CN109672261B - 一种微纳聚合体卫星供电***及供电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微纳聚合体卫星的供电***，包括设置在能源主星上的太阳电池阵、蓄电池组和磁耦合谐振式发射线圈，设置在载荷星上的磁耦合谐振式接收线圈和蓄电池组，所述磁耦合谐振式发射线圈和磁耦合谐振式接收线圈进行近场无线能量传输。采用这样的结构后，本发明实现了供电的优化，实现微纳聚合体卫星中能源供给模块和任务载荷模块自供电以及能源核微纳卫星和载荷微纳卫星之间供电。

Description

一种微纳聚合体卫星供电***及供电方法
技术领域
本发明涉及一种适用于微纳聚合体卫星的供电***，属于电气工程和航空航天技术领域。
背景技术
随着航天技术、信息技术、新材料和先进制造技术的飞速发展以及创新***设计理念的不断出现，小卫星进一步朝着微小型化的方向发展。在成本降低、研制周期缩短、发射灵活便捷等要素的驱动下，微纳卫星逐渐成为小卫星领域中最为活跃的部分。由于单个微纳卫星的能力专一、资源较少，要形成有效的应用，就必须充分发挥其小巧、灵活和数量优势。微纳聚合体卫星是一种多个微纳卫星构成的新型微纳卫星***架构，具有成本低、自主性、组件灵活等优点。
供电***是微纳聚合体卫星的关键分***之一，直接决定任务的成败。本发明将构建一种适用于微纳聚合体卫星的供电***架构。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种适用于微纳聚合体卫星的供电***架构，实现微纳聚合体卫星中能源供给模块和任务载荷模块自供电以及能源核微纳卫星和载荷微纳卫星之间供电。
本发明的微纳聚合体卫星的供电***，包括设置在能源主星上的太阳电池阵、蓄电池组和磁耦合谐振式发射线圈，设置在载荷星上的磁耦合谐振式接收线圈和蓄电池组，所述磁耦合谐振式发射线圈和磁耦合谐振式接收线圈进行近场无线能量传输。
所述太阳电池阵光伏峰值功率跟踪单元建立全调节母线，所述全调节母线与所述蓄电池组之间通过充电调节单元和放电调节单元实现充放电管理，全调节母线通过发射级变换器将直流电压转换为高频交流电压，并通过磁耦合谐振式发射线圈将电能转换为磁场能量发射出去。
所述磁耦合谐振式接收线圈将能源主星磁耦合谐振式发射线圈发射出的交变磁场能量转换为交流电压，并通过接收级变换器转换为载荷星一次母线，所述一次母线通过充电调节单元和放电调节单元对载荷星蓄电池组进行充放电管理，并通过配电模块对载荷星本地负载进行供电。
所述太阳电池阵连接在能源主星的一个面上，所述磁耦合谐振式发射线圈分布于能源主星的另五个面上。
本发明还涉及一种微纳聚合体卫星，包括能源主星和多个载荷星，所述能源主星上能源主星上的太阳电池阵、蓄电池组和磁耦合谐振式发射线圈，所述载荷星上设置磁耦合谐振式接收线圈和蓄电池组，所述磁耦合谐振式发射线圈和磁耦合谐振式接收线圈进行近场无线能量传输。
所述太阳电池阵光伏峰值功率跟踪单元建立全调节母线，所述全调节母线与所述蓄电池组之间通过充电调节单元和放电调节单元实现充放电管理，全调节母线通过发射级变换器将直流电压转换为高频交流电压，并通过磁耦合谐振式发射线圈将电能转换为磁场能量发射出去。
所述磁耦合谐振式接收线圈将能源主星磁耦合谐振式发射线圈发射出的交变磁场能量转换为交流电压，并通过接收级变换器转换为载荷星一次母线，所述一次母线通过充电调节单元和放电调节单元对载荷星蓄电池组进行充放电管理，并通过配电模块对载荷星本地负载进行供电。
本发明还涉及一种微纳聚合体卫星的供电方法，在能源主星上设置太阳电池阵、蓄电池组和磁耦合谐振式发射线圈，在载荷星上设置磁耦合谐振式接收线圈和蓄电池组，能源主星和载荷星之间通过磁耦合谐振式发射线圈和磁耦合谐振式接收线圈实现近场无线能量传输。
在能源主星供电***中，太阳电池阵是一次能源，将空间太阳光转换为电能，并通过光伏峰值功率跟踪单元建立全调节母线。全调节母线与蓄电池组之间通过充电调节单元和放电调节单元实现充放电管理；全调节母线通过发射级变换器将直流电压转换为高频交流电压，并通过磁耦合谐振式发射线圈，将电能转换为磁场能量发射出去；在载荷星中，磁耦合谐振式接收线圈是能源输入，将能源主星磁耦合谐振式发射线圈发射出的交变磁场能量转换为交流电压，并通过接收级变换器转换为载荷星一次母线，该一次母线通过充电调节单元和放电调节单元对载荷星蓄电池组进行充放电管理，并通过配电模块对载荷星本地负载进行供电。
当能源主星能源充足且载荷星功率需求超过载荷星蓄电池组时，能源主星与载荷星之间通过无线能量传输单元进行功率传输；当能源主星能源不足且载荷星功率需求较小时，载荷星本地负载供电通过载荷星自身蓄电池组进行供电。
采用这样的结构后，本发明实现了供电的优化，实现微纳聚合体卫星中能源供给模块和任务载荷模块自供电以及能源核微纳卫星和载荷微纳卫星之间供电。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的微纳聚合体卫星示意图。
图2是本发明的微纳聚合体卫星供电***架构。
具体实施方式
如图1所示，一个典型的微纳聚合体卫星由一个能源主星2和五个载荷星2构成，能源主星1配备太阳电池阵3、主星蓄电池组6和五个磁耦合谐振式发射线圈4，太阳电池阵和五个磁耦合谐振式发射线圈分别分布于主星的六个面。每个载荷星配备1个磁耦合谐振式接收线圈5和一组载荷星蓄电池组7。能源主星和载荷星之间通过磁耦合谐振式发射线圈和磁耦合谐振式接收线圈实现近场无线能量传输。
如图2所示，在能源主星供电***中，太阳电池阵3是一次能源，将空间太阳光转换为电能，并通过光伏峰值功率跟踪单元(MPPT)建立全调节母线8。全调节母线8与主星蓄电池组6之间通过充电调节单元(BCR)和放电调节单元(BDR)实现充放电管理主星蓄电池组6与充电调节单元(BCR)和放电调节单元(BDR)之间通过蓄电池母线9连接。全调节母线8通过5个发射级变换器12将直流电压转换为高频交流电压，并分别通过5个磁耦合谐振式发射线圈4，将电能转换为磁场能量发射出去。
在载荷星中，磁耦合谐振式接收线圈5是能源输入，将能源主星磁耦合谐振式发射线圈4发射出的交变磁场能量转换为交流电压，并通过接收级变换器10转换为载荷星一次母线11，该一次母线11通过充电调节单元(BCR)和放电调节单元(BDR)对载荷星蓄电池组进行充放电管理，并通过配电模块13对载荷星本地负载进行供电。
当能源主星能源充足且载荷星功率需求超过载荷星蓄电池组7时，能源主星与载荷星之间通过无线能量传输单元进行功率传输；当能源主星能源不足且载荷星功率需求较小时，载荷星本地负载供电通过载荷星自身蓄7电池组进行供电。

Claims (5)

1.一种微纳聚合体卫星的供电***，其特征在于：包括设置在能源主星上的太阳电池阵、蓄电池组和磁耦合谐振式发射线圈，设置在载荷星上的磁耦合谐振式接收线圈和蓄电池组，所述磁耦合谐振式发射线圈和磁耦合谐振式接收线圈进行近场无线能量传输；
所述太阳电池阵光伏峰值功率跟踪单元建立全调节母线，所述全调节母线与所述蓄电池组之间通过充电调节单元和放电调节单元实现充放电管理，全调节母线通过发射级变换器将直流电压转换为高频交流电压，并通过磁耦合谐振式发射线圈将电能转换为磁场能量发射出去；
所述磁耦合谐振式接收线圈将能源主星磁耦合谐振式发射线圈发射出的交变磁场能量转换为交流电压，并通过接收级变换器转换为载荷星一次母线，所述一次母线通过充电调节单元和放电调节单元对载荷星蓄电池组进行充放电管理，并通过配电模块对载荷星本地负载进行供电。
2.按照权利要求1所述的微纳聚合体卫星的供电***，其特征在于：所述太阳电池阵连接在能源主星的一个面上，所述磁耦合谐振式发射线圈分布于能源主星的另五个面上。
3.一种微纳聚合体卫星，其特征在于：包括能源主星和多个载荷星，所述能源主星上能源主星上的太阳电池阵、蓄电池组和磁耦合谐振式发射线圈，所述载荷星上设置磁耦合谐振式接收线圈和蓄电池组，所述磁耦合谐振式发射线圈和磁耦合谐振式接收线圈进行近场无线能量传输；
所述太阳电池阵光伏峰值功率跟踪单元建立全调节母线，所述全调节母线与所述蓄电池组之间通过充电调节单元和放电调节单元实现充放电管理，全调节母线通过发射级变换器将直流电压转换为高频交流电压，并通过磁耦合谐振式发射线圈将电能转换为磁场能量发射出去；
所述磁耦合谐振式接收线圈将能源主星磁耦合谐振式发射线圈发射出的交变磁场能量转换为交流电压，并通过接收级变换器转换为载荷星一次母线，所述一次母线通过充电调节单元和放电调节单元对载荷星蓄电池组进行充放电管理，并通过配电模块对载荷星本地负载进行供电。
4.一种微纳聚合体卫星的供电方法，其特征在于：在能源主星上设置太阳电池阵、蓄电池组和磁耦合谐振式发射线圈，在载荷星上设置磁耦合谐振式接收线圈和蓄电池组，能源主星和载荷星之间通过磁耦合谐振式发射线圈和磁耦合谐振式接收线圈实现近场无线能量传输；
在能源主星供电***中，太阳电池阵是一次能源，将空间太阳光转换为电能，并通过光伏峰值功率跟踪单元建立全调节母线； 全调节母线与蓄电池组之间通过充电调节单元和放电调节单元实现充放电管理；全调节母线通过发射级变换器将直流电压转换为高频交流电压，并通过磁耦合谐振式发射线圈，将电能转换为磁场能量发射出去；在载荷星中，磁耦合谐振式接收线圈是能源输入，将能源主星磁耦合谐振式发射线圈发射出的交变磁场能量转换为交流电压，并通过接收级变换器转换为载荷星一次母线，该一次母线通过充电调节单元和放电调节单元对载荷星蓄电池组进行充放电管理，并通过配电模块对载荷星本地负载进行供电。
5.按照权利要求4所述的微纳聚合体卫星的供电方法，其特征在于：当能源主星能源充足且载荷星功率需求超过载荷星蓄电池组时，能源主星与载荷星之间通过无线能量传输单元进行功率传输；当能源主星能源不足且载荷星功率需求较小时，载荷星本地负载供电通过载荷星自身蓄电池组进行供电。
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