一种卫星蓄电池模块系统技术方案

本发明专利技术涉及一种卫星蓄电池模块系统，至少包括：发电装置，其包括若干个输出电能以供供电装置储存或系统能耗装置消耗的发电单元；供电装置，其与发电装置电连接，包括若干个将发电装置输出的电能转化为化学能储存并在需要供电时转化为电能的二次电池供电模块。发电单元包括若干个产生电能的发电池和输出电能的光伏发电模块，二次电池供电模块包括若干个配合连接的二次电池盒和二次电池管理模块，二次电池管理模块中的集成电路可与二次电池盒一一对应连接并对二次电池进行充放电的调控，二次电池盒中多个二次电池呈模块化地串联或并联在一起，并将其能耗装置连接以适应卫星系统内部需求与外部变化。内部需求与外部变化。内部需求与外部变化。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星蓄电池模块系统


[0001]本专利技术涉及卫星电源系统设计领域，尤其涉及一种卫星蓄电池模块系统。

技术介绍

[0002]微纳卫星以其成本低、研制周期短等优势成为商业航天领域的研究热点，在世界范围内获得广泛关注。微纳卫星中蓄电池的容量普遍较小，按照现有的卫星电源设计，在卫星与运载分离后，蓄电池的放电深度可能超过70％。如此高的放电深度可能使卫星断电甚至丢失。并且卫星在轨运行中还可能存在姿态不稳或设备状态异常，这些因素均可能导致蓄电池过度放电而损坏。
[0003]目前卫星的电源系统一般为太阳电池阵
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蓄电池组电源系统，卫星绕地球一圈的时间为轨道周期，通常情况下轨道周期包括阴影时间和光照时间，阴影时间是指卫星在轨道周期内不受太阳光照射的时间，光照时间是指卫星在轨道周期内受太阳光照射的时间。在光照时间内太阳电池阵受照发电，为卫星用电设备提供能源，同时为蓄电池组充电；在阴影时间，蓄电池组放电为卫星用电设备提供能源。每经历一个轨道周期，蓄电池组即经历一次充放电循环，随着充放电循环次数的增加，蓄电池组荷电保持能力逐渐降低，即充电到同一个充电终压后，放出同样电量时，蓄电池组的放电终压会逐渐降低。另外，蓄电池组的循环寿命与其每一个充放电循环内的放电深度成反相关关系，为了延长其在轨使用寿命，需要对放电深度作出限制。蓄电池组放电时，其不同电压下的荷电状态与温度相关，但卫星在轨运行时，一般能够保证蓄电池组温度长期处在其最佳工作温度范围内，而在轨运行时的充放电制度基本恒定，所以蓄电池组的电压就能够表征蓄电池组的荷电状态。
[0004]现有卫星的安全保护模式设计较为简单，只有能够使得卫星进入最小功耗模式的电源系统保护设计和使蓄电池组与供电母线断开的蓄电池组过放保护设计。这样的设计有以下问题：不能对蓄电池组的正常衰降引起的放电终压降低进行预警，有效载荷正常使用时，由于蓄电池组的性能衰降，使得蓄电池组电压低于设计的电压阈值，卫星进入小功耗模式，影响有效载荷执行任务；针对蓄电池组电压较低的情况不能进行分级管理，不同电压值给出不同的应对策略，不能对蓄电池组电压过低的情况进行精细化自主管理，延长蓄电池组的使用寿命；若由于某种卫星故障导致蓄电池组发生过放，蓄电池组与卫星供电母线断开，卫星在阴影时间断电，发生此种状况时，由于卫星的姿态未知，进入光照时间时可能出现太阳电池阵法线与太阳光垂直的情况，使其不能受照发电，导致卫星失效。
[0005]CN106100096B公开了一种微纳卫星低压高效电源系统，采用12V低压非调节母线拓扑结构，以锂离子蓄电池组作为储能机构，采用分流调节方式实现功率调节和稳压及为蓄电池组恒流
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恒压充电。对太阳能电池阵进行分组连接，分别对应直接供电和分流供电；分流电路设计有故障隔离，当系统判断出分流电路发生故障时，通过与分流电路互为备份的一组开关实现稳定母线和为蓄电池组恒压充电功能；星地供电接口能实现星箭分离时卫星加电开始工作；能够针对不同寿命期进行充电管理和过放保护。采用本专利技术的电源系统具有低功耗，体积小、重量轻的特点，可应用于整星卫星负载功耗5～100W的微纳卫星电源
系统。
[0006]CN107579587B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。本专利技术的太阳电池阵利用率高、可靠性高、系统开销小。
[0007]即使是这样，目前现有技术中卫星系统所使用的蓄电池模块仍然存在至少一个或几个技术问题：
[0008]1、现有的卫星系统所使用的蓄电池模组在实施充放电的均衡及电路的保护控制时，其电路设计及布置方式复杂；
[0009]2、现有的卫星系统在设计蓄电池模组及其保护控制回路时，基本都是定制型，即针对每个卫星单一设计，因此其适应性、可扩展性相对较差，将不利于商业卫星的业务发展。
[0010]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术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

[0011]针对现有技术之不足，本专利技术提供了一种卫星蓄电池模块系统，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。
[0012]为实现上述目的，本专利技术提供一种可实现对二次电池均衡均流控制的卫星蓄电池模块系统，至少包括：发电装置，其包括若干个输出电能以供供电装置储存或系统能耗装置消耗的发电单元；供电装置，与发电装置电连接，包括若干个将发电装置输出的电能储存并供给能耗装置消耗的供电单元；供电单元包括与发电池配合将电能转化为化学能形式储存并在需要供电时转化为电能的二次电池盒。
[0013]优选地，供电装置还包括二次电池管理模块，二次电池管理模块与二次电池盒配合连接形成一组二次电池供电模块，以应对系统内部需求和外部变化。
[0014]优选地，二次电池管理模块通过如下步骤实现对二次电池盒的电压均衡：
[0015]A1、根据二次电池盒内各单体电池电量参数确定一个安全范围内的电池电压偏差值，
[0016]A2、通过二次电池管理模块监测所有单体电池电压，计算所有单体电池平均电压值，若达到的最大电压值与最小电压值之差超过预期的单体电池电压偏差值时，二次电池管理模块控制分流以使单体电池电压趋向平均电压。
[0017]其中，二次电池管理模块将对电压值高于平均电压的单体电池进行电压均衡管理。
[0018]优选地，二次电池管理模块的均衡均流管理方式分为能耗分流法和能量传递法，
其中，能耗分流法在充电期间消耗多余电荷，通过电阻器将二次电池盒内单体电池的高电压或高荷电量电芯的能量消耗掉，以达到减小不同单体电池之间差距的目的；能量传递法在充电和放电期间对电荷进行重新分配，若单体电池的最大电压值与最小电压值之差超过预期的单体电池电压偏差值时，二次电池管理模块控制分流以使能量传递到电压较低的电池，从而实现二次电池盒的均衡充放电。
[0019]优选地，二次电池管理模块实施均衡管理时所需的平衡时间及平衡电流是根据二次电池盒中的单体电池完整运行至少一个周期的平均时间所设定的。
[0020]优选地，二次电池管理模块将在平衡时间到达之时，停止对二次电池盒的均衡控制，或在下一个充电周期结束且充入电量最多的单体电池的电压达到终止电压时，停止对于二次电池盒的均衡控制。
[0021本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星蓄电池模块系统，至少包括：发电装置(1)，包括若干个输出电能以供供电装置(2)储存或系统能耗装置(3)消耗的发电单元(10)，供电装置(2)，其与所述发电装置(1)电连接，包括若干个将所述发电装置(1)输出的电能转化为化学能储存并在需要供电时转化为电能的二次电池盒(21)，其特征在于，所述供电装置(2)还包括二次电池管理模块(22)，所述二次电池管理模块(22)与所述二次电池盒(21)配合连接形成一组二次电池供电模块(20
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1)，以应对系统内部需求和外部变化，其中，所述二次电池管理模块(22)通过如下步骤实现对所述二次电池盒(21)的电压均衡：A1、根据所述二次电池盒(21)内各单体电池电量参数确定一个安全范围内的电池电压偏差值，A2、通过所述二次电池管理模块(22)监测所有单体电池电压，计算所有单体电池平均电压值，若达到的最大电压值与最小电压值之差超过预期的单体电池电压偏差值时，所述二次电池管理模块(22)控制分流以使单体电池电压趋向平均电压。2.根据权利要求1所述的蓄电池模块系统，其特征在于，所述二次电池管理模块(22)的均衡均流管理方式分为能耗分流法和能量传递法，其中，能耗分流法在充电期间消耗多余电荷，通过电阻器将所述二次电池盒(21)内单体电池的高电压或高荷电量电芯的能量消耗掉，以达到减小不同单体电池之间差距的目的；能量传递法在充电和放电期间对电荷进行重新分配，若单体电池的最大电压值与最小电压值之差超过预期的单体电池电压偏差值时，所述二次电池管理模块(22)控制分流以使能量传递到电压较低的电池，从而实现所述二次电池盒(21)的均衡充放电。3.根据权利要求2所述的蓄电池模块系统，其特征在于，所述二次电池管理模块(22)实施均衡管理时所需的平衡时间及平衡电流是根据二次电池盒(21)中的单体电池完整运行至少一个周期的平均时间所设定的。4.根据权利要求3所述的蓄电池模块系统，其特征在于，所述二次电池管理模块(22)将在平衡时间到达之时，停止对二次电池盒(21)的均衡控制，或在下一个充电周期结束且充入电量最多的单体电池的电压达到终止电压时，停止对于二次电池盒(21)的均衡控制。5.根据权利要求4所述的蓄电池模块...

【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：