一种卫星供电系统技术方案

一种卫星供电系统，包括：光电转换模块，其包括数个光电转换组，每个光电转换组内设置有故障排除部，当故障排除部连通时，与其并联的太阳能电池片被排除于光电转换组的供电线路，每个光电转换组的输出端设置有MPPT单元，其利用MPPT算法将光电转换组输出功率维持在最大输出功率点上，能源管理模块根据当前卫星产电功率需求按照调整光电转换组姿态的方式将最大输出功率点维持在需求的状态下。大输出功率点维持在需求的状态下。大输出功率点维持在需求的状态下。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星供电系统


[0001]本专利技术涉及一种卫星使用的电源模组，尤其涉及一种卫星供电系统。

技术介绍

[0002]微型卫星以其体积小、质量轻、成本低等特点，和研制周期短、便于模块化和批量化生产等优势成为当前各国航天技术的主要发展方向。
[0003]商业航天的发展，对商业卫星要求商业卫星的设计具有良好的适应性和可扩展性。作为卫星系统的核心组成部分，卫星能源系统具有同样的适应性广、可扩展性强的设计要求。
[0004]卫星的电源系统是卫星的几大核心系统之一。卫星进出地影伴随着蓄电池与太阳能电池阵的充放电交替。在太能电池阵能够满足供电时，卫星的动力由太阳能电池阵提供，此时蓄电池进行充电；当太阳能电池阵供电不足时，则联合蓄电池进行供电；当进地影时完全由蓄电池进行供电，若此时蓄电池供电不足会导致卫星无法正常工作，情况严重时甚至失控变成“死星”。
[0005]CN103744467B公开了一种用于微小卫星电源系统的太阳能电池最大功率追踪装置及其控制方法，该装置包括：一控制单元和多路功率输出单元；控制单元根据任一路功率输出单元中信息采集模块采集的输入电压和输出电压调节相应DC
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DC转换模块的工作模式，若工作在升压模式或降压模式，则控制单元根据当前时刻和前一时刻的输出功率进行MPPT控制；若DC
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DC转换模块失效则打开相应的故障模式模块。本专利技术基于一个控制单元即可集中控制多个DC
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DC转换模块，DC
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DC转换模块可以实现降压、升压、直通三种模式，并且故障模式单元可以在DC
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DC转换模块失效时由控制单元进行模式切换，保证输入端到输出端的导通。
[0006]目前卫星蓄电池使用的是镍氢电池，主要存在电池的失效、损伤和不一致性等常见故障。镍氢电池的失效指的是电池失去充放电等能力；镍氢电池的损伤指的是其自身过度充电或过度放电而导致的对其内部结构和储存能力造成不可修复的损害；镍氢电池的不一致性表现在镍氢电池在使用过程中不断充放电导致性能衰退，不同的镍氢电池衰退程度不相同。
[0007]在工作时，卫星蓄电池会采集电池的包括的各种测量数据，例如各回路的电压、电流、氢压值以及太阳帆板的姿态角等多类数据，当电池发生性能退化或失效时，测量数据会发生变化。现有的卫星电源异常检测方法一般是使用很多测量数据，包括基于模型的诊断方法、人工智能诊断方法、以及基于门限值异常检测方法等。基于模型的诊断是建立电源系统的精确模型，由模型和测量数据进行异常检测；人工智能诊断方法主要有专家系统以及神经网络方法等，专家系统是根据专家的经验建立经验库，将现有数据提取特征和经验库中的特征进行比对，从而达到异常检测的目的，人工神经网络通过对历史异常和正常的数据进行自学习，但现有的方法存在诸多缺陷，一是使用的测量参数过多，并且参数物理意义不明显，二是对于早期异常检测效果不明显，三是无法在故障发生之前进行主动干预，减小
故障发生的机率，延长电池的使用寿命。

技术实现思路

[0008]为解决上述现有技术中存在的至少一部分问题，本专利技术提供一种卫星供电系统，包括：光电转换模块，其包括数个光电转换组，光电转换组内设置有故障排除部，当故障排除部连通时，与其并联的太阳能电池片被排除于光电转换组的供电线路，每个光电转换组的输出端设置有MPPT单元，其利用MPPT算法将光电转换组输出功率维持在最大输出功率点上，设置有致动机构，能源管理模块按照以下方法调整光电转换组的输出功率：S1、能源管理模块判断当前卫星产电功率需求；S2、能源管理模块控制致动机构调整光电转换组姿态使得其在有效、部分失效或失效状态下变化；S3、将光电转换组由有效至失效的状态变化与伴随的由MPPT算法得出的最大输出功率点的变化进行比较；S4、当最大输出功率点变化至满足卫星产电功率需求时，控制致动机构停止以将光电转换组维持在当前遮蔽状态的姿态。
[0009]本专利技术通过调整卫星姿态以使得卫星上部分太阳能电池位置被遮蔽以使得整体串联的太阳能电池最大输出功率点被降低。对于受遮蔽情况下MPPT算法出现的多峰值问题，本专利技术仅需要采用普通的单峰方案。在需要降低输出功率的情况下，本专利技术提出太阳能电池的输出功率点维持在峰值较小的极大值点而不是最大值点。因此，本专利技术的方案所采用的MPPT算法简单、鲁棒性高，具有在算法目标固定（固定为寻找最大输出功率）的情况下主动地将输出功率减小的优势，不需要添加其它的控制程序以及控制电路或者消耗电路，维持卫星整体电路精简性，有效降低电路失效的风险。
[0010]优选地，还包括能源管理模块，其电连接至光电转换组输出端和故障排除部，其中，能源管理模块判断光电转换组是否处于失效、部分失效或有效状态是通过检测及判断光电转换组输出功率的变化以及故障排除部的通断情况完成的。
[0011]本专利技术的另一个优势在于可以利用对卫星姿态的致动调整规避了输出功率较小的部分失效状态，使得在卫星用电设备时刻需要大功率供电的情况下，尽可能地主动减少卫星处于部分失效状态的时间，防止用电设备在输出功率长时间不能保证的情况下无法完成工作而导致的大量损失。
[0012]优选地，当卫星中用电设备长期需求大功率供电的情况下，能源管理模块通过检测MPPT算法寻找的最大功率输出点的变化和/或故障排除部的开闭情况以在判断出光电转换组由失效状态转向部分失效状态或者由有效状态转向部分失效状态时启动致动机构以驱动处于部分失效状态的太阳能电池模块向失效状态或有效状态变化。
[0013]优选地，故障排除部是按照与光电转换组极性相反的方式并联设置在光电转换组电路上的。
[0014]优选地，驱动致动机构的动力来源是光电转换模块中处于有效状态下的光电转换组所提供的。
[0015]此种在卫星的光电转换模块向外输出电力的线路中增加能源管理模块的设计使得光电转换模块向外输送电力的功率能够得到调节，尤其是卫星属于在特殊的太空环境运
行的特种设备，对其上所有的零部件或者电器件拥有较高的工作要求。而本专利技术架设的能够生成最优MPPT指令的能源管理模块能够跟踪光电转换模块最大输出功率来调整光电转换模块的输出参数，使得光电转换模块发出的电力能够被最高效率的利用，提升了整体卫星的工作效率的同时减少了一些不必要的能量损失，进一步提升了整体卫星的精简度。另外能源管理模块与闭环回路之间采用了无线传输的方式，使得在能源管理模块与闭环回路之间可以分别放置在较远的距离上，由于卫星结构的额特殊性，经常在其上设置一块单独的区域作为用电设备或电气设备的保护工作区域，电源设备则设置在光电转换模块光翼展开板附近，两者之间有一定的距离，采用无线传输的方式至少节约了从能源管理模块到光电转换模块附近的闭环回路上的线路设计，优化了卫星整体线路的同时使得卫星整体精简度提升。另外在能源管理模块上还增加了检测蓄电池组的剩余电量的功能，使得该能源管理模块可以实时检测蓄电池组的剩余电量并且当剩余电量不足的时候，可以控制卫星上的其他用电设备适当地降低工作负载本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星供电系统，包括：光电转换模块（1），其包括数个光电转换组，所述光电转换组内设置有故障排除部，当所述故障排除部连通时，与其并联的太阳能电池片被排除于所述光电转换组的供电线路，每个所述光电转换组的输出端设置有MPPT单元，其利用MPPT算法将所述光电转换组输出功率维持在最大输出功率点（甲、乙、丙）上，其特征在于，设置有用于控制光电转换模块姿态的致动机构和用于对卫星提供电能的模块进行协调控制的能源管理模块，所述能源管理模块按照以下方法调整光电转换模块的输出功率：S1、能源管理模块判断当前卫星产电功率需求；S2、能源管理模块控制致动机构调整光电转换组姿态使得其在有效、部分失效或失效状态下变化；S3、将光电转换组由有效至失效的状态变化与伴随的由MPPT算法得出的最大输出功率点（甲、乙、丙）的变化进行比较；S4、当最大输出功率点变化至满足卫星产电功率需求时，控制致动机构停止以将光电转换组维持在当前姿态。2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述能源管理模块（2）电连接至所述光电转换模块（1）的输出端和所述故障排除部，其中，所述能源管理模块（2）通过检测及判断所述光电转换组最大输出功率的变化以及所述故障排除部的通断情况完成对所述光电转换组的判断。3.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，所述能源管理模块（2）通过控制致动机构以控制所述光电转换组的姿态，以使处于部分失效状态的所述光电转换组向失效状态或有效状态变化。4.根据权利要求3所述的供电系统，其特征在于，所述故障排除部是按照与所述光电转换组极性相反的方式并...

【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：