技术领域本发明属于电源母线技术领域，涉及一种基于四级电压触发机制的星载电源系统。
背景技术：
采用不调节母线的星载电源系统由于其结构简单、易于小型化，在微纳卫星中得到了广泛应用。众所周知，星载电源系统由太阳电池阵、蓄电池和必要的辅助电路组成，为航天器提供稳定的供电母线。蓄电池充电和放电的控制是影响母线稳定性的关键因素。由于蓄电池存在内阻，因此，在使用充电开关开启或停止充电，以及使用放电开关开启或停止放电时，母线电压会有升降。如果其中任何一个开关闭合的时机不当，都可能导致开关闭合瞬间重新断开。现有的不调节母线星载电源系统的设计一般采用外部指令干预的方式来避免上述反复通断的现象，采用该方式需要从电源系统外部，如星载计算机，获取闭合指令。故现有的这种设计不具备自主运行能力。而电源系统的可靠性部分依赖于指令源的可靠性，从而导致了整体可靠性的降低。综上所述，采用不调节母线的星载电源系统中，充放电开关的通断规则，尤其是开关的闭合时机和闭合方式都是十分重要的。从可靠性的角度考虑，一种不依赖于外部系统的充放电状态管理系统及其管理方式亟待实施，以期彻底实现星载电源系统的自主管理。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的缺陷，设计一种基于四级电压触发机制的星载电源系统，使用该系统可实现星载电源系统充放电的自主管理。本发明的技术方案是：所设计的一种基于四级电压触发机制的星载电源系统，参见附图1，包括有一个锂离子蓄电池2。其技术特点在于，该该锂离子蓄电池2的正极并联连接有一个放电开关K2、一个充放电控制器3和一个二极管4，其中该二极管4的基极与所述锂离子蓄电池2的正极相连。所述放电开关K2的正极与所述锂离子蓄电池2的正极相连。所述放电开关K2的负极外接电源母线供电输出端；所述充放电控制器3的输入端并联连接有第一级门限电压5、第二级门限电压6、第三级门限电压7和第四级门限电压8。该充放电控制器3的放电开关控制信号端与所述放电开关K2的正极相连。而该充放电控制器3的充电开关控制信号端连接一个充电开关K1，该充电开关K1的开关闭合控制信号输入端与该充放电控制器3的充电开关控制信号输出端连接。所述充电开关K1的输入端连接一个太阳电池阵1，该充电开关K1的输出端为二个，其中一个输出端接地，另一个输出端与上述二极管4的发射极相连；而上述锂离子蓄电池2的负极接地。由此构成的本发明的一种基于四级电压触发机制的星载电源系统，在使用时，将该星载电源系统的闭合开关K2的输出端连接在外设电源母线供电输出端上，即可解决现有技术中非调节母线无法仅依靠电源系统自身实现充放电状态切换的问题。本发明的工作原理是：采用四级电压触发信号充电开关和放电开关的通断状态，能够保证星载电源系统中的蓄电池不过充、不过放，开关切换过程中不出现反复通断，彻底实现星载电源系统中不调节母线的自主管理，从而提升整体星载电源系统的可靠性。为此，对采用不调节母线的星载电源控制器，为避免母线充放电切换时出现反复通断的情况，使用四级电压门限值控制的母线电压范围和充放电状态。本发明对采用不调节母线的星载电源控制器，充放电控制器3采集当前蓄电池的电压值，与四路预设的门限电压的电压值进行比较，比较结果作为触发信号改变充电开关控制信号和放电开关控制信号，进而控制充电开关和放电开关的通断状态，能够保证星载电源系统中的蓄电池不过充、不过放，开关切换过程中不出现母线充放电切换时出现反复通断的情况，彻底实现星载电源系统中不调节母线的自主管理，从而提升整体星载电源系统的可靠性。第一级门限电压为充电截止电压，母线电压值一旦高于该电压的电压值，充电开关K1的一端切换到另一端，与蓄电池的正极断开，停止电源系统充电；第四级门限电压为放电终止电压，母线电压值一旦低于该电压的电压值，放电开关K2断开，母线停止对外放电；第二级门限电压为充电起始电压，母线电压从高于充电起始电压的某个电压值开始降低，一旦低于该电压值，充电开关K1的另一端切回到原端，星载电源系统进入充电状态；第三级门限电压为放电起始电压，母线电压从放电终止电压开始上升，一旦高于该电压值，放电开关K2闭合，星载电源系统进入放电状态。第三级门限电压为放电起始电压，母线电压从低于放电起始电压的某个电压值开始上升，一旦高于该电压值，放电开关K2闭合，星载电源系统进入放电状态。由于蓄电池具有内阻，故在切换瞬间母线电压会出现跳变，母线电压与门限电压的比较结果就会出现翻转。为了避免由此导致的开关控制信号翻转，四级门限电压采用单向触发机制，即电压由低升高时能够触发第一级和第三级，电压从高到低变化时能够触发第二级和第四级，电压反向变化时对应的门限值不发挥作用。为了避免蓄电池过充，充电截止电压低于电源系统所选用蓄电池允许的最高充电电压；为避免蓄电池过放，放电终止电压高于电源系统所选用蓄电池允许的最低放电电压。上述充电开关K1和放电开关K2的通断状态共同决定母线的充放电状态。充电开关K1闭合时，太阳电池阵1的电流可以流入母线，母线处于充电状态；放电开关K2闭合时，母线的电流供给用电部件，母线处于放电状态。锂离子蓄电池2具有指定的最高充电电压和最低放电电压，锂离子蓄电池2被充电时电压不能超过最高充电电压，即不能被过度充电；锂离子蓄电池2在放电时电压不能低于最低放电电压，即不能被过度放电。如果过度充电或者过度放电，锂离子蓄电池2都会受到损害；为了避免这种损害的发生，如果母线电压达到了最高充电电压，充电开关K1断开；如果母线电压达到了最低放电电压，放电开关K2断开。本发明的有益效果是：与现有技术相比，1）基于四级电压触发机制的不调节母线星载电源采用触发机制，避免了充放电状态转换瞬间出现开关反复通断的情况；2）基于四级电压触发机制的星载电源不调节母线设计依靠电源系统自身完成母线电压的控制和充放电状态切换，避免了对外部指令的依赖，电源系统的可靠性不依赖于外部系统。附图说明图1为本发明一种基于四级电压触发机制的星载电源系统一个具体实施例的结构框图，图中标示为：1—太阳电池阵，2—锂离子蓄电池，3—充放电控制器，4—二极管，5—第一级门限电压，6—第二级门限电压，7—第三级门限电压，8—第四级门限电压。具体实施方式参见附图1，图1所示为本发明一种基于四级电压触发机制的星载电源系统一个具体的实施例。该实施例的锂离子蓄电池2采用市售4串10并结构18600型锂离子蓄电池，最高充电电压16.8V，最低放电电压12V。该实施例的太阳电池阵1采用效率为26.8%的市售10串5并结构三结砷化镓太阳电池片组装太阳电池阵。而该实施例的充放电控制器3采用四级电压触发信号控制充电开关和放电开关的市售TT2-PCDH型充放电管理器，该TT2-PCDH型充放电管理器能够保证星载电源系统中的蓄电池不过充、不过放，开关切换过程中不出现反复通断，彻底实现星载电源系统中不调节母线的自主管理，从而能提升整体星载电源系统的可靠性。而该实施例的二极管4则选用市售1N5822型二极管。该实施例的充电开关K1采用市售JZC-200MH-024L-01型继电器，放电开关K2采用市售JZC-56MA-024-01-1型继电器。上述实施例的太阳电池阵1、锂离子蓄电池2和充放电管理器3，以及二极管4和充电开关K1、放电开关K2按上述技术方案参照图1所示实施连接，即锂离子蓄电池2的正极并联连接放电开关K2、充放电控制器3和二极管4，其中二极管4的基极与锂离子蓄电池2的正极相连。放电开关K2的正极与锂离子蓄电池2的正极相连。放电开关K2的负极外接电源母线供电输出端；充放电控制器3的输入端依次并联连接第一级门限电压5、第二级门限电压6、第三级门限电压7和第四级门限电压8。该充放电控制器3的放电开关控制信号端与放电开关K2的正极相连。充放电控制器3的充电开关控制信号端连接充电开关K1，充电开关K1的开关闭合控制信号输入端与充放电控制器3的充电开关控制信号输出端连接。充电开关K1的输入端连接太阳电池阵1，充电开关K1的二个输出端其中一个输出端接地，另一个输出端与二极管4的发射极相连；而锂离子蓄电池2的负极接地。本实施例经试制试用被证明效果良好，其充放电控制器3可按照以下逻辑控制充电开关K1和放电开关K2的通断：母线电压由低于16.7V上升到16.7V时断开充电开关K1，母线电压由高于16.0V下降到低于16.0V时闭合充电开关K1，母线电压由低于15.6V上升到高于15.6V时闭合放电开关K2，母线电压由高于15.1V下降到低于15.1V时断开放电开关K2。试验结果表明完全达到设计要求。