一种空间站电源自动智能分配系统的制作方法

1.本发明涉及电源能量管理技术领域，具体涉及一种空间站电源自动智能分配系统。


背景技术：

2.随着我国空间站的初步建立，空间站长时间的在轨运行成为一种不可或缺的需求。空间站电源系统为空间站的正常运行提供能量支撑，是整个空间站长时间稳定运行的可靠保障。
3.空间站电源供配电系统由太阳能电池阵及锂电池阵共同组成，太阳能电池阵中每个太阳能电池片特性无法保证完全一致，同时锂电池阵中的锂电池也存在特性的不同，这就导致了电源供配电单元长时间工作时各个太阳能电池阵及锂电池阵的能量特性不一致。如果特性不一致的每个电池阵仍采用平均分配功率的方式，就会加快电池阵中能量特性较差单元的老化，甚至导致单个电池阵无法正常工作，严重影响系统的稳定性及可靠性。为保证整个空间站电源系统长时间的稳定可靠运行，需保证空间站每个独立供配电电源单元平均寿命的均衡。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了提供空间站电源自动智能分配系统。旨在解决现有技术中空间站电源针对电池特性不一致的电池，无法智能分配功率加快了电池阵中能量特性较差单元老化的问题。
5.为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
6.本发明提供了空间站电源自动智能分配系统，其应用于空间站供配电系统，包括：
7.若干个太阳能供电单元；
8.若干个锂电池供配电单元，其与若干个所述太阳能供电单元连接；
9.电源自动智能分配单元，其分别与每一所述太阳能供电单元和每一所述供配电单元连接，
10.所述电源自动智能分配单元对每一所述太阳能供电单元和每一所述锂电池供配电单元中的参数进行计算，分别得到每一所述太阳能供电单元和每一所述锂电池供配电单元的调节系数，以实现所述空间站供配电系统能量的智能分配。
11.优选的，每一所述太阳能供电单元的参数包括：分别采样的每一所述太阳能供电单元的电压；
12.每一所述锂电池供配电单元的参数包括：分别采样的每一所述锂电池供配电单元的电流及每一所述锂电池供配电单元的单体电池特性参数。
13.优选的，每一所述太阳能供电单元均包括：
14.太阳能电池阵，其用于所述太阳能供电单元的发电；
15.供电系数调节器，其第一端与所述太阳能电池阵的第一端连接，配置所述太阳能
供电单元的供电能量，以实现所述太阳能电池阵的能量智能分配；
16.分流电路，其第一端与所述供电系数调节器的第二端连接，其第二端与所述太阳能电池阵的第二端连接，所述分流电路的第二端与所述太阳能电池阵的第二端连接后与每一所述太阳能供电单元的正极并联，前述并联后连接至公共负母线，所述分流电路用于分担所述太阳能供电单元中的部分电流；
17.第一隔离二极管，其第一端与每一所述太阳能供电单元的负极并联后连接至公共正母线，其第二端与所述分流电路的第三端连接，所述第一隔离二极管用于单向导通所述分流电路的第三端传输的电流。
18.优选的，所述电源自动智能分配单元与每一所述供电系数调节器连接，以将每一所述太阳能供电单元的调节系数输入至对应的每一所述供电系数调节器。
19.优选的，获取每一所述太阳能供电单元的调节系数的具体步骤为：
20.所述电源自动智能分配单元采集每一所述太阳能供电单元的电压；
21.建立神经网络模型；
22.所述神经网络模型采集每一所述太阳能供电单元的电压；
23.将若干个所述太阳能供电单元的电压输入至所述神经网络模型的输入层；
24.根据所述神经网络模型的隐含层的耦合权重系数矩阵，对若干个所述太阳能供电单元的电压进行调节，得到所述隐含层调节后的数据，并将其输出至所述神经网络模型的输出层；
25.根据所述输出层的耦合权重系数，对所述隐含层调节后的数据进行调节，得到每一所述太阳能供电单元的调节系数。
26.优选的，所述锂电池供配电单元的单体电池特性参数包括单体温度、单体电压和动态阻抗中的任意一种或其任意一组合。
27.优选的，每一所述锂电池供配电单元均包括：
28.锂电池阵，其用于所述锂电池供配电单元的供配电；
29.放电系数调节器，其用于动态调节所述锂电池阵的放电系数；
30.充电系数调节器，其第一端与所述放系数调节器的第一端并联，且其两者并联后与所述锂电池阵的第一端连接，用于动态调节所述锂电池阵的充电系数；
31.放电变换器，其第一端与所述放电系数调节器的第二端连接，所述放电变换器用于对其对应的所述锂电池阵的放电电压进行调整；
32.充电变换器，其第一端与所述充电系数调节器的第二端连接，所述充电变换器用于对其对应的所述锂电池阵的充电电压进行调整；
33.第二隔离二极管，其第一端与所述放电变换器的第二端连接，所述第二隔离二极管的第二端与每一所述锂电池供配电单元的正极并联后连接至公共正母线；
34.第三隔离二极管，其第一端与所述充电变换器的第二端连接，所述第三隔离二极管的第二端与每一所述锂电池供配电单元的正极并联后连接至公共正母线，所述第二隔离二极管和所述第三隔离二极管均用于所述锂电池供配电单元的电路中电流的单向导通，
35.所述锂电池阵的第二端与每一所述锂电池供配电单元的负极并联后连接至公共负母线。
36.优选的，每一所述锂电池供配电单元的调节系数包括充电系数和放电系数。
37.优选的，获取每一所述锂电池供配电单元的充电系数具体步骤为：
38.所述电源自动智能分配单元采集每一所述太阳能供电单元的电压以及每一所述锂电池供配电单元的电流；
39.根据所述太阳能供电单元的耦合权重系数矩阵、所述锂电池供配电单元的单体电池特性参数和所述锂电池供配电单元的耦合权重系数矩阵，得到每一所述锂电池供配电单元的充电系数。
40.优选的，获取每一所述锂电池供配电单元的放电系数具体步骤为：
41.所述电源自动智能分配单元采集每一所述锂电池供配电单元的电流；
42.将若干个所述锂电池供配电单元的电流，输入至所述电源自动智能分配单元的输入层；
43.根据所述电源自动智能分配单元的隐含层的耦合权重系数矩阵，对上述输入至所述输入层的数据进行调节，得到所述隐含层调节后的数据，并将其输出至所述电源自动智能分配单元的输出层；
44.根据所述输出层的耦合权重系数，对所述隐含层调节后的数据进行调节，得到每一所述锂电池供配电单元的放电系数。
45.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
46.本发明所提出的空间站电源智能分配系统，与现有技术相比，采用了整个供配电单元智能分配供配电系数的方式，实现了对系统能源的有效利用，同时，针对每个供配电系统能力的不同，使其输出不同的电能，保证整个发电系统的长时间可靠运行。
附图说明
47.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
48.图1为本发明一实施例提供的光照区空间站供配电调节系数分配计算图；
49.图2为本发明一实施例提供的阴影区空间站锂电池供配电单元放电系数分配计算图；
50.图3为本发明一实施例提供的空间站电源自动智能分配系统整体框图。
51.附图标记说明：10-锂电池供配电单元，11-锂电池阵，12-放电系数调节器，13-放电变换器，14-充电系数调节器，15-充电变换器，16-太阳能供电单元，17-太阳能电池阵，18-供电系数调节器，19-分流电路。
具体实施方式
52.以下结合附图1-3和具体实施方式对本发明提出的空间站电源自动智能分配系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任
何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
53.鉴于现有技术中空间站电源针对电池特性不一致的电池，无法智能分配功率，加快了电池阵中能量特性较差单元老化的问题，本实施例提供了一种空间站电源自动智能分配系统包括：若干个太阳能供电单元(如图3中所示的太阳能供电单元16、太阳能供电单元26，
……
，太阳能供电单元n6)；若干个锂电池供配电单元(如图3中所示的锂电池供配电单元10、锂电池供配电单元20，
……
，锂电池供配电单元n0)，其与若干个所述太阳能供电单元连接；电源自动智能分配单元，其分别与若干个所述太阳能供电单元和若干个所述供配电单元连接。
54.所述电源自动智能分配单元对若干个所述太阳能供电单元和若干个所述锂电池供配电单元中的参数进行计算，分别得到每一所述太阳能供电单元和每一所述锂电池供配电单元的调节系数，以实现所述空间站供配电系统能量的智能分配。
55.若干个所述太阳能供电单元和若干个所述锂电池供配电单元的参数包括：分别采样的若干个所述太阳能供电单元的电压，v11、v12、
……
、v1n，分别采样的若干个所述锂电池供配电单元的电流i21、i22、
……
、i2n，以及若干个所述锂电池供配电单元的单体电池特性参数，所述锂电池供配电单元的单体电池特性参数包括单体温度、单体电压和动态阻抗中的任意一种或其任意一组合。
56.请参考图3所示，若干个所述太阳能供电单元结构相同，下面以所述太阳能供电单元16为例进行说明，所述太阳能供电单元16包括：太阳能电池阵，其用于所述太阳能供电单元16的发电；供电系数调节器18，其第一端与所述太阳能电池阵17的第一端连接，配置所述太阳能供电单元16的供电能量，以实现所述太阳能电池阵17的能量智能分配；分流电路19，其第一端与所述供电系数调节器18的第二端连接，其第二端与所述太阳能电池阵17的第二端连接，所述分流电路19的第二端与所述太阳能电池阵17的第二端连接后与每一所述太阳能供电单元16的正极并联，所述分流电路19用于分担所述太阳能供电单元16中的部分电流，前述并联后连接至公共负母线；第一隔离二极管d
11
，其第一端与每一所述太阳能供电单元16的负极并联后连接至公共正母线，其第二端与所述分流电路19的第三端连接，所述第一隔离二极管d
11
用于单向导通所述分流电路19的第三端传输的电流，电源自动智能分配的系数k
11
输入至供电系数调节器18。
57.获取每一所述太阳能供电单元16的调节系数的具体步骤为：建立神经网络模型；所述神经网络模型采集每一所述太阳能供电单元的电压；将若干个所述太阳能供电单元的电压输入至所述神经网络模型的输入层；根据所述神经网络模型的隐含层的耦合权重系数矩阵，对若干个所述太阳能供电单元的电压进行调节，得到所述隐含层调节后的数据，并将其输出至所述神经网络模型的输出层；根据所述输出层的耦合权重系数，对所述隐含层调节后的数据进行调节，得到每一所述太阳能供电单元的调节系数k
12
，......，k
1n
。
58.所述电源自动智能分配单元与每一所述供电系数调节器连接，以将每一所述太阳能供电单元的调节系数输入至对应的每一所述供电系数调节器。
59.请继续参考图3所示，若干个所述锂电池供配电单元结构相同，下面以所述锂电池供配电单元10为例进行说明，所述锂电池供配电单元10包括：锂电池阵11，其用于所述锂电池供配电单元10的供配电；放电系数调节器12，其用于动态调节所述锂电池阵11的放电系
数；充电系数调节器14，其第一端与所述放系数调节器12的第一端并联，且其两者并联后与所述锂电池阵11的第一端连接，用于动态调节所述锂电池阵11的充电系数；放电变换器13，其第一端与所述放电系数调节器12的第二端连接，所述放电变换器用于对其对应的所述锂电池阵的放电电压进行调整；充电变换器15，其第一端与所述充电系数调节器14的第二端连接，所述充电变换器15用于对其对应的所述锂电池阵11的充电电压进行调整；第二隔离二极管d
21
，其第一端与所述放电变换器的第二端连接，所述第二隔离二极管d
21
的第二端与每一所述锂电池供配电单元的正极并联后连接至公共正母线；第三隔离二极管d
31
，其第一端与所述充电变换器的第二端连接，所述第三隔离二极管d
31
的第二端与每一所述锂电池供配电单元的正极并联后连接至公共正母线，所述锂电池阵的第二端与每一所述锂电池供配电单元的负极并联后连接至公共负母线，所述第二隔离二极管d
21
和所述第三隔离二极管d
31
均用于所述锂电池供配电单元的电路中电流的单向导通。
60.采样锂电池阵11的正极和放电系数调节器12、充电系数调节器14的左端之间的电流i21；锂电池阵11负极与各个锂电池供配电单元并联后直接连接至公共负母线；将经电源自动智能分配的系数k
21
输入至放电系数调节器12，经电源自动智能分配的系数k
31
输入至充电系数调节器14。
61.每一所述锂电池供配电单元的调节系数包括充电系数和放电系数。
62.获取每一所述锂电池供配电单元的充电系数具体步骤为：所述电源自动智能分配单元采集每一所述太阳能供电单元的电压以及每一所述锂电池供配电单元的电流；根据所述太阳能供电单元的耦合权重系数矩阵、所述锂电池供配电单元的单体电池特性参数和所述锂电池供配电单元的耦合权重系数矩阵，得到每一所述锂电池供配电单元的充电系数k
31
，......，k
3n
。
63.获取每一所述锂电池供配电单元的放电系数具体步骤为：所述电源自动智能分配单元采集每一所述锂电池供配电单元的电流；将若干个所述锂电池供配电单元的电流，输入至所述电源自动智能分配单元的输入层；根据所述电源自动智能分配单元的隐含层的耦合权重系数矩阵，对上述输入至所述输入层的数据进行调节，得到所述隐含层调节后的数据，并将其输出至所述电源自动智能分配单元的输出层；根据所述输出层的耦合权重系数，对所述隐含层调节后的数据进行调节，得到每一所述锂电池供配电单元的放电系数k
21
，......，k
2n
。
64.所述电源自动智能分配单元与每一所述充电系数调节器连接，以将每一所述锂电池供配电单元的充电系数输入至对应的每一所述充电系数调节器。所述电源自动智能分配单元与每一所述放电系数调节器连接，以将每一所述锂电池供配电单元的放电系数输入至对应的每一所述放电系数调节器。
65.参考图1所示为本实施例提供的光照区空间站供配电调节系数分配计算图。光照区采样不同太阳能供电单元电压值，经电源自动智能分配单元计算出每个太阳能供电单元不同的供电系数，经供电系数调节器配置其供电能量以实现太阳能电池阵的能量智能分配；同时采样锂电池状态，具体为采样不同锂电池供配电单元的电流值，经电源自动智能分配单元计算出每个锂电池供配电单元不同的充电系数，经充电系数调节器配置其充电能量以实现对锂电池阵的智能充电控制，综合判断确定不同太阳能电池阵将功率合理分配给输出负载和锂电池，以保证光照区每个太阳能电池阵功率的智能分配。
66.参考图2所示为本实施例提供的阴影区空间站锂电池供配电单元放电系数分配计算图。阴影区采样不同锂电池供配电单元电流值，经电源自动智能分配单元计算出每个锂电池供配电单元不同的放电系数经放电系数调节器配置其放电能量以实现对锂电池阵的智能放电控制。
67.综上所述，本实施例通过实时采样各供配电单元的电量值，计算出其所能提供的最优能量，通过自主智能分配单元的智能分配合理的设置每个供配电单元的充放电系数，使每个充放电单元均可工作于最优工作状态，极大的提高了空间站供配电系统的运行效率。本实施例采用对每个供配电单元充放电系数的合理配置，可极大的保证空间站供配电系统的电池阵寿命的均衡，这将提高空间站供配电系统的可靠性，为整个空间站长时间在轨运行提供了可靠保障。
68.本实施例中，空间站供配电系统的电能由若干个太阳能电池阵及若干个锂电池阵共同提供，本实施例提出了一种电源系统的自主智能分配控制。
69.首先，空间站电源系统在光照区时，空间站电源系统主要能量由若干个太阳能电池阵提供。通过采样每个太阳能电池阵单体的发电功率，电源自动智能分配单元根据不同的电池阵发电功率采用mppt(maximum power point tracking最大功率点跟踪)调节算法判断太阳能电池阵发电功率，根据输出功率设置每个太阳能电池阵的输出功率系数，同时，采样锂电池状态，综合判断确定不同太阳能电池阵将功率合理分配给输出负载和锂电池，以保证光照区每个太阳能电池阵功率的智能分配。
70.同时，判断锂电池阵电池特性，包括单体温度，单体电压，动态阻抗等，为不同的锂电池阵确定不同的充电系数，保证锂电池阵的均衡充电。
71.其次，空间站电源系统在阴影区时，空间站电源系统主要能量由锂电池阵提供，通过采样每个锂电池阵的输出电流，根据不同的锂电池阵电池特性及负载特性设置不同的放电系数，以保证阴影区每个锂电池阵功率的智能分配。
72.通过对电源系统能量的自主智能分配可实现对整个发电系统的有效利用，极大提升了整个电源系统的高效性。该方法在光照区和阴影区，通过对每个电池阵功率的检测对每个电池阵设置不同的充放电系数，保证了发电能力强的电池阵输出更多的能量，发电能力弱的电池阵输出较少的能量，这将极大的均衡了每个电池阵的使用寿命，为我国空间站长时间的在轨运行提供了可靠的保障。
73.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
74.应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所
述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
75.另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
76.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。