[发明专利]一种基于空间热离子发电装置的电源系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于空间热离子发电装置的电源系统及控制方法，所述系统包括热离子发电装置、母线变换器、功率调节器、分流电阻、太阳电池阵、分流调节器、蓄电池组、充放电控制器以及载荷单元。通过为热离子发电装置引入功率调节器及分流电阻，可以有效调控热离子发电装置的输出电能；同时所提出的控制方法通过分域恒定控制热离子发电装置的输出电压，可以实现母线变换器与功率调节器动态适配工作，并形成不同配套的控制环，实现最大输出功率发电。该发明提出的新型电源系统架构与控制方法，为热离子发电装置的空间电源技术应用提供了参考和帮助。

技术领域

本发明涉及空间热电转换电源技术领域，具体涉及一种基于空间热离子发电装置的电源系统及控制方法。

背景技术

热离子发电是一种静态热电转换方式，其发电装置的电极需要相当高的温度才能发射出电子，可用于热离子发电装置的热源包括放射性同位素的衰变能、核裂变能等。

热离子发电装置的高热功率与高温特性对其自身元件材料的高温性能提出了很高的要求，在热离子发电装置正常运行时，往往希望热电转换的能量可以最大功率及最大效率输出，避免电能重新转换为废热，对发电元件造成额外的负担。

为了限制工作电极与热源之间的有限速率传热，建立了传热不可损失的真空热离子发电模型，发现输出电压参数可作为发电装置输出功率的一项优化判据。在实际工程应用中，往往通过实际测量的方式，寻找出最大输出功率的电压工作点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于空间热离子发电装置的电源系统及控制方法，保证热离子发电装置的元件寿命和能源的最大效率利用，本发明结合工程应用提出了一种基于空间热离子发电装置的带有功率调节器及与分流电阻的新型电源系统架构及其控制方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于空间热离子发电装置的电源系统，该电源系统包括热离子发电装置、功率调节器、分流电阻和母线变换器，所述热离子发电装置的输出端与所述母线变换器的输入端、所述功率调节器的输入端连接，所述母线变换器与所述功率调节器并联，所述功率调节器的输出端与所述分流电阻连接，所述母线变换器的输出端与载荷单元连接。

进一步地，该电源系统还包括蓄电池组充放电控制器和蓄电池组，所述母线变换器的输出端通过蓄电池组充放电控制器与蓄电池组连接。

进一步地，该电源系统还包括分流调节器和太阳电池阵，所述太阳电池阵的输出端经所述分流调节器后与所述母线变换器的输出端连接。

进一步地，该电源系统还包括二极管，所述太阳电池阵的输出端经所述分流调节器后与所二极管的输入端连接，所述二极管的输出端与所述母线变换器的输出端连接。

进一步地，在所述热离子发电装置的启动阶段，所述功率调节器自动与所述热离子发电装置断开连接；在所述热离子发电装置启动完成后，所述功率调节器自动与所述母线变换器连接。

进一步地，在所述热离子发电装置输出电能不足时，由母线变换器控制热离子装置输出端电压，保证其最大功率输出；在热离子装置输出电能富余时，由功率调节器控制热离子发电装置输出端电压，保证其最大功率输出，同时由母线变换器控制后端输出母线电压。

另一方面，本发明还提供了一种应用于上述的基于空间热离子发电装置的电源系统的控制方法，该控制方法包括：

判断所述载荷单元的功率需求是否大于阈值，若是，所述热离子发电装置、所述太阳电池阵以及蓄电池组联合为所述载荷单元供电，若否，所述太阳电池阵以及所述蓄电池组不参与供电，由所述热离子发电装置单独为所述载荷单元供电。

进一步地，通过采集热离子发电装置的输出电压并经过误差放大器获取前端电压采样误差放大信号，经MEA电路进行前端电压两级分域双环控制。