發(fā)布時(shí)間：2020-06-26 15:03

【摘要】：旁路開關(guān)是衛(wèi)星用鋰離子電池組的關(guān)鍵配套器件之一,連接在電池組中的各電池單體之間,其功能是能夠可靠地將出現(xiàn)性能故障的電池單體從電池組中切除,從而避免由于個(gè)別電池單體出現(xiàn)性能故障影響到整個(gè)電池組的可靠性。隨著我國(guó)采用鋰離子電池組的新型衛(wèi)星越來越多,對(duì)旁路開關(guān)的需求量越來越大,由于采購困難、價(jià)格昂貴,提出了對(duì)旁路開關(guān)的國(guó)產(chǎn)化需求。為了滿足我國(guó)重點(diǎn)型號(hào)衛(wèi)星應(yīng)用需要,本文開展了額定電流為220A的旁路開關(guān)的設(shè)計(jì)研制。本文的研究方法和部分結(jié)論可用于指導(dǎo)其他更高功率或類似結(jié)構(gòu)的旁路開關(guān)設(shè)計(jì)。首先,建立了旁路開關(guān)接觸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程,明確了彈性接觸件接觸壓力、插針插拔力、壓簧參數(shù)以及插針行程四者之間的相互影響關(guān)系。從分析旁路開關(guān)接觸電阻的各組成部分入手,確定引出端與插針之間的接觸件形式,從而構(gòu)建接觸件的三維模型并對(duì)接觸壓力進(jìn)行仿真計(jì)算,在此基礎(chǔ)上計(jì)算得到旁路開關(guān)的接觸電阻,且根據(jù)接觸壓力計(jì)算得到的插針插拔阻力進(jìn)而對(duì)壓簧的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算分析;對(duì)旁路開關(guān)切換動(dòng)作過程進(jìn)行了分析,明確了插針的行程參數(shù),并結(jié)合設(shè)計(jì)的壓簧對(duì)開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間、先通過后斷時(shí)間進(jìn)行了理論分析和計(jì)算。在接觸電阻、動(dòng)作裕度和時(shí)間參數(shù)三者均滿足技術(shù)指標(biāo)要求的前提下,完成了旁路開關(guān)接觸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。然后,分析了國(guó)外借鑒可分線軸技術(shù)的旁路開關(guān)釋放裝置的結(jié)構(gòu)原理,以及多瓣式滑塊散開行程的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了本文所研制的旁路開關(guān)的釋放裝置結(jié)構(gòu)。對(duì)該釋放裝置的滑塊進(jìn)行了受力分析,確保在鋼帶釋放張開后可以完成釋放推桿的功能;對(duì)鋼帶的受力情況進(jìn)行了分析計(jì)算,并裝配樣品實(shí)測(cè)得到鋼帶末端拉力數(shù)據(jù),驗(yàn)證了理論計(jì)算結(jié)果;根據(jù)實(shí)測(cè)得到的熔絲破斷力數(shù)據(jù),分析論證了在該結(jié)構(gòu)下熔絲可滿足長(zhǎng)期使用要求。最后,根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)與尺寸參數(shù)對(duì)旁路開關(guān)進(jìn)行了批量試制,對(duì)樣品的插拔力、時(shí)間參數(shù)及接觸電阻等進(jìn)行了測(cè)量,動(dòng)作時(shí)間為4.03ms～5.76ms,先通后斷過渡時(shí)間為246μs～332μs,接觸電阻為0.067m?～0.079m?,開關(guān)整個(gè)釋放過程動(dòng)作裕度達(dá)到6倍以上;并結(jié)合航天系統(tǒng)高質(zhì)量元器件應(yīng)用驗(yàn)證的要求,對(duì)旁路開關(guān)進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證試驗(yàn),給出了本文設(shè)計(jì)的旁路開關(guān)在規(guī)定條件下的電應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力和溫度應(yīng)力極限試驗(yàn)?zāi)芰?試驗(yàn)表明設(shè)計(jì)的旁路開關(guān)各項(xiàng)性能均高于技術(shù)指標(biāo)的要求。所得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可做為該型號(hào)旁路開關(guān)航天工程應(yīng)用的參考。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM912
【圖文】：

1.1衛(wèi)星用鋰電池組旁路開關(guān)工作過程示意圖如圖1.1所示，多個(gè)電池單體串聯(lián)組成電池組，每個(gè)電池單體在圖示位置配接一個(gè)旁路開關(guān)，其中，T1、T2、T3為旁路開關(guān)的觸點(diǎn)引出端，用來連接電池組主回路；T4、T5為旁路開關(guān)的觸發(fā)引出端，用來控制開關(guān)的觸發(fā)動(dòng)作。當(dāng)各串聯(lián)電池單體特性均正常時(shí)，旁路開關(guān)處于正常工作位置（觸發(fā)前），T1和T2觸點(diǎn)接通，電池回路電流流過T1和T2觸點(diǎn)；當(dāng)整機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)到某一電池單體性能發(fā)生故障需要切除時(shí)，給相應(yīng)旁路開關(guān)的T4和T5引出端發(fā)出觸發(fā)指令

Souriau公司的旁路開關(guān)均采用了多點(diǎn)接觸、壓簧儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)和金屬熔絲觸發(fā)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。下圖1.2為美國(guó)NEA公司的旁路開關(guān)產(chǎn)品照片。圖1.2 NEA公司200A旁路開關(guān)根據(jù)NEA公司旁路開關(guān)專利[12]，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1.3和圖1.4所示，插針通過彈性接觸件與引出端接觸，開關(guān)觸發(fā)和驅(qū)動(dòng)由釋放裝置和壓簧完成，未觸發(fā)時(shí)插針位置如圖1.3，圖中T-1和T-2兩個(gè)引出端接通；觸發(fā)后壓簧的約束被解除，驅(qū)動(dòng)插針動(dòng)作，通過插針與引出端的行程位置設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)先通后斷功能，動(dòng)作完成后如圖1.4，此時(shí)圖中T-2和T-3兩個(gè)引出端接通。圖1.3 NEA公司旁路開關(guān)專利－未觸發(fā)時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

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本文編號(hào)：2730481