【摘要】：旁路開關是衛(wèi)星用鋰離子電池組的關鍵配套器件之一,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,從而避免由于個別電池單體出現(xiàn)性能故障影響到整個電池組的可靠性。隨著我國采用鋰離子電池組的新型衛(wèi)星越來越多,對旁路開關的需求量越來越大,由于采購困難、價格昂貴,提出了對旁路開關的國產(chǎn)化需求。為了滿足我國重點型號衛(wèi)星應用需要,本文開展了額定電流為220A的旁路開關的設計研制。本文的研究方法和部分結論可用于指導其他更高功率或類似結構的旁路開關設計。首先,建立了旁路開關接觸系統(tǒng)的設計流程,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系。從分析旁路開關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,從而構建接觸件的三維模型并對接觸壓力進行仿真計算,在此基礎上計算得到旁路開關的接觸電阻,且根據(jù)接觸壓力計算得到的插針插拔阻力進而對壓簧的參數(shù)進行了計算分析;對旁路開關切換動作過程進行了分析,明確了插針的行程參數(shù),并結合設計的壓簧對開關的動作時間、先通過后斷時間進行了理論分析和計算。在接觸電阻、動作裕度和時間參數(shù)三者均滿足技術指標要求的前提下,完成了旁路開關接觸系統(tǒng)的設計。然后,分析了國外借鑒可分線軸技術的旁路開關釋放裝置的結構原理,以及多瓣式滑塊散開行程的特點,設計了本文所研制的旁路開關的釋放裝置結構。對該釋放裝置的滑塊進行了受力分析,確保在鋼帶釋放張開后可以完成釋放推桿的功能;對鋼帶的受力情況進行了分析計算,并裝配樣品實測得到鋼帶末端拉力數(shù)據(jù),驗證了理論計算結果;根據(jù)實測得到的熔絲破斷力數(shù)據(jù),分析論證了在該結構下熔絲可滿足長期使用要求。最后,根據(jù)設計的結構與尺寸參數(shù)對旁路開關進行了批量試制,對樣品的插拔力、時間參數(shù)及接觸電阻等進行了測量,動作時間為4.03ms～5.76ms,先通后斷過渡時間為246μs～332μs,接觸電阻為0.067m?～0.079m?,開關整個釋放過程動作裕度達到6倍以上;并結合航天系統(tǒng)高質(zhì)量元器件應用驗證的要求,對旁路開關進行了應用驗證試驗,給出了本文設計的旁路開關在規(guī)定條件下的電應力、機械應力和溫度應力極限試驗能力,試驗表明設計的旁路開關各項性能均高于技術指標的要求。所得到的試驗數(shù)據(jù)可做為該型號旁路開關航天工程應用的參考。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM912
【圖文】：

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

Souriau公司的旁路開關均采用了多點接觸、壓簧儲能驅(qū)動和金屬熔絲觸發(fā)的設計結構。下圖1.2為美國NEA公司的旁路開關產(chǎn)品照片。圖1.2 NEA公司200A旁路開關根據(jù)NEA公司旁路開關專利[12]，其內(nèi)部結構見圖1.3和圖1.4所示，插針通過彈性接觸件與引出端接觸，開關觸發(fā)和驅(qū)動由釋放裝置和壓簧完成，未觸發(fā)時插針位置如圖1.3，圖中T-1和T-2兩個引出端接通；觸發(fā)后壓簧的約束被解除，驅(qū)動插針動作，通過插針與引出端的行程位置設計實現(xiàn)先通后斷功能，動作完成后如圖1.4，此時圖中T-2和T-3兩個引出端接通。圖1.3 NEA公司旁路開關專利－未觸發(fā)時內(nèi)部結構圖

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