卫星储能系统配置方法、装置和电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种卫星储能系统配置方法、装置和电子设备，其中配置方法包括：根据卫星的需求选定锂电池和超级电容的类型；以锂电池和超级电容的类型确定能量密度、在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数f1和f2；求取函数f1和函数f2的一阶导数，并在函数f1和函数f2的一阶导数相等时，计算此时的循环次数N；分别计算锂电池和超级电容的放电功率；结合能量密度和放电功率，分别计算锂电池与超级电容的配置。本发明专利技术在储能系统成本变化不大的前提下，实现卫星储能系统轻量化，降低星座建设成本，尤其适用于低轨星座，包括低轨巨型星座。包括低轨巨型星座。包括低轨巨型星座。

【技术实现步骤摘要】
卫星储能系统配置方法、装置和电子设备


[0001]本专利技术主要涉及卫星能源系统
，尤其涉及一种卫星储能系统配置方法、装置和电子设备。

技术介绍

[0002]卫星(人造卫星)是目前发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器，其按照运行轨道不同分为低轨道卫星和中高轨道卫星。卫星的用途很广，如勘探卫星可用于测量地形、调查地面资源和勘探地下矿藏，气象卫星可用于拍摄云图、观测风向和风速等等。卫星要完成各种各样的功能，离不开供能系统为卫星提供能源。卫星的电源供应主要来自两组装备，一组是化学能电池装备，一组是太阳能电池装备，而锂电池作为目前卫星应用最广泛的储能单元，在高中低轨、深空等卫星中都有广泛的应用。
[0003]目前低轨卫星主要采用单一的低成本工业锂电池作为储能系统。低成本工业锂电池受限于制造工艺，其20％～30％放电深度(DOD，Depth of Discharge)的使用寿命一般不超过15000次。等效低轨卫星在轨寿命约三年，对于五年或十年长寿命卫星，目前的低轨卫星储能系统方案难以适应。为实现长寿命，主要是通过成比例增加锂电池容量、降低放电深度来实现，但这种方式也将大幅增加储能系统和整星的重量，相应地，大幅增加了运载成本和星座建设成本。虽然空间专用长寿命锂电池使用寿命能满足低轨五到十年的需求，但成本较高。
[0004]随着商业航天的快速发展，星座规模越来越大。巨型星座的建设需要的资金投入大，因此对卫星在轨寿命提出了更高要求，从寿命要求不到一年提高到三年、五年甚至十年。低轨卫星储能系统每天的充放电次数远高于中高轨卫星，十年寿命下充放电次数达五万次，甚至更多。储能系统能力以及卫星成本是制约低轨卫星寿命的关键因素，因此降低电池成本和电池重量是当前亟需解决的重要问题之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种卫星储能系统配置方法、装置和电子设备，在储能系统成本变化不大的前提下，实现卫星储能系统轻量化，降低星座建设成本，尤其适用于低轨星座，包括低轨巨型星座。
[0006]为解决上述技术问题，第一方面，本专利技术提供了一种卫星储能系统配置方法，包括：根据所述卫星的需求选定锂电池和超级电容的类型；以所述锂电池和所述超级电容的类型确定能量密度、在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数f1和f2；其中f1表示所述锂电池在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数，f2表示所述超级电容在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数；求取函数f1和函数f2的一阶导数；并在函数f1和函数f2的一阶导数相等时，计算此时的循环次数N；在循环次数为N次以前所述锂电池为所述卫星提供能源，所述超级电容为储能备份，在循环次数为N次以后由所述锂电池和所述超级电容联合为所述卫星提供能源的情况下，分别计算所述锂电池和所述超级电容
的放电功率；结合所述能量密度和所述放电功率，分别计算所述锂电池与所述超级电容的配置。
[0007]可选地，根据所述卫星的需求选定锂电池和超级电容的类型包括：根据所述卫星的需求选定锂电池和超级电容的类型，其中所述卫星的需求包括所述卫星的任务需求、卫星的重量和成本约束。
[0008]可选地，确定在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数f1和f2还包括：在选定的放电深度下，所述锂电池的循环次数应满足所述卫星的充放电次数要求。
[0009]可选地，确定在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数f1和f2还包括：确定在20％放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数f1和f2。
[0010]可选地，所述锂电池在循环次数为N次以后的放电深度不超过初始电池容量的10％。
[0011]可选地，计算所述锂电池与所述超级电容的配置包括：通过M＝P
d
·
E
d
‑1·
R
‑1分别计算所述锂电池和所述超级电容的质量，式中，M为质量，P
d
为放电功率，E
d
为能量密度，R为放电容量与放电标称容量的比值。
[0012]可选地，计算所述锂电池与所述超级电容的配置还包括：考虑地影和阳照的时长，通过M
R
＝P
d
·
E
d
‑1·
R
‑1·
T1·
T2‑1分别计算所述锂电池与所述超级电容的配置，式中，T1为地影时长，T2为日照时长。
[0013]第二方面，本专利技术提供了一种卫星储能系统配置装置，包括：选型模块，用于根据所述卫星的需求选定锂电池和超级电容的类型；确定模块，用于以所述锂电池和所述超级电容的类型确定能量密度、在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数f1和f2；其中f1表示所述锂电池在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数，f2表示所述超级电容在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数；第一计算模块，用于求取函数f1和函数f2的一阶导数；并在函数f1和函数f2的一阶导数相等时，计算此时的循环次数N；第二计算模块，用于在循环次数为N次以前所述锂电池为所述卫星提供能源，所述超级电容为储能备份，在循环次数为N次以后由所述锂电池和所述超级电容联合为所述卫星提供能源的情况下，分别计算所述锂电池和所述超级电容的放电功率；第三计算模块，用于结合所述能量密度和所述放电功率，分别计算所述锂电池与所述超级电容的配置。
[0014]第三方面，本专利技术提供了一种电子设备，包括：处理器和存储器，所述存储器存储可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如第一方面所述的卫星储能系统配置方法的步骤。
[0015]第四方面，本专利技术提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述的卫星储能系统配置方法的步骤。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：首先根据卫星的需求选定锂电池和超级电容的类型，再以锂电池和超级电容的类型确定能量密度、在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数f1和f2，又求取函数f1和函数f2的一阶导数，并在函数f1和函数f2的一阶导数相等时，计算此时的循环次数N，还分别计算锂电池和超级电容的放电功率，最后结合能量密度和放电功率，分别计算锂电池与超级电容的配置，进而能够在储能系统成本变化不大的前提下，实现卫星储能系统轻量化，降低星座建设成本，尤其适用于低轨星座，
包括低轨巨型星座。
附图说明
[0017]包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本申请原理的作用。附图中：
[0018]图1是本专利技术一实施例卫星储能系统配置方法的流程示意图；
[0019]图2是本专利技术一实施例中f
1_20
(n)的函数示意图；
[0020]图3是本专利技术一实施例中函数f
1_50
(n)和函数f2(n)的一阶导数取交点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星储能系统配置方法，其特征在于，包括：根据所述卫星的需求选定锂电池和超级电容的类型；以所述锂电池和所述超级电容的类型确定能量密度、在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数f1和f2；其中f1表示所述锂电池在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数，f2表示所述超级电容在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数；求取函数f1和函数f2的一阶导数；并在函数f1和函数f2的一阶导数相等时，计算此时的循环次数N；在循环次数为N次以前所述锂电池为所述卫星提供能源，所述超级电容为储能备份，在循环次数为N次以后由所述锂电池和所述超级电容联合为所述卫星提供能源的情况下，分别计算所述锂电池和所述超级电容的放电功率；结合所述能量密度和所述放电功率，分别计算所述锂电池与所述超级电容的配置。2.如权利要求1所述的卫星储能系统配置方法，其特征在于，根据所述卫星的需求选定锂电池和超级电容的类型包括：根据所述卫星的需求选定锂电池和超级电容的类型，其中所述卫星的需求包括所述卫星的任务需求、卫星的重量和成本约束。3.如权利要求1所述的卫星储能系统配置方法，其特征在于，确定在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数f1和f2还包括：在选定的放电深度下，所述锂电池的循环次数应满足所述卫星的充放电次数要求。4.如权利要求1所述的卫星储能系统配置方法，其特征在于，确定在某放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数f1和f2还包括：确定在20％放电深度下的容量保持率与循环次数的关系函数f1和f2。5.如权利要求1所述的卫星储能系统配置方法，其特征在于，所述锂电池在循环次数为N次以后的放电深度不超过初始电池容量的10％。6.如权利要求1所述的卫星储能系统配置方法，其特征在于，计算所述锂电池与所述超级电容的配置包括：通过M＝P
d
·
E
d
‑1·
R
‑1分别计算所述锂电池和所述超级电容的质量，式中，M为质量，P
...

【专利技术属性】
技术研发人员：林宝军，何盼，沈苑，张军，李锴，孔陈杰，冷佳醒，张强，常景娜，陈天明，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：