采用太阳电池阵和储能飞轮的电源系统设计与分析.pdf

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1、V01．23No．3航天器工程第23卷第3期54SPACECRAFTENGINEERING2014年6月采用太阳电池阵和储能飞轮的电源系统设计与分析井元良王超雷英俊(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要飞轮储能装置具有比能量高、寿命长、任务期内无衰减等优点，可替代航天器中传统的化学储能装置。为论证太阳电池阵一储能飞轮电源系统的可行性，本文从航天器总体设计的角度分析了其关键设计要素，论述了其对航天器机、电、热等方面的影响，并给出提高系统可行性的合理化建议，以及针对低轨卫星的太阳电池阵一储能飞轮电源系统的设计举例。通

2、过与传统电源系统的技术指标对比分析，表明太阳电池阵一储能飞轮电源系统具有较高的比功率，并在降低航天器质量、节约发射成本方面具有很大优势，在未来航天器的应用中具有很大的潜力。关键词航天器；电源系统；储能飞轮；可行性分析中图分类号：V442文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．03．010DesignandAnalysisofSolarArrayandFlywheelPowerSystemJINGYuanliang(BeijingInstituteofSpacecraftWANGC：h

3、aoLEISystemEngineering，YingJunBeijing100094，China)Abstract：Theflywheelenergystorageofferstheadvantagesofmuchhigherspecificpower，dee—perdepthofdischarge，nocapacitydegradationoverlife，shorterengineeringdesignandanalysistimeandlongercyclelife．Itisanovelspacecraftpower

4、systeminsteadofthetraditionalchemicalbattery．Inordertoanalyzethefeasibility，thepaperresearchesthekeydesignelementofthefly—wheelenergystorage，analyzestheeffectonthegeneraldesignofthespacecraftandprovidesthedemonstrationandsomeadviceonthedesignofsolararrayandflywheel

5、powersystem．Com—paredwiththetraditionalpowersystem，thephotovoltaic—flywheelpowersystemcanimprovethespecificpoweranddecreasetheweightandcostofthespacecraft．Thesolararrayandflywheelpowersystemshowsgreatpromiseforfutureapplicationinspace．Keywords：spacecraft；powersyste

6、m；flywheelenergystorage；feasibility1引言自从空间计划开始以来，储能飞轮就已经运用在空间导航和姿态控制系统中，作为将电能与机械能集成在一体的装置，除在航天器控制领域的应用以外，其在地面已有更加广阔的应用，例如汽车电池、电站的负荷平衡和不间断电源(UPs)等等，且随着材料和制造工艺的不断发展，以及高速磁悬浮轴承技术的成熟，使得储能飞轮的各项性能越来越完善，由于其具有比能量高、放电深度深、寿命长、建设周期短、任务期内性能无衰减等优点，在多个应用领域中正逐渐替代传统化学电池，成为更具优势的储能设备

7、，这也使得储能飞轮成为未来航天器突破传统化学电池的一条新途径[1。2]。国内外对于储能飞轮的研究集中在如何提升自收稿日期：2014—02—07；修回日期：2014—04—23作者简介：井元良，男，硕士，工程师，从事航天供配电设计工作。Email：0k223@163．tom。第3期井元良等：采用太阳电池阵和储能飞轮的电源系统设计与分析55身的性能方面，主要研究方向包括飞轮转子材料的选择、轴承的控制方式以及电机效率等等口]，从航天器总体设计的角度，对储能飞轮的应用分析较少。本文从储能飞轮的特性和设计要素出发，分析了储能飞轮的自身

8、瓶颈以及对航天器总体设计带来的影响，并针对低轨遥感卫星，给出光电飞轮电源系统的设计举E轮转轴例，可为储能飞轮在航天领域的应用提供参考。2航天器太阳电池阵一储能飞轮电源系统概述z1太阳电池阵一储能飞轮电源系统的工作原理及组成太阳电池阵和储能飞轮组成的太阳电池阵一储能飞轮电源系统，其框图如图1