CN103280877A - 具有自愈功能的空间仪器电源系统 - Google Patents

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徐拓奇
朴永杰
徐伟
王绍举
郑晓云
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Abstract

本发明具有自愈功能的空间仪器电源系统属于卫星用太阳能电源系统领域，其包括上位机和多个供电单元，多个供电单元彼此并联在动力电缆母线上并分别通过通信电缆与上位机连接；供电单元包括太阳能电池阵单元、二极管、充电稳压电路、充电控制MOS管、蓄电池模块、放电控制MOS管、供电控制MOS管和下位机，蓄电池模块包括电池保护及管理电路和串联锂电池组。该空间仪器电源系统具有智能化的故障自我诊断和空间自愈功能，能够很好的满足卫星等空间仪器对电源系统重量小、工作可靠性高和具有空间自愈功能的性能要求，而且还具有成本低廉，易于调试等优点。

Description

具有自愈功能的空间仪器电源系统
技术领域
本发明属于卫星用太阳能电源系统领域，具体涉及一种具有自愈功能的空间仪器电源系统。
背景技术
卫星等空间仪器一般需要配备太阳能充放电电源系统，现有的空间仪器电源系统可靠性高，但是其通常选用模拟电路器件对电源进行充放电控制，这使得这类电源系统体积和质量都较大，而且产品价格高，不利于大规模应用于空间技术领域。
另一方面，常规的地面太阳能发电及控制系统主要用于在地面收集太阳能，这种产品虽然价格低廉，却只能为铅酸蓄电池充电，尤其是其工作可靠性差，而且不具备自我诊断和故障自愈功能，因此也无法满足空间仪器对电源系统重量小、可靠性高、具有空间自愈能力和成本低、易于调试的性能要求。
发明内容
为了解决现有空间仪器电源系统通常选用模拟电路器件对电源进行充放电控制，其电源系统体积较大，比较沉重，而且产品价格高，而常规的地面太阳能发电及控制系统只能为铅酸蓄电池充电，且不具备自我诊断和故障自愈功能，工作可靠性差，因此都无法满足空间仪器对电源系统具有空间自愈能力和重量小、工作可靠性高等性能要求的技术问题，本发明提供一种具有自愈功能的空间仪器电源系统。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
具有自愈功能的空间仪器电源系统包括上位机和多个供电单元，多个供电单元彼此并联在动力电缆母线上并分别通过通信电缆与上位机连接；供电单元包括太阳能电池阵单元、二极管、充电稳压电路、充电控制MOS管、蓄电池模块、放电控制MOS管、供电控制MOS管和下位机，蓄电池模块包括电池保护及管理电路和串联锂电池组；
所述太阳能电池阵单元、二极管、充电稳压电路、充电控制MOS管、串联锂电池组、放电控制MOS管顺次连接；太阳能电池阵单元将太阳能转化为电能并将电能输送给二极管，二极管单向导通并将电能输送至充电稳压电路，充电稳压电路将其稳压处理后的电能输送至充电控制MOS管；充电控制MOS管在导通状态下工作时，将电能继续输送至串联锂电池组，串联锂电池组积蓄和储存电能，并将其输送至放电控制MOS管；
所述电池保护及管理电路分别与充电控制MOS管、放电控制MOS管、下位机连接，下位机分别与上位机和供电控制MOS管连接；供电控制MOS管与电池保护及管理电路连接；串联锂电池组还分别与供电控制MOS管、电池保护及管理电路连接；
所述串联锂电池组将其储存的电能输送至供电控制MOS管，供电控制MOS管在导通状态下工作时分别为电池保护及管理电路和下位机提供电能；电池保护及管理电路实时读取串联锂电池组的电压值信息并将其传送给下位机暂存，电池保护及管理电路还为充电控制MOS管提供触发和维持导通的控制信号；下位机对其接收到的串联锂电池组的电压值信息进行暂存，并实时检测和暂存动力电缆母线上负载端的电压值信息；下位机通过通信电缆与上位机连接；
上位机以巡检的方式与每个供电单元中的下位机相互通讯，其分别读取下位机中暂存的串联锂电池组的电压值信息和动力电缆母线上负载端的电压值信息，当上位机依据其读取的每个串联锂电池组的电压值信息判断该供电单元内的串联锂电池组需要充电时，上位机经由该供电单元的下位机向该供电单元中的电池保护及管理电路发送充电控制命令，电池保护及管理电路接收到充电控制命令后，向充电控制MOS管发出触发和维持导通的控制信号并使其导通；当上位机依据其读取的动力电缆母线上负载端的电压值信息判断需要为负载供电时，上位机经由每个供电单元的下位机向每个电池保护及管理电路发送放电控制命令，电池保护及管理电路接收到放电控制命令后，向放电控制MOS管发出关断的控制信号并使其关断；
下位机内设有看门狗电路，并每一秒向看门狗电路提供一个喂狗信号，若下位机超过三秒都没能向看门狗电路提供喂狗信号时，则看门狗电路向供电控制MOS管发出复位启动命令；供电控制MOS管在收到该复位启动命令后关断并在延时三秒后复位重新导通，使其所在的供电单元重新冷启动复位。
若所述任意一个供电单元不能成功冷启动和复位，则该供电单元会持续循环该复位启动的过程，并停止与其他供电单元的并网。
本发明的有益效果是：该空间仪器电源系统具有智能化的故障自我诊断和空间自愈功能，能够很好的满足卫星等空间仪器对电源系统重量小、工作可靠性高和具有空间自愈功能的性能要求，而且还具有成本低廉，易于调试等优点。
附图说明
图1是本发明具有自愈功能的空间仪器电源系统的原理示意图。
图2是本发明中的一个供电单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明具有自愈功能的空间仪器电源系统包括上位机和N个供电单元，N个供电单元彼此并联在动力电缆母线上并分别通过通信电缆与上位机连接；其中，N为正整数，比如，20个。每个供电单元包括太阳能电池阵单元、二极管、充电稳压电路、充电控制MOS管、蓄电池模块、放电控制MOS管、供电控制MOS管和下位机，蓄电池模块包括电池保护及管理电路和串联锂电池组。
太阳能电池阵单元、二极管、充电稳压电路、充电控制MOS管、串联锂电池组、放电控制MOS管顺次连接。太阳能电池阵单元将太阳能转化为电能并将电能输送给二极管，二极管单向导通并将电能输送至充电稳压电路，充电稳压电路将其稳压处理后的电能输送至充电控制MOS管。充电控制MOS管在导通状态下工作时，将电能继续输送至串联锂电池组，串联锂电池组积蓄和储存电能，并将其输送至放电控制MOS管。
电池保护及管理电路分别与充电控制MOS管、放电控制MOS管、下位机连接，下位机分别与上位机和供电控制MOS管连接。供电控制MOS管与电池保护及管理电路连接。串联锂电池组还分别与供电控制MOS管、电池保护及管理电路连接。
串联锂电池组将其储存的电能输送至供电控制MOS管，供电控制MOS管在导通状态下工作时分别为电池保护及管理电路和下位机提供电能。电池保护及管理电路实时读取串联锂电池组的电压值信息并将其传送给下位机暂存，电池保护及管理电路还为充电控制MOS管提供触发和维持导通的控制信号。下位机对其接收到的串联锂电池组的电压值信息进行暂存，并实时检测和暂存动力电缆母线上负载端的电压值信息。下位机通过通信电缆与上位机连接。
上位机以巡检的方式与每个供电单元中的下位机相互通讯，其分别读取下位机中暂存的串联锂电池组的电压值信息和动力电缆母线上负载端的电压值信息，当上位机依据其读取的每个串联锂电池组的电压值信息判断该供电单元内的串联锂电池组需要充电时，上位机经由该供电单元的下位机向该供电单元中的电池保护及管理电路发送充电控制命令，电池保护及管理电路接收到充电控制命令后，向充电控制MOS管发出触发和维持导通的控制信号并使其导通。当上位机依据其读取的动力电缆母线上负载端的电压值信息判断需要为负载供电时，上位机经由每个供电单元的下位机向每个电池保护及管理电路发送放电控制命令，电池保护及管理电路接收到放电控制命令后，向放电控制MOS管发出关断的控制信号并使其关断。
下位机内设有看门狗电路，并每一秒向看门狗电路提供一个喂狗信号，若下位机超过三秒都没能向看门狗电路提供喂狗信号时，则看门狗电路向供电控制MOS管发出复位启动命令。供电控制MOS管在收到该复位启动命令后关断并在延时三秒后复位重新导通，使其所在的供电单元重新冷启动复位。
若任意一个供电单元不能成功冷启动和复位，则该供电单元会持续循环该复位启动的过程，并停止与其他供电单元的并网。
具体应用本发明具有自愈功能的空间仪器电源系统时，直接利用该系统向卫星上的热控或其它负载提供所需电能。
当卫星位于太阳的光照区时，彼此独立运行的各个太阳能电池阵单元将太阳能转换为电能，这些电能经二极管单向导通后，其中一部分可直接向卫星上的热控或其它负载供电。同时，另一部分电能由各个供电单元自动存储在各自的串联锂电池组中。
上位机对每一个供电单元进行巡检和监控，并根据电池电压状况和负载端的动力电缆母线电压需求，自动完成对各个供电单元充电或放电的统一控制。
当卫星位于没有太阳光照的阴影区时，本系统自动实现对卫星热控或其它负载供电，同时可实现电力的均衡分配和管理。
当某一路供电单元因空间单粒子效应失效时，其下位机内的看门狗电路能自动为该供电单元延时冷启动复位，完成故障自愈。若该供电单元无法通过冷启动复位得到修复，则该故障的供电单元将循环冷启动过程并自动停止与其他供电单元的并网。同时，上位机将通过巡检获得该供电单元的故障信息，实现故障的自我诊断。

Claims (2)

1.具有自愈功能的空间仪器电源系统，其特征在于：该电源系统包括上位机和多个供电单元，多个供电单元彼此并联在动力电缆母线上并分别通过通信电缆与上位机连接；供电单元包括太阳能电池阵单元、二极管、充电稳压电路、充电控制MOS管、蓄电池模块、放电控制MOS管、供电控制MOS管和下位机，蓄电池模块包括电池保护及管理电路和串联锂电池组；
所述太阳能电池阵单元、二极管、充电稳压电路、充电控制MOS管、串联锂电池组、放电控制MOS管顺次连接；太阳能电池阵单元将太阳能转化为电能并将电能输送给二极管，二极管单向导通并将电能输送至充电稳压电路，充电稳压电路将其稳压处理后的电能输送至充电控制MOS管；充电控制MOS管在导通状态下工作时，将电能继续输送至串联锂电池组，串联锂电池组积蓄和储存电能，并将其输送至放电控制MOS管；
所述电池保护及管理电路分别与充电控制MOS管、放电控制MOS管、下位机连接，下位机分别与上位机和供电控制MOS管连接；供电控制MOS管与电池保护及管理电路连接；串联锂电池组还分别与供电控制MOS管、电池保护及管理电路连接；
所述串联锂电池组将其储存的电能输送至供电控制MOS管，供电控制MOS管在导通状态下工作时分别为电池保护及管理电路和下位机提供电能；电池保护及管理电路实时读取串联锂电池组的电压值信息并将其传送给下位机暂存，电池保护及管理电路还为充电控制MOS管提供触发和维持导通的控制信号；下位机对其接收到的串联锂电池组的电压值信息进行暂存，并实时检测和暂存动力电缆母线上负载端的电压值信息；下位机通过通信电缆与上位机连接；
上位机以巡检的方式与每个供电单元中的下位机相互通讯，其分别读取下位机中暂存的串联锂电池组的电压值信息和动力电缆母线上负载端的电压值信息，当上位机依据其读取的每个串联锂电池组的电压值信息判断该供电单元内的串联锂电池组需要充电时，上位机经由该供电单元的下位机向该供电单元中的电池保护及管理电路发送充电控制命令，电池保护及管理电路接收到充电控制命令后，向充电控制MOS管发出触发和维持导通的控制信号并使其导通；当上位机依据其读取的动力电缆母线上负载端的电压值信息判断需要为负载供电时，上位机经由每个供电单元的下位机向每个电池保护及管理电路发送放电控制命令，电池保护及管理电路接收到放电控制命令后，向放电控制MOS管发出关断的控制信号并使其关断；
下位机内设有看门狗电路，并每一秒向看门狗电路提供一个喂狗信号，若下位机超过三秒都没能向看门狗电路提供喂狗信号时，则看门狗电路向供电控制MOS管发出复位启动命令；供电控制MOS管在收到该复位启动命令后关断并在延时三秒后复位重新导通，使其所在的供电单元重新冷启动复位。
2.如权利要求1所述的具有自愈功能的空间仪器电源系统，其特征在于：若所述任意一个供电单元不能成功冷启动和复位，则该供电单元会持续循环该复位启动的过程，并停止与其他供电单元的并网。
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