本發(fā)明涉及一種基于高低壓雙母線的大功率高效衛(wèi)星電源系統(tǒng)。本發(fā)明適用于長(zhǎng)期功耗較大，同時(shí)具有短時(shí)大功率載荷工作需求的小衛(wèi)星，能夠?qū)崿F(xiàn)高比功率、高效率的緊湊型電源系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星電源系統(tǒng)由電源控制器、蓄電池組和太陽(yáng)電池陣組成，在衛(wèi)星整個(gè)壽命期間一直處于工作狀態(tài)，滿足衛(wèi)星在整個(gè)壽命期間、各種工作模式下的功率需求。當(dāng)星上有大功率輸出需求時(shí)，通常需要太陽(yáng)電池陣和蓄電池組聯(lián)合放電。對(duì)于長(zhǎng)期功率較高、短時(shí)大功率負(fù)載的衛(wèi)星，主要由蓄電池組為載荷供電?，F(xiàn)有小衛(wèi)星電源系統(tǒng)以采用單母線技術(shù)為主，即衛(wèi)星一次電源母線是單一的28.5V電壓，則通過(guò)母線的電流較大，對(duì)電池容量、線纜降額等提出較高要求。衛(wèi)星的發(fā)射成本與重量直接相關(guān)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，電源系統(tǒng)重量大約占整星總重量的25％。高效的電源系統(tǒng)拓?fù)鋵?huì)給衛(wèi)星任務(wù)帶來(lái)質(zhì)量、性能和成本上的重大優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于高低壓雙母線的大功率高效衛(wèi)星電源系統(tǒng)，同時(shí)滿足較高的長(zhǎng)期負(fù)載和峰值負(fù)載，將長(zhǎng)期負(fù)載與短期負(fù)載進(jìn)行合理分配，長(zhǎng)期負(fù)載與部分載荷使用全調(diào)節(jié)低壓母線，短期負(fù)載使用半調(diào)節(jié)高壓母線，改進(jìn)功率拓?fù)浜湍茉垂芾聿呗浴?/p>

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于高低壓雙母線的大功率高效衛(wèi)星電源系統(tǒng)，包括太陽(yáng)電池陣、儲(chǔ)能蓄電池組、電源控制器、電源下位機(jī)和配電部分，其中：

太陽(yáng)電池陣：使用太陽(yáng)電池作為發(fā)電單元，當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行于光照區(qū)，太陽(yáng)電池受到太陽(yáng)光照射，將吸收的太陽(yáng)光能量轉(zhuǎn)化為電能供給電源控制器，為星上負(fù)載供電，同時(shí)為蓄電池組充電；所述的太陽(yáng)電池陣包括第一太陽(yáng)電池陣～第八 太陽(yáng)電池陣，第一太陽(yáng)電池陣～第六太陽(yáng)電池陣是低壓母線發(fā)電單元，第七太陽(yáng)電池陣和第八太陽(yáng)電池陣是高壓母線發(fā)電單元；

儲(chǔ)能蓄電池組：包括鋰離子電池和鎘鎳蓄電池組；兩套蓄電池組分別為高低壓母線供電，在光照區(qū)，將太陽(yáng)電池陣供給的電能儲(chǔ)存起來(lái)；在地影區(qū)，釋放電能供給電源控制器為負(fù)載供電；

電源控制器：包括28V功率調(diào)節(jié)部分和42V功率調(diào)節(jié)部分；負(fù)責(zé)調(diào)控太陽(yáng)電池陣供電、蓄電池組充放電及為負(fù)載供電；其中：

28V功率調(diào)節(jié)部分：包括28V分流控制器、28V充電調(diào)節(jié)器、28V放電調(diào)節(jié)器和28V主誤差放大器；

當(dāng)衛(wèi)星工作在光照區(qū)，第一太陽(yáng)電池陣～第六太陽(yáng)電池陣通過(guò)28V分流控制器進(jìn)入28V母線；進(jìn)入28V母線后，一方面為28V用電負(fù)載供電，同時(shí)通過(guò)28V充電調(diào)節(jié)器為28V蓄電池組充電；當(dāng)?shù)谝惶?yáng)電池陣～第六當(dāng)太陽(yáng)電池陣輸出功率大于28V負(fù)載和鎘鎳蓄電池組充電所需的功率時(shí)，28V分流控制器經(jīng)28V主誤差放大器控制，開(kāi)始逐級(jí)順序分流，調(diào)節(jié)方陣輸出功率，使28V母線電壓保持穩(wěn)定；當(dāng)28V用電負(fù)載增大時(shí)，第一太陽(yáng)電池陣～第六太陽(yáng)電池陣產(chǎn)生的電能電源控制器控制下優(yōu)先保證星上負(fù)載用電，即：若28V太陽(yáng)電池陣不能滿足28V負(fù)載用電要求時(shí)，28V主誤差放大器檢測(cè)到母線電壓低于充電分流所對(duì)應(yīng)的設(shè)置值，則控制28V蓄電池組經(jīng)28V放電調(diào)節(jié)器向28V母線補(bǔ)充供電；

當(dāng)衛(wèi)星工作在地影區(qū)，28V蓄電池組經(jīng)28V放電調(diào)節(jié)器給母線供電，28V放電調(diào)節(jié)器采用升壓方式確保28V母線電壓穩(wěn)定在28.5V±1V范圍內(nèi)；

42V功率調(diào)節(jié)部分：包括42V分流充電電路和42V主誤差放大器；鋰離子電池直接接入母線，母線電壓取決于鋰離子電池電壓；

在光照期太陽(yáng)電池陣直接給鋰離子電池充電，在載荷工作時(shí)，鋰離子電池與太陽(yáng)電池陣聯(lián)合供電；當(dāng)衛(wèi)星工作在光照區(qū)，第七太陽(yáng)電池陣和第八太陽(yáng)電池陣通過(guò)42V分流充電電路進(jìn)入42V母線；進(jìn)入42V母線后，一方面為42V 用電負(fù)載供電，同時(shí)直接為42V鋰離子蓄電池組充電；當(dāng)42V載荷工作時(shí)，第七太陽(yáng)電池陣和第八太陽(yáng)電池陣產(chǎn)生的電能不能滿足42V負(fù)載用電要求，42V主誤差放大器控制鋰離子蓄電池組經(jīng)放電二極管向42V母線補(bǔ)充供電；在光照期42V載荷工作結(jié)束后，第七太陽(yáng)電池陣和第八太陽(yáng)電池陣?yán)^續(xù)給42V鋰離子電池充電，當(dāng)鋰離子電池電壓達(dá)到恒壓設(shè)定值后，充電電流逐漸減小，多余的太陽(yáng)電池陣電流被分流，保持母線電壓的穩(wěn)定；

當(dāng)衛(wèi)星工作在地影區(qū)，衛(wèi)星所需的功耗由42V鋰離子蓄電池通過(guò)放電開(kāi)關(guān)直接提供；此時(shí)42V母線電壓取決于與42V鋰離子蓄電池組輸出電壓；

電源下位機(jī)：電源下位機(jī)的運(yùn)行周期為1s，在1s周期內(nèi)，電源下位機(jī)依次執(zhí)行采集電源系統(tǒng)工程參數(shù)、根據(jù)采集參數(shù)計(jì)算鋰離子電池和鎘鎳蓄電池組電量、進(jìn)行鋰離子電池均衡充電控制、通過(guò)CAN總線與衛(wèi)星星務(wù)主機(jī)通信；

配電部分分為四路供電，其中三路為28V負(fù)載供電，一路為42V負(fù)載供電；28V負(fù)載供電根據(jù)用電設(shè)備不同，分為平臺(tái)設(shè)備供電，控制系統(tǒng)供電和28V載荷供電；其中平臺(tái)設(shè)備供電采用直通方式，不使用開(kāi)關(guān)；控制系統(tǒng)供電和28V載荷供電使用繼電器控制通斷；42V供電只為42V載荷供電，同樣設(shè)置繼電器控制通斷。

所述低壓母線標(biāo)稱電壓為28V，采用全調(diào)節(jié)模式，即無(wú)論是衛(wèi)星在發(fā)射的主動(dòng)段，還是在軌運(yùn)行期間，均為星上設(shè)備提供28.5±1V穩(wěn)定的母線電壓。

所述高壓母線標(biāo)稱電壓為42V，采用半調(diào)節(jié)母線設(shè)計(jì)，輸出母線電壓在38V～45.1V；范圍內(nèi)，以直接利用太陽(yáng)電池陣I-V曲線輸出恒流段特性和限壓充電的機(jī)制實(shí)現(xiàn)鋰離子蓄電池組的高效充電，同時(shí)完成太陽(yáng)電池陣的功率控制。

采用高低壓雙母線設(shè)計(jì)，將整星功耗合理配置在兩條母線上。28V母線配置大容量鎘鎳電池，為長(zhǎng)期負(fù)載供電；42V母線配置小容量鋰離子電池，與太陽(yáng)陣聯(lián)合供電，用以短期峰值負(fù)載。

高壓母線采用半調(diào)節(jié)母線設(shè)計(jì)，兩域控制模式；充電時(shí)利用太陽(yáng)電池陣輸出的I-V曲線恒流段特性為蓄電池組進(jìn)行恒流限壓充電，在電池組電壓達(dá)到預(yù) 設(shè)定的充電終止電壓前保持電流不變，達(dá)到預(yù)設(shè)電壓后通過(guò)硬件開(kāi)關(guān)逐漸將充電電流減小到0，保持電壓不變；放電時(shí)采用具有高倍率放電特性的鋰離子蓄電池組將功率直接輸出到母線，一次母線電壓不經(jīng)過(guò)放電調(diào)節(jié)器變換，大電流輸出時(shí)負(fù)載供電效率高。

所述的太陽(yáng)電池陣采用效率為28％的三結(jié)砷化鎵電池片。

電源下位機(jī)采用以MCS-51為核心的微處理器系統(tǒng)，程序存儲(chǔ)器不小于16K字節(jié)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器不小于8K字節(jié)，注入程序存貯器不小于8K字節(jié)。

鎘鎳蓄電池組由18節(jié)70Ah單體串聯(lián)而成，輸出電壓在19V～28V，通過(guò)升壓調(diào)節(jié)器得到穩(wěn)定的28.5±1V電壓。

鋰離子蓄電池由10Ah單體以11串3并的形式實(shí)現(xiàn)，輸出電壓在36V～46V，經(jīng)二極管直接向母線供電。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)采用高低壓雙母線設(shè)計(jì)，將整星功耗合理配置在兩條母線上。28V母線配置大容量鎘鎳電池，以滿足長(zhǎng)期負(fù)載較大的特點(diǎn)；42V母線配置小容量鋰離子電池，與太陽(yáng)陣聯(lián)合供電以滿足短期峰值負(fù)載較大，充分利用鋰離子電池放電倍率大、放電深度深的優(yōu)勢(shì)。

(2)采用高低壓雙母線設(shè)計(jì)，相對(duì)于傳統(tǒng)小衛(wèi)星采用的單一低壓母線，可有效降低電流密度，降為之前的50％左右，滿足導(dǎo)線及接插件電流降額設(shè)計(jì)要求，線路損耗小，減小大電流帶來(lái)的線纜發(fā)熱，減少散熱面積，使得電源控制器設(shè)計(jì)時(shí)可實(shí)現(xiàn)緊湊型設(shè)計(jì)，達(dá)到輕量化、小型化的目的。

(3)采用高低壓雙母線設(shè)計(jì)，相對(duì)于以往衛(wèi)星的雙母線系統(tǒng)(兩條母線電壓相同)，可進(jìn)一步減小設(shè)備的體積重量，可有效降低電流密度，降為之前的50％左右，滿足導(dǎo)線及接插件電流降額設(shè)計(jì)要求，線路損耗小，減小大電流帶來(lái)的線纜發(fā)熱，減少散熱面積，使得電源控制器設(shè)計(jì)時(shí)可實(shí)現(xiàn)緊湊型設(shè)計(jì)，達(dá)到輕量化、小型化的目的。

(4)高壓母線采用與蓄電池輸出并聯(lián)的功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用恒流恒壓充電 模式，電路簡(jiǎn)單，無(wú)放電調(diào)節(jié)器，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)輕量化；而且功率變換環(huán)節(jié)少、損耗低，相比于目前廣泛應(yīng)用的S3R、S4R功率調(diào)節(jié)技術(shù)，該拓?fù)湓骷?shù)量少、控制簡(jiǎn)單、效率高，適用于長(zhǎng)期功耗低、短時(shí)大功耗的負(fù)載供電。

(5)采用高低壓母線的信號(hào)采集及控制使用的供電由28V母線提供，共用一臺(tái)電源下位機(jī)，有效減少了設(shè)備數(shù)量和系統(tǒng)復(fù)雜程度，實(shí)現(xiàn)了電源控制器的輕量化設(shè)計(jì)目標(biāo)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的高低壓雙母線電源系統(tǒng)組成示意圖；

圖2為本發(fā)明的低壓母線電源系統(tǒng)工作原理圖；

圖3為本發(fā)明42V電源系統(tǒng)工作原理圖。

具體實(shí)施方式

航天器用高效率、輕量化電源系統(tǒng)，其特征在于：它由太陽(yáng)電池陣、儲(chǔ)能蓄電池組(鋰離子電池和鎘鎳蓄電池組)和電源控制器組成。針對(duì)長(zhǎng)期負(fù)載600W，短期峰值1000W的需求，電源系統(tǒng)選取兩種獨(dú)立母線，其中28V母線采用全調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)(實(shí)際電壓在28.5V～29.5V之間)，太陽(yáng)電池陣，包括太陽(yáng)電池陣1～太陽(yáng)電池陣8采用效率為28％的三結(jié)砷化鎵電池片(面積約5.22m²)，蓄電池組選用單體容量70Ah的高功率型鎘鎳蓄電池組18節(jié)串聯(lián)組成。42V母線采用半調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)(實(shí)際電壓在38V～45.1V之間)，太陽(yáng)電池陣同樣采用效率為28％的三結(jié)砷化鎵電池片(面積約1.74m²)，蓄電池組選用單體容量30Ah的高功率型鋰離子電池11節(jié)串聯(lián)組成。電源控制器分為28V功率調(diào)節(jié)部分和42V功率調(diào)節(jié)部分，共用一臺(tái)電源下位機(jī)，其中28V功率調(diào)節(jié)部分由限頻分流調(diào)節(jié)電路、充電調(diào)節(jié)模塊、放電調(diào)節(jié)模塊及信號(hào)變換模塊組成，42V功率調(diào)節(jié)部分由分流限壓電路、均衡電路、信號(hào)處理電路組成，與28V的功率地線分開(kāi)。

本發(fā)明的解決方案之一是根據(jù)長(zhǎng)短期負(fù)載特點(diǎn)配置兩條母線，達(dá)到高效率、高比功率的目標(biāo)。將平臺(tái)設(shè)備和數(shù)傳設(shè)備分配在28V母線，其長(zhǎng)期負(fù)載較大，峰值負(fù)載相對(duì)較小，選用大容量鎘鎳電池及較大的太陽(yáng)電池陣，以滿足長(zhǎng)期負(fù)載全軌道周期工作的需求。大容量鎘鎳電池可以滿足長(zhǎng)期放電量較大的特點(diǎn)， 放電深度有效控制在15％以內(nèi)。將短期大功率負(fù)載配置在42V母線，選用小容量電池和適當(dāng)面積的太陽(yáng)電池陣，以滿足短期工作需求，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)輕量化的目標(biāo)，42V母線在載荷工作時(shí)是鋰離子電池與太陽(yáng)電池陣聯(lián)合供電的方式，充分利用了鋰離子電池放電倍率大、放電深度深的特點(diǎn)，最大限度地利用電池和太陽(yáng)電池陣資源。實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池放電倍率不超過(guò)1C，放電深度不超過(guò)25％。

本發(fā)明的解決方案之二是42V部分采用一次母線與蓄電池輸出并聯(lián)的高效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：利用太陽(yáng)電池陣I-V曲線輸出的恒流段特性和鋰電池輸出的恒壓特性，一次電源采取恒流恒壓充電模式。42V系統(tǒng)采用半調(diào)節(jié)母線設(shè)計(jì)，兩域控制模式，42V鋰離子蓄電池組通過(guò)放電開(kāi)關(guān)直接連到母線上，母線電壓受鋰離子蓄電池組電壓鉗位。在光照區(qū)42V太陽(yáng)電池陣1、太陽(yáng)電池陣2首先滿足負(fù)載用電，多余能量給鋰離子蓄電池組充電，待鋰離子蓄電池組電壓達(dá)到恒壓設(shè)定值后，分流開(kāi)始起作用，太陽(yáng)電池陣通過(guò)分流將多余能量分掉，硬件開(kāi)關(guān)管控制充電電流逐漸減小，對(duì)42V鋰離子蓄電池組進(jìn)行恒壓充電。電源下位機(jī)設(shè)置控制電路，當(dāng)充電電流減小至設(shè)定的充電終止電流，發(fā)送充電終止指令停止充電。42V分流充電模塊負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)太陽(yáng)電池陣的輸出，轉(zhuǎn)換為整星工作需要的一次直流母線，并為42V鋰離子蓄電池組充電，最后將多余的太陽(yáng)電池陣輸出通過(guò)開(kāi)關(guān)管分流，保證星上能源的可靠循環(huán)。放電時(shí)，具有高倍率放電特性的鋰離子蓄電池組將功率直接輸出到母線，一次母線電壓不經(jīng)過(guò)放電調(diào)節(jié)器變換，大電流輸出時(shí)負(fù)載供電效率高。

本發(fā)明的解決方案之三是高低壓母線采用兩套系統(tǒng)互不干擾，各自有獨(dú)立的發(fā)電、控制、儲(chǔ)能裝置。同時(shí)兩條母線的信號(hào)采集及控制使用的供電由28V母線提供，共用一臺(tái)電源下位機(jī)，有效減少了設(shè)備數(shù)量和系統(tǒng)復(fù)雜程度，實(shí)現(xiàn)了電源控制器的輕量化設(shè)計(jì)目標(biāo)。

本發(fā)明的基于高低壓雙母線的電源系統(tǒng)組成如圖1所示。電源分系統(tǒng)由28V功率調(diào)節(jié)部分與42V功率調(diào)節(jié)部分組成，兩個(gè)系統(tǒng)功率部分各自獨(dú)立，互 不干擾。

系統(tǒng)原理框圖分成28V功率調(diào)節(jié)部分與42V功率調(diào)節(jié)部分，兩套系統(tǒng)之間的地線在配電處連接起來(lái)。整個(gè)系統(tǒng)由太陽(yáng)電池陣、儲(chǔ)能蓄電池組(鋰離子電池和鎘鎳蓄電池組)和電源控制器組成。針對(duì)長(zhǎng)期負(fù)載600W，短期峰值1000W的需求，電源系統(tǒng)選取兩種獨(dú)立母線，其中28V母線采用全調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)(實(shí)際電壓在28.5V～29.5V之間)，太陽(yáng)電池陣采用效率為28％的三結(jié)砷化鎵電池片(面積約5.22m²)，蓄電池組選用單體容量70Ah的高功率型鎘鎳蓄電池組18節(jié)串聯(lián)組成。42V母線采用半調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)(實(shí)際電壓在38V～45.1V之間)，太陽(yáng)電池陣同樣采用效率為28％的三結(jié)砷化鎵電池片(面積約1.74m²)，蓄電池組選用單體容量30Ah的高功率型鋰離子電池11節(jié)串聯(lián)組成。電源控制器分為28V和42V兩部分，共用一臺(tái)電源下位機(jī)，其中28V部分由限頻分流調(diào)節(jié)電路、充電調(diào)節(jié)模塊、放電調(diào)節(jié)模塊及信號(hào)變換模塊組成，42V部分由分流限壓電路、均衡電路、信號(hào)處理電路組成，與28V的功率地線分開(kāi)。

太陽(yáng)電池陣根據(jù)能量平衡的原則被分成了兩個(gè)獨(dú)立部分，即太陽(yáng)電池陣1～6為28V母線供電，太陽(yáng)電池陣7、8為42V母線供電。

28V電源系統(tǒng)如圖2所示，采用全調(diào)節(jié)模式，即無(wú)論是衛(wèi)星在發(fā)射的主動(dòng)段，還是衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間，28V電源系統(tǒng)都可以給平臺(tái)設(shè)備、控制系統(tǒng)以及28V載荷提供28.5V±1V穩(wěn)定的電源電壓。

當(dāng)衛(wèi)星工作在光照區(qū)，太陽(yáng)電池陣1～6通過(guò)分流調(diào)節(jié)器(分流控制第1級(jí)到第6級(jí))進(jìn)入28V母線。進(jìn)入28V母線后，一方面為28V用電負(fù)載供電，同時(shí)通過(guò)充電調(diào)節(jié)器(BCR)為28V蓄電池組充電。當(dāng)太陽(yáng)電池陣1～6輸出功率大于負(fù)載和蓄電池組充電所需的功率時(shí)，分流調(diào)節(jié)器經(jīng)主誤差放大器(MEA)控制，開(kāi)始逐級(jí)順序分流，調(diào)節(jié)方陣輸出功率，使母線電壓保持穩(wěn)定。

當(dāng)28V用電負(fù)載增大時(shí)，太陽(yáng)電池陣1～6產(chǎn)生的電能電源控制器控制下優(yōu)先保證星上負(fù)載用電，即：若太陽(yáng)電池陣不能滿足負(fù)載用電要求時(shí)，主誤差放大器(MEA)檢測(cè)到母線電壓低于充電分流所對(duì)應(yīng)的設(shè)置值，則控制蓄電池 組經(jīng)放電調(diào)節(jié)器(BDR)向28V母線補(bǔ)充供電，這種模式成為太陽(yáng)電池陣和蓄電池組聯(lián)合供電模式。

28V蓄電池組的充電控制采用安時(shí)計(jì)控制和V/T曲線控制熱備份的方式。兩者均通過(guò)主誤差放大器(MEA)控制。安時(shí)計(jì)控制基于電源下位機(jī)采集到的充放電電流遙測(cè)累計(jì)進(jìn)行蓄電池組電量的采集計(jì)算。V/T曲線控制通過(guò)在蓄電池組上的電壓、溫度采樣實(shí)現(xiàn)鎘鎳蓄電池組的電壓溫度控制。

當(dāng)衛(wèi)星工作在地影區(qū)，28V蓄電池組經(jīng)放電調(diào)節(jié)電路(BDR)給母線供電，放電調(diào)節(jié)器(BDR)采用升壓方式確保母線電壓穩(wěn)定在28.5V±1V范圍內(nèi)。

28V蓄電池組由18只高功率鎘鎳蓄電池單體串聯(lián)而成，整組電池的額定容量為70Ah。

42V電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)為衛(wèi)星短期大功率載荷設(shè)備供電，采用半調(diào)節(jié)母線，母線電壓范圍38V～45.1V。42V電源系統(tǒng)工作原理如圖3所示：

在光照期太陽(yáng)電池陣直接給鋰離子電池充電，在載荷工作時(shí)，鋰離子電池與太陽(yáng)電池陣聯(lián)合供電，

當(dāng)衛(wèi)星工作在光照區(qū)，太陽(yáng)電池陣7～8通過(guò)42V分流充電電路(分流控制第7級(jí)和第8級(jí))進(jìn)入42V母線。進(jìn)入42V母線后，一方面為42V用電負(fù)載供電，同時(shí)直接為42V鋰離子蓄電池組充電。

當(dāng)42V載荷工作時(shí)，太陽(yáng)電池陣7～8產(chǎn)生的電能不能滿足42V負(fù)載用電要求，42V主誤差放大器(MEA)控制鋰離子蓄電池組經(jīng)放電二極管向42V母線補(bǔ)充供電。

在光照期42V載荷工作結(jié)束后，太陽(yáng)電池陣7～8繼續(xù)給42V鋰離子電池充電，當(dāng)鋰離子電池電壓達(dá)到恒壓設(shè)定值后，充電電流逐漸減小，多余的太陽(yáng)電池陣電流被分流，保持母線電壓的穩(wěn)定。

當(dāng)衛(wèi)星工作在地影區(qū)，衛(wèi)星所需的功耗由42V鋰離子蓄電池通過(guò)放電開(kāi)關(guān)直接提供。此時(shí)42V母線電壓取決于與42V鋰離子蓄電池組輸出電壓。

鋰離子蓄電池組由11只高功率鋰離子蓄電池單體串聯(lián)而成。針對(duì)鋰離子 電池設(shè)計(jì)了單體過(guò)壓保護(hù)、電量計(jì)控制以及均衡功能。

其中單體過(guò)壓保護(hù)可通過(guò)“保護(hù)允許接通/斷開(kāi)”進(jìn)行使能控制；在保護(hù)允許接通情況下，當(dāng)“單體電壓4.5V充電保護(hù)”電路采集到任意一節(jié)電池單體的電壓超過(guò)4.5V，單體過(guò)壓保護(hù)啟動(dòng)，停止對(duì)蓄電池組充電。

電量計(jì)控制是使用安時(shí)計(jì)累計(jì)的方式進(jìn)行電量統(tǒng)計(jì)，當(dāng)下位機(jī)通過(guò)計(jì)算確認(rèn)蓄電池組達(dá)到滿電量后，自動(dòng)發(fā)送指令停止對(duì)蓄電池組充電。

均衡功能通過(guò)在鋰離子電池每節(jié)串聯(lián)單體并聯(lián)均衡電路實(shí)現(xiàn)。均衡電路主要由單體電池電壓測(cè)量電路、單體電池過(guò)壓比較電路和均衡驅(qū)動(dòng)電路組成。單體電壓測(cè)量電路采用AD624，比較器采用7F3140。旁路電路采用兩路，以降低單個(gè)旁路三極管的功耗，提高可靠性。均衡電路的邏輯控制由下位機(jī)完成，通過(guò)指令控制均衡電路的接入和斷開(kāi)。

利用太陽(yáng)電池陣I-V曲線輸出的恒流段特性和鋰電池輸出的恒壓特性，一次電源采取恒流恒壓充電模式。42V系統(tǒng)采用半調(diào)節(jié)母線設(shè)計(jì)，兩域控制模式，鋰離子蓄電池組通過(guò)放電開(kāi)關(guān)直接連到母線上，母線電壓受鋰離子蓄電池組電壓鉗位。在光照區(qū)，太陽(yáng)電池陣7、8首先滿足負(fù)載用電，多余能量給鋰離子蓄電池組充電，待鋰離子蓄電池組電壓達(dá)到恒壓設(shè)定值后，分流開(kāi)始起作用，太陽(yáng)電池陣通過(guò)分流將多余能量分掉，硬件開(kāi)關(guān)管控制充電電流逐漸減小，對(duì)蓄電池組進(jìn)行恒壓充電。電源下位機(jī)設(shè)置控制電路，當(dāng)充電電流減小至設(shè)定的充電終止電流，發(fā)送充電終止指令停止充電。分流模塊負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)太陽(yáng)電池陣的輸出，轉(zhuǎn)換為整星工作需要的一次直流母線，并為蓄電池組充電，最后將多余的太陽(yáng)電池陣輸出通過(guò)開(kāi)關(guān)管分流

電池組充電控制采用恒壓充電控制或恒壓充電控制加電量計(jì)相結(jié)合的方式。正常情況下可以啟動(dòng)42V安時(shí)計(jì)與恒壓充電控制一起進(jìn)行精確控制。在首次上電時(shí)，電量計(jì)不工作，當(dāng)電池組充電電壓達(dá)到設(shè)定恒壓值，并且充電電流小于電池組容量的1/100C時(shí)，電量計(jì)此時(shí)將電池組的電量設(shè)定為滿電量，電量計(jì)啟動(dòng)。電量計(jì)對(duì)電池組的放電電量進(jìn)行累計(jì)，當(dāng)電池組進(jìn)行充電時(shí)，由硬件 分流電路進(jìn)行恒壓控制，電量計(jì)對(duì)充入電量進(jìn)行累加，當(dāng)充入電量等于放電電量乘以充、放比時(shí)，充電回路上的電子開(kāi)關(guān)被截至，電池組停止充電。當(dāng)方陣功率不滿足負(fù)載需求電池組需要放電時(shí)，充電電子開(kāi)關(guān)被再次接通，準(zhǔn)備再次進(jìn)行充電。

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