[发明专利]适用于自主多功能服务飞行器的能量管理系统及方法

说明书

本发明公开了一种适用于自主多功能服务飞行器的能量管理系统及方法，包括：太阳能电池阵、太阳能调节单元、蓄电池、蓄电池调节单元、母线电容阵Cbus、控制系统、负载Load和一次母线；其中，太阳能电池阵与太阳能调节单元相连接；蓄电池与蓄电池调节单元相连接；太阳能调节单元调节太阳能电池阵的输出功率；蓄电池调节单元进行蓄电池的充放电控制；母线电容阵Cbus接在一次母线输出正回线之间；控制系统采集系统状态信息，进行控制计算，输出控制信号。本发明设计了母线恒压控制、蓄电池充电控制、MPP控制三种控制模式，使空间能源系统可根据具体工况自主切换至对应工作模式。

技术领域

本发明属于航天总体技术领域，尤其涉及一种适用于自主多功能服务飞行器的能量管理系统及方法。

背景技术

随着我国航天科技的飞速前进，航天器能源系统向着大功率、智能化的方向发展，传统的集中式能量管理系统因体积大、控制复杂、功率密度不高的缺点越来越不能满足未来飞行器的能源需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：传统的由SA+BCR+BDR三种变换器组成的空间能源管理器需要在三个工作域间进行切换，控制逻辑复杂，此外三种变换器的构成方式导致系统体积、重量大，不易实现模块化和功率等级扩展。克服现有技术的不足，本发明提供了一种适用于自主多功能服务飞行器的能量管理系统及方法，为适应复杂多变的空间环境和因负载变化引起的系统状态变化，设计了母线恒压控制、蓄电池充电控制、MPP控制三种控制模式以及三种模式间逻辑切换方式，使空间能源系统可根据具体工况自主切换至对应工作模式。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种适用于自主多功能服务飞行器的能量管理系统，包括：太阳能电池阵、太阳能调节单元、蓄电池、蓄电池调节单元、母线电容阵Cbus、控制系统、负载Load和一次母线；其中，太阳能调节单元、蓄电池调节单元、母线电容阵Cbus、控制系统和负载Load均与一次母线相连接；所述太阳能电池阵与所述太阳能调节单元相连接；所述蓄电池与所述蓄电池调节单元相连接；所述太阳能调节单元由太阳能电池阵供电，根据能量调节太阳能电池阵的输出功率；所述蓄电池调节单元由蓄电池供电，进行蓄电池的充放电控制；所述母线电容阵Cbus接在一次母线输出正回线之间，用于输出滤波和提供瞬时功率；所述控制系统采集系统状态信息，进行控制计算，输出控制信号，控制太阳能调节单元的开关管和蓄电池的充电开关管动作。

上述适用于自主多功能服务飞行器的能量管理系统中，所述太阳能调节单元包括四个相同的DC/DC变换器；其中，四个相互独立的太阳能电池阵输出电压经相对应的DC/DC变换器后并联输出形成一次母线。

上述适用于自主多功能服务飞行器的能量管理系统中，所述蓄电池调节单元包括充电开关管、充电二极管Dc和放电二极管Dd；其中，充电开关管的漏极与一次母线相连接，充电开关管的源极与充电二极管Dc的阳极相连接，充电二极管Dc的阴极与蓄电池相连接；蓄电池与放电二极管Dd的阳极相连接，放电二极管Dd的阴极与一次母线相连接；对蓄电池充电通路：一次母线电流进入充电开关管的漏极，从充电开关管的源极流出后进入充电二极管Dc的阳极，从充电二极管Dc的阴极流出后进入蓄电池；对蓄电池放电通路：蓄电池接放电二极管Dd的阳极，放电二极管Dd的阴极接一次母线。

上述适用于自主多功能服务飞行器的能量管理系统中，所述母线电容阵Cbus为容值为2mF的电容阵。

上述适用于自主多功能服务飞行器的能量管理系统中，所述控制系统包括信息采集单元、逻辑运算单元和控制输出单元；其中，所述信息采集单元采集一次母线输出电压值、太阳能调节单元的输出电流值、蓄电池的端电压值、蓄电池的充电电流值、太阳能电池阵的输出电压值和太阳能电池阵的输出电流值，并将一次母线输出电压值、太阳能调节单元的输出电流值、蓄电池的端电压值、蓄电池的充电电流值、太阳能电池阵的输出电压值和太阳能电池阵的输出电流值传输给所述逻辑运算单元；所述逻辑运算单元经逻辑运算后输出控制信号控制DC/DC变换器的开关管和蓄电池的充电开关管动作。