本發(fā)明涉及一種基于鋰離子蓄電池應(yīng)用的衛(wèi)星在軌自主管理方法，屬于衛(wèi)星能源安全模式設(shè)計(jì)和在軌自主管理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星一般由平臺和有效載荷兩大部分組成，衛(wèi)星有效載荷是指執(zhí)行衛(wèi)星任務(wù)的分系統(tǒng)，衛(wèi)星平臺是指支持有效載荷完成任務(wù)，保證衛(wèi)星正常運(yùn)行的各服務(wù)系統(tǒng)。通常情況下，衛(wèi)星平臺各分系統(tǒng)為常加電設(shè)備，且某些設(shè)備斷電會(huì)影響衛(wèi)星的在軌正常運(yùn)行；有效載荷為短期加電設(shè)備，即使是需要長期加電的有效載荷設(shè)備，一般正常斷電對衛(wèi)星的正常運(yùn)行和后續(xù)任務(wù)執(zhí)行沒有影響。

目前衛(wèi)星的電源系統(tǒng)一般為太陽電池陣—蓄電池組電源系統(tǒng)，衛(wèi)星繞地球一圈的時(shí)間為軌道周期，通常情況下軌道周期包括陰影時(shí)間和光照時(shí)間，陰影時(shí)間是指衛(wèi)星在軌道周期內(nèi)不受太陽光照射的時(shí)間，光照時(shí)間是指衛(wèi)星在軌道周期內(nèi)受太陽光照射的時(shí)間。在光照時(shí)間內(nèi)太陽電池陣受照發(fā)電，為衛(wèi)星用電設(shè)備提供能源，同時(shí)為蓄電池組充電；在陰影時(shí)間，蓄電池組放電為衛(wèi)星用電設(shè)備提供能源。每經(jīng)歷一個(gè)軌道周期，蓄電池組即經(jīng)歷一次充放電循環(huán)，隨著充放電循環(huán)次數(shù)的增加，蓄電池組荷電保持能力逐漸降低，即充電到同一個(gè)充電終壓后，放出同樣電量時(shí)，蓄電池組的放電終壓會(huì)逐漸降低。另外，蓄電池組的循環(huán)壽命與其每一個(gè)充放電循環(huán)內(nèi)的放電深度成反相關(guān)關(guān)系，為了延長其在軌使用壽命，需要對放電深度作出限制。蓄電池組放電時(shí)，其不同電壓下的荷電狀態(tài)與溫度相關(guān)，但衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)，一般能夠保證蓄電池組溫度長期處在其最佳工作溫度范圍內(nèi)，而在軌運(yùn)行時(shí)的充放電制度基本恒定，所以蓄電池組的電壓就能夠表征蓄電池組的荷電狀態(tài)。

目前具備高比功率特性的鋰離子蓄電池組已經(jīng)成為衛(wèi)星電源系統(tǒng)蓄電池組應(yīng)用的主流，但是鋰離子蓄電池組過放電時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響其壽命，甚至失效。所以衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)，一方面需要嚴(yán)格約束短期有效載荷設(shè)備的開機(jī)時(shí)間，使蓄電池組的放電深度在設(shè)計(jì)值以內(nèi)，保證蓄電池組的充放電循環(huán)壽命；并且要求衛(wèi)星各用電設(shè)備設(shè)計(jì)短路保護(hù)措施和故障切除措施，防止由于某用電設(shè)備發(fā)生短路故障時(shí)，鋰離子蓄電池組發(fā)生過放電，必要時(shí)需要斷開蓄電池組與衛(wèi)星供電母線的放電回路連接；另一方面，又希望盡可能的保證衛(wèi)星的正常在軌運(yùn)行和有效載荷的正常使用，即使衛(wèi)星發(fā)生故障，也能快速恢復(fù)正常狀態(tài)，有效載荷盡快能夠執(zhí)行任務(wù)。

以往型號衛(wèi)星的安全保護(hù)模式設(shè)計(jì)較為簡單，只有能夠使得衛(wèi)星進(jìn)入最小功耗模式的電源系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)和使蓄電池組與供電母線斷開的蓄電池組過放保護(hù)設(shè)計(jì)。這樣的設(shè)計(jì)有3個(gè)問題：(1)不能對蓄電池組的正常衰降引起的放電終壓降低進(jìn)行預(yù)警，有效載荷正常使用時(shí)，由于蓄電池組的性能衰降，使得蓄電池組電壓低于設(shè)計(jì)的電壓閾值，衛(wèi)星進(jìn)入最小功耗模式，影響有效載荷執(zhí)行任務(wù)；(2)針對蓄電池組電壓較低的情況不能進(jìn)行分級管理，不同電壓值給出不同的應(yīng)對策略，不能對蓄電池組電壓過低的情況進(jìn)行精細(xì)化自主管理，延長蓄電池組的使用壽命；(3)若由于某種衛(wèi)星故障導(dǎo)致蓄電池組發(fā)生過放，蓄電池組與衛(wèi)星供電母線斷開，衛(wèi)星在陰影時(shí)間斷電，發(fā)生此種狀況時(shí)，由于衛(wèi)星的姿態(tài)未知，進(jìn)入光照時(shí)間時(shí)可能出現(xiàn)太陽電池陣法線與太陽光垂直的情況，使其不能受照發(fā)電，導(dǎo)致衛(wèi)星失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題為：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于鋰離子蓄電池應(yīng)用的衛(wèi)星在軌自主管理方法，在保證衛(wèi)星能夠恢復(fù)正常狀態(tài)的情況下，保證電源系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

本發(fā)明技術(shù)解決方案為：一種基于鋰離子蓄電池應(yīng)用的衛(wèi)星在軌自主管理方法，設(shè)計(jì)蓄電池組電壓過低預(yù)警模式，以及當(dāng)前任務(wù)終止模式、最小功耗模式、對日定向模式、蓄電池組過放保護(hù)模式四種安全保護(hù)模式，每種模式確定相應(yīng)的蓄電池組電壓閾值，當(dāng)蓄電池組電壓低于某一模式的閾值后，衛(wèi)星進(jìn)入該模式對應(yīng)的自主應(yīng)急可恢復(fù)狀態(tài)，從而完成衛(wèi)星在軌自主管理；

其中當(dāng)前任務(wù)終止模式是指衛(wèi)星無短期有效載荷設(shè)備開機(jī)狀態(tài)；最小功耗模式是指衛(wèi)星關(guān)閉了所有非必要設(shè)備，運(yùn)行在非正常工作狀態(tài)，此狀態(tài)下能夠通過地面的干預(yù)恢復(fù)正常工作狀態(tài)和全部的功能；對日定向模式是指衛(wèi)星在最小功耗模式的前提下，開啟了對日定向模式所需的設(shè)備，衛(wèi)星姿態(tài)轉(zhuǎn)對日模式；蓄電池組過放保護(hù)模式是指為了保護(hù)蓄電池組，而使衛(wèi)星斷電進(jìn)入休眠狀態(tài)。

所述每種模式確定相應(yīng)的蓄電池組電壓閾值為：

(1)根據(jù)衛(wèi)星短期有效載荷的不同，一個(gè)軌道周期內(nèi)衛(wèi)星有多種工作模式，其中放電電量最多的工作模式稱為蓄電池組最惡劣工作模式，此模式下放出的電量記為Q₂，衛(wèi)星以蓄電池組最惡劣工作模式工作半年后，此模式下蓄電池組的放電終壓即可作為蓄電池組電壓過低預(yù)警模式的電壓閾值，此閾值可依據(jù)蓄電池組地面壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)給出；

(2)以蓄電池組電壓過低預(yù)警模式的電壓閾值為基準(zhǔn)，蓄電池組再放出Q₂的電量后的電壓值作為當(dāng)前任務(wù)終止模式的電壓閾值；

(3)衛(wèi)星在陰影區(qū)短期有效載荷不工作時(shí)的蓄電池組放電電量記為Q₃，以當(dāng)前任務(wù)終止模式的電壓閾值為基準(zhǔn)，蓄電池組再放出Q₃的電量后的電壓值作為當(dāng)前任務(wù)終止模式的電壓閾值；

(4)選擇單體電壓為2.7V的蓄電池組電壓V₅作為過放保護(hù)模式的電壓閾值，蓄電池組放電到V₅時(shí)，荷電狀態(tài)為0Ah；

(5)衛(wèi)星完成對日定向模式所需時(shí)間為T₁，單位為分鐘；陰影區(qū)時(shí)間為T₀，單位為分鐘；對日定向時(shí)衛(wèi)星負(fù)載功耗為P₁，則衛(wèi)星完成對日定向所需蓄電池組電量其中，k₁為放電調(diào)節(jié)器損耗，Q₁的單位為Ah，從蓄電池組全容量放電電壓曲線中查找蓄電池組荷電狀態(tài)為Q₁時(shí)的蓄電池組電壓值，作為對日定向模式的蓄電池組電壓閾值。

當(dāng)蓄電池組電壓低于某一模式的閾值后，衛(wèi)星進(jìn)入該模式對應(yīng)的自主應(yīng)急可恢復(fù)狀態(tài)為：

(1)設(shè)置蓄電池組電壓過低預(yù)警標(biāo)志，默認(rèn)為0，設(shè)置蓄電池組電壓過低預(yù)警的電壓閾值V₁，若當(dāng)前蓄電池組電壓v_battery<V₁，則認(rèn)為蓄電池組電壓過低，需要預(yù)警，將蓄電池組電壓過低預(yù)警標(biāo)志置位為1，蓄電池組電壓過低預(yù)警標(biāo)志需要遙控指令進(jìn)行清零，恢復(fù)默認(rèn)狀態(tài)；

(2)設(shè)置當(dāng)前任務(wù)終止模式標(biāo)志，默認(rèn)為0，蓄電池組電壓低于設(shè)定的當(dāng)前任務(wù)終止模式的電壓閾值V₂時(shí)，將當(dāng)前任務(wù)終止模式標(biāo)志置為1，安全指令序列1發(fā)出，關(guān)閉短期有效載荷的設(shè)備；

(3)設(shè)置最小功耗模式標(biāo)志，默認(rèn)為0，蓄電池組電壓低于設(shè)定的最小功耗模式的電壓閾值V₃時(shí)，將最小功耗模式標(biāo)志置為1，安全指令序列2發(fā)出，順序關(guān)閉所有非必要設(shè)備，衛(wèi)星進(jìn)入最小功耗模式；

(4)設(shè)置對日定向模式標(biāo)志，默認(rèn)為0，蓄電池組電壓低于設(shè)定的對日定向模式的電壓閾值V₄時(shí)，將對日定向模式標(biāo)志置為1，安全指令序列3發(fā)出，衛(wèi)星進(jìn)入對日定向模式，并關(guān)閉所有非必要設(shè)備；

(5)蓄電池組電壓低于設(shè)定的蓄電池組過放保護(hù)模式的電壓閾值V₅時(shí)，安全指令序列4發(fā)出，順序關(guān)閉所由可關(guān)閉設(shè)備，并發(fā)出蓄電池組放電開關(guān)斷開指令；

所述安全指令序列是指為使衛(wèi)星進(jìn)入相應(yīng)安全保護(hù)模式，而順序自主發(fā)出的一系列指令。

所述衛(wèi)星正常使用時(shí)，進(jìn)入蓄電池組電壓過低預(yù)警模式后，以當(dāng)前的衛(wèi)星在軌壽命和蓄電池組衰降情況為依據(jù)，查閱蓄電池組地面壽命試驗(yàn)等效于此在軌壽命時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，重選確定每種模式相應(yīng)的蓄電池組電壓閾值，完成在軌修改。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)設(shè)計(jì)了蓄電池組電壓過低預(yù)警功能，在由于蓄電池組性能衰降引起的放電終壓降低，接近設(shè)計(jì)的電壓閾值時(shí)進(jìn)行提前預(yù)警，在軌修改設(shè)計(jì)閾值，避免有效載荷的正常使用引起衛(wèi)星進(jìn)入最小功耗模式，影響衛(wèi)星的正常使用；

(2)將蓄電池組電壓過低的情況進(jìn)行分級管理，設(shè)計(jì)了當(dāng)前任務(wù)終止模式、最小功耗模式、對日定向模式、蓄電池組過放保護(hù)模式4種不同的電壓閾值，對應(yīng)衛(wèi)星進(jìn)入不同的自主應(yīng)急可恢復(fù)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，延長蓄電池組的使用壽命；

(3)設(shè)計(jì)使衛(wèi)星進(jìn)入對日定向模式的蓄電池組電壓閾值，使得衛(wèi)星由于某種故障而可能進(jìn)入蓄電池組過放保護(hù)模式，與供電母線斷開的情況時(shí)，衛(wèi)星提前進(jìn)入對日定向模式，使衛(wèi)星即使在陰影時(shí)間斷電，也能在進(jìn)入光照時(shí)間時(shí)太陽電池陣受照發(fā)電，衛(wèi)星恢復(fù)電力供應(yīng)，為故障恢復(fù)做準(zhǔn)備。

(4)根據(jù)蓄電池組全容量的放電電壓變化曲線，對不同模式下蓄電池組電壓閾值進(jìn)行了選擇，并確定了不同模式電壓閾值選擇原則。

附圖說明

圖1本發(fā)明的基本原理圖；

圖2本發(fā)明的能源安全模式判斷流程圖；

圖3本發(fā)明的4并7串額定容量80Ah鋰離子蓄電池組全容量放電曲線；

圖4本發(fā)明的額定容量10Ah單體全容量循環(huán)壽命曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的基本思路為：首先設(shè)計(jì)包括蓄電池組電壓過低預(yù)警模式在內(nèi)的5種模式，每種模式對應(yīng)不同危害程度下的蓄電池組電壓和衛(wèi)星不同的可恢復(fù)的自主應(yīng)急狀態(tài)；然后根據(jù)衛(wèi)星在軌蓄電池組的充放電電流大小情況確定蓄電池組全容量測試的充放電制度，得到全容量測試的放電電壓曲線；根據(jù)5種模式對應(yīng)的衛(wèi)星不同的狀態(tài)，確定蓄電池組電壓閾值的選擇原則；根據(jù)放電電壓曲線和電壓閾值選擇原則選擇各種模式下的電壓閾值。依據(jù)蓄電池組的性能衰降情況，隨著衛(wèi)星在軌壽命的增加，調(diào)整各個(gè)模式下的電壓閾值。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，

本發(fā)明的基本原理：

如圖1所示，在衛(wèi)星設(shè)計(jì)階段，根據(jù)衛(wèi)星的能源需求情況和有效載荷的工作模式，確定正常模式下蓄電池組的在軌運(yùn)行時(shí)的充放電電流大小，然后以此作為蓄電池組全容量測試的充放電制度，進(jìn)行全容量測試，得到放電電壓曲線；設(shè)計(jì)安全保護(hù)模式，確定不同模式下衛(wèi)星的狀態(tài)，以及蓄電池組電壓閾值的選取原則；根據(jù)放電電壓曲線和電壓閾值選取原則，選取不同模式下的蓄電池組電壓閾值。

衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)，依據(jù)安全保護(hù)模式設(shè)計(jì)和蓄電池組電壓閾值，進(jìn)行自主判斷，當(dāng)蓄電池組電壓低于某一閾值時(shí)，衛(wèi)星自主進(jìn)入相應(yīng)的應(yīng)急狀態(tài)。

正常情況下，衛(wèi)星發(fā)射時(shí)各安全保護(hù)模式下的蓄電池組電壓閾值按照蓄電池組壽命初期的放電電壓曲線選取，并留有一定余量。隨著衛(wèi)星在軌壽命增加，蓄電池組性能衰降，放電終壓逐漸降低，當(dāng)?shù)陀谛铍姵亟M電壓過低預(yù)警閾值V₁時(shí)，蓄電池組電壓過低預(yù)警標(biāo)志由默認(rèn)狀態(tài)的0置位為1；地面人員根據(jù)此預(yù)警，首先評估蓄電池組的性能衰降情況，并根據(jù)蓄電池組地面壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在軌調(diào)整各安全保護(hù)模式下的蓄電池組電壓閾值。

安全保護(hù)模式自主管理設(shè)計(jì)

如圖2所示，依據(jù)不同的蓄電池組電壓，根據(jù)其嚴(yán)重程度，分為五檔：

a)蓄電池組電壓過低預(yù)警模式

設(shè)置蓄電池組電壓過低預(yù)警標(biāo)志，默認(rèn)為0，設(shè)置蓄電池組電壓過低預(yù)警的電壓閾值V₁，若當(dāng)前蓄電池組電壓v_battery<V₁，則認(rèn)為蓄電池組電壓過低，需要預(yù)警，將蓄電池組電壓過低預(yù)警標(biāo)志置位為1，蓄電池組電壓過低預(yù)警標(biāo)志需要遙控指令進(jìn)行清零，恢復(fù)默認(rèn)狀態(tài)。

b)當(dāng)前任務(wù)終止模式

設(shè)置當(dāng)前任務(wù)終止模式標(biāo)志，默認(rèn)為0。設(shè)置安全指令序列1，其包含短期有效載荷的設(shè)備順序關(guān)機(jī)指令。

衛(wèi)星在陰影區(qū)內(nèi)短期有效載荷工作時(shí)，會(huì)增大蓄電池組在陰影區(qū)內(nèi)的放電電量，放電電壓也會(huì)更低。一般情況下，用戶使用說明會(huì)依據(jù)能源情況，對短期有效載荷的設(shè)備工作時(shí)間作出限制。若由于某種原因，地面誤操作或衛(wèi)星故障等，短期有效載荷工作時(shí)長超出了限制，使得蓄電池組電壓低于設(shè)定的當(dāng)前任務(wù)終止模式的蓄電池組電壓閾值V₂，則將當(dāng)前任務(wù)終止模式標(biāo)志置為1，安全指令序列1發(fā)出，順序關(guān)閉短期有效載荷設(shè)備。

當(dāng)前任務(wù)終止模式，設(shè)置使能功能，默認(rèn)為允許；當(dāng)前任務(wù)終止模式標(biāo)志需要遙控指令進(jìn)行清零，恢復(fù)默認(rèn)狀態(tài)。

c)最小功耗模式

設(shè)置最小功耗模式標(biāo)志，默認(rèn)為0。設(shè)置安全指令序列2，其包含短期有效載荷的設(shè)備順序關(guān)機(jī)指令，以及衛(wèi)星運(yùn)行在最小系統(tǒng)時(shí)的非必要設(shè)備的順序關(guān)機(jī)指令。最小系統(tǒng)是指衛(wèi)星運(yùn)行在非正常工作狀態(tài)，此狀態(tài)下能夠通過地面的干預(yù)恢復(fù)正常工作狀態(tài)，但已經(jīng)關(guān)閉了所有的非必要設(shè)備。

若由于某種原因，短期有效載荷工作時(shí)長超出了限制，或衛(wèi)星某設(shè)備故障增大了能源消耗，使得蓄電池組電壓低于設(shè)定的最小功耗模式的蓄電池組電壓閾值V₃，則將最小功耗模式標(biāo)志置為1，安全指令序列2發(fā)出，順序關(guān)閉所有非必要設(shè)備，衛(wèi)星進(jìn)入最小系統(tǒng)。

最小功耗模式，設(shè)置使能功能，默認(rèn)為禁止，當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入當(dāng)前任務(wù)終止模式時(shí)允許；最小功耗模式標(biāo)志需要遙控指令進(jìn)行清零，恢復(fù)默認(rèn)狀態(tài)。

d)對日定向模式

設(shè)置對日定向模式標(biāo)志，默認(rèn)為0。設(shè)置安全指令序列3，其包含衛(wèi)星進(jìn)入對日定向模式所需的所有指令，以及衛(wèi)星進(jìn)入最小系統(tǒng)時(shí)與衛(wèi)星對日定向模式無關(guān)的非必要設(shè)備的順序關(guān)機(jī)指令。

若由于某種原因，使得蓄電池組電壓低于設(shè)定的對日定向模式的蓄電池組電壓閾值V₄，則將對日定向模式標(biāo)志置為1，安全指令序列3發(fā)出，衛(wèi)星進(jìn)入對日定向模式，并關(guān)閉所有非必要設(shè)備。

對日定向模式，設(shè)置使能功能，默認(rèn)為禁止，當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入最小功耗模式時(shí)運(yùn)行；對日定向模式標(biāo)志需要遙控指令進(jìn)行清零，恢復(fù)默認(rèn)狀態(tài)。

e)蓄電池組過放保護(hù)模式

設(shè)置安全指令序列4，其包含衛(wèi)星順序關(guān)閉所由可關(guān)閉設(shè)備的所有指令，以及蓄電池組放電開關(guān)斷開指令。

若由于某種原因，使得蓄電池組電壓低于設(shè)定的蓄電池組過放保護(hù)模式的蓄電池組電壓閾值V₅，則安全指令序列4發(fā)出，順序關(guān)閉所由可關(guān)閉設(shè)備，斷開蓄電池組與供電母線的連接，不再放電供給衛(wèi)星的用電設(shè)備，衛(wèi)星斷電，進(jìn)入休眠模式。

上述中的安全指令序列是指為使衛(wèi)星進(jìn)入相應(yīng)安全保護(hù)模式，而順序自主發(fā)出的一系列指令。

蓄電池組放電電壓曲線

鋰離子蓄電池組的充電控制方式為恒流恒壓控制，即在太陽電池陣輸出功率足夠的情況下，首先以設(shè)計(jì)的最大電流進(jìn)行恒流充電，當(dāng)充電到設(shè)定的電壓門限時(shí)，開始恒壓充電，充電電流逐漸減少，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)計(jì)的充電終止電流門限值時(shí)，將充電電流設(shè)置為0，充電結(jié)束。蓄電池組在陰影區(qū)放電電流的大小與負(fù)載大小有關(guān)，當(dāng)陰影區(qū)短期有效載荷不工作時(shí)，負(fù)載功耗基本恒定，蓄電池組恒功率放電，隨著放電電壓的降低放電電流增大；當(dāng)陰影區(qū)短期有效載荷工作時(shí)，放電電流會(huì)隨著負(fù)載功耗的增大而增大。為留有一定余量，并為方便地面全容量測試試驗(yàn)，放電電流按最大短期有效載荷工作時(shí)的負(fù)載功耗設(shè)定。

按以上充放電制度，進(jìn)行蓄電池組的全容量測試，得到蓄電池組全容量測試的放電電壓曲線。如圖3為某衛(wèi)星4并7串額定容量80Ah的鋰離子蓄電池組以40A放電的全容量測試的放電電壓曲線。

蓄電池組電壓閾值的選取及選取原則

a)蓄電池組過放保護(hù)模式

由于蓄電池組過放電會(huì)對其性能產(chǎn)生損害，甚至失效，所以設(shè)計(jì)蓄電池組過放保護(hù)模式，保護(hù)蓄電池組不被過放電，但另一方面蓄電池組過放保護(hù)模式會(huì)使衛(wèi)星斷電，有極大風(fēng)險(xiǎn)，所以在保證蓄電池組不產(chǎn)生永久的性能損害，甚至失效的前提下，盡可能保證衛(wèi)星的供電。

如圖4所示，鋰離子蓄電池組進(jìn)行全容量壽命循環(huán)試驗(yàn)的曲線，由圖4中可以看出，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，蓄電池的容量逐漸降低，但是無論是第一次循環(huán)，還是第1800次循環(huán)，基本都在單體電壓為2.7V時(shí)，蓄電池組放出微小電量，蓄電池組電壓即急劇下降，容量基本為0，但性能沒有產(chǎn)生明顯降低或失效。所以選擇單體電壓為2.7V的蓄電池組電壓作為過放保護(hù)模式的電壓閾值，并假定蓄電池組放電到此閾值時(shí)，容量為0Ah。

b)對日定向模式

由于衛(wèi)星在陰影區(qū)蓄電池組持續(xù)放電，蓄電池組電壓持續(xù)降低才有可能進(jìn)入設(shè)計(jì)的安全保護(hù)模式，所以考慮衛(wèi)星由于蓄電池組電壓低于設(shè)定閾值而進(jìn)入對日定向模式發(fā)生在陰影區(qū)，此時(shí)衛(wèi)星不能見太陽，不能以太陽為參照物進(jìn)行對日定向，所以只能采用星敏感器等不以太陽為參照物的敏感器進(jìn)行對日定向，此時(shí)對日定向?qū)⑿枰^長時(shí)間。

對日定向模式的電壓閾值選擇原則為：從此電壓閾值到蓄電池組發(fā)生過放保護(hù)之前，蓄電池組有足夠的電量使衛(wèi)星能夠完全依靠蓄電池組供電的情況下完成對日定向。

假設(shè)衛(wèi)星完成對日定向模式所需時(shí)間為T₁，單位為分鐘；陰影區(qū)時(shí)間為T₀，單位為分鐘；對日定向時(shí)衛(wèi)星負(fù)載功耗為P₁?？紤]最惡劣情況，即衛(wèi)星在陰影區(qū)即將結(jié)束時(shí)蓄電池組電壓低于對日定向模式的蓄電池組電壓閾值，進(jìn)入對日定向模式；衛(wèi)星依靠星敏感器進(jìn)行對日定向，此過程的放電電壓u按照蓄電池組過放保護(hù)的閾值V₅進(jìn)行計(jì)算，則衛(wèi)星完成對日定向所需蓄電池組電量Q₁計(jì)算如下：

$Q_1=\frac{P_1(T_1+T_0)}{V_5\&CenterDot;k_1\&CenterDot;60}$

其中，k₁為放電調(diào)節(jié)器損耗，Q₁的單位為Ah。

從蓄電池組全容量放電電壓曲線中查找蓄電池組荷電狀態(tài)為Q₁時(shí)的蓄電池組電壓值，作為對日定向模式的蓄電池組電壓閾值。

隨著蓄電池組性能的逐漸衰降，相同的剩余容量Q₁，所對應(yīng)的放電電壓不同，所以對日定向模式的蓄電池組電壓閾值需要能夠在軌修改。

c)蓄電池組電壓過低預(yù)警模式

在蓄電池組電壓過低預(yù)警模式中，衛(wèi)星只將預(yù)警標(biāo)志位置位，不做任何其他操作，即此模式只作為其他各模式蓄電池組電壓閾值需要調(diào)整的提醒之用，而電壓閾值需要調(diào)整是由于蓄電池組的性能衰降造成的。所以該電壓閾值的選取與蓄電池組的性能衰降有關(guān)。

根據(jù)衛(wèi)星短期有效載荷的不同，一個(gè)軌道周期內(nèi)衛(wèi)星有多種工作模式，其中放電電量最多的工作模式稱為蓄電池組最惡劣工作模式，此模式下放出的電量記為Q₂，衛(wèi)星以蓄電池組最惡劣工作模式工作半年后，此模式下蓄電池組在陰影區(qū)結(jié)束時(shí)的放電終壓即可作為蓄電池組電壓過低預(yù)警模式的電壓閾值，此閾值可依據(jù)蓄電池組地面壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)給出。

d)當(dāng)前任務(wù)終止模式

在衛(wèi)星設(shè)計(jì)階段，會(huì)根據(jù)衛(wèi)星的能源情況給出衛(wèi)星短期載荷的使用約束，限定一個(gè)軌道周期內(nèi)各個(gè)短期載荷工作模式的工作時(shí)間，若超出了此約束，則會(huì)對衛(wèi)星電源系統(tǒng)產(chǎn)生影響。當(dāng)前任務(wù)終止模式的設(shè)置是為了當(dāng)短期有效載荷的工作時(shí)間超過了依據(jù)衛(wèi)星能源情況給出的時(shí)間限制時(shí)，衛(wèi)星自主關(guān)閉所有短期有效載荷。

為了留有一定余量，依據(jù)放電電壓曲線，以蓄電池組電壓過低預(yù)警模式的電壓閾值為基準(zhǔn)，蓄電池組再放出Q₂的電量后的電壓值作為當(dāng)前任務(wù)終止模式的電壓閾值。

e)最小功耗模式

當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入當(dāng)前任務(wù)終止模式后，短期有效載荷關(guān)閉?？紤]最惡劣情況，即衛(wèi)星在關(guān)閉了短期有效載荷后，進(jìn)入陰影區(qū)，蓄電池組繼續(xù)放電，經(jīng)歷陰影區(qū)后再進(jìn)入陽照區(qū)開始充電。。

衛(wèi)星在陰影區(qū)短期有效載荷不工作時(shí)的蓄電池組放電電量記為Q₃。

為了留有一定余量，依據(jù)放電電壓曲線，以當(dāng)前任務(wù)終止模式的電壓閾值為基準(zhǔn)，蓄電池組再放出Q₃的電量后的電壓值作為當(dāng)前任務(wù)終止模式的電壓閾值。

電壓閾值的在軌修改

當(dāng)蓄電池組電壓過低預(yù)警后，即表示由于蓄電池組的性能衰降，各個(gè)安全保護(hù)模式的電壓閾值已經(jīng)不適合當(dāng)前的蓄電池組狀態(tài)，會(huì)造成衛(wèi)星正常使用而進(jìn)入安全保護(hù)模式，需要調(diào)整各個(gè)模式的電壓閾值。以當(dāng)前的衛(wèi)星在軌壽命和蓄電池組衰降情況為依據(jù)，查閱蓄電池組地面壽命試驗(yàn)等效于此在軌壽命時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)更新蓄電池組放電電壓曲線，按照上述原則，重選選取各模式電壓閾值，在軌修改。

總之，本發(fā)明設(shè)計(jì)蓄電池組電壓過低預(yù)警功能，對蓄電池組性能衰降引起的放電終壓降低提前預(yù)警，在軌修改設(shè)計(jì)閾值，避免有效載荷的正常使用引起衛(wèi)星進(jìn)入最小功耗模式；將蓄電池組電壓過低的情況進(jìn)行分級管理，設(shè)計(jì)不同的電壓閾值，對應(yīng)衛(wèi)星進(jìn)入不同的自主應(yīng)急可恢復(fù)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理；設(shè)計(jì)使衛(wèi)星進(jìn)入對日定向的安全保護(hù)模式，使得衛(wèi)星由于某種故障而可能使蓄電池組與供電母線斷開時(shí)，衛(wèi)星提前進(jìn)入對日定向模式，避免衛(wèi)星太陽電池陣不受照導(dǎo)致衛(wèi)星失效。

本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。