一种运载航天器通用化供电控制装置的制作方法

本申请涉及控制装置，尤其涉及一种运载航天器通用化供电控制装置。

背景技术：

1、近年来，运载火箭逐渐采用锂电池代替传统的银锌电池、热电池作为箭上电源，锂电池虽然具有地面测试可反复使用，且免激活，装箭后无需拆装下箭等优势，但每块电池均需要配套相应的电池管理及供电控制设备，在测试或任务期间实时监测电池状态，具备锂电池故障状态下的保护和报警能力，并具备地面电源和电池供电接入等功能；另一方面，运载火箭箭上一般设置仪器母线和火工母线两种供电母线，对应采用仪器电池和火工电池两类电池供电输出，其中仪器母线为箭上控制、测量等仪器设备供电，火工母线为火工品、电磁阀等大电流负载脉冲供电，不同母线之间一般进行隔离(引用期刊《计算机测量与控制》2022.30(1)中“运载火箭箭上电气系统基础架构研究”)。如图1所示，为现有技术运载航天器普遍采用的锂电池供电方式电路原理框图，箭上电池充电器为锂电池组充电，锂电池组通过电池接入开关连接箭上火工母线和箭上仪器母线，地面电源连接箭上仪器母线。对于多级火箭、捆绑火箭等多设备舱段火箭，按照就近供电的原则，则需要的供电母线、供电电池数量和种类更多。

2、由于箭上不同部段、系统供电需求不同，需要设置多种不同容量的仪器电池和火工电池，导致全箭箭上电池及配套供配电设备规格种类多，通用性差，难以形成通用产品，一旦负载功耗或供电时间调整，电池和配套管理设备则可能需要重新研制，且同一发火箭不同舱段、不同火箭之间的箭上电池通常无法互相替换，不符合去“型号化”和去“任务化”的要求，造成大量研制费用浪费。并且，箭上火工电池一般用于脉冲负载，耗电量极小，单独设置也造成电量和运载能力的浪费。另外，箭上电池充电仍需要打开箭体操作口，就近使用沉重的专用地面设备进行充电(引用发明专利，申请号cn202011025112，一种运载火箭锂电池智能管理设备)，这在火箭总装后的测试，尤其火箭起竖后，操作较为困难，且费时费力。箭上锂电池功能单一，无法实现功率接入、状态监测、保护和报警功能，存在地面测试时电池使用不当出现损坏的风险。(引用发明专利，申请号cn 201810801536，一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组)。

3、因此，目前亟需解决的技术问题是：如何实现箭上电池在线充电及地面向箭上供电等功能的同时，减少箭上设备的数量和种类，实现适应不同型号箭上或不同舱段的箭上的多种供电需求，同时又能够简化测试过程中地面充电操作流程。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种运载航天器通用化供电控制装置，将原先独立的锂电池蓄电池组、电池管理单元、地面充电单元和供电控制单元有机组合，利用单一的地面测发控电源接口实现箭上电池在线充电及地面向箭上供电等功能，相比当前单条母线配单块电池的配置方法，该供电控制装置能够同时向箭上提供仪器和火工两条母线输出，减少了箭上设备种类和复杂度。该装置通用性好，接口简单，可广泛适应不同型号箭上或不同舱段的箭上的多种供电需求，同时又能够简化测试过程中地面充电操作流程。

2、为达到上述目的，本申请提供一种运载航天器通用化供电控制装置，该供电控制装置连接地面电源和箭上母线，该供电控制装置包括：电池组和管理控制模块，所述地面电源，用于为电池组充电、加温以及为箭上母线供电；所述锂电池组和所述管理控制模块通过通用连接器连接，实现所述电池组与所述管理控制模块之间的功率传输和信号采集；所述管理控制模块包括：电池管理单元和箭上供电单元；所述电池管理单元，用于电池组的充电管理、电池接入、保护以及地面对电池组的遥测遥控。

3、如上所述的运载航天器通用化供电控制装置，其中，所述地面电源提供两路配电，第一路为地面供电线路，第二路为地面充电线路。

4、如上所述的运载航天器通用化供电控制装置，其中，所述电池管理单元包括：地面供电接入开关k1和充电开关k4，

5、所述地面供电接入开关k1连接在地面供电线路中，若所述地面供电接入开关k1接通，则地面供电线路接通，地面电源对箭上设备供电，若地面供电接入开关k1断开，则为充电模式；

6、所述充电开关k4连接在地面充电线路中，充电开关k4接通，地面电源对电池组充电。

7、如上所述的运载航天器通用化供电控制装置，其中，所述电池管理单元还包括：电池接入仪器母线开关k2，

8、所述电池接入仪器母线开关k2连接在箭上仪器母线与电池组之间的线路上，所述电池接入仪器母线开关k2接通和断开，用于控制电池组与箭上仪器母线的接通和断开。

9、如上所述的运载航天器通用化供电控制装置，其中，所述电池管理单元还包括：电池接入火工母线开关k3，

10、所述电池接入火工母线k3连接在箭上火工母线与电池组之间的线路上，

11、所述电池接入火工母线电池接入火工母线开关k3接通和断开，用于控制电池组对箭上火工母线的接入和断开。

12、如上所述的运载航天器通用化供电控制装置，其中，管理控制模块还包括：下位机数据处理电路，

13、所述下位机数据处理电路包括：处理器单元、模拟量采集单元、指令输出单元和通信单元；

14、所述处理器单元与电池管理单元连接；

15、所述模拟量采集单元的输出端与处理器单元连接；

16、所述处理器单元与指令输出单元和通信单元通信连接。

17、如上所述的运载航天器通用化供电控制装置，其中，所述电池管理单元通过非隔离降压buck电路对锂电池组进行充电控制，具有边充边用、单独充电和单独放电三种工作模式。

18、如上所述的运载航天器通用化供电控制装置，其中，地面供电接入开关k1和电池接入仪器母线开关k2串联二极管。

19、如上所述的运载航天器通用化供电控制装置，其中，地面供电接入开关k1、电池接入仪器母线开关k2和电池接入火工母线开关k3均配备自锁保持电路及驱动电路。

20、如上所述的运载航天器通用化供电控制装置，其中，箭上供电单元包括：二次电源供电电路，二次电源供电电路的输入端与地面充电接口和箭上仪器母线电连接，输出端与下位机数据处理电路电连接。

21、本申请实现的有益效果如下：

22、(1)本申请将现有的箭上锂电池组、电池管理单元和地面充电器功能、结构一体化，减少供电系统接口和系统复杂程度，避免了测试过程中连接器反复插拔、开操作口等操作，提高了测试中充电操作效率，同时地面测试过程中供电控制装置中的状态监测电路实时向地面设备遥测电池状态参数并提供保护功能。

23、(2)本申请具备边充边用、单独充电、单独放电三种工作模式，能够保证地面测试供电连续性。

24、(3)本申请单台产品最多支持仪器母线和火工母线两条母线输出功能，既能当仪器电池使用，又能当火工电池，在电量满足的情况下，可同时替代同一舱段内地火工和仪器两块电池，大幅节省了运载火箭运力和内部空间。

技术特征：

1.一种运载航天器通用化供电控制装置，其特征在于，该供电控制装置连接地面电源和箭上母线，该供电控制装置包括：电池组和管理控制模块，

2.根据权利要求1所述的运载航天器通用化供电控制装置，其特征在于，所述地面电源提供两路配电，第一路为地面供电线路，第二路为地面充电线路。

3.根据权利要求2所述的运载航天器通用化供电控制装置，其特征在于，所述电池管理单元包括：地面供电接入开关k1和充电开关k4，

4.根据权利要求3所述的运载航天器通用化供电控制装置，其特征在于，所述电池管理单元还包括：电池接入仪器母线开关k2，

5.根据权利要求3所述的运载航天器通用化供电控制装置，其特征在于，所述电池管理单元还包括：电池接入火工母线开关k3，

6.根据权利要求1所述的运载航天器通用化供电控制装置，其特征在于，管理控制模块还包括：下位机数据处理电路，

7.根据权利要求1所述的运载航天器通用化供电控制装置，其特征在于，所述电池管理单元通过非隔离降压buck电路对锂电池组进行充电控制，具有边充边用、单独充电和单独放电三种工作模式。

8.根据权利要求4所述的运载航天器通用化供电控制装置，其特征在于，地面供电接入开关k1和电池接入仪器母线开关k2串联二极管。

9.根据权利要求5所述的运载航天器通用化供电控制装置，其特征在于，地面供电接入开关k1、电池接入仪器母线开关k2和电池接入火工母线k3均配备自锁保持电路及驱动电路。

10.根据权利要求1所述的运载航天器通用化供电控制装置，其特征在于，箭上供电单元包括：二次电源供电电路，二次电源供电电路的输入端与地面充电接口和箭上仪器母线电连接，输出端与下位机数据处理电路电连接。

技术总结
本申请提供一种运载航天器通用化供电控制装置，该供电控制装置连接地面电源和箭上母线，该供电控制装置包括：电池组和管理控制模块，地面电源，用于为电池组充电、加温以及为箭上母线供电；锂电池组和管理控制模块通过通用连接器连接，实现电池组与管理控制模块之间的功率传输和信号采集；管理控制模块包括：电池管理单元和箭上供电单元；电池管理单元，用于电池组的充电管理、电池接入、保护以及地面对电池组的遥测遥控。本申请能够同时向箭上提供仪器和火工两条母线输出，减少了箭上设备种类和复杂度。该装置通用性好，接口简单，可广泛适应不同型号箭上或不同舱段的箭上的多种供电需求，同时又能够简化测试过程中地面充电操作流程。

技术研发人员：谢晨,戎旭政,孙明伟
受保护的技术使用者：广州中科宇航探索技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17