一种用于低轨小卫星蓄电池组的充放电模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于低轨小卫星蓄电池组的充放电模块，其通过增减模块可快速配置、装配，由于设计为标准模块，可依需求任意配置模块数量，安放位置及连接关系，降低了研制、测试和发射的时间；主结构、散热装置和电路单元合为一体，降低了模块的散热难题，可采用多个模块并联使用，分布式安装，可将热耗均分在整星范围内，大大减低了散热安装的问题；分布式模块利用标准接口进行连接，并具备双向保护功能，独立工作的模块，能通过后续持续改进提高可靠性，使组成的系统安全性、维修性和扩容性得以提高；充放电主功率电路和控制电路为一套电路，通过控制电路中的算法实现软件控制主功率电路的工作模式，实现了功率电路的复用。实现了功率电路的复用。实现了功率电路的复用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于低轨小卫星蓄电池组的充放电模块


[0001]本技术涉及微型供电
，特别涉及一种用于低轨小卫星蓄电池组的充放电模块。

技术介绍

[0002]低轨小卫星操作轨道离地球表面大约100km
‑
1000km，比传统高轨通信卫星低很多，具有很强的快速响应能力。LEO卫星广泛地用作民用、科技和军用，如地面观测、雷达、光学、电信和演习的飞机等。低轨卫星的特点是轨道低、绕地周期短，另外卫星载荷瞬时功率大，轨道周期短，光影循环周次多，卫星光照时间相对较短，蓄电池需要频繁充电。另一方面的，为了满足LEO卫星电源系统大功率和轻量化的发展需求，已有专利中大都将最大功率点跟踪电路直接挂载母线，采用相对简单的MPPT方式实现太阳电池阵最大功率输出，同时控制锂离子电池组钳位母线电压，但是此专利中没有蓄电池充放电调节，属于一种半调节母线，供电效率相对较低。
[0003]对于功率较大的小卫星来说，全调节母线能够提供更加稳定的供电电压，对于星上大功率载荷的稳定可靠运行具有较大优势。卫星上传统的一般采用充电调节器加放电调节器的电池管理模式，充电调节器一般是降压型，甚至可选择使用简单的线性稳压器来充电，以节省部分成本，这取决于充电功率；放电调节器通常使用升压型，通过将电池电压转换为系统所需的电压为负载供电。该系统庞大、复杂，并且需要使用电源管理电路以及许多保护电路。电路越复杂，组件数越多，系统MTBF就会越小。此类系统存在的另一问题是，电源或系统线路中加入了电池意味着只要系统运行，电池就始终要工作，这种架构会影响电池使用寿命。
[0004]从效率角度来看，这类系统效率较低，主要是因为占空比不够理想，还存在其他影响效率的因素，比如使用的电源拓扑、所选的组件以及交换频率，但输入和输出电压之间的差异对效率的损害最大。
[0005]已有专利中，为了克服效率低的问题，采用占空比较高的升压型转换器从而提高效率并降低成本，但电池容量的利用率会下降。另外，在此系统中，电池不能放电到系统电压以下，需要使用容量更大的电池，从而大幅增大电池系统成本。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于提供一种用于低轨小卫星蓄电池组的充放电模块，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
[0008]一种用于低轨小卫星蓄电池组的充放电模块，包含主结构、散热装置、电路板和标准接口，所述主结构为内置槽结构，所述散热装置固定安装于主结构的槽口缘处，所述电路板通过螺钉固定安装与主结构的内置槽内，所述标准接口焊接于电路板上，所述标准接口探出主结构的前端，所述电路板上设有充放电电路，所述电路板上固定安装有蓄电池。
[0009]优选的，所述主结构的内置槽壁厚为1mm，所述主结构的槽口缘成型有延展板，且延展板开设有安装孔。
[0010]优选的，所述散热装置的上表面为栅栏结构，所述散热装置的栅栏间隙内固定安装有热管。
[0011]优选的，所述充放电电路部分主要包含主功率电路和控制电路两部分，所述控制电路连接标准化接口，所述控制电路电连接充放电电路。
[0012]优选的，所述充放电电路的功率为400W。
[0013]优选的，所述充放电电路包括一个电感器与DC/DC转换器，所述蓄电池为若干独立构成的组，所述DC/DC转换器的数量与蓄电池的数量相同，所述电感器并联若干的DC/DC转换器，所述DC/DC转换器与蓄电池一一对应电连接。
[0014]优选的，所述控制电路包括DSP控制器、PWM控制器与通信模块，所述DSP控制器内注入有算法，所述PWM控制器内置有通用算法，所述通信模块通过信号连接外部主控制器。
[0015]基于一种用于低轨小卫星蓄电池组的充放电模块的控制方法，标准接口连接外部系统母线，所述电感器配合DC/DC转换器构成双向电路，进行充放电控制，所述DSP控制器、PWM控制器构成PI双闭环控制电路与主拓扑系统，当主拓扑为降压模式时，成为充电器，从母线取电对蓄电池充电，当主拓扑为升压模式时，成为放电调节器，电池对母线放电；
[0016]所述PI双闭环控制电路包括电流内环PI控制和电压外环PI控制，所述电流内环PI控制通过电流负反馈的手段使得流过电感上的电流为给定幅值和相位的电流，所述电压外环PI控制的作用是引入电压的负反馈，两者配合使得直流侧电压稳定为给定值，以此实现对母线电压的调节。
[0017]优选的，所述DSP控制器通过注入的算法协同层控制策略实现能量管理调度与优化，实现各组成单元的遥测采集，同时对系统能源健康状态进行监测和能量调度，对故障进行识别、诊断与隔离；
[0018]所述PWM控制器通过内置算法调整占空比，完成对主功率电路中的MOSFET的通断进行调节，实现充放电模式的转换及母线电压的调整。
[0019]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0020]1、通过增减模块可快速配置、装配，由于设计为标准模块，可根据需求任意配置模块数量，安放位置及连接关系，大大降低了研制、测试和发射的时间；同时，由于标准模块的适应能力强，其可适应多串联蓄电池组的电压变化，大大减少了研制时间。
[0021]2、模块结构化，设计的主结构、散热装置和电路单元合为一体，降低了模块的散热难题，可采用多个模块并联使用，分布式安装，则可将热耗均分在整星范围内，大大减低了散热安装的问题。
[0022]3、系统的可靠性、维修性、扩容性大幅提高，分布式模块利用标准接口进行连接，并具备双向保护功能，独立工作的模块，能通过后续持续改进提高可靠性，使组成的系统安全性、维修性和扩容性得以提高。
[0023]4、充放电主功率电路和控制电路为一套电路，通过控制电路中的算法实现软件控制主功率电路的工作模式，实现了功率电路的复用，相比传统的充放电电路需单独设计的结构，具有电路简单，重量轻，比功率高等优点。
附图说明
[0024]图1为本技术的立体结构示意图；
[0025]图2为本技术的局部剖视结构示意图；
[0026]图3为本技术的电路板结构示意图；
[0027]图4为本技术的充放电电路结构示意图；
[0028]图5为本技术的控制电路模式切换结构图。
[0029]图中：1
‑
主结构，2
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电路板，3
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散热装置，4
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热管，5
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标准接口， 6
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充放电电路，7
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控制电路。
具体实施方式
[0030]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0031]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于低轨小卫星蓄电池组的充放电模块，包含主结构(1)、散热装置(3)、电路板(2)和标准接口(5)，其特征在于：所述主结构(1)为内置槽结构，所述散热装置(3)固定安装于主结构(1)的槽口缘处，所述电路板(2)通过螺钉固定安装与主结构(1)的内置槽内，所述标准接口(5)焊接于电路板(2)上，所述标准接口(5)探出主结构(1)的前端，所述电路板(2)上设有充放电电路(6)，所述电路板(2)上固定安装有蓄电池。2.根据权利要求1所述的一种用于低轨小卫星蓄电池组的充放电模块，其特征在于：所述主结构(1)的内置槽壁厚为1mm，所述主结构(1)的槽口缘成型有延展板，且延展板开设有安装孔。3.根据权利要求1所述的一种用于低轨小卫星蓄电池组的充放电模块，其特征在于：所述散热装置(3)的上表面为栅栏结构，所述散热装置(3)的栅栏间隙内固定安装有热管(4)。4.根据权利要求1所述的一种用于低轨小卫星蓄电池组的充放电...

【专利技术属性】
技术研发人员：常正勇，韩献堂，
申请(专利权)人：北京钧天航宇技术有限公司，
类型：新型
国别省市：