一种多功能集成的模块化卫星单元系统的制作方法

1.本发明涉及一种多功能集成的模块化卫星单元系统，属于航天总体技术领域，适用于航天器中对能源系统的标准化、模块化、智能化和轻量化有较高要求的场合。除此之外，应用此项技术还能扩展应用到航天器其它系统，实现航天器整体的快速研制和批产要求。


背景技术：

2.随着低轨星座组网卫星平台需求的不断提升，适用于星座卫星的各类技术也应运而生。特别是星链卫星在轨成功运行，其板式卫星构型、平板堆叠式一箭六十星的卫星发射方式以及低成本快速批产卫星的能力给人们留下了深刻的印象。星座卫星和传统卫星有较大的区别。传统卫星的构型复杂，平台和载荷设备众多，体积、重量和功率较大，各个设备之间的接口复杂，需要有较长时间的研制时间和地面测试时间，在轨寿命也较长，一般能达到8～15年。星座卫星采用的是大量卫星集群实现特定功能，因此星座中单个卫星的体积、重量和功率较小，卫星的构型也相对简单和特别，不再拘泥于传统卫星的方形或圆形，以星链卫星为例，其外形为平板式，为其实现平板堆叠式一箭六十星的卫星发射方式奠定了基础。星座卫星由于要实现通过密集发射，实现在轨上万颗卫星的规模，必然需要实现卫星的快速研制实现批产，以大幅缩短卫星从需求到研制、测试到发射所需时间。为适应星座卫星的这些需求，要求卫星单元具备标准化、模块化、智能化、轻量化、低成本等特点，以实现其整体快速研制和批产目标。
3.航天器能源系统中除了能源供应的太阳帆板和蓄电池外，能源管理和分配主要由电源控制器和配电器实现。电源控制器连接太阳帆板与蓄电池，实现一次母线的分流调节以及蓄电池的充放电管理。配电器将一次母线再次分为多个配电控制通路，实现对星上所有载荷的供电控制。通常情况下，在星座卫星能源系统中电源控制器和配电器均仅有一台，为集中供电模式。电源控制器和配电器为非标准化尺寸，结构外形差异较大。电源控制器和配电器之间，以及它们与其他设备之间采用电缆实现相互之间的电气传输。配电器与载荷之间的电气连接关系为一一对应。以上能源系统具有以下一些缺点：集中式供电模式下，电源控制器需要完成的功能众多且差异较大，不利于产品标准化设计。设备之间的电气连接复杂，线缆众多，人工敷设耗费大量时间，不利于卫星的批量化生产。整个系统没有大脑，功率调节与控制方式不够灵活，配电通路无法实现故障重构形式，系统智能化不足。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种多功能集成的模块化卫星单元系统，通过标准化、模块化、智能化、轻量化的卫星单元实现系统的多功能集成。
5.本发明的技术解决方案是：一种多功能集成的模块化卫星单元系统，包括电源控制器、配电器、电池均衡管理器、能源管理计算机、矩阵开关和综合支撑平台；
6.所述电源控制器设有若干个，相互之间为并联连接，每个均连接有自己独立的太
阳帆板分阵，电源控制器通过接收能源计算机电流注入指令完成恒流输出，通过接收相同的电流注入指令输出相同的电流值，实现输出均流；
7.所述配电器通过lvds总线与能源计算机进行通信，接收指令和上传遥测；配电器设有若干个，每个配电器后级设置一个矩阵开关，配电器接收能源计算机总线令，转换出矩阵开关所需指令；
8.所述电池均衡管理器用于蓄电池中单体电池充放电的均衡管理；蓄电池遥测信息通过lvds上传至能源计算机；
9.所述能源管理计算机通过lvds接口实现与电源控制器、配电器和电池均衡管理器的信息传输，用于实时监测电源控制器、蓄电池和负载和工作状态，并依据负载功率需求，适时进行电源控制器的输出功率调配以及蓄电池的充放电管理，以保证整个能源系统的能量均衡，以及通过各级设备上传的遥测信息，自主完成配电系统故障诊断、故障定位和故障隔离；
10.所述矩阵开关用于实现负载的故障隔离、通路重构以及能量调配；
11.所述综合支撑平台用于实现系统所有设备的固定、散热以及设备之间的电气互连。
12.进一步地，所述电源控制器的工作模式根据太阳电池阵的输出功率适应变化；当太阳电池阵的输出功率满足不了负载需求时，电源控制器工作在mppt模式，由电源控制器和蓄电池共同为负载供电；当太阳电池阵的输出功率大于负载需求但满足不了的蓄电池组充电功率需求时，电源控制器工作在mppt模式，优先为负载供电，剩余能量为蓄电池充电。
13.进一步地，当太阳电池阵输出功率大于负载需求功率和蓄电池组充电需求功率之和时，电源控制器抬升输入端电压，进入低功率输出模式，直至进入恒压控制模式，一次母线电压稳定在限压保护点。
14.进一步地，每个电源控制器均具备开关机指令和相应的状态、模拟量遥测，并通过lvds总线与能源计算机进行通信，接收指令和上传遥测。
15.进一步地，所述矩阵开关使用mos管搭建3x3的开关矩阵，实现对负载的故障隔离、通路重构以及能量调配功能。
16.进一步地，矩阵开关接收配电器电平指令，并将遥测传输会配电器，由配电器统一处理后通过lvds上传至能源计算机。
17.进一步地，各设备的电连接器均安装在单机底面，实现与综合支撑平台盲插安装方式；所述综合支撑平台整个外形为板式外形，包括七层；从上向下第1层和第7层为设备安装面和散热层，设备均安装在这两层表面；第2层和第6层为蜂窝层，为整个卫星单元的主承力结构层；第3层和第5层为碳纤维层，实现蜂窝层与综合布线层的电气隔离；中间第4层为综合布线层，综合布线层通过盲插电连接器与单元中每一个设备进行电气连接，所有的设备之间的电气信号传输全部通过综合布线层实现；整个综合支撑平台结构形式实现了卫星单元的集成，融合了卫星结构与设备电气互连功能。
18.根据所述的一种多功能集成的模块化卫星单元系统实现的卫星单元整体管理方法，包括：
19.开始阶段，蓄电池放电输出，单元中一次母线电压建立，为蓄电池电压；能源计算机从一次母线取电，开始工作；电源控制器和配电器从一次母线取电，开始工作，将电源控
制器、配电器、矩阵开关当前状态上传至能源计算机，能源计算机收集单元内各模块信息后，进行状态自检，确定各类模块数量、工作状态和健康状况；
20.在阳照区，电源控制器发送部分电源控制器开机指令，电源控制器输出，初始状态设定为小电流恒流输出，在满足系统最小功率需求的前提下，为蓄电池进行电流充电；此时若载荷不开展工作，则蓄电池一直处于充电状态，一次母线电压将持续抬升，当抬升至设定的过压点时，电源控制器进入恒压工作模式并维持；
21.当需要载荷工作时，能源计算机向配电器和矩阵开关发送载荷对应通路的接通指令，并通过开关状态判断执行是否正常；若不正常，则能源计算机按照相应规则对矩阵开关发送指令，进行故障隔离和重构；若正常，则载荷加载；能源计算机判断配电器中开关状态是否保护，判断载荷是否具备正常工作条件，若保护，说明载荷内部有短路点，能源计算机按照相应规则对矩阵开关发送指令，进行故障隔离，将故障载荷脱离整个单元系统；若未保护，说明载荷可正常工作；此时在线电源控制器依然为小电流恒流输出，载荷所需能源绝大部分由蓄电池承担，需尽快让电源控制器完成单元系统能量供应；能源计算机进行电源控制器第一输出电流设定；
22.设定完成后，若蓄电池不在输出电流，说明电源控制器数量足够，可支撑载荷和蓄电池充电需求，蓄电池处于充电状态，蓄电池抬升到设定的充电电压时，为使蓄电池不过充，能源计算机进行电源控制器第二输出电流设定；
23.设定完成后，若蓄电池依然输出电流，说明电源控制器数量不足，则增加电源控制器在线数量，直至蓄电池不再输出电流，直至进入阴影区；
24.在阴影区，单元系统完全由蓄电池提供能量供应，载荷不工作时，能源计算机时刻监测蓄电池放电深度；载荷工作时，能源计算机向配电器和矩阵开关发送载荷对应通路的接通指令，并通过开关状态判断执行是否正常；若不正常，则能源计算机按照相应规则对矩阵开关发送指令，进行故障隔离和重构；若正常，则载荷加载；能源计算机判断配电器中开关状态是否保护，判断载荷是否具备正常工作条件，若保护，说明载荷内部有短路点，能源计算机按照相应规则对矩阵开关发送指令，进行故障隔离，将故障载荷脱离整个单元系统；若未保护，说明载荷可正常工作；能源计算机时刻监测蓄电池放电深度，直至进入阳照区；能源计算机根据当前负载所需总电流和蓄电池设定的充电电流之和设置pcu输出电流，完成整个管理闭环。
25.进一步地，所述能源计算机进行电源控制器第一输出电流设定的方法为：
26.电源控制器输出电流设定＝(当前负载所需总电流+蓄电池设定的充电电流)/在线电源控制器数量。
27.进一步地，所述能源计算机进行电源控制器第二输出电流设定的方法为：
28.电源控制器输出电流设定＝当前负载所需总电流/在线电源控制器数量。
29.本发明与现有技术相比的优点在于：
30.1、系统通过设置独立的能源管理计算机，降低了传统电源控制器和配电器复杂程度，有利于提高可靠性和降低成本；
31.2、系统采用分布式构架，单台设备的损坏并不会对系统的正常运行造成损害；
32.3、系统配电通路过流保护模式可设置，且具备故障诊断、隔离和重构功能；
33.4、系统所有的设备均采用标准统一的外形尺寸，支持盲插安装；
34.5、系统设计综合支撑平台，融合卫星结构与设备电气互连功能，实现系统无缆化；
35.6、系统具备可扩展性，可根据需求进行功能扩展。
附图说明
36.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
37.图1为本发明系统架构原理框图；
38.图2为本发明系统整体管理策略；
39.图3、4分别为本发明中1u、2u设备外形；
40.图5为各设备盲插安装方式；
41.图6为本发明中综合支撑平台的结构形式。
具体实施方式
42.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
43.航天器能源系统中除了能源供应的太阳帆板和蓄电池外，能源管理和分配主要由电源控制器和配电器实现。电源控制器连接太阳帆板与蓄电池，实现一次母线的分流调节以及蓄电池的充放电管理。配电器将一次母线再次分为多个配电控制通路，实现对星上所有载荷的供电控制。通常情况下，在星座卫星能源系统中电源控制器和配电器均仅有一台，为集中供电模式。电源控制器和配电器为非标准化尺寸，结构外形差异较大。电源控制器和配电器之间，以及它们与其他设备之间采用电缆实现相互之间的电气传输。配电器与载荷之间的电气连接关系为一一对应。以上能源系统具有以下一些缺点：集中式供电模式下，电源控制器需要完成的功能众多且差异较大，不利于产品标准化设计。设备之间的电气连接复杂，线缆众多，人工敷设耗费大量时间，不利于卫星的批量化生产。整个系统没有大脑，功率调节与控制方式不够灵活，配电通路无法实现故障重构形式，系统智能化不足。针对这些问题，均可以通过多功能集成的模块化卫星单元技术得以解决。
44.以下结合说明书附图对本技术实施例所提供的一种多功能集成的模块化卫星单元系统做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～6所示)：
45.整个能源系统一次母线电压跟随蓄电池电压，为单一不调节一次母线。整个系统中按照功率需求配置有n个分布式电源控制器，单个电源控制器具备mppt功能和恒压控制功能，连接有自己独立的太阳帆板分阵。当太阳电池阵的输出功率满足不了负载需求时，电源控制器工作在mppt模式，由电源控制器和蓄电池共同为负载供电。当太阳电池阵的输出功率大于负载需求但满足不了的蓄电池组充电功率需求时，电源控制器工作在mppt模式，优先为负载供电，剩余能量为蓄电池充电，电源控制器通过接收能源计算机电流注入指令完成恒流输出，系统中n个分布式电源控制器并联，通过接收相同的电流注入指令输出相同的电流值，实现输出均流。当太阳电池阵输出功率大于负载需求功率和蓄电池组充电需求
功率之和时，电源控制器抬升输入端电压，进入低功率输出模式，直至进入恒压控制模式，一次母线电压稳定在限压保护点。每个电源控制器均具备开关机指令和相应的状态、模拟量遥测，并通过lvds总线与能源计算机进行通信，接收指令和上传遥测。
46.整个系统中按需配置配电器，配电器通过能源计算机可配置3种过流保护模式和相应的保护曲线。配电器通过lvds总线与能源计算机进行通信，接收指令和上传遥测。每个配电器后级设置一个矩阵开关，配电器接收能源计算机总线令，转换出矩阵开关所需指令。每个矩阵开关使用mos管搭建3x3的开关矩阵，实现对负载的故障隔离、通路重构以及能量调配功能。矩阵开关接收配电器电平指令，并将遥测传输会配电器，由配电器统一处理后通过lvds上传至能源计算机。
47.整个系统中配置有1个电池均衡管理器，实现蓄电池中单体电池充放电的均衡管理。蓄电池遥测信息通过lvds上传至能源计算机。
48.整个系统中配置有1个能源计算机，通过lvds接口实现与电源控制器、配电器和电池均衡管理器的信息传输。实时监测电源控制器、蓄电池和负载和工作状态，并依据负载功率需求，适时进行电源控制器的输出功率调配以及蓄电池的充放电管理，以保证整个能源系统的能量均衡。通过各级设备上传的遥测信息，自主完成配电系统故障诊断、故障定位和故障隔离。可根据负载需求和系统资源，实时开展能量调配和最优化配电路径规划。
49.整个系统中所有的设备均采用标准统一的外形尺寸，配置标准的盲插连接接口。所有的设备通过盲插连接接口插接到综合支撑平台上，通过综合支撑平台实现能源系统中所有设备之间的功率和信号连接，实现系统内无缆化设计需求。除此之外，综合支撑平台提供整个系统的结构性支撑和导热路径。
50.在本技术实施例所提供的方案中，如图1所示，为本发明卫星单元系统架构原理框图，卫星单元内集成了分布式电源控制器、配电器、矩阵开关、蓄电池均衡管理器和能源管理计算机多个功能。卫星单元之间连接关系按照功率流(实线)和信息流(虚线)分别说明。功率流：整个卫星单元采用分布式能源系统构架，一次母线电压跟随蓄电池电压，为单一不调节一次母线。整个系统中按照功率需求可配置n个分布式电源控制器，每个分布式电源控制器输入连接独立的太阳帆板分阵，n个分布式电源控制器输出与一次母线连接在一起，形成并联均流构架。蓄电池输入输出端连接一次母线，当太阳电池阵的输出功率大于负载需求时，分布式电源控制器通过一次母线对蓄电池充电，当太阳电池阵的输出功率小于负载需求时，蓄电池放电至一次母线。系统中所有的配电器输入均与一次母线连接，实现对一次母线的通道分配和供电控制。配电器输出端连接矩阵开关输入端，实现对配电通路的故障隔离重构。矩阵开关输出连接载荷输入，实现对载荷的供能。能源计算机与一次母线连接，从一次母线取电，保证自身正常工作。信息流：分布式电源控制器、配电器和蓄电池均通过独立的lvds总线通道与能源管理计算机进行信息交换，实现指令接收和遥测上传。矩阵开关和配电器采取独立的硬线连接，矩阵开关将遥测先传至配电器，由配电器通过lvds总线上传至能源管理计算机。矩阵开关指令也先由能源管理计算机通过lvds总线下传至配电器，配电器通过硬线指令传至矩阵开关。
51.如图2所示，为本发明卫星单元整体管理策略。开始阶段，蓄电池放电输出，单元中一次母线电压建立，为蓄电池电压。能源计算机从一次母线取电，开始工作。电源控制器(图中简写为pcu)和配电器(图中简写为pdu)中智能组件从一次母线取电，开始工作，将电源控
制器、配电器、矩阵开关当前状态上传至能源计算机，能源计算机收集单元内各模块信息后，进行状态自检，确定各类模块数量、工作状态和健康状况。
52.在阳照区，能源计算机电源控制器发送部分电源控制器开机指令，电源控制器输出，初始状态设定为小电流恒流输出，在满足系统最小功率需求的前提下，为蓄电池进行小电流充电。初始阶段电源控制器在线开机数量取决于单元整体功率需求，可以预先设定。此时若载荷不开展工作，则蓄电池一直处于充电状态，一次母线电压将持续抬升，当抬升至设定的过压点时，电源控制器进入恒压工作模式并维持。
53.当需要载荷工作时，能源计算机向配电器和矩阵开关发送载荷对应通路的接通指令，并通过开关状态判断执行是否正常。若不正常，则能源计算机按照相应规则对矩阵开关发送指令，进行故障隔离和重构；若正常，则载荷加载。能源计算机判断配电器中开关状态是否保护，判断载荷是否具备正常工作条件，若保护，说明载荷内部有短路点，能源计算机按照相应规则对矩阵开关发送指令，进行故障隔离，将故障载荷脱离整个单元系统；若未保护，说明载荷可正常工作。此时在线电源控制器依然为小电流恒流输出，载荷所需能源绝大部分由蓄电池承担，需尽快让电源控制器完成单元系统能量供应。能源计算机根据下面公式完成电源控制器输出电流设定：
54.电源控制器输出电流设定＝(当前负载所需总电流+蓄电池设定的充电电流)/在线电源控制器数量
55.设定完成后，若蓄电池不在输出电流，说明电源控制器数量足够，可支撑载荷和蓄电池充电需求，蓄电池处于充电状态，蓄电池抬升到设定的充电电压时，为使蓄电池不过充，能源计算机根据下面公式完成电源控制器输出电流设定：
56.电源控制器输出电流设定＝当前负载所需总电流/在线电源控制器数量
57.设定完成后，若蓄电池依然输出电流，说明电源控制器数量不足，需增加电源控制器在线数量，直至蓄电池不再输出电流，直至进入阴影区。
58.在阴影区，单元系统完全由蓄电池提供能量供应，载荷不工作时，能源计算机时刻监测蓄电池放电深度。载荷工作时，能源计算机向配电器和矩阵开关发送载荷对应通路的接通指令，并通过开关状态判断执行是否正常。若不正常，则能源计算机按照相应规则对矩阵开关发送指令，进行故障隔离和重构；若正常，则载荷加载。能源计算机判断配电器中开关状态是否保护，判断载荷是否具备正常工作条件，若保护，说明载荷内部有短路点，能源计算机按照相应规则对矩阵开关发送指令，进行故障隔离，将故障载荷脱离整个单元系统；若未保护，说明载荷可正常工作。能源计算机时刻监测蓄电池放电深度，直至进入阳照区。能源计算机根据当前负载所需总电流和蓄电池设定的充电电流之和设置pcu输出电流，完成整个管理闭环。
59.如图3、4所示，为本发明中各设备外形和盲插安装方式。分布式电源控制器、配电器、矩阵开关、蓄电池均衡管理器为1u标准模块，尺寸为100mm
×
100mm
×
60mm。能源计算机为2u标准模块，尺寸为100mm
×
200mm
×
60mm。
60.如图5所示，所有设备的电连接器均设计在单机底面，实现与综合支撑平台盲插安装方式。
61.如图6所示，为本发明中综合支撑平台的结构形式。综合支撑平台整个外形为板式外形，由7层组成，从上向下第1层和第7层为设备安装面和散热层，设备均安装在这两层表
面，实现设备散热需求。第2层和第6层为蜂窝层，为整个卫星单元的主承力结构层。第3层和第5层为碳纤维层，实现蜂窝层与综合布线层的电气隔离。中间第4层为综合布线层，综合布线层通过盲插电连接器与单元中每一个设备进行电气连接，所有的设备之间的电气信号传输全部通过综合布线层实现。整个综合支撑平台结构形式实现了卫星单元的集成，融合了卫星结构与设备电气互连功能，实现系统无缆化。多个综合支撑平台之间可以通过专用接口进行功能扩展，为板式卫星的设计提供一种可行的方法。
62.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
63.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

技术特征：
1.一种多功能集成的模块化卫星单元系统，其特征在于，包括电源控制器、配电器、电池均衡管理器、能源管理计算机、矩阵开关和综合支撑平台；所述电源控制器设有若干个，相互之间为并联连接，每个均连接有自己独立的太阳帆板分阵，电源控制器通过接收能源计算机电流注入指令完成恒流输出，通过接收相同的电流注入指令输出相同的电流值，实现输出均流；所述配电器通过lvds总线与能源计算机进行通信，接收指令和上传遥测；配电器设有若干个，每个配电器后级设置一个矩阵开关，配电器接收能源计算机总线令，转换出矩阵开关所需指令；所述电池均衡管理器用于蓄电池中单体电池充放电的均衡管理；蓄电池遥测信息通过lvds上传至能源计算机；所述能源管理计算机通过lvds接口实现与电源控制器、配电器和电池均衡管理器的信息传输，用于实时监测电源控制器、蓄电池和负载和工作状态，并依据负载功率需求，适时进行电源控制器的输出功率调配以及蓄电池的充放电管理，以保证整个能源系统的能量均衡，以及通过各级设备上传的遥测信息，自主完成配电系统故障诊断、故障定位和故障隔离；所述矩阵开关用于实现负载的故障隔离、通路重构以及能量调配；所述综合支撑平台用于实现系统所有设备的固定、散热以及设备之间的电气互连。2.根据权利要求1所述的一种多功能集成的模块化卫星单元系统，其特征在于，所述电源控制器的工作模式根据太阳电池阵的输出功率适应变化；当太阳电池阵的输出功率满足不了负载需求时，电源控制器工作在mppt模式，由电源控制器和蓄电池共同为负载供电；当太阳电池阵的输出功率大于负载需求但满足不了的蓄电池组充电功率需求时，电源控制器工作在mppt模式，优先为负载供电，剩余能量为蓄电池充电。3.根据权利要求2所述的一种多功能集成的模块化卫星单元系统，其特征在于，当太阳电池阵输出功率大于负载需求功率和蓄电池组充电需求功率之和时，电源控制器抬升输入端电压，进入低功率输出模式，直至进入恒压控制模式，一次母线电压稳定在限压保护点。4.根据权利要求2所述的一种多功能集成的模块化卫星单元系统，其特征在于，每个电源控制器均具备开关机指令和相应的状态、模拟量遥测，并通过lvds总线与能源计算机进行通信，接收指令和上传遥测。5.根据权利要求1所述的一种多功能集成的模块化卫星单元系统，其特征在于，所述矩阵开关使用mos管搭建3x3的开关矩阵，实现对负载的故障隔离、通路重构以及能量调配功能。6.根据权利要求5所述的一种多功能集成的模块化卫星单元系统，其特征在于，矩阵开关接收配电器电平指令，并将遥测传输会配电器，由配电器统一处理后通过lvds上传至能源计算机。7.根据权利要求1所述的一种多功能集成的模块化卫星单元系统，其特征在于，各设备的电连接器均安装在单机底面，实现与综合支撑平台盲插安装方式；所述综合支撑平台整个外形为板式外形，包括七层；从上向下第1层和第7层为设备安装面和散热层，设备均安装在这两层表面；第2层和第6层为蜂窝层，为整个卫星单元的主承力结构层；第3层和第5层为碳纤维层，实现蜂窝层与综合布线层的电气隔离；中间第4层为综合布线层，综合布线层通
过盲插电连接器与单元中每一个设备进行电气连接，所有的设备之间的电气信号传输全部通过综合布线层实现；整个综合支撑平台结构形式实现了卫星单元的集成，融合了卫星结构与设备电气互连功能。8.根据权利要求1～7任一项所述的一种多功能集成的模块化卫星单元系统实现的卫星单元整体管理方法，其特征在于，包括：开始阶段，蓄电池放电输出，单元中一次母线电压建立，为蓄电池电压；能源计算机从一次母线取电，开始工作；电源控制器和配电器从一次母线取电，开始工作，将电源控制器、配电器、矩阵开关当前状态上传至能源计算机，能源计算机收集单元内各模块信息后，进行状态自检，确定各类模块数量、工作状态和健康状况；在阳照区，电源控制器发送部分电源控制器开机指令，电源控制器输出，初始状态设定为小电流恒流输出，在满足系统最小功率需求的前提下，为蓄电池进行电流充电；此时若载荷不开展工作，则蓄电池一直处于充电状态，一次母线电压将持续抬升，当抬升至设定的过压点时，电源控制器进入恒压工作模式并维持；当需要载荷工作时，能源计算机向配电器和矩阵开关发送载荷对应通路的接通指令，并通过开关状态判断执行是否正常；若不正常，则能源计算机按照相应规则对矩阵开关发送指令，进行故障隔离和重构；若正常，则载荷加载；能源计算机判断配电器中开关状态是否保护，判断载荷是否具备正常工作条件，若保护，说明载荷内部有短路点，能源计算机按照相应规则对矩阵开关发送指令，进行故障隔离，将故障载荷脱离整个单元系统；若未保护，说明载荷可正常工作；此时在线电源控制器依然为小电流恒流输出，载荷所需能源绝大部分由蓄电池承担，需尽快让电源控制器完成单元系统能量供应；能源计算机进行电源控制器第一输出电流设定；设定完成后，若蓄电池不在输出电流，说明电源控制器数量足够，可支撑载荷和蓄电池充电需求，蓄电池处于充电状态，蓄电池抬升到设定的充电电压时，为使蓄电池不过充，能源计算机进行电源控制器第二输出电流设定；设定完成后，若蓄电池依然输出电流，说明电源控制器数量不足，则增加电源控制器在线数量，直至蓄电池不再输出电流，直至进入阴影区；在阴影区，单元系统完全由蓄电池提供能量供应，载荷不工作时，能源计算机时刻监测蓄电池放电深度；载荷工作时，能源计算机向配电器和矩阵开关发送载荷对应通路的接通指令，并通过开关状态判断执行是否正常；若不正常，则能源计算机按照相应规则对矩阵开关发送指令，进行故障隔离和重构；若正常，则载荷加载；能源计算机判断配电器中开关状态是否保护，判断载荷是否具备正常工作条件，若保护，说明载荷内部有短路点，能源计算机按照相应规则对矩阵开关发送指令，进行故障隔离，将故障载荷脱离整个单元系统；若未保护，说明载荷可正常工作；能源计算机时刻监测蓄电池放电深度，直至进入阳照区；能源计算机根据当前负载所需总电流和蓄电池设定的充电电流之和设置pcu输出电流，完成整个管理闭环。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述能源计算机进行电源控制器第一输出电流设定的方法为：电源控制器输出电流设定＝(当前负载所需总电流+蓄电池设定的充电电流)/在线电源控制器数量。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述能源计算机进行电源控制器第二输出电流设定的方法为：电源控制器输出电流设定＝当前负载所需总电流/在线电源控制器数量。

技术总结
一种多功能集成的模块化卫星单元系统，涉及一种多功能集成的模块化卫星单元技术。适用于航天器中对能源系统的标准化、模块化、智能化和轻量化有较高要求的场合。系统通过设置独立的能源管理计算机，降低了传统电源控制器和配电器复杂程度，有利于提高可靠性和降低成本；系统采用分布式构架，单台设备的损坏并不会对系统的正常运行造成损害；系统配电通路过流保护模式可设置，且具备故障诊断、隔离和重构功能；系统所有的设备均采用标准统一的外形尺寸，支持盲插安装；系统设计综合支撑平台，融合卫星结构与设备电气互连功能，实现系统无缆化；系统具备可扩展性，可根据需求进行功能扩展。展。展。


技术研发人员：王力 吴建超 何雄 王杰 宋伟 陈永刚 刘密 孟晓脉 赵树余 陈子天 李元锋 罗芳 石俊彪 李海波 张宇
受保护的技术使用者：北京卫星制造厂有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/6/27