CN106569147A - 一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法 - Google Patents

Abstract

一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法，涉及小卫星电源分系统测试方法领域；包括1电源主份下位机A为当班；2进行锂离子蓄电池组放电控制功能检查；3进行锂离子蓄电池组充电终压调整功能测试；4进行充电阵通断功能测试；5进行锂离子蓄电池单体均衡通断功能测试；6进行主份下位机A间接指令测试；7对太阳电池方阵模拟器进行恒流、恒压充电功能测试；8进行安时计充放电控制功能测试；9进行锂离子蓄电池组温控回路测试；10进行上注参数及安全模式功能测试；11进行主份下位机A上注程序测试；12电源备份下位机B状态下，再次进行步骤(2)～步骤(11)项测试；本方法进一步减小卫星重量、延长卫星设计寿命。

Description

一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法

技术领域

本发明涉及一种小卫星电源分系统测试方法领域，特别是一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法。

背景技术

随着小卫星电源分系统控制技术的进步，其各个组成部分包括电源控制器、蓄电池组、电源下位机、太阳电池阵等，以长寿命、高可靠、高效率为发展目标，均不断在进行升级换代，其中电源控制器由基于S3R(Sequential Switch Shunt Regulator)的控制模式逐渐向S4R(Serial Sequential Switch Shunt Regulator)过渡，蓄电池由镉镍蓄电池组向锂离子蓄电池组过渡，同时增强电源分系统的在轨自主管理和控制能力。

专利授权号为CN201010253639.2的专利《一种小卫星电源分系统的综合测试方法》介绍的电源分系统测试方法主要为基于镉镍蓄电池的电源分系统测试方法，没有针对基于锂离子蓄电池的电源分系统测试方法，目前也无锂离子恒流、恒压充电机制、均衡控制等特点的测试方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法，该方法促进锂离子蓄电池在小卫星、微小卫星、皮纳卫星等领域的应用，进一步减小卫星重量、延长卫星设计寿命。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法，步骤(一)、采用太阳电池方阵模拟器为小卫星供电，小卫星处于外电状态；地面总控测试系统发送蓄电池放电开关接通遥控指令至小卫星；确认锂离子蓄电池组放电开关通断状态为接通，电源主份下位机A为当班；

步骤(二)、执行太阳电池方阵模拟器退电，小卫星处于内电状态，进行锂离子蓄电池组放电控制功能检查；此时太阳电池方阵电流为0，锂离子蓄电池组放电过程中满足：锂离子蓄电池组放电电流*锂离子蓄电池组电压*放电调节器转换效率＝母线电压*负载电流；

步骤(三)、确认主份下位机A为主份总线的通信状态，在小卫星内电下进行锂离子蓄电池组充电终压调整功能测试；通过地面总控测试系统发送充电终压调整遥控指令至小卫星，将锂离子蓄电池组由恒流充电状态的电压值转换为恒压充电状态时的电压值，确认主份下位机A为主份总线的通信状态正常；在此项测试结束后需将充电终压状态恢复为默认值；

步骤(四)、在内电下通过电源控制器对太阳翼的充电阵进行充电阵通断功能测试；电源控制器发送所有充电阵断开指令并确认对应的充电阵通断状态为断开，之后电源控制器发送充电阵接通指令，并确认对应的充电阵通断状态为接通；

步骤(五)、太阳电池方阵模拟器升电，在外电状态下进行锂离子蓄电池单体均衡通断功能测试，地面总控测试系统逐次发送各单体旁路控制遥控指令至电源控制器；通过电源控制器控制将锂离子蓄电池单体均衡开关状态变为接通；

步骤(六)、切换主份下位机A为备份总线的通信状态，进行主份下位机A间接指令测试；

步骤(七)、对太阳电池方阵模拟器进行恒流、恒压充电功能测试；

太阳电池方阵模拟器中包括多个方阵，保证至少有一个分阵处于完全分流状态；此时充电电流为恒定值，且与电源控制器设计的恒流充电电流默认值保持一致；恒流充电测试结束后将充电设定电平恢复为默认值；当锂离子蓄电池组电压达到充电终压后，转为恒压充电模式，充电电流逐渐减小，直至其降至充电终止电流后，充电终止；

步骤(八)、进行安时计充放电控制功能测试；

执行太阳电池方阵模拟器退电，锂离子蓄电池组进行放电，放电过程中，安时计不断累积放电电量；当放电电量达到锂离子蓄电池组满电量的3％时，执行太阳电池方阵模拟器升电，进行安时计控制下的恒流恒压充电测试；此时充电电量不断累积，当锂离子蓄电池组电压达到充电终压后，在充电过程由恒流充电转为恒压充电；由于系统实时将充电电量与锂离子蓄电池组满电量进行比较，当充电电量达到满电量时，充电终止，放电电量和充电电量归零重新累积；

步骤(九)、进行锂离子蓄电池组温控回路测试；锂离子蓄电池组温控回路测试包括开环测试和闭环测试两种方式；其中开环测试方法为：地面总控测试系统发送加热回路开环开关指令至小卫星，确认加热回路正常工作及控温回路功耗符合设计值；闭环控温测试方法为：上注闭环开控温数据块，将控温开启门限设置为高于锂离子蓄电池组当前温度的数值，确认加热回路正常工作及控温回路功耗增加量符合设计值；此后上注闭环关控温数据块，将控温关闭门限设置为比锂离子蓄电池组当前温度低的数值，确认加热回路正常工作及控温回路功耗减小量量符合设计值；

步骤(十)、进行上注参数及安全模式功能测试；

上注锂离子蓄电池组当前电量；上注锂离子蓄电池组电压报警门限；监测锂离子蓄电池组电源安全状态字；

步骤(十一)、执行太阳电池方阵模拟器升电，进行主份下位机A上注程序测试；

先将程序存储区清零，上注主份下位机A热启动程序，启动热启动程序后判断热启动计数是否加1；然后将程序存储区清零，上注置标志位程序，启动置标志位程序后判断程序使用状态是否为置标志位程序；

步骤(十二)、地面总控测试系统发送电源下位机切机指令至小卫星，由主份下位机A切换为备份下位机B；在电源备份下位机B状态下，再次进行步骤(2)～步骤(11)项测试，测试结束后将备份下位机B切换为主份下位机A状态。

在上述的一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法，所述步骤(七)中，恒流恒压充好电过程为：先恒流充电，充电电流保持不变，为当前恒流充电设定电平所对应的电流，锂离子蓄电池组电压持续升高，当锂离子蓄电池组电压达到充电终止电平后，转入恒压充电模式，此时锂离子蓄电池组电压保持不变，锂离子蓄电池组充电电流呈指数曲线逐渐减小，直至充电电流减小至充电终止电流时，锂离子蓄电池组处于充满电的状态，充电电流变为0，充电结束。

在上述的一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法，所述步骤(八)中，在安时计控制锂离子蓄电池组放电过程中，充电电量值保持不变，放电电量值逐渐增加，当前电量值逐渐减小；在安时计控制锂离子蓄电池组充电过程中，充电电量值逐渐增加，放电电量值保持不变，当前电量值逐渐增加；当前电量值应等于锂离子蓄电池组满电量减去放电电量值再加上充电电量值。

在上述的一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法，所述步骤(九)中，在锂离子蓄电池组闭环开控温测试过程中，上注的控温开启门限应大于当前锂离子蓄电池组温度值；在锂离子蓄电池组闭环关控温测试过程中，上注的控温关闭门限应小于当前锂离子蓄电池组温度值。

在上述的一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法，所述步骤(十)中，上注锂离子蓄电池组当前电量小于当前电量报警门限；上注锂离子蓄电池组电压报警门限大于当前锂离子蓄电池组电压；监测锂离子蓄电池组电源安全状态字为电源分系统进入锂离子蓄电池组电量不足与锂离子蓄电池组电压过低安全模式状态。

在上述的一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法，所述步骤(六)中，主份下位机A的间接指令包括锂离子蓄电池组放电开关断/通、安时计断/通、安时计控制允许/禁止、软件过充保护允许/禁止、软件过放保护允许/禁止指令、过充标志和电源健康状态说明清零；间接指令测试结束后将相关参数恢复为默认状态。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明所涉及的小卫星电源分系统测试方法针对基于锂离子蓄电池组构建的电源分系统具有的新特点与测试要求，全面、系统论述了其测试内容、测试方法与测试流程，应用此新型测试方法能够在整星综合测试过程中综合评估基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统的功能与性能是否符合要求，从而更好地促进锂离子蓄电池在小卫星、微小卫星、皮纳卫星等领域的应用，进一步减小卫星重量、延长卫星设计寿命；

(2)本发明基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统与基于镉镍蓄电池组的电源分系统相比，其硬件充电控制方式由V/T曲线二阶段控制变为恒流、恒压控制，对单体压差控制更加严格、增加了单体电压均衡控制电路，增加了过充过放保护功能，增加了蓄电池放电开关通断遥控指令，基于上述状态变化，对恒流恒压充电控制功能、安时计充电控制功能、充电终压调整功能、充电阵通断功能、能源安全监测功能、上注参数功能、充电限流控制功能、蓄电池温控、均衡充电控制、蓄电池组防过充保护功能、上注程序功能等进行了详细的测试。

附图说明

图1为本发明基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明方法主要包括恒流恒压充电控制功能、安时计充放电控制功能、充电终压调整功能、充电阵通断功能、能源安全监测功能、上注参数功能、充电限流控制功能、蓄电池温控、均衡充电控制功能、蓄电池组防过充保护功能、上注程序功能等，上述测试项目尤其是软件及遥控指令相关测试要求覆盖电源下位机主备份及A/B总线通信，具体实现方法如下：

如图1所示为基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试流程图，由图可知，一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法如下：

步骤(一)、采用太阳电池方阵模拟器为小卫星供电，小卫星处于外电状态；地面总控测试系统发送蓄电池放电开关接通遥控指令至小卫星；确认锂离子蓄电池组放电开关通断状态为接通，母线电压、锂离子蓄电池组电压、负载电流、充电电流为正常，电源主份下位机A为当班；

步骤(二)、执行太阳电池方阵模拟器退电，小卫星处于内电状态，进行锂离子蓄电池组放电控制功能检查；此时太阳电池方阵电流为0，锂离子蓄电池组放电过程中满足：锂离子蓄电池组放电电流*锂离子蓄电池组电压*放电调节器转换效率＝母线电压*负载电流；

步骤(三)、确认主份下位机A为主份总线的通信状态，在小卫星内电下进行锂离子蓄电池组充电终压调整功能测试；通过地面总控测试系统发送充电终压调整遥控指令至小卫星，将锂离子蓄电池组由恒流充电状态的电压值转换为恒压充电状态时的电压值，确认主份下位机A为主份总线的通信状态正常；在此项测试结束后需将充电终压状态恢复为默认值；

步骤(四)、在内电下通过电源控制器对太阳翼的充电阵进行充电阵通断功能测试；电源控制器发送所有充电阵断开指令并确认对应的充电阵通断状态为断开，之后电源控制器发送充电阵接通指令，并确认对应的充电阵通断状态为接通；

步骤(五)、太阳电池方阵模拟器升电，在外电状态下进行锂离子蓄电池单体均衡通断功能测试，地面总控测试系统逐次发送各单体旁路控制遥控指令至电源控制器；通过电源控制器控制将锂离子蓄电池单体均衡开关状态变为接通；

步骤(六)、切换主份下位机A为备份总线的通信状态，进行主份下位机A间接指令测试；主份下位机A的间接指令包括锂离子蓄电池组放电开关断/通、安时计断/通、安时计控制允许/禁止、软件过充保护允许/禁止、软件过放保护允许/禁止指令、过充标志和电源健康状态说明清零；间接指令测试结束后将相关参数恢复为默认状态。

步骤(七)、对太阳电池方阵模拟器进行恒流、恒压充电功能测试；

太阳电池方阵模拟器中包括多个方阵，保证至少有一个分阵处于完全分流状态；此时充电电流为恒定值，且与电源控制器设计的恒流充电电流默认值保持一致；恒流充电测试结束后将充电设定电平恢复为默认值；当锂离子蓄电池组电压达到充电终压后，转为恒压充电模式，充电电流逐渐减小，直至其降至充电终止电流后，充电终止；

恒流恒压充好电过程为：先恒流充电，充电电流保持不变，为当前恒流充电设定电平所对应的电流，锂离子蓄电池组电压持续升高，当锂离子蓄电池组电压达到充电终止电平后，转入恒压充电模式，此时锂离子蓄电池组电压保持不变，锂离子蓄电池组充电电流呈指数曲线逐渐减小，直至充电电流减小至充电终止电流时，锂离子蓄电池组处于充满电的状态，充电电流变为0，充电结束。

步骤(八)、进行安时计充放电控制功能测试；

执行太阳电池方阵模拟器退电，锂离子蓄电池组进行放电，放电过程中，安时计不断累积放电电量；当放电电量达到锂离子蓄电池组满电量的3％时，执行太阳电池方阵模拟器升电，进行安时计控制下的恒流恒压充电测试；此时充电电量不断累积，当锂离子蓄电池组电压达到充电终压后，在充电过程由恒流充电转为恒压充电；由于系统实时将充电电量与锂离子蓄电池组满电量进行比较，当充电电量达到满电量时，充电终止，放电电量和充电电量归零重新累积；

在安时计控制锂离子蓄电池组放电过程中，充电电量值保持不变，放电电量值逐渐增加，当前电量值逐渐减小；在安时计控制锂离子蓄电池组充电过程中，充电电量值逐渐增加，放电电量值保持不变，当前电量值逐渐增加；当前电量值应等于锂离子蓄电池组满电量减去放电电量值再加上充电电量值。

步骤(九)、进行锂离子蓄电池组温控回路测试；锂离子蓄电池组温控回路测试包括开环测试和闭环测试两种方式；其中开环测试方法为：地面总控测试系统发送加热回路开环开关指令至小卫星，确认加热回路正常工作及控温回路功耗符合设计值；闭环控温测试方法为：上注闭环开控温数据块，将控温开启门限设置为高于锂离子蓄电池组当前温度的数值，确认加热回路正常工作及控温回路功耗增加量符合设计值；此后上注闭环关控温数据块，将控温关闭门限设置为比锂离子蓄电池组当前温度低的数值，确认加热回路正常工作及控温回路功耗减小量量符合设计值；

其中，在锂离子蓄电池组闭环开控温测试过程中，上注的控温开启门限应大于当前锂离子蓄电池组温度值；在锂离子蓄电池组闭环关控温测试过程中，上注的控温关闭门限应小于当前锂离子蓄电池组温度值。

步骤(十)、进行上注参数及安全模式功能测试；

上注锂离子蓄电池组当前电量；上注锂离子蓄电池组电压报警门限；监测锂离子蓄电池组电源安全状态字；

上注锂离子蓄电池组当前电量小于当前电量报警门限；上注锂离子蓄电池组电压报警门限大于当前锂离子蓄电池组电压；监测锂离子蓄电池组电源安全状态字为电源分系统进入锂离子蓄电池组电量不足与锂离子蓄电池组电压过低安全模式状态。

步骤(十一)、执行太阳电池方阵模拟器升电，进行主份下位机A上注程序测试；

先将程序存储区清零，上注主份下位机A热启动程序，启动热启动程序后判断热启动计数是否加1；然后将程序存储区清零，上注置标志位程序，启动置标志位程序后判断程序使用状态是否为置标志位程序；

步骤(十二)、地面总控测试系统发送电源下位机切机指令至小卫星，由主份下位机A切换为备份下位机B；在电源备份下位机B状态下，再次进行步骤(2)～步骤(11)项测试，测试结束后将备份下位机B切换为主份下位机A状态。

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 (6)

1.一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法，其特征在于：

步骤(一)、采用太阳电池方阵模拟器为小卫星供电，小卫星处于外电状态；地面总控测试系统发送蓄电池放电开关接通遥控指令至小卫星；确认锂离子蓄电池组放电开关通断状态为接通，电源主份下位机A为当班；

步骤(二)、执行太阳电池方阵模拟器退电，小卫星处于内电状态，进行锂离子蓄电池组放电控制功能检查；此时太阳电池方阵电流为0，锂离子蓄电池组放电过程中满足：锂离子蓄电池组放电电流*锂离子蓄电池组电压*放电调节器转换效率＝母线电压*负载电流；

步骤(三)、确认主份下位机A为主份总线的通信状态，在小卫星内电下进行锂离子蓄电池组充电终压调整功能测试；通过地面总控测试系统发送充电终压调整遥控指令至小卫星，将锂离子蓄电池组由恒流充电状态的电压值转换为恒压充电状态时的电压值，确认主份下位机A为主份总线的通信状态正常；在此项测试结束后需将充电终压状态恢复为默认值；

步骤(四)、在内电下通过电源控制器对太阳翼的充电阵进行充电阵通断功能测试；电源控制器发送所有充电阵断开指令并确认对应的充电阵通断状态为断开，之后电源控制器发送充电阵接通指令，并确认对应的充电阵通断状态为接通；

步骤(五)、太阳电池方阵模拟器升电，在外电状态下进行锂离子蓄电池单体均衡通断功能测试，地面总控测试系统逐次发送各单体旁路控制遥控指令至电源控制器；通过电源控制器控制将锂离子蓄电池单体均衡开关状态变为接通；

步骤(六)、切换主份下位机A为备份总线的通信状态，进行主份下位机A间接指令测试；

步骤(七)、对太阳电池方阵模拟器进行恒流、恒压充电功能测试；

太阳电池方阵模拟器中包括多个方阵，保证至少有一个分阵处于完全分流状态；此时充电电流为恒定值，且与电源控制器设计的恒流充电电流默认值保持一致；恒流充电测试结束后将充电设定电平恢复为默认值；当锂离子蓄电池组电压达到充电终压后，转为恒压充电模式，充电电流逐渐减小，直至其降至充电终止电流后，充电终止；

步骤(八)、进行安时计充放电控制功能测试；

执行太阳电池方阵模拟器退电，锂离子蓄电池组进行放电，放电过程中，安时计不断累积放电电量；当放电电量达到锂离子蓄电池组满电量的3％时，执行太阳电池方阵模拟器升电，进行安时计控制下的恒流恒压充电测试；此时充电电量不断累积，当锂离子蓄电池组电压达到充电终压后，在充电过程由恒流充电转为恒压充电；由于系统实时将充电电量与锂离子蓄电池组满电量进行比较，当充电电量达到满电量时，充电终止，放电电量和充电电量归零重新累积；

步骤(九)、进行锂离子蓄电池组温控回路测试；锂离子蓄电池组温控回路测试包括开环测试和闭环测试两种方式；其中开环测试方法为：地面总控测试系统发送加热回路开环开关指令至小卫星，确认加热回路正常工作及控温回路功耗符合设计值；闭环控温测试方法为：上注闭环开控温数据块，将控温开启门限设置为高于锂离子蓄电池组当前温度的数值，确认加热回路正常工作及控温回路功耗增加量符合设计值；此后上注闭环关控温数据块，将控温关闭门限设置为比锂离子蓄电池组当前温度低的数值，确认加热回路正常工作及控温回路功耗减小量量符合设计值；

步骤(十)、进行上注参数及安全模式功能测试；

上注锂离子蓄电池组当前电量；上注锂离子蓄电池组电压报警门限；监测锂离子蓄电池组电源安全状态字；

步骤(十一)、执行太阳电池方阵模拟器升电，进行主份下位机A上注程序测试；

先将程序存储区清零，上注主份下位机A热启动程序，启动热启动程序后判断热启动计数是否加1；然后将程序存储区清零，上注置标志位程序，启动置标志位程序后判断程序使用状态是否为置标志位程序；

步骤(十二)、地面总控测试系统发送电源下位机切机指令至小卫星，由主份下位机A切换为备份下位机B；在电源备份下位机B状态下，再次进行步骤(2)～步骤(11)项测试，测试结束后将备份下位机B切换为主份下位机A状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法，其特征在于：所述步骤(七)中，恒流恒压充好电过程为：先恒流充电，充电电流保持不变，为当前恒流充电设定电平所对应的电流，锂离子蓄电池组电压持续升高，当锂离子蓄电池组电压达到充电终止电平后，转入恒压充电模式，此时锂离子蓄电池组电压保持不变，锂离子蓄电池组充电电流呈指数曲线逐渐减小，直至充电电流减小至充电终止电流时，锂离子蓄电池组处于充满电的状态，充电电流变为0，充电结束。

3.根据权利要求1所述的一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法，其特征在于：所述步骤(八)中，在安时计控制锂离子蓄电池组放电过程中，充电电量值保持不变，放电电量值逐渐增加，当前电量值逐渐减小；在安时计控制锂离子蓄电池组充电过程中，充电电量值逐渐增加，放电电量值保持不变，当前电量值逐渐增加；当前电量值应等于锂离子蓄电池组满电量减去放电电量值再加上充电电量值。

4.根据权利要求1所述的一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法，其特征在于：所述步骤(九)中，在锂离子蓄电池组闭环开控温测试过程中，上注的控温开启门限应大于当前锂离子蓄电池组温度值；在锂离子蓄电池组闭环关控温测试过程中，上注的控温关闭门限应小于当前锂离子蓄电池组温度值。

5.根据权利要求1所述的一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法，其特征在于：所述步骤(十)中，上注锂离子蓄电池组当前电量小于当前电量报警门限；上注锂离子蓄电池组电压报警门限大于当前锂离子蓄电池组电压；监测锂离子蓄电池组电源安全状态字为电源分系统进入锂离子蓄电池组电量不足与锂离子蓄电池组电压过低安全模式状态。

6.根据权利要求1所述的一种基于锂离子蓄电池组的小卫星电源分系统测试方法，其特征在于：所述步骤(六)中，主份下位机A的间接指令包括锂离子蓄电池组放电开关断/通、安时计断/通、安时计控制允许/禁止、软件过充保护允许/禁止、软件过放保护允许/禁止指令、过充标志和电源健康状态说明清零；间接指令测试结束后将相关参数恢复为默认状态。