一种卫星供电系统的制作方法

1.本发明涉及一种卫星使用的电源模组，尤其涉及一种卫星供电系统。


背景技术：

2.微型卫星以其体积小、质量轻、成本低等特点，和研制周期短、便于模块化和批量化生产等优势成为当前各国航天技术的主要发展方向。
3.商业航天的发展，对商业卫星要求商业卫星的设计具有良好的适应性和可扩展性。作为卫星系统的核心组成部分，卫星能源系统具有同样的适应性广、可扩展性强的设计要求。
4.卫星的电源系统是卫星的几大核心系统之一。卫星进出地影伴随着蓄电池与太阳能电池阵的充放电交替。在太能电池阵能够满足供电时，卫星的动力由太阳能电池阵提供，此时蓄电池进行充电；当太阳能电池阵供电不足时，则联合蓄电池进行供电；当进地影时完全由蓄电池进行供电，若此时蓄电池供电不足会导致卫星无法正常工作，情况严重时甚至失控变成“死星”。
5.cn103744467b公开了一种用于微小卫星电源系统的太阳能电池最大功率追踪装置及其控制方法，该装置包括：一控制单元和多路功率输出单元；控制单元根据任一路功率输出单元中信息采集模块采集的输入电压和输出电压调节相应dc
‑
dc转换模块的工作模式，若工作在升压模式或降压模式，则控制单元根据当前时刻和前一时刻的输出功率进行mppt控制；若dc
‑
dc转换模块失效则打开相应的故障模式模块。本发明基于一个控制单元即可集中控制多个dc
‑
dc转换模块，dc
‑
dc转换模块可以实现降压、升压、直通三种模式，并且故障模式单元可以在dc
‑
dc转换模块失效时由控制单元进行模式切换，保证输入端到输出端的导通。
6.目前卫星蓄电池使用的是镍氢电池，主要存在电池的失效、损伤和不一致性等常见故障。镍氢电池的失效指的是电池失去充放电等能力；镍氢电池的损伤指的是其自身过度充电或过度放电而导致的对其内部结构和储存能力造成不可修复的损害；镍氢电池的不一致性表现在镍氢电池在使用过程中不断充放电导致性能衰退，不同的镍氢电池衰退程度不相同。
7.在工作时，卫星蓄电池会采集电池的包括的各种测量数据，例如各回路的电压、电流、氢压值以及太阳帆板的姿态角等多类数据，当电池发生性能退化或失效时，测量数据会发生变化。现有的卫星电源异常检测方法一般是使用很多测量数据，包括基于模型的诊断方法、人工智能诊断方法、以及基于门限值异常检测方法等。基于模型的诊断是建立电源系统的精确模型，由模型和测量数据进行异常检测；人工智能诊断方法主要有专家系统以及神经网络方法等，专家系统是根据专家的经验建立经验库，将现有数据提取特征和经验库中的特征进行比对，从而达到异常检测的目的，人工神经网络通过对历史异常和正常的数据进行自学习，但现有的方法存在诸多缺陷，一是使用的测量参数过多，并且参数物理意义不明显，二是对于早期异常检测效果不明显，三是无法在故障发生之前进行主动干预，减小
故障发生的机率，延长电池的使用寿命。


技术实现要素：

8.为解决上述现有技术中存在的至少一部分问题，本发明提供一种卫星供电系统，包括：光电转换模块，其包括数个光电转换组，光电转换组内设置有故障排除部，当故障排除部连通时，与其并联的太阳能电池片被排除于光电转换组的供电线路，每个光电转换组的输出端设置有mppt单元，其利用mppt算法将光电转换组输出功率维持在最大输出功率点上，设置有致动机构，能源管理模块按照以下方法调整光电转换组的输出功率：s1、能源管理模块判断当前卫星产电功率需求；s2、能源管理模块控制致动机构调整光电转换组姿态使得其在有效、部分失效或失效状态下变化；s3、将光电转换组由有效至失效的状态变化与伴随的由mppt算法得出的最大输出功率点的变化进行比较；s4、当最大输出功率点变化至满足卫星产电功率需求时，控制致动机构停止以将光电转换组维持在当前遮蔽状态的姿态。
9.本发明通过调整卫星姿态以使得卫星上部分太阳能电池位置被遮蔽以使得整体串联的太阳能电池最大输出功率点被降低。对于受遮蔽情况下mppt算法出现的多峰值问题，本发明仅需要采用普通的单峰方案。在需要降低输出功率的情况下，本发明提出太阳能电池的输出功率点维持在峰值较小的极大值点而不是最大值点。因此，本发明的方案所采用的mppt算法简单、鲁棒性高，具有在算法目标固定（固定为寻找最大输出功率）的情况下主动地将输出功率减小的优势，不需要添加其它的控制程序以及控制电路或者消耗电路，维持卫星整体电路精简性，有效降低电路失效的风险。
10.优选地，还包括能源管理模块，其电连接至光电转换组输出端和故障排除部，其中，能源管理模块判断光电转换组是否处于失效、部分失效或有效状态是通过检测及判断光电转换组输出功率的变化以及故障排除部的通断情况完成的。
11.本发明的另一个优势在于可以利用对卫星姿态的致动调整规避了输出功率较小的部分失效状态，使得在卫星用电设备时刻需要大功率供电的情况下，尽可能地主动减少卫星处于部分失效状态的时间，防止用电设备在输出功率长时间不能保证的情况下无法完成工作而导致的大量损失。
12.优选地，当卫星中用电设备长期需求大功率供电的情况下，能源管理模块通过检测mppt算法寻找的最大功率输出点的变化和/或故障排除部的开闭情况以在判断出光电转换组由失效状态转向部分失效状态或者由有效状态转向部分失效状态时启动致动机构以驱动处于部分失效状态的太阳能电池模块向失效状态或有效状态变化。
13.优选地，故障排除部是按照与光电转换组极性相反的方式并联设置在光电转换组电路上的。
14.优选地，驱动致动机构的动力来源是光电转换模块中处于有效状态下的光电转换组所提供的。
15.此种在卫星的光电转换模块向外输出电力的线路中增加能源管理模块的设计使得光电转换模块向外输送电力的功率能够得到调节，尤其是卫星属于在特殊的太空环境运
行的特种设备，对其上所有的零部件或者电器件拥有较高的工作要求。而本发明架设的能够生成最优mppt指令的能源管理模块能够跟踪光电转换模块最大输出功率来调整光电转换模块的输出参数，使得光电转换模块发出的电力能够被最高效率的利用，提升了整体卫星的工作效率的同时减少了一些不必要的能量损失，进一步提升了整体卫星的精简度。另外能源管理模块与闭环回路之间采用了无线传输的方式，使得在能源管理模块与闭环回路之间可以分别放置在较远的距离上，由于卫星结构的额特殊性，经常在其上设置一块单独的区域作为用电设备或电气设备的保护工作区域，电源设备则设置在光电转换模块光翼展开板附近，两者之间有一定的距离，采用无线传输的方式至少节约了从能源管理模块到光电转换模块附近的闭环回路上的线路设计，优化了卫星整体线路的同时使得卫星整体精简度提升。另外在能源管理模块上还增加了检测蓄电池组的剩余电量的功能，使得该能源管理模块可以实时检测蓄电池组的剩余电量并且当剩余电量不足的时候，可以控制卫星上的其他用电设备适当地降低工作负载或者关闭部分非必要用电设备来防止蓄电池组过放的情况，提高了蓄电池组的使用寿命。
16.优选地，能源管理模块包括集成电路芯片，集成电路芯片上至少包括mppt单元，其中mppt单元电连接至光电转换模块的电力输出端以采集输出电压与输出电流，并根据其上储存的mppt算法生成最优mppt指令，能源管理模块根据最优mppt指令调控光电转换模块输出功率。
17.本发明将能源管理模块的整体部件整合集成为一块芯片，且芯片级的控制管理模式能够应用到不同卫星的设计应用上，不同于传统卫星电池系统内控制管理回路的单一性、定制性、元器件众多、电路较复杂的设计思路，本发明提供的集成电路芯片高度集成化、体积小、电路简单，能够适应多种类型和数量的光电转换模块以及蓄电池组，具有较强的可拓展性，符合现代化商业卫星的多样化发展需求，符合商业卫星研制周期短、研制成本低的核心诉求。
18.优选地，能源管理模块由至少2个集成电路芯片组成，其中，2个集成电路芯片及其配套的电路互为独立设置，使得能源管理模块内形成了互为保险的至少2套完整的集成电路芯片。
19.在能源管理模块中设置至少2套完整的集成电路芯片闭环回路，且两者之间互相形成热备份的型式，使得卫星在太空这种严苛环境下长时间运行且缺乏人工维护的情况下，防止因为其中1套集成电路芯片收到太空辐射或者其他外界原因而失灵时整体能源管理模块无法正常工作，造成光电转换模块输出孔率无法控制，蓄电池组充电参数无法调整导致蓄电池组过充过放的危险。而有另一套完整的集成电路芯片作为热备份，使得至少在另一套集成电路芯片无法工作的时候可以接替其的控制功能，使得卫星能够继续正常运转，极大地延长了卫星的整体寿命。
20.优选地，能源管理模块还包括充电控制单元，充电控制单元包括蓄电池组检测单元，蓄电池组检测单元电连接至蓄电池组，用以检测蓄电池组电压信号与电流信号。
21.优选地，充电控制单元还包括充电控制决策单元，充电控制决策单元能够依据储存在其上的充电控制策略程序结合蓄电池组检测单元检测的蓄电池组的电压信号与电流信号生成至少一项最优充电控制指令。
22.本发明在集成电路芯片上设置了用于控制蓄电池组充电的充电控制单元，并且按
照不同的功能将其拆分为蓄电池组检测单元和充电控制决策单元，蓄电池组检测单元检测蓄电池组充电端的电压与电流值，并且向充电控制决策单元传输上述数值，充电控制决策单元按照例如可以是将实时充电电压值与已知的该蓄电池组充电终点电压值进行比对，对实时电压接近充电终点的蓄电池组生成至少一条关于降低充电电流的最优充电指令，使得蓄电池组不至于被继续大电流充电造成过充问题。因为蓄电池组在过充电时，可能会发生非电芯反应的不可控的副反应，例如出现电解水反应产生氢气和氧气，若不及时排出上述两种气体则可能在蓄电池组附近造成爆炸等风险，这将对卫星造成不可挽回的损失。
23.优选地，mppt单元至少包括光电转换模块检测单元，光电转换模块检测单元与光电转换模块电连接，用以检测光电转换模块输出电压与输出电流。
24.优选地，mppt单元还包括mppt控制决策单元，mppt控制决策单元能够依据储存在其上的mppt算法结合光电转换模块检测单元检测的光电转换模块的输出电压与输出电流生成至少一项最优mppt控制指令。
25.优选地，集成电路芯片还包括闭环回路，闭环回路分别电连接至光电转换模块的电力输出端以及蓄电池组的电力输入端，其中，闭环回路能够依据充电控制决策单元和mppt控制决策单元生成的最优充电控制指令和/或最优充mppt控制指令，对光电转换模块输出效率和/或蓄电池组充电模式进行控制。
26.本发明在集成电路芯片上还集成有mppt单元，该单元可以检测光电转换模块的输出电压与电流并按照mppt算法产生一项可以控制板光电转换模块按最大功率进行输出的指令。本发明采用mttp的拓扑结构可以使光电转换模块输出最大功率，以满足在光照期有限接触光线的时间内尽可能以大电流输出的方式向用电设备以及蓄电池组进行供电，以尽可能采集更多的太阳辐射能，有较强的适应瞬时脉冲大负载的能力，从而能够减小整体电源系统的体积与质量。mppt算法在电源系统使用的寿命初期的功率输出优势比较明显，在复杂的太空环境中对微型卫星的电源系统高效率运转具备优势。
27.优选地，集成电路芯片还集成有遥控单元，遥控单元信号输入端电连接至充电控制决策单元和mppt控制决策单元，其中，遥控单元接收充电控制决策单元和mppt控制决策单元传输的最优充电控制指令和/或最优充mppt控制指令，并无线传输至闭环回路。
28.优选地，集成电路芯片还集成有soc检测单元，soc检测单元与蓄电池组电连接，用以按照其上设置的soc检测程序计算蓄电池组剩余电量，闭环回路还与soc检测单元电连接，用于按照soc检测单元检测的蓄电池组剩余电量适应性地调整用电设备的负载强度。
附图说明
29.附图1为本发明控制方案的流程图；附图2为本发明整体电路连接示意图；附图3为本发明控制管理模块电路原理图；附图4为本发明三种遮蔽状态的u
‑
i关系图；图中：1、光电转换模块；2、能源管理模块；21、集成电路芯片；22、闭环回路；3、储能模块；4、卫星有效载荷；甲、第一最大输出功率点；乙、第二最大输出功率点；丙、第三最大输出功率点。
具体实施方式
30.下面结合附图进行详细说明。
31.本发明公开了一种用于给卫星提供能源支持的卫星供电系统，卫星供电系统至少包括用于对卫星提供电能的模块进行协调控制的能源管理模块2、用于给卫星供能的光电转换模块1和储能模块3，能源管理模块2按照以下方法调整光电转换组的输出功率：s1、能源管理模块2判断当前卫星产电功率需求；s2、能源管理模块2控制致动机构调整光电转换模块1的姿态使得其在有效、部分失效或失效状态下变化；s3、将光电转换模块1由有效至失效的状态变化与伴随的由mppt算法得出的最大输出功率点甲、乙、丙的变化进行比较；s4、当最大输出功率点变化至满足卫星产电功率需求时，控制致动机构停止以将光电转换组维持在当前遮蔽状态的姿态。
32.光电转换模块1由若干太阳能电池板按一定的排布方式组合而成，其具体的形态可以根据其应用卫星的使用需求、工作环境、制造预算等参看因素综合选择，因而可以通过调整集合成光电转换模块1的太阳能电池板的类型和光电转换模块1的数量以应对不同卫星的使用需求。
33.光电转换模块1的太阳能电池板的光电转换效率、制造预算等因素一定程度上取决于其形状和所使用的材料。太阳能电池板可以呈片状或板块状结构，其所采用的材料可以为三结砷化镓（gainp2/gaas/ge）材料、铜铟硒（cuinse2）材料、铜铟镓硒（cigs）材料、tio2等材料制成的纳米晶体材料以及单晶硅单体材料中的一种或多种。
34.例如,三结砷化镓光电转换效率在28%以上，单晶硅单体材料光电转换效率仅在12
‑
14%左右，三结砷化镓光电转换效率相较于单晶硅单体材料有着更高的转换效率，同时三结砷化镓因为制造工艺复杂而使其成本相对于单晶硅单体材料较高；不同尺寸的单个太阳能电池板的价格也不同，采用不同尺寸太阳能电池板集成不同大小的光电转换模块1的难度也不同。
35.优选的，可通过调整太阳能电池板尺寸和材料设置多种类型光电转换模块1适配性地进行更换排列组合以适应不同的卫星使用情况和造价要求。
36.如，光电转换模块1可以被设置为低压电池阵，使得卫星在被应用于光照变化强烈的地区时能够在部分太阳能电池被遮挡的情况下仍保有较高的整体输出功率。
37.如，光电转换模块1可以由三结砷化镓材料的太阳能电池板集成，多个光电转换模块1结合以满足拥有大功率载荷的卫星的使用需求。
38.常用的太阳能电池单片电压通常在0.4至0.7v左右，即使是卫星使用的高性能太阳能电池板也处于一个较低的单体电压范围，想要使得太阳能电池板组成的光电转换模块能够满足用电设备的工作电压，需要将太阳能电池板进行串联设置，常见的太阳能电池排布方式为串联36/54/60，假设每片太阳能电池单体电压为0.5v，则这些排布方案下的光电转换模块的总电压为18/27/30v左右。
39.串联太阳能电池板可以提升总电池组的电压，但是也存在一些问题。根据短板效应，当光电转换模块中某一片或几片太阳能电池板受到的光照不足，例如处于阴影位置时，光电转换模块的电流将大幅减小，此时总电流的大小将由整个串联电池组中产生电流最小
的太阳能电池板决定。虽然还可以将多组光电转换模块做并联处理以防止电流降低，但是一是这些设计增加了整体卫星产电单元的体积，对于体积重量有严格要求的卫星领域可能存在不适用的问题，二是并联多组光电转换模块仅是补救措施，被阴影遮蔽的光电转换模块功率仍然是完全损失的。
40.因此，将本装置中的光电转换模块设置为多个光电转换组的组合，例如可以设置为3个光电转换组的组合。每个光电转换组内可以采用两个串联的电池组组成，例如第一光电转换组包括第一串联太阳能电池串和第二串联太阳能电池串。
41.将上述两个太阳能电池串中的某一串或者是某一个电池部分以并联方式设置有至少一个故障排除部，故障排除部可以采用二极管的方式设置，其中故障排除部按照与光电转换组极性相反的方式并联设置在光电转换组电路旁。这里的并联在光电转换组旁并不是指一个光电转换组仅有一个故障排除部，而是其内的电池串或者某一部分的电池单体均可以并联一个故障排除部。
42.上述极性相反是指，在太阳能电池串在正常产电并形成标准电压时，太阳能电池串可以按照正向偏置的方式设置在电路中，而故障排除部按照反向偏置的方式并联在光电转换组旁。在电子电路原理中，正向偏置和反向偏置均可以表示二极管的按照电流导通方向分类的设置方式，其中，正向偏置是指将二极管正极接在高电位端，将负极接在低电位端，这样故障排除部将会导通电流；同理地，反向偏置与正向偏置的设置方向相反，其正极接在低电位端，负极接在高电位端，故障排除部在正常情况下不导通。但是，在某个光电转换组收到阴影遮蔽而无法产电或电压较低的情况下时，反向偏置设置的故障排除部由于其并联的光电转换组电压降低而变为正向偏置，即其负极连接的高电位端的电位变得低于其正极连接的低电位端，那么此时故障排除部导通，使得其它光电转换组产生的电流可以通过故障排除部所在的电路流通。这种设计避免了受到阴影遮蔽的部分内阻高，其受到电流经过时产生大量热量的问题。
43.第一太阳能电池串与第二太阳能电池串均可以采用相似设计以提升每个光电转换组的均衡性，例如，两个太阳能电池串的电池板数量以及采光面积均设置为相同或类似，使得两个太阳能电池串的开路电压基本一致。
44.每个光电转换组内部均可以按照两个太阳能电池串外加并联故障排除部的方式设置，多组光电转换组共同串联组成光电转换模块。在卫星领域，最常见的情况是，每个光电转换组均采用太阳能帆板的形式设置在卫星主体周侧，一般为两个分置在卫星左右的可以折叠的太阳能帆板，或者是帆板上的组成部分。另外对于一些小型的、集成化程度更高的微型卫星，光电转换组可以以贴片的方式设置在卫星的四周周侧面上，例如如果卫星主体大致设计为长方体的盒式结构，则光电转换组设置在卫星四个周侧面上，甚至在某些需要的情况下还可以设置在其两个顶面上。
45.由于卫星处于太空无重力状态并且处于环绕地球的移动过程中，其自身的运行姿态是处于随时变化当中的，某些结构原型设计较早的卫星或者是不具有太阳能帆板的微型卫星在太空中收到多个大质量天体的引力作用影响，会产生自转。某些与地面实时通信或者实时监测的地球同步卫星采用将卫星自转轴与地球自转轴平行并且将卫星自转周期设置为等同于地球自转周期的方式来保证其上的信号发射器或者监视设备可以时刻对准地面位置，但是这类卫星在运行过程中，特别是在光照器内不可避免地还是会产生一些姿态
的变化。
46.上述不管是卫星自转还是卫星微小的姿态变化均有可能会造成其上设置的某一个或某几个太阳电池单元被其自身主体上的其它部件的阴影覆盖，此时在被阴影遮蔽的光电转换组上的故障排除部开始工作以导通电流，保证其它处于完全光照的光电转换组的产电能够以较大功率输出的方式输出至用电设备。另外本发明还提供一种利用故障排除部的通断信号来驱使处于完全光照下的太阳能电池进行放电以调整卫星姿态来使得被遮蔽的光电转换组重新处于光照之下。
47.具体地，本发明还提供了故障检测部，其设置在每个光电转换组附近，可以是并联至故障排除部所在的电路上，其配置为可以检测故障排除部是否处于打开状态，其开闭信号可以采用高低两个电平进行表达。开闭信号传输至能源管理模块2，能源管理模块2中可以设置另外的处理芯片或者直接利用集成电路芯片的其它针脚与额外写入的判断程序对故障排除部的开闭情况进行判别。每个光电转换组的故障排除部均带有对应的编号，当能源管理模块2判断出某一编号的故障排除部开启的信号，说明该光电转换组至少一部分位置处于阴影遮蔽的状态，此时能源管理模块2控制卫星太阳能帆板的致动机构活动，使得卫星的运行姿态进行调整，尤其是针对太阳能帆板旋转角度、抬升高度的调整，当能源管理模块2检测到该编号下的故障排除部处于关闭信号时，说明此处的阴影遮蔽已经解除，此时姿态调整过程结束。优选地，在调整姿态的过程中，对控制每个光电转换组的致动机构进行绑定，具体地，某一编号的故障排除部具有开通信号时，控制对应的致动结构进行转动或俯仰运动，使得该处的光照情况得以调整。优选地，控制致动机构进行运动的电力来自于未检测到故障排除部开启的光电转换组，此种设计的优势在于，利用光照强度以及覆盖度高的光电转换组做驱动输出单元使得其相对于阴影遮蔽的光电转换组多产生的电量被致动机构所消耗，实现了产能单元的被动配平效果，整体电源设备的平衡性得以保证，避免出现某些蓄电池电能不足而另一些蓄电池电能过高的失衡情况，可以有效地提升卫星的使用寿命。
48.卫星处于工作状态时会围绕一颗固定的星体（例如地球）进行环绕运动，其与恒星和其围绕的星体的位置有相对变化，其中，当其围绕的星体位于恒星和卫星之间时，卫星被其环绕的星体所遮挡，光电转换模块1不能或仅能接收到极少的光线，因此不能进行光电转换供能给卫星，卫星被其环绕的星体所遮挡的阶段命名为光电转换失效期。
49.当卫星脱离光电转换失效期，卫星可以接收到恒星所发出的光照，光电转换模块1可以正常工作为卫星提供能源支持。
50.本发明的供电系统还设有用于保障卫星在光电转换失效期正常稳定运行的储能模块3。储能模块3与光电转换模块1和卫星有效载荷4电连接，以使储能模块3能够为卫星有效载荷4供电，同时光电转换模块1中的满足有效载荷后多余的电力可以储存至储能模块3。储能模块3与光电转换模块1的协同供电模式确保了卫星在运行期间多种状况下的电力供应稳定，以使卫星可以长时间工作以达到其设计要求。为适应太空中较为严苛的环境，以及受制于卫星整体重量和体积的精简需求，储能模块3的材料一般选择能量密度较高的类型的蓄电池，例如可以是锂离子电池、镍铬电池以及镍氢电池等能量密度较高蓄电池类型。其中，锂离子蓄电池虽然能量密度很高和较好的充放电性能，其放电截止电压为2.7v左右，充电终止电压为4.2v左右，平均放电电压3.5v左右，相较于镍氢蓄电池和镉镍蓄电池的平均放电电压1.25v，锂电池组的数量只是镍氢电池和镉镍电池数量的三分之一，大大降低了成
本。但是锂离子蓄电池同时也具有过充过放引起蓄电池爆炸的风险，同时对于长时间运行的卫星，各锂离子蓄电池在长期充放电循环中，会与储能模块3中其他单体锂离子蓄电池之间形成电压差异，则在储能模块3统一的充电或放电操作中，极有可能会加大单体锂离子蓄电池过充过放的风险。但是对于低轨道运行的小型卫星，由于其体积小巧、功能较为单一、蓄电池放电深度较浅以及卫星整体寿命需求也不高，故可以在低轨道小型卫星上采用上述锂离子蓄电池以降低卫星的体积以及重量。
51.在卫星上设置的需要用电的设备本质上是一种负载，且该负载在一般情况下需要不间断地供电以保证其正常工作，因此光电转换模块1以及储能模块3均电连接至卫星有效载荷4之上。
52.优选地，在卫星脱离光电转换失效期的时间段内时，光电转换模块1接收阳光进行光电转化换产生电力后将电力分为至少两个部分，一部分用于对储能模块3进行充电，而另一部分直接供给卫星有效载荷4以维持其正常工作。在光电转换失效期，则由储能模块3对卫星有效载荷4进行供电。
53.光电转换模块1向储能模块3以及卫星有效载荷4供电的线路称之为母线。
54.为保证卫星有效载荷4在任何情况下都具有较为稳定的供电，在光电转换失效期和脱离光电转换失效期对光电转换模块1以及储能模块3的供电策略做出了一定的设计，脱离光电转换失效期时，光电转换模块1产生的电力优先供给卫星有效载荷4使用，当光电转换模块1输出电力大于卫星有效载荷4的实际负载需求时，多余的电力将会被充入储能模块3进行储存，当光电转换模块1产生的电力不足以供给卫星有效载荷4的使用需求时，储能模块3将会对卫星有效载荷4进行辅助供电，以保证卫星有效载荷4的用电需求。同时为了尽量减少储能模块3中的单体电池的过充过放的情况，需要对储能模块3的充放电过程进行更加精细的控制管理。
55.卫星的供电系统复杂且其输出功率会因环境改变而产生变化，但卫星的负载需要稳定的供电，基于上述状况，本发明的供电系统设置有用于对卫星提供电能的模块进行协调控制的能源管理模块2。
56.能源管理模块2通过控制光电转换模块1的输出功率、调整储能模块3充放电模式以及协同二者工作的方式来保证输出功率的稳定，以满足卫星有效载荷4的用电需求。
57.能源管理模块2设置有两套完整的互相备份的用于控制管理目的的集成电路芯片21，其中，集成电路芯片21为具有mppt功能的芯片且设有配套电路。能源管理模块2互相备份的设计提高了其运行的稳定性，在面对复杂的太空环境，确保能够实现对卫星光电转换模块1和储能模块3的有效控制，以实现良好的供电效果，避免出现电力控制失效的情况影响卫星运行。
58.集成电路芯片21由于其能够制成芯片级元器件，极大精简了外部器件，集成度提高，使得本发明提供的电源模块体积可以进一步降低。同时该集成电路芯片21具有较强的适应范围，简单对其外围电路的匹配参数做调整即可满足多种光电转换模块1的输入要求和多种储能模块3的输入要求，因此获得了较强的泛用性与扩展性。
59.集成电路芯片21上集成有用于管理光电转换模块1输出功率的功能，该功能包括检测光电转换模块1输出电流与输出电压的功能。集成电路芯片21电连接至光电转换模块1，使得集成电路芯片21能够实时检测光电转换模块1的输出电流与输出电压，并将探测到
的相关数据利用至接下来的mppt计算步骤。
60.mppt控制器的全称“最大功率点跟踪”，其可以实时侦测光电转换模块的发电电压，并追踪最高电压电流值(vi)，使系统以最大功率输出至供电回路当中。
61.集成电路芯片21利用其上内置的mppt算法对采集自光电转换模块1的输出电流与输出电压进行决策计算以形成至少一项用于控制光电转换模块1输出效率的最优mppt控制指令。该mppt算法可以采用行业上较为成熟的扰动观察法，其工作原理为测量当前光电转换模块1的输出功率，然后在原输出电压上增加一个小电压分量扰动，则其输出功率会发生改变，测量改变之后的功率，与改变之前的功率进行比较，即可获知功率的变化方向。如果功率增大就继续使用原扰动，如果功率减小就改变扰动方向。则此时mppt芯片上不能一次性地计算得出最优mppt控制指令，而是需要在实施至少一次少量的扰动之后，通过变化的功率反馈以形成最优mppt控制指令。
62.为实现上述最优mppt控制指令与最优充电控制指令，在能源管理模块2上还包括闭环回路22，该闭环回路22与集成电路芯片21电连接，同时通过与光电转换模块1和储能模块3的电连接，使得闭环回路22可以根据从集成电路芯片21接收到的最优mppt控制指令与最优充电控制指令对光电转换模块1输出效率和/或储能模块3充电模式进行控制。该控制方法可以是由闭环回路22中设置的数项dc
‑
dc转换器联合作用实现，该dc
‑
dc转换器可以按照升压降压的方式调节相关的功率输出以及充电电压，以实现恒流充电、恒功率充电等充电模式。
63.优选地，该闭环回路22的功能有集成电路芯片实现以达成更高的集成化、精简化。
64.上述集成电路芯片21的mppt功能为最大功率点追踪技术，该技术可以实时监测光电转换模块1的放电电压，并且追踪最高电压电流值，使得光电转换模块1能够保持以最大功率对储能模块3进行充电，提升光电转换模块1产生电力的有效率利用率。在一些实施例中，除去可能存在的传输损耗，光电转换模块1的整体输出效率可以提升至90%以上，这极大地提升了本发明所提供的电源模块的工作效率。
65.集成电路芯片21上还集成有用于管理储能模块3充电的功能，包括检测储能模块3电压信号与电流信号。还包括soc检测单元211，soc检测单元211与储能模块3电连接，用于按照其检测的储能模块3充放电压运用数值拟合等方式计算出蓄电池的剩余电量。集成电路芯片21电连接至储能模块3，使得集成电路芯片21能够实时检测储能模块3的电流信号与电压信号，并将探测到的相关数据利用至接下来的充电控制指令的形成。该电流信号与电压信号可以是储能模块3的充电的电流与电压值。集成电路芯片21能够利用其上内置的充电控制策略程序对采集自储能模块3的电流信号与电压信号进行决策计算以形成至少一项用于控制储能模块3充电的最优充电控制指令。使得储能模块3能够在合适的充电功率或电压下进行工作，有效降低了储能模块3过充过放带来的储能模块3寿命降低的问题。
66.优选地，在能源管理模块2中设置有状态检查回路，该状态检测回路电连接至所有的集成电路芯片21，并且检测其中一个集成电路芯片21是否在正常工作，若检测到该集成电路芯片21无信号流出、无法工作等情况，则判断该集成电路芯片21已经损坏，此时状态检测回路选择开启另一个备份的集成电路芯片21进行工作。
67.另外该集成电路芯片21还可以控制光电转换模块1流向储能模块3的输入电压，使得储能模块3可以按照一个合适的均流/均压或者固定功率进行充放电，减轻了储能模块3
过充过放的情况，提升了储能模块3使用寿命。
68.在一些优选的实施例中，上述集成电路芯片21上所涉及的单元不按照具体实物单元模块划分，而是按照功能划分，也就是说其所有功能均可以由一个集成电路芯片整体实现而其内部电路划分可以不严格按照上述实施例施行。由于恒星与行星距离较远且卫星相较于行星和恒星较小，因此恒星照射至卫星的光近似为平行光，处于相同姿态的光电转换模块的光照情况近似相同，以使处于相同姿态的光电转换模块的光电转换效率相同。光电转换模块的光电转换效率只取决于其有效光照面积。有效光照面积只受到三个因素的影响，即卫星星体由于光照而产生的投射至光电转换模块和/或卫星环绕星体的遮蔽的太阳能电池板的阴影、光电转换模块的太阳能电池板正对太阳的实际面积和光电模块中正常工作的太阳能电池板面积。
69.在考虑到本发明先前采用的mppt算法以寻找太阳能电池输出功率最大点以控制其输出的方案，对于卫星上太阳能电池不同的有效光照面积，其所寻找的最大功率点将会产生一些变化。
70.具体的，当光电转换模块1中某些太阳能电池板由于卫星姿态调整、卫星主体所产生阴影遮蔽和长期使用部分太阳能电池板损坏的影响，将会对太阳能电池输出功率造成影响。要解释清楚其中的变化过程可以根据光电转换模块1被遮挡的程度和是否引起故障排除部正逆向偏置转换的这两种要素定义三种状态，即有效模式、部分失效模式和失效模式。
71.有效模式，指的是光电转换模块1的完全照射阳光。
72.部分失效模式，光电转换模块1的某一部位受到了一定的阴影遮蔽但是在故障排除部上引起的电位变化不足以使得其发生正逆向偏置转换的状态。
73.失效模式，故障排除部发生正逆向偏置转换的状态。
74.由于mppt算法的特性，其时刻寻找的是整个光电转换组的最大功率输出点，因此，如图4所示，在光电转换组处于有效状态时，光电转换组产电效率最大，输出功率最高，mppt为单峰曲线，其输出功率最高点可以称为第一输出功率点甲；当太阳能电池处于部分失效状态时，由于故障排除部未开启，串联形成的光电转换组由于被遮蔽的太阳能电池板的影响而使得整体的输出功率大幅降低，mppt呈双峰曲线，其算法寻找的输出功率峰值可能处于一个较小的非最大值的位置，这个点可以称为第二输出功率点乙；当光电转换组处于失效状态时，由于故障排除部被导通，该部分的电池片被排出电路外，使得整个光电转换组的输出特性与有效状态下的类似，mppt算法寻找的峰值输出功率点将会升高，但是由于部分电池片被排出的影响，其输出功率达不到有效状态下的最大输出功率，而是稍小一些，这个点可以称为第三功率输出点丙。
75.由于卫星在轨道运转中的姿态不是完全恒定不变的，光电转换组处于部分失效状态的时间可能是很长的，因为无法保证卫星在稳定运行的过程中会由于哪些微小的外力原因而发生轻微的偏转。因此在某些情况下，由于故障排除部长时间未打开或则电池单元长时间未恢复到有效状态下，使得整个光电转换组的放电功率长期处于一个较低的水平，无法满足卫星的用电需求。
76.因此，结合上述三种光电转换组的状态，本发明的供能模块具有一种避免光电转换组长时间处于部分失效状态的功能。即能源管理模块2通过检测mppt算法寻找的最大功率输出点的变化和/或故障排除部的开闭情况以在判断出光电转换组由失效状态转向部分
失效状态或者由有效状态转向部分失效状态时启动致动机构以驱动处于部分失效状态的太阳能电池模块向失效状态或有效状态变化。这里的致动机构可以采用转动盘、喷气口等可以改变卫星姿态，或者至少可以改变光电转换组表面的光照情况的驱动结构。
77.以上的功能是考虑到卫星上的用电器时刻需要较高的功率来带动的情况下得出的，事实上，对于某些功能不同的卫星，其在某一段时间内是不需要大量的功率支持的，甚至，为了防止储能的蓄电池组存在过充的风险，需要将光电转换组做减功率处理。因此，对于卫星上不同时间段、不同情况下可能的不同功率的需求，本发明中致动机构的设置可以将至少一个光电转换组维持在失效、部分失效或有效状态以在mppt算法的控制下获得不同的输出功率，其中最大功率点的变化与有效至失效的变化顺序之间呈非线性关系。这里的mppt算法可以采用普通的单峰值算法，例如扰动观察法，并且优选地，其起始扰动方向设置为由大电位向小点位的方向。这里针对卫星上用电设备用电情况以及蓄电池储能情况而综合算出的产电需求可以称之为卫星产电功率需求。
78.需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。