CN107994669A - 一种弹载微小卫星能源控制*** - Google Patents

一种弹载微小卫星能源控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种弹载微小卫星能源控制***，包括太阳能电池阵、MPPT充电单元、电压变换单元和蓄电单元；所述MPPT充电单元与所述太阳能电池阵相连、用于设定所述太阳能电池阵的输出电压以输出最大功率；所述电压变换单元通过直流母线与所述MPPT充电单元相连、用于将MPPT充电单元的输出电压变换成负载所需的电压；所述蓄电单元包括蓄电池组和电池管理模块，所述电池管理模块的电源端与所述蓄电池组均通过一开关组件与所述直流母线相连。本发明的弹载微小卫星能源控制***具有结构简单、可靠性高等优点。

Description

一种弹载微小卫星能源控制***
技术领域
本发明主要涉及卫星技术领域，特指一种弹载微小卫星能源控制***。
背景技术
卫星电源控制器***是卫星关键分***之一，它为卫星的其它分***和有效载荷提供可靠的能量。目前弹载微小卫星电源控制***的设计一般具有以下几个特点：(1)采用火工切割器作为星体与弹头的分离装置；(2)采用三结砷化镓太阳电池、锂离子蓄电池组等空间能源；(3)电源控制器***设计可靠，体积空间符合微小卫星特征；(3)电源控制器***集中管控载荷用电需求及火攻切割器分离装置，供配电相结合；(4)蓄电池组带BMS管理，防止储能电池永久失效。电源控制***的功能为跟踪太阳能电池阵的最大功率点，以恒流恒压模式给蓄电池充电，整个电源***在卫星受晒时，对蓄电池充电和给载荷供电，在卫星不受晒时，星上电子设备由蓄电池供电，在变换姿态太阳能供能不足时，由太阳电池阵和蓄电池联合对载荷供电。外部充电接口与弹载电源对接，在卫星入轨前，弹载电源提供星上用电，控制蓄电池接入母线，并给蓄电池充满电。控制电路完成遥测信号的取样及预处理，接受并执行遥控指令及地面有线指令。
已有专利“一种微小卫星能源***”中涉及一种微小卫星电源***，将最大功率点跟踪电路和充电管理电路相结合，采用相对简单的MPPT方式实现太阳电池阵最大功率输出，同时控制锂离子蓄电池充电电压，并且对输出电压进行变换。但是此专利中没有外部充电接口，不具备火工切割器的分离功能，没有外部控制的蓄电池接入开关，***完整性低，可靠性相对较低。
若BMS供电直接通过母线供电，当BMS检测到过放、高温、低温等因素而切断蓄电池组脱离直流母线时，直流母线掉电，BMS无法在故障信号清除后，重新将蓄电池组接入直流母线；若BMS供电直接通过蓄电池组的两端供电，当蓄电池组需要长时间存储的时候，BMS一直处于工作状态，会将蓄电池组电量消耗殆尽。另外，火工切割器采用一对起爆点对应一组蓄电池，起爆点有一对互为备份，但是蓄电池为单组供电，可靠性降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、可靠性高的弹载微小卫星能源控制***。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种弹载微小卫星能源控制***，包括太阳能电池阵、MPPT充电单元、电压变换单元和蓄电单元；所述MPPT充电单元与所述太阳能电池阵相连、用于设定所述太阳能电池阵的输出电压以输出最大功率；所述电压变换单元通过直流母线与所述MPPT充电单元相连、用于将MPPT充电单元的输出电压变换成负载所需的电压；所述蓄电单元包括蓄电池组和电池管理模块，所述电池管理模块的电源端与所述蓄电池组均通过一开关组件与所述直流母线相连。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述开关组件包括双触电磁保持继电器，所述电池管理模块的电源端通过双触电磁保持继电器的其中一组常开触点与直流母线相连，所述蓄电池组通过双触电磁保持继电器的另外一组常开触点与直流母线相连。
所述开关组件包括两个双触电磁保持继电器，两个双触电磁保持继电器互为冗余。
所述双触电磁保持继电器的双线圈均并联有二极管，其中二极管的阴极接线圈正极，阳极接线圈的负极。
所述蓄电池组包括多组蓄电池，各组蓄电池之间相互串联。
每组蓄电组均包括两个串联的蓄电池。
每个火工切割器均对应有两组蓄电池，且每组蓄电池均分别对应火工切割器的两路桥丝。
所述蓄电池为锂电池。
所述蓄电池的组数为四组，对应有四个火工切割器。
所述电压变换单元为DC/DC变换电路。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的弹载微小卫星能源控制***，将电池管理模块的电源端通过开关组件与直流母线相连，从而在蓄电池组异常而导致电池管理模块关断时，再通过开关组件将电池管理模块与直流母线相连而实现启动，保证蓄电池组的正常运行。
附图说明
图1为本发明的方框结构图。
图2为本发明的开关组件的接线电路图。
图3为本发明中火工切割器的接线图。
图中标号表示：1、太阳能电池阵；2、MPPT充电单元；3、电压变换单元；4、蓄电单元；5、隔离充电电路；6、火工切割器；7、开关组件。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1至图3所示，本实施例的弹载微小卫星能源控制***，包括太阳能电池阵1、MPPT充电单元2、电压变换单元3(如DC/DC变换电路)、隔离充电电路5和蓄电单元4；MPPT充电单元2与太阳能电池阵1相连、用于设定太阳能电池阵1的输出电压以输出最大功率；电压变换单元3通过直流母线与MPPT充电单元2相连、用于将MPPT充电单元2的输出电压变换成负载所需的电压；蓄电单元4包括蓄电池组和电池管理模块(简称BMS)；电池管理模块的电源端与蓄电池组均通过一开关组件7与直流母线相连。如图1所示，太阳能电池阵1通过光电转换将太阳能转换为电能，是能源***能量来源；MPPT充电单元2使太阳能电池阵1的输出功率最大化，并实现恒压横流的充电功能；其中图1中的隔离充电电路5在星体与导弹分离前为星上蓄电单元4充电，同时在星上蓄电单元4没有接入的情况下给整个***供电。其中蓄电池组是能量的储存单元，电池管理模块主要功能是管理蓄电池组的充放电，提供电池均衡充电功能，以及保护蓄电池组用电安全。电压变换单元3则将电压变换为星上负载所需的电压。本发明的弹载微小卫星能源控制***，将电池管理模块的电源端通过开关组件7与直流母线相连，从而在蓄电池组异常而导致电池管理模块关断时，再通过开关组件7将电池管理模块与直流母线相连而实现启动，保证蓄电池组的正常运行。
本实施例中，开关组件7包括两个双触电磁保持继电器，两个双触电磁保持继电器互为冗余，以提高可靠性。电池管理模块的电源端通过双触电磁保持继电器的其中一组常开触点与直流母线相连，蓄电池组通过双触电磁保持继电器的另外一组常开触点与直流母线相连。具体地，如图2所示，V28和PGND分别是卫星一次电源母线的正负极，PWR_ON是蓄电池组通过磁保持继电器接入直流母线的控制信号，PWR_OFF是蓄电池组通过磁保持继电器脱离直流母线的控制信号，Carry_GND是PWR_ON和PWR_OFF的信号地。一个磁保持继电器含两组触点，同时动作，其中磁保持继电器4、10脚接V28端，3、9脚接Bat4端，6脚接PWR_ON信号，8脚接PWR_OFF信号，2、5脚接Carry_GND信号。D1并接在线圈5、6端，阴极接线圈正极6端，D2并接在线圈2、8端，阴极接线圈正极8端，D1、D2用于钳位线圈关断时感应的方向电压，保护前端电路。磁保持继电器KA1的3脚单独接Bat4端，串进BMS的供电线路，KA2的9脚和KA2的3脚和9脚并接Bat4端，作为蓄电池组接入直流母线端。
其中BMS的供电回路中串联有双触电磁保持继电器KA1的3脚触点(在有PWR_ON时，接入V28)。其中BMS供电控制信号同为蓄电池组接入母线弹头控制信号PWR_ON，具体过程为：
1)蓄电池组未接入直流母线前，磁保持继电器保持关断(3、9脚均空接)，BMS不得电而不工作；
2)当蓄电池组内部温度探头检测到蓄电池组温度在工作温度范围内时，弹头控制信号PWR_ON开启，磁保持继电器吸合，此时3、9脚与4、10脚接通，V28与蓄电池组正极接通，BMS直接由蓄电池组供电，BMS开启，并控制蓄电池组通过BMS内部开关接入直流母线；
3)当蓄电池组出现过放、高温、低温等因素时，BMS保护蓄电池组，切断BMS内部开关，此时蓄电池组脱离直流母线；
4)由于磁保持继电器闭合后保持，此时BMS直接由蓄电池两端供电，当BMS检测到故障消除后，控制BMS内部开关，蓄电池组接入母线。
本实施例中，在蓄电池组存储电能时，由于开关组件7处于关断位置，此时BMS断电，避免BMS长时间工作将蓄电池组电量消耗殆尽；而在蓄电池组在异常关断后，通过开关组件7将BMS接入直流母线而重新启动。
如图3所示，本实施例中，蓄电池组包括多组蓄电池，各组蓄电池之间相互串联。具体地，每组蓄电组均包括两个串联的蓄电池(锂电池)。蓄电池组由8节锂电池串联成，每两串引出一个抽头为一组，给火工切割器6供电，共5个极点，分别为Bat0、Bat1、Bat2、Bat3、Bat4，其中Bat4是整个蓄电池组的正极，Bat0是整个蓄电池组的负极。每个火工切割器6均对应有两组蓄电池，且每组蓄电池均分别对应火工切割器6的两路桥丝。切割器工作电压为6～8.4V，每两串蓄电池作为一组供切割器。火工切割器6桥丝点火电流采用交叉控制模式，每组蓄电池与每对切割器不一一对应。如图3所示，其中电池组一分别供给切割器1#和切割器2#中的一路桥丝，电池组二分别供给切割器1#和切割器2#中的另外一路桥丝，电池组三分别供给切割器3#和切割器4#中的一路桥丝，电池组四分别供给切割器3#和切割器4#中的另外一路桥丝。火工切割器6的交错控制模式成倍的提高了切割器动作的可靠性。
本实施例中，火工切割器6控制采用8组并联的电子开关对4个火工切割器6的8路桥丝同时进行控制，控制信号来自星务计算机。为保证火工切割器6的可靠动作，火工切割器6起爆控制涉及三级保护，分别为：
直接指令2：160ms脉冲指令A；
姿控计算机起爆指令：160ms脉冲指令B；
星务计算机起爆指令：160ms脉冲指令C；
切割器的起爆逻辑为：CTL＝B∩C∪A
满足条件A或者同时满足条件B和C，火工切割器6起爆，提高工作的安全可靠性。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种弹载微小卫星能源控制***，其特征在于，包括太阳能电池阵(1)、MPPT充电单元(2)、电压变换单元(3)和蓄电单元(4)；所述MPPT充电单元(2)与所述太阳能电池阵(1)相连、用于设定所述太阳能电池阵(1)的输出电压以输出最大功率；所述电压变换单元(3)通过直流母线与所述MPPT充电单元(2)相连、用于将MPPT充电单元(2)的输出电压变换成负载所需的电压；所述蓄电单元(4)包括蓄电池组和电池管理模块，所述电池管理模块的电源端与所述蓄电池组均通过一开关组件(7)与所述直流母线相连。
2.根据权利要求1所述的弹载微小卫星能源控制***，其特征在于，所述开关组件(7)包括双触电磁保持继电器，所述电池管理模块的电源端通过双触电磁保持继电器的其中一组常开触点与直流母线相连，所述蓄电池组通过双触电磁保持继电器的另外一组常开触点与直流母线相连。
3.根据权利要求2所述的弹载微小卫星能源控制***，其特征在于，所述开关组件(7)包括两个双触电磁保持继电器，两个双触电磁保持继电器互为冗余。
4.根据权利要求1或2或3所述的弹载微小卫星能源控制***，其特征在于，所述双触电磁保持继电器的双线圈均并联有二极管，其中二极管的阴极接线圈正极，阳极接线圈的负极。
5.根据权利要求1或2或3所述的弹载微小卫星能源控制***，其特征在于，所述蓄电池组包括多组蓄电池，各组蓄电池之间相互串联。
6.根据权利要求5所述的弹载微小卫星能源控制***，其特征在于，每组蓄电组均包括两个串联的蓄电池。
7.根据权利要求5所述的弹载微小卫星能源控制***，其特征在于，每个火工切割器(6)均对应有两组蓄电池，且每组蓄电池均分别对应火工切割器(6)的两路桥丝。
8.根据权利要求6所述的弹载微小卫星能源控制***，其特征在于，所述蓄电池为锂电池。
9.根据权利要求7所述的弹载微小卫星能源控制***，其特征在于，所述蓄电池的组数为四组，对应有四个火工切割器(6)。
10.根据权利要求1或2或3所述的弹载微小卫星能源控制***，其特征在于，所述电压变换单元(3)为DC/DC变换电路。
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Application publication date: 20180504