一种用于锂离子蓄电池组的主动均衡电路设计

针对大容量锂离子蓄电池组的均衡管理要求,文章提出一种基于多绕组变压器的主动均衡拓扑电路,采用固定占空比控制,通过多绕组变压器将串联蓄电池组中电压较高单体的能量传输到电池组中,从而实现单体之间的电压均衡。采用Simulink软件进行了仿真验证,结果表明:多绕组变压器均衡电路电池组可以实现大电流快速均衡。该方法可为卫星上大容量电池均衡设计提供参考。     

星载锂离子蓄电池组单体电压测量方法研究

采用电阻分压法和运放差分放大法的锂离子蓄电池组单体电压测量系统,电压测量精度不高,并且蓄电池组对测量电路放电会导致单体一致性变差。为此,文章提出了一种适用于星载锂离子蓄电池组单体电压的浮地测量方法,将被测试蓄电池组单体电压进行分组,每组具有独立的测量电路,测量电路通过光耦与主控电路连接。通过仿真分析与测试验证,证明了浮地测量方法具有较高的测量精度,即使在高低温工况下,单体电池电压测量精度优于0.005V。此外,提出了采用分时的改进设想,在不影响测量性能的情况下,能够大大简化测量电路,降低研制成本及测量系统质量,在高压锂离子蓄电池组测量领域具有应用价值。     

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。     

一种深空探测器高比能智能电源系统设计

提出一种深空探测器电源系统设计方案,采用高转换效率三结砷化镓太阳电池、半刚性基板轻量化技术及高比能锂离子蓄电池组;提出并采用一种基于顺序开关分流(S3R)结构的扰动交错法最大功率点跟踪(MPPT)技术,提高了太阳能源利用率;提出并采用一种适应空间电源的机内测试技术(BIT),以提升电源自主管理能力。32%效率三结砷化镓太阳电池及其半刚性基板,已经通过鉴定试验验证。能量密度195W·h/kg的钴酸锂离子蓄电池组及MPPT和BIT技术,已经应用到国内航天器正样产品;经过验证,MPPT追踪速度为毫秒级,追踪精度可达98%。文章提出的设计可为深空探测器电源系统轻量化和电源能量自主管理需求提供解决途径。     

中高轨航天器月影下能量平衡计算方法

针对使用锂离子蓄电池组的中高轨航天器,提出了一种月影下的太阳电池阵输出功率计算方法,构建了典型的中高轨航天器电源分系统的仿真模型,开展了航天器月影下能量平衡的仿真。采用该方法对某卫星月影下的能量平衡情况进行了计算,并将计算结果与实际遥测数据进行比对,结果表明:该方法可以实现航天器月影下功率平衡的高精度计算。文章提出的方法可以为航天器在轨月影的预测和月影期间蓄电池组的在轨管理提供参考。     

东方红四号卫星平台锂离子蓄电池在轨应用分析

在东方红四号卫星平台上应用锂离子电池替代传统氢镍电池,能显著减小供配电分系统的质量和体积,提高卫星平台能力。锂离子电池工作特性与氢镍电池差异较大,针对锂离子电池在东方红四号平台某卫星上首次应用,为降低应用风险,满足在轨使用要求,文章对电池热控设计、电源在轨充放电管理和均衡策略进行分析,利用SLIM(SAFT Li-ion Model)软件对锂离子电池在轨电压输出特性进行仿真,提出适应锂离子电池应用的热控措施、充放电管理方式和线性均衡管理策略,并利用某卫星在轨数据进行验证,满足了在轨使用要求,证明该锂离子电池应用方案可以在后续东方红四号卫星平台推广应用。     

高压大功率S3MPR电源控制器设计与验证

针对航天器平台一级能源变换高压大功率的应用需求,采用并联式DC/DC变换器的最大功率点跟踪(MPPT)拓扑结构,设计一种顺序开关分流最大功率调节(S~3MPR)电源控制器。为了解决传统S~3MPR技术的算法电路复杂、跟踪精度低等问题,兼顾航天器应用环境的特殊性,通过采用模拟电路实现的方式设计出一种基于交错扰动方法的MPPT控制算法电路。该算法可以实现太阳电池阵电压电流输出较大范围内精确跟踪其最大功率输出。研制了5 kW功率(10路太阳电池阵)的原理样机对设计进行试验验证,结果表明:电源控制器性能良好,满足高压大功率航天器平台的应用需求。     

基于COTS单体的锂离子蓄电池组在空间的应用

调研了基于商业现货(Commercial off-the-shelf,COTS)单体的锂离子蓄电池组在空间应用中的发展历程和使用现状,从电池组拓扑结构、防短路和防开路设计、均衡管理策略、充放电控制以及机、热设计的角度,对比了COTS单体蓄电池组与空间专用电池组的差别,分析得出了基于COTS单体的锂离子电池组的技术特点;归纳了基于COTS单体的蓄电池组应用于空间会带来的影响,并梳理出研制和建造过程中的关键环节和成功经验。     

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...     

三结砷化镓太阳电池锂离子蓄电池的小卫星电源分系统仿真模型研究

目前，小卫星电源分系统大多采用太阳电池阵 蓄电池组的联合供电模式。三结砷化镓太阳电池凭借高转换率、高可靠性的优势，已广泛用作小卫星在光照区运行的唯一供电单元；锂离子蓄电池的长寿命、高能量密度特性，也使其逐步替代镉镍、氢镍电池作为小卫星的储能单元。文章通过分析某小卫星的三结砷化镓太阳电池、锂离子蓄电池组的数学模型和电源控制器的逻辑模型，结合在轨运行的温度、光照及衰减情况，建立电源分系统的SIMULINK仿真模型，得到仿真曲线，并将仿真数据与星上遥测数据对比。研究结果表明，在忽略入影、出影时太阳反照使得温度骤变的情况下，该小卫星的遥测值与模型的仿真结果相符，表明该仿真模型真实有效。     

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.     

一种新型的充放电及分流一体化空间电源控制技术

为满足卫星轻量化需求,本文对一体化的空间电源调节技术进行了研究。采用一种新型的集蓄电池充放电与并联分流一体化功率拓扑结构和功率调节控制策略,可实现使用单一电路完成太阳阵分流、电池充电控制、电池放电调节三种功能。介绍了新型拓扑的工作模式、功率调节控制策略及其实现方法,通过Pspice软件进行了电路建模与原理仿真,结果证明此方法有效。     

Power system design of ESMO

The European Student Moon Orbiter (ESMO) spacecraft is a student-built mini satellite being designed for a mission to the Moon. Designing and launching mini satellites are becoming a current trend in the space sector since they provide an economic way to perform innovative scientific experiments and in-flight demonstration of novel space technologies. The generation, storage, control, and distribution of the electrical power in a mini satellite represents unique challenges to the power engineer since the mass and volume restrictions are very stringent. Regardless of these problems, every subsystem and payload equipment must be operated within their specified voltage band whenever they required to be turned on. This paper presents the preliminary design of a lightweight, compact, and reliable power system for ESMO that can generate 720 W. Some of the key components of the EPS include ultra triple-junction (UTJ) GaAs solar cells controlled by maximum power point trackers, and high efficiency Li-ion secondary batteries recharged in parallel.     

天宫一号目标飞行器电源分系统设计

介绍了天宫一号（TG1）目标飞行器电源分系统的组成和主要技术指标。分析了国内在低轨飞行器上采用100V高压母线、大批量使用国产氢镍电池、三结砷化镓太阳电池片和半刚性基板等关键技术。回顾了电源分系统研制过程中高电压元器件体系建立、半刚性帆板力学及空间环境设计与验证、氢镍电池在轨寿命和可靠性研究,以及高压电源系统可靠性及安...     

大型空间电站在轨展开与组装动力学与控制

针对大型空间电站在轨展开与组装过程中复杂的动力学环境，将桁架类大型空间电站视为一个刚柔多体系统，采用自然坐标法对刚性构件建模，基于绝对节点坐标方法描述柔性桁架结构，编写了一套动力学仿真软件，实现了大型空间电站在轨展开与组装动力学的精确仿真。仿真结果表明，采用摆线运动插值函数作为控制方程有利于提高多级展开过程的稳定性；在结构组装过程中，减小组装速度，增大组装机构阻尼系数与劲度系数，有利于提高结构稳定性。最终集成了一套针对大型空间电站的动力学仿真平台搭建方法，为大型空间电站在轨展开与组装动力学预示提供了理论依据和方法指导。     

Radioisotope-powered free-piston Stirling engine for space applications

The paper presents a preliminary conceptual design of a 2kW(e) autonomous power system consisting of a radioisotopic heat source, free-piston Stirling engine, reciprocating induction generator and a space radiator. The proposed design features a direct thermal interfacing of the Pu-238 heat source with the Stirling engine head, low heat losses during normal operation, and provides an auxiliary/emergency cooling system in the case of the engine failure of stopping. The Stirling engine is of the free-displacer, free-piston type invented by Beale and uses helium as the working fluid. The engine piston is integrated with the armature of a simple linear alternator which is used for electric generation. Waste heat is rejected by a four-finned space radiator sized for a geosynchronous orbit. Specific power and efficiency of the Stirling isotope power system are compared with the present and predicted performance of other power conversion systems suitable for the same power range.     

长时间在轨上面级动力系统关键技术研究

上面级动力系统提供用于变轨所需要的动力，同时提供姿态控制、推进剂沉底、末速修正功能所需要的动力，将上面级和北斗导航卫星一起送入预定轨道。回顾了从早期的上面级动力系统选型论证到后续的关键技术攻关过程，对比研究了泵压式与挤压式动力系统的技术优势，分析了动力系统研制过程中的主要关键技术，并对关键技术的应用情况进行了总结，最后提出了长时间在轨上面级动力系统的后续发展建议。     

The Use of a Solar Electrojet Propulsion System for Jupiter Satellite Injection

The problem of optimization of the interplanetary trajectory of flight for a multistage spacecraft with high- and low-thrust engines into the Jupiter satellite orbit is considered. Low-thrust engines (stationary plasma engines) are used on a heliocentric flight segment. Their operation is maintained with electric power supply from solar batteries. The principal feasibility of the realization of such a project is shown, and estimations of the mass of a spacecraft placed into Jupiter's satellite orbit are presented.     

大规模固体微推力器阵列点火关键技术

为了将固体微型推力器阵列应用于姿轨控,需要对点火相关技术进行研究。分析了点火电路在姿态、轨道控制上的应用问题;设计了适用于大规模阵列的驱动电路,通断可控,能够满足点火需要;研究了点火延迟时间以及单次多组点火的间隔时间,当点火功率为2 W时,点火延迟时间经测试最大为7.6 ms,而点火间隔时间经测试最小为50μs。经过综合测试实验,点火成功率能够达到100%,验证了点火系统相关模块的可靠性和匹配性;经过控制仿真,验证了该系统能够满足卫星姿轨控需要。