一种航天高可靠充放电电路的制作方法

1.本发明涉及空间电源技术领域，具体涉及一种航天高可靠充放电电路。


背景技术：

2.在航天供电系统中，蓄电池组作为重要的储能装置，在航天器的发射段、任务段、阴影期通过放电为航天器提供电能。充放电电路作为蓄电池的通路，在保障蓄电池组的正常功能起着至关重要的作用。目前，航天系统中常用的充放电电路有全调节模式和不调节模式。其中全调节模式需要相应的调节电路，其体积和重量可能会占到整个电源控制器的1/3～1/2，其优势在于电压点固定，在航天器负载对母线电压要求比较高且体积重量有富余的航天器可选择。但对于大多数的航天器而言，减小体积和重量是非常重要的，而不调节的充放电电路可以通过开关和二极管的组合达到蓄电池的充放电功能，能够大大减小控制器的体积和重量。
3.本发明针对上述的蓄电池充放电问题，提出了一种航天高可靠充放电电路。通过继电器来实现两种充电模式和两种放电模式的切换，能够满足最大80a放电和18a充电的需求。通过二极管、继电器和mos管的合理配置实现充放电电路的高可靠性。本发明适合长寿命、功率密度要求高的航天器。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种航天高可靠充放电电路，通过二极管、继电器和mos管的合理配置，解决了大电流充放电的需求，高可靠的电路设计能够符合航天的特点。
5.为了达到上述的目的，本发明提供一种航天高可靠充放电电路，包括：隔离二极管11、隔离二极管22、放电开关3、蓄电池组4、充电切换开关5、隔离二极管36、采样电阻7和充电开关8；
6.所述隔离二极管11一端连接低压母线，一端连接隔离二极管22和充电切换开关5的2端口；
7.所述隔离二极管22一端连接隔离二极管11和充电切换开关5的2端口，一端连接放电开关3的3端口；
8.所述放电开关3一端连接蓄电池组4正端，一端连接隔离二极管22，还有一端连接采样电阻7和充电开关8的d端；
9.所述蓄电池组4正端连接放电开关3的1端口和充电开关8的s端，负端连接低压母线-，一端连接隔离二极管22，还有一端连接采样电阻7和充电开关8的d端；
10.所述充电切换开关5一端连接低压母线 ，一端连接隔离二极管22和隔离二极管11，还有一端连接隔离二极管36；
11.所述隔离二极管33一端连接充电切换开关5的3端口，一端连接采样电阻7；
12.所述采样电阻7一端连接隔离二极管33，一端连接充电开关8的s端和放电开关3的2端口；
13.所述充电开关8一端连接蓄电池组4正端，一端连接采样电阻7和放电开关3的2端口。
14.上述一种航天高可靠充放电电路，其中，所述隔离二极管11包含6个功率二极管，当某一个二极管开路时，电流从其他5个二极管通过，不影响其放电功能；当某一个二极管短路时，由于隔离二极管22的存在，依旧能够限制电流的流向。
15.上述一种航天高可靠充放电电路，其中，所述隔离二极管22包含10个功率二极管，当某一个二极管开路时，电流从其他9个二极管通过，不影响其放电功能；当某一个二极管短路时，由于充电切换开关5可以切换至充电状态，依旧不影响放电通路的单向导通性。
16.上述一种航天高可靠充放电电路，其中，所述放电开关3包含2个继电器，当某一个继电器发生触点粘连，处于常通时，由于正常情况下放电通常通时不影响探测器状态，所以没有影响；当处于常断时，由于单个继电器已经能够满足电流需求，所以不影响蓄电池组正常放电。
17.上述一种航天高可靠充放电电路，其中，所述充电切换开关5包含2个继电器，当某一个继电器发生触点粘连，处于常通时，由于充电通路由充电切换开关5、充电开关8或者放电开关3一起决定，只要充电开关8断开，且放电开关3处于放电状态，就没有影响；当处于常断时，由于单个继电器已经能够满足电流需求，所以不影响蓄电池组正常充电。
18.上述一种航天高可靠充放电电路，其中，所述隔离二极管36包含6个功率二极管，6个功率二极管的分布为三并两串，功率二极管的短路和开路不影响充电通路的单向导通性。
19.上述一种航天高可靠充放电电路，其中，所述采样电阻7包含5个采样电阻，当某一个电阻发生开路时，采样电阻上的压降会增加20％，相应的充电电流值会减小20％，影响不大；
20.所述的充电开关8包含3个mos管，当某一个mos管发生开路时，电流可以从其他两个mos管走，影响不大；当某一个mos管发生短路时，将充电切换开关5切换至放电模式，即可断开充电模式，防止蓄电池浮充。
21.上述一种航天高可靠充放电电路，其中，所述包括两条通路：放电通路和充电通路，其中放电通路能为低压母线提供最大80a的电流，充电通路能给蓄电池组提供最大18a的充电电流。
22.上述一种航天高可靠充放电电路，其中，所述放电通路存在两条，一条为小电流放电通路，一条为大电流放电通路；
23.所述小电流放电通路为蓄电池组4
→
放电开关3
→
隔离二极管22
→
隔离二极管11
→
低压母线 ；
24.所述大电流放电通路为蓄电池组4
→
放电开关3
→
隔离二极管22
→
充电切换开关5
→
低压母线 。
25.上述一种航天高可靠充放电电路，其中，所述充电通路存在两条，一条常规充电通路，一条为过放充电通路；
26.所述常规充电通路为低压母线
→
充电切换开关5
→
隔离二极管36
→
采样电阻7
→
充电开关8
→
蓄电池组4；
27.所述过放充电通路为低压母线
→
充电切换开关5
→
隔离二极管36
→
采样电阻7
→
放电开关3
→
蓄电池组4。
28.与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：
29.(1)本发明针对航天供电系统大功率放电的需求，通过采用继电器、二极管和mos管合理配置的不调节模式，实现了蓄电池大电流充放电需求。大大降低了电路的体积和重量。
30.(2)本发明在可靠性的设计上能够满足航天的一重故障保功能的可靠性需求。充放电电路的任何器件发生故障的情况下，依旧能够保证电池正常进行充放电。
附图说明
31.本发明的一种航天高可靠充放电电路由以下的实施例及附图给出。
32.图1为本发明拓扑示意图。
33.其中，1-隔离二极管1、2-隔离二极管2、3-放电开关、4-蓄电池组、5-充电切换开关、6-隔离二极管3、7-采样电阻、8-充电开关。
具体实施方式
34.以下将结合附图对本发明的一种航天高可靠充放电电路作进一步的详细描述。
35.本发明的技术解决方案是：一种航天高可靠充放电电路，包括隔离二极管11、隔离二极管22、放电开关3、蓄电池组4、充电切换开关5、隔离二极管36、采样电阻7和充电开关8。
36.包括两条通路：放电通路和充电通路。其中放电通路可以为低压母线提供最大80a的电流；充电通路可以给蓄电池组提供最大18a的充电电流。
37.通过器件的合理配置该电路在充放电通路上的任何器件发生一重故障的情况下，依旧能够保证充放电电路的电路功能，具有高可靠性。
38.隔离二极管11包含6个二极管，一端连接低压母线，一端连接隔离二极管22和充电切换开关5的2端口，作用在于限制了放电电流从蓄电池流向低压母线，用于小电流放电；
39.隔离二极管22包含10个二极管，一端连接隔离二极管11和充电切换开关5的2端口，一端连接放电开关的3端口，作用在于限制了放电电流从蓄电池流向低压母线，所有放电电流都会通过过隔离二极管22。
40.放电开关3包含2个继电器，一端连接蓄电池组正端，一端连接隔离二极管22，还有一端连接采样电阻7和充电开关8的d端，其作用一方面在于选择是否进入放电状态，另一方面可以在特殊情况下提供充电通路；
41.蓄电池组4，正端连接放电开关3的1端口和充电开关8的s端，负端连接低压母线-。端连接隔离二极管22，还有一端连接采样电阻和充电开关8的d端，其作用在于低压母线功率充足时存储能量，低压母线功率不足时释放电能；
42.充电切换开关5包含2个继电器，一端连接低压母线 ，一端连接隔离二极管22和隔离二极管11，还有一端连接隔离二极管36，其作用一方面在于可以选通放电通路或者充电通路；
43.隔离二极管33包含6个二级管，一端连接充电切换开关5的3端口，一端连接采样电阻7，其作用在于限制了电流从低压母线流向蓄电池；
44.采样电阻7，一端连接隔离二极管33，一端连接充电开关8的s端和放电开关3的2端
口，作用在于可以通过采样电阻两端的压降解算得到充电电流；
45.充电开关8，一端连接蓄电池组正端，一端连接采样电阻7和放电开关3的2端口，其作用选择是否进入充电状态。
46.放电通路存在两条，一条为小电流放电通路，一条为大电流放电通路；
47.小电流放电通路为蓄电池组4
→
放电开关3
→
隔离二极管22
→
隔离二极管11
→
低压母线 ；
48.大电流放电通路为蓄电池组4
→
放电开关3
→
隔离二极管22
→
充电切换开关5
→
低压母线 ；
49.充电通路存在两条，一条常规充电通路，一条为过放充电通路；
50.常规充电通路为低压母线
→
充电切换开关5
→
隔离二极管36
→
采样电阻7
→
充电开关8
→
蓄电池组4；
51.过放充电通路为低压母线
→
充电切换开关5
→
隔离二极管36
→
采样电阻7
→
放电开关3
→
蓄电池组4；；
52.器件故障内容包括：隔离二极管11开路和短路、隔离二极管22开路和短路、放电开关3常断和常开、充电切换开关5常断和常开、隔离二极管36开路和短路、采样电阻7开路、充电开关8开路和短路。
53.隔离二极管11共有6个功率二极管，当某一个二极管开路时，电流从其他5个二极管通过，不影响其放电功能；当某一个二极管短路时，由于隔离二极管22的存在，依旧能够限制电流的流向。
54.隔离二极管22共有10个功率二极管，当某一个二极管开路时，电流从其他9个二极管通过，不影响其放电功能；当某一个二极管短路时，由于充电切换开关5可以切换至充电状态，依旧不影响放电通路的单向导通性。
55.放电开关3共有2个继电器，当某一个继电器发生触点粘连，处于常通时，由于正常情况下放电通常通时不影响探测器状态，所以没有影响；当处于常断时，由于单个继电器已经能够满足电流需求，所以不影响蓄电池组正常放电。
56.充电切换开关5共有2个继电器，当某一个继电器发生触点粘连，处于常通时，由于充电通路由充电切换开关5、充电开关8或者放电开关3一起决定，只要充电开关8断开，且放电开关3处于放电状态，就没有影响；当处于常断时，由于单个继电器已经能够满足电流需求，所以不影响蓄电池组正常充电。
57.隔离二极管33共有6个功率二极管，6个功率二极管的分布为三并两串，功率二极管的短路和开路不影响充电通路的单向导通性。
58.采样电阻7共有5个采样电阻，当某一个电阻发生开路时，采样电阻上的压降会增加20％，相应的充电电流值会减小20％，影响不大。
59.充电开关8共有3个mos管，当某一个mos管发生开路时，电流可以从其他两个mos管走，影响不大；当某一个mos管发生短路时，将充电切换开关5切换至放电模式，即可断开充电模式，防止蓄电池浮充。