一种卫星能源系统技术方案

本发明专利技术涉及一种卫星能源系统，其包括用于产生电能的若干产能单元，用于储存及释放电能的若干储能单元，用于对若干产能单元和/或储能单元进行异常故障监测的诊断单元，其中，产能单元包括太阳电池阵和太阳电池管理模块，储能单元包括蓄电池组和蓄电池管理模块，诊断单元能够通过分压电路监测每个产能单元对应的太阳电池阵以获取电路输出电压和/或温度的监测数据，以此在任一监测数据出现异常时诊断单元能够确定出现异常的太阳电池阵所属的产能单元位置，其中，诊断单元能够根据异常数据和标准数据之间的差值与预设阈值之间的关系，驱动太阳电池管理模块进行异常调节或驱动冗余设置的产能单元进行故障替换。设置的产能单元进行故障替换。设置的产能单元进行故障替换。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星能源系统


[0001]本专利技术涉及航天器电源系统
，尤其涉及一种卫星能源系统。

技术介绍

[0002]卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体，人造卫星一般亦可称为卫星。人造卫星以太空飞行载具如火箭、航天飞机等发射到太空中，像天然卫星一样环绕地球或其它行星的装置。目前卫星以很强的快速响应能力，越来越受到各国的重视。
[0003]随着商业航天的发展，对商业卫星提出了更严苛的要求，商业卫星的核心诉求就是：研制成本低、研制周期短，即商业航天的业务模式决定卫星需要从单个定制转向产品化，从而要求商业卫星的设计和研制具有良好的适应性和可扩展性。卫星能源系统作为卫星系统的一大组成部分，其要求同样如此，高效性、普适性、低成本是商业卫星能源系统的设计核心。
[0004]CN107579587 B公开了一种适用于LEO卫星的能源系统及其控制方法，包含太阳电池阵、MPPT电路单元、蓄电池组、电容阵、卫星平台负载和遥测遥控单元；其中，MPPT电路单元采用三个并联的DC
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DC转换模块对太阳电池阵按照三冗余热备份方式进行峰值功率跟踪，MPPT电路单元采用多数表决控制电路进行闭环控制，每一个控制电路根据太阳电池阵模块的输出电压信号和输出电流信号以及蓄电池组的电压信号和电流信号，生成驱动信号对与其对应的MPPT电路进行闭环控制，以实现对太阳电池阵模块的最大功率跟踪以及对蓄电池组的充电管理。该专利技术的太阳电池阵利用率高、可靠性高、系统开销小。
[0005]CN111181238 A公开了一种卫星的DET电源系统，用于提高卫星初期DET电源系统的太阳电池阵的输出功率。电源系统包括太阳电池阵、电源控制与配电单元以及蓄电池组，电源控制与配电单元包括有S3R分流调节器、MEA以及基准电压模块；太阳电池阵用于将获取到的太阳能转化为电能；S3R分流调节器用于根据差分信号进行分流分流控制；MEA用于根据基准电压以及S3R分流调节器控制得到的母线电压两者之间的差值进行放大以及积分，得到差分信号并向S3R分流控制器输出；基准电压模块用于生成基准电压；蓄电池组连接母线，用于根据分流控制进行充、放电；基准电压模块具体用于生成不同的目标基准电压，S3R分流控制器具体用于根据目标差分信号控制得到不同的目标母线电压。
[0006]现有技术中公开的能源系统都是定制型，每个卫星一种设计，研制周期较长，研制成本较高，且设计研制完成后其适应性、可扩展性较差，所以不适应多种商业卫星需求，也不便于进行批量化生产。同时，由于不科学的单元模块划分方式，使得卫星能源装置不能很好地完成异常故障监测及处理，既可能影响卫星上负载的正常工作，也可能大大增加了维护处理成本。
[0007]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术明不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且
申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种卫星能源系统。
[0009]本专利技术公开了一种卫星能源系统，其包括用于产生电能的若干产能单元，用于储存及释放电能的若干储能单元，用于对若干产能单元和/或储能单元进行异常故障监测的诊断单元。产能单元包括太阳电池阵和太阳电池管理模块，诊断单元能够通过分压电路监测每个产能单元对应的太阳电池阵的电路输出电压和温度，并将转换后的监测数据传输至数据处理机构以获取各个太阳电池阵对应的电路输出电压和温度，并判断出数据异常的太阳电池阵所属的产能单元。诊断单元能够根据异常数据和标准数据之间的差值与预设阈值之间的关系，驱动太阳电池管理模块进行异常调节或驱动冗余设置的产能单元进行故障替换。分压电路可通过串联电阻进行分压，在获取太阳电池阵电路输出电压和温度的同时，还可以将太阳电池阵输出的较高压转换成与传输模块接口相匹配的低压。在各产能单元设计时，太阳电池诊断模块可先将与太阳电池阵数量相对应的负温度系数热敏电阻贴于对应的太阳电池阵背面，并将热敏电阻两端的正、负引线通过电连接器接入传输机构以监测太阳电池阵的电路工作温度；再将太阳电池阵的两端分别通过正、负引线接入传输机构以监测太阳电池阵的电路输出电压；然后传输机构将采集的电压和温度信号转换为总线信号，通过电连接器将转换后的总线信号输出至驱动机构滑环；最后总线信号通过驱动机构滑环传输至数据处理机构转换为模拟信号，经过数传最终得到太阳电池阵的电路输出电压和太阳电池阵的温度数值，并在太阳电池阵的电路输出电压和太阳电池阵的温度数值出现异常时发出警告。诊断单元还可与传感器连接，以通过传感器判断是否为展开机构故障和/或对日定向驱动机构故障等机械故障引起的太阳电池阵异常，并可驱动展开机构和/或对日定向驱动机构进行二次运行，以判断并解决故障问题。储能单元包括蓄电池组和蓄电池管理模块。蓄电池组由若干蓄电池单体以串联和/或并联的方式连接而成。诊断单元设置的蓄电池诊断模块根据蓄电池单体的组成材质而选择不同的监测参数。
[0010]该技术方案的优点在于：在卫星能源系统的产能构架中设置有若干产能单元，以使得卫星能源系统的产能任务将由若干产能单元共同完成。相比于常规设置的卫星能源系统的产能构架中将所有太阳电池定义为一个功能模块，而将所有太阳能电池的输入控制管理定义为另外一个功能模块的固有架构设计思维，本专利技术的产能构架可由若干采用标准模块化的产能单元构成，每个产能单元都可包括太阳电池阵和对应的太阳电池管理模块，太阳电池管理模块可直接控制调节对应的太阳电池阵输出电压，以实现分单元的独立控制，从而在简化卫星能源系统的产能构架的同时还可因独立控制而提升卫星能源系统的可靠性。此外，产能单元采用标准模块化设置能够更便于设置冗余产能单元，由于冗余产能单元可与产能单元采用相同或相似的结构设计，以使得冗余产能单元能够在任一产能单元出现故障时进行替换，从而保证卫星能源系统的正常供电。在卫星能源系统中还可设置有至少能够对若干产能单元进行异常故障监测的诊断单元，由于产能构架由若干产能单元构成，诊断单元能够针对于每个产能单元进行分别监测，以获取产能单元的监测值，当监测值中出现异常值时即可判断出异常或故障的产能单元对应的点位，并可根据异常值与正常值之间的差值来完成不同的异常调节或故障隔离。当差值小于设定阈值时可通过异常太阳电池
阵对应的太阳电池管理模块进行调节；当差值大于设定阈值时可通过冗余产能单元对异常产能太阳电池阵对应的产能单元进行替换。此外，诊断单元还可通过传感器来判断是否为机械故障而引起的电路异常，以此来判断和确定解决方法，从而保证卫星能源系统的正常运行。在卫星能源系统的产能构架中设置有若干储能单元，以使得卫星能源系统的储能释放任务将由若干储能单元共同完成。诊断单元也可根据蓄电池单体的材质而选择不同的监测参数，从而能够对不同类型的蓄电池组都可以进行更加准确地监测。卫星能源系统的产能架构和储能架构各自由对应的标准模块化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星能源系统，其包括：若干产能单元（100），用于产生电能，包括太阳电池阵（110）和太阳电池管理模块（120），若干储能单元（200），用于储存及释放电能，包括蓄电池组（210）和蓄电池管理模块（220），诊断单元（300），用于对若干所述产能单元（100）和/或所述储能单元（200）进行异常故障监测，其特征在于，所述诊断单元（300）通过分压电路监测每个所述产能单元（100）对应的所述太阳电池阵（110）以获取电路输出电压和/或温度的监测数据，以此在任一所述监测数据出现异常时，所述诊断单元（300）能够确定出现异常的所述太阳电池阵（110）所属的所述产能单元（100）位置，其中，所述诊断单元（300）能够根据异常数据和标准数据之间的差值与预设阈值之间的关系，驱动所述太阳电池管理模块（120）进行异常调节或驱动额外设置的冗余产能单元（101）进行故障替换。2.根据权利要求1所述的卫星能源系统，其特征在于，所述诊断单元（300）通过太阳电池诊断模块（310）对各所述产能单元进行异常故障监测，其中，所述太阳电池诊断模块（310）在第一光照期、第二光照期和地影期中任意两者的交替时刻处于工作状态。3.根据权利要求2所述的卫星能源系统，其特征在于，所述太阳电池诊断模块（310）设置有传输机构，所述传输机构能够通过导线与对应的各所述太阳电池阵（110）和/或贴附于所述太阳电池阵（110）一侧的热敏电阻连接，以采集所述太阳电池阵（110）的电路输出电压和温度。4.根据权利要求3所述的卫星能源系统，其特征在于，所述传输机构采集的任一所述太阳电池阵（110）的电路输出电压能够作为第一电压与对应的卫星内部电路的第二电压进行对比，以准确定位出在所述产能单元（100）中异常或故障发生的具体点位。5.根据权利要求4所述的卫星能源系统，其特征在于，所述传输机构采集的任一所述太阳电池阵（110）的...

【专利技术属性】
技术研发人员：向晓霞，杨峰，任维佳，杜健，
申请(专利权)人：绵阳天仪空间科技有限公司，
类型：发明
国别省市：