[发明专利]一种卫星蓄电池模块系统

说明书

本发明涉及一种卫星蓄电池模块系统，至少包括：发电装置，其包括若干个输出电能以供供电装置储存或系统能耗装置消耗的发电单元；供电装置，其与发电装置电连接，包括若干个将发电装置输出的电能转化为化学能储存并在需要供电时转化为电能的二次电池供电模块。发电单元包括若干个产生电能的发电池和输出电能的光伏发电模块，二次电池供电模块包括若干个配合连接的二次电池盒和二次电池管理模块，二次电池管理模块中的集成电路可与二次电池盒一一对应连接并对二次电池进行充放电的调控，二次电池盒中多个二次电池呈模块化地串联或并联在一起，并将其能耗装置连接以适应卫星系统内部需求与外部变化。

技术领域

本发明涉及卫星电源系统设计领域，尤其涉及一种卫星蓄电池模块系统。

背景技术

微纳卫星以其成本低、研制周期短等优势成为商业航天领域的研究热点，在世界范围内获得广泛关注。微纳卫星中蓄电池的容量普遍较小，按照现有的卫星电源设计，在卫星与运载分离后，蓄电池的放电深度可能超过70％。如此高的放电深度可能使卫星断电甚至丢失。并且卫星在轨运行中还可能存在姿态不稳或设备状态异常，这些因素均可能导致蓄电池过度放电而损坏。

目前卫星的电源系统一般为太阳电池阵-蓄电池组电源系统，卫星绕地球一圈的时间为轨道周期，通常情况下轨道周期包括阴影时间和光照时间，阴影时间是指卫星在轨道周期内不受太阳光照射的时间，光照时间是指卫星在轨道周期内受太阳光照射的时间。在光照时间内太阳电池阵受照发电，为卫星用电设备提供能源，同时为蓄电池组充电；在阴影时间，蓄电池组放电为卫星用电设备提供能源。每经历一个轨道周期，蓄电池组即经历一次充放电循环，随着充放电循环次数的增加，蓄电池组荷电保持能力逐渐降低，即充电到同一个充电终压后，放出同样电量时，蓄电池组的放电终压会逐渐降低。另外，蓄电池组的循环寿命与其每一个充放电循环内的放电深度成反相关关系，为了延长其在轨使用寿命，需要对放电深度作出限制。蓄电池组放电时，其不同电压下的荷电状态与温度相关，但卫星在轨运行时，一般能够保证蓄电池组温度长期处在其最佳工作温度范围内，而在轨运行时的充放电制度基本恒定，所以蓄电池组的电压就能够表征蓄电池组的荷电状态。

现有卫星的安全保护模式设计较为简单，只有能够使得卫星进入最小功耗模式的电源系统保护设计和使蓄电池组与供电母线断开的蓄电池组过放保护设计。这样的设计有以下问题：不能对蓄电池组的正常衰降引起的放电终压降低进行预警，有效载荷正常使用时，由于蓄电池组的性能衰降，使得蓄电池组电压低于设计的电压阈值，卫星进入小功耗模式，影响有效载荷执行任务；针对蓄电池组电压较低的情况不能进行分级管理，不同电压值给出不同的应对策略，不能对蓄电池组电压过低的情况进行精细化自主管理，延长蓄电池组的使用寿命；若由于某种卫星故障导致蓄电池组发生过放，蓄电池组与卫星供电母线断开，卫星在阴影时间断电，发生此种状况时，由于卫星的姿态未知，进入光照时间时可能出现太阳电池阵法线与太阳光垂直的情况，使其不能受照发电，导致卫星失效。

CN106100096B公开了一种微纳卫星低压高效电源系统，采用12V低压非调节母线拓扑结构，以锂离子蓄电池组作为储能机构，采用分流调节方式实现功率调节和稳压及为蓄电池组恒流-恒压充电。对太阳能电池阵进行分组连接，分别对应直接供电和分流供电；分流电路设计有故障隔离，当系统判断出分流电路发生故障时，通过与分流电路互为备份的一组开关实现稳定母线和为蓄电池组恒压充电功能；星地供电接口能实现星箭分离时卫星加电开始工作；能够针对不同寿命期进行充电管理和过放保护。采用本发明的电源系统具有低功耗，体积小、重量轻的特点，可应用于整星卫星负载功耗5～100W的微纳卫星电源系统。