BG67501B1 - Захранващ модул за наносателитни системи - Google Patents

Захранващ модул за наносателитни системи Download PDF

Info

Publication number
BG67501B1
BG67501B1 BG113049A BG11304919A BG67501B1 BG 67501 B1 BG67501 B1 BG 67501B1 BG 113049 A BG113049 A BG 113049A BG 11304919 A BG11304919 A BG 11304919A BG 67501 B1 BG67501 B1 BG 67501B1
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
module
connector
power
stage
positive potential
Prior art date
Application number
BG113049A
Other languages
English (en)
Other versions
BG113049A (bg
Inventor
Антониос Хаджис
Николай Хаджис Антониос
Николай Колев
Атанасов Колев Николай
Original Assignee
"Ендуросат" Ад
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by "Ендуросат" Ад filed Critical "Ендуросат" Ад
Priority to BG113049A priority Critical patent/BG67501B1/bg
Priority to EP20817209.8A priority patent/EP4078761A1/en
Priority to JP2022538217A priority patent/JP2023507207A/ja
Priority to PCT/BG2020/000038 priority patent/WO2021119768A1/en
Priority to CA3162248A priority patent/CA3162248A1/en
Priority to AU2020404455A priority patent/AU2020404455A1/en
Priority to US17/787,578 priority patent/US20220416313A1/en
Publication of BG113049A publication Critical patent/BG113049A/bg
Publication of BG67501B1 publication Critical patent/BG67501B1/bg

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/42—Arrangements or adaptations of power supply systems
    • B64G1/425—Power storage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/42—Arrangements or adaptations of power supply systems
    • B64G1/428—Power distribution and management
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/42—Arrangements or adaptations of power supply systems
    • B64G1/44—Arrangements or adaptations of power supply systems using radiation, e.g. deployable solar arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • H01M10/465—Accumulators structurally combined with charging apparatus with solar battery as charging system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)

Abstract

Настоящото изобретение се отнася до захранващ модул за наносателитни системи, който ще намери приложение в областта на космическата техника и сателитните комуникации, и по-специално за захранване на наноспътници. Създаденият захранващ модул е съставен от поне един батериен пакет и поне един модул за контрол и разпределение на енергия и осигурява максимална ефективност при дадена осветеност, чрез настройка на работното изходно напрежение на входните стъпала (1.1, 1.2 и 1.3), спрямо осветеността на панелите. Всички възли в модула са дублирани, с което се постига пълна редундантност на модула, която се активира след като основният възел е дефектирал, или когато натовареността е по-голяма от тази, която може да понесе даден основен възел. Използването на силови шини от друга страна, води до понижен пад на напрежението върху съответната линия, както и до по-малки температурни загуби. Входните канали за соларните панели са пренесени в батерийния пакет и е налице възможност да бъдат свързани паралелно, когато са повече от един.

Description

(54) ЗАХРАНВАЩ МОДУЛ ЗА НАНОСАТЕЛИТНИ СИСТЕМИ
Област на техниката
Настоящото изобретение се отнася до захранващ модул за наносателитни системи, който ще намери приложение в областта на космическата техника и сателитните комуникации, и по-специално за захранване на наноспътници.
Предшестващо състояние на техниката
За наносателити се смятат космически апарати, които тежат не повече от 10 kg. Сред най-популярните наносателити са моделите CubeSats, които нашумяха преди няколко години поради изключително достъпната си цена от няколкостотин хиляди долара, включваща тяхното създаване и извеждане в орбита. Концепцията за този тип апарати се базира на идеята, че човечеството може да научи много повече за космоса, ако използва мрежи от миниатюрни спътници, вместо известните ни големи орбитални апарати. Устройствата, които някога бяха помествани в огромни 10-тонни сателити, сега се побират в тези малки устройства, което дава възможност да се генерират широк набор от данни, безпрецедентен спрямо габаритите им. Наносателитите намират все по-голямо приложение за наблюдение на земната повърхност, за комуникационни цели, за пренос на информация, за научни изследвания и обучение.
Към момента наносателити използват преди всичко университетите, но не е малък броят и на частните компании, които извеждат в орбита такива машини, за да събират данни, изображения и други.
Космическите изследвания и свързаната с тях инфраструктура ще стават все по-важни за съвременния свят. Космическият сектор се развива с изключителна скорост и това ще доведе до мащабни промени в много индустрии през следващите десет години. В световен мащаб в следващите десет години се очаква да бъдат изстреляни над 7 000 нови наноспътника.
Големите сателити разполагат с тежки литиево-йонни батерии и големи соларни панели, с които да си осигуряват необходимата енергия, докато при наносателитите не е възможно да се инсталират подобни източници с достатъчен енергиен капацитет. Малките им размери също така не позволяват да се инсталират големи и мощни антени.
В патентен документ CN 108321786 A е разкрита интегрирана захранваща система за CubeSat, включваща зареждащо стъпало с масив от слънчеви клетки, единица за контрол и разпределение на енергията, контролер MCU, батерийни клетки за съхранение на енергия, верига на превключвател за разделяне, представляващ конекторен блок и общ електрически интерфейсен управляващ блок.
Техническа същност на изобретението
Задача на изобретението е да се създаде захранващ модул за наносателитни системи, който да е автономен, високоефективен и да осигурява сигурност и непрекъснато захранване на наносателити.
Задачата е решена като е създаден захранващ модул за наносателитни системи, който е съставен от поне един батериен пакет, включващ зареждащо стъпало, свързано с блок с батерийни клетки и поне един модул за контрол и разпределение на енергия, както и конекторни и управляващи блокове. Съгласно изобретението, зареждащото стъпало на всеки батериен пакет е свързано от една страна, по шина соларни панели с входно стъпало по X, с входно стъпало по Y и с входно стъпало по Z. От друга страна, зареждащото стъпало е свързано по системна шина с блока с батерийни клетки и със спомагателно захранване, свързано от своя страна, с първия управляващ блок. От трета страна, зареждащото стъпало е свързано по батерийна шина със спомагателното захранване. Блокът с батерийни клетки е свързан с балансиращо стъпало. Първият управляващ блок от една страна, е двупосочно свързан със зареждащото стъпало, с балансиращото стъпало, с първия конекторен блок и с първи и втори конектори за адресация. От друга страна, първият управляващ блок е еднопосочно свързан с входното стъпало по X, с входното стъпало по Y и с входното стъпало по Z.
Всеки модул за контрол и разпределение на енергия включва от една страна, първи ключ за линия с положителен потенциал, свързан през първи преобразувател на напрежение с първи ограничител по ток, свързан от своя страна, с първи конектор за един канал на изходното захранване. От друга страна, всеки модул за контрол и разпределение на енергия включва втори ключ за линия с положителен потенциал, свързан през втори преобразувател на напрежение с втори ограничител по ток, свързан от своя страна, с втори конектор за един канал на изходното захранване. Първият ключ за линия с положителен потенциал е паралелно свързан с втория ключ за линия с положителен потенциал. Първият преобразувател на напрежение е паралелно свързан с втория преобразувател на напрежение. Първият ограничител по ток през трети ключ за линия с положителен потенциал е паралелно свързан с втория ограничител по ток. Всеки модул за контрол и разпределение на енергия включва и втори управляващ блок, който е еднопосочно свързан с първия, втория и третия ключ за линия с положителен потенциал, и е двупосочно свързан с първия и с втория преобразувател на напрежение, с първия и втория ограничител по ток и с втори конекторен блок.
Зареждащото стъпало от батерийния пакет е свързано по системна шина с първия, с втория и с четвъртия ключ за линия с положителен потенциал. Четвъртият ключ за линия с положителен потенциал е свързан с конектор. Спомагателното захранване е свързано както с втория управляващ блок, така и с конектор за спомагателно захранване от модула за контрол и разпределение на енергия.
Предимство на захранващия модул за наносателитни системи е, че осигурява максимална ефективност при дадена осветеност, чрез настройка на работното изходно напрежение на входното стъпало, спрямо осветеността на панелите. Освен това, всички възли в модула са дублирани, с което се постига пълна редундантност на модула, която се активира след като даден основен възел е дефектирал, или когато натовареността е по-голяма от тази, която може да понесе този основен възел. Използването на силови шини от друга страна, води до понижен пад на напрежението върху съответната линия, както и до по-малки температурни загуби. Входните канали за соларните панели са пренесени в батерийния пакет и е налице възможност да бъдат свързани паралелно, когато са повече от един.
Пояснение на приложената фигура
Настоящото изобретение е илюстрирано на приложената фигура 1, която представлява принципна схема на захранващия модул за наносателитни системи, съгласно изобретението.
Примери за изпълнение на изобретението
Създаденият захранващ модул за наносателитни системи, показан на фигура 1, е съставена от съставен от поне един батериен пакет и поне един модул за контрол и разпределение на енергия. Всеки батериен пакет включва зареждащо стъпало 2.1, свързано от една страна, по шина соларни панели с входно стъпало по X 1.1, с входно стъпало по Y 1.2 и с входно стъпало по Z 1.3. От друга страна, зареждащото стъпало 2.1 е свързано по системна шина с блок с батерийни клетки 4.1 и със спомагателно захранване 5.1, свързано от своя страна, с първи управляващ блок 6.1. От трета страна, зареждащото стъпало 2.1 е свързано по батерийна шина със спомагателното захранване 5.1. Блокът с батерийни клетки 4.1 е свързан с балансиращо стъпало 3.1. Първият управляващ блок 6.1 от една страна, е двупосочно свързан със зареждащото стъпало 2.1, с балансиращото стъпало 3.1, с конекторен блок 7.1 и с първи и втори конектори за адресация 7.2 и 7.3. От друга страна, първият управляващ блок 6.1 е еднопосочно свързан с входното стъпало по X 1.1, с входното стъпало по Y 1.2 и с входното стъпало по Z 1.3.
Всеки модул за контрол и разпределение на енергия включва от една страна, първи ключ за линия с положителен потенциал 8.1, свързан през първи преобразувател на напрежение 9.1 с първи ограничител по ток 10.1, свързан от своя страна, с първи конектор за един канал на изходното захранване 7.6. От друга страна, всеки модул за контрол и разпределение на енергия включва втори ключ за линия с положителен потенциал 8.2, свързан през втори преобразувател на напрежение 9.2 с втори ограничител по ток 10.2, свързан от своя страна, с втори конектор за един канал на изходното захранване 7.7. Първият ключ за линия с положителен потенциал 8.1 е паралелно свързан с втория ключ за линия с положителен потенциал 8.2. Първият преобразувател на напрежение 9.1 е паралелно свързан с втория преобразувател на напрежение 9.2. Първият ограничител по ток 10.1 през трети ключ за линия с положителен потенциал 8.3 е паралелно свързан с втория ограничител по ток 10.2. Всеки модул за контрол и разпределение на енергия включва и втори управляващ блок 6.2, който е еднопосочно свързан с първия, втория и третия ключ за линия с положителен потенциал 8.1, 8.2 и 8.3, и е двупосочно свързан с първия и с втория преобразувател на напрежение 9.1 и 9.2, с първия и втория ограничител по ток 10.1 и 10.2, и с втори конекторен блок 7.5.
Зареждащото стъпало 2.1 от батерийния пакет е свързано по системна шина с първия, с втория и с четвъртия ключ за линия с положителен потенциал 8.1, 8.2 и 8.4. Четвъртият ключ за линия с положителен потенциал 8.4 е свързан с конектор 7.8. Спомагателното захранване 5.1 е свързано както с втория управляващ блок 6.2, така и с конектор за спомагателно захранване 7.4 от модула за контрол и разпределение на енергия.
Използваните шина соларни панели, системна шина и батерийна шина в захранващия модул, са силови шини, предназначени да осигуряват ток към товари, изискващи голяма мощност. Освен това, силовите шини осигуряват много по-ниско съпротивление, както и по-малки температурни загуби, като по този начин чрез захранващия модул може да се пренесе до 1 kW енергия от входовете за соларните панели до батериите и товарите.
Входното стъпало по X 1.1, входното стъпало по Y 1.2 и входното стъпало по Z 1.3 включват конектор за соларни панели и импулсен преобразувател на напрежение, който е напълно дублиран, т.е. когато единият преобразувател дефектира вторият му поема функциите. Входните стъпала осъществяват връзка между създадения захранващ модул и соларните панели. Те преобразуват нивата на напреженията от соларните панели към подходящо ниво за избран вариант на батерийния пакет. Работното изходно напрежение на всяко входно стъпало, което взема енергия от соларните панели, се настройва спрямо осветеността на панелите така, че ефективността да бъде максимална при дадена осветеност.
Функциите на зареждащото стъпало 2.1 са да осигурява необходимото ниво на зареждащо напрежение, да осигурява и да управлява тока на зареждане, който се подава към батериите и да следи и/или да променя режима на зареждане в зависимост от това до колко е заредена батерията. Зареждащото стъпало 2.1 е вид зареждащо устройство, което поддържа няколко типа батерийни клетки, а именно Li-PO, Li-FePO, Li-Ion и Lead-Acid (оловни акумулатори). Тези батерии могат да бъдат вътре в самия батериен пакет (първите 3 типа батерии) или извън батерийния пакет, в случая с оловни акумулатори. Това зареждащо устройство също е изцяло дублирано, така че когато едното зареждащо устройство дефектира, другото му поема функциите.
Балансиращото стъпало 3.1 включва температурни сензори и схема за балансиране на заряда между отделните клетки на батерийния пакет. Функциите на балансиращото стъпало 3.1 са да осигурява еднакъв заряд на всяка една клетка на батерийния пакет, както по време на зареждане, така и по време на разреждане на батериите, да осигурява защита на батериите от външно късо съединение, при повреда на някоя клетка в батерийния пакет да я откачи от захранваща шина на устройството и да следи температурата на батерийния пакет и при необходимост да го откачи от захранващата шина на модула като защита по температура.
Блокът с батерийни клетки 4.1 включва четири, шест или осем батерийни клетки, които са свързани последователно помежду си. Блокът с батерийните клетки 4.1 включва нагревател, който обвива всяка една клетка за равномерно нагряване, температурни сензори (по два за всяка клетка) и самите батерийни клетки. Функциите на блока с батерийни клетки 4.1 са да поддържа температурата на батерийните клетки в необходим температурен диапазон, осигуряващ техния оптимален режим на работа и дълъг живот и да предоставя информация за температурата на всяка една клетка на първия управляващ блок 6.1.
Спомагателното захранване 5.1 съдържа импулсен преобразувател на напрежение с два входа. Функциите на спомагателното захранване 5.1 са да осигурява енергия на управляващите блокове в модула, докато има енергия в батериите или слънчевите панели преобразуват такава и да поддържа необходимото ниво на напрежението.
Първият управляващ блок 6.1 включва микроконтролер, датчик за радиация и феромагнитна RAM. Първият управляващ блок 6.1 събира информация от всичките сензори; предоставя събрана информация в суров и/или преработен вид към компютъра, намиращ се в сателита посредством двата канала за връзка RS485; изпълнява алгоритми за освобождаване на антена или соларен панел по заявка от компютъра, намиращ се в сателита; предава данни за цялостното състояние на модула към графичен интерфейс, намиращ се на отдалечен персонален компютър посредством връзка през USB конектор и задава програмиращите параметри на модула със стойностите, поискани от ползвателя посредством графичния интерфейс.
Конекторният блок 7.1 включва конектор за освобождаване на антена или соларен панел, конектор за комуникация с компютър с USB и два конектора за комуникация с останалите управляващи устройства в сателита RS-485 основен и RS-485 резервен. Конекторният блок 7.1 осъществява физическа връзка между модула и антена или слънчев панел, осъществява физическа връзка между създадения захранващ модул и друг модул на сателита и осъществява физическа връзка между създадения захранващ модул и компютъра на ползвателя.
Първият и вторият конектор за адресация 7.2 и 7.3 задават уникален адрес на всеки батериен пакет, който се връзва към захранващия модул, като целта е абсолютно идентични батерийни пакети да получават различни адреси в зависимост от тяхното местоположение в наредения стълб с пакети.
Конекторът за спомагателно захранване 7.4 предоставя физическата връзка между всеки един модул в сателита и спомагателното захранване 5.1, като целта е конекторът 7.4 да замени малка резервна батерия и така да се отстрани необходимостта във всеки модул да се слага такава.
Вторият конекторен блок 7.5 включва два конектора за комуникация с останалите управляващи устройства в сателита: RS-485 основен и RS-485 резервен и два конектора за комуникация с полезен товар на сателита също RS-485 основен за полезен товар и RS-485 резервен за полезен товар.
Първият и вторият конектор за един канал на изходното захранване 7.6 и 7.7 предоставят физическа връзка между изходното напрежение от модула към който и да било друг модул в сателита.
Конекторът 7.8 предоставя физическа връзка между изходното напрежение (батерийната шина) от модула към полезния товар на сателита (Payload).
Първият и вторият ключ за линия с положителен потенциал 8.1 и 8.2 свързват или прекъсват съответно първия и втория преобразувател на напрежение 9.1 и 9.2 от общата системна шина. Вторият ключ за линия с положителен потенциал 8.2 е дублиране на първия ключ за линия с положителен потенциал 8.1.
Третият ключ за линия с положителен потенциал 8.3 дава възможност на ползвателя да избира между двата варианта на използване на наличните канали с импулсните преобразуватели на напрежение 9.1 и 9.2, като свързва или прекъсва изходите на двата изходни независими канала. Вариантите са: дублираният канал да бъде резервен на основния, което води до по-висока сигурност, но по-малко на брой независими канали, или и двата канала (основният и дублираният) да бъдат независими канали, което води до по-ниска сигурност, но по-голям брой на независими канали.
Четвъртият ключ за линия с положителен потенциал 8.4 свързва или прекъсва конектора 7.8 от общата системна шина.
Първият и вторият преобразувател на напрежение 9.1 и 9.2 са импулсни преобразуватели на напрежение, които преобразуват нивото на напрежение в системната шина към по-ниско ниво в диапазона между 1 V и 12 V. Вторият преобразувател на напрежение 9.2 може да дублира първия преобразувател на напрежение 9.1, в зависимост от зададеното състояние на ключа 8.3.
Първият и вторият ограничител по ток 10.1 и 10.2 включват схема за ограничение на ток с програмируемо ниво на задействане, за да не се пропуска по-голям ток от предварително зададения. Ограничителите по ток 10.1 и 10.2 служат като защита от претоварване на самия захранващ модул, както и да предпазват товара, свързан към даден изход. В зависимост на състоянието на ключа 8.3, вторият ограничител 10.2 може да дублира функцията на първия ограничител 10.1 или и двата изхода да бъдат независими.
Създаденият захранващ модул за наносателитни системи се използва по следния начин.
Към конекторите във входните стъпала 1.1 и/или 1.2 и/или 1.3 се свързват слънчевите панели, намиращи се на сателита. Енергията, която се генерира от тези панели чрез преобразувателя на напрежение във входните стъпала 1.1 и/или 1.2 и/или 1.3 се преобразува в напрежение с потенциал, оптимален за найефективното зареждане на батерийния пакет, свързан към този захранващ модул. Тази енергия се подава към входа на зареждащото стъпало 2.1. Оттам основната част на тази енергия се насочва към батерийните клетки 4.1 и с помощта на балансиращо стъпало 3.1 се зарежда в тях. Една по-малка част на тази енергия се подава към единия вход на спомагателното захранване 5.1, което служи като непрекъсваемо захранване на управляващите блокове 6.1 и 6.2 на захранващия модул. Когато клетките са заредени, тогава по-голямата част от енергията от 2.1 се подава към модула за разпределение на енергия и контрол, като това се осъществява чрез ключовете за линия с положителен потенциал 8.1 или 8.2 към съответния преобразувател на напрежение 9.1 или 9.2. Такива преобразуватели на напрежение в модула могат да бъдат повече от един, като най-често са десет. Всеки един преобразувател на напрежение служи да преобразува входното напрежение към изходно напрежение с различно ниво, според изискванията на полезния товар и на подсистемите, които се използват в даден сателит. Това изходно напрежение се подава към конектора 7.6 или 7.7, за да бъде достъпно от всеки модул, който използва захранване с такъв потенциал. Между първия преобразувател на напрежение 9.1 или съответно втория преобразувател 9.2 и конекторите 7.6 или 7.7 е свързан съответния ограничител по ток 10.1 или 10.2, за ограничаване на тока, който може да бъде консумиран от външно устройство, свързано към този изход. Нивото на задействане на защитата може да бъде задавано от клиента директно от компютъра чрез USB.
В зависимост от необходимостта, в захранващия модул могат да се свържат между един и осем батерийни пакети. Чрез конекторите за адресация 7.2 и 7.3, захранващият модул може да разпознае колко идентични батерийни пакети са свързани и колко от тях са активни в даден момент. Тази информация е важна защото, знаейки с какъв капацитет на енергия разполага системата, е възможно по-ефективно управление на енергията и нейното разпределение между консуматорите.
Освен това, е възможно също и използването на повече от един модул за контрол и разпределение на енергията. Тези модули са идентични и също както и батерийните пакети, могат да бъдат между един и осем. Тази функционалност осигурява възможността за повече изходни канали, за по-голям брой независими консуматори.
Състоянието на захранващия модул може да бъде установено или през USB връзка с компютър, или чрез комуникационния интерфейс RS-485 на конекторите за комуникация 7.5 от компютърен модул, намиращ се на сателита. Тази информация се използва за мониторинг и диагностика на захранващия модул.
Също така в създадения захранващ модул има възможност за избор между двата режима на разпределение на енергията, постъпила от соларните панели. Първият режим е „Приоритет батерийни клетки“ - където зареждането на батериите е с по-висок приоритет, отколкото са консуматорите, свързани към изходите на захранващия модул. Това означава, че когато енергията е по-малко, отколкото е необходима, и не е достатъчна за батериите и за консуматорите, то тя ще бъде пренасочена към батерийните клетки и само излишъка ще бъде насочен към консуматорите. Във втория режим „Приоритет консуматори“ с приоритет са консуматорите. Тогава енергията ще бъде пренасочена към консуматорите директно и ако има излишък на енергия, тогава тя ще бъде използвана за зареждането на батерийните клетки.

Claims (1)

  1. Захранващ модул за наносателитни системи, съставен от поне един батериен пакет, включващ зареждащо стъпало, свързано с блок с батерийни клетки и поне един модул за контрол и разпределение на енергия, както и конекторни и управляващи блокове, характеризиращ се с това, че зареждащото стъпало (2.1), на всеки батериен пакет, е свързано от една страна, по шина соларни панели с входно стъпало по X (1.1), с входно стъпало по Y (1.2) и с входно стъпало по Z (1.3), от друга страна, зареждащото стъпало (2.1) е свързано по системна шина с блока с батерийни клетки (4.1) и със спомагателно захранване (5.1), свързано от своя страна, с първия управляващ блок (6.1), а от трета страна, зареждащото стъпало (2.1) е свързано по батерийна шина със спомагателното захранване (5.1), като блокът с батерийни клетки (4.1) е свързан с балансиращо стъпало (3.1), при което първият управляващ блок (6.1) от една страна, е двупосочно свързан със зареждащото стъпало (2.1), с балансиращото стъпало (3.1), с първия конекторен блок (7.1) и с първи и втори конектори за адресация (7.2 и 7.3), от друга страна, управляващият блок (6.1) е еднопосочно свързан с входното стъпало по X (1.1), с входното стъпало по Y (1.2) и с входното стъпало по Z (1.3), при което всеки модул за контрол и разпределение на енергия включва от една страна, първи ключ за линия с положителен потенциал (8.1), свързан през първи преобразувател на напрежение (9.1) с първи ограничител по ток (10.1), свързан от своя страна, с първи конектор за един канал на изходното захранване (7.6), от друга страна, всеки модул за контрол и разпределение на енергия включва втори ключ за линия с положителен потенциал (8.2), свързан през втори преобразувател на напрежение (9.2) с втори ограничител по ток (10.2), свързан от своя страна, с втори конектор за един канал на изходното захранване (7.7), като първият ключ за линия с положителен потенциал (8.1) е паралелно свързан с втория ключ за линия с положителен потенциал (8.2), първият преобразувател на напрежение (9.1) е паралелно свързан с втория преобразувател на напрежение (9.2), а първият ограничител по ток (10.1) през трети ключ за линия с положителен потенциал (8.3) е паралелно свързан с втория ограничител по ток (10.2), при което всеки модул за контрол и разпределение на енергия включва и втори управляващ блок (6.2), който е еднопосочно свързан с първия, втория и третия ключ за линия с положителен потенциал (8.1, 8.2 и 8.3), и е двупосочно свързан с първия и с втория преобразувател на напрежение (9.1 и 9.2), с първия и втория ограничител по ток (10.1 и 10.2), и с втори конекторен блок (7.5), при което зареждащото стъпало (2.1) е свързано по системна шина с първия, с втория и с четвъртия ключ за линия с положителен потенциал (8.1, 8.2 и 8.4), като четвъртият ключ за линия с положителен потенциал (8.4) е свързан с конектор (7.8), при което спомагателното захранване (5.1) е свързано както с втория управляващ блок (6.2), така и с конектор за спомагателно захранване (7.4) от модула за контрол и разпределение на енергия.
BG113049A 2019-12-20 2019-12-20 Захранващ модул за наносателитни системи BG67501B1 (bg)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG113049A BG67501B1 (bg) 2019-12-20 2019-12-20 Захранващ модул за наносателитни системи
EP20817209.8A EP4078761A1 (en) 2019-12-20 2020-11-03 Power supply module for nanosatellite systems
JP2022538217A JP2023507207A (ja) 2019-12-20 2020-11-03 超小型衛星システム用電源モジュール
PCT/BG2020/000038 WO2021119768A1 (en) 2019-12-20 2020-11-03 Power supply module for nanosatellite systems
CA3162248A CA3162248A1 (en) 2019-12-20 2020-11-03 Power supply module for nanosatellite systems
AU2020404455A AU2020404455A1 (en) 2019-12-20 2020-11-03 Power supply module for nanosatellite systems
US17/787,578 US20220416313A1 (en) 2019-12-20 2020-11-03 Power supply module for nanosatellite systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG113049A BG67501B1 (bg) 2019-12-20 2019-12-20 Захранващ модул за наносателитни системи

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG113049A BG113049A (bg) 2021-06-30
BG67501B1 true BG67501B1 (bg) 2023-02-15

Family

ID=73694691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG113049A BG67501B1 (bg) 2019-12-20 2019-12-20 Захранващ модул за наносателитни системи

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220416313A1 (bg)
EP (1) EP4078761A1 (bg)
JP (1) JP2023507207A (bg)
AU (1) AU2020404455A1 (bg)
BG (1) BG67501B1 (bg)
CA (1) CA3162248A1 (bg)
WO (1) WO2021119768A1 (bg)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7786716B2 (en) * 2005-08-29 2010-08-31 The Aerospace Corporation Nanosatellite solar cell regulator
CN103414236A (zh) * 2013-07-26 2013-11-27 西北工业大学 基于低功耗mcu的皮卫星星载电源系统
CN108321786A (zh) * 2018-03-16 2018-07-24 西北工业大学 一种立方星一体化电源系统

Also Published As

Publication number Publication date
CA3162248A1 (en) 2021-06-24
US20220416313A1 (en) 2022-12-29
JP2023507207A (ja) 2023-02-21
WO2021119768A1 (en) 2021-06-24
BG113049A (bg) 2021-06-30
EP4078761A1 (en) 2022-10-26
AU2020404455A1 (en) 2022-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102479719B1 (ko) 배터리 제어 시스템 및 방법
JP7432292B2 (ja) 負荷試験システム
EP2419987B1 (en) Battery systems and operational methods
US9231440B2 (en) Power supply apparatus and controlling method of the same
EP2075892B1 (en) Cell balancing systems with multiple controllers
US20130169064A1 (en) Energy storage system and controlling method of the same
JPH11318037A (ja) バッテリ・セルのバイパス配置
US20120089261A1 (en) Grid connected power storage system and integration controller thereof
CN112803572A (zh) 具备故障重构功能的卫星电源系统
KR20180127771A (ko) 군용 마이크로그리드 시스템
CN111361765B (zh) 航天器电源双母线系统
BG67501B1 (bg) Захранващ модул за наносателитни системи
CN116054377A (zh) 一种全分布式卫星电源分系统及控制方法
CN116280278A (zh) 一种多功能集成的模块化卫星单元系统
CN107508305B (zh) 扩容型储能架构及系统
CN216489879U (zh) 一种可灵活扩展的卫星能源装置
CN113839453B (zh) 电池控制电路、装置及设备
CN115566714A (zh) 一种备电模块、交流储能系统及供电方法
BG3498U1 (bg) Захранващ модул за наносателитни системи
Herwald et al. Development of A Load Control Algorithm to Enhance Energy Sustainability for the International Space Station
Salim In-orbit performance of Lockheed Martin's Electrical Power Subsystem for A2100 communication satellites
RU2541599C2 (ru) Способ изготовления космического аппарата
CN220022333U (zh) 一种临近空间飞艇用能源系统
CN214380269U (zh) 应急电源
Kapoor et al. Design of Electrical Power Systems for Satellites