JPH0267609A - マルチ電力バス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明け２人工衛星等に使用するマルチ電力バス制御
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図、第４図、第５図は、複数バッテリを使用する従
来の電力バス方式を示したものである。

第３図、第４図、第５図において、　　（１０１）は電
力バス、　　（１０２）は太陽電池プレイ、　　（１０
３）けシャント装置、　　（１０４）は第１番目のバッ
テリ、　　（１０５）は第Ｎ番目のバッテリである。

また第３図において（１０６）　、　（１０７）はバッ
テリとバスを接続するためのダイオードである。

第４図において＃　　（１（１６）　、　（１０７）は
バッテリとバスを接続するためのダイオード、　　（１
０８）は第１番目の子備バッテリ・セル、　　（１０９
）Ｉｆｉ第Ｎ番目の子備バッテリ・セル、　　（１１０
）　、　（１１１）　は予備バッテリ・セル接続用スイ
ッチである。

第５図において、　　（１１２）　、　（１１３）はバ
ッテリ放電電流用レギュレータである。

従来の電力バス方式について、第３図、第４図および第
５図を用いて以下に説明する。

第３図の電力バス方式において、太陽電池アレイ（１０
２）に太陽光が当っているとき（以後“日照時”と呼ぶ
。）には太陽電池電力／ｌｉ、　シャント装置（１０３
）によ多制御されて電力バス（１０１）に供給される・
太陽光量が不足し太陽電池プレイ（１０２）の発生電力
低下に伴ない、電力バス（１０ｆ　）の電圧が低下する
（以後“日陰時”と呼ぶ。）と、Ｎ台のバッテリ（図中
（１０４）　、　（１０５）　　で示す。）が放電を開
始し、このＮ台のバッテリ（ＩＯＪ（１０５）から電力
バス（１０リヘ電力が供給される。通常、１台のバッテ
リは複数のバッテリ・セルを多段直列したものが用いら
れる。

したがって、あるバッテリの中で１個のセルに短Ｍ５ま
たは開放故障の発生した場合には、電圧が他のバッテリ
電圧よりも低下し２日陰時のバッテリ放電量が他のバッ
テリよりも著しく低下する。

この結果、故障バッテリ・セルを含むバッチＩＪ　Ｈ有
効に利用されず、他の正常なバッテリの負担が重くなシ
、故障バッテリの供給電力に相当する分の負荷電力を電
力バス（１０１）よ〕低減せねばならない問題がある。

第４図の電力バス方式は第３図の問題を補うために用い
られる方式の１つである。各バッテリ（第４図で（１０
４）　、　（１０５）　　で示す。）には予備バッテリ
・セル（１０８）　、　（１０９）　が設けられ、ある
バッテリでセル故障が発生した場合にはそのバッテリ用
の予備バッテリ拳セルを予備セル接続用スイッチ（第４
図で（１１０）　、　（１１１）　　で示す。）によシ
接続する。

なおバッチＩＪ　（１０４）　、　（１０５）　　内の
セル故障検知は衛星内のテレメトリ装置によシバツテリ
電圧もしくけ、バッテリ・セル電圧を地上でモニタする
ことにより行われ予備セル接続用スイッチ（１１０）（
１１すのオン、オフは、地上からの送信コマンドによる
のが一般的である。こうして故障セルを含むバッテリの
電圧も、他の正常バッテリ電圧とほぼ等しくして、故障
セルを含むバッテリも有効に利用される。

しかしながら予備セルを多数用いなければならぬことに
よシ、バッテリ・セル自体も重量物であるこ七からシス
テム全体でかなシの重量増となる。

第５図の電力バス方式も、第３図の問題を補うために用
いられる方式の１つである。各バッテリには放１に電流
レギュレータ（第５図で（１１２）（１１３）で示す。

）が接続され、いずれのバッテリ内でセル故障が発生し
ても、放電レギュレータの働きによシ各バッテリの放電
電流も等しくなシ故障セルを含むバッテリも有効に利用
できる。しかしながら放電レギュレータ内では放電電流
の均等化のために半導体素子を用いた制御を行うため、
損失が発生する問題がある。また大電力を扱う放電レギ
ュレータはハードウェアの形状も大きく、システム全体
でかなシの重量増となる。

また、第３図、第４図、第５図のいずれの方式において
も０人工衛星全体で１つの電力バスを有しているだけな
ので、単一の電力バス短絡故障で衛星全体の機能が喪失
する危険がある。また太陽電池プレイをＩＩＩ　１Ｉｌ
ｌするシャント装置の不良動作が衛星全体の電力バス特
性を損なう危険もある。こうした不具合は大電力衛星で
あればあるほどミンジョン全体へ及ぼす影響が大きいも
のとなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来の電力バス方式では、セル故障の発生したバ
ッテリが有効に利用されないか、″または有効に利用す
る手段を講じてもかなシの重量増を招（問題点があった
。

また衛星全体が、１つの電力バス構成となっているので
単一バス故障で衛星全体の機能喪失となる。およびシャ
ント装置の不良動作により衛星全体の電力バス特性が損
なわれるの問題点があった。

この発明けかかる課題を解決するためになされたもので
セル故障の発住したバッテリを有効利用できるとともに
システム全体の’ｔｉを４ｉ￥量化でき電力バスでの故
障、不良動作による波及範囲を粛小にできるマルチ電力
バス制御装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るマルチ電力バス制御装置けａｎ（ｎけ２
，３．・・・・・・Ｎ）個の太陽電池アレイと。

上記６ｎ個の太陽電池アレイにそれぞれ対応して設けら
れたａｎ個のシャント装置、ダイオードに接続されたａ
ｎ個のバッテリと、上記６ｎ個の太陽′ｒｔ１池アレイ
アレイント装置およびダイオードを介したバッテリがそ
れぞれ対応して接続されたａｎ個の電力バスと、ｂｎ（
ｎは、２，３．・・・・・・Ｎ）個の太陽電池アレイと
、上記ｂｎ個の太陽電池アレイにそれぞれ対応して設け
られたｂｎ個のシャント装置と、ダイオードに接続され
たｂｎ個のバッテリと、上記ｂｎ個の太陽電池アレイ、
シャント装置およびダイオードを介したバッテリがそれ
ぞれ対応して接続されたｂｎ個の電力バスと。

互いに隣接する上記ａｎ個の電力バスとｂｎ個の電力バ
ス間をそれぞれ接続するスイッチと、上記ａｎ個の互い
に隣接する電力バス相互間を接続するスイッチと、上記
第８１番目の電力バスと第８８番目の電力バスとを接続
するスイッチと、　　ｂｎ個の互いに＠接する電力バス
相互間を接続するスイッチと、上記第ｂ１番目の電力バ
スと第ｂＮ番目の電力バスを接続するスイッチと、上記
スイッチをオン、オフ制御する手段とを具備したもので
ある。

〔作用〕 この発明においては、第ａｎ番目の電力バスのとなりの
電力バスとの接続用スイッチを開にすることによυ、第
第８蚤 番目の電力バス．第ａ（ｎ＋１）番目の電カッくス。

第ｂｎ番目の電力バスから分離され．全く独立した゛電
力バスとして動作する。（ｎ＝１，・・・・・・Ｎ）ま
た第ｂｎ番目の電力バスもとなりの電カッ；スとの接続
用スイッチを開にすることによ凱第ｂ（ｎ−１）番目の
電力バス，第ｂ（ｎ＋１）番目の電力バス，第Ｂｎ番目
の電カッζスから分離され全（独立した電力バスとして
動作する。（ｎ＝１。

・・・・・　Ｎ） 〔実施例〕 第１図は．この発明の一実施例を示すブロック図である
。

ｔｉｌｔ；を第８１番目の電力バス．（２）は第８２番
目の電力バス，（３）は第８３番目の電力バス．（４）
け第８８番目の電力バス，　ｆ５１／／′ｉ第ｂ１番目
の電カッ（ス。

（６）は第ｂ２番目の電力バス，（７）は第ｂ３番目の
電力バス．（８）は第ｂＮ番目の電力バス．（９）は第
８１番目の太陽電池プレイ、　Ｑｌけ第８２番目の太陽
電池アレイ、ａｎけ第８３番目の太陽電池アレイ、　（
Ｌ１５け第８８番目の太陽電池プレイ、αＪは第ｂ１番
目の太陽電池アレイ、α４１は第ｂ２番目の太陽電池ア
レイ、　（１！９は第ｂ３番目の太陽電池アレイ、α８
は第ｂＮ番目の太陽電池アレイ、αηけ第８１番目のシ
ャント装置．αδは第８２番目のシャント装置，　（１
９け第８３番目のシャント装置．翰は第８８番目のシャ
ント装置．（２Ｄは第ｂ１番目のシャント装置。

のけ第ｂ２番目のシャント装置，α１３は第ｂ３番目の
シャント装置．２４１は第ｔ）Ｎ番目のシャント装置。

（ハ）は第ａ１番目のバッテリ、翰は第８２番目のバッ
テリ、＠は第６３番目のバッテリ、＠け第８８番目のバ
ッテリ、翰は第ｂ１番目のパッチ！Ｊ，　ＱＵけ第ｂ２
番目のバッテリ、α３１１は第ｂ３番目のバッテリ、■
は第１）Ｎ番目のバッテリ、（至）〜１４ｆｔは各バッ
テリと各電力バスを接続するためのダイオード。

０υ〜０４は互いに隣接する８系統とｂ系統間のパスを
接続するスイッチ、　ｔＡｓ〜禰は互いＫＩｍ接するａ
系統内のバスを接続するスイッチ、６１〜（５４）は互
いに隣接するｂ系統内のバスを接続するスイッチである
。

次にこの発明のマルチ電力バス制御装置の動作を第１図
を用いて説明する。

人工衛星が打上後定常運用状態に移行してからのバス間
接続用スイッチの状態の一例を第１図に示す。

すなわち＠８１番目と第ａｊ地目の電力バス（（１）〜
（４））間（ｉ、ｊ＝１．・・・・・・、Ｎ）を接続す
るスイッチ０！９〜（４ＣＪは全て閉じられ、第ｂｘ番
目と第ｔ＋ｊ番目の電力バス（（５）〜（８））間（ｉ
、ｊ＝１，……，Ｎ）を接続するスイッチ−〜（５４）
　ｔｆｉ全て閉じられ、第ａｋ番目と第ｂｋ番目の電力
バス間（ｋ、＝ｌ、・・・・・・　Ｎ）を接続するスイ
ッチ（４υ〜（４４１は全て開かれている。

すなわち、第８列の電力バス全体が１個に合成され（以
後″８系バス”と呼ぶ）、さらに第す列の電力バス全体
が１個に合成され（以稜′″ｂ系バス”と呼ぶ）、衛星
全体で運用上２個の独立した電力バスとなる。

したがって、ａ系またはｂ系のいずれかの電力バスで異
常が発生しても必ず片系のバスが正常であシ、異常な系
のバスの影響を受けない。予め。

衛星のハウスキーピングを行う機器（例えば、テレメト
リ・コマンド系機器、姿勢制御系機器）を冗長構成とし
、１１系バス（１）〜（４７とｂ系パス（５）〜（８）
に分配しておけば、必ずハウスキーピング用機器を生き
残らせることができ衛星全体が異常に陥ることを防げる
利点がある。たとえば、正常バス側のテレメトリ・コマ
ンド機器を用いて、異常バス側のテレメトリ値を地上で
診断し、地上からコマンドを送信することによシ異常パ
ス側の復旧を行うこともできる。

また日陰時には、８系バス、ｂ系パス共に、各々Ｎ台の
バッテリ（ａ系では（ハ）〜（支）、ｂ系ではＣＪＩ〜
Ｇ３　）がダイオード・オア（Ｄ工ＯＤＥ　−０Ｒ）（
ａ系ではダイオード（至）〜（至）、ｂ系ではダイオー
ドＧｅｌ　−ｕｔ！による）で並列接続されるので、Ｎ
台のバッテリ放電電流かはぼ等しくなシこの結果Ｎ台の
バッテリ放電深度はｔ′！！ぼ等しくなる。

したがって、各系バス内で、Ｎ台のバッテリを均等なデ
ユーティで使用できるため、長期間妃わたって多数バッ
テリの管理が容易に行える利点がある。

日陰時、あるバッテリ内でセル故障が発生したと５きに
は、このバッテリに接続される電力バスを隣接の電力バ
スから分離して独立して動作させることによシ、故障セ
ルを含むバッテリを有効に利用することができる。例え
ば、ａ１番目の電力バス（１）に接続される第ａ１番目
のバッテリ（ハ）内でセル故障が発生した場合には電力
バス接続用スイッチ（４９，Ｇｌｌを開にすることによ
り、ａ１番目の電力バス（１）をａ２番目の電力バス（
２）およびａＮ番目の電力バス（４）よシ分離する。こ
の一連の動作はバッテリ電圧またはバッテリ・セル電圧
およびバッテリ放電電流のテレメトリを地上でモニタす
ることによシセル故障を検知し、地上からコマンドを送
信することによシ電力バス接続用スイッチを動作させて
行う。なお、バッテリ・セルにはたとえば第２図に示す
ようなバイパスダイオード（２０２）（２０５）を設け
ることによシたとえセル開放故障が発生しても、他のセ
ルを有効に利用できることけいうまでもない。

日照時、ａ系パス、ｂ系バスは共に各々Ｎ台の太陽電池
プレイ（ａ系には（９）　〜４Ｘ５．　１：＋　、１１
４１−０３〜αθ）、Ｎ台のシャント装置（ａ系にはα
７）Ｓ−＠）。

ｂ系には（２１１〜Ｇ！４１　）が並列に接続されるの
で、これらの各太陽電池アレイ、シャント装置から均等
に電力を供給させることができる。たとえば、ディジタ
ル型・シーケンシャル囃シャント装ｇＬヲ用いることに
よシ、独立したシャント装置の連列運転化、および上記
の供給電力の均等化を容易に行わせることができる。こ
うした、複数の太隔電池アレイ、シャント装置の均等な
デユーティによる運転は、信頼度の向上、衛星内の発熱
分布を均等化でき熱制御が容易になる。衛星内で局所的
に大きい磁気モーメントを発生する箇所がないなどの利
点がある。

また９日照時にある太陽電池アレイ、またはあるシャン
ト装置で故障または不良動作が発生した場合には、これ
らの太陽電池アレイ、シャント装置につながる電力バス
を隣接の電力バスから分離することによシ、その系の電
力バス全体の特性を損なうことがない。例えば、ａｌ電
力バス（１）に接続される第８１番目の太陽電池アレイ
（９）または。

第ａ１番目のシャント装置αＤで故障または不良動作が
発生した場合には、電力バス接続用スイッチ４１′３，
４１１を開にすることにより８１番目の電力バスｆｉｌ
を８２番目の電力バス（２）およびａＮ電力パス（４）
から分離する。こうして８１番目の電力バス（１）の異
常が、ａ系電力バス全体１１１〜（４）に波及するのを
防ぐことができる。

なお一連の動作において、ある太陽電池アレイあるいは
あるシャント装置の故障または不良動作の検知は例えば
太陽電池アレイの出力電力電流。

シャント装置を流れる電流、バス電圧のテレメトリを地
上でモニタし、各テレメトリのＤＣ値およびリップル値
を診断することにより行える。また電カイ（ス接続用ス
イッチのオン、オフは地上からコマンドを送信すること
によ〕行える。

日陰時９日照時を問わず１片系バスで短絡故障が発生し
たときには、正常なバス系のノ・クスキービング機器に
より異常なパス系の診断を行い、正常なハウスキーピン
グ系機器からの指令によ）異常なパス系の中の電力バス
と１つずつ分離していき短絡故障箇所を固定し、以後そ
の短絡している電力バスのみを分離し、異常なパス系内
如あった他の電力バスを正常な状態に復帰させることが
できる。

例えば０日系バスで短絡の徴候があった場合にはｂ系パ
ス内のハウスキーピング機器を用いて。

ａ系バスのモニタおよび電力バス間を分離するための指
令の送信を行う。先ず接続スイッチＫＨＩを開にし、ａ
ｔ番目の電力バスｆｌ）に短絡がないのかチエツクする
。次に接続スイッチ（４ｉ　！Ｇを開にし。

８２番目の電力バス（２）に短絡がないかチエツクする
。順次チエツク作業を行い、接続スイッチ（４１４１を
開にすることによ＃）ａＮ番目の電力バス（４）Ｋ短絡
がないかチエツクする。こうして短絡バスの同定を行い
、以後短絡バスのみを分離し、ａ系内の他の電力バスを
正常な状態に復帰させ、１個の電力バス故障の波及を最
小限に食い止めることができる。

上記一連の動作において、バス短絡の徴候は。

各バスのバス電圧、バス電流、ソーラアレーのｄ力電流
、バッテリ電圧、バッテリ放電電流のテレメトリを地上
でモニタすることにより診断することができる。電力バ
ス間を接続・分離するためのスイッチのオン、オフは地
上からのコマンドにより行うことができる。

以上は第１図のバス間接続用スイッチの状態を用いて１
人工衛星が打上後、定常運用状態に移行してからの動作
を説明した。

次に打上げ時および姿勢異常時の動作を駒間する。一般
に打上げ時および姿勢異常時には太陽電池プレイへの太
陽光入射角が必ずしも直角に近い角度でけあシ得ず、そ
の結果太陽電池アレイの発生電力が不足しがちである。

さらに衛星構造物の影が太陽電池アレイ上に落ち、その
太陽電池アレイに接続される電力バスのバッテリの放電
量のみが大きくなることがある。そこで、衛星全体とし
て、太陽電池アレイの電力余裕を大きくシ、極力バッテ
リを放電させないことが必要である。そのために第１図
において、さらに第ａｋ番目の電力バスと第１）ｋ番目
の電力バス（ｋ＝＝１．・・・・・・　Ｎ）を接続する
スイッチ４０４３４３　（４Ｊを閉じて運用する。

こうして衛星全体が１個の電力バスとな夛、太陽電池ア
レイ全体を無駄なく効率よ（利用することができる。

さらに、第１図に示したバス間接続用スイッチはリレー
、半導体などを用いて軽量化を図ることができる。

ところで、上記説明では便宜上、８系バス、ｂ系バスの
２系バス構成となる形態を用いてこの発明を述べたがさ
らに３系バス以上となる形態においてもバス間接続を循
環的に行い容易に拡張できることけいうまでもない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおシ９個別の太陽電池アレイ
、シャント装置、バッテリよシ成る複数の電力パスが８
系統とｂ系統処分けられて、さらに各電力パスが隣接す
るパス間とスイッチによって循環的に接続されているの
で、セル故障の発生したバッテリを有効に利用できると
ともにある電力パスでの故＃または不良動作による波及
影暑を最小にできるという効果がある。

また各電力パスがほぼ均等のデユーティで動作すること
によシ衛星内の発熱分布を均等にでき。

かつ衛星内で局所的に大きい磁気モーメントを発生させ
ない、太陽電池アレイ発生電力不足時には衛星全体を１
個の電力パスとすることによシ太陽電池プレイ全体を無
駄なく効率よく利用できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図。 第２図はバッテリーセル用のバイパス−ダイオード構成
を示す図、第３図、第４図および第５図は複数バッテリ
を使用する従来の電力パス方式を示すブロック図である
。 図において、（１）〜（４）け８系統の電力パス、（５
）〜（８）けｂ系統の電力パス、（９）〜ａ２けａ系統
の太陽電池アレイ、峙〜ａＳはｂ系統の太陽電池アレイ
、（ｌη〜■けａ系統のシャント装置、　２ｆｌ〜ｕ４
１はｂ系統のシャント装置、（ハ）〜■けａ系統のバッ
テリ、ｌ１２！１〜０３けｂ系統のバッテリ、峙〜１４
１１はダイオード、＠υ〜（５４）はスイッチ、　　（
１０１）は電力パス、　　（１０２）は太陽電池アレイ
、　　（１０５）はシャント装置、　　（１０４）（ｉ
ｎｓ）はバッテリ、　　（１０６）、（１０７）はダイ
オード。 （１０８）　、　（１０９）　　は予備バッテリ・セル
、　　（１１０）。 （１１１）はスイッチ、　　（１１２）、（１１３）　
　はバッテリ放電用レギュレータ、　　（２０１）はバ
ッテリ・セル。 （２０２）は放電用バイパスＯダイオード、　　（２０
３）は充電用バイパスΦダイオードである。 なお１図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ａｎ（ｎは２，３，……Ｎ）個の太陽電池アレイと、上
   記ａｎ個の太陽電池アレイにそれぞれ対応して設けられ
   たａｎ個のシャント装置と、ダイオードに接続されたａ
   ｎ個のバッテリと、上記ａｎ個の太陽電池アレイ、シャ
   ント装置およびダイオードを介したバッテリがそれぞれ
   対応して接続されたａｎ個の電力バスと、ｂｎ（ｎは、
   ２，３，……，Ｎ）個の太陽電池アレイと、上記ｂｎ個
   の太陽電池アレイにそれぞれ対応して設けられたｂｎ個
   のシャント装置と、ダイオードに接続されたｂｎ個のバ
   ッテリと、上記ｂｎ個の太陽電池アレイ、シャント装置
   およびダイオードを介したバッテリがそれぞれ対応して
   接続されたｂｎ個の電力バスと、互いに隣接する上記ａ
   ｎ個の電力バスとｂｎ個の電力バス間をそれぞれ接続す
   るスイッチと、上記ａｎ個の互いに隣接する電力バス相
   互間を接続するスイッチと、上記ａ１番目の電力バスと
   第ａＮ番目の電力バスとを接続するスイッチと、上記ｂ
   ｎ個の互いに隣接する電力バス相互間を接続するスイッ
   チと、上記第ｂ１番目の電力バスと第ｂＮ番目の電力バ
   スを接続するスイッチと、上記ａｎ個のバッテリあるい
   はｂｎ個のバッテリのうち１個のバッテリで故障が発生
   した場合には、故障バッテリを含むバスと隣接する電力
   バス間を接続する上記スイッチをオン、オフ制御する手
   段と、上記ａｎ個のシャント装置あるいはｂｎ個のシャ
   ント装置のうち１個のシャント装置で不良動作あるいは
   故障が発生した場合には、当該シャント装置を含む電力
   バスと隣接する電力バス間を接続する上記スイッチをオ
   ン、オフ制御する手段と、衛星が打上時あるいは姿勢異
   常時には上記ａｎ個の電力バスとｂｎ個の電力バス間を
   それぞれ接続する上記スイッチをオン、オフ制御する手
   段とを具備したマルチ電力バス制御装置。