Tiểu luận môn thông tin vệ tinh PHÂN HỆ NGUỒN VỆ TINH

Mục lục
1
Lời nói đầu
Trong thời đại công nghệ ngày càng phát triển, nhu cầu của con người về thông tin và
truyền thông ngày càng đa dạng hơn và các đòi hỏi càng khắt khe hơn. Trong bối cảnh đó rất
nhiều công nghệ lần lượt ra đời nhằm thỏa mãn ngày càng tốt hơn nhu cầu của cong người. Và
vệ tinh với xuất phát điểm phục vụ cho quốc phòng đã ngày càng lấn sân và có vai trò to lớn
trong đời sống.
Số lượng vệ tinh ngày một nhiều, chất lượng ngày một cao và thời gian con người khai
thác những tiện ích do vệ tinh đem lại gần như là 24/7. Tồn tại trong một môi trường đặc biệt,
cấu thành bởi những công nghệ hàng đầu lại cần hoạt động bền bỉ, liên tục nhiều năm tháng
khiến cho vệ tinh luôn cần một hộ thống nguồn ồn định, chuẩn xác để cung cấp mọi năng lượng
giống như trái tim bơm máu cho toàn bộ hệ thống vệ tinh.
Tứ lý do đó nên em đã lựa chọn tìm hiều “Phân hệ nguồn vệ tinh” làm đề tài bài tập lớn
trong khuôn khổ môn học thông tin vệ tinh. Kết cấu bài tập gồm 3 phần như sau:
o Phần 1: Giới thiệu tổng quan về vị trí, vai trò cũng như sơ đồ khối của hệ thống nguồn
trên vệ tinh.
o Phần 2: Đi sâu hơn vào chi tiết cấu tạo từng khối trong hệ thống nguồn vệ tinh. Đồng thời
dẫn ra một số ví dụ thực tế.
o Phần 3: Cung cấp những công thức cũng như ý tưởng cơ bản trong việc thiết kế một bộ
nguồn vệ tinh.
Trong bài báo cáo không tránh khỏi còn gặp nhiều thiếu xot, mong nhận được sự góp ý
của thầy giúp cá nhân em ngày càng hoàn thiện hơn về kiến thức cũng như kỹ năng trình bày,
kỹ năng báo cáo.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện:
Đỗ Trung Đức
Lớp KSTN – ĐTVT – K54
2
Danh mục hình vẽ
Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống vệ tinh

Hình 1.2: Sơ đồ khối phân hệ nguồn vệ tinh
Hình 2.1: Module pin của SAFT
Hình 2.2: Module pin của ABSL
Hình 2.3: Các công nghệ đóng gói tấm pin mặt trời
Hình 3.1: So sánh DOD của các công nghê pin
3
Danh mục bảng
Bảng 2.1: Bảng so sánh các công nghệ pin
Bảng 2.2: Mối quan hệ giữa điện áp hệ thống và số cell pin cần thiết
Bảng 2.3: Các công nghệ chế tạo pin mặt trời
4
Chương 1:
GIỚI THIỆU PHÂN HỆ NGUỒN VỆ TINH
1.1. Chức năng của phân hệ nguồn vệ tinh
Là phân hệ vô cùng quan trọng trên vệ tinh cũng như bất kỳ thiết bị điện tử nào khác.
Nguồn cung cấp năng lượng cho toàn bộ các thiết bị trên vệ tinh, đảm bảo đủ công suất, hoạt
động bền bỉ, chính xác.
Khi thiết kế phân hệ nguồn cần quan tâm tối ưu các vấn đề về chi phí, hiệu năng và khối
lượng.
Khác với hệ thống nguồn thông thường, phân hệ nguồn vệ tinh cần đảm bảo các chức
năng riêng biệt như:
• Có thể hoạt động độc lập bằng nguồn năng lượng tái tạo hoặc năng lượng hạt
nhân (thường sử dụng năng lượng mặt trời).
• Đảm bào tuổi thọ từ 5 năm đến 15 năm (hoặc hơn) tùy yêu cầu của vệ tinh.
• Khối lượng nhẹ.
• Hoạt động được trên vũ trụ.
1.2. Phân hệ nguồn trong toàn bộ hệ thống vệ tinh
Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống vệ tinh
Ngoài các phân hệ thực hiện chức năng chính của vệ tinh là truyền thông, để đảm bảo vệ
tinh hoạt động còn cần đến các phân hệ khác như phân hệ nguồn, nhiệt, bám, xoay, Phân hệ

nguồn đảm bảo cung cấp đầy đủ năng lượng cho các phân hệ còn lại.
5
1.3. Sơ đồ khối phân hệ nguồn vệ tinh
Hình 1.2: Sơ đồ khối phân hệ nguồn vệ tinh
• Energy Conversion: Khối chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng.
• Primary Energy Source: Nguồn năng lượng chính.
• Power Regulation and Control: Khối quản lý năng lượng và điều khiển.
• Energy Storage: Khối lưu trữ năng lượng (pin).
• Distribution and Protection: Khối phân phối năng lượng và các mạch bảo vệ
1.4. Một số ví dụ về nguồn vệ tinh
VD1: Vệ tinh Vinasat-1
• Quỹ đạo địa tĩnh.
• Tuổi thọ thiết kế: 15 năm.
• Power: 3276W (bao gồm cả TT&C)
VD2: Vệ tinh Vinasat-2
• Quỹ đạo địa tĩnh
• Tuổi thọ thiết kế: 15 năm.
• Power: 7600W
VD3: Vệ tinh LEOStar-2
• Quỹ đạo 450 – 1000 km.
• Tuổi thọ thiết kế: 5 năm.
• Power: 2000W
6
Chương 2:
CÁC THÀNH PHẦN CẤU TẠO PHÂN HỆ NGUỒN VỆ TINH
Giới thiệu chương
Trong chương này sẽ giới thiệu chi tiết về các khối trong hệ thống nguồn vệ tinh như
được trình bày ở phần trước. Chương này cho ta cái nhìn chi tiết hơn về cấu tạo, hoạt động cũng
như các công nghệ được áp dụng trên các khối. Trong chương còn đưa ra các ví dụ thực tế về các
thiết bị thực được sử dụng trên thị trường.

2.1. Pin
2.1.1. Vai trò của pin trong phân hệ nguồn
Pin là thành phần quan trọng hàng đầu trong hệ thống nguồn vệ tinh. Pin đóng vai trò lưu
trữ năng lượng khi vệ tinh trong vùng tối của quỹ đạo, hỗ trợ nguồn chính (nguồn trực tiếp từ
mặt trời) khi trong vùng sáng mà cần năng lượng lớn hơn.
2.1.2. Yêu cầu kỹ thuật của pin
Pin trên vệ tinh cần đáp ứng được chu kỳ sạc và xả nhiều lần, hoạt động trong nhiều năm.
Tùy từng quý đạo mà yêu cầu khác nhau. Thường quỹ đạo tầm thấp sẽ yêu cầu số lần sạc/xả mỗi
năm là nhiều hơn (do đó quỹ đạo tầm thấp thường tuổi thọ thấp hơn). Tuổi thọ của pin cũng
chính là tuổi thọ thiết kế của hệ thống nguồn.
Khi thiết kế hệ thống pin cần đảm bảo đáp ứng được tuổi thọ theo yêu cầu của thiết kế.
Ngoài ra cần tối ưu về khối lượng, hiệu suất và giá thành của bộ pin trong quá trình thiết kế.
Các yêu cầu kỹ thuật của pin bao gồm:
• Dung lượng
• Khối lượng
• Tuổi thọ
• Độ sâu xả (Năng lượng tối đa có thể xả được)
• Dòng xả
• Thời gian sạc
7
2.1.3. Các công nghệ pin













!


"#
$%
&
'
Ni-Cd 1.45 1.25 40 – 50 150 – 200 4.02 -20 – 50
Ni-H2 1.55 1.25 45 – 65 150 – 200 7.4 -10 – 50
Li-ion 4.1 3.5 90 – 150 200 – 220 10 10 – 45
Bảng 2.1: Bảng so sánh các công nghệ pin
Công nghệ pin được sử dụng phổ biến nhất là công nghệ dựa trên Ni, bao gồm Ni-Cd và
Ni-H2. Ưu điểm của pin dựa trên công nghệ này là thời gian sống lâu và giá thành rẻ. Chính vì
thế nên pin Ni trước đây được sử dụng rất phổ biến, đặc biệt là trên các quỹ đạo tầm thấp (do quỹ
đạo tầm thấp cần pin phải chịu được sự sạc/xả liên tục). Pin Ni-H2 thường được chọn cho cả quỹ
đạo địa tĩnh khi thiết kế vệ tinh có thời gian sống dài.
Những năm gần đây công nghệ chuyển dần sang sử dụng pin Li. Do ưu điểm hiệu suất
cao, khối lượng nhẹ đã dần chiếm ưu thế và được sử dụng rộng rãi hơn cho nhiều loại quỹ đạo
khác nhau. Tuy nhiên công nghệ này vẫn tồn tại một số nhược điểm về giá thành cũng như thời
gian sống của hệ thống.
Những năm gần đây các hãng đang nghiên cứu 1 công nghệ khác cũng dựa trên nền tảng
Li, đó là công nghệ Li-Polymer. Công nghệ này có nhiều điểm còn vượt trội hơn công nghệ Li-
ion về hiệu năng, khối lượng, độ sâu xả, hứa hẹn sẽ là chủ của công nghệ tưng lai. Tuy nhiên
do rào cản kỹ thuật cũng như giá thành mà hiện nay công nghệ này vẫn chưa được áp dụng trong
hệ thống vệ tinh.
2.1.4. Ví dụ một số module pin cho vệ tinh
VD1: Pin của SAFT

8
Hình 2.1: Module pin của SAFT
• Loại cell pin: SAFT VES180
• Công nghệ sử dụng: Li-ion
• Khối lượng mỗi cell: 1,1 kg
• Cân bằng tải tích hợp
• Dung lượng trên mỗi cell khi bắt đầu chu kỳ sống (BOL): 171 Wh
• Cách cấu hình pin: 4 cell song song, 8 cell nối tiếp
• Tổng dung lượng (BOL): 5472 Wh
• Năng lượng không xả được (capacity fading) (BOL): 9,3%
• Năng lượng thực tế (BOL): 4963 Wh
• Tuổi thọ thiết kế: 15 năm
• Khối lượng: 53 kg
• Thường dùng cho quỹ đạo GEO
9
Hình 2.2: Module pin của ABSL
VD2: Module pin của ABSL
• Loại cell pin: Sony 18650
• Công nghệ sử dụng: Li-ion
• Khối lượng mỗi cell: 42 g
• Không tích hợp cân bằng tải
• Dung lượng mỗi cell (BOL): 5,4 Wh
• Cấu hình pin: 108 cell song song, 10 cell nối tiếp
• Tổng dung lượng (BOL): 5832 Wh
• Dung lượng không xả được (BOL): 29%
• Dung lượng thực (BOL): 4141 Wh
• Tuổi thọ thiết kế: 7 năm
• Khối lượng: 52 kg
• Dùng cho quỹ đạo LEO
2.2 Điện áp hệ thống

&( )&*+*
10

Ni-Cd Ni-H2 Li-ion
28 20 – 22 20 – 22 6 – 7
50 26 – 30 26 – 30 10 – 12
100 52 – 60 52 – 60 20 – 24
Bảng 2.2: Mối quan hệ giữa điện áp hệ thống và số cell pin cần thiết
Điện áp hệ thống thường được lựa chọn tùy thuộc yêu cầu thiết kế của vệ tinh và loại
công nghệ pin được sử dụng. Phổ biến là 3 mức điện áp 28V, 50V và 100V.
Số cell pin mắc nối tiếp được cho trong bảng, Trong nhiều trường hợp thường sẽ thiết kế
dư ra 1 cell để dự phòng.
2.3. Pin mặt trời
2.3.1. Vai trò của pin mặt trời
Pin mặt trời là đầu vào của toàn bộ năng lượng trên vệ tinh. Các tế bào này cần đảm bảo
có hiệu suất cao, chịu đựng được các điều kiện ngoài không gian cũng như duy trì được thời gian
hoạt động hiệu quả trong 1 thòi gian dài.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn công nghệ sử dụng trong pin mặt trời như:
• Thiết kế của vệ tinh
• Mức năng lượng cần thiết (đỉnh và trung bình)
• Nhiệt độ hoạt động
• Thời gian bị che khuất
• Môi trường bức xạ
• Thời gian sống
• Khối lượng, diện tích
• Giá thành
2.3.2. Các công nghệ chế tạo pin mặt trời
, $(-
./'
$(!

.

"
0
.
11
Si 13.7 185 20 0.55
High-eciency Si 16 216 50 0.28
GaAs/Ge SJ
19 253 140 0.83
GaInP2/GaAs/Ge DJ
22 297 140 0.85
GaInP2/GaAs/Ge TJ
25 337 150 0.85
UTJ 28 378 170 0.86
Bảng 2.3: Các công nghệ chế tạo pin mặt trời
Chú thích: BOL: Begin of Life
Có nhiều công nghệ được sử dụng để chế tạo pin mặt trời. Phổ biến và lâu đời nhất phải
kể đến công nghệ Si. Hiện nay tuy hiệu suất không cao, khối lượng nặng nên ít được sử dụng
hơn các công nghệ tiên tiến tuy nhiên ưu thế về giá thành vẫn khiến công nghệ này được lựa
chọn khi chi phí được đặt lên hàng đầu (với các vệ tinh giá rẻ).
Những năm gần đây xu hướng chuyển sang sử dụng công nghệ high-efficiency Si do ưu
điểm về khói lượng nhẹ, hiệu suất cao và chi phí không quá đắt. Tuy nhiên với những tiến bộ của
công nghệ những năm gần đây, các công nghệ pin mặt trời dựa trên nền tảng multi-junction cũng
được sử dụng rộng rãi. Các công nghệ mới này đem lại hiệu suất cao hơn tuy nhiên giá thành lại
hết sức đắt đỏ. Do đó nhiều hàng hiện nay chuyển sang giải pháp lai khi kết hợp cả 2 công nghệ
là công nghệ high-efficiency Si và công nghệ mới dựa trên multi-junction nhằm tối ưu các vấn
đề về giá cả, khối lượng và hiệu suất.
2.3.3. Tấm pin mặt trời
Có nhiều phương pháp để kết hợp các tấm pin mặt trời lại với nhau trên vệ tinh, tuy nhiên

phổ biến nhất là 2 phương pháp:
• Phủ toàn bộ các tấm pin mặt trời lên bề mặt vệ tinh: Phương pháp này đơn giản,
thường được sử dụng trong các vệ tinh cỡ nhỏ. Tuy nhiên hiệu quả của phương
pháp này là không cao.
• Sử dụng 1 tấm cánh đón năng lượng mặt trời: Phương pháp hiệu quả hơn do diện
tích sử dụng lớn, tuy nhiên lại phức tạp trong thiết kế do phải có mudule mở cánh
ra sau khi vệ tinh vào quỹ đạo. Chia làm 2 loại nhỏ hơn
12
o Cánh cố định: Đơn giản hơn và hiệu suất cũng nhỏ hơn do không phải lúc
nào cánh cũng quay thẳng về phía mặt trời.
o Cánh quay hướng về phía mặt trời: Hiệu suất cao hơn, tuy nhiên phức tạp
và chi phí đắt đỏ hơn
Hình 2.3a: Các công nghệ đóng gói tấm pin mặt trời: Body-mounted
Hình 2.3b: Các công nghệ đóng gói tấm pin mặt trời: Wings
13
2.3.4. Ví dụ về pin mặt trời
• Hãng: Entech Inc
• Năm sản xuất: 2005
• Công nghệ pin mặt trời: multi-junction
• Công nghệ đóng gói: Cánh xoay hướng về phía mặt trời
• Năng lượng cung cấp được trên mỗi cánh (BOL): 7kW
• Mật độ năng lượng (BOL): 300W/kg
2.4. Khối phân phối năng lượng
Làm nhiệm vụ phân phối năng lượng đến các khối cần thiết trong vệ tinh, bảo vệ an toàn
cho các khối cũng như an toàn cho bộ nguồn.
Tùy thuộc vào thiết kế, chức năng của từng vệ tinh mà có yêu cầu riêng biệt, thường rất
đa dạng. Tuy nhiên vẫn thường xuất hiện các khối sau:
• Bộ đổi điện áp
• Mạch quản lý dòng
• Mạch bảo vệ: Quá áp, quá dòng,

2.5. Khối quản lý năng lượng
Trong quá trình hoạt động của vệ tinh, không phải lúc nào cũng cần cung cấp năng lượng
tối đa, điều kiện hoạt động cũng hết sức khác biệt. Do đó để đảm bảo hoạt động cũng như tăng
tuổi thọ của hệ thống nhất thiết phải có khối điều phối và quản lý năng lượng.
Thông thường khối quản lý năng lượng được thiết kế theo các mode. Mỗi mode đặc trưng
cho 1 chế độ làm việc và được sử dụng trong những điều kiện cụ thể. Tỳ mỗi vệ tinh mà các chế
độ này là rất khác biệt, tuy nhiên vẫn có những mode chính thường tồn tại:
• Normal mode: Chế độ thông thường. Được sử dụng khi vệ tinh đang ở trong vùng
sáng, pin đã được sạc đầy và năng lượng trực tiếp từ mặt tròi đủ cho vệ tinh hoạt
động. Trong chế độ này toàn bộ vệ tinh sẽ sử dụng năng lượng trực tiếp từ mặt
trời. Lưu ý trong chế độ này luôn phải có mạch bảo vệ vì năng lượng trực tiếp của
mặt trời có thể tăng đột ngột làm hỏng hệ thống.
• Shunt mode: Kích hoạt khi năng lượng mặt trời nhận được vượt quá nhu cầu năng
lượng và nhu cầu sạc pin. Có thể là dòng cần sử dụng trong hệ thống cộng với
dòng sạc nhỏ hơn dòng cung cấp bởi mặt trời, hoặc đang ở normal mode nhưng
dòng lại tăng cao (hay nhu cầu năng lượng giảm). Ở chế độ này hệ thống sẽ nhóm
1 số tế bào năng lượng lại gọi là chuỗi và thực hiện nối tắt các chuỗi này nhằm
giảm dòng điện đầu vào, tránh làm hỏng hệ thống và tăng tuổi thọ của thiết bị.
14
• Chế độ sạc: Sạc lại pin khi trong vùng sáng để đảm bảo đủ năng lượng hoạt động
trước khi chuyển sang vùng tối hay sẵn sàng xả hỗ trợ cho nguồn chính khi nhu
cầu tăng cao. Muốn tăng tuổi thọ pin cần lựa chọn dòng sạc hợp lý. Tùy thuộc
công nghệ pin mà có những cách sạc khác nhau. Tuy nhiên phổ biến là 2 giai
đoạn sau:
o Khi V<V
batmax
: Điện áp sạc tăng dần
o Khi đạt V
batmax
: Giữ nguyên điện áp sạc, dòng sạc theo công thức:

• Chế độ xả: Thưởng dùng khi vệ tinh đi vào vùng tối. Khi đó toàn bộ năng lượng
của vệ tinh đều do pin cung cấp. Khi thiết kế cần chú ý, vì khác với vùng sáng,
trong vùng tối không có nguồn năng lượng thứ 2 (như mặt trời và pin khi trong
vùng sáng) nên nếu dòng xả của pin không đủ sẽ không có cách nào bổ sung. Vì
vậy nên tránh những hoạt động tiêu tốn năng lượng có thể tránh vào thời điểm này
(ví dụ như các hoạt động bám hay quay vệ tinh nên để lúc đi qua vùng sáng).
Trên thực tế còn nhiều hơn nữa các chế độ của khối quản lý nguồn và nhiều trường hợp
các chế độ này cũng hoạt động nhiều khi đồng thời với nhau. Ví dụ như có thể kết hợp normal
mode với changer mode.
Để chuyên đổi giữa các chế độ này với nhau cần có các cảm biến thu thập thông tin. Bao
gồm các loại cảm biến cường độ ánh sáng, nhiệt độ, dòng điện và điện áp tại các vị trí thích hợp.
Các thông tin đó sẽ đưa về On-board Computer để phân tích và đưa ra quyết định thay đổi các
mode. Việc đáp ứng thay đổi các mode được thực hiện bằng mạch điện hoặc cơ học tùy từng
trường hợp cụ thể.
Kết luận chương
Trong chương này chúng ta đã tìm hiểu sâu hơn về cấu tạo cũng như chức năng của các
bộ phận cấu thành hệ thống nguồn trên vệ tinh, đồng thời có cái nhìn cụ thể hơn qua một vài ví
dụ cụ thể, Trong chương tiếp theo sẽ đi sâu hơn vào một số công thức thường được sử dụng khi
tính toàn, thiết kế một bộ nguồn vệ tinh cụ thể.
15
Chương 3:
MỘT SỐ CÔNG THỨC TÍNH TOÁN NGUỒN VỆ TINH
Giới thiệu chương
Chương này trình bày cụ thể hơn 1 số công thức thường được sử dụng khi thiết kế một bộ
nguồn trên vệ tinh. Trong thực tế việc thiết kế này là rất phức tạp với nhiều tham số, tuy nhiên
trong khuôn khổ bài tập lớn này chỉ trình bày những điểm cơ bản trong việc tính toán nguồn vệ
tinh.
3.1. Tính toán tấm pin mặt trời
3.1.1. Các tham số cần thiết
• Quỹ đạo vệ tinh

• Kiểu đóng gói
• Điện áp hệ thống
• Loại pin mặt trời
• Các đặc điểm khác của vệ tinh
3.1.2. Các công thức
• Thời gian trong vùng bóng tối:
T
p
là chu kỳ của quỹ đạo vệ tinh
R
e
là bán kính trái đất
h là chiều cao vệ tinh
• Năng lượng cần thiết của hệ thống vệ tinh (lý thuyết):
T
d
là thời gian trong vùng sáng của vệ tinh
16
P
avg
là năng lượng tiêu thụ trung bình của vệ tinh
X
d
: Hiệu suất xả trong vùng sáng. Bằng thương của năng lượng tối đa xả được chia cho
năng lượng tối đa nạp vào. Thường bằng 0.85
X
e
: Hiệu suất xả trong vùng tối. Khác nhau tùy thuộc công nghệ:
o Ni-Cd: 0.85
o Ni-H2: 0.80

o Li-ion: 0.90
• Năng lượng thực sự cần thiết của hệ thống pin mặt trời:
• F
loss
là tham số đặc trưng cho sự suy giảm hiệu quả làm việc của pin trong cả chu kỳ sống:
Trong đó:
o T
0
là nhiệt độ của tấm pin mặt trờiT
Coeff
tùy thuộc vào công nghệ pin cũng như
cách đóng gói pin mặt trời
o P
Coeff
xác định bởi loại quỹ đạo, nhiệm vụ của vệ tinh và số năng tồn tại
o I
d
là suy hao do thiết kế, lắp đặt, không tối ưu tuyệt đối, thường trong khoảng
0.49 – 0.88
o Θ: Góc hợp bởi tia sáng mặt trời và phương pháp tuyến của tấm pin mặt trời
o L
d
: Suy giảm hiệu suất theo từng năm. Thường lấy 3,75%/năm cho Si và GaAs và
2.5% cho công nghệ multi-junction
o N: là thời gian sống
Ngoài ra để tính F
loss
thường lấy dư thêm 5% dự phòng.
Với công nghệ Si, F
loss

vào khoảng 3% và khoảng 5% với multi-junction (áp dụng trên
quỹ đạo địa tinh, thòi gian sống 15 năm).
• Số lượng cell pin mặt trời cần thiết:
N
S
: Số lượng cell nối tiếp
N
P
: Só lượng cell song song
17
V
sa
: Điện áp hệ thống
I
sa
: Dòng tối đa cần cung cấp
V
scell
: Điện áp 1 cell pin mặt trời
I
scell
: Dòng điện 1 cell pin.
• Tổng diện tích các tế bào năng lượng:
A
scell
: Diện tích 1 pin mặt trời
• Diên tích thực tấm năng lượng mặt trời
PF: là hệ số kích thước do đóng gói. Vì có các khe hở tồn tại giữa các pin năng lượng.
Thường lấy PF=0.9.
3.2. Tính toán pin

3.2.1. Các tham số đầu vào
• Quỹ đạo vệ tinh
• Dòng xả trung bình
• Dòng xả tối đa
• Điện áp hệ thống
• Thời gian sống
• Thiết kế của vệ tinh
3.2.2. Các công thức
Khi lựa chọn công nghệ pin sử dụng cũng như thiết kế hệ thống pin, ngoài các tham số về
hiệu suất còn cần quan tâm đến 1 tham số quan trong là độ sâu xả, Depth of discharge (DOD).
DOD cho ta biết dòng xả tối đa của pin là bao nhiêu theo số chu kỹ đã sạc, xả. Ví dụ như
2 quả pin cùng chứa dung lượng là 10Ah, chỉ xả đc tối đa 9Ah. Tuy nhiên 1 quả xả hết trong 1h,
1 quả là 2h thì 2 quả có DOD khác nhau.
18
Hình 3.1: So sánh DOD của các công nghê pin
Bên trái là pin Ni, bên phải là Li
Để lựa chọn số lượng pin mắc nối tiếp, song song cần dựa vào điện áp hệ thống, P
BOL
và
loại pin sử dụng. Có thể tham khảo bẳng 2.2.
Dung lượng pin:
Trong đó:
o N
batt
: Số lượng pin mắc song song
o N
cell
: Số lượng mắc nối tiếp
o V
avg

: Điện áp trung bình 1 cell
o V
d
: Sụp áp
3.3. Tính toán khối lượng
Khối lượng tổng:
Trong đó:
o M
sa
: Khối lượng pin mặt trời
o M
batt
: Khối lượng 1 cell pin
o N
batt
: Số lượng cell pin
19
o M
PCU
: Khối lượng power control unit
Khối lượng pin mặt trời:
Trong đó:
o M
scell
: Khối lượng cell pin mặt trời (đơn vị: kg/m2)
o A
sctotal
: Tổng diện tích các tấm pin mặt trời
o M
areal

: Khối lượng riêng của các thành phần đóng gói
o A
array
: Tổng diện tích các thành phần đóng gói
Khói lượng 1 pin đơn (gồm các cell nối tiếp)
Khối lượng PCU: Tùy từng vệ tinh
Ngoài ra còn có thêm khối lượng của các hộp hay dây nối tinh xấp xỉ:
3.4. Tính toán chi phí
Tổng chi phí:
Trong đó:
o R
launch
là chi phí trung bình trên khối lượng của khối nguồn. 22k$/kg với GEO,
11k$/kg với LEO
o M
eps
là khối lượng bộ nguồn
o C
batt
là chi phí của pin, tham khảo bảng 2.1
o C
sa
là chi phí cho tấm pin mặt trời:
Trong đó:
C
scell
là chi phí trên diên tích của pian mặt trời
C
areal
là chi phí trên diện tích của các thành phần đóng gói

20
Trung bình 41k$/m
2
(với công nghệ high-n Si và đóng gói kiểu rotating-wings)
Kết luận chương
Trong chương này đã trình bày ngắn gọn những công thức cơ bản trong thiết kế bộ nguồn
cho vệ tinh. Trong thực tế để tính toán được nguồn cho vệ tinh còn cần rất nhiều thông số và các
công thức khác, tuy nhiên những điều trình bày ở trên cho ta cái nhìn tổng quan và cho ta ý
tưởng phải làm sao để tính toán được bộ nguồn cho vệ tinh.
21
Kết luận
Qua bài tập lớn này đã giúp em hiểu rõ hơn về vai trò, tầm quan trọng của hệ thống
nguồn vệ tinh, vị trí của nuồn trong toàn bộ hệ thống, cấu tạo chi tiết các khối có trong bộ nguồn
vệ tinh và tác dụng của chúng trong hệ thống chung. Phần tính toán nguồn còn cung cấp những
công thức cũng như ý tưởng cơ bản nhất trong việc thiết kế một bộ nguồn, tuy các công thức còn
đơn giản tuy nhiên cũng đem lại một góc nhìn khác giúp hiểu rõ hơn về hệ thống nguồn trên vệ
tinh.
22
Tài liệu tham khảo
1. Patel, M. R., Spacecraft power systems, CRC Press, 2005.
2. R., R. M., “Space solar cell-tradeoff analysis,” Solar energy materials and solar
cells, May 2003, pp. 175-208.
3. Dudley, G., “EUROPEAN SPACE TECHNOLOGY HARMONISATION TECHNICAL
DOSSIER ON MAPPING Batteries + Fuel Cells,” Technical Note, TEC-
EPB/05.BTD/GD, 2006.
4. Andresson, J., “Application of a Multiobjective GA to Engineering Design Problems,”
Lecture Notes in Computer Science, 2003.
5. D.E., G., Genetic Algorithm in Search Optimization and Machine Learning,
Addison Wasley Longman, Inc, 1989.
6. Atiquzzaman, M., Liong, S Y., , and Yu, X., “Alternative Decision Making in Water

Distribution Network with NSGA-II,” Journal of Water Resource Planing and
Management., Vol. 132, March/April 2006, pp. 122-126.
7. Coello, C., “Theoretical and Numerical Constraint Handling Techniques used with
Evolutionary Algorithms: A Survey of the State of the Art,” Computer Methods in
Applied Mechanics and Engineering, Vol. 191, January 2002.
8. Larson, W. J. and (eds), J. R. W., Space Mission Analysis and Design, Microcosm
Press, Torrance, CA, 1999.
9. R.L., M., “Electrical power subsystem initial sizing,” IEEE Aerospace and Electronic
Systems, Vol. 5, Dec 1990, pp. 29-34.
10. Broussely, M. and Pistoia, G., editors, Industrial Applications of Batteries:
From Cars to Aerospace and Energy Storage, Elsevier Science, Mar 2007.
11. Milano, P. D., “SISTEMI SPAZIALI: Sottosistema di Potenza (EPS),”
www.aero.polimi.it/ lavagna/bacheca/Power.pdf, 1999
23