[發明專利]一種基于超級電容的雙向逆變大力矩飛輪電源系統

在審

• 申請號: 201710442970.0
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107181422A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 孫丹峰;周華俊;魏新生;孫丹;吳秋軒
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: H02M7/66
• 分類號: H02M7/66;H02K7/02;H02J7/00
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙)31249
• 代理人: 潘朱慧

技術領域

本發明涉及航天電源控制領域，具體涉及一種基于超級電容的雙向逆變大力矩飛輪電源系統。

背景技術

近年來，隨著衛星對快速機動需求越來越迫切，對大力矩執行機構的需求也越來越強烈。對于大型衛星而言，可以采用控制力矩陀螺來實現敏捷機動，但在中小衛星姿控系統中，首選使用飛輪作為執行機構。目前國內外飛輪的輸出力矩通常不超過0.5Nm，這一情況主要受限于星上供電電壓大小有限和功率分配重點不同。針對衛星敏捷機動時間短、電量要求高的特點，利用飛輪電機瞬間大過載能力下的轉矩輸出特性，通過大幅度提高電機驅動電流可以滿足飛輪峰值大力矩輸出需求，從而實現飛輪的大力矩化。因此，大功率供電成為大力矩飛輪解決方案之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于超級電容的雙向逆變大力矩飛輪電源系統，應用于中小型衛星供電系統中，設置于星上電源與飛輪之間，為飛輪提供瞬時大功率，滿足衛星快速機動的需求，同時當飛輪制動時，能回收能量，提高星上能量的利用率。

一種基于超級電容的雙向逆變大力矩飛輪電源系統，設置于星上電源與飛輪之間，為飛輪提供瞬時大功率，飛輪反饋當前工作模式，包含：

超級電容模塊；

單向DC/DC模塊，輸入端與所述星上電源連接，輸出端與所述超級電容模塊連接，向超級電容模塊充電；

雙向DC/DC模塊，一端與所述超級電容模塊雙向連接，從超級電容模塊獲取能量或向超級電容模塊充電；另一端與所述飛輪雙向連接，向飛輪提供電源或從飛輪回收能量；

MCU控制模塊，輸入端分別與所述超級電容模塊、單向DC/DC模塊、雙向DC/DC模塊和飛輪連接，采集超級電容模塊的電量信息、雙向DC/DC模塊的電壓電流信息以及飛輪的工況信息；輸出端連接所述單向DC/DC模塊和雙向DC/DC模塊，控制單向DC/DC模塊和雙向DC/DC模塊的工作狀態。

上述的一種基于超級電容的雙向逆變大力矩飛輪電源系統，其中，所述MCU控制模塊檢測超級電容模塊中電量存儲情況，當超級電容模塊中電量高于70%時關閉單向DC/DC模塊，當超級電容模塊中電量低于50%時打開單向DC/DC模塊。

上述的一種基于超級電容的雙向逆變大力矩飛輪電源系統，其中，所述雙向DC/DC模塊與飛輪之間存在三種不同狀態：

雙向DC/DC模塊從所述超級電容模塊獲取能量，向飛輪提供28V/5A的常規電源；

雙向DC/DC模塊從所述超級電容模塊獲取能量，向飛輪提供70V/40A的瞬時大功率電源；

雙向DC/DC模塊從飛輪回收能量，并存儲到超級電容模塊中。

上述的一種基于超級電容的雙向逆變大力矩飛輪電源系統，其中，所述MCU控制模塊根據飛輪反饋的工作模式信息，控制所述雙向DC/DC模塊分別工作于：

反作用飛輪模式，向飛輪提供28V/5A的常規電源；

大力矩模式，向飛輪提供70V/40A的瞬時大功率電源；

發電機模式，從飛輪回收能量，并存儲到超級電容模塊中。

上述的一種基于超級電容的雙向逆變大力矩飛輪電源系統，其中，所述MCU控制模塊包含：

CPLD控制單元；

第一PWM驅動單元，輸入端與CPLD控制單元相連，輸出端與所述單向DC/DC模塊相連，根據所述CPLD控制單元的控制調整單向DC/DC模塊的工作狀態；

第二PWM驅動單元，輸入端與所述CPLD控制單元相連，輸出端與所述雙向DC/DC模塊相連，根據CPLD控制單元的控制調整雙向DC/DC模塊的工作狀態；

第一采樣單元，輸入端與所述超級電容模塊相連；

第二采樣單元，輸入端與所述雙向DC/DC模塊相連；

DSP處理單元，輸入端分別與所述第一采樣單元、第二采樣單元和飛輪相連，分別獲取單向DC/DC模塊、雙向DC/DC模塊和飛輪的工作信息；輸出端與所述CPLD控制單元相連，控制CPLD控制單元工作。

上述的一種基于超級電容的雙向逆變大力矩飛輪電源系統，其中，所述超級電容模塊包含：

超級電容組，由多個超級電容串聯而成，快速存儲大量電量；

電壓均衡單元，控制所述超級電容組中每個單體電容上的電壓保持均衡。

上述的一種基于超級電容的雙向逆變大力矩飛輪電源系統，其中，所述DSP處理單元根據飛輪給出的工作模式信息決定雙向DC/DC模塊工作狀態。

上述的一種基于超級電容的雙向逆變大力矩飛輪電源系統，其中，所述DSP處理單元根據第一采樣單元給出的電量信息決定第一PWM驅動單元工作狀態。