一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统技术方案

一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统，属于空间电源技术领域。本发明专利技术包括两条独立的功率通道，两条功率通道功能组成相同，通过能源并网为航天器负载提供能量；每条功率通道以太阳电池翼为起点，母线滤波器为终点，形成一条独立的100V供电母线；每条功率通道包括太阳电池翼、驱动机构、分流调节器、母线滤波器、综合驱动控制器、充放电调节器、锂离子蓄电池组和电源管理器；太阳电池翼、分流调节器、母线滤波器、综合驱动控制器、充放电调节器、锂离子蓄电池组、电源管理器为最小可更换单元ORU。本发明专利技术在电源系统相关产品出现故障情况下，通过航天员在轨进行维修操作，延长电源系统的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统
本专利技术涉及一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统，属于空间电源

技术介绍
早期的空间项目中，航天系统任务时间短，功率小，系统较为简单，且受人在地外活动的约束，通常的做法是通过使用高可靠性的(零)部组件或大量的冗余设计和在轨备份来实现航天器的高可用性和高安全性。随着我国载人航天第三阶段的开展，我国将建造长期有人驻留的空间站。空间站不同于我国以往任何在轨飞行器，是一个长寿命、高可靠、高压大功率的载人飞行器，系统更加复杂。要实现其在轨15年长寿命、高可用性任务需求，仅靠提高部组件可靠性的代价是高昂、甚至不切实际的，而受航天器发射重量、功耗、总体布局、总装等种种因素的制约，也无法使用大量的冗余设计和在轨备份。如何延长空间系统的使用寿命和减低运营费用就成为一个重要的问题。和平号、国际空间站等国外空间站正是通过大量在轨维护来实现甚至延长航天器使用寿命的。由此可见，维修是保证空间站长期在轨可靠运营必不可少的手段。电源系统作为航天器的能源供给，是保证航天器高可靠、长寿命的关键系统之一，也是航天器中故障频率较高的系统之一。据统计，电源系统故障比例占整个航天器系统的24％。相对于以往航天器电源系统，空间站电源系统功率需求更大，系统组成更复杂。为保证电源系统在轨长期可靠运行，简化电源系统的设计，必须结合可靠性开展维修性设计工作。
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，提供了一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统，在电源系统相关产品出现故障情况下，通过航天员在轨进行维修操作，延长电源系统的使用寿命。本专利技术的技术解决方案是：一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统，包括两条独立的功率通道，两条功率通道功能组成相同，通过能源并网为航天器负载提供能量；每条功率通道以太阳电池翼为起点，母线滤波器为终点，形成一条独立的100V供电母线；每条功率通道包括太阳电池翼、驱动机构、分流调节器、母线滤波器、综合驱动控制器、充放电调节器、锂离子蓄电池组和电源管理器；太阳电池翼、分流调节器、母线滤波器、综合驱动控制器、充放电调节器、锂离子蓄电池组、电源管理器为最小可更换单元ORU。进一步地，一台充放电调节器与一组锂离子蓄电池组组成一个机组；机组数量根据功率通道负载需求配置；各机组互相独立，通过并联入网。进一步地，工作模式包括功率通道断电、机组断电、仅ORU断电三种维修工作模式。进一步地，太阳电池翼通过光电转换为功率通道提供持续电能；分流调节器根据负载需求对太阳电池翼提供的电能进行供电、分流调节；母线滤波器汇集太阳电池翼和蓄电池组能量，通过能源并网为负载供电；太阳电池翼、分流调节器、母线滤波器采用功率通道断电维修工作模式。进一步地，母线滤波器中设置稳压供电开关，用于通过功率通道断电维修的ORU维修后功率通道再次上电；稳压供电开关为继电器，继电器线包供电由另一功率通道总体电路28V指令母线由提供。进一步地，锂离子蓄电池组通过所在机组的充放电调节器进行充电调节和放电输出；各机组间功能互相独立，通过并联接入系统；充放电调节器、锂离子蓄电池组采用单机组断电维修工作模式。进一步地，锂离子蓄电池组通过充放电调节器进行充电控制和放电调节；充放电调节器中设置蓄电池充电开关和放电开关，实现锂离子蓄电池断电；充电开关和放电开关均采用继电器；进一步地，综合驱动控制器用于太阳电池翼展收，及驱动太阳电池翼对日定向控制；电源管理器用于系统状态管理，通过与测控系统交互通信下行、上传系统各产品状态参数、指令；综合驱动控制器、电源管理器采用仅ORU断电维修工作模式。进一步地，充放电调节器、综合驱动控制器、电源管理器的100V供电由母线滤波器提供，并分别设置供电开关，实现控制单机独立断电；供电开关为继电器。进一步地，功率通道采用分布式二次电源配置；分流调节器、充放电调节器、综合驱动控制器、电源管理器均通过单机内100V供电母线变换所需的±12V、5V二次电源；母线滤波器通过单机内100V供电母线进行28V指令母线变换，用于自身供电继电器线包及其它产品供电继电器线包供电。本专利技术与现有技术相比的优点在于：与现有空间电源系统相比，本专利技术提出的空间低轨高压电源系统支持航天员在轨维修更换。随着我国空间站的逐步建立，航天员在轨活动能力逐渐加强，在由于航天器发射成本、重量、功耗、总体布局、总装等种种制约无法使用大量高可靠零部组件、冗余和在轨备份的情况下，本专利技术有利于提高电源系统的在轨使用寿命。为保证航天员维修操作时人身安全，及减少电源系统断电次数，根据产品的不同功能提出了不同的维修断电模式。同时，识别了须进行硬线冗余的关键参数、指令，减少了故障情况下需整个电源系统断电维修的可能，大大降低了系统断电对航天器的影响。附图说明图1为一种支持在轨维修的空间电源系统组成框图。具体实施方式为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1所示)：在本申请实施例所提供的方案中，本电源系统包括2条独立的功率通道，2条功率通道功能组成相同，通过能源并网为航天器负载提供能量。每条功率通道以太阳电池翼为起点，母线滤波器为终点，形成一条独立的100V供电母线。每条功率通道由太阳电池翼、驱动机构、综合驱动控制器、分流调节器、充放电调节器1、充放电调节器2、充放电调节器3、锂离子蓄电池组1、锂离子蓄电池组2、锂离子蓄电池组3、母线滤波器、电源管理器组成。其中，充放电调节器1和锂离子蓄电池组1形成机组1，充放电调节器2和锂离子蓄电池组2形成机组2，充放电调节器3和锂离子蓄电池组3形成机组3。本电源系统组成框图见图1。其中，太阳电池翼通过光电转换为功率通道提供持续电能；分流调节器根据负载需求对太阳电池翼提供的电能进行供电、分流调节；母线滤波器汇集太阳电池翼和蓄电池组能量，通过能源并网为负载供电；锂离子蓄电池组通过所在机组的充放电调节器进行充电调节和放电输出；综合驱动控制器主要用于太阳电池翼展收，及驱动太阳电池翼对日定向控制；电源管理器主要用于系统状态管理，通过与测控系统交互通信下行、上传系统各产品状态参数、指令。1)该电源系统中，将太阳电池翼、综合驱动控制器、分流调节器、充放电调节器1/2/3、锂离子蓄电池组1/2/3、母线滤波器、电源管理器确定为ORU。2)为保证航天员维修操作时人身安全，及减少功率通道断电次数，根据各ORU的功能特性，采用不同的断电方式进行在轨维修，主要包括：功率通道断电维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统，其特征在于：包括两条独立的功率通道，两条功率通道功能组成相同，通过能源并网为航天器负载提供能量；/n每条功率通道以太阳电池翼为起点，母线滤波器为终点，形成一条独立的100V供电母线；/n每条功率通道包括太阳电池翼、驱动机构、分流调节器、母线滤波器、综合驱动控制器、充放电调节器、锂离子蓄电池组和电源管理器；太阳电池翼、分流调节器、母线滤波器、综合驱动控制器、充放电调节器、锂离子蓄电池组、电源管理器为最小可更换单元ORU。/n

【技术特征摘要】
1.一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统，其特征在于：包括两条独立的功率通道，两条功率通道功能组成相同，通过能源并网为航天器负载提供能量；
每条功率通道以太阳电池翼为起点，母线滤波器为终点，形成一条独立的100V供电母线；
每条功率通道包括太阳电池翼、驱动机构、分流调节器、母线滤波器、综合驱动控制器、充放电调节器、锂离子蓄电池组和电源管理器；太阳电池翼、分流调节器、母线滤波器、综合驱动控制器、充放电调节器、锂离子蓄电池组、电源管理器为最小可更换单元ORU。


2.根据权利要求1所述的一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统，其特征在于：一台充放电调节器与一组锂离子蓄电池组组成一个机组；
机组数量根据功率通道负载需求配置；
各机组互相独立，通过并联入网。


3.根据权利要求1所述的一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统，其特征在于：工作模式包括功率通道断电、机组断电、仅ORU断电三种维修工作模式。


4.根据权利要求3所述的一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统，其特征在于：太阳电池翼通过光电转换为功率通道提供持续电能；分流调节器根据负载需求对太阳电池翼提供的电能进行供电、分流调节；母线滤波器汇集太阳电池翼和蓄电池组能量，通过能源并网为负载供电；
太阳电池翼、分流调节器、母线滤波器采用功率通道断电维修工作模式。


5.根据权利要求4所述的一种支持在轨维修的空间低轨高压电源系统，其特征在于：母线滤波器中设置稳压供电开关，用于通过功率通道断电维修的ORU维修后功率通道再次上电；稳压供电开关为继电器，继电器线包供电由另一功率通道总体电路28V...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷学敏，马季军，乔卫新，王田，周妍，葛茂艳，
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