CN112537464A - 一种柔性太阳电池翼 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性太阳电池翼，所述柔性太阳电池翼包括：至少两个太阳电池单板；所述太阳电池单板包括设置有太阳电池阵列的柔性基板和框架；所述柔性基板置于所述框架中，所述框架对所述柔性基板提供刚性支撑；相邻两个所述太阳电池单板之间通过双向卷簧铰链连接。本发明公开的柔性太阳电池翼，具有输出功率大、刚度高、展开可靠等优点。
Description
技术领域
本发明属于航天器太阳电池翼技术领域，尤其涉及一种柔性太阳电池翼。
背景技术
展开式太阳电池翼是航天器通常使用的能量转换系统，将太阳光能直接转化为电能供航天器使用。常见的有刚性太阳电池翼、半刚性太阳电池翼和柔性太阳电池翼等形式，每种结构形式各有优缺点。
刚性、半刚性太阳电池翼展开结构相对简单，刚度相对高，但受限基板厚度和安装包络，其发电功率通常在几千瓦级别；柔性太阳电池翼通过采用柔性薄基板，提高了在相同安装包络下太阳电池翼的布片面积，使发电功率可达二十千瓦左右，但柔性太阳电池翼刚度相对刚性、半刚性基板低很多，需要采用桁架结构提高整翼支撑，由于使用桁架结构进行展收，其展收机构复杂很多，技术难度和风险更高。
我国刚性、半刚性太阳电池翼已在轨多个航天器上应用，但是柔性太阳电池翼由于其展收机构复杂，其无法在航天器或空间电站上应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：提供一种高功率、可应用于航天器或空间电站的柔性太阳电池翼。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种柔性太阳电池翼，其中，所述柔性太阳电池翼包括：至少两个太阳电池单板；
所述太阳电池单板包括设置有太阳电池阵列的柔性基板和框架；
所述柔性基板置于所述框架中，所述框架对所述柔性基板提供刚性支撑；
相邻两个所述太阳电池单板之间通过双向卷簧铰链连接。
可选的，所述双向卷簧铰链包括：铰链、转轴以及卷簧；
可选的，铰链分别与相邻两个太阳电池单板的框架连接，所述卷簧分别与相邻两个太阳电池单板的框架连接；
所述转轴沿纵向贯穿所述铰链与所述卷簧；
所述铰链绕所述转轴转动，所述卷簧为太阳电池单板提供展开预紧力或反向阻尼。
可选的，所述太阳电池单板通过压紧释放装置压紧在航天器舱壁上。
可选的，压紧释放装置包括：火工切割装置、压紧线以及卷线器；所述卷线器由卷轴和扭簧构成，所述柔性太阳电池翼压紧状态下，所述压紧线一端固定在所述卷轴上，所述压紧线的另一端固定在所述火工切割装置内。
可选的，所述压紧线为强度钢丝或碳纤维绳。
可选的，所述压紧线直径应小于压紧孔直径的1/4。
可选的，航天器入轨后接收到地面解锁指令，所述火工切割装置将压紧线切断，在所述扭簧预紧力作用下，卷轴回复旋转，将所述压紧线卷入所述卷线器；所述压紧线被切断的同时，所述太阳电池翼在双向卷簧铰链预紧力作用下展开；在太阳电池单板展开平行时，到位挡板触发到位锁定装置，所述到位锁定装置中的锁定销在弹簧弹力作用下，插入相邻太阳电池单板的到位锁定孔。
可选的，所述柔性基板为聚酰亚胺基板，所述聚酰亚胺基板包含第一聚酰亚胺层、柔性印制板以及第二聚酰亚胺层；
太阳电池片、隔离二极管以及温度传感器粘贴在所述柔性印制板上并电连接形成太阳电池阵列；
所述太阳电池阵列通过所述柔性印制板内的印制铜线电连接；
所述第一聚酰亚胺层、设置有太阳电池阵列的所述柔性印制板以及所述第二聚酰亚胺层依次叠加，形成所述太阳电池单板。
可选的，所述框架包括上框架和下框架，所述上框架与所述下框架形状匹配。
可选的，所述框架厚度为2mm。
本发明具有以下优点：
本发明实施例公开的柔性太阳电池翼，一方面，通过框架支撑和框架对接技术提高柔性太阳电池翼刚度，在满足大功率需求的前提下，降低了传统柔性太阳电池翼展开装置的复杂度和风险，提高其在轨使用可靠性。第二方面，通过双向卷簧铰链连接相邻太阳电池板，可提升展开后太阳电池翼的稳定性；第三方面，柔性太阳电池翼面积大、功率高。综上，本发明提供的柔性太阳能电池翼具有输出功率大、刚度高、展开可靠等优点。
附图说明
图1为本发明实施例的一种太阳电池单板间连接示意图；
图2为本发明实施例的一种太阳电池单板间连接局部放大示意图；
图3为本发明实施例的柔性太阳电池翼收拢示意图。
具体实施方式
下面根据具体的实施例，结合附图针对本发明进行详细说明。应当理解，此处所述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明实施例提供的一种太阳电池单板间连接示意图。
本发明实施例的柔性太阳电池翼，包括：至少两个太阳电池单板，相邻太阳电池单板间连接关系示意图如图1所示。
太阳电池单板包括设置有太阳电池阵列的柔性基板2和框架1；
柔性基板2置于框架中，框架1对柔性基板2提供刚性支撑，组成太阳电池单板；
相邻两个太阳电池单板之间通过双向卷簧铰链5连接。
柔性基板作为太阳电池单板的核心部分，用于承载太阳电池片等部件，柔性基本包括柔性印制板、基底层等。柔性印制板用于电连接设置在柔性基板上的各电池片形成太阳电池阵列。
在一种可选地实施方式中，柔性基板2为聚酰亚胺基板，聚酰亚胺基板包含第一聚酰亚胺层、柔性印制板4以及第二聚酰亚胺层；
太阳电池片3、隔离二极管以及温度传感器(隔离二极管以及温度传感器在图中未示出)粘贴在柔性印制板上并电连接形成太阳电池阵列；太阳电池阵列通过柔性印制板4内的印制铜线电连接，太阳电池单板之间功率和信号通过柔性印制线板4进行传输；第一聚酰亚胺层、设置有太阳电池阵列的柔性印制板以及第二聚酰亚胺层依次叠加，形成太阳电池单板。
在一种可选地实施例中，框架1包括上框架和下框架，上框架与下框架形状匹配，柔性基板2置于上框架、下框架之间，柔性基板2的边缘被框架包围，柔性基板2与框架紧密贴合。上框架、柔性基板以及下框架构成的三明治夹层结构为太阳电池单板的支撑结构，能够增加太阳电池单板的刚性。
可选地，框架厚度设置为2mm。
在一种可选地实施例中，如图2所示，双向卷簧铰链5包括：铰链51、转轴52以及卷簧53；铰链51分别与相邻两个太阳电池单板的框架1连接，卷簧52分别与相邻两个太阳电池单板的框架1连接；转轴52沿纵向贯穿铰链51与卷簧53；铰链51绕转轴52转动，卷簧53为太阳电池单板提供展开预紧力或反向阻尼。具体地，卷簧53为太阳电池单板收拢时提供展开预紧力，为太阳电池单板展开状态下提供反向阻尼，能够提高太阳电池单板间连接刚性。
本发明实施例公开的柔性太阳电池翼，一方面，通过框架支撑和框架对接技术提高柔性太阳电池翼刚度，在满足大功率需求的前提下，降低了传统柔性太阳电池翼展开装置的复杂度和风险，提高其在轨使用可靠性。第二方面，通过双向卷簧铰链连接相邻太阳电池板，可提升展开后太阳电池翼的稳定性；第三方面，柔性太阳电池翼面积大、功率高。综上，本发明提供的柔性太阳能电池翼具有输出功率大、刚度高、展开可靠等优点。
一种可选地实施中，如图3所示的柔性太阳电池翼收拢示意图所示，太阳电池单板1通过压紧释放装置压紧在航天器舱壁上，压紧释放装置包括：火工切割装置2、压紧线3以及卷线器4；火工切割装置2可继承使用传统刚性或半刚性火工切割装置，需要改动与压紧线3的安装固定接口。卷线器由卷轴11和扭簧12构成，柔性太阳电池翼压紧状态下，压紧线3一端固定在卷轴11上，压紧线3的另一端固定在火工切割装置2内。
压紧线3可采用强度大于太阳电池单板压紧力两倍的材料制成，可选地，压紧线3为强度钢丝或碳纤维绳，压紧线3直径应小于压紧孔直径的1/4。
在一种可选地实施例中，航天器入轨后接收到地面解锁指令，火工切割装置2将压紧线3切断，在扭簧12预紧力作用下，卷轴11回复旋转，将压紧线3卷入卷线器4；火工切割装置2将置于其内部的压紧线3切断。压紧线3被切断的同时，太阳电池翼在双向卷簧铰链5预紧力作用下展开；在太阳电池单板展开平行时，到位挡板6触发到位锁定装置，到位锁定装置中的锁定销8在弹簧9弹力作用下，插入相邻太阳电池单板的到位锁定孔10。其中，到位锁定装置由触发钮7、锁定销8以及弹簧9构成。
本发明的柔性太阳电池翼，采用柔性印制板作为基板支撑和电传输，太阳电池片、隔离二极管、温度传感器等器件粘贴在柔性印制板上并电连接形成太阳电池阵，电池阵通过柔性印制板内的印制铜线进行电流汇集和输出。采用具有较强刚度的薄框架为柔性印制板和太阳电池阵提供刚性支撑，组成太阳电池单板。相邻太阳电池单板通过双向卷簧铰链连接，卷簧铰链可提供太阳电池翼释放时的展开力矩，同时提高展开后太阳电池翼稳定性；薄框架内部设置有框架到位对接装置，在太阳电池翼展开到位时实现薄框架间的对接锁定，提高整翼展开到位后的刚度。太阳电池翼设置线压紧释放装置，通过压紧线将太阳电池单板叠放压紧收拢，在轨释放时，切割器切断压紧线，太阳电池阵在双向卷簧作用下展开，展开到位后触发到位对接装置，到位对接锁定。
需要说明的是，以上说明仅是本发明的优选实施方式，应当理解，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术构思的前提下还可以做出若干改变和改进，这些都包括在本发明的保护范围内。
本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种柔性太阳电池翼，其特征在于，所述柔性太阳电池翼包括：至少两个太阳电池单板；
所述太阳电池单板包括设置有太阳电池阵列的柔性基板和框架；
所述柔性基板置于所述框架中，所述框架对所述柔性基板提供刚性支撑；
相邻两个所述太阳电池单板之间通过双向卷簧铰链连接。
2.根据权利要求1所述的柔性太阳电池翼，其特征在于，所述双向卷簧铰链包括：铰链、转轴以及卷簧；
铰链分别与相邻两个太阳电池单板的框架连接，所述卷簧分别与相邻两个太阳电池单板的框架连接；
所述转轴沿纵向贯穿所述铰链与所述卷簧；
所述铰链绕所述转轴转动，所述卷簧为太阳电池单板提供展开预紧力或反向阻尼。
3.根据权利要求1所述的柔性太阳电池翼，其特征在于，所述太阳电池单板通过压紧释放装置压紧在航天器舱壁上。
4.根据权利要求3所述的柔性太阳电池翼，其特征在于，压紧释放装置包括：火工切割装置、压紧线以及卷线器；
所述卷线器由卷轴和扭簧构成，所述柔性太阳电池翼压紧状态下，所述压紧线一端固定在所述卷轴上，所述压紧线的另一端固定在所述火工切割装置内。
5.根据权利要求4所述的柔性太阳电池翼，其特征在于，所述压紧线为强度钢丝或碳纤维绳。
6.根据权利要求4所述的柔性太阳电池翼，其特征在于，所述压紧线直径应小于压紧孔直径的1/4。
7.根据权利要求4所述的柔性太阳电池翼，其特征在于，
航天器入轨后接收到地面解锁指令，所述火工切割装置将压紧线切断，在所述扭簧预紧力作用下，卷轴回复旋转，将所述压紧线卷入所述卷线器；
所述压紧线被切断的同时，所述太阳电池翼在双向卷簧铰链预紧力作用下展开；在太阳电池单板展开平行时，到位挡板触发到位锁定装置，所述到位锁定装置中的锁定销在弹簧弹力作用下，插入相邻太阳电池单板的到位锁定孔。
8.根据权利要求1所述的柔性太阳电池翼，其特征在于，所述柔性基板为聚酰亚胺基板，所述聚酰亚胺基板包含第一聚酰亚胺层、柔性印制板以及第二聚酰亚胺层；
太阳电池片、隔离二极管以及温度传感器粘贴在所述柔性印制板上并电连接形成太阳电池阵列；
所述太阳电池阵列通过所述柔性印制板内的印制铜线电连接；
所述第一聚酰亚胺层、设置有太阳电池阵列的所述柔性印制板以及所述第二聚酰亚胺层依次叠加，形成所述太阳电池单板。
9.根据权利要求1所述的柔性太阳电池翼，其特征在于，所述框架包括上框架和下框架，所述上框架与所述下框架形状匹配。
10.根据权利要求9所述柔性太阳电池翼，其特征在于，所述框架厚度为2mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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