航天器太阳电池阵电性能测试技术

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1、第27卷第2期航天器环境工程20Ioq。4月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING153—m—一⋯J．蔓航天器太阳电池阵电性能测试技术刘民1’2，杨亦强1，袁亚飞1(1．北京东方计量测试研究所，北京100086；2．北京航空航天大学自动化学院，北京100191)摘要：文章介绍了航天器太阳电池阵电性能技术指标，分析了影响测试的技术条件，如光谱、光照强度．温度、标准太阳电池、光照均匀度、光照稳定度、测试系统等。文章还介绍了脉冲式太阳模拟器的工作原理，提出了在航天器太阳电池电性能测试方面的发展方向和今后要解决的技术问题。关键词：太阳电池阵；电性能；脉冲式太阳模拟器；空

2、间太阳电池中图分类号：V423．4+4文献标识码：A文章编号：1673—1379(2010)02-0153—04DOh10．3969／j．issn．1673．1379．2010．02．0051前言航天任务中使用的一次性电源系统有太阳能光伏发电系统、太阳能热动力发电系统、热电式放射性同位素发电系统、核反应堆、一次性化学电池和燃料电池等【11。而航天器太阳电池阵就是太阳能光伏发电系统，利用太阳电池将光能转换为电能。除了远离太阳的深空探测任务因太阳辐照弱而不采用太阳电池阵供电外，其他绝大部分航天器都采用太阳电池阵的供电方式。目前，一般的太阳电池阵可输出0．2"-'25kW的功率，可满足于大部分

3、航天器飞行任务的需要【21。未来太阳能发电卫星(SolarPowerSatellite，SPS)的专门太阳电池阵可输出达GW的功率。太阳电池阵在空间应用中是非常重要的供电手段。由于太阳能是清洁环保的能源，地面用太阳电池正得到蓬勃发展。具体太阳电池电源的设计需要准确的数据，研究改进电源的设计方案需要准确的测试数据，而生产环节中质量控制、航天器产品出厂和航天器的发射架上的电测都需要准确的太阳电池阵测试数据。因此，太阳电池阵的电性能测试是一项意义重大的基础工作，是航天任务顺利完成的重要保证。下面将介绍空间用太阳电池阵电性能测试的要求、内容以及测试相关的技术问题。2电性能测试的必要性与测试内容太

4、阳电池阵的电性能包含哪些参数呢?测试准确度的要求依据什么?怎样才能保证测试准确呢?本文将细致地分析太阳电池阵电性能测试内在原因和外在影响因素。首先来看看由测量不准确所带来的负面影响。用计算的方法来估计太阳电池阵的电性能往往与实际情况差异较大，太阳电池阵的电性能并不等于单片太阳电池的串联与并联简单叠加，单片太阳电池的测试数据也不能反映批量产品实际情况，因为从单片太阳电池到电池阵之间经历了许多工序，如贴片、焊接、连线以及包装运输等等。一般通过增大安全系数来提高设计的可靠性；而增大安全系数必然增加航天器质量，也必然增加运载发射的成本。不仅如此，过剩的电能还会导致负载过热，使热控系统的负荷增大。

5、为了避免过热，太阳电池阵需要频繁地调整角度，姿态的调整会增加推进剂的消耗，从而降低任务寿命。太阳电池阵电性能的准确测试对设计工作至关重要。太阳电池阵在进行了噪声振动试验和热真空试验后，需要测试其工作是否正常。并联结构中，测试太阳电池阵的并联数量应超过10个支路，要求测试不准确度必须小于10％，否则可能就有一个并联支路的问题不能被发现，更何况每一个并联支路上又串联了几十个单片电池，只要有一个电池出现故障，整个支路就不能正常工作并呈现高阻状态或者变成负载发热。也就是说测量的准确度对于发现太阳电池阵的细微故障至关重要。所以太阳电池阵电性能测试在产品质量保障中也发挥着重要的作用。收稿日期：200

6、9．10．19；修回日期：2010—02．03基金项目：国防科技工业计量基础科研项目作者简介：刘民(1969一)，男，研究员，从事电磁测量与计量技术研究。E-mail：run_low@sina．coin。航天器环境工程2010年第27卷太阳电池阵电性能参数反映了电源特性[3】。在一定光源条件和温度条件下，太阳电池的电性能参数有开路电压‰、短路电流k、工作点电压‰、工作点电流k、最大功率尸I懈、最大功率点电压巧m、最大功率点电流‰、填充因子斥、内阻抗、转换效率等，以伏．安特性曲线(L嘴性图)的形式可以表示各个参数，‰为实测环境温度，‰为输出温度，见图1。太阳电池阵由单只太阳电池经过多级串、

7、并联而成的，它的电源特性并不是简单叠加的关系，因为每块电池之间有差别，如光谱响应特性、光电转换效率以及受光照均匀程度等的差异，所以需要对太阳电池阵进行整体测试，才能得到准确的实际测试结果。lO8≤6嚣。2O20406080100电压，vk=4．915A‰=93．73V‰=60．22Vk=4．798APnm=352．6W‰；4．599A‰=76．68V瓦吣=19．7℃‰=25．0℃斥=0．765图1太阳电池阵电特性(1-V曲线)Fig