CN106410936B - 一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统,包含太阳电池阵、储能蓄电池组、电源控制器、电源下位机和配电部分。28V母线采用全调节母线设计;42V母线采用半调节母线设计。两条母线的信号采集及控制的供电由28V母线提供,共用一台电源下位机完成参数采集、遥控指令输出、电池组管理、与星务主机通信等功能。本发明涉及的高低压母线系统采用功率回路独立、控制回路共用的新型拓扑结构,同时改进能源管理策略,将长期负载与部分载荷短期负载配置在全调节低压母线上,剩余载荷短期负载使用半调节高压母线,有效降低了系统的电流密度,提高了系统的功率水平,实现了高效率、轻量化、高功率的卫星电源系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统。本发明适用于长期功耗较大,同时具有短时大功率载荷工作需求的小卫星,能够实现高比功率、高效率的紧凑型电源系统。
背景技术
卫星电源系统由电源控制器、蓄电池组和太阳电池阵组成,在卫星整个寿命期间一直处于工作状态,满足卫星在整个寿命期间、各种工作模式下的功率需求。当星上有大功率输出需求时,通常需要太阳电池阵和蓄电池组联合放电。对于长期功率较高、短时大功率负载的卫星,主要由蓄电池组为载荷供电。现有小卫星电源系统以采用单母线技术为主,即卫星一次电源母线是单一的28.5V电压,则通过母线的电流较大,对电池容量、线缆降额等提出较高要求。卫星的发射成本与重量直接相关,统计数据表明,电源系统重量大约占整星总重量的25%。高效的电源系统拓扑将会给卫星任务带来质量、性能和成本上的重大优化。
发明内容
本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统,同时满足较高的长期负载和峰值负载,将长期负载与短期负载进行合理分配,长期负载与部分载荷使用全调节低压母线,短期负载使用半调节高压母线,改进功率拓扑和能源管理策略。
本发明的技术方案是:一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统,包括太阳电池阵、储能蓄电池组、电源控制器、电源下位机和配电部分,其中:
太阳电池阵:使用太阳电池作为发电单元,当卫星运行于光照区,太阳电池受到太阳光照射,将吸收的太阳光能量转化为电能供给电源控制器,为星上负载供电,同时为蓄电池组充电;所述的太阳电池阵包括第一太阳电池阵~第八太阳电池阵,第一太阳电池阵~第六太阳电池阵是低压母线发电单元,第七太阳电池阵和第八太阳电池阵是高压母线发电单元;
储能蓄电池组:包括锂离子电池和镉镍蓄电池组;两套蓄电池组分别为高低压母线供电,在光照区,将太阳电池阵供给的电能储存起来;在地影区,释放电能供给电源控制器为负载供电;
电源控制器:包括28V功率调节部分和42V功率调节部分;负责调控太阳电池阵供电、蓄电池组充放电及为负载供电;其中:
28V功率调节部分:包括28V分流控制器、28V充电调节器、28V放电调节器和28V主误差放大器;
当卫星工作在光照区,第一太阳电池阵~第六太阳电池阵通过28V分流控制器进入28V母线;进入28V母线后,一方面为28V用电负载供电,同时通过28V充电调节器为28V蓄电池组充电;当第一太阳电池阵~第六当太阳电池阵输出功率大于28V负载和镉镍蓄电池组充电所需的功率时,28V分流控制器经28V主误差放大器控制,开始逐级顺序分流,调节方阵输出功率,使28V母线电压保持稳定;当28V用电负载增大时,第一太阳电池阵~第六太阳电池阵产生的电能电源控制器控制下优先保证星上负载用电,即:若28V太阳电池阵不能满足28V负载用电要求时,28V主误差放大器检测到母线电压低于充电分流所对应的设置值,则控制28V蓄电池组经28V放电调节器向28V母线补充供电;
当卫星工作在地影区,28V蓄电池组经28V放电调节器给母线供电,28V放电调节器采用升压方式确保28V母线电压稳定在28.5V±1V范围内;
42V功率调节部分:包括42V分流充电电路和42V主误差放大器;锂离子电池直接接入母线,母线电压取决于锂离子电池电压;
在光照期太阳电池阵直接给锂离子电池充电,在载荷工作时,锂离子电池与太阳电池阵联合供电;当卫星工作在光照区,第七太阳电池阵和第八太阳电池阵通过42V分流充电电路进入42V母线;进入42V母线后,一方面为42V用电负载供电,同时直接为42V锂离子蓄电池组充电;当42V载荷工作时,第七太阳电池阵和第八太阳电池阵产生的电能不能满足42V负载用电要求,42V主误差放大器控制锂离子蓄电池组经放电二极管向42V母线补充供电;在光照期42V载荷工作结束后,第七太阳电池阵和第八太阳电池阵继续给42V锂离子电池充电,当锂离子电池电压达到恒压设定值后,充电电流逐渐减小,多余的太阳电池阵电流被分流,保持母线电压的稳定;
当卫星工作在地影区,卫星所需的功耗由42V锂离子蓄电池通过放电开关直接提供;此时42V母线电压取决于与42V锂离子蓄电池组输出电压;
电源下位机:电源下位机的运行周期为1s,在1s周期内,电源下位机依次执行采集电源系统工程参数、根据采集参数计算锂离子电池和镉镍蓄电池组电量、进行锂离子电池均衡充电控制、通过CAN总线与卫星星务主机通信;
配电部分分为四路供电,其中三路为28V负载供电,一路为42V负载供电;28V负载供电根据用电设备不同,分为平台设备供电,控制系统供电和28V载荷供电;其中平台设备供电采用直通方式,不使用开关;控制系统供电和28V载荷供电使用继电器控制通断;42V供电只为42V载荷供电,同样设置继电器控制通断。
所述低压母线标称电压为28V,采用全调节模式,即无论是卫星在发射的主动段,还是在轨运行期间,均为星上设备提供28.5±1V稳定的母线电压。
所述高压母线标称电压为42V,采用半调节母线设计,输出母线电压在38V~45.1V;范围内,以直接利用太阳电池阵I-V曲线输出恒流段特性和限压充电的机制实现锂离子蓄电池组的高效充电,同时完成太阳电池阵的功率控制。
采用高低压双母线设计,将整星功耗合理配置在两条母线上。28V母线配置大容量镉镍电池,为长期负载供电;42V母线配置小容量锂离子电池,与太阳阵联合供电,用以短期峰值负载。
高压母线采用半调节母线设计,两域控制模式;充电时利用太阳电池阵输出的I-V曲线恒流段特性为蓄电池组进行恒流限压充电,在电池组电压达到预设定的充电终止电压前保持电流不变,达到预设电压后通过硬件开关逐渐将充电电流减小到0,保持电压不变;放电时采用具有高倍率放电特性的锂离子蓄电池组将功率直接输出到母线,一次母线电压不经过放电调节器变换,大电流输出时负载供电效率高。
所述的太阳电池阵采用效率为28%的三结砷化镓电池片。
电源下位机采用以MCS-51为核心的微处理器系统,程序存储器不小于16K字节,数据存储器不小于8K字节,注入程序存贮器不小于8K字节。
镉镍蓄电池组由18节70Ah单体串联而成,输出电压在19V~28V,通过升压调节器得到稳定的28.5±1V电压。
锂离子蓄电池由10Ah单体以11串3并的形式实现,输出电压在36V~46V,经二极管直接向母线供电。
本发明与现有技术相比的优点在于:
(1)采用高低压双母线设计,将整星功耗合理配置在两条母线上。28V母线配置大容量镉镍电池,以满足长期负载较大的特点;42V母线配置小容量锂离子电池,与太阳阵联合供电以满足短期峰值负载较大,充分利用锂离子电池放电倍率大、放电深度深的优势。
(2)采用高低压双母线设计,相对于传统小卫星采用的单一低压母线,可有效降低电流密度,降为之前的50%左右,满足导线及接插件电流降额设计要求,线路损耗小,减小大电流带来的线缆发热,减少散热面积,使得电源控制器设计时可实现紧凑型设计,达到轻量化、小型化的目的。
(3)采用高低压双母线设计,相对于以往卫星的双母线系统(两条母线电压相同),可进一步减小设备的体积重量,可有效降低电流密度,降为之前的50%左右,满足导线及接插件电流降额设计要求,线路损耗小,减小大电流带来的线缆发热,减少散热面积,使得电源控制器设计时可实现紧凑型设计,达到轻量化、小型化的目的。
(4)高压母线采用与蓄电池输出并联的功率拓扑结构,采用恒流恒压充电模式,电路简单,无放电调节器,拓扑结构轻量化;而且功率变换环节少、损耗低,相比于目前广泛应用的S3R、S4R功率调节技术,该拓扑元器件数量少、控制简单、效率高,适用于长期功耗低、短时大功耗的负载供电。
(5)采用高低压母线的信号采集及控制使用的供电由28V母线提供,共用一台电源下位机,有效减少了设备数量和系统复杂程度,实现了电源控制器的轻量化设计目标。
附图说明
图1为本发明的高低压双母线电源系统组成示意图;
图2为本发明的低压母线电源系统工作原理图;
图3为本发明42V电源系统工作原理图。
具体实施方式
航天器用高效率、轻量化电源系统,其特征在于:它由太阳电池阵、储能蓄电池组(锂离子电池和镉镍蓄电池组)和电源控制器组成。针对长期负载600W,短期峰值1000W的需求,电源系统选取两种独立母线,其中28V母线采用全调节设计(实际电压在28.5V~29.5V之间),太阳电池阵,包括太阳电池阵1~太阳电池阵8采用效率为28%的三结砷化镓电池片(面积约5.22m2),蓄电池组选用单体容量70Ah的高功率型镉镍蓄电池组18节串联组成。42V母线采用半调节设计(实际电压在38V~45.1V之间),太阳电池阵同样采用效率为28%的三结砷化镓电池片(面积约1.74m2),蓄电池组选用单体容量30Ah的高功率型锂离子电池11节串联组成。电源控制器分为28V功率调节部分和42V功率调节部分,共用一台电源下位机,其中28V功率调节部分由限频分流调节电路、充电调节模块、放电调节模块及信号变换模块组成,42V功率调节部分由分流限压电路、均衡电路、信号处理电路组成,与28V的功率地线分开。
本发明的解决方案之一是根据长短期负载特点配置两条母线,达到高效率、高比功率的目标。将平台设备和数传设备分配在28V母线,其长期负载较大,峰值负载相对较小,选用大容量镉镍电池及较大的太阳电池阵,以满足长期负载全轨道周期工作的需求。大容量镉镍电池可以满足长期放电量较大的特点,放电深度有效控制在15%以内。将短期大功率负载配置在42V母线,选用小容量电池和适当面积的太阳电池阵,以满足短期工作需求,同时为实现电源系统轻量化的目标,42V母线在载荷工作时是锂离子电池与太阳电池阵联合供电的方式,充分利用了锂离子电池放电倍率大、放电深度深的特点,最大限度地利用电池和太阳电池阵资源。实现了锂离子电池放电倍率不超过1C,放电深度不超过25%。
本发明的解决方案之二是42V部分采用一次母线与蓄电池输出并联的高效拓扑结构设计:利用太阳电池阵I-V曲线输出的恒流段特性和锂电池输出的恒压特性,一次电源采取恒流恒压充电模式。42V系统采用半调节母线设计,两域控制模式,42V锂离子蓄电池组通过放电开关直接连到母线上,母线电压受锂离子蓄电池组电压钳位。在光照区42V太阳电池阵1、太阳电池阵2首先满足负载用电,多余能量给锂离子蓄电池组充电,待锂离子蓄电池组电压达到恒压设定值后,分流开始起作用,太阳电池阵通过分流将多余能量分掉,硬件开关管控制充电电流逐渐减小,对42V锂离子蓄电池组进行恒压充电。电源下位机设置控制电路,当充电电流减小至设定的充电终止电流,发送充电终止指令停止充电。42V分流充电模块负责调节太阳电池阵的输出,转换为整星工作需要的一次直流母线,并为42V锂离子蓄电池组充电,最后将多余的太阳电池阵输出通过开关管分流,保证星上能源的可靠循环。放电时,具有高倍率放电特性的锂离子蓄电池组将功率直接输出到母线,一次母线电压不经过放电调节器变换,大电流输出时负载供电效率高。
本发明的解决方案之三是高低压母线采用两套系统互不干扰,各自有独立的发电、控制、储能装置。同时两条母线的信号采集及控制使用的供电由28V母线提供,共用一台电源下位机,有效减少了设备数量和系统复杂程度,实现了电源控制器的轻量化设计目标。
本发明的基于高低压双母线的电源系统组成如图1所示。电源分系统由28V功率调节部分与42V功率调节部分组成,两个系统功率部分各自独立,互不干扰。
系统原理框图分成28V功率调节部分与42V功率调节部分,两套系统之间的地线在配电处连接起来。整个系统由太阳电池阵、储能蓄电池组(锂离子电池和镉镍蓄电池组)和电源控制器组成。针对长期负载600W,短期峰值1000W的需求,电源系统选取两种独立母线,其中28V母线采用全调节设计(实际电压在28.5V~29.5V之间),太阳电池阵采用效率为28%的三结砷化镓电池片(面积约5.22m2),蓄电池组选用单体容量70Ah的高功率型镉镍蓄电池组18节串联组成。42V母线采用半调节设计(实际电压在38V~45.1V之间),太阳电池阵同样采用效率为28%的三结砷化镓电池片(面积约1.74m2),蓄电池组选用单体容量30Ah的高功率型锂离子电池11节串联组成。电源控制器分为28V和42V两部分,共用一台电源下位机,其中28V部分由限频分流调节电路、充电调节模块、放电调节模块及信号变换模块组成,42V部分由分流限压电路、均衡电路、信号处理电路组成,与28V的功率地线分开。
太阳电池阵根据能量平衡的原则被分成了两个独立部分,即太阳电池阵1~6为28V母线供电,太阳电池阵7、8为42V母线供电。
28V电源系统如图2所示,采用全调节模式,即无论是卫星在发射的主动段,还是卫星在轨运行期间,28V电源系统都可以给平台设备、控制系统以及28V载荷提供28.5V±1V稳定的电源电压。
当卫星工作在光照区,太阳电池阵1~6通过分流调节器(分流控制第1级到第6级)进入28V母线。进入28V母线后,一方面为28V用电负载供电,同时通过充电调节器(BCR)为28V蓄电池组充电。当太阳电池阵1~6输出功率大于负载和蓄电池组充电所需的功率时,分流调节器经主误差放大器(MEA)控制,开始逐级顺序分流,调节方阵输出功率,使母线电压保持稳定。
当28V用电负载增大时,太阳电池阵1~6产生的电能电源控制器控制下优先保证星上负载用电,即:若太阳电池阵不能满足负载用电要求时,主误差放大器(MEA)检测到母线电压低于充电分流所对应的设置值,则控制蓄电池组经放电调节器(BDR)向28V母线补充供电,这种模式成为太阳电池阵和蓄电池组联合供电模式。
28V蓄电池组的充电控制采用安时计控制和V/T曲线控制热备份的方式。两者均通过主误差放大器(MEA)控制。安时计控制基于电源下位机采集到的充放电电流遥测累计进行蓄电池组电量的采集计算。V/T曲线控制通过在蓄电池组上的电压、温度采样实现镉镍蓄电池组的电压温度控制。
当卫星工作在地影区,28V蓄电池组经放电调节电路(BDR)给母线供电,放电调节器(BDR)采用升压方式确保母线电压稳定在28.5V±1V范围内。
28V蓄电池组由18只高功率镉镍蓄电池单体串联而成,整组电池的额定容量为70Ah。
42V电源系统负责为卫星短期大功率载荷设备供电,采用半调节母线,母线电压范围38V~45.1V。42V电源系统工作原理如图3所示:
在光照期太阳电池阵直接给锂离子电池充电,在载荷工作时,锂离子电池与太阳电池阵联合供电,
当卫星工作在光照区,太阳电池阵7~8通过42V分流充电电路(分流控制第7级和第8级)进入42V母线。进入42V母线后,一方面为42V用电负载供电,同时直接为42V锂离子蓄电池组充电。
当42V载荷工作时,太阳电池阵7~8产生的电能不能满足42V负载用电要求,42V主误差放大器(MEA)控制锂离子蓄电池组经放电二极管向42V母线补充供电。
在光照期42V载荷工作结束后,太阳电池阵7~8继续给42V锂离子电池充电,当锂离子电池电压达到恒压设定值后,充电电流逐渐减小,多余的太阳电池阵电流被分流,保持母线电压的稳定。
当卫星工作在地影区,卫星所需的功耗由42V锂离子蓄电池通过放电开关直接提供。此时42V母线电压取决于与42V锂离子蓄电池组输出电压。
锂离子蓄电池组由11只高功率锂离子蓄电池单体串联而成。针对锂离子电池设计了单体过压保护、电量计控制以及均衡功能。
其中单体过压保护可通过“保护允许接通/断开”进行使能控制;在保护允许接通情况下,当“单体电压4.5V充电保护”电路采集到任意一节电池单体的电压超过4.5V,单体过压保护启动,停止对蓄电池组充电。
电量计控制是使用安时计累计的方式进行电量统计,当下位机通过计算确认蓄电池组达到满电量后,自动发送指令停止对蓄电池组充电。
均衡功能通过在锂离子电池每节串联单体并联均衡电路实现。均衡电路主要由单体电池电压测量电路、单体电池过压比较电路和均衡驱动电路组成。单体电压测量电路采用AD624,比较器采用7F3140。旁路电路采用两路,以降低单个旁路三极管的功耗,提高可靠性。均衡电路的逻辑控制由下位机完成,通过指令控制均衡电路的接入和断开。
利用太阳电池阵I-V曲线输出的恒流段特性和锂电池输出的恒压特性,一次电源采取恒流恒压充电模式。42V系统采用半调节母线设计,两域控制模式,锂离子蓄电池组通过放电开关直接连到母线上,母线电压受锂离子蓄电池组电压钳位。在光照区,太阳电池阵7、8首先满足负载用电,多余能量给锂离子蓄电池组充电,待锂离子蓄电池组电压达到恒压设定值后,分流开始起作用,太阳电池阵通过分流将多余能量分掉,硬件开关管控制充电电流逐渐减小,对蓄电池组进行恒压充电。电源下位机设置控制电路,当充电电流减小至设定的充电终止电流,发送充电终止指令停止充电。分流模块负责调节太阳电池阵的输出,转换为整星工作需要的一次直流母线,并为蓄电池组充电,最后将多余的太阳电池阵输出通过开关管分流
电池组充电控制采用恒压充电控制或恒压充电控制加电量计相结合的方式。正常情况下可以启动42V安时计与恒压充电控制一起进行精确控制。在首次上电时,电量计不工作,当电池组充电电压达到设定恒压值,并且充电电流小于电池组容量的1/100C时,电量计此时将电池组的电量设定为满电量,电量计启动。电量计对电池组的放电电量进行累计,当电池组进行充电时,由硬件分流电路进行恒压控制,电量计对充入电量进行累加,当充入电量等于放电电量乘以充、放比时,充电回路上的电子开关被截至,电池组停止充电。当方阵功率不满足负载需求电池组需要放电时,充电电子开关被再次接通,准备再次进行充电。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (9)
1.一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统,其特征在于:包括太阳电池阵、储能蓄电池组、电源控制器、电源下位机和配电部分,其中:
太阳电池阵:使用太阳电池作为发电单元,当卫星运行于光照区,太阳电池受到太阳光照射,将吸收的太阳光能量转化为电能供给电源控制器,为星上负载供电,同时为蓄电池组充电;所述的太阳电池阵包括第一太阳电池阵~第八太阳电池阵,第一太阳电池阵~第六太阳电池阵是低压母线发电单元,第七太阳电池阵和第八太阳电池阵是高压母线发电单元;
储能蓄电池组:包括锂离子电池和镉镍蓄电池组;两套蓄电池组分别为高低压母线供电,在光照区,将太阳电池阵供给的电能储存起来;在地影区,释放电能供给电源控制器为负载供电;
电源控制器:包括28V功率调节部分和42V功率调节部分;负责调控太阳电池阵供电、蓄电池组充放电及为负载供电;其中:
28V功率调节部分:包括28V分流控制器、28V充电调节器、28V放电调节器和28V主误差放大器;
当卫星工作在光照区,第一太阳电池阵~第六太阳电池阵通过28V分流控制器进入28V母线;进入28V母线后,一方面为28V用电负载供电,同时通过28V充电调节器为28V蓄电池组充电;当第一太阳电池阵~第六太阳电池阵输出功率大于28V负载和镉镍蓄电池组充电所需的功率时,28V分流控制器经28V主误差放大器控制,开始逐级顺序分流,调节方阵输出功率,使28V母线电压保持稳定;当28V用电负载增大时,第一太阳电池阵~第六太阳电池阵产生的电能在电源控制器控制下优先保证星上负载用电,即:若28V太阳电池阵不能满足28V负载用电要求时,28V主误差放大器检测到母线电压低于充电分流所对应的设置值,则控制28V蓄电池组经28V放电调节器向28V母线补充供电;
当卫星工作在地影区,28V蓄电池组经28V放电调节器给母线供电,28V放电调节器采用升压方式确保28V母线电压稳定在28.5V±1V范围内;
42V功率调节部分:包括42V分流充电电路和42V主误差放大器;锂离子电池直接接入母线,母线电压取决于锂离子电池电压;
在光照期太阳电池阵直接给锂离子电池充电,在载荷工作时,锂离子电池与太阳电池阵联合供电;当卫星工作在光照区,第七太阳电池阵和第八太阳电池阵通过42V分流充电电路进入42V母线;进入42V母线后,一方面为42V用电负载供电,同时直接为42V锂离子蓄电池组充电;当42V载荷工作时,第七太阳电池阵和第八太阳电池阵产生的电能不能满足42V负载用电要求,42V主误差放大器控制锂离子蓄电池组经放电二极管向42V母线补充供电;在光照期42V载荷工作结束后,第七太阳电池阵和第八太阳电池阵继续给42V锂离子电池充电,当锂离子电池电压达到恒压设定值后,充电电流逐渐减小,多余的太阳电池阵电流被分流,保持母线电压的稳定;
当卫星工作在地影区,卫星所需的功耗由42V锂离子蓄电池通过放电开关直接提供;此时42V母线电压取决于42V锂离子蓄电池组输出电压;
电源下位机:电源下位机的运行周期为1s,在1s周期内,电源下位机依次执行采集电源系统工程参数、根据采集参数计算锂离子电池和镉镍蓄电池组电量、进行锂离子电池均衡充电控制、通过CAN总线与卫星星务主机通信;
配电部分分为四路供电,其中三路为28V负载供电,一路为42V负载供电;28V负载供电根据用电设备不同,分为平台设备供电,控制系统供电和28V载荷供电;其中平台设备供电采用直通方式,不使用开关;控制系统供电和28V载荷供电使用继电器控制通断;42V供电只为42V载荷供电,同样设置继电器控制通断。
2.如权利要求1所述的一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统,其特征在于:所述低压母线标称电压为28V,采用全调节模式,即无论是卫星在发射的主动段,还是在轨运行期间,均为星上设备提供28.5±1V稳定的母线电压。
3.如权利要求1所述的一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统,其特征在于:所述高压母线标称电压为42V,采用半调节母线设计,输出母线电压在38V~45.1V范围内,以直接利用太阳电池阵I-V曲线输出恒流段特性和限压充电的机制实现锂离子蓄电池组的高效充电,同时完成太阳电池阵的功率控制。
4.如权利要求1所述的一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统,其特征在于:采用高低压双母线设计,将整星功耗合理配置在两条母线上;28V母线配置大容量镉镍电池,为长期负载供电;42V母线配置小容量锂离子电池,与太阳阵联合供电,用以短期峰值负载。
5.如权利要求1所述的一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统,其特征在于:高压母线采用半调节母线设计,两域控制模式;充电时利用太阳电池阵输出的I-V曲线恒流段特性为蓄电池组进行恒流限压充电,在电池组电压达到预设定的充电终止电压前保持电流不变,达到预设电压后通过硬件开关逐渐将充电电流减小到0,保持电压不变;放电时采用具有高倍率放电特性的锂离子蓄电池组将功率直接输出到母线,一次母线电压不经过放电调节器变换,大电流输出时负载供电效率高。
6.如权利要求1所述的一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统,其特征在于:所述的太阳电池阵采用效率为28%的三结砷化镓电池片。
7.如权利要求1所述的一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统,其特征在于:电源下位机采用以MCS-51为核心的微处理器系统,程序存储器不小于16K字节,数据存储器不小于8K字节,注入程序存贮器不小于8K字节。
8.如权利要求1所述的一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统,其特征在于:镉镍蓄电池组由18节70Ah单体串联而成,输出电压在19V~28V,通过升压调节器得到稳定的28.5±1V电压。
9.如权利要求1所述的一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统,其特征在于:锂离子蓄电池由10Ah单体以11串3并的形式实现,输出电压在36V~46V,经二极管直接向母线供电。
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CN107947148B (zh) * | 2017-12-13 | 2021-07-13 | 深圳市航天新源科技有限公司 | 电源控制器多母线电路 |
CN108023380B (zh) * | 2017-12-13 | 2021-12-21 | 深圳市航天新源科技有限公司 | 电源控制器单母线架构 |
CN108258720B (zh) * | 2017-12-26 | 2020-04-10 | 航天东方红卫星有限公司 | 一种双母线能源并网拓扑结构及其并网控制方法 |
CN109586391B (zh) * | 2018-10-26 | 2021-11-09 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种深空探测飞行器电源系统 |
CN109904853B (zh) * | 2019-04-19 | 2022-12-06 | 四川长虹电源有限责任公司 | 直流电源系统及用电装置 |
CN110474389A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-11-19 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种leo卫星电源的控制拓扑电路 |
CN110994768B (zh) * | 2019-11-25 | 2021-08-10 | 上海空间电源研究所 | 一种航天器上的多蓄电池组切换与备份装置及控制方法 |
CN110932349B (zh) * | 2019-11-29 | 2022-03-04 | 北京宇航系统工程研究所 | 一种基于无线供电的箭上能源高效拓扑系统 |
CN111049004A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-21 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种应用于卫星电源控制的复合母线系统 |
CN111181238B (zh) * | 2020-01-08 | 2021-12-28 | 航天行云科技有限公司 | 一种卫星的det电源系统 |
CN111361765B (zh) * | 2020-03-19 | 2022-06-14 | 上海卫星工程研究所 | 航天器电源双母线系统 |
CN112242698B (zh) * | 2020-09-25 | 2022-12-09 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种百千瓦级航天器全调节电源系统 |
CN112327994B (zh) * | 2020-09-25 | 2022-06-21 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种分布式空间电源系统分层控制系统 |
CN112217475B (zh) * | 2020-09-29 | 2022-07-15 | 阳光新能源开发股份有限公司 | 一种iv曲线的扫描方法和光储系统 |
CN112636446B (zh) * | 2020-12-29 | 2022-03-01 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种快速响应小卫星的电源系统 |
CN112865242A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-05-28 | 上海交通大学 | 卫星电源系统多能源互联供电能量控制系统及方法 |
CN113013866A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-22 | 杰华特微电子(杭州)有限公司 | 电源系统 |
CN113014196A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-22 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种无人机能源管理系统拓扑结构 |
CN112952976A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-06-11 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种标准化卫星电源控制器 |
CN113067326A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-07-02 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种分布式多母线卫星电源系统 |
CN113071717A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-06 | 上海空间电源研究所 | 一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统 |
CN113300450A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-08-24 | 上海空间电源研究所 | 一种卫星电源控制器 |
CN113555864A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-26 | 深圳信息职业技术学院 | 适用于脉冲型载荷卫星供电平台的母线架构及控制方法 |
CN114024351A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-02-08 | 北京微纳星空科技有限公司 | 一种卫星中使用的供电系统及供电方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59225415A (en) * | 1983-06-06 | 1984-12-18 | Toshiba Corp | Power supply controller |
US5895982A (en) * | 1996-05-02 | 1999-04-20 | Hughes Electronics Corporation | Fully regulated power bus using multiple source bus regulators |
CN102723756A (zh) * | 2012-06-18 | 2012-10-10 | 上海卫星工程研究所 | 一种卫星用全数字电源控制器 |
CN103872749A (zh) * | 2012-12-10 | 2014-06-18 | 上海空间电源研究所 | 用于卫星电源系统功率调节的拓扑电路 |
CN103956822A (zh) * | 2014-05-22 | 2014-07-30 | 哈尔滨工业大学 | 一种快速集成的卫星电源系统 |
CN104821782A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-08-05 | 上海空间电源研究所 | 一种软件和硬件结合的分流控制装置及方法 |
CN105186671A (zh) * | 2015-10-19 | 2015-12-23 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种双舱组合式航天器联合供电系统及方法 |
-
2016
- 2016-08-31 CN CN201610797703.0A patent/CN106410936B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59225415A (en) * | 1983-06-06 | 1984-12-18 | Toshiba Corp | Power supply controller |
US5895982A (en) * | 1996-05-02 | 1999-04-20 | Hughes Electronics Corporation | Fully regulated power bus using multiple source bus regulators |
CN102723756A (zh) * | 2012-06-18 | 2012-10-10 | 上海卫星工程研究所 | 一种卫星用全数字电源控制器 |
CN103872749A (zh) * | 2012-12-10 | 2014-06-18 | 上海空间电源研究所 | 用于卫星电源系统功率调节的拓扑电路 |
CN103956822A (zh) * | 2014-05-22 | 2014-07-30 | 哈尔滨工业大学 | 一种快速集成的卫星电源系统 |
CN104821782A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-08-05 | 上海空间电源研究所 | 一种软件和硬件结合的分流控制装置及方法 |
CN105186671A (zh) * | 2015-10-19 | 2015-12-23 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种双舱组合式航天器联合供电系统及方法 |
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Publication number | Publication date |
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