CN103235270B - 一种月球探测器星上电源系统可靠性测试装置 - Google Patents

一种月球探测器星上电源系统可靠性测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种月球探测器星上电源系统可靠性测试装置，通过采用电源控制器测试仪对探测器电源系统进行可靠性检测，根据电源系统的工作原理，分别对电源系统的指令执行情况、母线供电功能、太阳电池模拟器对电子负载供电功能、对蓄电池组充电功能以及蓄电池组的放电功能进行检测，实现对电源系统的检测；本发明还采用太阳电池模拟器模拟太阳电池阵向电子负载和蓄电池组提供电能，通过计算不同温度下太阳电池阵输出电流和功率，以及不同太阳入射角下太阳电池阵的输出功率得到太阳电池阵的功率曲线，由此真实模拟探测器的在轨情况，最终提高对电源系统检测的可信度。

Description

一种月球探测器星上电源系统可靠性测试装置
技术领域
本发明涉及电源可靠性验证技术领域，具体涉及一种月球探测器星上电源系统可靠性测试装置。
背景技术
电源分系统承担探测器能量的产生、储存、输送和控制管理的任务，由±Y两个太阳电池阵、1组锂离子蓄电池组和1台电源控制器系统组成。电源分系统的主要功能是供电、光照唤醒控制和月夜休眠状态设置。即在探测器月昼期间的各种工作模式下保证一次母线电压维持在规定的范围内，并平稳地输出供电电压；在月昼转月夜过渡段，完成电源分系统休眠状态设置；月夜转月昼过渡段，利用光照唤醒电路唤醒探测器。
电源分系统的具体功能如下：
月昼期间，将太阳电池阵转换的电能首先满足负载的需求；在太阳电池阵输出功率满足负载用电需求并有剩余时，利用合理的充电体制为蓄电池组充电；当输出功率满足负载需求且蓄电池充满时，将多余电能进行分流；
月夜期间，在太阳电池电路输出功率不能满足负载用电需求时，通过放电控制使蓄电池进行放电，由太阳电池阵-蓄电池组联合供电支持负载工作；
具备在地面测试阶段和发射场测试阶段为探测器提供地面模拟主母线电源的接口和监测通道，以及分系统的自检测试功能；
电源分系统为探测器上仪器和设备提供电源，需满足巡视器在整个寿命期间、各种工作模式下的功率需求，其可靠性关乎整星设备的稳定运行，因此在电源分系统与其他系统联合测试之前，需要通过地面验证系统对星上电源分系统的设计合理性、匹配性和可靠性进行充分的验证。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种月球探测器星上电源系统可靠性测试装置，能够对电源系统可靠性进行测试。
本发明的一种月球探测器星上电源系统可靠性测试装置，包括电源控制器测试仪、太阳电池模拟器和电子负载，其中：
所述太阳电池模拟器模拟月球探测器星上电源系统中的太阳电池方阵，用于向电子负载和月球探测器的锂离子蓄电池组供电；
所述电源控制器测试仪包括遥测模块、指令模块和功率配电模块；
所述太阳电池模拟器的能量输出接口与所述电源控制器的能量输入接口X08相连；电源控制器的供电接口X09通过所述功率配电模块与电子负载相连，供电接口X09与功率配电模块之间的连线即为母线供电通路；所述供电接口X09处设有母线开关，用以控制母线供电通路的通断；电源控制器中的遥测接口X10与所述遥测模块相连；锂离子蓄电池组的充放电接口Y01通过功率配电模块连接到母线供电通路，其中充放电接口Y01处设置有充放电开关，用以控制太阳电池模拟器向锂离子蓄电池组充电和锂离子蓄电池组向电子负载放电；所述电源控制器的遥测指令接口X11与所述指令模块相连；所述电源控制器的信号采集接口X12与锂离子蓄电池组的信号接口Y02相连，用于监测锂离子蓄电池组的实时电压，并将电压通过遥测接口X10发送给遥测模块，同时还向锂离子蓄电池组发送充放电开关通、断命令；
所述指令模块通过遥测指令接口X11向电源控制器分别发送母线开关接通命令、母线开关断开命令、锂离子蓄电池组单体反馈断开指令、锂离子蓄电池组单体反馈接通指令、锂离子蓄电池组充放电开关接通命令和锂离子蓄电池组充放电开关断开命令；
所述遥测模块从所述遥测接口X10接收母线开关状态、锂离子蓄电池组单体反馈开关状态、锂离子蓄电池组充放电开关状态、母线电压、太阳电池模拟器电流和电压以及锂离子蓄电池组充、放电电流，并将上述各项分别进行显示；
所述可靠性测试装置对电源分系统进行三种模式的测试，分别为母线供电检测模式、太阳电池模拟器对电子负载供电同时对锂离子蓄电池组充电检测模式和锂离子蓄电池组放电功能检测模式，其中：
在所述母线供电检测模式下，指令模块通过遥测指令接口X11发送母线开关接通命令；电子负载控制负载电流在1A～10A之间变化；同时，遥测模块分别显示母线开关状态、母线实时电压以及太阳电池模拟器的实时电流和电压；
在所述太阳电池模拟器对电子负载供电同时对锂离子蓄电池组充电检测模式下，所述指令模块通过遥测指令接口X11发送母线开关接通命令，然后发送充放电开关接通命令；电子负载的负载电流设置为2.5A；同时，所述遥测模块分别显示母线电压、锂离子蓄电池组放电开关状态、母线开关状态、实时充电电流和锂离子蓄电池组实时电压；
在所述锂离子蓄电池组放电功能检测模式下，太阳电池模拟器关闭能量输出接口；电子负载的负载电流在0A～9A之间变化，同时，遥测模块显示锂离子蓄电池组电压、母线电压、电子负载实时电流和锂离子蓄电池组实时放电电流。
太阳电池模拟器的能量输出功率曲线满足如下关系式：其中，其中，V表示太阳电池模拟器输出的的电压，I表示太阳电池模拟器输出的电流，VOC为开路电压，ISC为短路电流，Vmp为最大功率点电压，Imp为最大功率点电流， a = V mp ( 1 + R S I SC V OC ) + R S ( I mp - I SC ) V OC .
本发明具有如下有益效果：
本发明通过采用电源控制器测试仪对探测器电源系统进行可靠性检测，根据电源系统的工作原理，分别对电源系统的指令执行情况、母线供电功能、太阳电池模拟器对电子负载供电功能、对蓄电池组充电功能以及蓄电池组的放电功能进行检测，实现对电源系统的检测；本发明还采用太阳电池模拟器模拟太阳电池阵向电子负载和蓄电池组提供电能，通过计算不同温度下太阳电池阵输出电流和功率，以及不同太阳入射角下太阳电池阵的输出功率得到太阳电池阵的功率曲线，由此真实模拟探测器的在轨情况，最终提高对电源系统检测的可信度。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的太阳电池模拟器输出功率的U-I曲线。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种月球探测器星上电源系统可靠性测试装置，如图1所示，包括电源控制器测试仪、太阳电池模拟器和电子负载，其中：
由于地面的光照环境与太空差别较大，对电源系统进行检测时，无法利用探测器的太阳电池阵进行供电，从而本发明采用太阳电池模拟器模拟月球探测器星上电源系统中的太阳电池方阵，用于向月球探测器的电子负载和月球探测器的锂离子蓄电池组供电；
基于对电源系统的检测需要，本发明的电源控制器测试仪包括遥测模块、指令模块和功率配电模块；
太阳电池模拟器的能量输出接口与所述电源控制器的能量输入接口X08相连；电源控制器的供电接口X09通过所述功率配电模块与电子负载相连，供电接口X09与功率配电模块之间的连线即为母线供电通路；供电接口处设有母线开关，用以控制母线供电通路的通断；其中，母线开关的通断由电源控制器根据遥测指令接口收到的指令进行控制；电源控制器中的遥测接口X10与所述遥测模块相连；电源控制器的遥测指令接口X11与指令模块相连；电源控制器根据接收到的指令进行控制；锂离子电池组的充放电接口Y01通过功率配电模块连接到母线供电通路，其中充放电接口Y01处设置有充放电开关，用以控制太阳电池模拟器向锂离子蓄电池组充电和锂离子蓄电池组向电子负载放电；电源控制器的信号采集接口X12与锂离子电池组的信号接口Y02相连，用于监测锂离子电池组的实时电压，并将电压通过遥测接口发送给遥测模块，同时还向锂离子电池组发送充放电开关通、断命令；
指令模块分别发送母线开关接通命令、母线开关断开命令、蓄电池单体反馈断开指令、蓄电池单体反馈接通指令、蓄电池放电开关接通命令和蓄电池放电开关断开命令；
遥测模块从所述遥测接口接收母线开关状态、蓄电池单体反馈开关状态、蓄电池组充放电开关状态、母线电压、太阳电池模拟器电流和电压以及蓄电池组充、放电电流，并将上述各项分别进行显示；
可靠性测试装置对电源分系统进行三种模式的测试，分别为母线供电检测模式、太阳电池模拟器对电子负载供电同时对蓄电池充电检测模式和蓄电池放电功能检测模式，其中：
在母线供电检测模式下，即检测太阳电池模拟器对电子负载供电功能；指令模块通过指令接口向电源控制器发送母线开关接通命令，电源控制器内部处理后，执行该命令，接通母线开关，遥测接口X10将母线开关状态发给遥测模块进行显示；根据探测器电子负载的属性，控制电子负载的负载电流在1A～10A之间变化；在电子负载变化过程中，电源控制器将测得的母线实时电压以及太阳电池模拟器的实时电流和电压发给遥测模块进行显示，由此工作人员可根据遥测模块的显示内容与各项内容的技术要求进行对比，来检测电源系统是否工作正常。如表1所示，为探测器电源系统可靠性检测的记录表。
在蓄电池组的电量不足需要充电情况下，太阳电池模拟器对电子负载供电同时还要对蓄电池充电，因此，本发明也对该模式检测进行检测：指令模块通过指令接口发送母线开关接通命令，然后发送充放电开关接通命令，电源控制器通过信号采集接口X12向蓄电池组的信号接口Y02发送该接通命令，则充放电开关接通，此时太阳电池模拟器可通过母线供电通路向电子负载供电同时向蓄电池组充电；由于太阳电池模拟器要向蓄电池组充电，电子负载的负载电流不能过大，因此将电子负载的负载电流设置为2.5A；同时，遥测模块分别显示母线电压、蓄电池组放电开关状态、母线开关状态、实时充电电流和蓄电池组实时电压，供工作人员进行观察、记录和可靠性测试。在蓄电池组的电量足够多时，充电电流逐渐减小，蓄电池组逐渐转入恒压充电，此时通过观察遥测模块显示的母线电压、实时充电电流和蓄电池组实时电压，可对蓄电池组恒压充电控制功能进行检测。
当太阳电池阵处于月夜期间，太阳电池阵不能向电子负载提供电能，因此需要蓄电池放电以向电子负载供电。在蓄电池组放电功能检测模式下，太阳电池模拟器关闭能量输出接口；控制电子负载的负载电流从0A～9A之间变化，同时，遥测模块显示蓄电池组电压、母线电压、电子负载实时电流和实时放电电流。
表1探测器电源系统可靠性检测
由于在地球表面无法使用探测器中的太阳电池阵，因此本发明也无法直接使用太阳电池阵作为电源控制器的功率输入设备，因此本发明采用太阳电池模拟器替代太阳电池阵向电源控制器提供能量输入。为了真实模拟太阳电池在轨发电情况，使得对电源分系统的可靠性检测获得更加精确的结果，本发明通过计算在轨条件下，太阳直射时不同时期不同温度下，太阳电池阵(电路部分)的输出电流及输出功率以及在不同入射角情况下±Y太阳翼输出功率，从而得到太阳电池阵模拟器输出特性，如图2所示，太阳电池阵模拟器根据太阳电池阵电路结构及功率设计，进行模拟器曲线的设置，以模拟不同太阳电池阵在不同温度和不同太阳高度角入射角下±Y太阳翼输出功率。其工作参数有四个，分别是：VOC为开路电压，ISC为短路电流，Vmp为最大功率点电压，Imp为最大功率点电流。给定上述4个参数，太阳电池模拟器就能根据曲线公式模拟出V-I曲线：其中，VOC为开路电压，ISC为短路电流，Vmp为最大功率点电压，Imp为最大功率点电流， a = V mp ( 1 + R S I SC V OC ) + R S ( I mp - I SC ) V OC .
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种月球探测器星上电源系统可靠性测试装置，其特征在于，包括电源控制器测试仪、太阳电池模拟器和电子负载，其中：
所述太阳电池模拟器模拟月球探测器星上电源系统中的太阳电池方阵，用于向电子负载和月球探测器的锂离子蓄电池组供电；
所述电源控制器测试仪包括遥测模块、指令模块和功率配电模块；
所述太阳电池模拟器的能量输出接口与所述月球探测器星上电源系统中的电源控制器的能量输入接口X08相连；电源控制器的供电接口X09通过所述功率配电模块与电子负载相连，供电接口X09与功率配电模块之间的连线即为母线供电通路；所述供电接口X09处设有母线开关，用以控制母线供电通路的通断；电源控制器中的遥测接口X10与所述遥测模块相连；锂离子蓄电池组的充放电接口Y01通过功率配电模块连接到母线供电通路，其中充放电接口Y01处设置有充放电开关，用以控制太阳电池模拟器向锂离子蓄电池组充电和锂离子蓄电池组向电子负载放电；所述电源控制器的遥测指令接口X11与所述指令模块相连；所述电源控制器的信号采集接口X12与锂离子蓄电池组的信号接口Y02相连，用于监测锂离子蓄电池组的实时电压，并将电压通过遥测接口X10发送给遥测模块，同时还向锂离子蓄电池组发送充放电开关通、断命令；
所述指令模块通过遥测指令接口X11向电源控制器分别发送母线开关接通命令、母线开关断开命令、锂离子蓄电池组单体反馈断开指令、锂离子蓄电池组单体反馈接通指令、锂离子蓄电池组充放电开关接通命令和锂离子蓄电池组充放电开关断开命令；
所述遥测模块从所述遥测接口X10接收母线开关状态、锂离子蓄电池组单体反馈开关状态、锂离子蓄电池组充放电开关状态、母线电压、太阳电池模拟器电流和电压以及锂离子蓄电池组充、放电电流，并将上述各项分别进行显示；
所述可靠性测试装置对电源系统进行三种模式的测试，分别为母线供电检测模式、太阳电池模拟器对电子负载供电同时对锂离子蓄电池组充电检测模式和锂离子蓄电池组放电功能检测模式，其中：
在所述母线供电检测模式下，指令模块通过遥测指令接口X11发送母线开关接通命令；电子负载控制负载电流在1A～10A之间变化；同时，遥测模块分别显示母线开关状态、母线实时电压以及太阳电池模拟器的实时电流和电压；
在所述太阳电池模拟器对电子负载供电同时对锂离子蓄电池组充电检测模式下，所述指令模块通过遥测指令接口X11发送母线开关接通命令，然后发送充放电开关接通命令；电子负载的负载电流设置为2.5A；同时，所述遥测模块分别显示母线电压、锂离子蓄电池组放电开关状态、母线开关状态、实时充电电流和锂离子蓄电池组实时电压；
在所述锂离子蓄电池组放电功能检测模式下，太阳电池模拟器关闭能量输出接口；电子负载的负载电流在0A～9A之间变化，同时，遥测模块显示锂离子蓄电池组电压、母线电压、电子负载实时电流和锂离子蓄电池组实时放电电流。
2.如权利要求1所述的一种月球探测器星上电源系统可靠性测试装置，其特征在于，太阳电池模拟器输出的功率曲线满足如下关系式：其中，V表示太阳电池模拟器输出的电压，I表示太阳电池模拟器输出的电流，VOC为开路电压，ISC为短路电流，Vmp为最大功率点电压，Imp为最大功率点电流， a = V mp ( 1 + R S I SC V OC ) + R S ( I mp - I SC ) V OC .
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