一种柔性太阳电池阵电传输解决方案

柔性太阳电池阵由于其质量轻、收拢体积小、可重复展收等特点,具有极大的创新性和前瞻性,是目前和今后极具竞争力的太阳电池阵构型。针对目前柔性太阳电池阵收拢和折叠特性,传统电缆束和电连接器已经不再适用,急需寻找一种新型薄型结构电传输解决方案。提出了一种柔性电缆电传输方案,这种柔性电缆具有传输功率大、质量轻、收拢体积小、可折叠等特点,非常适合作为大面积、大功率的柔性太阳阵电传输的主方式,可为未来新型太阳电池阵的设计提供新方向、设计参考和技术支撑。

空间柔性太阳电池阵发展现状及趋势

从3个方面分析空间柔性太阳电池阵的发展现状,包括折叠式、卷绕式柔性太阳电池阵总体构型的发展历程;铰接桁架式、折纸式、充气式、形状记忆材料、薄壁管状及圆周展开机构6种伸展机构的特点及应用情况;硅电池片、砷化镓电池片、柔性薄膜电池片及聚光太阳电池片等常用电池片材料性能的发展现状。指出面对未来空间柔性太阳电池阵大尺寸、高功率、模块化的发展需求,采用薄壁管状伸展臂及多结砷化镓薄膜电池片的卷绕式柔性太阳电池阵在质量、功率、收拢体积及成本上达成了较好的平衡,是未来的发展趋势,在此基础上,对未来空间柔性太阳电池阵重点研究方向进行了展望。

框架型柔性太阳电池阵展开机构动力学分析

利用Kane法多体动力学基本理论,建立适用于空间框架型多模块柔性太阳电池阵的展开机构多体系统动力学模型,进行了框架型电池阵展开机构的展开方式和展开过程的仿真分析,并与ADAMS软件计算结果进行了对比,获得了机构组成部件在展开过程中的几何位置、速度、加速度等动力学特性,分析了框架展开机构各个铰接点受力的作用规律。结果表明:Kane法模型计算得到的单模块框架展开机构根铰转动规律与ADAMS分析结果基本相同,说明了Kane法建模的有效性和正确性;对于4模块框架展开机构,距离框架根部固定点越远的铰接点,其线速度和线加速度曲线在框架展开末期变化幅值越大;中间铰接点在展开初始状态所受的垂直于展开平面的作用力最大,在展开过程中逐渐减小;合理控制框架展开机构各运动部件的驱动力矩是保证框架按照确定规律展开的必要条件。研究结果可为空间框架型柔性太阳电池阵展开机构设计提供参考。

柔性太阳电池阵力学特性分析与试验研究

柔性太阳电池阵具有质量轻,刚度小,其受力特性与传统刚性太阳电池阵有很大区别。通过对柔性太阳电池电路发电单元的结构及力学特性分析,并借助于试验技术对柔性电池电路的力学特性进行研究,为柔性太阳电池阵的工程化应用起到积极的意义。

柔性太阳电池阵的热-结构耦合分析

采用有限元与差分组合迭代的方法,完成了柔性大面积太阳阵热-结构耦合动响应的分析工作.其中热流及温度场计算从热平衡方程出发对时间域做有限差分展开,结构动响应计算从平衡方程出发,采用Wilson-θ法,并且在时间差分上采取了相同的形式.在每一个时间步长内将结构的热流、温度、结构刚度、温度应力及位移等的计算有机地组合在一起,形成一套完整的带有连续干扰载荷的动响应计算程序系统.最后对哈勃望远镜柔性太阳阵的热-结构耦合动响应进行了计算,并且与解析结果进行了对比[1],说明了给出的理论和研制的计算程序的正确性.

空间柔性太阳电池阵用隔离二极管热分析

空间柔性太阳电池阵用隔离二极管是专为空间柔性太阳电池阵电池电路设计的,用于电路间隔离的器件,安装在每个单串电路的正极输出端位置,以避免由于太阳电池阵中某串电路发生短路引起所在分流电路其它电池串功率损失,起到故障隔离作用。通过开展仿真分析结合试验验证工作,验证了隔离二极管产品设计状态的合理性及环境适应性,为后续太阳电池阵的设计提供了数据支持。

空间站大面积柔性太阳电池阵模块化水平装配技术研究

与我国现有航天器的刚性、半刚性电池阵相比,空间站柔性太阳电池阵有颠覆性的制造及装配技术状态变化。根据产品结构特点,本文提出水平装配工艺方法,设计了基于并行同步控制系统的模块化水平装配平台,并分析了平台翻转过程中的运动特性。完成阵面装配和翻转垂直试验,结果表明,模块化水平装配技术可以满足柔性太阳电池阵的装配要求。

石墨烯膜实现超高压太阳电池阵的静电防护

针对空间电站太阳电池阵容易在超高压工作下出现静电损伤的问题,通过研制具备高透过率和导电性的石墨烯透明导电膜,实现了全柔性太阳电池组件表面零电位,达到静电泄放的目的。在750 V串间高压的试验条件下,石墨烯膜封装的全柔性太阳电池组件未出现放电现象,电性能未发生变化,证明了石墨烯膜在超高压条件下的静电防护能力。

薄膜柔性基板与刚性太阳电池电路匹配性设计及验证

空间用太阳电池阵根据基板的类型分为刚性太阳电池阵、半刚性太阳电池阵、柔性太阳电池阵。针对折叠式柔性太阳电池阵柔性基板易变形的特点,提出了一种基于柔性基板与刚性太阳电池匹配性设计及验证方法。该方法通过对柔性太阳电池阵各层的热变形进行仿真计算,得出地面环境模拟验证试验的输入条件并据此开展试验验证,从而实现基板与电池匹配性设计及验证。

月球科研站未来太阳电池阵设想

随着我国发布国际月球科研站项目,能源系统的需求逐渐清晰。太阳电池阵作为能源系统的重要组成部分,其性能指标尤其是体积比功率要求将越来越高。目前国内外航天器上应用最多的刚性或半刚性太阳电池阵的质量及收拢体积难以满足任务要求。因此,迫切需要开展高效轻质大面积太阳电池阵的技术研究,在满足大功率的前提下,减轻质量,减小收拢体积,对比分析了扇形展开式和卷绕展开式柔性太阳电池阵的优劣,针对科研站建设的不同时期给出了选用意向,并给出了下一步技术攻关方向,为我国未来月球科研站太阳电池阵的发展,起到有效的支撑和促进作用。

空间太阳电池阵技术现状及发展趋势

在对空间太阳电池阵发展及应用情况进行回顾的基础上,总结了刚性、半刚性、柔性太阳电池阵的技术特点及工程应用情况。传统刚性、半刚性太阳电池阵质量比功率及体积比功率较低,无法满足未来航天任务对太阳电池阵轻质量、小收纳体积的需求。采用柔性电池、柔性基板及柔性伸展机构的全柔性太阳电池阵,质量比功率预计可达200 W/kg以上,体积比功率可达40 kW/m^3以上,较传统太阳电池阵有大幅提升,是未来空间用太阳电池阵的重要发展方向。基于未来应用需求及国内外技术现状,对全柔性太阳电池阵亟待解决的柔性电连接、柔性组件封装、高性能伸展机构等关键技术进行了分析,提出了可行的技术攻关方案,为后续全柔性太阳电池阵的研制及应用提供参考。

空间站柔性太阳翼电池电路部分设计初探

针对空间站的任务需求,提出了空间站太阳翼应用柔性三结砷化镓太阳电池阵技术的设想,介绍了目前国外柔性太阳电池阵的应用情况,并进行了柔性三结砷化镓太阳电池阵电池电路部分关键环节的初步设计,初步证明了该项技术的可行性及合理性。

柔性太阳阵编织电缆与互连片焊接质量分析

柔性太阳电池阵使用编织电缆实现电池电路的功率汇流,文中针对编织电缆与太阳电池互连片的高可靠连接需求,在充分开展电阻对焊工艺研究基础上,进行了铜镀银编织电缆与银镀金互连片的焊接质量研究。通过对点焊接头的强度测试分析、焊点区域微观形貌及原子扩散分析,证明该焊接方法可获得良好的焊接接头,结合高低温热疲劳加速考核试验后的焊点性能演变分析,对点焊接头质量及其抵抗热疲劳性能进行评估,验证了编织电缆与互连片电阻对焊工艺的可靠性。

LEO大面积柔性HVSA一次放电研究

在低地球轨道(LEO)中充满着高度稠密的电离层等离子体,在此环境中,高压太阳电池阵(HVSA)更容易发生静电放电,引起太阳电池和电路的性能衰降。在阐述一次放电机理的基础上,介绍了对采用防护措施的实验件进行一次放电损伤实验的情况。实验结果表明,在LEO上15年寿命中发生的一次放电不会对HVSA造成损伤。

考虑根铰间隙的空间框架展开机构动力学分析

利用Kane法多体动力学基本理论并考虑根铰间隙影响因素,建立适用于空间柔性太阳电池阵的多框架展开机构多体系统动力学模型,对框架展开机构的展开方式和展开过程进行仿真分析,获得了机构组成部件在展开过程中的几何位置、速度、加速度等动力学特性,分析了框架展开机构各个关节点运动特性、铰链间隙与外部驱动力的相互作用规律。结果表明:合理控制框架展开机构各运动部件的驱动力矩是保证框架按照确定规律展开的必要条件;根铰间隙对太阳电池阵框架展开机构角加速度影响较为明显,进而影响到展开框架展开过程的稳定性,对转角和角速度几乎没有影响;在进行空间太阳电池阵框架展开机构设计时应严格控制铰链轴间隙,并通过动力学仿真校核间隙对太阳电池阵展开过程的影响;研究结果为空间柔性太阳电池阵多模块框架展开机构设计提供指导。

电池与电池组

Y98-61387-679 9912871太阳能存储系统的峰值功率跟踪技术的对比研究=Comparative study of peak power tracking techniques forsolar storage system[会,英]/Hua,C.& Shen,C.//1998 IEEE 13th Applied Power Electronics Conference,Vol.2.—679～685(AG)