[发明专利]一种卫星电源系统特征参数计算及多圈能量平衡判定方法

摘要

一种卫星电源系统特征参数计算及多圈能量平衡判定方法，包括卫星电源系统计时功能和计圈功能、特征参数的计算功能；电源系统计时功能和计圈功能完成一个轨道圈内阴影时间和光照时间的累计，并且能够排除月影引起的偏差影响，完成圈次的累计；特征参数的计算功能，选择能够反应蓄电池组性能衰降情况的参数和能够反应太阳电池阵性能衰降情况的参数，以及用于计算多圈能量平衡的参数，并给出了计算方法。电源系统计时功能和计圈功能是特征参数计算的基础；通过对特征参数的统计和计算，为蓄电池组和太阳电池阵的在轨性能衰降评估提供关键数据，并完成多圈能量平衡的判定。

主权项

一种卫星电源系统特征参数计算及多圈能量平衡判定方法，涉及的低轨小卫星电源分系统为太阳电池阵—蓄电池组系统，在光照时间太阳电池阵受照发电，以方阵电流的形式输出到卫星的供电母线，为卫星用电设备提供能源，同时为蓄电池组充电；在阴影时间，蓄电池组放电为卫星用电设备提供能源；其特征在于步骤如下：1)设置计时启动标志和计圈模式启动标志；计时启动标志默认状态为0，表示不进行计时累计，“计时启动”指令发出后，计时启动标志由0变1，表示开始进行计时累计；计时启动标志为1时，轨道周期Tr内时间计数由0开始计数，每次加1，统计光照时间和阴影时间；计圈模式启动标志默认状态为0，表示只统计光照时间和阴影时间，不进行计圈，“计圈模式启动”指令发出后，计圈模式启动标志由0变1，表示开始进入计圈模式；2)设置光照标志，光照标志的默认状态为1，当方阵电流iSA>1A或放电电流idc<1A时，认为是光照时间Tsun，光照标志置为1；当方阵电流iSA<1A且放电电流idc>1A时，认为是阴影时间Tsw，光照标志置为0；当光照标志为1时，光照时间Tsun进行累计，当光照标志为0时，阴影时间Tsw进行累计；3)设置第一圈标志和计圈标志，且默认状态都为0，当光照标志首次从0变为1时，第一圈标志置为1，同时计圈标志置为1，表示当前为第一圈，且开始进行计圈；设置全日照标志，默认状态为0，当Tsun＝Tr时，全日照标志置为1，同时计圈标志置为1，第一圈标志置为0；当光照标志置为0时，全日照标志置为0；4)当计时启动标志为1时，计算获得光照时间中间时的方阵电流值及此时的太阳电池阵温度、蓄电池组内电压；计算方阵总输出能量、负载光照时间总能量、充电总能量、单圈内能量余量、近5圈的能量余量和；其中各个参数的计算方法如下：蓄电池组内电压Vbatsun是指卫星由光照时间进入阴影时间时的蓄电池组电压；光照时间中间时的方阵电流值ISAmid及此刻的太阳电池阵温度TSA在每个轨道周期内光照时间过去一半即可获得；方阵总输出能量：负载光照区总能量：充电总能量：以上各式中，vbus为供电母线的电压、vbat为蓄电池组电压、il为光照时间内整星负载电流值、ic为蓄电池组充电电流值；单圈内能量余量Wsp＝WSA‑Wlsun‑Wcbat；近5圈能量余量和W5sum＝Wsp(n)+Wsp(n‑1)+Wsp(n‑2)+Wsp(n‑3)+Wsp(n‑4)，其中Wsp(n)为当圈能量余量，Wsp(n‑1)为当圈的前1圈能量余量，Wsp(n‑2)为当圈的第前2圈能量余量，Wsp(n‑3)为当圈的第前3圈能量余量Wsp(n‑4)为当圈的第前4圈能量余量；5)利用卫星在轨寿命期内统计的光照时间中间时的方阵电流值ISAmid及此刻的太阳电池阵温度TSA，进行归一化处理，得到标准条件下，即太阳入射角为0°、工作温度为25℃、日地距离因子为1时太阳电池阵输出电流：式中β为太阳电池阵电流温度系数、α为太阳入射角、FS为日地距离因子，每天内只选择一个ISAmid，且选择光照时间内短期载荷不工作时的ISAmid，有多个时，选择其中的最大值；在寿命期内，将计算得到的每天的Istd，进行指数函数的数据拟合，得到太阳电池阵输出电流衰减函数：y＝A×k1x，其中x为在轨运行天数；y为当天对应太阳电池阵输出电流，A、k1为数据拟合求得的指数函数的系数；根据衰减函数对太阳电池阵输出电流进行预估；6)利用卫星在轨寿命期内计算的每一个圈次内卫星由光照时间进入阴影时间的蓄电池组内电压Vbatsum，即作为由于蓄电池组性能衰降引起的蓄电池组电压变化的特征值，每天内只选择一个Vbatsum，且选择阴影时间内短期载荷不工作时的Vbatsum，有多个时，选择其中的最小值；在寿命期内，将统计得到的每天的Vbatsum，进行指数函数的数据拟合，得到蓄电池组内电压衰减函数：y＝B×k2x，其中x为在轨运行天数，y为当天对应蓄电池组的内电压，B、k2为数据拟合求得的指数函数的系数；根据衰减函数对蓄电池组的内电压进行预估；7)利用近5圈能量余量和W5sum，即能够知道当圈及前四圈内卫星能源系统是否达到了能量平衡状态，若W5sum≥0，即表示满足了5个轨道圈内的能量平衡，若W5sum<0，即表示不能满足5个轨道圈内的能量平衡，其中能量平衡是指：蓄电池组累计放出的能量能够在光照时间内累计充回。