专利名称：多探测器电源分系统间相互充电的装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种多探测器电源分系统间相互充电的装置及其控制方法，适用于航天电源控制技术领域。
背景技术：
深空探测中，考虑到发射成本等问题，经常会使多个探测器一起发射且协同工作。在探测器抵达目的地前的飞行过程中，各探测器自身蓄电池会存在不同程度的自放电问题，为了防止自放电现象严重后影响探测器进一步工作，需要在飞行过程中的光照期对蓄电池进行充电。虽然各探测器均有太阳帆板，但是各自展开与收拢操作较为繁琐，如果遇到展开空间受限制等问题时可能无法同时展开，需要分时段各自展开，以致影响探测器及时充电。目前国内外还没有相关论文或专利文献提出过能对探测器电源分系统间相互充电实现控制的电源装置或控制方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种多探测器电源分系统间相互充电的装置及其控制方法，电路结构简单、易于工程实现，能够通过展开一个探测器的太阳帆板实现给多个探测器进行充电的功能，能够有效的解决多探测器相互充电的问题，从而省去展开多个探测器太阳帆板的繁琐步骤，实现太阳帆板的合理利用，同时操作更加安全，有效提高了各探测器在轨工作的可靠性。为了达到上述发明目的，本发明的一个技术方案是提供一种多探测器电源分系统间相互充电的装置，其中设多个探测器中的任意一个为第一探测器，其他的至少一个探测 器为第二探测器；则所述装置中包含
第一探测器中相连接的太阳阵及充电控制电路，通过切换能够分别为包含第一探测器及各个第二探测器在内的任意一个探测器进行充电；
若干个脱落插头，作为第一探测器分别与各个第二探测器之间电气连接的接插件，在发射时即保持连接以构成相应探测器之间功率传输与信号传递的通道；
若干个充电开关，分别设置在第一探测器与各个第二探测器之间功率传输的电路中；任意一个第二探测器中充电开关的通断，能够实现该第二探测器与第一探测器之间功率传输电路的导通或断开；
充电切换开关，设置有若干触点分别连接至第一探测器及各个第二探测器，通过在充电切换开关的触点间切换，将第一探测器的充电控制电路分别与相应探测器连通实现充电；
反馈切换开关，设置有若干触点分别连接至第一探测器及各个第二探测器，通过在反馈切换开关的触点间切换，分别将相应探测器的充电反馈信号接入至第一探测器的充电控制电路。每个探测器中设置有蓄电池组，以及通过放电开关与蓄电池组并联的电容阵。
所述充电控制电路具有S3R或S4R型的拓扑结构。本发明的另一个技术方案是提供一种多探测器电源分系统间相互充电的控制方法，采用上述装置实现，其中设多个探测器中的任意一个为第一探测器，其他的至少一个探测器为第二探测器；进一步设第二探测器中的任意一个探测器为第三探测器，则通过第一探测器的充电控制电路对第三探测器进行充电时，所述控制方法包含以下步骤
首先，接通第一探测器的放电开关，将第一探测器中的电容阵与蓄电池组导通，利用所述充电控制电路为第一探测器的蓄电池组进行充电；
其次，将第三探测器的充电开关闭合，实现第一探测器与第三探测器之间功率传输电路的导通；
之后，先切换反馈切换开关的触点，使所述充电控制电路的反馈输入端与第三探测器连接；
再切换充电切换开关的触点，使所述充电控制电路的功率输出端与第三探测器中设置的电容阵连接；
当第三探测器的电容阵电压达到设定数值后，闭合第三探测器的放电开关，通过第三探测器的电容阵对第三探测器的蓄电池组进行充电。当第三探测器充电完成后，首先断开第三探测器中蓄电池组与电容阵之间的放电开关;
之后，先切换充电切换开关的触点，使所述充电控制电路的功率输出端与第一探测器的电容阵连接；
再切换反馈切换开关的触点，使所述充电控制电路的反馈输入端与第一探测器连接；最后，断开第三探测器的充电开关，使第一探测器与第三探测器之间功率传输电路的连接断开。在对第三探测器进行充电之前，需要先确保第一探测器与第三探测器之间脱落插头的可靠连接；并且，使充电切换开关和反馈切换开关的触点，均切换到与第一探测器的电容阵导通的位置；此时第一探测器和第三探测器的放电开关均断开，第三探测器的充电开关也断开。本发明上述技术方案的优点和有益效果是在探测器间设立了充电开关，在不需要两器联合工作时可以断开相应的电气连接，防止误动作影响两器各自功能。本发明还通过设置在各个探测器之前切换来对应构成功率输出回路的充电切换开关，以及在各个探测器之前切换来对应构成充电反馈回路的反馈切换开关，从而能够利用任意一个探测器的充电控制电路，实现对该探测器以及其他各个探测器分别充电的目的。本发明的控制方法中，主要通过对充电反馈电路与功率传输电路的先后切换控制，实现不同探测器间的相互充电，即，以依次导通充电开关、反馈切换开关、充电切换开关至该探测器的顺序来进行充电，而在充电完成后则以充电切换开关、反馈切换开关、充电开关的相反顺序来依次断开。因此，本发明的电路结构简单，成功实现利用一个探测器充电电路对多个探测器·的蓄电池组进行充电的功能，为深空探测中多探测器相互充电的实际要求提供了技术支持，极大提高了太阳帆板利用率，简化了探测器在飞行过程中的操作流程，提高了各探测器在轨工作的可靠性。
以下将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。图I是本发明所述多探测器电源分系统间相互充电的装置中两器充电前的电气连接图2是本发 明所述多探测器电源分系统间相互充电的装置中两器充电时的电气连接图。
具体实施例方式以下将结合图I 图2对本发明的多探测器电源分系统间相互充电的装置及其控制方法作进一步的详细描述。参见图I，本实施例中以两个探测器(下文称为Z器、X器)之间的充电控制电路为例进行说明，其中主要包含一个探测器的充电控制电路6，脱落插头7，充电开关1，充电切换开关4，反馈切换开关5。具体在本例中使用了 Z器中相连的太阳阵及充电控制电路6，对Z器和X器进行充电。其中，Z器的充电控制电路6的输出端，通过充电切换开关4的其中一个触点可以连通Z器的蓄电池组及电容阵，或者切换到另一个触点来连通X器的蓄电池及电容阵。而反馈切换开关5的两个触点，则分别与Z器和X器的蓄电池组及电容阵连接，通过切换将Z器或X器的反馈信号接入到Z器的充电控制电路6的反馈输入端。并且，Z器的蓄电池组通过放电开关3与其电容阵并联；X器的蓄电池组通过放电开关2与其电容阵并联。在Z器的蓄电池组通过脱落插头7电气连接至X器的蓄电池组及电容阵的通路中，设置了所述充电开关I。同理，如果需要使用X器对Z器充电，则交换图I中两器的电路连接即可实现。如果要实现更多数量的探测器间相互充电，比如Z器还需要对A器充电，则按照Z器对X器的充电电路，再增加一套对A器的功率传输电路和充电反馈电路即可例如是，设置脱落插头7将Z器与A器的蓄电池组电气连接，为A器配置一个可控制其功率传输电路启停的充电开关1，为充电切换开关4设置三个触点来分别连接Z器、X器、A器的蓄电池组，同时为反馈切换开关5设置三个触点来分别引入Z器、X器、A器的蓄电池组的反馈信号。另外，在其他扩展的实施例中，除了通过Z器连接X器和A器进行充电外，还可以同时使得X器以类似方式连接Z器和A器作为备用，在Z器的充电电路不能完成工作时，切换到X器提供充电功率。对于多探测器间充电的装置来说，其中所述的充电控制电路6是各个探测器自身的充电电路，可以采用S3R、S4R等多种拓扑。本发明通过使用其中任意一个探测器的充电控制电路6，实现对该探测器及其余探测器的充电功能。所述的脱落插头7是提供充电控制电路6的那一个探测器与其余各个探测器之间电气连接的接插件，根据探测器的数量来相应配置。所述脱落插头7在整器发射时即保持连接，作为探测器间功率传输与信号传递的通道。所述的充电开关I为各个探测器的功率传输电路中的一个继电器，负责控制相应功率传输电路的通断，充电开关I的闭合后能够使相应的功率传输电路接通。根据探测器的数量来相应配置充电开关1，如果一台探测器发生事故，可通过断开该探测器的充电开关1，来切断其余探测器与它的联系。或者，不需要探测器间联合工作时，也可以用来断开连接，防止误动作影响各个探测器各自的功能。所述的充电切换开关4为功率传输电路中的另一个继电器，对应探测器数量设置的若干个触点，可以分别接通各个探测器的功率传输电路，使得所控制的充电电路能够在各个探测器间切换充电，达到使用一台探测器为多台进行充电的目的。所述的反馈切换开关5为向充电电路反馈的切换开关，对应探测器数量设置的若干触点，可以分别将各台探测器蓄电池组的反馈信号接入充电电路，进行充电控制。如对Z器充电，则接入Z器蓄电池组的反馈信号；如对X器充电，则接入X器蓄电池组的反馈信号，以此类推。配合参见图I、图2所示，通过上述结构的装置，本发明还进一步提供了多探测器电源分系统间相互充电的控制方法；以两个探测器间Z器为X器充电为例，该方法具体包括·以下步骤。步骤1，充电前的电气连接及开关状态如图I所示，首先确定两器间功率传输通过脱落插头7连接，以建立两器间的电气连接，并使两器功率地实现共地。步骤2，闭合充电开关1，实现两器充电功率电路的导通。步骤3，确认Z器的充电控制电路6能够正常运作，以实现相应的充电功能。充电过程中，先接通Z器的放电开关3，使其电容阵与蓄电池组导通而处于充电工作状态，此时充电控制电路6为Z器的蓄电池组充电。而在需要为X器蓄电池组充电时，必须先使反馈切换开关5连通到X器，保证反馈变化后充电回路仍连接在Z器的蓄电池组上，这样即使反馈电压较小，充电电流很大，电流依然充到蓄电池组中，电压变化不大，之后再使充电切换开关4连通到X器，达到对X器充电的目的。反之如果先使充电切换开关4连通到X器，则较大的充电电流会充到X器的电容阵上，电容阵上累积大电流会导致电压升高，进而导致母线电压升高，影响母线输出。在闭合充电切换开关4后，相应的充电回路完全建立，观察X器充电电容阵的电压，正常后接通X器的蓄电池组的放电开关2，开始对X器蓄电池充电，充电时的电路如图2所示。 X器蓄电池组的放电开关2必须在充电电路接通，且X器充电电容阵的电压建立后才接通，以防止蓄电池对电容阵大电流瞬间充电，损坏电容阵。步骤4，断开充电连接
同理，在断开充电时，首先断开X器蓄电池组的放电开关2，然后严格按照先将充电切换开关4连通到Z器，继而将反馈切换开关5连通到Z器的顺序进行切换。此时如果先将反馈切换开关5连通到Z器，则会按照Z器蓄电池组的反馈给X器的电容阵充电，很容易将大电流充到电容阵上，影响X器的母线电压。反馈切换开关5完成切换后，断开两器间的充电开关I。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种多探测器电源分系统间相互充电的装置，其特征在于， 设多个探测器中的任意一个为第一探测器，其他的至少一个探测器为第二探测器；则所述装置中包含 第一探测器中相连接的太阳阵及充电控制电路(6)，通过切换能够分别为包含第一探测器及各个第二探测器在内的任意一个探测器进行充电； 若干个脱落插头(7)，作为第一探测器分别与各个第二探测器之间电气连接的接插件，在发射时即保持连接以构成相应探测器之间功率传输与信号传递的通道； 若干个充电开关(1)，分别设置在第一探测器与各个第二探测器之间功率传输的电路中；任意一个第二探测器中充电开关(I)的通断，能够实现该第二探测器与第一探测器之间功率传输电路的导通或断开； 充电切换开关(4)，设置有若干触点分别连接至第一探测器及各个第二探测器，通过在充电切换开关(4)的触点间切换，将第一探测器的充电控制电路(6)分别与相应探测器连通实现充电； 反馈切换开关(5)，设置有若干触点分别连接至第一探测器及各个第二探测器，通过在反馈切换开关(5)的触点间切换，分别将相应探测器的充电反馈信号接入至第一探测器的充电控制电路(6)。
2.如权利要求I所述多探测器电源分系统间相互充电的装置，其特征在于，每个探测器中设置有蓄电池组，以及通过放电开关与蓄电池组并联的电容阵。
3.如权利要求I所述多探测器电源分系统间相互充电的装置，其特征在于，所述充电控制电路(6)具有S3R或S4R型的拓扑结构。
4.一种多探测器电源分系统间相互充电的控制方法，采用如权利要求I所述的装置实现，其特征在于， 设多个探测器中的任意一个为第一探测器，其他的至少一个探测器为第二探测器；进一步设第二探测器中的任意一个探测器为第三探测器，则通过第一探测器的充电控制电路(6)对第三探测器进行充电时，所述控制方法包含以下步骤 首先，接通第一探测器的放电开关(3)，将第一探测器中的电容阵与蓄电池组导通，利用所述充电控制电路(6)为第一探测器的蓄电池组进行充电； 其次，将第三探测器的充电开关(I)闭合，实现第一探测器与第三探测器之间功率传输电路的导通； 之后，先切换反馈切换开关(5)的触点，使所述充电控制电路(6)的反馈输入端与第三探测器连接； 再切换充电切换开关(4)的触点，使所述充电控制电路(6)的功率输出端与第三探测器中设置的电容阵连接； 当第三探测器的电容阵电压达到设定数值后，闭合第三探测器的放电开关(2)，通过第三探测器的电容阵对第三探测器的蓄电池组进行充电。
5.如权利要求4所述的多探测器电源分系统间相互充电的控制方法，其特征在于， 当第三探测器充电完成后，首先断开第三探测器中蓄电池组与电容阵之间的放电开关(2)； 之后，先切换充电切换开关(4)的触点，使所述充电控制电路(6)的功率输出端与第一探测器的电容阵连接； 再切换反馈切换开关(5)的触点，使所述充电控制电路(6)的反馈输入端与第一探测器连接； 最后，断开第三探测器的充电开关(1)，使第一探测器与第三探测器之间功率传输电路的连接断开。
6.如权利要求4所述的多探测器电源分系统间相互充电的控制方法，其特征在于， 在对第三探测器进行充电之前，需要先确保第一探测器与第三探测器之间脱落插头(7)的可靠连接；并且，使充电切换开关(4)和反馈切换开关(5)的触点，均切换到与第一探测器的电容阵导通的位置；此时第一探测器和第三探测器的放电开关(2、3)均断开，第三探测器的充电开关(I)也断开。
全文摘要
本发明是一种多探测器电源分系统间实现相互充电的装置及控制方法，设置有探测器之间的脱落插头，各个探测器各自的充电开关，在各个探测器之前切换来对应构成功率输出回路的充电切换开关，以及在各个探测器之前切换来对应构成充电反馈回路的反馈切换开关，从而利用任意一个探测器的充电控制电路，实现对该探测器以及其他各个探测器分别充电的目的。在控制方法中，严格遵守先连通反馈切换开关，再连通充电切换开关至该探测器的顺序来进行充电，充电完成后则以相反顺序断开相应的开关。因此，本发明电路结构简单可靠，易于工程实现，对卫星能量的合理利用及能量平衡的实现具有重要的工程应用价值。
文档编号H02J7/35GK102946134SQ20121052622
公开日2013年2月27日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者刘勇, 金波, 周健, 许峰, 刘 东, 张婷婷 申请人:上海空间电源研究所