超低轨微小卫星基于S4R功率调节技术的蓄电池充电电路的制作方法

本发明属于超低轨道微小卫星电源系统，尤其涉及一种超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路。

背景技术：

1、超低轨道卫星每轨运行时间约90min，其中地影期时长约占40％。地影期及光照期太阳电池阵功能不足时均需采用储能设备进行整星供能，因锂离子蓄电池具有能量密度高、自放电率低、循环次数多等优势，近年太阳电池阵+锂离子蓄电池的电能产生及储存模式大量应用在卫星电源系统中。

2、采用太阳电池阵-锂离子蓄电池的卫星电源系统中，锂离子蓄电池作为重要储能部件，其寿命直接限制了整个电源系统的使用寿命。影响锂离子蓄电池的寿命的主要原因包括充电电压过高，充电电流过大，放电深度过大等因素，在电源系统设计中，应重点采取措施，防止蓄电池充电过程中的过压、过流。目前所采用的电源控制器使用专门的电压调整电路以及限流电路，将经分流调整后的太阳阵输出功率再次进行转换，然后为蓄电池组进行充电。

3、超低轨卫星由于其特殊的轨道运行条件，往往需要更多能量用以进行轨道以及姿态维持，因此超低轨道卫星对功率的需求量通常更高。而商用微小卫星出于节省成本考虑，需要在保证可靠性的基础上尽量减小设备尺寸，并降低整体重量。因此需要转换效率更高，损耗更低，电路尽量简单的电源转换电路。

4、使用专用的电压及电流调整电路对锂离子蓄电池进行充电，需要增加电压转换电路，使蓄电池充电电压不超过蓄电池满电门限电压值，并需要对蓄电池的充电电流进行限制，在充电过程中检测蓄电池电压以及充电电流，以便及时调整充电模式，在保证蓄电池充满的同时防止因充电电流过大而导致蓄电池寿命受损。该功率调整电路独立于太阳阵输出功率调整电路，两级功率检测及转换增加了功率损耗，同时加大了电路设计的面积及设备整体重量，也会使系统设计更加复杂，对整体设计的可靠性也会产生一定的影响。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路，直接通过s4r功率调整电路实现对锂离子蓄电池恒流恒压充电过程的限压、限流，在保证功能实现的同时精简电路设计，并提高太阳阵输出功率利用率。

2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路，包括：n个电源母线供电单元和n-k+1个蓄电池充电单元；其中，n个电源母线供电单元的一次母线的输出端彼此相连接；n个电源母线供电单元中的n-k+1个电源母线供电单元的一次母线的输入端与相对应的蓄电池充电单元的一端相连接；每个蓄电池充电单元的另一端均与锂离子蓄电池组相连接；k＝1、2、……、n，n为正整数。

3、上述超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路中，每个电源母线供电单元均包括太阳电池分阵、二极管、一次母线、分流开关和主误差放大器；其中，所述太阳电池分阵的输出端与所述二极管的阳极相连接；所述二极管的阴极分别与所述一次母线的输入端和所述分流开关的输入端相连接；所述分流开关的输出端接地，所述分流开关的控制信号端与所述主误差放大器的输出端相连接；所述主误差放大器的同相端与所述一次母线的输出端相连接，所述主误差放大器的反相端接主误差放大器基准电压。

4、上述超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路中，每个蓄电池充电单元包括蓄电池充电开关和蓄电池误差放大器；其中，所述蓄电池充电开关的输入端与所述二极管的阴极相连接，所述蓄电池充电开关的控制信号端与所述蓄电池误差放大器的输出端，所述蓄电池充电开关的输出端与锂离子蓄电池组的正极相连接；所述蓄电池误差放大器的反相端与锂离子蓄电池组的正极相连接；所述蓄电池误差放大器的同相端接蓄电池误差放大器基准电压。

5、上述超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路中，当分流开关闭合时，太阳电池分阵输出功率经分流开关电路短路分流；当一次母线电压高于主误差放大器基准电压时，主误差放大器输出信号控制分流开关闭合。

6、上述超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路中，当蓄电池充电开关闭合时，太阳电池分阵输出功率经蓄电池充电开关对锂离子蓄电池组进行充电。

7、上述超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路中，当锂离子蓄电池组的电压低于蓄电池误差放大器基准电压时，蓄电池误差放大器输出信号控制蓄电池充电开关闭合，太阳电池分阵对锂离子蓄电池组进行充电。

8、上述超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路中，太阳电池分阵输出功率优先为一次母线供电，有多余能量时则为锂离子蓄电池组进行充电，当锂离子蓄电池组为满电状态且一次母线消耗功率满足时，多余能量从分流开关电路进行释放。

9、上述超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路中，太阳电池分阵数量应满足以下公式：

10、in+in-1+……+ik≤icharge；

11、其中，icharge为锂离子蓄电池组充电电流上限，in为第n个太阳电池分阵的电流，in-1为第n-1个太阳电池分阵的电流，ik为第k个太阳电池分阵的电流。

12、上述超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路中，主误差放大器基准电压满足以下条件：

13、vmea1＞vmea2＞……＞vmeak＞……＞vmean，

14、vmea1＝vmax；

15、其中，vmax为一次母线电压上限，vmea1为第1个主误差放大器基准电压，vmea2为第2个主误差放大器基准电压，vmeak为第k个主误差放大器基准电压，vmean为第n个主误差放大器基准电压。

16、上述超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路中，蓄电池误差放大器基准电压满足以下条件：

17、vbean＞vbean-1＞……＞vbeak，vbean＝vcharge；

18、其中，vcharge为锂离子蓄电池组充电电压上限，vbean为第n个蓄电池误差放大器基准电压，vbean-1为第n-1个蓄电池误差放大器基准电压。

19、本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

20、(1)本发明通过太阳阵分阵数量公式，达到的效果为限制蓄电池充电过程中的充电电流，节省专用的蓄电池电流调整电路，减少设备中相关电路的使用，减轻重设备整体重量；

21、(2)本发明通过s4r功率调节电路中蓄电池误差放大器bea电路，达到的效果为限制蓄电池充电过程中的充电电压，减少蓄电池充电电路设计的复杂度，提高电路设计可靠性；

22、(3)本发明通过s4r功率调节电路的两域调节模式，以及对功率调整电路的精简，达到的效果为提高对太阳阵输出功率的利用率；

23、(4)本发明通过减少蓄电池充电电路中的的电压及电流开关调整电路，达到的效果为减少电源纹波，提高输出电源质量。

技术特征：

1.一种超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路，其特征在于包括：n个电源母线供电单元和n-k+1个蓄电池充电单元；其中，

2.根据权利要求1所述的超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路，其特征在于：每个电源母线供电单元均包括太阳电池分阵、二极管、一次母线、分流开关和主误差放大器；其中，

3.根据权利要求2所述的超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路，其特征在于：每个蓄电池充电单元包括蓄电池充电开关和蓄电池误差放大器；其中，

4.根据权利要求2或3所述的超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路，其特征在于：当分流开关闭合时，太阳电池分阵输出功率经分流开关电路短路分流；

5.根据权利要求3所述的超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路，其特征在于：当蓄电池充电开关闭合时，太阳电池分阵输出功率经蓄电池充电开关对锂离子蓄电池组进行充电。

6.根据权利要求3所述的超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路，其特征在于：当锂离子蓄电池组的电压低于蓄电池误差放大器基准电压时，蓄电池误差放大器输出信号控制蓄电池充电开关闭合，太阳电池分阵对锂离子蓄电池组进行充电。

7.根据权利要求3所述的超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路，其特征在于：太阳电池分阵输出功率优先为一次母线供电，有多余能量时则为锂离子蓄电池组进行充电，当锂离子蓄电池组为满电状态且一次母线消耗功率满足时，多余能量从分流开关电路进行释放。

8.根据权利要求2或3所述的超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路，其特征在于：太阳电池分阵数量应满足以下公式：

9.根据权利要求2或3所述的超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路，其特征在于：主误差放大器基准电压满足以下条件：

10.根据权利要求3所述的超低轨微小卫星基于s4r功率调节技术的蓄电池充电电路，其特征在于：蓄电池误差放大器基准电压满足以下条件：

技术总结
本发明公开了一种超低轨微小卫星基于S4R功率调节技术的蓄电池充电电路，包括：n个电源母线供电单元和n‑k+1个蓄电池充电单元；其中，n个电源母线供电单元的一次母线的输出端彼此相连接；n个电源母线供电单元中的n‑k+1个电源母线供电单元的一次母线的输入端与相对应的蓄电池充电单元的一端相连接；每个蓄电池充电单元的另一端均与锂离子蓄电池组相连接；k＝1、2、……、n，n为正整数。本发明直接通过S4R功率调整电路实现对锂离子蓄电池恒流恒压充电过程的限压、限流，在保证功能实现的同时精简电路设计，并提高太阳阵输出功率利用率。

技术研发人员：孙艳丽,李杰,沈锐,宋宇超,靳尧凯,王启久,王俊峰,过祖耀
受保护的技术使用者：赛思倍斯（绍兴）智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13