【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，屬于航天器能源系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、月面環(huán)境下月晝和月夜(最長(zhǎng)達(dá)20天)溫度差異大，在月夜期間溫度最低可以達(dá)到–196℃，電子設(shè)備需要采用熱控手段維持工作；且月夜環(huán)境下航天器采用休眠模式以節(jié)約能源。
2、支撐航天器數(shù)年月晝期間的的連續(xù)正常工作、應(yīng)急模式下低功耗工作、月夜休眠和月晝喚醒模式。由于航天器無(wú)太陽(yáng)能電池陣，具備通過(guò)無(wú)線傳能方式為電源補(bǔ)能(不小于500w)，可按需要進(jìn)行支路配電，內(nèi)部設(shè)計(jì)能源管理單元具備充放電管理、蓄電池均衡、信息監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)發(fā)送等功能，滿足系統(tǒng)自主健康監(jiān)測(cè)，提供可靠性，以保障月球表面航天器各項(xiàng)任務(wù)作業(yè)順利完成。
3、主要涉及無(wú)線傳能、高功率密度電池和喚醒三個(gè)方面技術(shù)。
4、目前國(guó)內(nèi)航天器(包括月球、火星探測(cè)器)上普遍應(yīng)用鋰電池，但航天器對(duì)電池高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、寬環(huán)境適應(yīng)性仍有更高的要求，迫切需要更高指標(biāo)的電池技術(shù)來(lái)推動(dòng)航天器整體性能的提高。石墨烯電池在能量密度、功率密度、環(huán)境適應(yīng)性、循環(huán)壽命和放電深度上相較現(xiàn)有技術(shù)均有明顯優(yōu)勢(shì)，國(guó)外石墨烯電池正處于航天探索應(yīng)用階段，而國(guó)內(nèi)石墨烯電池航天已啟動(dòng)型號(hào)應(yīng)用，走在世界相關(guān)領(lǐng)域前列。
5、無(wú)線能量傳輸技術(shù)主要包括：電磁輻射式(包括微波輻射式、激光輻射式)、電場(chǎng)耦合式、電磁感應(yīng)式和超聲波式，每種無(wú)線能量傳輸技術(shù)都有其自身的優(yōu)勢(shì)、不足以及適用場(chǎng)合。
6、微波輻射式的優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離遠(yuǎn)，缺點(diǎn)是傳輸功率大、傳輸效率低、抗偏移性能差，適用于電磁輻射強(qiáng)遠(yuǎn)距離、大功率場(chǎng)合。激光輻射
7、無(wú)線電能傳輸技術(shù)由于免維護(hù)、空間容錯(cuò)性高和可靠性高在空間無(wú)人充電中具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。聚焦到月球機(jī)器人無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)的研究，要求傳輸功率大、傳輸效率高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，電磁感應(yīng)式無(wú)線能量傳輸技術(shù)性能最佳。
8、“玉兔二號(hào)”巡視器為增強(qiáng)適應(yīng)月表惡劣環(huán)境的生存能力，“玉兔二號(hào)”在月夜時(shí)進(jìn)入月夜休眠模式，除相關(guān)熱控設(shè)備工作外，其他所有設(shè)備斷電，不進(jìn)行科學(xué)探測(cè)任務(wù)，等待下次月晝來(lái)臨后由光照再喚。“玉兔二號(hào)”巡視器喚醒采用整器自主喚醒的方式。即在次月晝太陽(yáng)翼發(fā)電量大于閾值時(shí)，光照喚醒電路啟動(dòng)，電源控制器開(kāi)關(guān)閉合、蓄電池組放電開(kāi)關(guān)閉合、一次電源母線開(kāi)關(guān)閉合，綜合電子單元、x頻段應(yīng)答機(jī)和x頻段固態(tài)放大器加電工作，之后+y側(cè)太陽(yáng)翼按照預(yù)定的邏輯自主展開(kāi)并運(yùn)動(dòng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)空間能源周期性補(bǔ)給。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案是：
3、本專利技術(shù)公開(kāi)了一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，包括：電磁感應(yīng)式無(wú)線充電裝置、石墨烯電池組、電源管理單元、配電模塊和喚醒模塊；其中，
4、電源管理單元，根據(jù)外部主控計(jì)算機(jī)發(fā)送的工作模式信息，通過(guò)向配電模塊發(fā)送電源控制信號(hào)，控制電磁感應(yīng)式無(wú)線充電裝置、石墨烯電池組或地面電源對(duì)航天器進(jìn)行供電，對(duì)石墨烯電池組的充放電進(jìn)行控制；通過(guò)喚醒模塊發(fā)送的喚醒指令或內(nèi)部定時(shí)喚醒信號(hào)進(jìn)行石墨烯電池組的喚醒控制；根據(jù)配電模塊反饋的工作狀態(tài)信息，檢測(cè)供電狀態(tài)；
5、電磁感應(yīng)式無(wú)線充電裝置，通過(guò)無(wú)線充電方式給石墨烯電池組進(jìn)行充電；
6、喚醒模塊，包括光敏電路和無(wú)線接收電路，對(duì)光敏電路獲取的外部光喚醒信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換或?qū)o(wú)線接收電路獲取的外部無(wú)線喚醒信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，生成喚醒指令后發(fā)送給電源管理單元；
7、配電模塊，根據(jù)電源管理單元的電源控制信號(hào)，為需供電設(shè)備供電；將工作狀態(tài)信息反饋給電源管理單元。
8、進(jìn)一步地，在上述系統(tǒng)中，工作模式為地面測(cè)試模式時(shí)，通過(guò)地面電源或充電接口給航天器直接供電；工作模式為器供模式時(shí)，控制石墨烯電池組給航天器供電，同時(shí)通過(guò)地面電源給石墨烯電池組充電；工作模式為月面工作模式時(shí)，石墨烯電池組給航天器供電，同時(shí)外部?jī)?chǔ)能設(shè)備通過(guò)無(wú)線充電方式給石墨烯電池組進(jìn)行充電。
9、進(jìn)一步地，在上述系統(tǒng)中，所述喚醒控制，具體為：通過(guò)石墨烯電池組的放電開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)將石墨烯電池組從休眠模式到正常工作模式的切換。
10、進(jìn)一步地，在上述系統(tǒng)中，對(duì)石墨烯電池組的充放電進(jìn)行控制，具體為：工作模式為器供模式時(shí)，電源管理單元采用s3r電路對(duì)石墨烯電池組進(jìn)行充電；工作模式為月面工作模式時(shí)，電源管理單元通過(guò)電磁感應(yīng)式無(wú)線充電裝置對(duì)石墨烯電池組進(jìn)行充電；當(dāng)充電達(dá)到設(shè)定值時(shí)，逐步減小充電電流，實(shí)現(xiàn)限壓充電；電源管理單元通過(guò)石墨烯電池組的放電開(kāi)關(guān)控制石墨烯電池組放電；放電通路的放電能力不低于5a。
11、進(jìn)一步地，在上述系統(tǒng)中，石墨烯電池組中每個(gè)單體電池均設(shè)置均衡控制電路；當(dāng)電源管理單元檢測(cè)到石墨烯電池組中最高單體電池電壓與最低單體電池電壓的壓差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，電源管理單元發(fā)送均衡指令，接通最高單體電池電壓的均衡控制電路，降低其電壓，達(dá)到均衡充電的目的。
12、進(jìn)一步地，在上述系統(tǒng)中，所述石墨烯電池組的輸出端設(shè)置配電電路，所述配電電路，包括dcdc模塊、輸入保護(hù)電路、輸入濾波電路和輸出濾波電路；其中，石墨烯電池組中的單體電池輸出電壓經(jīng)過(guò)輸入保護(hù)電路、輸入濾波電路、dcdc模塊和輸出濾波電路到達(dá)航天器輸入端。
13、進(jìn)一步地，在上述系統(tǒng)中，對(duì)光敏電路獲取的外部光喚醒信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，具體為：
14、采用硅光電二極管作為激勵(lì)源并采集光照信息，當(dāng)有光照時(shí)，硅光電二極管輸出光照信息；
15、采用三選二電路對(duì)光照信息進(jìn)行低通濾波；其中，低通濾波的采樣頻率為f＝1～2hz，低通濾波有效時(shí)間t＝60s～180s；
16、將滿足電壓幅值和光照時(shí)間的低通濾波后的光照信息，轉(zhuǎn)換為高電平信號(hào)，作為喚醒指令發(fā)送給電源管理單元。
17、進(jìn)一步地，在上述系統(tǒng)中，對(duì)無(wú)線接收電路獲取的外部無(wú)線喚醒信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，具體為：
18、喚醒模塊采用無(wú)線接收電路接收主控計(jì)算機(jī)經(jīng)can總線轉(zhuǎn)發(fā)的無(wú)線喚醒指令；
19、將無(wú)線喚醒指令轉(zhuǎn)換為高電平信號(hào)，作為喚醒指令發(fā)送給電源管理單元。
20、進(jìn)一步地，在上述系統(tǒng)中，所述電磁感應(yīng)式無(wú)線充電裝置，包括無(wú)線能源授電端和無(wú)線能源接收端；其中，無(wú)線能源授電端，包括逆變器、第一補(bǔ)償拓?fù)浜驮吘€圈；無(wú)線能源接收端，包括第二補(bǔ)償拓?fù)洹⒏边吘€圈、整流器和功率變換器；輸入電壓經(jīng)過(guò)逆變器、第一補(bǔ)償拓?fù)涞竭_(dá)原邊線圈，產(chǎn)生電磁場(chǎng)；電磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)副邊線圈、整流器、第二補(bǔ)償拓?fù)浜凸β首儞Q器后到達(dá)輸出端；本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，其特征在于，包括：電磁感應(yīng)式無(wú)線充電裝置、石墨烯電池組、電源管理單元、配電模塊和喚醒模塊；其中，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，其特征在于，工作模式為地面測(cè)試模式時(shí)，通過(guò)地面電源或充電接口給航天器直接供電；工作模式為器供模式時(shí)，控制石墨烯電池組給航天器供電，同時(shí)通過(guò)地面電源給石墨烯電池組充電；工作模式為月面工作模式時(shí)，石墨烯電池組給航天器供電，同時(shí)外部?jī)?chǔ)能設(shè)備通過(guò)無(wú)線充電方式給石墨烯電池組進(jìn)行充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，其特征在于，所述喚醒控制，具體為：通過(guò)石墨烯電池組的放電開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)將石墨烯電池組從休眠模式到正常工作模式的切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)石墨烯電池組的充放電進(jìn)行控制，具體為：工作模式為器供模式時(shí)，電源管理單元采用S3R電路對(duì)石墨烯電池組進(jìn)行充電；工作模式為月面工作模式時(shí)，電源管理單元通過(guò)電磁感應(yīng)式無(wú)線充電裝置對(duì)石墨烯電池組進(jìn)行充電；當(dāng)充電達(dá)到設(shè)定值時(shí)，逐步減小充電電流，實(shí)現(xiàn)限壓充電；電源管理單元通過(guò)石墨烯電池組
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，其特征在于，石墨烯電池組中每個(gè)單體電池均設(shè)置均衡控制電路；當(dāng)電源管理單元檢測(cè)到石墨烯電池組中最高單體電池電壓與最低單體電池電壓的壓差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，電源管理單元發(fā)送均衡指令，接通最高單體電池電壓的均衡控制電路，降低其電壓，達(dá)到均衡充電的目的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，其特征在于，所述石墨烯電池組的輸出端設(shè)置配電電路，所述配電電路，包括DCDC模塊、輸入保護(hù)電路、輸入濾波電路和輸出濾波電路；其中，石墨烯電池組中的單體電池輸出電壓經(jīng)過(guò)輸入保護(hù)電路、輸入濾波電路、DCDC模塊和輸出濾波電路到達(dá)航天器輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)光敏電路獲取的外部光喚醒信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，具體為：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)無(wú)線接收電路獲取的外部無(wú)線喚醒信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，具體為：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，其特征在于：所述電磁感應(yīng)式無(wú)線充電裝置，包括無(wú)線能源授電端和無(wú)線能源接收端；其中，無(wú)線能源授電端，包括逆變器、第一補(bǔ)償拓?fù)浜驮吘€圈；無(wú)線能源接收端，包括第二補(bǔ)償拓?fù)洹⒏边吘€圈、整流器和功率變換器；輸入電壓經(jīng)過(guò)逆變器、第一補(bǔ)償拓?fù)涞竭_(dá)原邊線圈，產(chǎn)生電磁場(chǎng)；電磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)副邊線圈、整流器、第二補(bǔ)償拓?fù)浜凸β首儞Q器后到達(dá)輸出端；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，其特征在于，包括：電磁感應(yīng)式無(wú)線充電裝置、石墨烯電池組、電源管理單元、配電模塊和喚醒模塊；其中，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，其特征在于，工作模式為地面測(cè)試模式時(shí)，通過(guò)地面電源或充電接口給航天器直接供電；工作模式為器供模式時(shí)，控制石墨烯電池組給航天器供電，同時(shí)通過(guò)地面電源給石墨烯電池組充電；工作模式為月面工作模式時(shí)，石墨烯電池組給航天器供電，同時(shí)外部?jī)?chǔ)能設(shè)備通過(guò)無(wú)線充電方式給石墨烯電池組進(jìn)行充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，其特征在于，所述喚醒控制，具體為：通過(guò)石墨烯電池組的放電開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)將石墨烯電池組從休眠模式到正常工作模式的切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)石墨烯電池組的充放電進(jìn)行控制，具體為：工作模式為器供模式時(shí)，電源管理單元采用s3r電路對(duì)石墨烯電池組進(jìn)行充電；工作模式為月面工作模式時(shí)，電源管理單元通過(guò)電磁感應(yīng)式無(wú)線充電裝置對(duì)石墨烯電池組進(jìn)行充電；當(dāng)充電達(dá)到設(shè)定值時(shí)，逐步減小充電電流，實(shí)現(xiàn)限壓充電；電源管理單元通過(guò)石墨烯電池組的放電開(kāi)關(guān)控制石墨烯電池組放電；放電通路的放電能力不低于5a。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)空間能源系統(tǒng)，其特征在于，石墨烯電池組中每個(gè)單...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳春燕，焉寧，高朝輝，吳勝寶，汪小衛(wèi)，張霞，郝宇星，祝興晟，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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