一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统，包含太阳电池阵、储能蓄电池组、电源控制器、电源下位机和配电部分。28V母线采用全调节母线设计；42V母线采用半调节母线设计。两条母线的信号采集及控制的供电由28V母线提供，共用一台电源下位机完成参数采集、遥控指令输出、电池组管理、与星务主机通信等功能。本发明专利技术涉及的高低压母线系统采用功率回路独立、控制回路共用的新型拓扑结构，同时改进能源管理策略，将长期负载与部分载荷短期负载配置在全调节低压母线上，剩余载荷短期负载使用半调节高压母线，有效降低了系统的电流密度，提高了系统的功率水平，实现了高效率、轻量化、高功率的卫星电源系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统。本专利技术适用于长期功耗较大，同时具有短时大功率载荷工作需求的小卫星，能够实现高比功率、高效率的紧凑型电源系统。
技术介绍
卫星电源系统由电源控制器、蓄电池组和太阳电池阵组成，在卫星整个寿命期间一直处于工作状态，满足卫星在整个寿命期间、各种工作模式下的功率需求。当星上有大功率输出需求时，通常需要太阳电池阵和蓄电池组联合放电。对于长期功率较高、短时大功率负载的卫星，主要由蓄电池组为载荷供电。现有小卫星电源系统以采用单母线技术为主，即卫星一次电源母线是单一的28.5V电压，则通过母线的电流较大，对电池容量、线缆降额等提出较高要求。卫星的发射成本与重量直接相关，统计数据表明，电源系统重量大约占整星总重量的25％。高效的电源系统拓扑将会给卫星任务带来质量、性能和成本上的重大优化。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统，同时满足较高的长期负载和峰值负载，将长期负载与短期负载进行合理分配，长期负载与部分载荷使用全调节低压母线，短期负载使用半调节高压母线，改进功率拓扑和能源管理策略。本专利技术的技术方案是：一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统，包括太阳电池阵、储能蓄电池组、电源控制器、电源下位机和配电部分，其中：太阳电池阵：使用太阳电池作为发电单元，当卫星运行于光照区，太阳电池受到太阳光照射，将吸收的太阳光能量转化为电能供给电源控制器，为星上负载供电，同时为蓄电池组充电；所述的太阳电池阵包括第一太阳电池阵～第八太阳电池阵，第一太阳电池阵～第六太阳电池阵是低压母线发电单元，第七太阳电池阵和第八太阳电池阵是高压母线发电单元；储能蓄电池组：包括锂离子电池和镉镍蓄电池组；两套蓄电池组分别为高低压母线供电，在光照区，将太阳电池阵供给的电能储存起来；在地影区，释放电能供给电源控制器为负载供电；电源控制器：包括28V功率调节部分和42V功率调节部分；负责调控太阳电池阵供电、蓄电池组充放电及为负载供电；其中：28V功率调节部分：包括28V分流控制器、28V充电调节器、28V放电调节器和28V主误差放大器；当卫星工作在光照区，第一太阳电池阵～第六太阳电池阵通过28V分流控制器进入28V母线；进入28V母线后，一方面为28V用电负载供电，同时通过28V充电调节器为28V蓄电池组充电；当第一太阳电池阵～第六当太阳电池阵输出功率大于28V负载和镉镍蓄电池组充电所需的功率时，28V分流控制器经28V主误差放大器控制，开始逐级顺序分流，调节方阵输出功率，使28V母线电压保持稳定；当28V用电负载增大时，第一太阳电池阵～第六太阳电池阵产生的电能电源控制器控制下优先保证星上负载用电，即：若28V太阳电池阵不能满足28V负载用电要求时，28V主误差放大器检测到母线电压低于充电分流所对应的设置值，则控制28V蓄电池组经28V放电调节器向28V母线补充供电；当卫星工作在地影区，28V蓄电池组经28V放电调节器给母线供电，28V放电调节器采用升压方式确保28V母线电压稳定在28.5V±1V范围内；42V功率调节部分：包括42V分流充电电路和42V主误差放大器；锂离子电池直接接入母线，母线电压取决于锂离子电池电压；在光照期太阳电池阵直接给锂离子电池充电，在载荷工作时，锂离子电池与太阳电池阵联合供电；当卫星工作在光照区，第七太阳电池阵和第八太阳电池阵通过42V分流充电电路进入42V母线；进入42V母线后，一方面为42V用电负载供电，同时直接为42V锂离子蓄电池组充电；当42V载荷工作时，第七太阳电池阵和第八太阳电池阵产生的电能不能满足42V负载用电要求，42V主误差放大器控制锂离子蓄电池组经放电二极管向42V母线补充供电；在光照期42V载荷工作结束后，第七太阳电池阵和第八太阳电池阵继续给42V锂离子电池充电，当锂离子电池电压达到恒压设定值后，充电电流逐渐减小，多余的太阳电池阵电流被分流，保持母线电压的稳定；当卫星工作在地影区，卫星所需的功耗由42V锂离子蓄电池通过放电开关直接提供；此时42V母线电压取决于与42V锂离子蓄电池组输出电压；电源下位机：电源下位机的运行周期为1s，在1s周期内，电源下位机依次执行采集电源系统工程参数、根据采集参数计算锂离子电池和镉镍蓄电池组电量、进行锂离子电池均衡充电控制、通过CAN总线与卫星星务主机通信；配电部分分为四路供电，其中三路为28V负载供电，一路为42V负载供电；28V负载供电根据用电设备不同，分为平台设备供电，控制系统供电和28V载荷供电；其中平台设备供电采用直通方式，不使用开关；控制系统供电和28V载荷供电使用继电器控制通断；42V供电只为42V载荷供电，同样设置继电器控制通断。所述低压母线标称电压为28V，采用全调节模式，即无论是卫星在发射的主动段，还是在轨运行期间，均为星上设备提供28.5±1V稳定的母线电压。所述高压母线标称电压为42V，采用半调节母线设计，输出母线电压在38V～45.1V；范围内，以直接利用太阳电池阵I-V曲线输出恒流段特性和限压充电的机制实现锂离子蓄电池组的高效充电，同时完成太阳电池阵的功率控制。采用高低压双母线设计，将整星功耗合理配置在两条母线上。28V母线配置大容量镉镍电池，为长期负载供电；42V母线配置小容量锂离子电池，与太阳阵联合供电，用以短期峰值负载。高压母线采用半调节母线设计，两域控制模式；充电时利用太阳电池阵输出的I-V曲线恒流段特性为蓄电池组进行恒流限压充电，在电池组电压达到预设定的充电终止电压前保持电流不变，达到预设电压后通过硬件开关逐渐将充电电流减小到0，保持电压不变；放电时采用具有高倍率放电特性的锂离子蓄电池组将功率直接输出到母线，一次母线电压不经过放电调节器变换，大电流输出时负载供电效率高。所述的太阳电池阵采用效率为28％的三结砷化镓电池片。电源下位机采用以MCS-51为核心的微处理器系统，程序存储器不小于16K字节，数据存储器不小于8K字节，注入程序存贮器不小于8K字节。镉镍蓄电池组由18节70Ah单体串联而成，输出电压在19V～28V，通过升压调节器得到稳定的28.5±1V电压。锂离子蓄电池由10Ah单体以11串3并的形式实现，输出电压在36V～46V，经二极管直接向母线供电。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)采用高低压双母线设计，将整星功耗合理配置在两条母线上。28V母线配置大容量镉镍电池，以满足长期负载较大的特点；42V母线配置小容量锂离子电池，与太阳阵联合供电以满足短期峰值负载较大，充分利用锂离子电池放电倍率大、放电深度深的优势。(2)采用高低压双母线设计，相对于传统小卫星采用的单一低压母线，可有效降低电流密度，降为之前的50％左右，满足导线及接插件电流降额设计要求，线路损耗小，减小大电流带来的线缆发热，减少散热面积，使得电源控制器设计时可实现紧凑型设计，达到轻量化、小型化的目的。(3)采用高低压双母线设计，相对于以往卫星的双母线系统(两条母线电压相同)，可进一步减小设备的体积重量，可有效降低电流密度，降为之前的50％左右，满足导线及接插件电流降额设计要求，线路损耗小，减小大电流带来的线缆发热，减少散热面积，使得电源本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统，其特征在于：包括太阳电池阵、储能蓄电池组、电源控制器、电源下位机和配电部分，其中：太阳电池阵：使用太阳电池作为发电单元，当卫星运行于光照区，太阳电池受到太阳光照射，将吸收的太阳光能量转化为电能供给电源控制器，为星上负载供电，同时为蓄电池组充电；所述的太阳电池阵包括第一太阳电池阵～第八太阳电池阵，第一太阳电池阵～第六太阳电池阵是低压母线发电单元，第七太阳电池阵和第八太阳电池阵是高压母线发电单元；储能蓄电池组：包括锂离子电池和镉镍蓄电池组；两套蓄电池组分别为高低压母线供电，在光照区，将太阳电池阵供给的电能储存起来；在地影区，释放电能供给电源控制器为负载供电；电源控制器：包括28V功率调节部分和42V功率调节部分；负责调控太阳电池阵供电、蓄电池组充放电及为负载供电；其中：28V功率调节部分：包括28V分流控制器、28V充电调节器、28V放电调节器和28V主误差放大器；当卫星工作在光照区，第一太阳电池阵～第六太阳电池阵通过28V分流控制器进入28V母线；进入28V母线后，一方面为28V用电负载供电，同时通过28V充电调节器为28V蓄电池组充电；当第一太阳电池阵～第六当太阳电池阵输出功率大于28V负载和镉镍蓄电池组充电所需的功率时，28V分流控制器经28V主误差放大器控制，开始逐级顺序分流，调节方阵输出功率，使28V母线电压保持稳定；当28V用电负载增大时，第一太阳电池阵～第六太阳电池阵产生的电能电源控制器控制下优先保证星上负载用电，即：若28V太阳电池阵不能满足28V负载用电要求时，28V主误差放大器检测到母线电压低于充电分流所对应的设置值，则控制28V蓄电池组经28V放电调节器向28V母线补充供电；当卫星工作在地影区，28V蓄电池组经28V放电调节器给母线供电，28V放电调节器采用升压方式确保28V母线电压稳定在28.5V±1V范围内；42V功率调节部分：包括42V分流充电电路和42V主误差放大器；锂离子电池直接接入母线，母线电压取决于锂离子电池电压；在光照期太阳电池阵直接给锂离子电池充电，在载荷工作时，锂离子电池与太阳电池阵联合供电；当卫星工作在光照区，第七太阳电池阵和第八太阳电池阵通过42V分流充电电路进入42V母线；进入42V母线后，一方面为42V用电负载供电，同时直接为42V锂离子蓄电池组充电；当42V载荷工作时，第七太阳电池阵和第八太阳电池阵产生的电能不能满足42V负载用电要求，42V主误差放大器控制锂离子蓄电池组经放电二极管向42V母线补充供电；在光照期42V载荷工作结束后，第七太阳电池阵和第八太阳电池阵继续给42V锂离子电池充电，当锂离子电池电压达到恒压设定值后，充电电流逐渐减小，多余的太阳电池阵电流被分流，保持母线电压的稳定；当卫星工作在地影区，卫星所需的功耗由42V锂离子蓄电池通过放电开关直接提供；此时42V母线电压取决于与42V锂离子蓄电池组输出电压；电源下位机：电源下位机的运行周期为1s，在1s周期内，电源下位机依次执行采集电源系统工程参数、根据采集参数计算锂离子电池和镉镍蓄电池组电量、进行锂离子电池均衡充电控制、通过CAN总线与卫星星务主机通信；配电部分分为四路供电，其中三路为28V负载供电，一路为42V负载供电；28V负载供电根据用电设备不同，分为平台设备供电，控制系统供电和28V载荷供电；其中平台设备供电采用直通方式，不使用开关；控制系统供电和28V载荷供电使用继电器控制通断；42V供电只为42V载荷供电，同样设置继电器控制通断。...
【技术特征摘要】
1.一种基于高低压双母线的大功率高效卫星电源系统，其特征在于：包括太阳电池阵、储能蓄电池组、电源控制器、电源下位机和配电部分，其中：太阳电池阵：使用太阳电池作为发电单元，当卫星运行于光照区，太阳电池受到太阳光照射，将吸收的太阳光能量转化为电能供给电源控制器，为星上负载供电，同时为蓄电池组充电；所述的太阳电池阵包括第一太阳电池阵～第八太阳电池阵，第一太阳电池阵～第六太阳电池阵是低压母线发电单元，第七太阳电池阵和第八太阳电池阵是高压母线发电单元；储能蓄电池组：包括锂离子电池和镉镍蓄电池组；两套蓄电池组分别为高低压母线供电，在光照区，将太阳电池阵供给的电能储存起来；在地影区，释放电能供给电源控制器为负载供电；电源控制器：包括28V功率调节部分和42V功率调节部分；负责调控太阳电池阵供电、蓄电池组充放电及为负载供电；其中：28V功率调节部分：包括28V分流控制器、28V充电调节器、28V放电调节器和28V主误差放大器；当卫星工作在光照区，第一太阳电池阵～第六太阳电池阵通过28V分流控制器进入28V母线；进入28V母线后，一方面为28V用电负载供电，同时通过28V充电调节器为28V蓄电池组充电；当第一太阳电池阵～第六当太阳电池阵输出功率大于28V负载和镉镍蓄电池组充电所需的功率时，28V分流控制器经28V主误差放大器控制，开始逐级顺序分流，调节方阵输出功率，使28V母线电压保持稳定；当28V用电负载增大时，第一太阳电池阵～第六太阳电池阵产生的电能电源控制器控制下优先保证星上负载用电，即：若28V太阳电池阵不能满足28V负载用电要求时，28V主误差放大器检测到母线电压低于充电分流所对应的设置值，则控制28V蓄电池组经28V放电调节器向28V母线补充供电；当卫星工作在地影区，28V蓄电池组经28V放电调节器给母线供电，28V放电调节器采用升压方式确保28V母线电压稳定在28.5V±1V范围内；42V功率调节部分：包括42V分流充电电路和42V主误差放大器；锂离子电池直接接入母线，母线电压取决于锂离子电池电压；在光照期太阳电池阵直接给锂离子电池充电，在载荷工作时，锂离子电池与太阳电池阵联合供电；当卫星工作在光照区，第七太阳电池阵和第八太阳电池阵通过42V分流充电电路进入42V母线；进入42V母线后，一方面为42V用电负载供电，同时直接为42V锂离子蓄电池组充电；当42V载荷工作时，第七太阳电池阵和第八太阳电池阵产生的电能不能满足42V负载用电要求，42V主误差放大器控制锂离子蓄电池组经放电二极管向42V母线补充供电；在光照期42V载荷工作结束后，第七太阳电池阵和第八太阳电池阵继续给42V锂离子电池充电，当锂离子电池电压达到恒压设定值后，充电电流逐渐减小，多余的太阳电池阵电流被分流，保持母线电压的稳定；当卫星工作在地影区，卫星所需的功耗由42V锂离子蓄电池通过放电开关直接提供；此时42V母线电压取决于与42V...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾晓冬，鄢婉娟，张勇，侯伟，江国强，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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