空间电源系统通用管理平台研究.pdf

摘要

随着未来人们向着深空的探索，航天器需要长期在轨运行，任务载荷数量多，复杂

程度高，功能多样化。为满足上述需求，未来航天器需要向长寿命、大功率化和智能化

等方向发展。航天器主要采用以太阳能电池阵列、储能电池组构成的电源系统。电源系

统作为航天器的重要组成部分，为航天器各个阶段的任务负载提供可靠稳定的电能。无

论是探测器，还是大型航天器、人造卫星等，都需要电源管理技术合理调配电源，完成

电能输出与负载功率需求的高效平衡，提高突发情况的自主调节能力，延长航天器使用

寿命。

首先本文分别从电源系统的太阳能电池输出特性、电源系统的储能电池特性、以及

电源系统的硬件架构-功率调节单元和功率分配单元、电源与蓄电池控制策略-MPPT算

法与电池组的均衡技术、以及电源电能调度策略等方面，分析总结了有关空间电源的管

理所用到的技术。

其次本文根据空间电源的管理技术的研究，对以往有关电源的算法，控制硬件架构

进行了总结和分析，进而通过吸取他人的技术，规划出一套空间电源智能管理系统，即

智能配电管理，故障管理，电源计划调度管理，以及多协作控制结构的设计。设计出一

款由DSP+FPGA协同控制的电源系统控制板。主要对电源系统的发电装置和储能电池，

以及相关负载的电压，电流，温度采集，数据传送与存储，电磁阀及电机的控制，以及

上位机界面设计。

最后完成了控制板与3kw燃料电池系统联试和验证。燃料电池作为空间电源，电阻

负载作为空间飞行器上的电子负载，氢氧气罐当作空间电源的蓄电池。最终在老师的帮

助下完成实验控制板的相关功能验证以及燃料电池的高效率输出。

关键词：多协作控制DSP+FPGA空间电源系统电源管理平台

Abstract

Aspeopleexploredeepspaceinthefuture,spacecraftneedtobeinorbitforalongtime,

withalargenumberofmissionloads,highcomplexity,anddiversifiedfunctions.Inorderto

meettheaboverequirements,futurespacecraftneedtodevelopinthedirectionoflonglife,

highpowerandintelligence.Thespacecraftmainlyusesapowersystemcomposedofsolar

cellarraysandenergystoragebatterypacks.Asanimportantpartofthespacecraft,thepower

supplysystemprovidesreliableandstableelectricalenergyforthemissionloadsofthe

spacecraftatallstages.Whetheritisadetector,alargespacecraft,anartificialsatellite,etc.,

powermanagementtechnologyisrequiredtorationallyallocatepowertocompletethe

efficientbalancebetweenelectricalenergyoutputandloadpowerdemand,improvethe

abilityofautonomousadjustmentinemergencies,andextendtheservicelifeofthespacecraft.

Firstofall,thisarticlestartswiththeoutputcharacteristicsofthesolarcellofthepower

syst