[实用新型]一种分布式低轨小卫星电源系统

说明书

本实用新型公开了一种分布式低轨小卫星电源系统，相对于传统的S3R、S4R方式全调节架构具有结构简单、比功率高、配置灵活等优点，能够实现母线全调节的同时最大限度的利用太阳光发电，增大了系统的发电效率；相对于已有MPPT方式架构来说，在蓄电池端设置了硬件结构相同的充放电模块，实现了母线全调节的功能，同时具有分布式系统架构，大大增强了系统的可靠性；储能电池具有比能量大的优点，在同样的能量要求下可减轻蓄电池重量，降低卫星发射成本；分布式电源系统，发电单元和储能电池组通过电力电子装置接入母线，每个单元之间互不影响，如发生故障可及时隔离，对系统不会造成大的影响，可正常工作。

技术领域

本实用新型涉及微型供电技术领域，特别涉及一种分布式低轨小卫星电源系统。

背景技术

近地轨道(LEO)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，具有很强的决速响应能力，这使得卫星与地面基站能频繁的无线电接触。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。随着LEO卫星的快速发展，LEO卫星功率需求逐渐增大，但是受限于卫星尺寸，太阳电池阵又不能做大，这种制约关系是制约小卫星发展的突出问题，传统的卫星电源系统的架构的缺点已经显现出来，并将更加突出。

一般的中、高轨卫星电源系统采用S3R拓扑结构，如图2所示，这种拓扑结构主要包含分流器、充电器和放电器三个部分，太阳电池阵与分流器并联后输出母线，充电器负责从母线取电对蓄电池充电，放电器负责蓄电池的放电调节以稳定母线电压，是传统的三域调节方式的全调节母线拓扑。其优点是母线全调节，能够提供一条稳定的、高效的母线电压，其缺点是拓扑相对复杂，能重比较低，在低轨卫星应用相对较少。

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，电池组必须在短时间内充满，因此卫星电源系统也需要适当调整，图3是低轨卫星常用S4R电源系统拓扑。在高轨卫星中，光照时间长，充电模块(BCR)需用少，通常是小电流充电即可，S3R拓扑较为经济，而低轨卫星光照时间相对较短，蓄电池需要频繁充电，BCR需用多，另一方面，分流器(SUN)需要分流掉多余电流以稳定母线电压，因此S4R拓扑是利用分流器直接给蓄电池充电，可以省掉BCR模块，提高了系统的能源利用率和重量率。

为了进一步提高能源利用率，采用峰值功率跟踪(MPPT)方式，将太阳阵工作点与母线电压解耦，使太阳电池阵在任意负载变换及环境变化下均能工作在最大功率点，把太阳能电池阵输出功率全部发挥出来，有利于满足LEO卫星载荷瞬时大功率需求，减少太阳阵面积，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，如图4所示，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子钳位母线电压，但是此专利中没有蓄电池放电调节，属于一种半调节母线，供电效率相对较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种分布式低轨小卫星电源系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种分布式低轨小卫星电源系统，包括太阳电池阵、光伏调节单元、蓄电池组、充放电调节模块、母线滤波模块和外部负载，所述光伏调节单元和充放电调节模块具有相同的硬件电路，所述光伏调节单元和充放电调节模块注入软件算法不同；

所述太阳电池阵采用模块化子阵设计，每个子阵为一个独立的供电单元；

所述蓄电池组采用比能量较高的21700标准电芯，组合成10组电池组；

所述母线滤波模块中的电容模块采用自愈功能的膜式电容；

所述太阳电池阵电连接光伏调节单元，所述蓄电池组电连接充放电调节模块，光伏调节单元与充放电调节模块均电连接系统母线，系统母线电连接母线负载与母线电容，构成电源系统。