(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210891353.X (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 上海卫星工程研究所 地址 200240 上海市闵行区元江路3 666号 (72)发明人 陈占胜　邵陈懋　张朋松　宋效正　 陆一波　 (74)专利代理 机构 上海段和段律师事务所 31334 专利代理师 李佳俊　郭国中 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 航天器多圈能量平衡设计方法及系统 (57)摘要 本发明提供了一种航天器多圈能量平衡设 计方法及系统， 涉及航天器设计与仿真技术领 域， 包括太阳电池阵串联数设计、 太阳电池阵并 联数设计、 蓄电池组串 联数设计和蓄电池组并联 数设计， 所述能量平衡设计方法适用于航天器多 圈能量平衡状态。 本发明有效解决了整星负载功 率过大时供配电分系统体积重量超限的问题， 为 航天器多圈能量平衡的供配电分系统设计提供 了可行的方案， 扩大了能量平衡设计方法的适用 范围。 权利要求书3页 说明书10页 附图4页 CN 115495834 A 2022.12.20 CN 115495834 A 1.一种航天器多圈能量平衡设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1： 输入条件参数， 所述条件参数包括轨道参数、 负载参数、 太阳电池片参数、 蓄电 池单体参数、 空间环境 参数和限定条件参数； 步骤S2： 对太阳电池片和蓄电池单体进行选型， 获取太阳电池片参数和蓄电池单体参 数； 步骤S3： 根据整个航天器的功耗和型号需求， 选取母线调节方式和母线电压； 步骤S4： 计算蓄电池串联 数； 步骤S5： 计算太阳电池阵串联 数； 步骤S6： 以多圈平衡算法计算太阳电池阵并联 数； 步骤S7： 计算蓄电池组并联 数； 步骤S8： 进行能量平衡验证分析； 步骤S9： 判断航天器是否满足指标要求， 若满足， 则输出设计结果； 若不满足， 则 对太阳 电池阵、 蓄电池的并联 数进行优化设计， 优化设计后重新进入步骤S 8分析。 2.根据权利要求1所述的航天器多 圈能量平衡设计方法， 其特征在于： 所述轨道参数包 括轨道周期、 单圈最长阴影时长、 单圈最短光照时长以及光照角； 所述负载参数包括航 天器 各工作模式下负载长期功耗、 短期功耗以及平均功耗； 所述太阳电池片参数包括单片最佳 工作电压、 工作电流面密度、 单片面积以及损失因子； 所述蓄电池单体参数包括单体额定容 量、 单体额定电压、 单体平均放电电压以及单体放电截止电压； 所述空间环境参数包括空间 环境温度、 太阳光 强因子以及辐 照通量， 所述限定条件参数包括蓄电池组允许放电深度、 太 阳阵线路压降以及多圈平衡圈数。 3.根据权利要求1所述的航天器多 圈能量平衡设计方法， 其特征在于： 所述蓄电池组串 联数的计算方法如下： 式中， NBS表示蓄电池组 的串联数， UBusmin表示母线最低电压， Vrated表示蓄电池单体额定 电压。 4.根据权利要求1所述的航天器多 圈能量平衡设计方法， 其特征在于： 所述太阳电池阵 串联数的计算方法如下： 获得太阳电池阵需要输出的总电压： VSA＝VBusmax+Vw Vmp＝VmpΦ×Fu+βvp(Top–To) 式中， VSA表示太阳电池阵输出总电压； VBusmax表示母线最高电压； Vw表示母线压降； Vmp表示寿命末期太阳电池片单片工作电压； VmpΦ表示该太阳电池片在1MeV能量， 电子辐照通量为Φe ·cm‑2后， 在标准温度 To时的工 作电压； Fu表示寿命末期电压组合损失因子；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115495834 A 2βvp表示太阳电池工作电压温度系数； Top表示太阳电池工作温度； To表示太阳电池标准测试温度25℃； 则太阳电池阵串联 数的计算式为： Ns＝VSA/Vmp。 5.根据权利要求1所述的航天器多 圈能量平衡设计方法， 其特征在于： 所述太阳电池阵 并联数的计算方法如下： 计算太阳电池片末期工作电流： Imp＝[ImpΦ+βIP(Top–To)]×S×S’ ×Fm×FSH 式中， ImpΦ表示该太阳电池片在1MeV能量， 电子辐照通量为Φe ·cm‑2后， 在标准温度To 时的工作电流 面密度； βIP表示平均温度系数； S表示有效光照面积； S’表示电池片受日地距离因素的影响系数； Fm表示寿命末期电流组合损失因子； FSH表示太阳电池片的遮挡 系数， 当太阳电池片无遮挡时FSH为1； 计算负载 供电所需电流： I＝IC+ID 式中， IC表示负载 所需电流； PLL表示光照期的长期负载功率； I表示卫星光照期所需的总电流； IC表示负载 所需电流； ID表示蓄电池组充电所需的平均电流； PLS表示阴影期的长期负载功率； TS表示卫星最长阴影时长； m表示卫星所需多圈平衡的圈数； PS表示短期负载功率， 不含长期负载功率； t表示各项短期功率在阴影期的工作时长， 上限为 最长阴影时长； TL表示卫星最短光照时长； ηd表示放电效率； ηc表示充电效率； N表示蓄电池组单体串联 数； VD表示蓄电池单体平均放电 电压； 计算太阳电池阵并联 数：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115495834 A 3