一种空间用高性能恒流源技术

半导体激光器性能优异,目前在空间领域受到了广泛关注,由于其是一种电流敏感型器件,对于驱动电源提出了高性能的要求。这里基于空间应用需求,提出了一种基于三电平Buck变换器的高性能恒流源驱动电源,通过反逻辑控制电路既满足大占空比应用,同时实现软启动功能;采用改进隔离变压器驱动电路实现开关管大占空比隔离驱动;结合2型补偿器的电流内环和PI补偿器的电压外环满足恒流源的稳态精度和动态特性。最后,通过Saber仿真软件和硬件实物样机进行验证,结果表明,该设计方案的恒流源效率可达98.2%,且无上电浪涌电流,证实了该设计的合理性和可行性。

调控电解液溶剂组分实现LCO/C低温18650电池循环寿命显著提升

低温18650电池的循环寿命一直是限制其发展的关键因素,为了实现长循环寿命与低温性能的兼顾,通过调控电解液溶剂组分,对比分析了不同电解液对电池倍率性能、高低温放电、荷电保持率、循环寿命、EIS阻抗变化等的影响。结果表明,电解液组分设计对电池性能有显著影响,通过低熔点的长链线性羧酸酯部分取代碳酸酯及短链羧酸酯,既可以实现较好的低温性能,同时又提升了高温稳定性。EP、PP的比例对于LCO/C电极体系循环稳定性有重要作用。其中溶剂组分EC+EP+PP(质量比2∶5∶3)具备最佳的综合性能,研制的LTB电池5C放电容量保持率达99.86%,-40℃/1C放电容量保持率达92.84%,循环1000次后低温-40℃/1C放电仍然达到初始低温放电容量的90%,常温循环1500次容量保持率达85%,低温-10℃循环500次容量保持率82.4%。

基于固态电解质膜的软包电池制备与初步表征

固态电池安全性高、可适应高比能正负极,是蓄电池发展的方向,但存在固相界面阻抗大、界面结构稳定性差等问题。为了快速评估固态电池技术在实用型蓄电池中的作用,本文采用流延法制备了在50℃下离子电导率为6.16×10^(-4)S/cm的固态电解质膜。以高镍三元为正极、石墨为负极,制备了质量为1.1214 g、容量为53.44 mAh的微型软包电池和容量为7252.8 mAh的大容量软包电池。微型软包电池实现了5 C高倍率的放电和150次循环,大容量软包电池在放电深度(DOD)为13.78%时,实现了439次循环充放电。以上结果说明固态电解质膜满足在锂离子电池中使用的要求,然而这些电池的界面构筑仍有不足之处。基于本文结果,通过对固态电解质膜材料、电池化成制度等进行改进,有望促进高性能电池的研发。

基于晶格大失配In_(0.58)Ga_(0.42)As材料的高效四结太阳电池

Ⅲ-Ⅴ族晶格失配多结太阳电池是实现高效太阳电池的主要途径之一,但面临晶格失配材料的高质量生长及其所导致的子电池光电转换效率下降的难题。重点针对晶格失配子电池结构中的(AlGa)InAs缓冲层开展台阶层厚度优化研究,设计了150、200和250 nm三组不同台阶层厚度的缓冲层结构,并完成三组样品的外延生长实验。通过材料测试和子电池电性能测试,系统分析了台阶层厚度对In_(0.58)Ga_(0.42)As材料外延生长质量和子电池电性能的影响。获得了晶格弛豫度为96.71%的In_(0.58)Ga_(0.42)As子电池材料,制备的子电池开路电压达到205.10 mV。在此基础上,结合GaInP/GaAs/In_(0.3)Ga_(0.7)As三结电池研制了晶格失配四结薄膜太阳电池,其光电转换效率达到32.41%(AM0,25℃)。

TiO_(2)包覆高镍NCM811的电化学性能研究

高镍材料具有较好的电化学性能,但其存在着表面稳定性较差的问题,通过钛酸四丁酯在NCM811材料表面水解生成TiO_(2),改善了高镍材料的表面稳定性。利用SEM和TEM对改性后的材料进行表面分析,结果表明,实验成功将TiO_(2)层均匀地包覆在高镍NCM811表面,并且发现,在表面包覆过程中,还发生了体相掺杂。利用表面包覆和体相掺杂的共同作用,在1C放电的条件下,循环200圈后,材料的容量保持率从81.40%提升至92.39%,改善了材料的电化学性能。

基于副边LLC谐振变换器的功率处理单元建模与分析

随着航空航天技术的不断发展,航天器对于霍尔电推进功率处理单元(PPU)的需求不断提高,高增益、大功率以及高效的PPU成为研究的主流方向。LLC拓扑能够在全负载范围内实现软开关,因此在PPU阳极电源中具有广阔的应用前景。原边LLC因其原副边增益特性,给阳极电源高增益变换器的谐振电感设计带来极大的挑战。针对上述问题,提出了一种改进的副边LLC谐振拓扑,在保留原边LLC谐振电路软开关特性的同时,有效解决了谐振电感设计问题,使得PPU阳极电源具备高增益的性能。首先利用时域分析法建立了副边LLC拓扑数学模型,其次在模型的基础上给出其峰值增益的计算方法,最后通过一台样机验证了所建模型的正确性并验证了副边LLC电路的有效性。

磁洁净太阳电池电路技术进展与关键技术分析

随着重力、电磁场等科学探测任务需求的日益增强,对航天器整器的磁洁净度要求日益严格,尤其是光照条件下太阳电池电路的磁洁净度。本文基于国内外重大科学探测型号任务,梳理了国内外磁洁净太阳电池电路技术的发展历程、实现方式以及型号应用情况,并从正面布局、背面线缆以及基板厚度方向等方面系统分析了实现磁洁净太阳电池电路的关键技术:选用低磁材料、镜像对称布局与自由端线缆控制、补偿电缆,为后续磁洁净太阳电池电路技术的进一步突破提供参考。

基于等效电路模型融合电化学原理的锂离子电池荷电状态估计

准确高效地评估锂离子电池荷电状态(SOC)是确保电动汽车和储能设备性能和安全的关键。等效电路模型被认为是描述锂离子电池内部复杂反应过程的一种有效方法。针对基于等效电路模型的SOC估计准确性与复杂性难以权衡的问题,本研究采用一阶RC模型作为基础,为了提高整个SOC区间的模型性能表现,通过电化学原理对模型进行优化,通过在一阶RC模型的OCV模块上添加反映电池内部固相扩散过程的改进误差项,在保证较低的计算复杂性的前提下,减小了等效电路模型与更准确的机理模型之间存在的误差。然后基于倍率测试以及脉冲测试数据对电池进行参数辨识,以粒子群算法为基础通过参数解耦的方式降低了参数辨识的复杂度、提升了辨识准确度;同时基于小倍率测试的开路电压(OCV)数据采用多项式方法进行OCV-SOC曲线拟合。随后基于模型参数辨识结果开展SOC估计研究,针对常规卡尔曼滤波准确度不足的问题,在无迹卡尔曼滤波基础上结合加权滑动窗口的思想以提升SOC估计的精确性和鲁棒性,并基于UDDS和DST动态工况测试数据进行算法验证,最终估计效果相对于传统方法呈现出优异的精度与鲁棒性,并且可以在初始SOC有较大偏差时快速收敛至准确值。