一种用于可回收航天器电池组的着水短路智能保护系统的制作方法

本发明涉及一种用于可回收航天器电池组的着水短路智能保护系统，属于航空航天安全，用于实现可回收航天器在海面溅落时，防止其电池组因海水侵入而发生短路故障。

背景技术：

1、可回收航天器海面溅落时，电池组面临海水侵入导致短路的风险。高速着水冲击可能损伤电池仓密封结构。仓体着水后部分浸入海水，海水可能渗入仓内，引起电池组电气短路。现有密封设计通常为静态结构，冲击发生后密封性能下降。保护电路多采用集中式熔断器，短路发生后会切断整个电池系统，导致飞行器丧失全部电力。现有技术无法实现短路发生前预警及短路发生后局部隔离。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于可回收航天器电池组的着水短路智能保护系统，解决着水后电池组因海水侵入可能引发的短路安全问题，实现风险预警、故障快速隔离和系统供电维持。

2、本发明的技术解决方案是：

3、一种用于可回收航天器电池组的着水短路智能保护系统，包括：动态密封与压力管理子系统、多模态信息融合预警子系统和故障处理子系统；

4、动态密封与压力管理子系统包括形状记忆聚合物密封条和智能压力平衡阀，形状记忆聚合物密封条安装在电池仓盖与电池仓体的法兰接合面槽内，用于在着水后增强电池仓密封；智能压力平衡阀安装在电池仓内部侧壁，智能压力平衡阀内部装有分子筛干燥剂，用于平衡电池仓内外压差、保持电池仓内部环境干燥；

5、多模态信息融合预警子系统用于评估电池组的短路风险，包括传感器阵列和ai诊断模块；传感器阵列用于采集绝缘电阻、电池电压、电池仓内湿度和可回收航天器姿态数据；ai诊断模块接收传感器阵列采集的数据，通过分析绝缘电阻下降速率、倾斜姿态下的湿度分布，输出电池仓内各区域的短路风险概率，实现早期预警；

6、故障处理子系统用于执行故障隔离和系统供电重构，包括区域自治单元和中央协调单元；

7、区域自治单元集成在每个电池单元中，包括智能从节点和微型爆炸熔断器；通过智能从节点持续监测本电池单元的输出电流，当监测到电流变化率超过预设阈值时，即发生短路，智能从节点驱动本电池单元的微型爆炸熔断器动作，实现故障区域物理断开，同时输出故障隔离信号给主控制器；

8、中央协调单元包括主控制器和固态功率开关矩阵；主控制器通过can总线与所有智能从节点及ai诊断模块通信；主控制器内存储有供电网络重构逻辑表；当主控制器收到任一区域自治单元的故障隔离信号，或收到ai诊断模块的高风险预警时，主控制器根据供电网络重构逻辑表向固态功率开关矩阵发出指令，改变开关组合，将发生故障的电池单元从主供电回路中隔离，保证非故障区域的继续供电。

9、进一步的，所述形状记忆聚合物密封条相变温度为70℃；当可回收航天器上设置的着水冲击传感器信号确认着水冲击过程结束，航天器中央控制器向形状记忆聚合物密封条通电加热，使其温度在60秒内升至75℃，发生膨胀，填充密封面间隙，实现冲击后二次增强密封。

10、进一步的，当电池仓内外压差超过500pa时，智能压力平衡阀的阀门膜片开启以实现快速压力平衡；在常态下，智能压力平衡阀依靠弹簧力维持微小开度，允许电池仓内气体以每分钟不大于0.5升的流量向外缓慢排出，在漂浮阶段维持仓内正压干燥环境。

11、进一步的，所述传感器阵列包括：绝缘电阻监测仪，用于检测电池组高压回路与电池仓金属壳体之间的绝缘完整性；绝缘电阻监测仪三个端子分别连接到电池组总正极p+、电池组总负极n-、电池仓金属壳体gnd；需要监测的绝缘电阻包括：电池组总正极p+与电池仓金属壳体gnd之间的电阻、电池组总负极n-与电池仓金属壳体gnd之间的电阻；

12、电压采集模块，连接至各电池单元，采集电压信号；

13、数字湿度传感器，分布于电池仓内四个角落，采集湿度信号；

14、微机械imu，提供可回收航天器姿态数据，包括横滚角与俯仰角数据。

15、进一步的，ai诊断模块以微控制器为核心，内置经过训练的神经网络算法；该神经网络算法每秒钟执行一次，其输入特征向量包括：绝缘电阻值及其过去3秒内的变化率、四个数字湿度传感器的读数、横滚角与俯仰角；

16、该神经网络算法输出为每个电池单元对应的风险概率值，风险概率值在0至1之间；当某个电池单元的风险概率值连续2个周期均超过0.7时，判定为高风险，向主控制器发送高风险预警信号及电池单元编号。

17、进一步的，通过神经网络算法得到风险概率值，具体为：使用历史数据训练一个神经网络模型，从当前时刻的多维特征中识别出与历史故障前兆相似的模式，从而得到风险概率值；所述历史数据包括正常状态、绝缘劣化过程、直至短路发生前一刻的数据。

18、进一步的，智能从节点内设定电流变化率阈值为1×105a/s，当监测到电流变化率超过该阈值时，智能从节点在50微秒内驱动微型爆炸熔断器动作。

19、进一步的，当主控制器收到任一区域自治单元的故障隔离信号，或收到ai诊断模块的高风险预警时，在200毫秒内，向固态功率开关矩阵发出指令改变开关组合。

20、进一步的，固态功率开关矩阵由多个大功率mosfet开关组成，其拓扑结构支持至少一条冗余供电路径。

21、第二方面，本发明提出一种基于所述着水短路智能保护系统实现的着水短路智能保护方法，包括：

22、s1：可回收航天器着水后，动态密封与压力管理子系统启动，增强密封并维持电池仓内正压、干燥；

23、s2：多模态信息融合预警子系统持续运行，评估短路风险，并在识别到高风险时发出预警；

24、s3：若电池单元发生短路，对应该电池单元的区域自治单元立即动作，实现本地隔离；

25、s4：故障处理子系统的中央协调单元接收到隔离或预警信号后，执行供电网络重构，保障非故障区域供电。

26、本发明与现有技术相比的有益效果是：

27、（1）本发明通过动态密封设计，提升了着水冲击后的长期密封可靠性。通过多模态信息融合分析，能够对短路风险进行早期预警。通过区域自治单元，实现了故障点的微秒级快速隔离。通过控制固态功率开关矩阵，实现了供电网络重构，在隔离故障后能维持系统部分供电功能。

28、（2）本发明在电池仓关键缝隙处设置有形状记忆聚合物密封条和加热触发电路，当传感器检测到着水冲击过载结束后，主控制器启动加热，使密封条产生预设形变，实现冲击后二次增强密封。同时，系统集成智能压力平衡阀，阀内集成干燥剂，在着水瞬间快速平衡仓内外压差，并在漂浮阶段维持仓内正压，保持内部环境干燥。

29、（3）本发明多模态信息融合预警子系统用于评估电池组的短路风险，包括传感器阵列与ai诊断模块。传感器阵列用于采集绝缘电阻、电池电压、仓内湿度和飞行器姿态数据。ai诊断模块接收传感器数据，通过分析绝缘电阻下降速率、倾斜姿态下的湿度分布，输出电池组内各区域的短路风险概率，实现早期预警。

1.一种用于可回收航天器电池组的着水短路智能保护系统，其特征在于，包括：动态密封与压力管理子系统（100）、多模态信息融合预警子系统（200）和故障处理子系统（300）；

2.根据权利要求1所述的一种用于可回收航天器电池组的着水短路智能保护系统，其特征在于：所述形状记忆聚合物密封条（101）相变温度为70℃；当可回收航天器上设置的着水冲击传感器信号确认着水冲击过程结束，航天器中央控制器向形状记忆聚合物密封条（101）通电加热，使其温度在60秒内升至75℃，发生膨胀，填充密封面间隙，实现冲击后二次增强密封。

3.根据权利要求1所述的一种用于可回收航天器电池组的着水短路智能保护系统，其特征在于：当电池仓内外压差超过500pa时，智能压力平衡阀（102）的阀门膜片开启以实现快速压力平衡；在常态下，智能压力平衡阀（102）依靠弹簧力维持微小开度，允许电池仓内气体以每分钟不大于0.5升的流量向外缓慢排出，在漂浮阶段维持仓内正压干燥环境。

4.根据权利要求1所述的一种用于可回收航天器电池组的着水短路智能保护系统，其特征在于：所述传感器阵列（201）包括：绝缘电阻监测仪，用于检测电池组高压回路与电池仓金属壳体之间的绝缘完整性；绝缘电阻监测仪三个端子分别连接到电池组总正极p+、电池组总负极n-、电池仓金属壳体gnd；需要监测的绝缘电阻包括：电池组总正极p+与电池仓金属壳体gnd之间的电阻、电池组总负极n-与电池仓金属壳体gnd之间的电阻；

5.根据权利要求4所述的一种用于可回收航天器电池组的着水短路智能保护系统，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种用于可回收航天器电池组的着水短路智能保护系统，其特征在于：通过神经网络算法得到风险概率值，具体为：使用历史数据训练一个神经网络模型，从当前时刻的多维特征中识别出与历史故障前兆相似的模式，从而得到风险概率值；所述历史数据包括正常状态、绝缘劣化过程、直至短路发生前一刻的数据。

7.根据权利要求1所述的一种用于可回收航天器电池组的着水短路智能保护系统，其特征在于：智能从节点内设定电流变化率阈值为1×105a/s，当监测到电流变化率超过该阈值时，智能从节点在50微秒内驱动微型爆炸熔断器动作。

8.根据权利要求1所述的一种用于可回收航天器电池组的着水短路智能保护系统，其特征在于：当主控制器收到任一区域自治单元（301）的故障隔离信号，或收到ai诊断模块的高风险预警时，在200毫秒内，向固态功率开关矩阵发出指令改变开关组合。

9.根据权利要求8所述的一种用于可回收航天器电池组的着水短路智能保护系统，其特征在于：固态功率开关矩阵由多个大功率mosfet开关组成，其拓扑结构支持至少一条冗余供电路径。

10.一种基于权利要求1-9中任一项所述着水短路智能保护系统实现的着水短路智能保护方法，其特征在于，包括：