CN111064249A - 一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法 - Google Patents

一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111064249A
CN111064249A CN201911359298.4A CN201911359298A CN111064249A CN 111064249 A CN111064249 A CN 111064249A CN 201911359298 A CN201911359298 A CN 201911359298A CN 111064249 A CN111064249 A CN 111064249A
Authority
CN
China
Prior art keywords
output mode
satellite
storage battery
mode
energy system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911359298.4A
Other languages
English (en)
Inventor
张晓峰
马亮
李小飞
张东来
曾毅
张明
李海津
谷雨
张文佳
田鹏
藏洁
李佳宁
李建浓
熊晓英
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Spacecraft System Engineering, Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology filed Critical Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Priority to CN201911359298.4A priority Critical patent/CN111064249A/zh
Publication of CN111064249A publication Critical patent/CN111064249A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0063—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • H01M10/465—Accumulators structurally combined with charging apparatus with solar battery as charging system
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明提供了一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法，该方法包括依次执行以下步骤：步骤1：对能源系统工作模式进行定义；通过卫星能源紧张时的工作状态，调整整星能源输出的模式；能源系统工作模式包括正常输出模式、限制输出模式、最小输出模式；步骤2：确定能源系统工作模式间的转换关系与判定准则；该转换关系包括正常输出模式到限制输出模式的转换、限制输出模式到最小输出模式的转换以及限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换。本发明的有益效果是:可降低因卫星在轨故障导致能源系统输出不能满足负载需求时整星断电的风险，而且通过对卫星不同工作模式的转换，增加卫星能源不足时的在轨生存时间，提高卫星在轨工作安全性。

Description

一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法
技术领域
本发明涉及中高轨卫星总体设计领域，尤其涉及一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法。
背景技术
中高轨卫星所处的轨道特点使得卫星的地影季较短，长光照期较长，且单圈的地影时间短，可充电时间长。以GEO轨道为例，其轨道周期为24h，最长地影时间72min，一年只有两个地影季，约92次地影，每年有两个135天的长光照期。
对照轨道特点，如卫星能源系统在轨输出不能满足负载需求，蓄电池组将会放电，若卫星处于不可见弧段，地面人员不能及时介入，将会对卫星的生存造成风险。
卫星能源在轨管理的风险主要有：
1.由于卫星能源条件较好，卫星寿命期内蓄电池组循环次数少，为使卫星总体设计最优化，卫星蓄电池组的容量裕度设计的较小，蓄电池组放电深度设计值大，若卫星在经历地影期放电后卫星出现故障，导致能源系统输出不能满足卫星负载需求；这时蓄电池组剩余电量已不多，留给整星抢救的时间大大缩短，技术人员的抢救难度大大增加，卫星生存的风险也大大增加；
2.对于使用锂离子蓄电池组的卫星来说，为了实现卫星长寿命的目标，蓄电池组在长光照期需要进行半荷电态搁置，其荷电状态只有其容量的一半，若卫星在长光照期卫星出现故障，导致能源系统输出不能满足卫星负载需求，此时蓄电池组将很快达到最大放电深度，蓄电池组可支持的卫星工作时间大大缩短，卫星生存的风险大大增加；
为实现中高轨卫星的高可靠性管理，迫切需要卫星能够进行在轨自主能源系统工作模式管理。
发明内容
本发明提供了一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法，该方法包括依次执行以下步骤：
步骤1：对能源系统工作模式进行定义；通过卫星能源紧张时的工作状态，调整整星能源输出的模式；能源系统工作模式包括正常输出模式、限制输出模式、最小输出模式；
步骤2：确定能源系统工作模式间的转换关系与判定准则；该转换关系包括正常输出模式到限制输出模式的转换、限制输出模式到最小输出模式的转换以及限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，所述正常输出模式包括：能源系统正常供电，光照期由太阳电池阵为卫星负载供电并给蓄电池组充电，地影期由蓄电池组为卫星负载供电。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，所述限制输出模式包括：能源系统由蓄电池组供电，此时通过降低加热器功率消耗，并顺序关闭次要载荷，整星转巡航模式并设置最大电流充电状态。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，所述最小输出模式包括：能源系统由蓄电池组供电，顺序关闭所有有效载荷设备，进一步调低加热器控温阈值，仅维持必要的平台设备供电，整星转巡航模式并设置最大电流充电状态。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤2中，正常输出模式到限制输出模式的转换包括：
当蓄电池持续放电时间大于卫星在轨最长地影时间，或蓄电池放电深度达到保护阈值，整星转入限制输出模式。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤2中，限制输出模式到最小输出模式的转换包括：
当蓄电池持续放电，放电深度达到设定的最小输出模式阈值时，整星进入最小输出模式，最大限度保护系统的供电安全。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤2中，限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换包括：
卫星进入限制输出或最小输出模式后，若卫星能源恢复，在蓄电池充满电后整星重新转入正常输出模式。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤2中，确定能源系统工作模式间的判定准则包括：
正常输出模式到限制输出模式的转换条件：正常输出模式到限制输出模式的转换条件为蓄电池持续放电时间大于卫星在轨最长地影时间，或蓄电池放电深度达到保护阈值；
限制输出模式到最小输出模式的转换条件：限制输出模式到最小输出模式的转换条件为蓄电池持续放电至放电深度达到设定的最小输出模式阈值；
限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换条件：限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换条件为卫星能源恢复且蓄电池充满电。
作为本发明的进一步改进，正常输出模式到限制输出模式的转换还包括：当蓄电池持续放电时间大于85分钟，或蓄电池放电深度达到70％，整星转入限制输出模式。
作为本发明的进一步改进，限制输出模式到最小输出模式的转换还包括：当蓄电池持续放电，放电深度达到80％，整星进入最小输出模式，最大限度保护系统的供电安全；
限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换还包括：当锂离子蓄电池充满电，即单体平均电压达到4.1V后整星重新转入正常输出模式。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法可降低因卫星在轨故障导致能源系统输出不能满足负载需求时整星断电的风险，而且通过对卫星不同工作模式的转换，大大增加卫星能源不足时的在轨生存时间，提高卫星在轨工作安全性、可靠性。
附图说明
图1是本发明的能源系统工作模式转换关系及条件流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法，该方法以MEO轨道导航卫星为例，该方法包括依次执行以下步骤：
步骤1：对能源系统工作模式进行定义；通过卫星能源紧张时的工作状态，调整整星能源输出的模式；能源系统工作模式包括正常输出模式、限制输出模式、最小输出模式；
步骤2：确定能源系统工作模式间的转换关系与判定准则；该转换关系包括正常输出模式到限制输出模式的转换、限制输出模式到最小输出模式的转换以及限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换。
在所述步骤1中，所述正常输出模式包括：
能源系统正常供电，光照期由太阳电池阵为卫星负载供电并给蓄电池组充电，地影期由蓄电池组为卫星负载供电。
在所述步骤1中，所述限制输出模式包括：
能源系统由蓄电池组供电，此时通过调整加热器控温阈值降低加热器功率消耗，并顺序关闭次要载荷(包括顺序关闭搭载设备、搜救载荷、空间探测载荷)，整星转巡航模式并设置最大电流充电状态。
在所述步骤1中，所述最小输出模式包括：
能源系统由蓄电池组供电，顺序关闭所有有效载荷设备，进一步调低加热器控温阈值，测控分系统密态转明态，仅维持必要的平台设备供电，整星转巡航模式并设置最大电流充电状态。
在所述步骤2中，正常输出模式到限制输出模式的转换包括：
当蓄电池持续放电时间大于卫星在轨最长地影时间，或蓄电池放电深度达到保护阈值，整星转入限制输出模式。
在所述步骤2中，限制输出模式到最小输出模式的转换包括：
当蓄电池持续放电，放电深度达到设定的最小输出模式阈值时，整星进入最小输出模式，最大限度保护系统的供电安全。
在所述步骤2中，限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换包括：
卫星进入限制输出或最小输出模式后，若卫星能源恢复，在蓄电池充满电后整星重新转入正常输出模式。
在所述步骤2中，确定能源系统工作模式间的判定准则包括：
正常输出模式到限制输出模式的转换条件：正常输出模式到限制输出模式的转换条件为蓄电池持续放电时间大于卫星在轨最长地影时间，或蓄电池放电深度达到保护阈值；
限制输出模式到最小输出模式的转换条件：限制输出模式到最小输出模式的转换条件为蓄电池持续放电至放电深度达到设定的最小输出模式阈值；
限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换条件：限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换条件为卫星能源恢复且蓄电池充满电。
正常输出模式到限制输出模式的转换还包括：当蓄电池持续放电时间大于85分钟(卫星在轨最长地影时间60分钟，控制系统转巡航25分钟)，或蓄电池放电深度达到70％，整星转入限制输出模式。
限制输出模式到最小输出模式的转换还包括：当蓄电池持续放电，放电深度达到80％，整星进入最小输出模式，最大限度保护系统的供电安全；
限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换还包括：当锂离子蓄电池充满电，即单体平均电压达到4.1V后整星重新转入正常输出模式。
目前，国内中高轨卫星的能源系统工作模式管理尚无应用经验，本发明公开的一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法中所包括的卫星能源系统工作模式的定义、工作模式的在轨自主转换条件与判定准则方法研究均属首次。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法可降低因卫星在轨故障导致能源系统输出不能满足负载需求时整星断电的风险，而且通过对卫星不同工作模式的转换，大大增加卫星能源不足时的在轨生存时间，提高卫星在轨工作安全性、可靠性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法，其特征在于，该方法包括依次执行以下步骤：
步骤1：对能源系统工作模式进行定义；通过卫星能源紧张时的工作状态，调整整星能源输出的模式；能源系统工作模式包括正常输出模式、限制输出模式、最小输出模式；
步骤2：确定能源系统工作模式间的转换关系与判定准则；该转换关系包括正常输出模式到限制输出模式的转换、限制输出模式到最小输出模式的转换以及限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述正常输出模式包括：
能源系统正常供电，光照期由太阳电池阵为卫星负载供电并给蓄电池组充电，地影期由蓄电池组为卫星负载供电。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述限制输出模式包括：
能源系统由蓄电池组供电，此时通过降低加热器功率消耗，并顺序关闭次要载荷，整星转巡航模式并设置最大电流充电状态。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述最小输出模式包括：
能源系统由蓄电池组供电，顺序关闭所有有效载荷设备，进一步调低加热器控温阈值，仅维持必要的平台设备供电，整星转巡航模式并设置最大电流充电状态。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，正常输出模式到限制输出模式的转换包括：
当蓄电池持续放电时间大于卫星在轨最长地影时间，或蓄电池放电深度达到保护阈值，整星转入限制输出模式。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，限制输出模式到最小输出模式的转换包括：
当蓄电池持续放电，放电深度达到设定的最小输出模式阈值时，整星进入最小输出模式，最大限度保护系统的供电安全。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换包括：
卫星进入限制输出或最小输出模式后，若卫星能源恢复，在蓄电池充满电后整星重新转入正常输出模式。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，确定能源系统工作模式间的判定准则包括：
正常输出模式到限制输出模式的转换条件：正常输出模式到限制输出模式的转换条件为蓄电池持续放电时间大于卫星在轨最长地影时间，或蓄电池放电深度达到保护阈值；
限制输出模式到最小输出模式的转换条件：限制输出模式到最小输出模式的转换条件为蓄电池持续放电至放电深度达到设定的最小输出模式阈值；
限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换条件：限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换条件为卫星能源恢复且蓄电池充满电。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，正常输出模式到限制输出模式的转换还包括：当蓄电池持续放电时间大于85分钟，或蓄电池放电深度达到70％，整星转入限制输出模式。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
限制输出模式到最小输出模式的转换还包括：当蓄电池持续放电，放电深度达到80％，整星进入最小输出模式，最大限度保护系统的供电安全；
限制输出、最小输出模式到正常输出模式的转换还包括：当锂离子蓄电池充满电，即单体平均电压达到4.1V后整星重新转入正常输出模式。
CN201911359298.4A 2019-12-25 2019-12-25 一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法 Pending CN111064249A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911359298.4A CN111064249A (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911359298.4A CN111064249A (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111064249A true CN111064249A (zh) 2020-04-24

Family

ID=70303519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911359298.4A Pending CN111064249A (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111064249A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113264202A (zh) * 2021-05-20 2021-08-17 中国科学院微小卫星创新研究院 一种卫星在轨能源放电深度预估方法
CN113734471A (zh) * 2021-08-19 2021-12-03 上海卫星工程研究所 高轨卫星阴影期能源紧张自主应对方法及系统
CN114285455A (zh) * 2021-12-16 2022-04-05 广州爱浦路网络技术有限公司 基于核心网的卫星节能控制方法、系统、装置及存储介质
RU2807636C1 (ru) * 2020-09-23 2023-11-20 Виасат, Инк. Модулирование пропускной способности спутника

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100244565A1 (en) * 2007-11-09 2010-09-30 Nec Toshiba Space Systems Ltd Power supply controller
CN103337892A (zh) * 2013-07-10 2013-10-02 上海空间电源研究所 一种卫星用电源自主休眠唤醒控制系统
CN106300518A (zh) * 2016-08-26 2017-01-04 航天东方红卫星有限公司 一种基于锂离子蓄电池应用的卫星在轨自主管理方法
CN108695926A (zh) * 2018-05-23 2018-10-23 中国空间技术研究院 一种高轨卫星锂离子蓄电池组控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100244565A1 (en) * 2007-11-09 2010-09-30 Nec Toshiba Space Systems Ltd Power supply controller
CN103337892A (zh) * 2013-07-10 2013-10-02 上海空间电源研究所 一种卫星用电源自主休眠唤醒控制系统
CN106300518A (zh) * 2016-08-26 2017-01-04 航天东方红卫星有限公司 一种基于锂离子蓄电池应用的卫星在轨自主管理方法
CN108695926A (zh) * 2018-05-23 2018-10-23 中国空间技术研究院 一种高轨卫星锂离子蓄电池组控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张强: "中高轨卫星锂离子蓄电池组自主健康管理系统设计", 《储能科学与技术》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2807636C1 (ru) * 2020-09-23 2023-11-20 Виасат, Инк. Модулирование пропускной способности спутника
CN113264202A (zh) * 2021-05-20 2021-08-17 中国科学院微小卫星创新研究院 一种卫星在轨能源放电深度预估方法
CN113264202B (zh) * 2021-05-20 2022-08-26 中国科学院微小卫星创新研究院 一种卫星在轨能源放电深度预估方法
CN113734471A (zh) * 2021-08-19 2021-12-03 上海卫星工程研究所 高轨卫星阴影期能源紧张自主应对方法及系统
CN114285455A (zh) * 2021-12-16 2022-04-05 广州爱浦路网络技术有限公司 基于核心网的卫星节能控制方法、系统、装置及存储介质
CN114285455B (zh) * 2021-12-16 2022-10-21 广州爱浦路网络技术有限公司 基于核心网的卫星节能控制方法、系统、装置及存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111064249A (zh) 一种中高轨卫星能源系统工作模式自主管理的方法
CN105449756B (zh) 卫星用锂离子蓄电池组电源分系统的自主管理系统
CN103337892B (zh) 一种卫星用电源自主休眠唤醒控制系统
CN112278323B (zh) 一种火星车自主休眠与唤醒控制方法
US20240097481A1 (en) Hybrid battery system
CN101917043B (zh) 锂离子蓄电池充放电控制电路
CN106602694A (zh) 基于超级电容的微纳卫星电源系统
CN103036288B (zh) 一种锂离子蓄电池补充充电控制系统
CN103036289B (zh) 深空探测中探测器的唤醒控制系统和唤醒控制方法
KR20110085719A (ko) 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템 및 그 운용방법
RU2585171C1 (ru) Способ эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания модульного исполнения (варианты)
RU2488198C1 (ru) Стабилизированный комбинированный источник электропитания
RU2541512C2 (ru) Способ управления автономной системой электроснабжения космического аппарата
RU2621694C9 (ru) Способ эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания летательных аппаратов
RU2586172C2 (ru) Способ управления параметрами аккумуляторов никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата (варианты)
CN108695926B (zh) 一种高轨卫星锂离子蓄电池组控制方法
RU2567930C2 (ru) Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания космического аппарата
RU2321105C1 (ru) Способ выравнивания емкости никель-водородной аккумуляторной батареи в составе ка
RU2706762C1 (ru) Способ управления автономной системой электроснабжения космического аппарата
JP2016144301A (ja) 太陽光発電による電力備蓄システム
RU2778262C1 (ru) Система электроснабжения космического аппарата
RU211054U1 (ru) Система электропитания космического аппарата
CN113422424B (zh) 一种卫星供电系统
RU2702758C1 (ru) Способ заряда комплекта аккумуляторных батарей в составе автономной системы электропитания космического аппарата
RU2724111C1 (ru) Система электропитания космического аппарата

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200424