CN105743206A - 一种基于四级电压触发机制的星载电源*** - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种基于四级电压触发机制的星载电源***,包括锂离子蓄电池(2)。其并联一个放电开关K2、一个充放电控制器(3)和一个二极管(4)。充放电控制器(3)并联有第一级门限电压(5)、第二级门限电压(6)、第三级门限电压(7)和第四级门限电压(8)。其充电开关控制信号端连接一个充电开关K1。充电开关K1的输入端连接太阳电池阵(1)。使用时将该***连接外设电源母线,即可解决非调节母线无法仅依靠电源***实现充放电状态切换的问题。与现有技术相比,1)避免了充放电状态转换瞬间出现开关反复通断的情况;2)避免了对外部指令的依赖。
Description
技术领域
本发明属于电源母线技术领域,涉及一种基于四级电压触发机制的星载电源***。
背景技术
采用不调节母线的星载电源***由于其结构简单、易于小型化,在微纳卫星中得到了广泛应用。众所周知,星载电源***由太阳电池阵、蓄电池和必要的辅助电路组成,为航天器提供稳定的供电母线。蓄电池充电和放电的控制是影响母线稳定性的关键因素。由于蓄电池存在内阻,因此,在使用充电开关开启或停止充电,以及使用放电开关开启或停止放电时,母线电压会有升降。如果其中任何一个开关闭合的时机不当,都可能导致开关闭合瞬间重新断开。现有的不调节母线星载电源***的设计一般采用外部指令干预的方式来避免上述反复通断的现象,采用该方式需要从电源***外部,如星载计算机,获取闭合指令。故现有的这种设计不具备自主运行能力。而电源***的可靠性部分依赖于指令源的可靠性,从而导致了整体可靠性的降低。综上所述,采用不调节母线的星载电源***中,充放电开关的通断规则,尤其是开关的闭合时机和闭合方式都是十分重要的。从可靠性的角度考虑,一种不依赖于外部***的充放电状态管理***及其管理方式亟待实施,以期彻底实现星载电源***的自主管理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,针对现有技术的缺陷,设计一种基于四级电压触发机制的星载电源***,使用该***可实现星载电源***充放电的自主管理。
本发明的技术方案是:所设计的一种基于四级电压触发机制的星载电源***,参见附图1,包括有一个锂离子蓄电池2。其技术特点在于,该该锂离子蓄电池2的正极并联连接有一个放电开关K2、一个充放电控制器3和一个二极管4,其中该二极管4的基极与所述锂离子蓄电池2的正极相连。所述放电开关K2的正极与所述锂离子蓄电池2的正极相连。所述放电开关K2的负极外接电源母线供电输出端;所述充放电控制器3的输入端并联连接有第一级门限电压5、第二级门限电压6、第三级门限电压7和第四级门限电压8。该充放电控制器3的放电开关控制信号端与所述放电开关K2的正极相连。而该充放电控制器3的充电开关控制信号端连接一个充电开关K1,该充电开关K1的开关闭合控制信号输入端与该充放电控制器3的充电开关控制信号输出端连接。所述充电开关K1的输入端连接一个太阳电池阵1,该充电开关K1的输出端为二个,其中一个输出端接地,另一个输出端与上述二极管4的发射极相连;而上述锂离子蓄电池2的负极接地。
由此构成的本发明的一种基于四级电压触发机制的星载电源***,在使用时,将该星载电源***的闭合开关K2的输出端连接在外设电源母线供电输出端上,即可解决现有技术中非调节母线无法仅依靠电源***自身实现充放电状态切换的问题。
本发明的工作原理是:采用四级电压触发信号充电开关和放电开关的通断状态,能够保证星载电源***中的蓄电池不过充、不过放,开关切换过程中不出现反复通断,彻底实现星载电源***中不调节母线的自主管理,从而提升整体星载电源***的可靠性。为此,对采用不调节母线的星载电源控制器,为避免母线充放电切换时出现反复通断的情况,使用四级电压门限值控制的母线电压范围和充放电状态。本发明对采用不调节母线的星载电源控制器,充放电控制器3采集当前蓄电池的电压值,与四路预设的门限电压的电压值进行比较,比较结果作为触发信号改变充电开关控制信号和放电开关控制信号,进而控制充电开关和放电开关的通断状态,能够保证星载电源***中的蓄电池不过充、不过放,开关切换过程中不出现母线充放电切换时出现反复通断的情况,彻底实现星载电源***中不调节母线的自主管理,从而提升整体星载电源***的可靠性。第一级门限电压为充电截止电压,母线电压值一旦高于该电压的电压值,充电开关K1的一端切换到另一端,与蓄电池的正极断开,停止电源***充电;
第四级门限电压为放电终止电压,母线电压值一旦低于该电压的电压值,放电开关K2断开,母线停止对外放电;
第二级门限电压为充电起始电压,母线电压从高于充电起始电压的某个电压值开始降低,一旦低于该电压值,充电开关K1的另一端切回到原端,星载电源***进入充电状态;
第三级门限电压为放电起始电压,母线电压从放电终止电压开始上升,一旦高于该电压值,放电开关K2闭合,星载电源***进入放电状态。
第三级门限电压为放电起始电压,母线电压从低于放电起始电压的某个电压值开始上升,一旦高于该电压值,放电开关K2闭合,星载电源***进入放电状态。
由于蓄电池具有内阻,故在切换瞬间母线电压会出现跳变,母线电压与门限电压的比较结果就会出现翻转。为了避免由此导致的开关控制信号翻转,四级门限电压采用单向触发机制,即电压由低升高时能够触发第一级和第三级,电压从高到低变化时能够触发第二级和第四级,电压反向变化时对应的门限值不发挥作用。
为了避免蓄电池过充,充电截止电压低于电源***所选用蓄电池允许的最高充电电压;为避免蓄电池过放,放电终止电压高于电源***所选用蓄电池允许的最低放电电压。
上述充电开关K1和放电开关K2的通断状态共同决定母线的充放电状态。充电开关K1闭合时,太阳电池阵1的电流可以流入母线,母线处于充电状态;放电开关K2闭合时,母线的电流供给用电部件,母线处于放电状态。锂离子蓄电池2具有指定的最高充电电压和最低放电电压,锂离子蓄电池2被充电时电压不能超过最高充电电压,即不能被过度充电;锂离子蓄电池2在放电时电压不能低于最低放电电压,即不能被过度放电。如果过度充电或者过度放电,锂离子蓄电池2都会受到损害;为了避免这种损害的发生,如果母线电压达到了最高充电电压,充电开关K1断开;如果母线电压达到了最低放电电压,放电开关K2断开。
本发明的有益效果是:与现有技术相比,
1)基于四级电压触发机制的不调节母线星载电源采用触发机制,避免了充放电状态转换瞬间出现开关反复通断的情况;
2)基于四级电压触发机制的星载电源不调节母线设计依靠电源***自身完成母线电压的控制和充放电状态切换,避免了对外部指令的依赖,电源***的可靠性不依赖于外部***。
附图说明
图1为本发明一种基于四级电压触发机制的星载电源***一个具体实施例的结构框图,图中标示为:
1—太阳电池阵,
2—锂离子蓄电池,
3—充放电控制器,
4—二极管,
5—第一级门限电压,
6—第二级门限电压,
7—第三级门限电压,
8—第四级门限电压。
具体实施方式
参见附图1,图1所示为本发明一种基于四级电压触发机制的星载电源***一个具体的实施例。该实施例的锂离子蓄电池2采用市售4串10并结构18600型锂离子蓄电池,最高充电电压16.8V,最低放电电压12V。该实施例的太阳电池阵1采用效率为26.8%的市售10串5并结构三结砷化镓太阳电池片组装太阳电池阵。而该实施例的充放电控制器3采用四级电压触发信号控制充电开关和放电开关的市售TT2-PCDH型充放电管理器,该TT2-PCDH型充放电管理器能够保证星载电源***中的蓄电池不过充、不过放,开关切换过程中不出现反复通断,彻底实现星载电源***中不调节母线的自主管理,从而能提升整体星载电源***的可靠性。而该实施例的二极管4则选用市售1N5822型二极管。该实施例的充电开关K1采用市售JZC-200MH-024L-01型继电器,放电开关K2采用市售JZC-56MA-024-01-1型继电器。
上述实施例的太阳电池阵1、锂离子蓄电池2和充放电管理器3,以及二极管4和充电开关K1、放电开关K2按上述技术方案参照图1所示实施连接,即锂离子蓄电池2的正极并联连接放电开关K2、充放电控制器3和二极管4,其中二极管4的基极与锂离子蓄电池2的正极相连。放电开关K2的正极与锂离子蓄电池2的正极相连。放电开关K2的负极外接电源母线供电输出端;充放电控制器3的输入端依次并联连接第一级门限电压5、第二级门限电压6、第三级门限电压7和第四级门限电压8。该充放电控制器3的放电开关控制信号端与放电开关K2的正极相连。充放电控制器3的充电开关控制信号端连接充电开关K1,充电开关K1的开关闭合控制信号输入端与充放电控制器3的充电开关控制信号输出端连接。充电开关K1的输入端连接太阳电池阵1,充电开关K1的二个输出端其中一个输出端接地,另一个输出端与二极管4的发射极相连;而锂离子蓄电池2的负极接地。
本实施例经试制试用被证明效果良好,其充放电控制器3可按照以下逻辑控制充电开关K1和放电开关K2的通断:母线电压由低于16.7V上升到16.7V时断开充电开关K1,母线电压由高于16.0V下降到低于16.0V时闭合充电开关K1,母线电压由低于15.6V上升到高于15.6V时闭合放电开关K2,母线电压由高于15.1V下降到低于15.1V时断开放电开关K2。试验结果表明完全达到设计要求。
Claims (1)
1.一种基于四级电压触发机制的星载电源***,包括有一个锂离子蓄电池(2),其特征在于,所述锂离子蓄电池(2)的正极并联连接有一个放电开关K2、一个充放电控制器(3)和一个二极管(4),其中该二极管(4)的基极与所述锂离子蓄电池(2)的正极相连,所述放电开关K2的正极与所述锂离子蓄电池(2)的正极相连,所述放电开关K2的负极外接电源母线供电输出端;所述充放电控制器(3)的输入端并联连接有第一级门限电压(5)、第二级门限电压(6)、第三级门限电压(7)和第四级门限电压(8),该充放电控制器(3)的放电开关控制信号端与所述放电开关K2的正极相连,而该充放电控制器(3)的充电开关控制信号端连接一个充电开关K1,该充电开关K1的开关闭合控制信号输入端与该充放电控制器(3)的充电开关控制信号输出端连接,所述充电开关K1的输入端连接一个太阳电池阵(1),该充电开关K1的输出端为二个,其中一个输出端接地,另一个输出端与上述二极管(4)的发射极相连;上述锂离子蓄电池(2)的负极接地。
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CN112803574A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-05-14 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种小卫星电源多级安全保护方法及*** |
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