空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理系统及管理方法技术方案

本发明专利技术提供了一种空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理系统及管理方法，系统包括健康管理单元、数传计算机、以及电源系统地面故障诊断系统；其中，健康管理单元包括控制子系统自检测单元、对日定向子系统自检测单元以及电源管理器。本发明专利技术中自主健康管理系统可保证在测控区外及时发现故障并进行诊断，航天员可实时开展处置工作，测控区内故障信息下行地面，可开展深入排查和详细处置；改变传统以人为主的地面监控模式，自主健康管理系统的设计可自主检测故障并诊断，减少错判、漏判现象出现，减轻地面飞控人员的负担，维护电源系统长期稳定运行。

On orbit autonomous health management system and management method of space long life power system

【技术实现步骤摘要】
空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理系统及管理方法
本专利技术属于空间飞行器在轨自主健康管理领域，涉及一种空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理系统及管理方法。
技术介绍
根据我国载人航天发展三步走的战略规划，在第三阶段，我国将建造长期有人驻留的空间站，空间站不同于以往的任何在轨飞行器，是一个长寿命、高可靠、可维修、高压大功率的载人飞行器，其中电源系统作为整个空间站的“心脏”，负责对整个空间站的电子设备供电。以往的载人飞行器电源系统一般只有单独的供配电功能，不具备在轨自主健康管理的能力。空间站在轨运行15年，长期有人驻留，为保障航天员和平台安全，支持长期运营，减轻地面飞行控制的负担，有必要对电源系统结合其自身特点，提供一套适用于空间站长期运行的自主健康管理系统。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种自主健康管理系统，可保证在测控区外及时发现故障并进行诊断，航天员可实时开展处置工作，测控区内故障信息下行地面，可开展深入排查和详细处置；改变传统以人为主的地面监控模式，自主健康管理系统的设计可自主检测故障并诊断，减少错判、漏判现象出现，减轻地面飞控人员的负担，维护电源系统长期稳定运行，从而完成本专利技术。本专利技术的目的在于提供以下技术方案：第一方面，本专利技术的目的在于提供一种空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理系统，该管理系统包括：健康管理单元、数传计算机、以及电源系统地面故障诊断系统；其中，健康管理单元包括控制子系统自检测单元、对日定向子系统自检测单元以及电源管理器；控制子系统自检测单元，包括与每个电池组对应的充放电调节器，充放电调节器中设置BIT检测模块，该BIT检测模块用于检测蓄能电池组中单体电压、组电压、电池温度、电池充放电电流并判断上述参数是否异常，将检测到的数据发送至电源管理器BIT检测模块，并接收电源管理器BIT检测模块发送的指令信息实施对相应电池组的充放电管理；对日定向子系统自检测单元，包括综合驱动控制器，综合驱动控制器中设置BIT检测模块，该BIT检测模块对太阳电池翼和驱动机构进行运行状态检测并判断检测参数是否异常，将检测到的数据发送至电源管理器BIT检测模块，根据故障情况，综合驱动控制器BIT检测模块接收电源管理器BIT检测模块发送的指令信息实施电机运行状态控制，或者能源管理器接收电源管理器信息控制用电模式切换；电源管理器，其中设置BIT检测模块，该BIT检测模块接收充放电调节器BIT检测模块和综合驱动控制器BIT检测模块发送的电源数据信息，将电源数据信息通过数传计算机传送给地面，对存在的电源故障情况，通过地面传送回的指令信息，或者预存在电源管理器中的解决方案，向充放电调节器BIT检测模块和综合驱动控制器BIT检测模块发送控制指令；数传计算机，其用于接收电源管理器传输的数据信息，并传送至电源系统地面故障诊断系统；电源系统地面故障诊断系统，其用于接收数传计算机传输的数据信息，存储，并对数据进行分析，对电源故障提供解决方案的指令信息。第二方面，本专利技术的目的在于提供一种空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理方法，该管理方法包括以下步骤：步骤1，健康状态获取：通过充放电调节器BIT检测模块和综合驱动控制器BIT检测模块分别对每个电池组的充放电状态、以及太阳电池翼和驱动机构的运行状态进行采集，并传送至电源管理器BIT检测模块；步骤2，健康管理数据传输：空间站电源系统设置1553B内总线，电源管理器作为内总线的总线控制器接收电源系统所有设备的健康状态信息、以及诊断信息并打包下行，通过空间站系统网络传输给数传计算机并下行地面；步骤3，健康管理数据存储：通过分布于充放电调节器、综合驱动控制器、以及电源管理器中的存储器，分别存储充放电调节器BIT检测模块、综合驱动控制器BIT检测模块、以及电源管理器BIT检测模块收集或接收到的参数信息；步骤4，故障检测与诊断：电源系统在轨单机基于收集到的健康状态信息，依据一定的判断方法和规则，实现对故障的检测与隔离；步骤5，故障决策：电源系统在轨单机根据诊断的结果，以及故障的类别，执行相应的动作序列。根据本专利技术提供的一种空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理系统及管理方法，带来了有益的技术效果：(1)空间站长期运营阶段，自主健康管理系统可保证在测控区外及时发现故障并进行诊断，航天员可实时开展处置工作，测控区内故障信息下行地面，可开展深入排查和详细处置；改变传统以人为主的地面监控模式，自主健康管理系统的设计可自主检测故障并诊断，减少错判、漏判现象出现，减轻地面飞控人员的负担，降低运营成本；(2)本专利技术中，通过可测试性设计为电源系统健康状态获取提供保障：电源系统产品开展可测试性设计，合理选择测试点(测试指标)，既能充分反映设备的基本状态，满足可测性指标要求，又要考虑设备重量、功耗及系统参数资源的约束；同时，在分系统层面，合理分配测试指标，能够利用先进传感器及其它检测手段，检查部件、分系统的功能和性能，充分获取空间站电源系统的健康状态信息；(3)本专利技术通过信息流设计、总线传输协议设计为电源分系统健康状态获取提供保障；(4)将可测的信号经过滤波、整型等信号处理，可以提高可测信号的可信性；基于收集到的健康状态信息，判定故障是否发生，故障诊断定位的过程简单、可靠；(5)根据诊断的结果，以及故障的类别，自主地执行相应的动作序列：对于影响航天员安全或可能导致平台失效的紧急重大故障，故障决策根据既定的策略进行处置，恢复故障或者使系统降级运行，进入安全模式；对于其他故障，则将故障相关信息下行地面，同时向航天员报警和显示，尽可能少地开展自主处置，对故障的诊断灵活有效。附图说明图1示出本专利技术一种优选实施方式中单条供电母线上电源系统自主健康管理系统结构图；图2示出本专利技术一种优选实施方式中电源系统自主健康管理系统运行流程示意图。具体实施方式下面通过附图和实施例对本专利技术进一步详细说明。空间站不同于以往短期飞行的载人飞行器，要求在轨运行15年，且长期有人驻留，电源系统作为飞行器的心脏，对于影响航天员安全或可能导致平台失效的故障，需要快速发现，实时响应，应急处置。因而，有必要提供一套适用于空间站长期运行的自主健康管理系统和管理方法，该自主健康管理系统可以保证在测控区外及时发现故障并进行诊断，航天员可实时开展处置工作，测控区内故障信息下行地面，可开展深入排查和详细处置；改变传统以人为主的地面监控模式，自主健康管理系统的设计可自主检测故障并诊断，减少错判、漏判现象出现，减轻地面飞控人员的负担，降低运营成本。空间站由核心舱、实验舱I和实验舱II在轨组装而成，每个舱段有两条独立的供电母线，图1所示为空间站电源系统单条供电母线的自主健康管理框图。根据本专利技术的第一方面，如图1所示，本专利技术提供的一种空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理系统，该管理系统包括：健康管理单元、数传计算机、以及电源系统地面故障本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理系统，其特征在于，该管理系统包括：健康管理单元、数传计算机、以及电源系统地面故障诊断系统；其中，健康管理单元包括控制子系统自检测单元、对日定向子系统自检测单元以及电源管理器；/n控制子系统自检测单元，包括与每个电池组对应的充放电调节器，充放电调节器中设置BIT检测模块，该BIT检测模块用于检测蓄能电池组中单体电压、组电压、电池温度、电池充放电电流并判断上述参数是否异常，将检测到的数据发送至电源管理器BIT检测模块，并接收电源管理器BIT检测模块发送的指令信息实施对相应电池组的充放电管理；/n对日定向子系统自检测单元，包括综合驱动控制器，综合驱动控制器中设置BIT检测模块，该BIT检测模块对太阳电池翼和驱动机构进行运行状态检测并判断检测参数是否异常，将检测到的数据发送至电源管理器BIT检测模块，根据故障情况，综合驱动控制器BIT检测模块接收电源管理器BIT检测模块发送的指令信息实施电机运行状态控制，或者能源管理器接收电源管理器信息控制用电模式切换；/n电源管理器，其中设置BIT检测模块，该BIT检测模块接收充放电调节器BIT检测模块和综合驱动控制器BIT检测模块发送的电源数据信息，将电源数据信息通过数传计算机传送给地面，对存在的电源故障情况，通过地面传送回的指令信息，或者预存在电源管理器中的解决方案，向充放电调节器BIT检测模块和综合驱动控制器BIT检测模块发送控制指令；/n数传计算机，其用于接收电源管理器传输的数据信息，并传送至电源系统地面故障诊断系统；/n电源系统地面故障诊断系统，其用于接收数传计算机传输的数据信息，存储，并对数据进行分析，对电源故障提供解决方案的指令信息。/n...

【技术特征摘要】
1.一种空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理系统，其特征在于，该管理系统包括：健康管理单元、数传计算机、以及电源系统地面故障诊断系统；其中，健康管理单元包括控制子系统自检测单元、对日定向子系统自检测单元以及电源管理器；
控制子系统自检测单元，包括与每个电池组对应的充放电调节器，充放电调节器中设置BIT检测模块，该BIT检测模块用于检测蓄能电池组中单体电压、组电压、电池温度、电池充放电电流并判断上述参数是否异常，将检测到的数据发送至电源管理器BIT检测模块，并接收电源管理器BIT检测模块发送的指令信息实施对相应电池组的充放电管理；
对日定向子系统自检测单元，包括综合驱动控制器，综合驱动控制器中设置BIT检测模块，该BIT检测模块对太阳电池翼和驱动机构进行运行状态检测并判断检测参数是否异常，将检测到的数据发送至电源管理器BIT检测模块，根据故障情况，综合驱动控制器BIT检测模块接收电源管理器BIT检测模块发送的指令信息实施电机运行状态控制，或者能源管理器接收电源管理器信息控制用电模式切换；
电源管理器，其中设置BIT检测模块，该BIT检测模块接收充放电调节器BIT检测模块和综合驱动控制器BIT检测模块发送的电源数据信息，将电源数据信息通过数传计算机传送给地面，对存在的电源故障情况，通过地面传送回的指令信息，或者预存在电源管理器中的解决方案，向充放电调节器BIT检测模块和综合驱动控制器BIT检测模块发送控制指令；
数传计算机，其用于接收电源管理器传输的数据信息，并传送至电源系统地面故障诊断系统；
电源系统地面故障诊断系统，其用于接收数传计算机传输的数据信息，存储，并对数据进行分析，对电源故障提供解决方案的指令信息。


2.根据权利要求1所述的空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理系统，其特征在于，管理系统还包括硬线通道和总线通道，硬线通道有内部硬线遥测和数管硬线遥测，用于系统关键参数的遥测；总线通道为1553B内总线，用于系统所有参数的遥测。


3.根据权利要求1所述的空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理系统，其特征在于，该管理系统还包括分流调节器，分流调节器与电源管理器和太阳电池翼电连接，用于太阳电池翼的能量传输、采集和管理，并将采集到的能量信息传输至电源管理器。


4.根据权利要求1所述的空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理系统，其特征在于，该管理系统还包括母线滤波器，母线滤波器与电源管理器电连接，用于母线输出的滤波、采集和管理，并将采集到的母线输出的信息传输至电源管理器。


5.根据权利要求1所述的空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理系统，其特征在于，该管理系统还包括分布于充放电调节器、综合驱动控制器、以及电源管理器中的存储器，分别存储充放电调节器BIT检测模块、综合驱动控制器BIT检测模块、以及电源管理器BIT检测模块收集或接收到的信息。


6.根据权利要求5所述的空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理系统，其特征在于，存储器只进行对影响到航天员安全的紧急故障状态和处置的策略进行存储，影响航天员安全的表征参数有电源母线电压、母线电流、电池组电压以及电池温度。


7.一种空间用长寿命电源系统在轨自主健康管理方法，该管理方法通过上述权利要求1至6之一所述的管理系统实施，包括如下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘必海，马季军，乔卫新，周妍，王强，孔雷星，冷学敏，陈波，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31