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微小卫星电源系统的智能化设计和充电技术研究

作　者: 董文博
导　师: 吴知非
学　校: 清华大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 卫星电源系统智能充电器锂离子电池电池组均衡
分类号: V442
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 626次
引　用: 4次
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内容摘要

电源系统是卫星上的重要组成部分,它的性能和寿命直接影响整星的性能和寿命。清华大学宇航中心先后研制了“清华卫星一号”和“清华纳星一号”两颗微小卫星,其电源系统都存在一些问题。最重要的原因是电源系统没有控制的功能,因此当检测到电池温度、电压发生变化时,无法进行合理的调控,导致电源系统性能下降,寿命减少。课题主要任务是对电源系统进行改造设计。在“清华纳星一号”电源系统的基础上,引入控制技术和信息技术,设计了卫星上的智能充电电路,很好的解决了这个问题。智能充电电路采用数字化控制,由检测电路采集每节电池的电压、电流、温度,然后经过微处理器的处理和计算,确定下一步的充电方案,最后通过脉宽调制的开关电源改变充电电流。另外,电路通过串口和上位机进行通讯,保证电源能够由上位机直接监控,这也为地面测控提供了很好的条件。实验证明,智能充电电路能量耗散小,供电效率高,可扩展性强,实现了对电源的智能控制。给智能充电电路稍加改造,并配备用户软件后,可以作为商用电池的通用充电器。实验证明,通用充电器充电速度快,适应性强,有很强的应用价值。锂离子电池有着优越的性能,已经在国外的航天器中广泛使用,我们期望它能够作为微小卫星上的主电源使用。通过智能充电电路可以很容易地设计锂离子电池的充电程序,实现其应用。除此以外,还需要改善锂离子电池的使用性能,使电池容量利用率提高,工作寿命延长。在广泛调研锂离子电池特性和充电方法的基础上,提出并实现了一种新的智能充电策略,它可以有效的提高充电速度;另外,提出了若干改进电池使用性能的方法和设想。电源中为了增大功率,采用电池组供电,而由于电池存在差异,电池组的性能和寿命受到很大影响,所以需要对电池组进行均衡充电。在总结各种不同的均衡方法的优缺点的基础上,提出两种新型的充电电路,分别基于电池能量的动态传输和电池组结构的变换。通过原理分析和实验证明,两种方法有比较明显的均衡效果,为解决电池组均衡问题开拓了思路。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第1章引言  8-18
  1.1 课题背景  8-10
  1.2 卫星电源技术  10-12
  1.3 本课题主要的目的和内容  12-16
  1.4 本章小结  16-18
第2章课题总体任务分析及技术调研  18-36
  2.1 课题总体任务分析  18-20
  2.2 技术调研  20-36
第3章电源充电电路的智能化设计  36-56
  3.1 本章引言  36
  3.2 智能充电器的硬件设计  36-45
  3.3 智能充电电路的软件设计  45-50
  3.4 智能充电电路充电试验  50-51
  3.5 智能充电电路的实际应用  51-54
  3.6 本章小结  54-56
第4章锂离子电池充电性能改进  56-67
  4.1 本章引言  56
  4.2 锂离子电池充电策略综述  56-60
  4.3 一种新的智能充电方法  60-64
  4.4 其他改善电池使用性能的方法  64-66
  4.5 本章小结  66-67
第5章均衡电路设计的新思路  67-81
  5.1 本章引言  67
  5.2 基于BUCK-BOOST的均衡方法  67-72
  5.3 基于结构变换的均衡方法  72-80
  5.4 本章小结  80-81
第6章总结  81-83
  6.1 研究工作总结  81
  6.2 课题的问题和以后的工作  81-83
参考文献  83-86
致谢  86-87
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  87

微小卫星电源系统的智能化设计和充电技术研究

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