微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)，包括：折疊式柔性太陽電池陣1、多自由度太陽電池陣2、鋰聚合物蓄電池組A31、微型充放電管理模塊A41、微型充放電管理模塊B42、鋰聚合物蓄電池組B32和高集成配電管理模塊5；折疊式柔性太陽電池陣1、鋰聚合物蓄電池組A31和微型充放電管理模塊A41連接；多自由度太陽電池陣2、鋰聚合物蓄電池組B32和微型充放電管理模塊B42纜連接；高集成配電管理模塊5和微型充放電管理模塊A41、微型充放電管理模塊B42連接。本發(fā)明系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，合理進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，既提高了系統(tǒng)性能，又極大地減少了研制成本，可以滿足微型衛(wèi)星供配電分系統(tǒng)體積小、重量輕、研制周期短的需求。
【專利說明】微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星供配電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及微型衛(wèi)星開放式供配電系統(tǒng)，尤其涉及一種50kg級(jí)微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]供配電分系統(tǒng)通過某種物理變化或化學(xué)變化將光能或化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，根據(jù)需要進(jìn)行貯存、調(diào)節(jié)和變換，然后向衛(wèi)星各分系統(tǒng)供電。供配電分系統(tǒng)一般由太陽電池陣、蓄電池組、電源控制器、電源變換器、配電器和電纜網(wǎng)組成。
[0003]傳統(tǒng)衛(wèi)星供配電分系統(tǒng)太陽電池陣通常采用剛性基板，通過一維或二維驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)日定向，對(duì)稱安裝在衛(wèi)星南北面；蓄電池組一般為鎘鎳電池或鋰離子電池串并聯(lián)組成；電源控制器通常采用模塊化設(shè)計(jì)，由充放電調(diào)節(jié)、分流調(diào)節(jié)和電容陣等多個(gè)功能模塊構(gòu)成；電源變換器一般采用多個(gè)模塊級(jí)組件集成在衛(wèi)星各單機(jī)中；配電器通常采用繼電器作為執(zhí)行器件，由星載計(jì)算機(jī)控制；整個(gè)衛(wèi)星的能量傳輸和信號(hào)傳輸則通過電纜網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。
[0004]限于體積和重量的限制，現(xiàn)有微型衛(wèi)星的供配電分系統(tǒng)可以為整星提供的能源僅為數(shù)瓦至數(shù)十瓦且最大僅支持十?dāng)?shù)路配電路數(shù)，嚴(yán)重限制了微型衛(wèi)星的應(yīng)用范圍。
[0005]目前航天領(lǐng)域沒有發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明類似相關(guān)技術(shù)的說明或報(bào)道，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類似的資料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有微型衛(wèi)星供配電分系統(tǒng)提供電能不足、配電路數(shù)少的問題。利用本發(fā)明，可以在不增加衛(wèi)星體積和重量的條 件下大幅度提高微型衛(wèi)星供配電分系統(tǒng)的功率輸出和配電路數(shù)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明提供的微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)，包括:折疊式柔性太陽電池陣
1、多自由度太陽電池陣2、鋰聚合物蓄電池組A31、微型充放電管理模塊A41、微型充放電管理模塊B42、鋰聚合物蓄電池組B32和高集成配電管理模塊5 ；
[0008]折疊式柔性太陽電池陣1、鋰聚合物蓄電池組A31和微型充放電管理模塊A41通過電纜連接在一起；多自由度太陽電池陣2、鋰聚合物蓄電池組B32和微型充放電管理模塊B42通過電纜連接在一起；高集成配電管理模塊5通過電纜和微型充放電管理模塊A41、微型充放電管理模塊B42連接在一起。
[0009]優(yōu)選地，所述折疊式柔性太陽電池陣1，主要由輕量化柔性太陽電池基板、高轉(zhuǎn)換效率三結(jié)砷化鎵太陽電池和微型電池陣展開機(jī)構(gòu)組成，高轉(zhuǎn)換效率三結(jié)砷化鎵太陽電池和微型電池陣展開機(jī)構(gòu)連接輕量化柔性太陽電池基板。
[0010]優(yōu)選地，所述多自由度太陽電池陣2，主要由剛性太陽電池基板、高轉(zhuǎn)換效率三結(jié)砷化鎵太陽電池和微型電池陣驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，高轉(zhuǎn)換效率三結(jié)砷化鎵太陽電池和微型電池陣驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接剛性太陽電池基板。[0011]優(yōu)選地，所述鋰聚合物蓄電池組A31和鋰聚合物蓄電池組B32，各主要由兩塊鋰聚合物電池串聯(lián)組成。
[0012]優(yōu)選地,所述微型充放電管理模塊A41和微型充放電管理模塊B42,均能夠自主控制蓄電池的充放電過程，且均包含由星載計(jì)算機(jī)直接控制的蓄電池放電開關(guān)。
[0013]優(yōu)選地，所述高集成配電管理模塊5，基于商用功率MOS管多路陣列，支持1553B總線，用于提供最多40路控制配電和計(jì)算機(jī)主備份切換功能。
[0014]優(yōu)選地，衛(wèi)星星箭分離后，折疊式柔性太陽電池陣I展開，電能通過微型充放電管理模塊A41傳輸至高集成配電管理模塊5，再由高集成配電管理模塊5分配至星內(nèi)其它單機(jī)模塊；同時(shí)在滿足衛(wèi)星基本能源需求后還通過微型充放電管理模塊A41向鋰聚合物蓄電池組A31充電。
[0015]優(yōu)選地，衛(wèi)星星箭分離后，多自由度太陽電池陣2解鎖展開并對(duì)日定向，電能通過微型充放電管理模塊B42傳輸至高集成配電管理模塊5，再由高集成配電管理模塊5分配至星內(nèi)其它單機(jī)模塊；同時(shí)在滿足衛(wèi)星基本能源需求后還通過微型充放電管理模塊B42向鋰聚合物蓄電池組B32充電。
[0016]優(yōu)選地，衛(wèi)星進(jìn)行空間任務(wù)時(shí)，微型充放電管理模塊A41和微型充放電管理模塊B42打開放電開關(guān)，由折疊式柔性太陽電池陣1、多自由度太陽電池陣2、鋰聚合物蓄電池組A31和鋰聚合物蓄電池組B32聯(lián)合向高集成配電管理模塊5供電，再由高集成配電管理模塊5分配至星內(nèi)其它單機(jī)模塊。
[0017]優(yōu)選地，衛(wèi)星完成空間任務(wù)以后，在陰影期時(shí)，微型充放電管理模塊A41和微型充放電管理模塊B42打開放電開關(guān)，由鋰聚合物蓄電池組A31和鋰聚合物蓄電池組B32向高集成配電管理模塊5供電；在光照期時(shí)，由折疊式柔性太陽電池陣I和多自由度太陽電池陣2通過微型充放電管理模塊A41和微型充放電管理模塊B42向高集成配電管理模塊5供電，并同時(shí)向鋰聚合物蓄電池組A31和鋰聚合物蓄電池組B32充電。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0019]1、本發(fā)明采用先進(jìn)的微電子技術(shù)和材料技術(shù)，系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，合理進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，選用工業(yè)級(jí)和商業(yè)級(jí)的器件與組件，既提高了系統(tǒng)性能，縮短了研制時(shí)間，又極大的減少了研制成本，可以滿足50kg級(jí)微型衛(wèi)星供配電分系統(tǒng)成本低、體積小、重量輕、研制周期短的需求。
[0020]2、采用不調(diào)節(jié)母線供電體制，系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，縮短研制時(shí)間；
[0021]3、采用輕型化的折疊式柔性太陽電池陣在分配重量不變的條件下大幅度提高衛(wèi)星的太陽電池可布片面積；
[0022]4、在衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)狀態(tài)下系統(tǒng)通過多自由度太陽電池陣的轉(zhuǎn)動(dòng)保證太陽電池處于最佳的光照條件；
[0023]5、采用具有更高比能量的鋰聚合物電池作為貯能設(shè)備，為衛(wèi)星在陰影期提供充足的能源；
[0024]6、采用商業(yè)級(jí)的高集成芯片替代傳統(tǒng)的單機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)電源的充放電管理和配電控制功能；
[0025]5、通過雙太陽電池陣、雙蓄電池組和雙充放電管理模塊的冗余設(shè)計(jì)，增強(qiáng)整個(gè)分系統(tǒng)的安全性與可靠性；[0026]8、采用熱控、測(cè)控、數(shù)傳和姿軌控等多系統(tǒng)聯(lián)合控制方式實(shí)現(xiàn)不調(diào)節(jié)母線能源分流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0028]圖1為微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)原理組成框圖。
[0029]圖中:
[0030]I為折疊式柔性太陽電池陣；
[0031]2為多自由度太陽電池陣；
[0032]31為鋰聚合物蓄電池組A ；
[0033]32為鋰聚合物蓄電池組B ；
[0034]41為微型充放電管理模塊A ；
[0035]42為微型充放電管理模塊B ；
[0036]5為高集成配電管理模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0038]請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明提供的一種微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)的原理組成框圖，如圖1所示，本發(fā)明提供的微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)，采用不調(diào)節(jié)母線，包括折疊式柔性太陽電池陣、多自由度太陽電池陣、鋰聚合物蓄電池組、微型充放電管理模塊和高集成配電管理模塊。
[0039]折疊式柔性太陽電池陣主要由輕量化柔性太陽電池基板、高轉(zhuǎn)換效率三結(jié)砷化鎵太陽電池和微型電池陣展開機(jī)構(gòu)組成，整個(gè)電池陣重量不大于2kg，最佳光照條件下為衛(wèi)星提供功率不小于90W。
[0040]多自由度太陽電池陣主要由剛性太陽電池基板、高轉(zhuǎn)換效率三結(jié)砷化鎵太陽電池和微型電池陣驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，整個(gè)電池陣重量不大于2.5kg,最大輸出功率不小于90W,可實(shí)現(xiàn)最大六自由度轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0041]鋰聚合物蓄電池組主要由兩塊鋰聚合物電池串聯(lián)組成，最大可儲(chǔ)存35Wh電能，單個(gè)蓄電池組重量不大于500g，平均輸出電壓為3.5V，容量不小于10Ah。
[0042]微型充放電管理模塊基于商業(yè)級(jí)充放電管理芯片設(shè)計(jì)，可自主控制蓄電池的充放電過程，并包含蓄電池放電開關(guān)，由星載計(jì)算機(jī)直接控制，重量不大于50g，最大放電電流不小于10A，最大充電電流不小于8A。
[0043]高集成配電管理模塊基于商用功率MOS管多路陣列，可提供最多40路控制配電和計(jì)算機(jī)主備份切換功能。高集成配電管理模塊采用1553B總線與星載計(jì)算機(jī)通信，在接收指令后通過FPGA譯碼控制配電通道通斷。配電執(zhí)行器件采用商用功率MOS管多路陣列，可提供最多40路控制配電，每路最大輸出電流不小于5A。高集成配電管理模塊還提供計(jì)算機(jī)備份切換電路，并由測(cè)控系統(tǒng)直接控制。高集成配電管理模塊重量不大于300g。
[0044]本發(fā)明提供的微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)的工作過程如下:
[0045]衛(wèi)星星箭分離前由鋰聚合物蓄電池組A31和鋰聚合物蓄電池組B32分別通過微型充放電管理模塊A41和微型充放電管理模塊B42向衛(wèi)星提供能源。
[0046]衛(wèi)星星箭分離后折疊式柔性太陽電池陣I展開，電能通過微型充放電管理模塊A41傳輸至高集成配電管理模塊5，再由高集成配電管理模塊5分配至星內(nèi)其它單機(jī)模塊。同時(shí)在滿足衛(wèi)星基本能源需求后還通過微型充放電管理模塊A41向鋰聚合物蓄電池組A31充電。
[0047]衛(wèi)星星箭分離后多自由度太陽電池陣2解鎖展開并對(duì)日定向，電能通過微型充放電管理模塊B42傳輸至高集成配電管理模塊5，再由高集成配電管理模塊5分配至星內(nèi)其它單機(jī)模塊。同時(shí)在滿足衛(wèi)星基本能源需求后還通過微型充放電管理模塊B42向鋰聚合物蓄電池組B32充電。
[0048]衛(wèi)星進(jìn)行空間任務(wù)時(shí)微型充放電管理模塊A41和微型充放電管理模塊B42打開放電開關(guān)，由折疊式柔性太陽電池陣1、多自由度太陽電池陣2、鋰聚合物蓄電池組A31和鋰聚合物蓄電池組B32聯(lián)合向高集成配電管理模塊5供電，再由高集成配電管理模塊5分配至星內(nèi)其它單機(jī)模塊。
[0049]衛(wèi)星完成空間任務(wù)以后，在陰影期時(shí)，微型充放電管理模塊A41和微型充放電管理模塊B42打開放電開關(guān)，由鋰聚合物蓄電池組A31和鋰聚合物蓄電池組B32向高集成配電管理模塊5供電。在光照期時(shí)，由折疊式柔性太陽電池陣I和多自由度太陽電池陣2通過微型充放電管理模塊A41和微型充放電管理模塊B42向高集成配電管理模塊5供電,并同時(shí)向鋰聚合物蓄電池組A31和鋰聚合物蓄電池組B32充電。
[0050]當(dāng)衛(wèi)星完成蓄電池組充電后，多余電能通過星載計(jì)算機(jī)自主控制衛(wèi)星熱控、測(cè)控、數(shù)傳和姿軌控系統(tǒng)的工作模式實(shí)現(xiàn)不調(diào)節(jié)母線供配電系統(tǒng)的能源分流。
[0051]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)，其特征在于，包括:折疊式柔性太陽電池陣(I)、多自由度太陽電池陣(2)、鋰聚合物蓄電池組A (31)、微型充放電管理模塊A (41)、微型充放電管理模塊B (42)、鋰聚合物蓄電池組B (32)和高集成配電管理模塊(5); 折疊式柔性太陽電池陣(I)、鋰聚合物蓄電池組A (31)和微型充放電管理模塊A (41)通過電纜連接在一起；多自由度太陽電池陣(2)、鋰聚合物蓄電池組B (32)和微型充放電管理模塊B (42)通過電纜連接在一起；高集成配電管理模塊(5)通過電纜和微型充放電管理模塊A (41)、微型充放電管理模塊B (42)連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)，其特征在于，所述折疊式柔性太陽電池陣(1)，主要由輕量化柔性太陽電池基板、高轉(zhuǎn)換效率三結(jié)砷化鎵太陽電池和微型電池陣展開機(jī)構(gòu)組成，高轉(zhuǎn)換效率三結(jié)砷化鎵太陽電池和微型電池陣展開機(jī)構(gòu)連接輕量化柔性太陽電池基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)，其特征在于，所述多自由度太陽電池陣(2)，主要由剛性太陽電池基板、高轉(zhuǎn)換效率三結(jié)砷化鎵太陽電池和微型電池陣驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，高轉(zhuǎn)換效率三結(jié)砷化鎵太陽電池和微型電池陣驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接剛性太陽電池基板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)，其特征在于，所述鋰聚合物蓄電池組A (31)和鋰聚合物蓄電池組B (32)，各主要由兩塊鋰聚合物電池串聯(lián)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)，其特征在于，所述微型充放電管理模塊A (41)和微型 充放電管理模塊B (42),均能夠自主控制蓄電池的充放電過程，且均包含由星載計(jì)算機(jī)直接控制的蓄電池放電開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)，其特征在于，所述高集成配電管理模塊(5)，基于商用功率MOS管多路陣列，支持1553B總線，用于提供最多40路控制配電和計(jì)算機(jī)主備份切換功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)，其特征在于，衛(wèi)星星箭分離后，折疊式柔性太陽電池陣(I)展開，電能通過微型充放電管理模塊A (41)傳輸至高集成配電管理模塊(5)，再由高集成配電管理模塊(5)分配至星內(nèi)其它單機(jī)模塊；同時(shí)在滿足衛(wèi)星基本能源需求后還通過微型充放電管理模塊A (41)向鋰聚合物蓄電池組A (31)充電。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)，其特征在于，衛(wèi)星星箭分離后，多自由度太陽電池陣(2)解鎖展開并對(duì)日定向，電能通過微型充放電管理模塊B (42)傳輸至高集成配電管理模塊(5)，再由高集成配電管理模塊(5)分配至星內(nèi)其它單機(jī)模塊；同時(shí)在滿足衛(wèi)星基本能源需求后還通過微型充放電管理模塊B (42)向鋰聚合物蓄電池組B (32)充電。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)，其特征在于，衛(wèi)星進(jìn)行空間任務(wù)時(shí)，微型充放電管理模塊A (41)和微型充放電管理模塊B (42)打開放電開關(guān)，由折疊式柔性太陽電池陣(I)、多自由度太陽電池陣(2)、鋰聚合物蓄電池組A (31)和鋰聚合物蓄電池組B (32)聯(lián)合向高集成配電管理模塊(5)供電，再由高集成配電管理模塊(5)分配至星內(nèi)其它單機(jī)模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型衛(wèi)星開放式供配電分系統(tǒng)，其特征在于，衛(wèi)星完成空間任務(wù)以后，在陰影期時(shí)，微型充放電管理模塊A (41)和微型充放電管理模塊B (42)打開放電開關(guān)，由鋰聚合物蓄電池組A (31)和鋰聚合物蓄電池組B (32)向高集成配電管理模塊 (5)供電；在光照期時(shí)，由折疊式柔性太陽電池陣(I)和多自由度太陽電池陣(2)通過微型充放電管理模塊A (41)和微型充放電管理模塊B (42)向高集成配電管理模塊(5)供電，并同時(shí)向鋰聚合物蓄電池組A (31)和鋰聚合物蓄電池組B (32)充電。
【文檔編號(hào)】B64G1/44GK103723288SQ201310705290
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】侯建文, 袁建平, 鄒興, 李秀偉, 宋濤 申請(qǐng)人:上海衛(wèi)星工程研究所