetermined SOC.
[0023]
On the other hand, in the shade, the electric power stored in the lithium ion battery 6 is discharged, and the discharged electric power is converted by the discharge control circuit 7 so that the electric power system voltage V bus The output voltage is input to the power distribution circuit 3 as adjusted power. The current I discharged during this shade period d The terminal voltage V of the lithium ion battery 6 according to the amount of bat The value of decreases. The terminal voltage V of this lithium ion battery 6 bat Is measured by the battery voltage monitor circuit 8.
[0024]
This is one cycle of charging / discharging of the lithium ion battery 6, and the next charging / discharging cycle starts from the start of the next sunshine. At the start of sunshine, the solar cell 1 generates the voltage control circuit 2 and the power system voltage V bus Therefore, the discharge from the lithium ion battery 6 stops and the output current I of the voltage control circuit 2 is stopped. vc Starts increasing from zero. The output current I of this voltage control circuit 2 vc When the current monitoring pulse generation circuit 9 detects a change in the voltage, the current monitoring pulse generation circuit 9 sends a high-level voltage reading pulse signal S to the charge control circuit 5 and the battery voltage monitoring circuit 8. read Is sent out.
[0025]
Voltage reading pulse signal S from the current monitoring type pulse generation circuit 9 read Is at a high level, the charging control circuit 5 stops charging, and the lithium ion battery 6 enters a no-load state. Similarly, the battery voltage monitor circuit 8 outputs a high level voltage reading pulse signal S. read Is operated to measure the terminal voltage of the lithium ion battery 6. Thus, the terminal voltage V of the lithium ion battery 6 measured by the battery voltage monitor circuit 8 is measured. bat Becomes a no-load voltage, and a voltage signal capable of estimating the remaining capacity of the lithium ion battery 6 is obtained. The waveform of each part in the above operation is shown in FIG.
[0026]
No-load terminal voltage V of the lithium ion battery 6 detected by the battery voltage monitor circuit 8 bat Is the battery voltage monitor signal S bat And is input to the accumulated data storage circuit 10. In the accumulated data storage circuit 10, the battery voltage monitor signal S for each lap is obtained. bat Is accumulated and the battery voltage accumulation signal S sum Is generated. Battery voltage accumulation signal S sum Is sent from the accumulated data storage circuit 10 to the accumulated data averaging circuit 11, where the battery voltage average signal S indicating the average value during the number of regression days average Is converted to
[0027]
Since the required power and generated power of low-orbit satellites differ for each lap, it is meaningless to detect the battery no-load voltage at the end of discharge for each lap and estimate the remaining capacity and compare it with the minimum remaining capacity. However, if it is an average value in the number of days of return until it returns to the same orbit, it can be considered as a significant value in consideration of the influence of various events. For example, a round trip over the desert requires less power, but a round trip over a big city like New York or London requires more power. By averaging the change in the no-load voltage at the end of the discharge accompanying the change in the required power over the number of days of reversion and comparing it with the minimum remaining capacity, it is possible to evaluate the excess or deficiency of the battery capacity.
[0028]
Battery voltage average signal S from the cumulative data averaging circuit 11 average Is the minimum remaining capacity signal S which is a fixed value preset by the minimum remaining capacity setting circuit 12. survival And input to the comparison circuit 13 for comparison, and the battery voltage average signal S average When the signal is larger, the low level is maintained, and when the signal is smaller, the output signal S whose level increases stepwise according to the difference. comp Is generated and sent to the charge stop voltage setting circuit 14.
[0029]
In the charge stop voltage setting circuit 14, the stepwise comparison circuit output signal S comp Stepwise charge stop voltage setting signal S set Is sent to the charge control circuit 5. The charge control circuit 5 receives the received charge stop voltage setting signal S set Since the charging of the lithium ion battery 6 is managed so that the charging stop voltage is determined by the above, the lithium ion battery 6 operates with the lowest possible SOC, and the life can be extended.
[0030]
In this way, the no-load voltage of the lithium ion battery 6 can be detected, and further, the charge stop voltage can be changed stepwise to operate the lithium ion battery 6 with the lowest possible SOC. Therefore, there is an effect of extending the life of the lithium ion battery, but FIG. 4 shows the charge when the charge stop voltage is changed with the passage of time and the SOC setting is switched in the order of 40%, 60%, and 80%. FIG. 5 shows an example of change in the total capacity of the lithium ion battery 6 when used in this way. FIG. 5 shows that the total capacity of the lithium ion battery at the start of use is 100%, and after 7 years, the total capacity decreases to 60% at the start of use. On the other hand, FIG. 6 shows an example of a change in the total capacity when the SOC is continuously used at 80%. For comparison with the previous example of FIG. 5, focusing on the elapsed time until the total capacity reaches 60% of the start of use, it is about 5.6 years. In other words, by using the lithium ion battery 6 by changing the charge stop voltage, the operation period of the low orbit satellite can be extended by about 1.4 years in this example.
[0031]
In the above description, what uses high, low, and rising expressions for the signal level is a relative concept, and the same effect can be obtained even if the level and direction of change are reversed. In the above description, the period during which the battery voltage accumulated signal is averaged is defined as the number of days of recurrence. However, it may be a fixed period such as one week or one month, and the same effect is achieved.
[0032]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a lithium ion battery device for a low orbit satellite according to Embodiment 2 of the present invention.
In FIG. 7, the same parts as those of the first embodiment shown in FIG. As a new code, 15 is the battery voltage average signal S from the cumulative data averaging circuit 11. average And the minimum remaining capacity signal S from the minimum remaining capacity setting circuit 12 survival And the battery voltage average signal S average Is positive, the battery voltage average signal S is positive. average Is larger, the analog signal S changes negatively linearly. diff And an output signal S thereof diff Is input to the charge stop voltage setting circuit 14, and the charge stop voltage setting circuit 14 receives the positive output signal S. diff The charge stop voltage is linearly increased in response to the negative output signal S diff Charge stop voltage setting signal S that linearly lowers the charge stop voltage correspondingly set Is sent to the charge control circuit 5.
[0033]
In the lithium ion battery device for a low orbit satellite according to the first embodiment described above, the charge stop voltage is adjusted stepwise and only increased, whereas the low orbit satellite according to the second embodiment is adjusted. In the lithium ion battery device for battery, instead of the comparison circuit 13, the battery voltage average signal from the cumulative data averaging circuit 11 and the minimum remaining capacity signal from the minimum remaining capacity setting circuit 12 are received and the difference is calculated. An operation that evaluates excess or deficiency in capacity and generates a positive analog output signal when the battery voltage average signal is smaller, and generates a negative analog output signal when the battery voltage average signal is larger When the circuit 15 is provided and the charge stop voltage setting circuit 14 receives the positive analog output signal of the arithmetic circuit 15, the circuit 15 linearly corresponds thereto. When the power stop voltage is increased and a negative analog output signal from the arithmetic circuit 15 is received, a charge stop voltage setting signal for linearly decreasing the charge stop voltage is generated correspondingly, and this charge stop voltage setting signal is By inputting the charge control circuit 5 and managing the charge linearly, the lithium ion battery 6 is operated at a low SOC while the charge stop voltage is raised and lowered linearly when the operating power of the artificial satellite changes greatly. Increase life.
[0034]
Next, a specific operation of the lithium ion battery device for a low orbit satellite constructed as described above will be described.
During sunlight, the power generated by the solar cell 1 is received by the voltage control circuit 2 and the power system voltage V bus To the load 4 via the power distribution circuit 3. Similarly, the power output from the voltage control circuit 2 is input to the charge control circuit 5. The charging control circuit 5 monitors the terminal voltage of the lithium ion battery 6 and converts the input power to charge current I c And this current I c To charge the lithium ion battery 6. The operation of the charging control circuit 5 is initially a constant current operation, but the charging of the lithium ion battery 6 proceeds and its terminal voltage V bat Is the charge stop voltage setting signal S set When it is detected that the charging stop voltage is equal to the preset charging stop voltage, it is determined that the predetermined SOC has been reached, and the constant voltage control operation is switched to charge current I of the lithium ion battery 6. c Is gradually reduced to operate so as to maintain a predetermined SOC.
[0035]
On the other hand, in the shade, the electric power stored in the lithium ion battery 6 is discharged, and the discharged electric power is converted by the discharge control circuit 7 so that the electric power system voltage V bus The output voltage is input to the power distribution circuit 3 as adjusted power. The current I discharged during this shade period d Depending on the amount of lithium ion battery terminal voltage V bat The value of decreases. This lithium ion battery terminal voltage V bat Is measured by the battery voltage monitor circuit 8.
[0036]
This is one cycle of charging / discharging of the lithium ion battery 6, and the next charging / discharging cycle starts from the start of the next sunshine. At the start of sunshine, the solar cell 1 generates the voltage control circuit 2 and the power system voltage V bus Therefore, the discharge from the lithium ion battery 6 stops and the output current I of the voltage control circuit 2 is stopped. vc Starts increasing from zero. The output current I of this voltage control circuit 2 vc When the current monitoring pulse generation circuit 9 detects a change in the voltage, the current monitoring pulse generation circuit 9 sends a high-level voltage reading pulse signal S to the charge control circuit 5 and the battery voltage monitoring circuit 8. read Is sent out.
[0037]
Voltage reading pulse signal S from the current monitoring type pulse generation circuit 9 read Is at a high level, the charging control circuit 5 stops charging, and the lithium ion battery 6 enters a no-load state. Similarly, a high level voltage reading pulse signal S read Is input, the battery voltage monitor circuit 8 performs an operation of measuring the terminal voltage of the lithium ion battery 6. Thus, the terminal voltage V of the lithium ion battery 6 measured by the battery voltage monitor circuit 8 is measured. bat Becomes a no-load voltage, and a voltage signal capable of estimating the remaining capacity of the lithium ion battery 6 is obtained. The waveform of each part in the above operation | movement is the same as that of FIG.
[0038]
No-load terminal voltage V of the lithium ion battery 6 detected by the battery voltage monitor circuit 8 bat Is the battery voltage monitor signal S bat And is input to the accumulated data storage circuit 10. In the accumulated data storage circuit 10, the battery voltage monitor signal S for each lap is obtained. bat Is accumulated and the battery voltage accumulation signal S sum Is generated. Battery voltage accumulation signal S sum Is sent from the accumulated data storage circuit 10 to the accumulated data averaging circuit 11, where the battery voltage average signal S indicating the average value during the number of regression days average Is converted to
[0039]
Since the required power and generated power of low-orbit satellites differ for each lap, it is meaningless to detect the battery no-load voltage at the end of discharge for each lap and estimate the remaining capacity and compare it with the minimum remaining capacity. However, if it is an average value in the number of days of return until it returns to the same orbit, it can be considered as a significant value in consideration of the influence of various events. For example, a round trip over a desert requires less power, but a round trip over a big city like New York or London requires more power. By averaging the change in the no-load voltage at the end of the discharge accompanying the change in the required power over the number of days of reversion and comparing it with the minimum remaining capacity, it is possible to evaluate the excess or deficiency of the battery capacity.
[0040]
This battery voltage average signal S average Is the minimum remaining capacity signal S which is a fixed value preset by the minimum remaining capacity setting circuit 12. survival And is input to the arithmetic circuit 15 and linearly processed based on the signal difference. average Is positive, the battery voltage average signal S is positive. average Is larger, the arithmetic circuit output signal S, which is an analog signal that changes negatively, diff Is generated.
[0041]
The output signal S of this arithmetic circuit 15 diff Is input to the charge stop voltage setting circuit 14, and the charge stop voltage setting circuit 14 receives the positive arithmetic circuit output signal S. diff The charge stop voltage is linearly increased in response to the negative operation circuit output signal S. diff Charge stop voltage setting signal S that linearly lowers the charge stop voltage correspondingly set Is sent to the charge control circuit 5. The charge control circuit 5 receives the received charge stop voltage setting signal S set Since the charging of the lithium ion battery 6 is managed so that the charging stop voltage is determined by the above, the lithium ion battery 6 operates with the lowest possible SOC, and the life can be extended.
[0042]
As described above, in the second embodiment, the calculation circuit 15 receives the battery voltage average signal and the minimum remaining capacity signal and calculates the difference between them to evaluate whether the battery capacity is excessive or insufficient. If the battery voltage average signal is larger, a negative analog output signal is generated, and the charge stop voltage setting circuit 14 causes the positive analog output of the arithmetic circuit 15 to be generated. When the signal is received, the charge stop voltage is linearly increased correspondingly, and when the negative analog output signal of the arithmetic circuit 15 is received, the charge stop voltage setting signal is linearly decreased correspondingly. And the charge stop voltage setting signal is input to the charge control circuit 5, so that the no-load voltage of the lithium ion battery 6 can be detected. Can be operated at lower SOC as possible lithium ion battery 6 by changing the charge stop voltage, there is an effect that the life of the lithium ion battery 6 becomes longer. An example of this effect is the same as in FIGS. In addition, since the charge stop voltage can be increased and decreased linearly, there is an effect that it is possible to change the SOC setting corresponding to both a large increase and decrease in the required power of the low orbit satellite. .
[0043]
In the above description, the signal level using the expressions of high, low, positive, negative, rising, raising and lowering is a relative concept, and may be configured by inverting the level and direction of change. The same effect is produced. In the above description, the period during which the battery voltage accumulated signal is averaged is defined as the number of days of recurrence. However, it may be a fixed period such as one week or one month, and the same effect is achieved.
[0044]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a configuration diagram showing a lithium ion battery device for a low orbit satellite according to Embodiment 3 of the present invention.
In FIG. 8, the same parts as those of the first embodiment shown in FIG. As a new code, 16 is a blocking diode provided in place of the discharge control circuit 7, the anode side being connected to the lithium ion battery 6 and the cathode side being connected to the power distribution circuit 3. Reference numeral 17 denotes a voltage monitoring type pulse generating circuit provided in place of the current monitoring type pulse generating circuit 9, which monitors the output voltage of the voltage control circuit 2, and the output voltage is a shaded lithium ion battery at the start of sunshine. 6 is detected, and a voltage reading pulse signal is sent to the charge control circuit 5 and the battery voltage monitor circuit 8 by detecting a change from the discharge voltage 6 to the output voltage of the voltage control circuit 2 during sunshine.
[0045]
In the lithium ion battery device for low orbit satellites according to the first and second embodiments described above, the power converted from the discharge power from the lithium ion battery 6 to the power system voltage using the discharge control circuit 7 is used. In the lithium ion battery device for a low orbit satellite according to Embodiment 3, the blocking diode 16 is inserted so that the lithium ion battery 6 side is connected to the anode and the power distribution circuit 3 side is connected to the cathode, thereby generating a voltage monitoring pulse. The circuit 17 monitors the power system voltage, detects the change of the power system voltage from the discharge voltage of the lithium ion battery 6 in the shade to the output voltage of the voltage control circuit 2 in the sunshine at the start of sunshine, and detects the charge control circuit 5 And a voltage reading pulse signal is sent to the battery voltage monitor circuit 8, as in the first embodiment, By Type stepwise manage charging the charging stop voltage setting signal to the charging control circuit 5 from the conductive stop voltage setting circuit 14, a lithium ion battery 6 is operated at a low SOC, a longer service life.
[0046]
Next, a specific operation of the lithium ion battery device for a low orbit satellite constructed as described above will be described.
During sunlight, the power generated by the solar cell 1 is received by the voltage control circuit 2 and the power system voltage V bus To the load 4 via the power distribution circuit 3. Similarly, the power output from the voltage control circuit 2 is input to the charge control circuit 5. While monitoring the terminal voltage of the lithium ion battery 6, the charge control circuit 5 converts the input power to charge current I c And this current I c To charge the lithium ion battery 6. The operation of the charging control circuit 5 is initially a constant current control operation, but the charging of the lithium ion battery 6 proceeds and its terminal voltage V bat Is the charge stop voltage setting signal S set When it is detected that the charging stop voltage is equal to the preset charging stop voltage, it is determined that the predetermined SOC has been reached, and the constant voltage control operation is switched to charge current I of the lithium ion battery 6. c Is gradually reduced to operate so as to maintain a predetermined SOC.
[0047]
On the other hand, in the shade, the electric power stored in the lithium ion battery 6 is discharged through the blocking diode 16 and the power system voltage V depending on the discharge voltage of the lithium ion battery 6 is generated. bus And input to the power distribution circuit 3. The current I discharged during this shade period d The terminal voltage V of the lithium ion battery 6 according to the amount of bat The value of decreases. The terminal voltage V of this lithium ion battery 6 bat Is measured by the battery voltage monitor circuit 8.
[0048]
This is one cycle of charging / discharging of the lithium ion battery 6, and the next charging / discharging cycle starts from the start of the next sunshine. At the start of sunshine, the power system voltage V generated by the solar cell 1 and higher than the no-load voltage of the lithium ion battery 6 by the voltage control circuit 2 bus Since the electric power adjusted to the value begins to be supplied to the load, the discharge from the lithium ion battery 6 stops and the electric power system voltage V bus Rises from the discharge voltage of the lithium ion battery 6 to the output voltage of the voltage control circuit 2. This power system voltage V bus When the voltage monitoring pulse generation circuit 17 detects a change in the voltage, the voltage monitoring pulse generation circuit 17 sends a high level voltage reading pulse signal S to the charge control circuit 5 and the battery voltage monitoring circuit 8. read Is sent out.
[0049]
Voltage reading pulse signal S from the voltage monitoring type pulse generation circuit 17 read Is at a high level, the charging control circuit 5 stops charging, and the lithium ion battery 6 enters a no-load state. Similarly, a high level voltage reading pulse signal S read Is input, the battery voltage monitor circuit 8 performs an operation of measuring the terminal voltage of the lithium ion battery 6. Thus, the terminal voltage V of the lithium ion battery 6 measured by the battery voltage monitor circuit 8 is measured. bat Becomes a no-load voltage, and a voltage signal capable of estimating the remaining capacity of the lithium ion battery 6 is obtained. The waveform of each part in the above operation | movement is shown in FIG.
[0050]
No-load terminal voltage V of the lithium ion battery 6 detected by the battery voltage monitor circuit 8 bat Is the battery voltage monitor signal S bat And is input to the accumulated data storage circuit 10. In the accumulated data storage circuit 10, the battery voltage monitor signal S for each lap is obtained. bat Is accumulated and the battery voltage accumulation signal S sum Is generated. Battery voltage accumulation signal S sum Is sent from the cumulative data storage circuit 10 to the cumulative data averaging circuit 11, where the battery voltage average signal S indicating the average value during the number of days of recursion. average Is converted to
[0051]
Since the required power and generated power of low-orbit satellites differ for each lap, it is meaningless to detect the battery no-load voltage at the end of discharge for each lap and estimate the remaining capacity and compare it with the minimum remaining capacity. However, if it is an average value in the number of days of return until it returns to the same orbit, it can be considered as a significant value in consideration of the influence of various events. For example, a round trip over the desert requires less power, but a round trip over a big city like New York or London requires more power. It is possible to evaluate the excess or deficiency of the battery capacity by averaging the change in the no-load voltage at the end of the discharge accompanying the change in the required power over the number of days of reversion and comparing it with the minimum remaining capacity.
[0052]
Battery voltage average signal S from the cumulative data averaging circuit 11 average Is the minimum remaining capacity signal S which is a fixed value preset by the minimum remaining capacity setting circuit 12. survival And input to the comparison circuit 13 for comparison, and the battery voltage average signal S average When the signal is larger, the low level is maintained, and when the signal is smaller, the output signal S whose level increases stepwise according to the difference. comp Is generated and sent to the charge stop voltage setting circuit 14.
[0053]
In the charge stop voltage setting circuit 14, the stepwise comparison circuit output signal S comp Stepwise charge stop voltage setting signal S set Is sent to the charge control circuit 5. The charge control circuit 5 receives the received charge stop voltage setting signal S set Since the charging of the lithium ion battery 6 is managed so that the charging stop voltage is determined by the above, the lithium ion battery 6 operates with the lowest possible SOC, and the life can be extended.
[0054]
As described above, in the third embodiment, the blocking diode 16 is inserted so that the lithium ion battery 6 side is connected to the anode and the power distribution circuit 3 side is connected to the cathode, and the voltage monitoring type pulse generation circuit 17 supplies the power system voltage. And monitoring the change in the power system voltage when the discharge voltage of the lithium ion battery 6 in the shade is switched to the output voltage of the voltage control circuit 2 in the sunshine at the start of the sunshine, As in the first embodiment, the read pulse signal is transmitted, and the charge stop voltage setting signal from the charge stop voltage setting circuit 14 is input to the charge control circuit 5 to manage charging step by step. It can detect the no-load voltage of the ion battery, and further change the charge stop voltage step by step to change the lithium ion battery Can be operated at a low SOC as possible, the effect of the life of the lithium ion battery 6 becomes longer. An example of this effect is the same as in FIGS. In addition, since the discharge power of the lithium ion battery is input to the power distribution circuit 3 via only the blocking diode 16 and is distributed to the load, the apparatus can be reduced in size and weight.
[0055]
In the above description, what uses high, low, and rising expressions for the signal level is a relative concept, and the same effect can be obtained even if the level and direction of change are reversed. In the above description, the period during which the battery voltage accumulated signal is averaged is defined as the number of days of recurrence. However, it may be a fixed period such as one week or one month, and the same effect is achieved.
[0056]
In the third embodiment, the case where the voltage monitoring type pulse generation circuit 17 that monitors the change in the power system voltage is used has been described. However, the current monitoring type pulse generation that monitors the change in the output current of the voltage control circuit 2 is described. A circuit may be used, and the same effect as in the third embodiment is achieved.
[0057]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 10 is a block diagram showing a lithium ion battery device for a low orbit satellite according to Embodiment 4 of the present invention.
In FIG. 10, the same parts as those of the first embodiment shown in FIG. As a new code, 15 is the battery voltage average signal S from the cumulative data averaging circuit 11. average And the minimum remaining capacity signal S from the minimum remaining capacity setting circuit 12 survival And the battery voltage average signal S average Is positive, the battery voltage average signal S is positive. average Is larger, the analog signal S changes negatively linearly. diff And an output signal S thereof diff Is input to the charge stop voltage setting circuit 14, and the charge stop voltage setting circuit 14 receives the positive output signal S. diff The charge stop voltage is linearly increased in response to the negative output signal S diff Charge stop voltage setting signal S that linearly lowers the charge stop voltage correspondingly set Is sent to the charge control circuit 5.
[0058]
Reference numeral 16 denotes a blocking diode provided in place of the discharge control circuit 7, the anode side being connected to the lithium ion battery 6 and the cathode side being connected to the power distribution circuit 3. Further, reference numeral 17 denotes a voltage monitoring type pulse generating circuit provided in place of the current monitoring type pulse generating circuit 9, which monitors the output voltage of the voltage control circuit 2 and is a lithium ion battery in which the output voltage is shaded at the start of sunshine. 6 is detected, and a voltage reading pulse signal is transmitted to the charge control circuit 5 and the battery voltage monitor circuit 8 by detecting a change from the discharge voltage 6 to the output voltage of the voltage control circuit 2 during sunshine.
[0059]
In the lithium ion battery device for a low orbit satellite according to the first embodiment described above, the adjustment of the charging stop voltage is only increased stepwise, and in addition, the discharge control circuit 7 Although the power conversion is performed so that the power system voltage is obtained, the lithium ion battery device for a low orbit satellite according to the fourth embodiment uses the arithmetic circuit 15 to perform the battery voltage average signal from the cumulative data averaging circuit 11. The minimum remaining capacity signal from the minimum remaining capacity setting circuit 12 is received and the difference is calculated to evaluate the excess or deficiency of the battery capacity. When the battery voltage average signal is smaller, a positive analog output signal is generated. If the battery voltage average signal is larger, a negative analog output signal is generated, and the charge stop voltage setting circuit 14 causes the arithmetic circuit 15 When a positive analog output signal is received, the charge stop voltage is linearly increased correspondingly, and when a negative analog output signal of the arithmetic circuit 15 is received, the charge stop voltage is linearly decreased correspondingly. A stop voltage setting signal is generated, and the charge stop voltage setting signal is input to the charge control circuit 5 to manage the charge linearly, so that the charge stop voltage linearly changes when the operating power of the artificial satellite changes greatly. The lithium ion battery 6 is operated with a low SOC while raising and lowering the battery life, thereby extending the life.
[0060]
Next, a specific operation of the lithium ion battery device for a low orbit satellite constructed as described above will be described.
During sunlight, the power generated by the solar cell 1 is received by the voltage control circuit 2 and the power system voltage V bus To the load 4 via the power distribution circuit 3. Similarly, the power output from the voltage control circuit 2 is input to the charge control circuit 5. The charge control circuit 5 converts the input current while monitoring the terminal voltage of the lithium ion battery 6 to convert the charge current I c And this current I c To charge the lithium ion battery 6. The operation of the charging control circuit 5 is initially a constant current control operation, but the charging of the lithium ion battery 6 proceeds and its terminal voltage V bat Is the charge stop voltage setting signal S set When it is detected that the charging stop voltage is equal to the preset charging stop voltage, it is determined that the predetermined SOC has been reached, and the constant voltage control operation is switched to charge current I of the lithium ion battery 6. c Is gradually reduced to operate so as to maintain a predetermined SOC.
[0061]
On the other hand, in the shade, the electric power stored in the lithium ion battery 6 is discharged through the blocking diode 16 and the power system voltage V depending on the discharge voltage of the lithium ion battery 6 is generated. bus And input to the power distribution circuit 3. The current I discharged during this shade period d The terminal voltage V of the lithium ion battery 6 according to the amount of bat The value of decreases. The terminal voltage V of this lithium ion battery 6 bat Is measured by the battery voltage monitor circuit 8.
[0062]
This is one cycle of charging / discharging of the lithium ion battery 6, and the next charging / discharging cycle starts from the start of the next sunshine. At the start of sunshine, the power system voltage V generated by the solar cell 1 and higher than the no-load voltage of the lithium ion battery 6 by the voltage control circuit 2 bus Since the electric power adjusted to the value begins to be supplied to the load, the discharge from the lithium ion battery 6 stops and the electric power system voltage V bus Rises from the discharge voltage of the lithium ion battery 6 to the output voltage of the voltage control circuit 2. This power system voltage V bus When the voltage monitoring pulse generation circuit 17 detects a change in the voltage, the voltage monitoring pulse generation circuit 17 sends a high level voltage reading pulse signal S to the charge control circuit 5 and the battery voltage monitoring circuit 8. read Is sent out.
[0063]
Voltage reading pulse signal S from the voltage monitoring type pulse generation circuit 17 read Is at a high level, the charging control circuit 5 stops charging, and the lithium ion battery 6 enters a no-load state. Similarly, a high level voltage reading pulse signal S read Is input, the battery voltage monitor circuit 8 performs an operation of measuring the terminal voltage of the lithium ion battery 6. Thus, the terminal voltage V of the lithium ion battery 6 measured by the battery voltage monitor circuit 8 is measured. bat Becomes a no-load voltage, and a voltage signal capable of estimating the remaining capacity of the lithium ion battery 6 is obtained. The waveform of each part in the above operation is the same as in FIG.
[0064]
No-load terminal voltage V of the lithium ion battery 6 detected by the battery voltage monitor circuit 8 bat Is the battery voltage monitor signal S bat And is input to the accumulated data storage circuit 10. In the accumulated data storage circuit 10, the battery voltage monitor signal S for each lap is obtained. bat Is accumulated and the battery voltage accumulation signal S sum Is generated. Battery voltage accumulation signal S sum Is sent from the cumulative data storage circuit 10 to the cumulative data averaging circuit 11, where the battery voltage average signal S indicating the average value during the number of days of recursion. average Is converted to
[0065]
Since the required power and generated power of low-orbit satellites differ for each lap, it is meaningless to detect the battery no-load voltage at the end of discharge for each lap and estimate the remaining capacity and compare it with the minimum remaining capacity. However, if it is an average value in the number of days of return until it returns to the same orbit, it can be considered as a significant value in consideration of the influence of various events. For example, a round trip over the desert requires less power, but a round trip over a big city such as New York or London requires more power. It is possible to evaluate the excess or deficiency of the battery capacity by averaging the change in the no-load voltage at the end of the discharge accompanying the change in the required power over the number of days of reversion and comparing it with the minimum remaining capacity.
[0066]
This battery voltage average signal S average Is the minimum remaining capacity signal S which is a fixed value preset by the minimum remaining capacity setting circuit 12. survival And is input to the arithmetic circuit 15 to perform linear arithmetic processing based on the signal difference. average Is smaller, an analog signal that changes in a positive linear manner, the battery voltage average signal S average Is larger, the arithmetic circuit output signal S, which is an analog signal that changes negatively, diff Is generated. This arithmetic circuit output signal S diff Is input to the charge stop voltage setting circuit 14.
[0067]
The charge stop voltage setting circuit 14 generates a positive arithmetic circuit output signal S. diff The charge stop voltage is linearly increased in response to the negative operation circuit output signal S. diff Charge stop voltage setting signal S that linearly lowers the charge stop voltage correspondingly set Is sent to the charge control circuit 5. The charge control circuit 5 receives the charge stop voltage setting signal S set Since the charging of the lithium ion battery 6 is managed so that the charging stop voltage is determined by the above, the lithium ion battery 6 operates with the lowest possible SOC, and the life can be extended.
[0068]
Thus, in the fourth embodiment, the battery voltage average signal S from the cumulative data averaging circuit 11 is calculated by the arithmetic circuit 15. average And the minimum remaining capacity signal S from the minimum remaining capacity setting circuit 12 survival And the battery voltage average signal S average Is positive, the battery voltage average signal S is positive. average Is larger, the analog signal S changes negatively linearly. diff And a positive output signal S is generated by the charge stop voltage setting circuit 14. diff The charge stop voltage is linearly increased in response to the negative output signal S diff Charge stop voltage setting signal S that linearly lowers the charge stop voltage correspondingly set Is sent to the charge control circuit 5, a blocking diode is provided in place of the discharge control circuit 7, and the output voltage of the voltage control circuit 2 is monitored by the voltage monitoring type pulse generation circuit 17, and at the start of sunshine A change of the output voltage from the discharge voltage of the lithium ion battery 6 in the shade to the output voltage of the voltage control circuit 2 in the sunshine is detected and a voltage reading pulse signal is sent to the charge control circuit 5 and the battery voltage monitor circuit 8. Therefore, the no-load voltage of the lithium ion battery 6 can be detected, the charge stop voltage can be changed, and the lithium ion battery 6 can be operated with the lowest possible SOC. Has the effect of lengthening. An example of this effect is the same as in FIGS. In addition, since the charge stop voltage can be increased and decreased linearly, there is an effect that it is possible to change the SOC setting corresponding to both a large increase and decrease in the required power of the low orbit satellite. . In addition, since the discharge power of the lithium ion battery 6 is input to the power distribution circuit 3 via only the blocking diode 16 and distributed to the load, the apparatus can be reduced in size and weight.
[0069]
In the above description, the signal level using the expressions of high, low, positive, negative, rising, raising and lowering is a relative concept, and may be configured by inverting the level and direction of change. The same effect is produced. In the above description, the period during which the battery voltage accumulated signal is averaged is defined as the number of days of recurrence. However, it may be a fixed period such as one week or one month, and the same effect is achieved.
[0070]
In the fourth embodiment, the voltage monitoring type pulse generation circuit 17 that monitors the change in the power system voltage has been described. However, the current monitoring type pulse generation that monitors the change in the output current of the voltage control circuit 2 is described. A circuit may be used, and the same effect as in the fourth embodiment is achieved.
[0071]
Embodiment 5. FIG.
FIG. 11 is a configuration diagram showing a lithium ion battery device for a low orbit satellite according to Embodiment 5 of the present invention.
In FIG. 11, the same parts as those of the first embodiment shown in FIG. As a new code, 18 is a battery remaining capacity display device that receives the battery voltage average signal from the cumulative data averaging circuit 11 and displays the remaining capacity of the lithium ion battery 6, and 19 is the remaining capacity of the lithium ion battery 6. This is a charge stop voltage input device that sends a charge stop voltage setting signal input to the charge control circuit 5 when the excess or shortage of the lithium ion battery capacity is evaluated based on the monitoring of the capacity display.
[0072]
In the lithium ion battery device for a low orbit satellite according to the fourth embodiment described above, the charge stop voltage of the lithium ion battery is automatically adjusted based on the magnitude relationship between the battery voltage average signal and the minimum remaining capacity signal for a predetermined period. However, in the lithium ion battery device for a low orbit satellite according to the fifth embodiment, the remaining battery capacity display device 18 receives the battery voltage average signal from the cumulative data averaging circuit 11 and The remaining capacity is displayed, and when the charge stop voltage input device 19 evaluates the excess or deficiency of the lithium ion battery capacity based on the monitoring of the remaining capacity display of the lithium ion battery 6, the charge stop voltage setting signal is sent to the charge control circuit 5 And managing the charge by the charge control circuit based on the charge stop voltage setting signal. It is operated at a low SOC of the lithium ion battery 6 performs adjustment of the charging stop voltage when power varies significantly, a longer service life.
[0073]
Next, a specific operation of the lithium ion battery device for a low orbit satellite constructed as described above will be described.
During sunlight, the power generated by the solar cell 1 is received by the voltage control circuit 2 and the power system voltage V bus To the load 4 via the power distribution circuit 3. Similarly, the power output from the voltage control circuit 2 is input to the charge control circuit 5. While the charge control circuit 5 monitors the terminal voltage of the lithium ion battery 6, it converts the input power to charge current I c And this current I c To charge the lithium ion battery 6. The operation of the charging control circuit 5 is initially a constant current control operation, but the charging of the lithium ion battery 6 proceeds and its terminal voltage V bat Is the charge stop voltage setting signal S set When it is detected that the charging stop voltage is equal to the preset charging stop voltage, it is determined that the predetermined SOC has been reached, and the constant voltage control operation is switched to charge current I of the lithium ion battery 6. c Is gradually reduced to operate so as to maintain a predetermined SOC.
[0074]
On the other hand, in the shade, the electric power stored in the lithium ion battery 6 is discharged, and the discharged electric power is converted by the discharge control circuit 7 so that the electric power system voltage V bus The output voltage is input to the power distribution circuit 3 as adjusted power. The current I discharged during this shade period d Depending on the amount of lithium ion battery terminal voltage V bat The value of decreases. This lithium ion battery terminal voltage V bat Is measured by the battery voltage monitor circuit 8.
[0075]
This is one cycle of charging / discharging of the lithium ion battery 6, and the next charging / discharging cycle starts from the start of the next sunshine. At the start of sunshine, the solar cell 1 generates the voltage control circuit 2 and the power system voltage V bus Therefore, the discharge from the lithium ion battery 6 stops and the output current I of the voltage control circuit 2 is stopped. vc Starts increasing from zero. The output current I of this voltage control circuit 2 vc When the current monitoring pulse generation circuit 9 detects a change in the voltage, the current monitoring pulse generation circuit 9 sends a high level voltage reading pulse signal S to the charge control circuit 5 and the battery voltage monitoring circuit 8. read Is sent out.
[0076]
Voltage reading pulse signal S from the current monitoring type pulse generation circuit 9 read Is at a high level, the charging control circuit 5 stops charging, and the lithium ion battery 6 enters a no-load state. Similarly, a high level voltage reading pulse signal S read Is input, the battery voltage monitor circuit 8 performs an operation of measuring the terminal voltage of the lithium ion battery 6. Thus, the terminal voltage V of the lithium ion battery 6 measured by the battery voltage monitor circuit 8 is measured. bat Becomes a no-load voltage, and a voltage signal capable of estimating the remaining capacity of the lithium ion battery 6 is obtained. The waveform of each part in the above operation | movement is the same as FIG.
[0077]
No-load terminal voltage V of the lithium ion battery 6 detected by the battery voltage monitor circuit 8 bat Is the battery voltage monitor signal S bat And is input to the accumulated data storage circuit 10. In the accumulated data storage circuit 10, the battery voltage monitor signal S for each lap is obtained. bat Is accumulated and the battery voltage accumulation signal S sum Is generated. Battery voltage accumulation signal S sum Is sent from the cumulative data storage circuit 10 to the cumulative data averaging circuit 11, where the battery voltage average signal S indicating the average value during the number of days of recursion. average Is converted to
[0078]
Since the required power and generated power of low-orbit satellites differ for each lap, it is meaningless to detect the battery no-load voltage at the end of discharge for each lap and estimate the remaining capacity and compare it with the minimum remaining capacity. However, if it is an average value in the number of days of return until it returns to the same orbit, it can be considered as a significant value in consideration of the influence of various events. For example, a round trip over the desert requires less power, but a round trip over a big city like New York or London requires more power. By averaging the change in the no-load voltage at the end of the discharge accompanying the change in the required power over the number of days of reversion and comparing it with the minimum remaining capacity, it is possible to evaluate the excess or deficiency of the battery capacity.
[0079]
This battery voltage average signal S average Is input to the battery remaining capacity display device 18 and displayed so that the remaining capacity of the lithium ion battery 6 can be identified. It is determined whether or not the charge stop voltage of the lithium ion battery 6 needs to be changed based on the display of the remaining battery capacity display device 18, and if it is necessary to change the charge stop voltage input device 19, a new charge stop is performed. Charge stop voltage setting signal S used to change the voltage set Is generated and sent to the charge control circuit 5. The charge control circuit 5 receives the charge stop voltage setting signal S set Since the charging of the lithium ion battery 6 is managed so that the charging stop voltage is determined by the above, the lithium ion battery 6 operates with the lowest possible SOC, and the life can be extended.
[0080]
As described above, in the fifth embodiment, the battery remaining capacity display device 18 that receives the battery voltage average signal from the accumulated data averaging circuit 11 and displays the remaining battery capacity, and the lithium ion battery capacity by monitoring the remaining capacity display. The charge stop voltage input device 19 for sending the charge stop voltage setting signal input by manual operation to the charge control circuit 5 is provided, so that the no-load voltage of the lithium ion battery 6 is detected. In addition, the charging stop voltage can be changed to operate the lithium ion battery 6 with the lowest possible SOC, and the life of the lithium ion battery 6 can be increased. An example of this effect is the same as in FIGS. Furthermore, since it is possible to set and change the optimum charge stop voltage based on the evaluation judgment, there is an effect that it is possible to change the SOC setting corresponding to a large change in required power of the low-orbit satellite.
[0081]
In the present invention, the lithium ion battery device for low-orbit satellites has been described, but it goes without saying that the present invention can be similarly applied to other orbiting spacecrafts or satellites that require repeated charging and discharging. Yes.
[0082]
In the above description, the period during which the battery voltage accumulated signal is averaged is defined as the number of days of recurrence. However, it may be a fixed period such as one week or one month, and the same effect is achieved.
[0083]
In the fifth embodiment, the case where the current monitoring type pulse generation circuit 9 that monitors the change in the output current of the voltage control circuit 2 using the discharge control circuit 7 has been described. However, the discharge control circuit 7 is used. The same effect as that of the fifth embodiment may be achieved.
[0084]
In the fifth embodiment, the case where the current monitoring type pulse generation circuit 9 that monitors the change in the output current of the voltage control circuit 2 using the discharge control circuit 7 has been described. However, the discharge control circuit 7 is used. A configuration using no voltage and using a voltage monitoring type pulse generation circuit that monitors a change in power system voltage may be used, and the same effects as those of the fifth embodiment are achieved.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a solar cell that generates power during sunshine, a voltage control circuit that receives the generated power of the solar cell and controls an output voltage to be a power system voltage, and the voltage control A power distribution circuit for distributing the output of the circuit; a load to which the output distributed by the power distribution circuit is supplied; a charge control circuit for converting the output of the voltage control circuit to output a charge current; and the charge control A lithium-ion battery charged by a charging current from the circuit; discharge control means for supplying discharge power from the lithium-ion battery to the power distribution circuit; and a terminal of the lithium-ion battery based on an input of a voltage reading pulse signal A battery voltage monitor circuit for measuring a voltage between the two and outputting a battery voltage monitor signal; monitoring the output of the voltage control circuit; A control circuit, an output monitoring pulse generation circuit for sending a voltage reading pulse signal to the battery voltage monitor circuit, an accumulated data storage circuit for accumulating the battery voltage monitor signal for a predetermined period to generate a battery voltage accumulation signal, and the battery voltage A cumulative data averaging circuit that receives a cumulative signal and generates a battery voltage average signal for a predetermined period, a minimum remaining capacity setting circuit that generates a minimum remaining capacity signal that serves as a reference signal for the remaining capacity of the lithium ion battery, and the battery A voltage average signal and the minimum remaining capacity signal are compared, an arithmetic circuit that generates an output signal according to the comparison difference, and a charge stop voltage setting signal according to the output of the arithmetic circuit is generated and sent to the charge control circuit A charge stop voltage setting circuit, wherein the charge control circuit is based on a voltage reading pulse signal from the output monitoring type pulse generation circuit. The charge of the lithium ion battery is managed so that the charge stop voltage is determined by a charge stop voltage setting signal from the charge stop voltage setting circuit. Furthermore, since the lithium ion battery can be operated with the lowest possible SOC by changing the charge stop voltage stepwise, there is an effect of extending the life of the lithium ion battery.
[0086]
The output monitoring type pulse generation circuit monitors the output current of the voltage control circuit, detects a change in the output current increasing from zero at the start of sunshine, and supplies a voltage to the charge control circuit and the battery voltage monitor circuit. A current monitoring type pulse generation circuit for sending a read pulse signal, wherein the arithmetic circuit compares the battery voltage average signal and the minimum remaining capacity signal, and if the battery voltage average signal is smaller, the comparison difference The charge stop voltage setting circuit generates a step-by-step charge stop voltage setting signal corresponding to the output signal of the comparison circuit and sends it to the charge control circuit. As a result, the no-load voltage of the lithium ion battery can be detected, and the charge stop voltage can be changed step by step to enable the lithium ion battery. Ri can be made to operate at a low SOC, there is an effect that the life of the lithium ion battery is longer.
[0087]
The output monitoring type pulse generation circuit monitors the output current of the voltage control circuit, detects a change in the output current increasing from zero at the start of sunshine, and supplies a voltage to the charge control circuit and the battery voltage monitor circuit. A current monitoring pulse generating circuit for sending a read pulse signal, wherein the arithmetic circuit compares the battery voltage average signal with the minimum remaining capacity signal, and if the battery voltage average signal is smaller, a positive analog A signal is output, and if it is large, a negative analog signal is output. The charge stop voltage setting circuit receives the output signal of the arithmetic circuit and generates a charge stop voltage setting signal that linearly changes in response to the output signal. Since it is sent to the charge control circuit, it is possible to detect the no-load voltage of the lithium ion battery, and further change the charge stop voltage to change the lithium ion battery Tteri 6 can be operated at a low SOC as possible, the effect of the life of the lithium ion battery 6 becomes longer. In addition, since the charge stop voltage can be increased and decreased linearly, there is an effect that it is possible to change the SOC setting corresponding to both a large increase and decrease in the required power of the low orbit satellite. .
[0088]
The discharge control means is a blocking diode whose anode side is connected to the lithium ion battery and whose cathode side is connected to the power distribution circuit, and the output monitoring type pulse generation circuit is configured to output the output voltage of the voltage control circuit. Monitoring and detecting a change of the output voltage from the discharge voltage of the lithium-ion battery in the shade to the output voltage of the voltage control circuit in the sunshine at the start of sunshine to detect the voltage on the charge control circuit and the battery voltage monitor circuit A voltage monitoring type pulse generation circuit for sending a read pulse signal, wherein the arithmetic circuit compares the battery voltage average signal and the minimum remaining capacity signal, and if the battery voltage average signal is smaller, the comparison difference The charge stop voltage setting circuit is configured to generate a stepped output signal according to the comparison circuit. Since a step-by-step charge stop voltage setting signal corresponding to the output signal is generated and sent to the charge control circuit, the no-load voltage of the lithium ion battery can be detected, and the charge stop voltage is stepped. Thus, the lithium ion battery can be operated with the lowest possible SOC, and the life of the lithium ion battery can be increased. In addition, since the configuration is such that the discharge power of the lithium ion battery is input to the power distribution circuit only through the blocking diode and distributed to the load, there is an effect that the apparatus can be reduced in size and weight.
[0089]
The discharge control means is a blocking diode whose anode side is connected to the lithium ion battery and whose cathode side is connected to the power distribution circuit, and the output monitoring type pulse generation circuit is configured to output the output voltage of the voltage control circuit. Monitoring and detecting a change of the output voltage from the discharge voltage of the lithium-ion battery in the shade to the output voltage of the voltage control circuit in the sunshine at the start of sunshine to detect the voltage on the charge control circuit and the battery voltage monitor circuit A voltage monitoring type pulse generation circuit for sending a read pulse signal, wherein the arithmetic circuit compares the battery voltage average signal with the minimum remaining capacity signal, and if the battery voltage average signal is smaller, a positive analog Output a signal, if it is large, output a negative analog signal, the charge stop voltage setting circuit, Since the output signal of the arithmetic circuit is received and the charge stop voltage setting signal that changes linearly correspondingly is generated and sent to the charge control circuit, the power required for the low-orbit satellite can be significantly increased and decreased. There is an effect that it is possible to change the SOC setting corresponding to both. In addition, since the configuration is such that the discharge power of the lithium ion battery is input to the power distribution circuit only through the blocking diode and distributed to the load, the apparatus can be reduced in size and weight.
[0090]
Also, a solar cell that generates power during sunshine, a voltage control circuit that receives the generated power of the solar cell and controls the output voltage to be a power system voltage, and a power distribution circuit that distributes the output of the voltage control circuit And a load to which the output distributed by the power distribution circuit is supplied, a charge control circuit that converts the output of the voltage control circuit to output a charge current, and a charge current from the charge control circuit A battery voltage monitor by measuring a voltage between terminals of the lithium ion battery based on an input of a voltage reading pulse signal; a discharge control means for supplying discharge power from the lithium ion battery to the power distribution circuit; The battery voltage monitor circuit that outputs the signal and the output current of the voltage control circuit are monitored, and when the sunshine starts, the output current increases from zero A current monitoring pulse generation circuit that detects a change to be transmitted and sends a voltage reading pulse signal to the charge control circuit and the battery voltage monitor circuit; and an accumulation that accumulates the battery voltage monitor signal for a predetermined period to generate a battery voltage accumulation signal A data storage circuit; a cumulative data averaging circuit that receives the battery voltage cumulative signal and generates a battery voltage average signal for a predetermined period; and a battery remaining capacity that receives the battery voltage average signal and displays the remaining capacity of the lithium ion battery. Charge stop for sending a charge stop voltage setting signal input to the charge control circuit when an excess or deficiency of the lithium ion battery capacity is evaluated based on monitoring of a capacity display device and a remaining capacity display of the lithium ion battery A voltage input device, the charge control circuit from the current monitoring pulse generation circuit Since the charging is stopped based on the pressure reading pulse signal and the charging of the lithium ion battery is managed so that the charging stop voltage is determined by the charge stop voltage setting signal from the charge stop voltage input circuit. The no-load voltage of the ion battery can be detected, the charge stop voltage can be changed, and the lithium ion battery can be operated with the lowest possible SOC, which has the effect of extending the life of the lithium ion battery. Furthermore, since it is possible to set and change the optimum charge stop voltage based on the evaluation and judgment, there is an effect that it is possible to change the SOC setting corresponding to a large change in required power of the low orbit satellite.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a lithium ion battery device for a low orbit satellite according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an SOC state and a no-load voltage in a lithium ion battery.
FIG. 3 is a time chart showing an operation state of each part in the first embodiment of the lithium ion battery device for a low orbit satellite according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of change in SOC at the end of charging when the SOC setting in a lithium ion battery is switched in the order of 40%, 60%, and 80%.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a change in total capacity when the SOC setting in a lithium ion battery is switched in the order of 40%, 60%, and 80%.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a change in total capacity when the SOC setting in the lithium ion battery is continuously used at 80% SOC.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a lithium ion battery device for a low orbit satellite according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a lithium ion battery device for a low orbit satellite according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 9 is a time chart showing an operation state of each part in a lithium ion battery device for a low orbit satellite according to Embodiment 3 of the present invention;
FIG. 10 is a configuration diagram showing a lithium ion battery device for a low orbit satellite according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing a lithium ion battery device for a low orbit satellite according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 12 is a configuration diagram showing a conventional lithium ion battery device for a low orbit satellite.
FIG. 13 is a time chart showing an operation state of each part in a conventional lithium ion battery device for a low orbit satellite.
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the SOC state and the battery capacity in a lithium ion battery.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar cell, 2 Voltage control circuit, 3 Power distribution circuit, 4 Load, 5 Charge control circuit, 6 Lithium ion battery, 7 Discharge control circuit, 8 Battery voltage monitor circuit, 9 Current monitoring type pulse generation circuit, 10 Accumulated data storage Circuit, 11 cumulative data averaging circuit, 12 minimum remaining capacity setting circuit, 13 comparison circuit, 14 charge stop voltage setting circuit, 15 arithmetic circuit, 16 blocking diode, 17 voltage monitoring type pulse generation circuit, 18 battery remaining capacity display device, 19 Charge stop voltage input device.

Claims (5)

日照時に電力を発生させる太陽電池と、
前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、
前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、
前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、
前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、
前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、
電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、
前記電圧制御回路の出力電流を監視して、日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、
前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、
前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、
前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、
前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合にその比較差に応じて段階的な出力信号を生成する演算回路と、
前記演算回路の出力に対応した段階的な充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路と
を備え、
前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理する
ことを特徴とする低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置。A solar cell that generates power during sunshine,
A voltage control circuit that receives the generated power of the solar cell and controls the output voltage to be a power system voltage; and
A power distribution circuit for distributing the output of the voltage control circuit;
A load to which the output distributed by the power distribution circuit is supplied;
A charge control circuit for converting the output of the voltage control circuit and outputting a charge current;
A lithium ion battery charged by a charging current from the charge control circuit;
Discharge control means for supplying discharge power from the lithium ion battery to the power distribution circuit;
A battery voltage monitor circuit for measuring a voltage between terminals of the lithium ion battery based on an input of a voltage reading pulse signal and outputting a battery voltage monitor signal;
An output monitoring type pulse that monitors the output current of the voltage control circuit, detects a change of the output current from zero at the start of sunshine, and sends a voltage reading pulse signal to the charge control circuit and the battery voltage monitor circuit A generation circuit;
An accumulated data storage circuit for accumulating the battery voltage monitor signal for a predetermined period to generate a battery voltage accumulated signal;
A cumulative data averaging circuit that receives the battery voltage cumulative signal and generates a battery voltage average signal for a predetermined period;
A minimum remaining capacity setting circuit that generates a minimum remaining capacity signal that serves as a reference signal for the remaining capacity of the lithium ion battery;
An arithmetic circuit that compares the battery voltage average signal and the minimum remaining capacity signal, and generates a stepped output signal according to the comparison difference when the battery voltage average signal is smaller ;
A charge stop voltage setting circuit that generates a stepwise charge stop voltage setting signal corresponding to the output of the arithmetic circuit and sends the signal to the charge control circuit, and
The charge control circuit stops charging based on the voltage reading pulse signal from the output monitoring type pulse generation circuit, and attains a charge stop voltage determined by a charge stop voltage setting signal from the charge stop voltage setting circuit. The lithium ion battery device for a low orbit satellite is characterized by managing charging of the lithium ion battery. 日照時に電力を発生させる太陽電池と、
前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、
前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、
前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、
前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、
前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、
電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、
前記電圧制御回路の出力電流を監視し、日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、
前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、
前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、
前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、
前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合は正のアナログ信号を出力し、大きい場合には負のアナログ信号を出力する演算回路と、
前記演算回路の出力信号を受けそれに対応して線形的に変化する充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路と
を備え、
前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理する
ことを特徴とする低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置。A solar cell that generates power during sunshine,
A voltage control circuit that receives the generated power of the solar cell and controls the output voltage to be a power system voltage; and
A power distribution circuit for distributing the output of the voltage control circuit;
A load to which the output distributed by the power distribution circuit is supplied;
A charge control circuit for converting the output of the voltage control circuit and outputting a charge current;
A lithium ion battery charged by a charging current from the charge control circuit;
Discharge control means for supplying discharge power from the lithium ion battery to the power distribution circuit;
A battery voltage monitor circuit for measuring a voltage between terminals of the lithium ion battery based on an input of a voltage reading pulse signal and outputting a battery voltage monitor signal;
Output monitoring type pulse generation that monitors the output current of the voltage control circuit, detects a change of the output current from zero at the start of sunshine, and sends a voltage reading pulse signal to the charge control circuit and the battery voltage monitor circuit Circuit,
An accumulated data storage circuit for accumulating the battery voltage monitor signal for a predetermined period to generate a battery voltage accumulated signal;
A cumulative data averaging circuit that receives the battery voltage cumulative signal and generates a battery voltage average signal for a predetermined period;
A minimum remaining capacity setting circuit that generates a minimum remaining capacity signal that serves as a reference signal for the remaining capacity of the lithium ion battery;
An arithmetic circuit that compares the battery voltage average signal and the minimum remaining capacity signal, outputs a positive analog signal when the battery voltage average signal is smaller, and outputs a negative analog signal when larger ,
A charge stop voltage setting circuit that receives an output signal of the arithmetic circuit and generates a charge stop voltage setting signal that linearly changes in response to the output signal and sends the signal to the charge control circuit;
The charge control circuit stops charging based on the voltage reading pulse signal from the output monitoring type pulse generation circuit, and attains a charge stop voltage determined by a charge stop voltage setting signal from the charge stop voltage setting circuit. The lithium ion battery device for a low orbit satellite is characterized by managing charging of the lithium ion battery. 日照時に電力を発生させる太陽電池と、
前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、
前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、
前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、
前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、
アノード側が前記リチウムイオンバッテリに接続され、カソード側が前記電力分配回路に接続されたブロッキングダイオードでなり、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、
電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、
前記電圧制御回路の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中の前記リチウムイオンバッテリの放電電圧から日照中の前記電圧制御回路の出力電圧へ切り替わる変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、
前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、
前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、
前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、
前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合にその比較差に応じて段階的な出力信号を生成する演算回路と、
前記演算回路の出力に対応した段階的な充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路と
を備え、
前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理する
ことを特徴とする低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置。A solar cell that generates power during sunshine,
A voltage control circuit that receives the generated power of the solar cell and controls the output voltage to be a power system voltage; and
A power distribution circuit for distributing the output of the voltage control circuit;
A load to which the output distributed by the power distribution circuit is supplied;
A charge control circuit for converting the output of the voltage control circuit and outputting a charge current;
A lithium ion battery charged by a charging current from the charge control circuit;
A discharge control means that comprises a blocking diode connected to the lithium ion battery on the anode side and connected to the power distribution circuit on the cathode side, and supplies discharge power from the lithium ion battery to the power distribution circuit;
A battery voltage monitor circuit for measuring a voltage between terminals of the lithium ion battery based on an input of a voltage reading pulse signal and outputting a battery voltage monitor signal;
The charge control circuit monitors the output voltage of the voltage control circuit and detects a change of the output voltage from the discharge voltage of the lithium ion battery in the shade to the output voltage of the voltage control circuit in the sunshine at the start of sunshine. And an output monitoring pulse generation circuit for sending a voltage reading pulse signal to the battery voltage monitoring circuit,
An accumulated data storage circuit for accumulating the battery voltage monitor signal for a predetermined period to generate a battery voltage accumulated signal;
A cumulative data averaging circuit that receives the battery voltage cumulative signal and generates a battery voltage average signal for a predetermined period;
A minimum remaining capacity setting circuit that generates a minimum remaining capacity signal that serves as a reference signal for the remaining capacity of the lithium ion battery;
An arithmetic circuit that compares the battery voltage average signal and the minimum remaining capacity signal, and generates a stepped output signal according to the comparison difference when the battery voltage average signal is smaller ;
A charge stop voltage setting circuit that generates a stepwise charge stop voltage setting signal corresponding to the output of the arithmetic circuit and sends the signal to the charge control circuit, and
The charge control circuit stops charging based on the voltage reading pulse signal from the output monitoring type pulse generation circuit, and attains a charge stop voltage determined by a charge stop voltage setting signal from the charge stop voltage setting circuit. The lithium ion battery device for a low orbit satellite is characterized by managing charging of the lithium ion battery. 日照時に電力を発生させる太陽電池と、
前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、
前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、
前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、
前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、
アノード側が前記リチウムイオンバッテリに接続され、カソード側が前記電力分配回路に接続されたブロッキングダイオードでなり、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、
電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、
前記電圧制御回路の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中の前記リチウムイオンバッテリの放電電圧から日照中の前記電圧制御回路の出力電圧へ切り替わる変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、
前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、
前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、
前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、
前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合は正のアナログ信号を出力し、大きい場合には負のアナログ信号を出力する演算回路と、
前記演算回路の出力信号を受けそれに対応して線形的に変化する充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路と
を備え、
前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理する
ことを特徴とする低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置。A solar cell that generates power during sunshine,
A voltage control circuit that receives the generated power of the solar cell and controls the output voltage to be a power system voltage; and
A power distribution circuit for distributing the output of the voltage control circuit;
A load to which the output distributed by the power distribution circuit is supplied;
A charge control circuit for converting the output of the voltage control circuit and outputting a charge current;
A lithium ion battery charged by a charging current from the charge control circuit;
A discharge control means that comprises a blocking diode connected to the lithium ion battery on the anode side and connected to the power distribution circuit on the cathode side, and supplies discharge power from the lithium ion battery to the power distribution circuit;
A battery voltage monitor circuit for measuring a voltage between terminals of the lithium ion battery based on an input of a voltage reading pulse signal and outputting a battery voltage monitor signal;
The charge control circuit monitors the output voltage of the voltage control circuit and detects a change of the output voltage from the discharge voltage of the lithium ion battery in the shade to the output voltage of the voltage control circuit in the sunshine at the start of sunshine. And an output monitoring pulse generation circuit for sending a voltage reading pulse signal to the battery voltage monitoring circuit,
An accumulated data storage circuit for accumulating the battery voltage monitor signal for a predetermined period to generate a battery voltage accumulated signal;
A cumulative data averaging circuit that receives the battery voltage cumulative signal and generates a battery voltage average signal for a predetermined period;
A minimum remaining capacity setting circuit that generates a minimum remaining capacity signal that serves as a reference signal for the remaining capacity of the lithium ion battery;
An arithmetic circuit that compares the battery voltage average signal and the minimum remaining capacity signal, outputs a positive analog signal when the battery voltage average signal is smaller, and outputs a negative analog signal when larger ,
A charge stop voltage setting circuit that receives an output signal of the arithmetic circuit and generates a charge stop voltage setting signal that linearly changes in response to the output signal and sends the signal to the charge control circuit;
The charge control circuit stops charging based on the voltage reading pulse signal from the output monitoring type pulse generation circuit, and attains a charge stop voltage determined by a charge stop voltage setting signal from the charge stop voltage setting circuit. The lithium ion battery device for a low orbit satellite is characterized by managing charging of the lithium ion battery. 日照時に電力を発生させる太陽電池と、
前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、
前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、
前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、
前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、
前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、
電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、
前記電圧制御回路の出力電流を監視し日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する電流監視型パルス生成回路と、
前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、
前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、
前記バッテリ電圧平均信号を受けて前記リチウムイオンバッテリの残容量を表示するバッテリ残容量表示装置と、
前記リチウムイオンバッテリの残容量表示の監視に基づいて前記リチウムイオンバッテリ容量の過不足が評価されたときに入力される充電停止電圧設定信号を前記充電制御回路に送出する充電停止電圧入力装置と
を備え、
前記充電制御回路は、前記電流監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧入力回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理する
ことを特徴とする低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置。A solar cell that generates power during sunshine,
A voltage control circuit that receives the generated power of the solar cell and controls the output voltage to be a power system voltage; and
A power distribution circuit for distributing the output of the voltage control circuit;
A load to which the output distributed by the power distribution circuit is supplied;
A charge control circuit for converting the output of the voltage control circuit and outputting a charge current;
A lithium ion battery charged by a charging current from the charge control circuit;
Discharge control means for supplying discharge power from the lithium ion battery to the power distribution circuit;
A battery voltage monitor circuit for measuring a voltage between terminals of the lithium ion battery based on an input of a voltage reading pulse signal and outputting a battery voltage monitor signal;
A current monitoring type pulse generation circuit that monitors the output current of the voltage control circuit, detects a change in the output current increasing from zero at the start of sunshine, and sends a voltage reading pulse signal to the charge control circuit and the battery voltage monitor circuit When,
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A cumulative data averaging circuit that receives the battery voltage cumulative signal and generates a battery voltage average signal for a predetermined period;
A battery remaining capacity display device that receives the battery voltage average signal and displays the remaining capacity of the lithium ion battery;
A charge stop voltage input device for sending to the charge control circuit a charge stop voltage setting signal that is input when excess or shortage of the lithium ion battery capacity is evaluated based on monitoring of the remaining capacity display of the lithium ion battery; Prepared,
The charge control circuit stops charging based on a voltage read pulse signal from the current monitoring pulse generation circuit, and also becomes a charge stop voltage determined by a charge stop voltage setting signal from the charge stop voltage input circuit. The lithium ion battery device for a low orbit satellite is characterized by managing charging of the lithium ion battery.
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