[發(fā)明專利]低軌等離子體環(huán)境高壓太陽(yáng)電池陣弧光放電抑制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210177257.5
• 申請(qǐng)日: 2012-06-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103456831A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊華星;王治易;陳建祥;路火平;董毅;蔣松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海宇航系統(tǒng)工程研究所
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 金家山

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低軌等離子體環(huán)境高壓太陽(yáng)電池陣弧光放電抑制方法，屬于航天器電源系統(tǒng)太陽(yáng)電池陣技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

我國(guó)載人航天工程的主要空間飛行器工作在300~500km高度的低地球軌道上，該高度區(qū)空間等離子體主要是電離層等離子體。300~500km軌道的環(huán)境比較復(fù)雜，等離子體在此區(qū)間中的密度有個(gè)峰值。航天器的供電來(lái)源主要是太陽(yáng)電池陣，隨著航天器對(duì)長(zhǎng)壽命的需要，太陽(yáng)電池陣的功率輸出變得越來(lái)越大，為了降低長(zhǎng)距離電傳輸中的損耗，減少重量，需要采用高效率結(jié)構(gòu)輕的新型高壓太陽(yáng)電池陣。由于電子速度比離子大很多，飛行器結(jié)構(gòu)會(huì)帶負(fù)電位，到達(dá)飛行器的電子隨機(jī)電流比離子電流大很多，電池陣的大部分面積和連接的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)會(huì)聚集離子，導(dǎo)致電池陣和飛行器結(jié)構(gòu)上的凈電流為零。根據(jù)空間環(huán)境的特點(diǎn)，電池陣面上聚集的大部分電流為負(fù)偏壓，達(dá)到100V及以上的高壓太陽(yáng)電池陣，其在低軌道等離子體環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生弧光放電。一次放電會(huì)造成功率損失和電磁干擾，二次弧光放電會(huì)造成較大的功率損失和電磁干擾，損壞太陽(yáng)電池電路甚至造成永久短路。國(guó)內(nèi)已有的技術(shù)是針對(duì)高軌高壓剛性太陽(yáng)電池陣靜電防護(hù)。由于高軌環(huán)境與低軌環(huán)境的不同，太陽(yáng)電池陣結(jié)構(gòu)的不同，所以該項(xiàng)技術(shù)并不適用于低軌高壓太陽(yáng)電池陣。本發(fā)明針對(duì)低軌高壓太陽(yáng)電池陣，解決了低軌等離子體環(huán)境太陽(yáng)電池陣弧光放電抑制問(wèn)題。

目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與同本發(fā)明類似技術(shù)的說(shuō)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

為克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)高壓太陽(yáng)電池陣低軌等離子體環(huán)境弧光放電抑制，并通過(guò)放電試驗(yàn)驗(yàn)證抑制方法的有效性，提高高壓太陽(yáng)電池陣在低軌等離子體環(huán)境中的適應(yīng)性。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明針對(duì)低軌高壓太陽(yáng)電池陣特點(diǎn)，提出了低軌等離子體環(huán)境弧光放電抑制和驗(yàn)證方法：采用太陽(yáng)電池電路裸露導(dǎo)體涂覆RTV硅膠的方法，或?qū)㈦娐奉A(yù)埋在基板內(nèi)，隔離導(dǎo)體與等離子體的接觸，提高放電閾值，減少弧光放電的發(fā)生；優(yōu)化布片設(shè)計(jì)，使電池電路最大串間電壓小于55V，小于二次弧光放電閾值；優(yōu)化電池電路串間距離設(shè)計(jì)，提高二次弧光放電閾值，設(shè)計(jì)串間距離2mm；單串電池模塊電路輸出電流小于0.8A并加隔離二極管進(jìn)行隔離，以此減小二次弧光放電的維持電流，提高二次弧光放電的電壓閾值；滿足玻璃蓋片邊緣超過(guò)電池邊緣0.1mm，完全覆蓋太陽(yáng)電池，阻斷電池與等離子體的接觸，減少弧光放電的發(fā)生；采用真空罐模擬低軌真空環(huán)境，采用ECR型等離子體源產(chǎn)生等離子體，模擬低軌等離子體環(huán)境，將太陽(yáng)電池陣小試件放在真空罐中，進(jìn)行一次弧光放電和二次弧光放電模擬試驗(yàn)，得到高壓太陽(yáng)電池陣一次弧光放電和二次弧光放電電壓電流閾值，完成高壓太陽(yáng)電池陣低軌等離子體環(huán)境放電的驗(yàn)證。

采用本發(fā)明的弧光放電抑制方法，可有效解決高壓太陽(yáng)電池陣低軌等離子體環(huán)境弧光放電抑制和驗(yàn)證問(wèn)題，在低軌高壓太陽(yáng)電池陣設(shè)計(jì)中采用本發(fā)明，研制出可在軌飛行的半剛性太陽(yáng)電池陣和通過(guò)了試驗(yàn)驗(yàn)證的放電閾值較高的柔性太陽(yáng)電池陣，可以提高高壓太陽(yáng)電池陣在低軌等離子體環(huán)境中的適應(yīng)性，達(dá)到減少其在軌一次弧光放電，杜絕在軌二次弧光放電的抑制效果。

附圖說(shuō)明

圖1?半剛性太陽(yáng)電池板示意圖

圖2?柔性太陽(yáng)電池板示意圖

圖3?半剛性電池板試件示意圖

圖4?柔性電池板試件示意圖

圖5?一次放電試驗(yàn)配置圖

圖6?二次弧光放電試驗(yàn)配置圖

圖7?一次放電路徑示意圖

圖8?二次弧光放電路徑示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，采用太陽(yáng)電池電路裸露導(dǎo)體涂覆RTV硅膠1的方法，隔離導(dǎo)體與等離子體的接觸。半剛性高壓太陽(yáng)電池板與剛性太陽(yáng)電池板有較大不同，半剛性太陽(yáng)電池陣的電池模塊固定在網(wǎng)格面板上，太陽(yáng)電池片7的兩面粘貼幾何尺寸略大的正面玻璃蓋片3和背面玻璃蓋片4，以將暴露在等離子體環(huán)境中的帶電部位（片間互連片5——太陽(yáng)電池片7邊緣）結(jié)合處進(jìn)行完全的隔離；電池模塊由6個(gè)或4個(gè)電池單元（2×3或2×2陣列）組成；從電池模塊正面引到背面的匯流條6作為電傳輸，表面涂覆RTV硅膠1，實(shí)現(xiàn)裸露的導(dǎo)體與等離子環(huán)境的隔離。控制相鄰電池串間間隙為2mm。?