[發明專利]一種衛星蓄電池模塊系統

在審

• 申請號: 202110979665.1
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113708449A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 向曉霞;楊峰;任維佳;杜健
• 申請（專利權）人: 綿陽天儀空間科技有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 張濤

本發明涉及一種衛星蓄電池模塊系統，至少包括：發電裝置，其包括若干個輸出電能以供供電裝置儲存或系統能耗裝置消耗的發電單元；供電裝置，其與發電裝置電連接，包括若干個將發電裝置輸出的電能轉化為化學能儲存并在需要供電時轉化為電能的二次電池供電模塊。發電單元包括若干個產生電能的發電池和輸出電能的光伏發電模塊，二次電池供電模塊包括若干個配合連接的二次電池盒和二次電池管理模塊，二次電池管理模塊中的集成電路可與二次電池盒一一對應連接并對二次電池進行充放電的調控，二次電池盒中多個二次電池呈模塊化地串聯或并聯在一起，并將其能耗裝置連接以適應衛星系統內部需求與外部變化。

技術領域

本發明涉及衛星電源系統設計領域，尤其涉及一種衛星蓄電池模塊系統。

背景技術

微納衛星以其成本低、研制周期短等優勢成為商業航天領域的研究熱點，在世界范圍內獲得廣泛關注。微納衛星中蓄電池的容量普遍較小，按照現有的衛星電源設計，在衛星與運載分離后，蓄電池的放電深度可能超過70％。如此高的放電深度可能使衛星斷電甚至丟失。并且衛星在軌運行中還可能存在姿態不穩或設備狀態異常，這些因素均可能導致蓄電池過度放電而損壞。

目前衛星的電源系統一般為太陽電池陣-蓄電池組電源系統，衛星繞地球一圈的時間為軌道周期，通常情況下軌道周期包括陰影時間和光照時間，陰影時間是指衛星在軌道周期內不受太陽光照射的時間，光照時間是指衛星在軌道周期內受太陽光照射的時間。在光照時間內太陽電池陣受照發電，為衛星用電設備提供能源，同時為蓄電池組充電；在陰影時間，蓄電池組放電為衛星用電設備提供能源。每經歷一個軌道周期，蓄電池組即經歷一次充放電循環，隨著充放電循環次數的增加，蓄電池組荷電保持能力逐漸降低，即充電到同一個充電終壓后，放出同樣電量時，蓄電池組的放電終壓會逐漸降低。另外，蓄電池組的循環壽命與其每一個充放電循環內的放電深度成反相關關系，為了延長其在軌使用壽命，需要對放電深度作出限制。蓄電池組放電時，其不同電壓下的荷電狀態與溫度相關，但衛星在軌運行時，一般能夠保證蓄電池組溫度長期處在其最佳工作溫度范圍內，而在軌運行時的充放電制度基本恒定，所以蓄電池組的電壓就能夠表征蓄電池組的荷電狀態。

現有衛星的安全保護模式設計較為簡單，只有能夠使得衛星進入最小功耗模式的電源系統保護設計和使蓄電池組與供電母線斷開的蓄電池組過放保護設計。這樣的設計有以下問題：不能對蓄電池組的正常衰降引起的放電終壓降低進行預警，有效載荷正常使用時，由于蓄電池組的性能衰降，使得蓄電池組電壓低于設計的電壓閾值，衛星進入小功耗模式，影響有效載荷執行任務；針對蓄電池組電壓較低的情況不能進行分級管理，不同電壓值給出不同的應對策略，不能對蓄電池組電壓過低的情況進行精細化自主管理，延長蓄電池組的使用壽命；若由于某種衛星故障導致蓄電池組發生過放，蓄電池組與衛星供電母線斷開，衛星在陰影時間斷電，發生此種狀況時，由于衛星的姿態未知，進入光照時間時可能出現太陽電池陣法線與太陽光垂直的情況，使其不能受照發電，導致衛星失效。

CN106100096B公開了一種微納衛星低壓高效電源系統，采用12V低壓非調節母線拓撲結構，以鋰離子蓄電池組作為儲能機構，采用分流調節方式實現功率調節和穩壓及為蓄電池組恒流-恒壓充電。對太陽能電池陣進行分組連接，分別對應直接供電和分流供電；分流電路設計有故障隔離，當系統判斷出分流電路發生故障時，通過與分流電路互為備份的一組開關實現穩定母線和為蓄電池組恒壓充電功能；星地供電接口能實現星箭分離時衛星加電開始工作；能夠針對不同壽命期進行充電管理和過放保護。采用本發明的電源系統具有低功耗，體積小、重量輕的特點，可應用于整星衛星負載功耗5～100W的微納衛星電源系統。