CN112098855A - 一种锂电池在轨模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种锂电池在轨模拟试验系统。包括：太阳电池模拟阵子系统、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、电源控制模拟子系统，所述太阳电池模拟阵子系统、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、电源控制模拟子系统分别与所述模拟卫星相连接。本发明实施例可充分验证电源控制软件的正确性，采用系统集成方式，将原有测试系统联合使用，实现简单方便，有很大的灵活性。同时，各系统可单独使用，用于其它地面测试，具有经济性；在测试过程中大多数设备为模拟设备，可降低地面测试对星上设备带来的风险。所有软件采用相同的通信协议，便与集成，可采用相同的自动化软件进行程序编写及控制，既提高了测试效率，又保证了测试质量。

Description

一种锂电池在轨模拟试验系统

技术领域

本发明涉及航天器地面测试技术领域，特别是一种锂电池在轨模拟试验系统。

背景技术

东三B平台采用传统太阳电池阵—蓄电池组总体设计架构：采用锂离子蓄电池组作为贮能装置，由电源控制器(PCU)完成对供电母线和功率的调节和控制。在地影期或太阳翼输出功率不足时，锂离子蓄电池组通过PCU放电调节模块进行电压变换后为整星提供电能。在光照期，太阳电池阵输出功率能满足整星负载需求并有结余时，通过PCU充电调节模块为锂离子蓄电池组进行能量补充。其中，具体的充放电及控制逻辑由锂离子蓄电池组电源控制软件实现。该软件可根据预置的控制阈值，设置电源控制装置充电电流的大小，对电池进行充电和均衡控制，使锂离子电池单体电压及单体间电压差保持在预期的范围内，完成锂离子蓄电池组的能量补充，使其满足东三B平台卫星在轨地影期间卫星对电能的需求。

在锂离子蓄电池组电源控制软件测试阶段，太阳电池阵不装星，且整星环境与在轨阶段有很大不同，无法实现对蓄电池组在轨工作状态的验证。同时，从测试工作效率及安全性上考虑，卫星软件功能测试时，锂离子蓄电池组不接入，电源控制器充、放电调节模块，南、北锂离子蓄电池组接口管理单元不加电工作，为了模拟锂电池的在轨硬件工作环境，覆盖卫星在轨所有工况状态下软件的工作情况，验证其正确性，需要设计一套软硬结合的测试系统，以完成对锂电池组电源控制软件的测试。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种锂电池在轨模拟试验系统。

本发明的技术解决方案是：

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种锂电池在轨模拟试验系统，包括：太阳电池模拟阵子系统、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、电源控制模拟子系统，所述太阳电池模拟阵子系统、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、电源控制模拟子系统分别与所述模拟卫星相连接；

所述太阳电池模拟阵子系统，被配置模拟不同光照条件下卫星太阳电池阵的输出情况，为电源管理软件的测试构建不同的轨道阶段及光照情况模拟环境，并为模拟卫星提供能量；

所述锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统，被配置为在工作过程中，接收所述模拟卫星发送的指令，模拟南、北蓄电池组及接口管理单元硬件状态，根据指令提供遥测数据，实现所述南、北蓄电池组及接口管理单元状态的模拟，提供整星锂离子蓄电池组软件控制的依据；

所述电源控制模拟子系统，被配置为提供电源控制器状态参数的遥测数据，模拟卫星在轨光照阶段和在轨地影阶段的遥测数据，控制锂离子蓄电池组的充放电。

可选地，所述系统还包括：测试计算机，

所述测试计算机分别与所述太阳电池模拟阵子系统、所述锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、所述电源控制模拟子系统通信连接，被配置为向所述太阳电池模拟阵子系统、所述锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、所述电源控制模拟子系统分别发送控制指令，以控制所述太阳电池模拟阵子系统、所述锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、所述电源控制模拟子系统的运行。

可选地，所述系统还包括：所述总控子系统，其中，

所述总控子系统分别与所述太阳电池模拟阵子系统、所述锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、所述电源控制模拟子系统通信连接，被配置接收所述太阳电池模拟阵子系统、所述锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、所述电源控制模拟子系统的试验数据，分析得到所述锂离子蓄电池组的电池性能。

可选地，所述太阳电池模拟阵子系统包括：配电器、配电控制器、n台直流电源、数据采集控制单元、转换器、交换机、计算机及控制软件，n为大于等于1的正整数；其中，

所述配电器，被配置为控制电源与模拟卫星之间的输出功率；

所述配电控制器，被配置为控制所述配电器内的继电器的接通与断开；

所述n台直流电源，被配置为所述模拟卫星提供电能；

所述数据采集控制单元，被配置为收集所述模拟卫星的有线状态，通过有线指令对所述模拟卫星上的部分设备进行控制；

所述转换器，被配置为控制直流电源接口与计算机网络接口之间的转换；

所述交换机，被配置为控制所述测试计算机与所述n台直流电源之间的通信过程。

可选地，所述锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统包括：第一上位机软件和第一硬件部分，其中，

所述第一上位机软件，被配置为实现对所述总控子系统的通信、网络校时、远程控制、状态监视、保存及对所述第一硬件部分的控制功能；

所述第一硬件部分与所述模拟卫星连接，被配置为模拟南、北蓄电池组及接口管理单元硬件状态，并提供遥测数据。

可选地，所述第一硬件部分通过地面测试电缆与所述模拟卫星连接。

可选地，所述电源控制模拟子系统包括第二上位机软件和第二硬件部分，其中，

所述第二上位机软件，被配置为实现对所述总控子系统的通信、远程控制、状态监视、保存及对所述第二硬件部分的控制功能；

所述第二硬件部分与所述模拟卫星连接，被配置为模拟产生并接收与卫星匹配的遥测信号和指令数据信号，提供电源控制器状态参数的遥测数据、及模拟卫星在轨光照阶段和在轨地影阶段的遥测数据，并将所述遥测数据发送至电源控制软件，以控制所述锂离子蓄电池组的充放电。

可选地，所述第二硬件部分通过地面测试电缆与所述模拟卫星连接。

可选地，所述太阳电池模拟阵子系统、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、电源控制模拟子系统分别通过匹配的卫星接口与所述模拟卫星连接。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1、本发明搭建了一种卫星在轨阶段的硬件环境，不受卫星地面环境限制，可充分验证电源控制软件的正确性；

2、本发明采用系统集成方式，将原有测试系统联合使用，实现简单方便，有很大的灵活性。同时，各系统可单独使用，用于其它地面测试，具有经济性；

3、本发明在测试过程中，大多数设备为模拟设备，可降低地面测试对星上设备带来的风险；

4、本发明中所有软件采用相同的通信协议，便与集成，同时，可采用相同的自动化软件进行程序编写及控制，既提高了测试效率，又保证了测试质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种锂电池在轨模拟试验系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种太阳电池阵模拟子系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种蓄电池组及接口管理单元模拟子系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电源控制模拟子系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种锂电池在轨模拟试验系统，用于在地面测试时，为卫星锂电池组电源控制软件测试提供硬件环境。其中包括太阳电池阵模拟系统，锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟系统，电源控制器模拟系统。首先，采用分别搭建的方式搭建独立的测试系统。然后，接入卫星系统共同组成锂电池在轨模拟试验系统。本发明可实现几个系统间的联合工作，组成联合系统，为东三B平台通信卫星锂电池组电源控制软件测试提供硬件测试环境。

参照图1，示出了本发明实施例提供的一种锂电池在轨模拟试验系统的结构示意图，如图1所示，锂电池在轨模拟试验系统可以包括：太阳电池模拟阵子系统110、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统120、电源控制模拟子系统130，太阳电池模拟阵子系统110、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统120和电源控制模拟子系统130分别与模拟卫星140连接，其中，

太阳电池模拟阵子系统110可以被配置模拟不同光照条件下卫星太阳电池阵的输出情况，为电源管理软件的测试构建不同的轨道阶段及光照情况模拟环境，并为模拟卫星140提供能量；

锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统120可以被配置为在工作过程中，接收模拟卫星140发送的指令，模拟南、北蓄电池组及接口管理单元硬件状态，根据指令提供遥测数据，实现所述南、北蓄电池组及接口管理单元状态的模拟，提供整星锂离子蓄电池组软件控制的依据；

电源控制模拟子系统130可以被配置为提供电源控制器状态参数的遥测数据，模拟卫星在轨光照阶段和在轨地影阶段的遥测数据，控制锂离子蓄电池组的充放电。

本发明实施例提供的锂电池在轨模拟系统，通过结合上述系统在地面模拟锂离子蓄电池组在卫星轨道上不同阶段的模拟，从而可以不受卫星地面环境限制，可充分验证电源控制软件的正确性，并且采用系统集成方式，将原有测试系统联合使用，实现简单方便，有很大的灵活性。同时，各系统可单独使用，用于其它地面测试，具有经济性。

在本实施例中，锂电池在轨模拟系统还可以包括测试计算机160(如图1所示)，测试计算机160可以分别与太阳电池模拟子系统110、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统120和电源控制模拟子系统130通信连接，该测试计算机160可以被配置为向太阳电池模拟阵子系统110、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统120和电源控制模拟子系统130分别发送控制指令，以控制太阳电池模拟阵子系统110、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统120和电源控制模拟子系统130的运行。

具体地，可以由业务人员预先在测试计算机上设置上述子系统运行的条件及指令，在满足子系统运行的条件时，则生成该子系统对应的运行指令，并将运行指令发送至该子系统，以控制该子系统的运行。

本发明实施例通过测试计算机的控制，可以实现自动进行试验的目的，无需用户手动操控，节省了人力资源。

在本发明的一种具体实现方式中，锂电池在轨模拟试验系统还可以包括：总控子系统150，总控子系统150可以分别与太阳电池模拟阵子系统110、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统120和电源控制模拟子系统130通信连接。

总控子系统150可以被配置为接收太阳电池模拟阵子系统110、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统120和电源控制模拟子系统130的试验数据，以分析得到锂离子蓄电池组的电池性能。

接下来结合图2对太阳电池模拟阵子系统进行如下详细描述。

在本发明的另一种具体实现方式中，太阳电池模拟阵子系统可以包括：配电器126、配电控制器123、n台直流电源124、数据采集控制单元122、转换器125、交换机121、计算机及控制软件(图中未示出)，n为大于等于1的正整数。

配电器126可以被配置为控制电源与模拟卫星127之间的输出功率；

配电控制器123可以被配置为控制配电器126内的继电器的接通与断开；

n台直流电源124可以被配置为模拟卫星127提供电能；

数据采集控制单元可以被配置为收集模拟卫星127的有线状态，通过有线指令对模拟卫星127上的部分设备进行控制；

转换器125可以被配置为控制直流电源接口与计算机网络接口之间的转换；

交换机121可以被配置为控制测试计算机160与n台直流电源124之间的通信过程。

具体地，用户通过计算机控制软件发送相应的电源控制指令或调用不同的供电曲线，对直流电源进行状态设置，实现光照期、地影期及光照期不同光照强度下太阳电池阵的功率输出情况模拟；配电器为电源与卫星之间的继电器开关，用于控制电源与卫星之间的功率输出；配电控制器用于控制配电器内继电器的接通与断开；数据采集控制单元用于收集卫星的有线状态，并可通过有线指令对卫星上部分设备进行控制；转换器用于直流电源通信接口(GPIB)与计算机网路接口(LAN)之间的转换；交换机用于计算机与直流电源的通信。多台设备共同工作，一起完成太阳电池阵的模拟。

太阳电池阵模拟子系统的搭建过程如下：

选用n台直流稳压电源作为模拟太阳电池阵能源来源的核心部分，n台电源需具有远程控制功能，恒流-恒压输出功能，过压、过流保护功能等，通过GPIB与LAN结合的方式将n台电源连接起来(首先将n台电源分为n/4组，每4台为一组，4台之间使用LAN口连接，组与组之间使用GPIB进行连接)，最终通过GPIB转LAN的转换器连接交换机；电源功率输出部分通过专用功率线缆汇接于配电器(配电器数量由配电器的电源控制能力决定，一般情况下1台配电器可控制8组或者更多组电源)；配电器与配电器控制器间通过专用控制电缆进行连接；同时，配电器控制器将采集到的配电器状态通过配电器控制器与数据采集控制单元间的电缆送与数据采集控制单元；数据采集控制单元通过网线与交换机相连；最终，交换机与计算机及软件间通过以太网连接。实现了太阳电池阵模拟系统的搭建。太阳电池阵模拟系统采用与卫星太阳电池阵电缆具有相同接口的电缆接入到卫星功率输入设备入口端。太阳电池阵模拟系统工作时可模拟不同光照条件下卫星太阳电池阵的输出情况，为电源管理软件的测试创造不同的轨道阶段及光照情况模拟环境，同时作为卫星地面测试时的能源来源为卫星提供能量。

接下来，结合图3对本发明实施例的锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统进行如下详细描述。

在本发明的另一种具体实现方式中，如图3所示，锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统可以包括第一上位机软件和第一硬件部分，其中，

第一上位机软件可以被配置为实现对总控子系统的通信、网络校时、远程控制、状态监视、保存及对所述第一硬件部分的控制功能；

第一硬件部分与模拟卫星连接，该第一硬件部分可以被配置为模拟南、北蓄电池组及接口管理单元硬件状态，并提供遥测数据。

具体地，如图3所示，锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟系统由上位机软件与硬件部分组成，主要实现与总控的通信、网络校时、远程控制、状态监视、保存及对硬件的控制功能，同时完成卫星指令接收、反演等与卫星的通信功能。设备硬件部分通过地面测试电缆与卫星连接，用于模拟南、北蓄电池组及接口管理单元硬件状态，根据本地或远程指令进行可靠动作，给出蓄电池组单体电压、整组电压及均衡开关开合状态等遥测数据。软硬件结合共同实现南、北蓄电池组及接口管理单元状态的模拟，提供整星锂离子蓄电池组软件控制的依据。

锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统的搭建过程如下：

锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟系统硬件与软件均集成于一台具有CPCI插槽的工控机和2套CSB总线板卡的专用机箱内。机箱内部工控机通过以太网接口与计算机进行通信。系统采用与卫星总线接口管理模块相同的CSB串行总线，通讯协议遵循CSB总线的通讯协议。通过外部专用电缆与卫星进行连接。锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟系统作为CSB总线的RT端，响应卫星对其发出的指令，并将模拟的遥测信息发送给卫星。同时，在工控机内部安装的上位机软件作为模拟系统的控制软件，可以对模拟系统进行控制，设置不同的蓄电池组单体电压、整组电压、均衡开关状态以及总线使用情况、指令响应与不响应等。

接下来结合图4对本发明实施例提供的电源控制模拟子系统进行如下详细描述。

在本发明的另一种具体实现方式中，电源控制模拟子系统可以包括第二上位机软件和第二硬件部分，其中，

第二上位机软件可以被配置为实现对总控子系统的通信、远程控制、状态监视、保存及对第二硬件部分的控制功能；

第二硬件部分与模拟卫星连接，该第二硬件部分可以被配置为模拟产生并接收与卫星匹配的遥测信号和指令数据信号，提供电源控制器状态参数的遥测数据、及模拟卫星在轨光照阶段和在轨地影阶段的遥测数据，并将遥测数据发送至电源控制软件，以控制锂离子蓄电池组的充放电。

具体地，如图4所示，电源控制模拟系统也由上位机软件与硬件部分组成。上位机软件与南、北蓄电池组及接口管理单元模拟系统软件功能一致，主要实现与总控的通信、远程控制、状态监视、保存及对硬件的控制功能，同时完成卫星指令接收、反演等与卫星的通信功能。设备硬件模拟产生并接收与卫星匹配的遥测信号和指令数据信号；能根据本地或远程指令进行可靠动作，给出电源控制器状态参数的遥测数据，模拟卫星在轨光照、地影阶段的遥测数据，送给电源控制软件，作为控制参数，控制蓄电池组组的充放电。

电源控制模拟子系统的搭建过程如下：

电源控制模拟系统硬件与软件同样集成与一台专用机箱内。它使用串行数字接口仿真电源控制器的串行数字量数据。通过2路PCU数字指令接口，分别接收星上输出的2路12位指令码，并上传到上位机。以上部分均通过外部专用电缆连接实现与卫星的连接，电缆接口与电源控制器接口相同，用于替代电源控制器。

以上3个子系统同时与卫星连接，与卫星系统共同实现锂电池在轨模拟试验系统的搭建，同时，由于3套子系统均有独立的上位机及上位机软件，且测试机箱一般放置于卫星旁，不利于测试的进行，故也可将三个上位机软件集中安装于测试计算机。测试时，通过一台计算机即可控制三套系统。

上述3类模拟子系统分别通过匹配的卫星接口与卫星连接，共同组成锂电池组在轨模拟试验系统。

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)

1.一种锂电池在轨模拟试验系统，其特征在于，包括：太阳电池模拟阵子系统、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、电源控制模拟子系统，所述太阳电池模拟阵子系统、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、电源控制模拟子系统分别与所述模拟卫星相连接；

所述太阳电池模拟阵子系统，被配置模拟不同光照条件下卫星太阳电池阵的输出情况，为电源管理软件的测试构建不同的轨道阶段及光照情况模拟环境，并为模拟卫星提供能量；

所述锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统，被配置为在工作过程中，接收所述模拟卫星发送的指令，模拟南、北蓄电池组及接口管理单元硬件状态，根据指令提供遥测数据，实现所述南、北蓄电池组及接口管理单元状态的模拟，提供整星锂离子蓄电池组软件控制的依据；

所述电源控制模拟子系统，被配置为提供电源控制器状态参数的遥测数据，模拟卫星在轨光照阶段和在轨地影阶段的遥测数据，控制锂离子蓄电池组的充放电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：测试计算机，

所述测试计算机分别与所述太阳电池模拟阵子系统、所述锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、所述电源控制模拟子系统通信连接，被配置为向所述太阳电池模拟阵子系统、所述锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、所述电源控制模拟子系统分别发送控制指令，以控制所述太阳电池模拟阵子系统、所述锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、所述电源控制模拟子系统的运行。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：所述总控子系统，其中，

所述总控子系统分别与所述太阳电池模拟阵子系统、所述锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、所述电源控制模拟子系统通信连接，被配置接收所述太阳电池模拟阵子系统、所述锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、所述电源控制模拟子系统的试验数据，分析得到所述锂离子蓄电池组的电池性能。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述太阳电池模拟阵子系统包括：配电器、配电控制器、n台直流电源、数据采集控制单元、转换器、交换机、计算机及控制软件，n为大于等于1的正整数；其中，

所述配电器，被配置为控制电源与模拟卫星之间的输出功率；

所述配电控制器，被配置为控制所述配电器内的继电器的接通与断开；

所述n台直流电源，被配置为所述模拟卫星提供电能；

所述数据采集控制单元，被配置为收集所述模拟卫星的有线状态，通过有线指令对所述模拟卫星上的部分设备进行控制；

所述转换器，被配置为控制直流电源接口与计算机网络接口之间的转换；

所述交换机，被配置为控制所述测试计算机与所述n台直流电源之间的通信过程。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统包括：第一上位机软件和第一硬件部分，其中，

所述第一上位机软件，被配置为实现对所述总控子系统的通信、网络校时、远程控制、状态监视、保存及对所述第一硬件部分的控制功能；

所述第一硬件部分与所述模拟卫星连接，被配置为模拟南、北蓄电池组及接口管理单元硬件状态，并提供遥测数据。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一硬件部分通过地面测试电缆与所述模拟卫星连接。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电源控制模拟子系统包括第二上位机软件和第二硬件部分，其中，

所述第二上位机软件，被配置为实现对所述总控子系统的通信、远程控制、状态监视、保存及对所述第二硬件部分的控制功能；

所述第二硬件部分与所述模拟卫星连接，被配置为模拟产生并接收与卫星匹配的遥测信号和指令数据信号，提供电源控制器状态参数的遥测数据、及模拟卫星在轨光照阶段和在轨地影阶段的遥测数据，并将所述遥测数据发送至电源控制软件，以控制所述锂离子蓄电池组的充放电。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二硬件部分通过地面测试电缆与所述模拟卫星连接。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述太阳电池模拟阵子系统、锂离子蓄电池组及接口管理单元模拟子系统、电源控制模拟子系统分别通过匹配的卫星接口与所述模拟卫星连接。

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