CN104578252A - 一种卫星用能源预警保护系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种卫星用能源预警保护系统，包括蓄电池、硬件保护电路、放电开关、综合电子分系统、峰值载荷、加热器、姿轨控控制系统、载荷开关、加热器开关，其中，所述蓄电池为卫星峰值载荷、加热器、姿轨控控制系统、综合电子分系统供电；所述硬件保护电路采集蓄电池电压，进行能源预警保护；所述综合电子分系统向载荷开关发送载荷开关通/断指令、向加热器开关发送加热器开关通/断指令、向放电开关发送放电开关通/断指令。所述姿轨控控制系统控制卫星对日定向模式，增加太阳能量，对蓄电池进行补充充电。

Description

一种卫星用能源预警保护系统及方法
技术领域
本发明涉及空间电源技术领域，具体涉及一种适用于卫星能源预警保护系统及方法。
背景技术
锂离子蓄电池组作为新一代卫星用储能电源具有比能量高、使用温度范围宽、自放电率低、无记忆效应等特点，但是锂离子蓄电池组由于自身的原因而存在不可过放电的特殊性。因为锂离子蓄电池组过放电会导致蓄电池反极，反极时负极会脱出过量的Li，使负极电极电位升高，从而引发下一个氧化反应，即发生了负极集流体铜的氧化反应。此时，铜被氧化并溶解在电解液中，进而沉积在正极电极上，还原为金属铜。若锂离子蓄电池组在反极基础上继续过放电，正极和负极上发生铜的氧化反应和还原反应会继续进行，随着过放电程度的加深，正极电极发生铜的不断电沉积和铜枝晶的不断生长，最终导致锂离子蓄电池组短路，使锂离子蓄电池组完全失效。当发生内部短路时，就不会再有电化学反应的发生，此时电池类似于一个电阻，丧失供电能力，所以会影响锂离子蓄电池组后续任务的工作性能及寿命。
因此卫星在轨运行发生能源危机时，需要能源预警保护装置，避免锂离子蓄电池组发生过放电。当卫星恢复正常供电时，对锂离子蓄电池组进行补充充电，当蓄电池充到一定能量时，接通蓄电池放电开关，恢复锂离子蓄电池组正常供电。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明解决的问题是提供一种卫星用能源预警保护系统及方法，实现卫星能源预警保护的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种卫星用能源预警保护系统，该装置包括蓄电池、硬件保护电路、放电开关、综合电子分系统、峰值载荷、加热器、姿轨控控制系统、载荷开关、加热器开关，其中，所述蓄电池为卫星峰值载荷、加热器、姿轨控控制系统、综合电子分系统供电；所述硬件保护电路采集蓄电池电压，进行能源预警保护；所述综合电子分系统向载荷开关发送载荷开关通/断指令、向加热器开关发送加热器开关通/断指令、向放电开关发送放电开关通/断指令。所述姿轨控控制系统控制卫星对日定向模式，增加太阳能量，对蓄电池进行补充充电。
作为一种改进方案，所述的硬件保护电路包含三路硬件保护单元电路，并采用三取二表决输出方式发送硬件放电开关断指令。蓄电池为6节单体串联的锂离子蓄电池组。
本发明的另一技术方案在于：一种卫星用能源预警保护方法，该保护方法包含以下步骤：
步骤1、综合电子分系统检测蓄电池电压，当检测到蓄电池电压低于22.5V时，则发送峰值载荷开关断指令，关闭峰值载荷，同时告知姿轨控控制系统，由姿轨控控制系统实现对日定向，进行能源补给；
步骤2、综合电子分系统检测蓄电池电压，判断蓄电池低于22V时，则发送加热器断指令，关闭加热器，同时告知姿轨控控制系统，由姿轨控控制系统继续对日定向；
步骤3、综合电子分系统检测蓄电池电压，判断蓄电池低于20V时，同时6节蓄电池单体中至少两节蓄电池单体电压低于3.5V时，则综合电子分系统发送放电开关断指令；
步骤4、若综合电子分系统失效，判断蓄电池低于18V时，蓄电池放电开关未断开，则硬件保护电路发送放电开关断指令，进行能源预警保护。
作为一种改进方案，卫星用能源预警保护方法包含以下步骤：
卫星恢复正常供电，综合电子分系统正常工作以后，蓄电池温度大于-10℃，且蓄电池电压大于23.2V，蓄电池放电开关未接通，综合电子分系统发送放电开关通指令。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提出的一种卫星用能源预警保护装置及方法，由综合电子分系统采用软件控制方式逐级关闭卫星峰值载荷、加热器，当出现能源危机时，减少卫星的负载，增加蓄电池为卫星供电的时间，为卫星实现在轨抢救和自救增加了时间；
本发明综合电子分系统放电开关断开指令发生不动作故障时，由硬件保护电路控制放电开关断开，从而起到防止蓄电池组过放的作用。该硬件保护电路有效的防止了综合电子分系统放电开关断开指令不动作故障致使过放保护失效；
本发明卫星用能源预警保护装置及方法有两种途径，采用软件控制方式和硬件控制方式结合的方式，两种保护互为备份，提高了卫星电源系统的可靠性和安全性；
本发明卫星恢复供电以后，综合电子分系统正常工作，由综合电子分系统采用软件控制方式接通蓄电池放电开关，恢复蓄电池的正常供电。
本发明简单可行、易于工程实现。
附图说明
图1是本发明卫星用能源预警保护装置的结构示意图；
图2是图1所示的一种卫星用能源预警保护方法的方法流程图。
图3是图1所示的一种卫星用能源预警保护方法的能源恢复供电方法流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
请参阅图1，一种卫星用能源预警保护系统，其特征在于：包括蓄电池1、硬件保护电路2、放电开关3、综合电子分系统4、峰值载荷5、加热器6、姿轨控控制系统7、载荷开关8、加热器开关9，其中，
所述蓄电池1为卫星峰值载荷5、加热器6、姿轨控控制系统7、综合电子分系统8供电；
所述硬件保护电路2采集蓄电池1电压，进行能源预警保护；
所述综合电子分系统4向载荷开关8发送载荷开关通/断指令、向加热器开关9发送加热器开关通/断指令、向放电开关3发送放电开关通/断指令。
所述姿轨控控制系统7控制卫星对日定向模式，增加太阳能量，对蓄电池1进行补充充电。
请继续参阅图1，一种卫星用能源预警保护系统，其特征在于：所述的硬件保护电路2包含三路硬件保护单元电路，并采用三取二表决输出方式发送硬件放电开关断指令。
请继续参阅图1，一种卫星用能源预警保护系统，其特征在于：综合电子分系统4可以发送放电开关通/断指令，硬件保护电路2只能发送放电开关断指令。
请继续参阅图1，一种卫星用能源预警保护系统，其特征在于：蓄电池1为6节单体串联的锂离子蓄电池组。
请参阅图2，一种卫星用能源预警保护方法有两种途径，采用软件控制方式和硬件控制方式结合的方式，两种保护互为备份。
该保护方法包含以下步骤：
步骤1、综合电子分系统检测蓄电池电压，当检测到蓄电池电压低于22.5V时，则发送峰值载荷开关断指令，关闭峰值载荷，同时告知姿轨控控制系统，由姿轨控控制系统实现对日定向，进行能源补给；
步骤2、综合电子分系统检测蓄电池电压，判断蓄电池低于22V时，则发送加热器断指令，关闭加热器，同时告知姿轨控控制系统，由姿轨控控制系统继续对日定向；
步骤3、综合电子分系统检测蓄电池电压，判断蓄电池低于20V时，同时6节蓄电池单体中至少两节蓄电池单体电压低于3.5V时，则综合电子分系统发送放电开关断指令；
步骤4、若综合电子分系统失效，判断蓄电池低于18V时，蓄电池放电开关未断开，则硬件保护电路发送放电开关断指令，进行能源预警保护。
请参阅图3，一种卫星用能源预警保护方法，该保护方法包含以下步骤：
卫星恢复正常供电，综合电子分系统正常工作以后，蓄电池温度大于-10℃，且蓄电池电压大于23.2V，蓄电池放电开关未接通，综合电子分系统发送放电开关通指令。
本发明的有益效果是，发明一种卫星用能源预警保护装置及方法，采用软件控制方式和硬件控制方式结合的方式，两种保护互为备份，提高了卫星电源系统的可靠性和安全性。
唯上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故举凡数值的变更或等效组件的置换，或依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，都应仍属本发明专利涵盖的范畴。

Claims (5)

1.一种卫星用能源预警保护系统，其特征在于：包括蓄电池、硬件保护电路、放电开关、综合电子分系统、峰值载荷、加热器、姿轨控控制系统、载荷开关、加热器开关；
所述蓄电池为卫星峰值载荷、加热器、姿轨控控制系统、综合电子分系统供电；
所述硬件保护电路采集蓄电池电压，进行能源预警保护；
所述综合电子分系统向载荷开关发送载荷开关通/断指令、向加热器开关发送加热器开关通/断指令、向放电开关发送放电开关通/断指令；
所述姿轨控控制系统控制卫星对日定向模式，增加太阳能量，对蓄电池进行补充充电。
2.如权利要求1所述的卫星用能源预警保护系统，其特征在于：所述的硬件保护电路包含三路硬件保护单元电路，并采用三取二表决输出方式发送硬件放电开关断指令。
3.如权利要求1所述的卫星用能源预警保护系统，其特征在于：蓄电池采用6节单体串联的锂离子蓄电池组。
4.一种卫星用能源预警保护方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1、综合电子分系统检测蓄电池电压，当检测到蓄电池电压低于22.5V时，则发送峰值载荷开关断指令，关闭峰值载荷，同时告知姿轨控控制系统，由姿轨控控制系统实现对日定向，进行能源补给；
步骤2、综合电子分系统检测蓄电池电压，判断蓄电池低于22V时，则发送加热器断指令，关闭加热器，同时告知姿轨控控制系统，由姿轨控控制系统继续对日定向；
步骤3、综合电子分系统检测蓄电池电压，判断蓄电池低于20V时，同时6节蓄电池单体中至少两节蓄电池单体电压低于3.5V时，则综合电子分系统发送放电开关断指令；
步骤4、若综合电子分系统失效，判断蓄电池低于18V时，蓄电池放电开关未断开，则硬件保护电路发送放电开关断指令，进行能源预警保护。
5.如权利要求4所述的卫星用能源预警保护方法，其特征在于，该方法还包含以下步骤：卫星恢复正常供电，综合电子分系统正常工作以后，蓄电池温度大于-10℃，且蓄电池电压大于23.2V，蓄电池放电开关未接通，综合电子分系统发送放电开关通指令。
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