卫星SAR载荷蓄电池充电器的建模分析与设计

随着现代商业卫星的发展，低成本、重量轻、多功能、高集成的微纳合成孔径雷达(SAR)卫星迎来加速发展的阶段。由于SAR载荷工作时间短、峰值功率大的特点，需专门为SAR载荷配置一组高压载荷蓄电池，在相同电流下，可输出更大功率。针对高压载荷蓄电池恒流恒压充电的需求，提出采用推挽变换器的隔离升压充电器方案，搭建了推挽变换器的小信号模型，采用峰值电流控制的双环控制策略实现恒流恒压充电控制，最后在充电器样机上进行了实验验证。实验结果验证了分析的正确性与设计的有效性，可以满足SAR载荷蓄电池充电的要求。     

月球卫星氢镍蓄电池在轨管理技术及性能分析

针对月球卫星工作模式多,功率需求变化大,自主控制能力要求高的特点,防止蓄电池出现欠充电、过充电,确保卫星供电安全,文章提出了以电子电量计控制为主、压力控制为辅的氢镍蓄电池在轨自主管理技术,包括充电控制模式、多模式多速率充电管理、全光照期充电管理和月食充电管理等内容,并给出了电池在轨测试情况。在整个任务飞行过程中电池以优异的性能在轨运行,实践证明月球卫星氢镍蓄电池在轨管理技术合理、有效。     

星载蓄电池组软件V/T充电控制技术研究

蓄电池组作为整星的储能部件,其充放电循环寿命是制约整星寿命的重要因素之一。适当的充电控制手段能有效地延缓蓄电池性能的衰降,延长卫星的使用寿命。文章分析了目前基于硬件模拟电路的蓄电池电压/温度（V/T）曲线充电控制技术的特点和局限性,提出了一种采用电源控制计算机软件实现的V/T曲线充电控制方法,其针对蓄电池可能出现的开路...     

航天器蓄电池放电发热量测试方法系统误差分析

蓄电池发热量是航天器蓄电池热控设计的重要参数,其测试准确度直接影响热控设计状态和在轨工作温度。文章采用真空绝热量热法对蓄电池发热量测试系统进行了漏热分析,并给出了修正方法;以模拟蓄电池为研究对象,分析了蓄电池发热量测试误差,并提出了改善系统测量准确度的解决方案。结果表明,当放电时间大于1 h,航天器蓄电池发热功率在2~25 W范围内时,测试误差不超过6%,且发热功率越大误差越小;当发热功率大于10 W时,测试误差不超过3%,可以满足工程要求;对于发热功率较小(绝对值小于0.5 W)的小电流放电或充电,测试误差较大,但绝对值仍然较小,对实际工程影响不大。     

航天器用氢镍蓄电池钝化技术研究

为了减缓蓄电池组爆炸产生的空间碎片,文章对常在航天器上应用的氢镍蓄电池的钝化技术进行了研究。首先分析了氢镍蓄电池的爆炸机理,然后针对氢镍蓄电池组提出了安全性设计方法;进行了过充电、过放电等蓄电池爆炸试验;研制了一台氢镍蓄电池钝化装置,进行了蓄电池钝化消能试验。     

氢镍蓄电池寿命影响分析及在轨充电控制技术研究

介绍了氢镍蓄电池空间应用寿命及其影响因素等方面的研究情况.在此基础上,针对影响氢镍蓄电池在轨寿命的因素,对氢镍蓄电池充电管理的研究和工程实践结果进行了综合分析,以期为我国氢镍蓄电池空间应用技术的提高和可靠性增长提供一定的技术参考.     

GEO卫星氢镍蓄电池压力在轨特性研究

针对多颗地球静止轨道(GEO)卫星氢镍蓄电池组压力数据在轨正向漂移的现象,文章分析了测量方式及温度对压力遥测的影响,提出基于小波分析和平稳时间序列分析的数据趋势项提取方法,并在数据趋势项的基础上建立压力遥测的修正模型。以该模型为依据,预测下一个地影季充电压力终止点。研究结果:可以在地影季到来前,及时调整氢镍蓄电池组在轨充电终止阈值和报警阈值,防止过充电,确保蓄电池组在轨管理的准确性和安全性,并有效提高蓄电池组寿命。     

MEO卫星氢镍蓄电池组自主充电管理方法

MEO卫星运行轨道存在不可测控弧段,每年有长光照期和两个地影季,为此对星上充电管理的自主能力提出了较高要求。文章介绍了我国首颗在轨飞行的MEO卫星的氢镍蓄电池组的在轨自主管理方法,包括地影季的电压-温度（V-T）控制与电量计结合的充电管理方法和长光照期控制电池压力的涓流管理方法,并给出了在轨飞行的实际效果,可作为后续卫...     

导航卫星镍钴铝酸锂电池组在轨自主管理及特性分析

针对导航卫星寿命长,地影天数多且周期长的特点,分析并设计了镍钴铝酸锂(NCA)蓄电池组在轨自主管理系统,包括其充电管理、地影期管理、长光照搁置管理、均衡管理、热控管理和自主安全管理等,并成功运用在北斗导航MEO卫星上。通过详细的在轨数据分析,验证了所设计系统的正确有效性,可为后续其他航天器锂离子蓄电池组的在轨自主管理技术提供参考。     

欧洲自动转移飞行器电源系统设计及启示

介绍了"自动转移飞行器"(ATV)电源系统采用的3项关键技术:太阳翼X构型设计,太阳电池电路交叉布阵,蓄电池组充电控制模式;探讨了这些技术对平衡不同光照条件输出功率、降低遮挡对每个太阳电池阵输出功率的影响,以及确保蓄电池性能安全可靠的优势;并讨论了ATV电源设计方案对我国货运飞船和空间站电源系统设计的借鉴意义。     

航天器介质充电效应模拟试验中的非接触式电位转接测量技术

航天器充放电效应地面模拟试验中需要测量的一个重要参数是介质的充电电位。文章基于介质充电电位的非接触式转接测量技术,分析了测量中引起误差的各个因素,讨论了减小测量误差和提高转接测量分辨率的方法,并进行试验验证。据此设计了一套介质电位非接触式转接测量系统,其测量分辨率达到10 V以下,且由电荷泄漏引起的测量误差1%,能够满足航天器介质充电电位的测量要求。     

空间电容分压式表面电位探测器输出漂移分析及优化方法

表面充放电是引起航天器异常和故障失效的常见原因之一,表面电位探测器是监测航天器表面充电效应的有效载荷。目前测量表面电位的应用较多的技术方案是电容分压式,但这种方案的探测器长期工作时会出现输出电压漂移的现象。针对此问题进行详细的理论分析,得出诱导输出电压漂移的主要因素是电容分压自身的指数型传递函数特性、反向输入偏置电流、前放输入阻抗有限和静电荷泄漏。最后,提出了增加偏置到地回路和增大输入阻抗、增大指数项时间常数、数据校正、电荷清零等优化方法,并通过分析和测试最终得出了电容分压式表面电位探测器的应用结论。     

电子辐照下聚酰亚胺薄膜的深层充电现象研究

空间辐射环境下聚合物绝缘材料的深层充放电效应是威胁航天器安全的重要因素之一。文章利用能量为5～100keV的单能电子枪,研究了不同束流强度电子辐照下聚酰亚胺薄膜样品的深层充电过程。实验表明,在102pA量级的电子束辐照下,聚酰亚胺薄膜样品的表面电位迅速上升后缓慢变化,最终可以达到几kV。在一定条件下,样品表面电位随着辐照电子束流密度和样品厚度的增加而增大;充电达到平衡所需的时间随着辐照电子束流密度和样品厚度的增加而减少。辐照截止后聚酰亚胺薄膜样品内部电荷的泄放需经历较长时间,由衰减时间常数推测出的样品电阻率要比采用传统测量方法得到的结果高一个量级。     

用于商业航天中的无源被动式电池管理电路（英文）

Recently for lithium-ion batteries in satellites and spaceships, the Battery Management System(BMS) has become essential to enhance life and guarantee safety. However, most of the balance management circuits need complicated cell sensing and duty control modules. Such circuits are too costly to commercialize. In order to reduce the cost, weight, volume and energy consumption of BMS, this paper proposes a new battery management circuit. The designed circuit is passive and small in size. The charge voltage is regulated by increasing the bypass current through an adjustable reference chip. Experimental results show that the bypass current increases linearly if the charging voltage is in the range of 4.05 V to 4.2 V. Also after several charge-discharge cycles, the differences between batteries visibly decrease. The proposed circuit is small in size, low in power consumption and economical, making it ideal for commercial space.     

一种空间锂离子电池非耗散型均衡方法

针对空间锂离子电池串联使用的单体电压均衡问题,文章提出一种应用双向反激DC/AC变换器的非能量耗散型均衡控制方法。串联锂离子电池中容量较高的单体能量可以通过DC/AC变换器,在时序脉冲的控制下,经过公用母线进入容量较低的单体,从而实现单体之间电压的均衡。通过对变压器副边电压的分时采集可提供单体电压遥测,避免了高共模电压条件对测量带来的影响。文章利用Multisim软件对所提出的方法的功能和性能进行了仿真分析,结果证明了其有效性。     

卫星电源系统短路暂态特性分析及对策

针对卫星电源系统短路故障导致母线电压跌落、业务中断甚至整星失效的问题,分别采用电路模型和数学模型的方法对短路后母线电压的暂态特性进行分析,指出故障持续过程经历母线电容放电、太阳电池阵动作、放电调节器动作、蓄电池经二极管直接供电这4个阶段,分析了各阶段母线电压的暂态响应及转换条件。随后,研究了发生稳态电压跌落的条件及其影响因素。针对航天器通常使用的快速熔断器保护,分析了母线电压跌落受熔断I~2T、短路通路阻抗、蓄电池内阻、蓄电池开路电压的影响程度。依据暂态特性的分析,提出接地优化方法以及蓄电池开路电压、短路通路阻抗和欠压保护点的配合设计方法,使得短路暂态过程母线电压跌落程度满足系统关键单机运行的需求。     

嫦娥四号中继星供配电系统设计与应用（英文）

A 28 V-half-regulated power bus topology and an integrated PCDU(Power Conditioning and Distribution Unit) were adopted to meet the energy demand for the Chang'e 4 relay satellite. This paper first introduces the mission features and composition of the PSDS(Power Supply and Distribution System) for the Chang'e 4 relay satellite. Due to this satellite's unusual orbit, operational mode and project restrictions, special analysis and design was conducted on the PSDS from the perspective of weight-reduction, power management, and reliability and so on. Extreme low temperature storage of SA(Solar Array) was considered and how the antenna affects the SA was analyzed. A new kind of high-specific-energy 45 Ah(Ampere-hour) battery cell was used for the first time. To make sure that the satellite would successfully pass the long shadow zones, a 100% DOD(Depth of Discharge) experiment was carried out on the battery. Since the sunlight is almost always available and there are very few times for the battery to charge or discharge, battery care to extend its lifetime is also discussed. PCDU is a device that integrates power conditioning and power distribution in one unit. The PCDU on Chang'e 4 relay satellite can output more power with less weight because of the adoption of a 28 V-half-regulated power bus topology which was also used for the first time and used lighter material for its mechanical framework. Experiment under low temperature on PCDU was conducted as well and a hot backup equalizing charge technique which is beneficial to keep performance of the battery is illustrated. The power distribution module, which is a module of PCDU, enhances the power utilization security by utilizing a static impedance measurement and build-in-test to avoid possible short circuits. As for EED(Electrical Explosive Device) module, a protection plug was specially designed and three switches with different functions were connected in series to prevent the EED from exploding by error. In addition, the allowable minimum EED bus voltage for each EED was evaluated in case of low battery voltage caused by the possible postponement of the launching time. Complete verification experiments on the ground were conducted to confirm the correctness of the design and on-orbit test data conformed to the expected results and theoretical calculation. The power supply and distribution system has been working normally since the day the Chang'e 4 relay satellite was launched into space.     

卫星三端口DC-DC变换器技术综述

三端口DC-DC变换器可以同时将太阳电池阵和蓄电池组的功率统一变换到负载端。从外部端口看,电源控制器可以看作一个双输入、单输出的三端口DC-DC变换器,同时实现太阳电池阵调节、蓄电池组充放电控制,并保持负载端电压稳定。文章从三端口DC-DC变换器的拓扑结构、控制方法等方面进行调研,分析不同三端口DC-DC变换器的设计原理和特点,对其关键技术和适用性加以总结,提出电源控制器优化设计建议,可为实现卫星电源系统高功率密度、低成本设计提供参考。