航天器电源分系统设计教学课件

第六章电源分系统设计如果现代人生活中没有了电,将会怎样?如果卫星没有了电,又会怎样?交流输出一逆变电源充电控制器太阳电池組件凿电池組图6-1电源分系统基本构型发电装置化学能电池电源控制装置与配电卫星系统太阳电池阵电源管理控制、调节、电压变和配电负载太阳动力核电源等能量储存装置重复充电电池飞轮燃料电池电源分系统电容器等卫星轨道对电源分系统设计的影响地球轨道飞行器的电源分系统设计思路和特点都是相通的,但是在某些方面还是各有各的特点。uranium-235neutronsslow(thermal)fissionfragnents表6-1简略介绍了太阳同步轨道(包括近地轨道)和地球同步轨道太阳电池阵设计条件的不同特点和差异。表6-1两种轨道卫星电源分系统设计特点比较项目太阳同步轨道卫星电源分系统地球同步轨道卫星电源分系统负载遥感式有效载荷居多。平台载通信类卫星居多。除轨控姿控脉冲特点荷脉冲式短期工作,平台服务作外,有效载荷和服务系统平稳工作系统平稳工作,短期峰值负载|脉冲负载不影响设计功率影响电源容量设计。轨道轨道周期约为100分钟,对电源轨道周期约24小时,对电源分系统的周期分系统的设计压力较大设计压力较地影最长地影时间控制在不大于36最长地影时间为72分钟时间分钟道每个轨道圈的光照时间短,约1光照时间长,可充电的时间也长,每光照小时左右,可充电时间短,对个轨道圈可充电的时间长达22.8小时,时间太阳电池阵设计影响较大,一可节约太阳电池阵给蓄电池提供的太般使蓄电池组充电的所需要的阳电池数量。另外由于地球同步轨道太阳电池的面积几乎与供电太航天器每年有两个135天的全日照期阳电池相等,即几乎占太阳电蓄电池会产生所谓的“记忆效应池阵面积的一半。必须进行轨道再调整。表6-1两种轨道卫星电源分系统设计特点比较太阳入由发射地方时决定,一般将太阳最大的太阳角在两至点,为射角入射角控制在不大于35°,否则±235°,对一般的通信卫星的将会加大太阳电池阵的面积,可设计没有影响。对特殊功能和有通过对日定向减小太阳入射角。特殊部件的卫星必须加以考虑卫星寿一般设计寿命2~5年,粒子等效通信卫星设计寿命12-15年,屏命对太通量较小,对太阳电池阵的设计蔽层的厚度必须优化设计,既要阳电池影响也较小,轨道高度和倾角不使屏蔽层的厚度足以抵御轨道粒的影响同、量级也不一样,应该加以考子的轰击引起的衰减,也要考虑到厚度对太阳电池阵重量的影响温度对在低轨道上运行的太阳电池阵,高轨道卫星硅太阳电池阵一般工太阳电工作温度上限不超过70℃,下限作在48-160℃。温度影响与低轨池阵设不低于-70℃。温度循环次数每道卫星相同计的影年约5000次,对太阳电池阵的输出功率略有影响。表6-1两种轨道卫星电源分系统设计特点比较续2布片利用系数对对平板式的太阳电池板只要采取大并联电路连接方太阳电池阵设计式,太阳电池阵的布片利用系数均应达到095。的影响系统设计对太阳如果系统设计能使太阳电池阵在寿命末期工作在最佳工作点电池阵的影响(方案设计阶段),将使电源功率利用率至少提高1%。放电深度对蓄电由于每年约5000次的地每年约有92次地影。10年寿命的池组的影响影,必须控制蓄电池组卫星,镉镍蓄电池一般可以用60%的放电深度以保证蓄电的放电深度(一个单体失效)池组的寿命。镉镍蓄电15年寿命的卫星,氢镍蓄电池组池一般可以用20%、氢一般设计在75%的放电深度(一个镍蓄电池一般可以用单体失效),最大到80%40%的放电深度温度对蓄电池组蓄电池组的容量和充放镉镍蓄电池组如果在0-10℃范围设计的影响电电压都受温度的影响,内工作,10年寿命可以满足。氢镉镍蓄电池组如果在镍蓄电池组在低温(-20℃)充电0~10℃范围内可在20℃放电,可以获得好的容量以保证较长的工作寿命如果蓄电池组放电时温度达到35℃,容量降低20%62发电621能源转换器件及发电装置的选种目前应用较为广泛的空间能源:化学能、核能和太阳能典型转换器件如表6-2所示不同寿命的卫星对能源的种类要求不同仅几天到十几天寿命的航天执行短期飞行任务的大功率尤其是载人飞船,氢氧燃料核电源适用于在光照条件差间环境条件下工作的卫星的军事卫星寿命为几个月、几年、十几到上万瓦的卫星来说,往往表6-2能源及其转换器件能源转换器件在电源分系统中的用途锌银电池、锂电池、燃料化学能电池、锂离子蓄电池、镉作为发电装置或镍电池、氢镍电池等储