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図面 (13)

課題

解決手段

第1及び第2のマウント面表裏に有する平面マウントパネル54と、その第1マウント面の1面に広げてマウントされた第1のバッテリ・アセンブリからなる電気的に連続な複数のバッテリ・セルと、前記平面マウント・パネル54の前記第2マウント面の1面に広げてマウントされた第2のバッテリ・アセンブリからなる電気的に連続な複数のバッテリ・セルと、を有し、前記第2のバッテリ・アセンブリの前記1面は前記第1のバッテリ・アセンブリの前記1面から間隔を空けて配置されている、宇宙船バッテリ・システム

概要

背景

従来の2次元バッテリ実装方法は、より高い電力が必要とされ、取り扱うバッテリ・セルの数が増加することによって、より多くの宇宙船リソース取り付けスペース、質量及び熱パイプ)が必要とされる。二重積層セルはこのようなリソース要求を大きく低減する(本開示においては、それらを3次元に配列することを推奨する)。現在の宇宙船は、埋め込まれた熱パイプを有する熱ラジエータに直接マウントされたパネル上の平面内(2次元配置)に全てのバッテリ・セルを配置している。食の間にはより大きな電力が必要とされるので、セルの数、すなわち、バッテリに当てる2次元領域の大きさも増加させなければならない。バッテリ・セルを共通取付け板の間の2平面に配置することによって、よりコンパクトな配置が可能になり、バッテリ・アセンブリを宇宙船の面(限られたマウント領域リソース)から移動させて離れた位置に配置することができる。

現在の宇宙船は、すでにペイロードのために予約されているパネルのマウント領域の全てを使い切っているが、従来の2次元バッテリは、ペイロード電力が増加するにつれてこの領域の幾分かを必要とする。バッテリ・セルの3次元配置によって節約されるマウント領域は、ペイロードを追加することに当てられる。現代の衛星静止衛星バッテリは、直列接続のセル(今日、最も一般的には、ニッケル水素セル)、及びバッテリ内の熱を分散し過剰な熱を取り除くための適切な構造を含む。この直列接続及び熱サブシステムは、通常、2次元平面全体に個々のセルを分散することによって実行される。

前述の従来技術についての知識により本発明は理解され、以下により実施に移される。

概要

宇宙船のバッテリ・セルのコンパクトな構成。

第1及び第2のマウント面表裏に有する平面マウント・パネル54と、その第1マウント面の1面に広げてマウントされた第1のバッテリ・アセンブリからなる電気的に連続な複数のバッテリ・セルと、前記平面マウント・パネル54の前記第2マウント面の1面に広げてマウントされた第2のバッテリ・アセンブリからなる電気的に連続な複数のバッテリ・セルと、を有し、前記第2のバッテリ・アセンブリの前記1面は前記第1のバッテリ・アセンブリの前記1面から間隔を空けて配置されている、宇宙船バッテリ・システム。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

宇宙船バッテリ・システムであって、第1及び第2のマウント面表裏に有する平面マウントパネルと、前記平面マウント・パネルの前記第1マウント面の1面に広げてマウントされた第1のバッテリ・アセンブリからなる電気的に連続な複数のバッテリ・セルと、前記平面マウント・パネルの前記第2マウント面の1面に広げてマウントされた第2のバッテリ・アセンブリからなる電気的に連続な複数のバッテリ・セルと、を有し、前記第2のバッテリ・アセンブリの前記1面は前記第1のバッテリ・アセンブリの前記1面から間隔を空けて配置されていることを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項2

請求項1に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記第1及び第2のバッテリ・アセンブリの各々の前記バッテリ・セルから前記平面マウント・パネルを渡り熱を一様に分散せしめる等温化手段を有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項3

請求項2に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記等温化手段は、前記平面マウント・パネルに埋め込まれ、前記バッテリ・セルに熱的に接続された複数の熱パイプを有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項4

請求項1に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、深宇宙に熱を放射するための熱ラジエータ手段と、前記平面マウント・パネルを前記熱ラジエータ手段に熱的に接続し、前記平面マウント・パネルからの熱を前記熱ラジエータ手段に伝達する熱伝達手段と、を有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項5

請求項4記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記第1及び第2のバッテリ・アセンブリの各々の前記バッテリ・セルから前記平面マウント・パネルを渡り熱を一様に分散せしめる等温化手段を有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項6

請求項5記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記等温化手段は、前記平面マウント・パネルに埋め込まれ、前記バッテリ・セルと熱的に接続された複数の熱パイプを有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項7

宇宙船バッテリ・システムであって、第1及び第2のマウント面を表裏に有する平面マウント・パネルの第1マウント面の1面に広げてマウントされた第1のバッテリ・アセンブリからなる電気的に連続な複数のバッテリ・セルと、前記平面マウント・パネルの第2マウント面の1面に広げてマウントされた第2のバッテリ・アセンブリからなる電気的に連続な複数のバッテリ・セルと、を有し、前記第2のバッテリ・アセンブリの前記1面は前記第1のバッテリ・アセンブリの前記1面から間隔を空けて配置されていることを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項8

請求項7記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記第1及び第2のバッテリ・アセンブリの各々の前記バッテリ・セルから前記平面マウント・パネルを渡り熱を一様に分散せしめる等温化手段を有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項9

請求項8に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記等温化手段は、前記平面マウント・パネルに埋め込まれ、各々が前記バッテリ・セルと関連する複数の熱パイプを有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項10

請求項7に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、深宇宙に熱を放射するための熱ラジエータ手段と、前記第1及び第2のバッテリ・アセンブリを前記熱ラジエータ手段に熱的に接続し、前記バッテリ・セルからの熱を前記熱ラジエータ手段に伝達する熱伝達手段と、を有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項11

請求項7記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記第1及び第2のバッテリ・アセンブリの各々の前記バッテリ・セルから前記平面マウント・パネルを渡り熱を一様に分散せしめる等温化手段を有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項12

請求項8に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記等温化手段は、前記平面マウント・パネルに埋め込まれ、前記バッテリ・セルに熱的に接続された複数の熱パイプを有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項13

宇宙船バッテリ・システムであって、第1及び第2のマウント面を表裏に有する平面マウント・パネルと、前記平面マウント・パネルの前記第1マウント面に広げてマウントされ突き出た第1のバッテリ・アセンブリからなる電気的に連続な複数のバッテリ・セルと、前記平面マウント・パネルの前記第2マウント面に広げてマウントされ突き出た第2のバッテリ・アセンブリからなる電気的に連続な複数のバッテリ・セルと、を有ることを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項14

請求項13に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記第1及び第2のバッテリ・アセンブリの各々の前記バッテリ・セルから前記平面マウント・パネルを渡り熱を一様に分散せしめる等温化手段を有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項15

請求項14に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記等温化手段は、前記平面マウント・パネルに埋め込まれ、前記バッテリ・セルに熱的に接続された複数の熱パイプを有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項16

請求項13に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、深宇宙に熱を放射するための熱ラジエータ手段と、前記平面マウント・パネルを前記熱ラジエータ手段に熱的に接続し、前記平面マウント・パネルからの熱を前記熱ラジエータ手段に伝達する熱伝達手段と、を有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項17

請求項16に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記第1及び第2のバッテリ・アセンブリの各々の前記バッテリ・セルから前記平面マウント・パネルを渡り熱を一様に分散せしめる等温化手段を有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項18

請求項17に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記等温化手段は、前記平面マウント・パネルに埋め込まれ、前記バッテリ・セルに熱的に接続された複数の熱パイプを有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項19

宇宙船バッテリ・システムであって、第1及び第2のマウント面を表裏に有する平面マウント・パネルの第1マウント面に広げてマウントされ突き出た第1のバッテリ・アセンブリからなる電気的に連続な複数のバッテリ・セルと、前記平面マウント・パネルの第2マウント面に広げてマウントされ突き出た第2のバッテリ・アセンブリからなる電気的に連続な複数のバッテリ・セルと、を有し、前記第2のバッテリ・アセンブリの面は前記第1のバッテリ・アセンブリの面から間隔を空けて配置されていることを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項20

請求項19に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記第1及び第2のバッテリ・アセンブリの各々の前記バッテリ・セルから前記平面マウント・パネルを渡り熱を一様に分散せしめる等温化手段を有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項21

請求項20に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記等温化手段は、前記平面マウント・パネルに埋め込まれ、各々が前記バッテリ・セルと関連する複数の熱パイプを有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項22

請求項21に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、深宇宙に熱を放射するための熱ラジエータ手段と、前記第1及び第2のバッテリ・アセンブリを前記熱ラジエータ手段に熱的に接続し、前記バッテリ・セルからの熱を前記熱ラジエータ手段に伝達する熱伝達手段と、を有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項23

請求項21記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記第1及び第2のバッテリ・アセンブリの各々の前記バッテリ・セルから前記平面マウント・パネルを渡り熱を一様に分散せしめる等温化手段を有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

請求項24

請求項20に記載の宇宙船バッテリ・システムであって、前記等温化手段は、前記平面マウント・パネルに埋め込まれ、前記バッテリ・セルに熱的に接続された複数の熱パイプを有することを特徴とする宇宙船バッテリ・システム。

技術分野

0001

本発明は、宇宙船バッテリ・システム、特に、宇宙船のバッテリ・セルコンパクトな構成に関する。

背景技術

0002

従来の2次元のバッテリ実装方法は、より高い電力が必要とされ、取り扱うバッテリ・セルの数が増加することによって、より多くの宇宙船リソース取り付けスペース、質量及び熱パイプ)が必要とされる。二重積層セルはこのようなリソース要求を大きく低減する(本開示においては、それらを3次元に配列することを推奨する)。現在の宇宙船は、埋め込まれた熱パイプを有する熱ラジエータに直接マウントされたパネル上の平面内(2次元配置)に全てのバッテリ・セルを配置している。食の間にはより大きな電力が必要とされるので、セルの数、すなわち、バッテリに当てる2次元領域の大きさも増加させなければならない。バッテリ・セルを共通取付け板の間の2平面に配置することによって、よりコンパクトな配置が可能になり、バッテリ・アセンブリを宇宙船の面(限られたマウント領域リソース)から移動させて離れた位置に配置することができる。

0003

現在の宇宙船は、すでにペイロードのために予約されているパネルのマウント領域の全てを使い切っているが、従来の2次元バッテリは、ペイロード電力が増加するにつれてこの領域の幾分かを必要とする。バッテリ・セルの3次元配置によって節約されるマウント領域は、ペイロードを追加することに当てられる。現代の衛星静止衛星バッテリは、直列接続のセル(今日、最も一般的には、ニッケル水素セル)、及びバッテリ内の熱を分散し過剰な熱を取り除くための適切な構造を含む。この直列接続及び熱サブシステムは、通常、2次元平面全体に個々のセルを分散することによって実行される。

0004

前述の従来技術についての知識により本発明は理解され、以下により実施に移される。

発明の概要

0005

本発明は、バッテリ・セルを2つの面に配列し、それらの間に主マウント板を有し、よりコンパクトな構成が可能な宇宙船のバッテリ・システムに関する。これにより、宇宙船の北/南面などの限られたマウント領域からバッテリ・アセンブリを移動させて離れた位置に配置することができる。このために、平面マウント・パネルの第1のマウント面の1面に広げてマウントされた電気的に連続な複数のバッテリ・セルからなる第1のセル・ネットワークと、同じ平面マウント・パネルの裏面の第2のマウント面の1面に広げてマウントされた同様な構成の第2のセル・ネットワークと、を有する。本システムは、上記平面マウント・パネルに埋め込まれ、バッテリ・セルの各々に熱的に接続されて、平面マウント・パネルを渡り熱を一様に分散せしめる複数の熱パイプを含む。また、本システムは、好ましくは、深宇宙に熱を放射するための熱ラジエータと、平面マウント・パネルを熱ラジエータに熱的に接続し、平面マウント・パネルからの熱を熱ラジエータ手段に伝達する熱伝達手段と、を有する。図1は、宇宙船24(例えば、静止宇宙船)のバス装置アセンブリ22に隣接するバッテリ・アセンブリ20の通常の位置を図示し、通常、表裏をなす1対の面は直接の太陽エネルギー入射から離れて置かれる。静止通信衛星においては、これらの面はそれぞれ北面及び南面26、28と呼ばれ、主なパネル・マウント領域であり、バス装置、バッテリ及び通信ペイロード装置の熱ラジエータ領域である。全ての装置をこれらの熱ラジエータ・パネルの上に直接マウントするための領域は制限されるので、バッテリがより多くのマウント領域を必要とする場合、それを補うため通信ペイロード装置又はバス装置のマウント領域が低減されなければならない。

0006

図2は、従来のバッテリ技術を図示し、パネル38にマウントされたバッテリ36の複数のバッテリ・セル34は主要なバッテリ・パネルのマウント領域上の1つの平面に広げられた2次元構成を有する。バッテリをより効率的にするために、このバッテリ・ラジエータ・パネル内に全てのバッテリ・セルを等温化する熱パイプ(図示せず)を埋込んでもよい。この場合、バッテリ・アセンブリはバス装置のパネルと領域を共有する。しかしながら、将来のより高出力な宇宙船は、主パネル・マウント領域を更にバッテリに当て、バス装置のような顧客が本当に要望する装置にはより少ない領域を当てることになる大きなバッテリを必要とする。

0007

図3は、食のために、より高出力が要求される高度な宇宙船に対する単一平面(2次元)技術を表す応用例を図示し、例えば、変更された大型化バッテリ・アセンブリ20A、及びより小型のバス装置アセンブリ22Aを表す。図4は、従来のバッテリのマウント配置を示す斜視図である。図3及び4に示すように、バッテリ・セル34の数が増加するに従い、バッテリに当てる主パネル・マウント領域は増加し、図5に示すように、バッテリ・アセンブリ20はバス装置アセンブリ22用に予約されていた領域を侵し、次にそれは通信ペイロード装置のパネル・マウント領域40に移される。問題は、より高い電力が宇宙船41のペイロード能力を増やすために求められているということである。しかし、結果は、ペイロードのマウントのために今日利用できる主領域が減少するという否定的なものである。

0008

より高出力の宇宙船におけるパネル・マウント領域の減少を軽減する1つの方法は、マウント時の1セル当たり底面積が同じで、より大容量のバッテリ・セルを開発することである。これらの大容量セルによって、低電力宇宙船と同一のバッテリ・パネル・マウント領域を保ちつつ、より大きな総ワット時能力を得ることができる。しかしながら、より大きなバッテリ・セルの開発は高価で時間がかかり、計画スケジュールリスクを伴う。より高電力を最も単純に実現する方法は、バッテリ・セルの数を増やすことである。

0009

ペイロード装置のマウント領域を維持する他の方法は、図6に示すように、宇宙船42の内部にバッテリ・セル34の1面(2次元)を移動することである。これを実現する場合の問題は、それが実質的な容積を占めるということである。この大きな領域に亘るバッテリを等温化する(すなわち、内部の等温条件を維持する)ことは非常にむずかしく、バッテリに好ましい低温環境劣化させる熱の漏洩経路が多く存在する。また、バッテリはそれ自身の個別で一意的な温度環境を有しなければならないので、それらはしっかり覆われ、非常に熱い通信ペイロード装置からブロックされなければならない。しかし、この熱分離を効率的に行うことは、宇宙船の全電子回路のみならず推力燃料冷やすためにも必要な船体を通る熱放射経路をブロックすることにもなる。

0010

2面以上に実装されるセルの3次元バッテリは、バッテリに当てる主パネルのマウント領域を減少させるための有効な手段を提供し、また、これは本発明の本質でもある。本発明の主たる特徴は、宇宙船のバッテリ・セルのよりコンパクトな構成をもたらす技術の提供である。

0011

本発明の他の特徴は、個々の直列接続されたセルが2次元ではなく3次元に配列され、よりコンパクトなバッテリが得られるので、宇宙船のマウント領域が少なくて済み、従って、更なる装置を搭載することが可能になる宇宙船バッテリを提供することである。本発明の更なる他の特徴は、バッテリ内の熱を分散してバッテリの熱を導く熱パイプを含む内部マウント面を備えた宇宙船バッテリを提供することである。

0012

更に、本発明の他の特徴は、内部マウント面及び外部の熱排除ラジエータの間に適切な接続が備えられた宇宙船バッテリを提供することである。他の、また更なる本発明の特徴、利点は、下記の図面と共に下記の説明により明らかになる。前述の一般的な記述及び下記の詳細な説明は、例示的及び説明的なものであり、本発明を限定するものと理解されてはならない。本発明中に含まれ、本発明の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施例の1つを示すものであり、詳細な説明と共に本発明の原理を一般的に説明するものである。本開示の全体にわたり同様な構成要素には同様の参照符を付している。

発明を実施するための最良の形態

0013

まず初めに、2つのセル面の配置を示す図7を参照すると、共通のバッテリ・マウントパネル54を有する第1及び第2のバッテリ・アセンブリ50、52が示されている。セル34のマウントパネル54の両面は同じものであり、両面を同時に等温化する熱パイプ56が埋め込まれており、図8の側面図に示すように、バッテリ内で生成された熱を離れた位置の熱ラジエータ58に輸送するために用いられる。このバッテリ構造は、よりコンパクトなだけではなく、熱ラジエータ58から離れた位置に配置することができるので、効率的な組込みのための選択肢広がり、通信ペイロードをマウントする余地を広げることができる。それに加え、バッテリ・アセンブリ50、52は、所望の等温条件を達するのに、より安価な熱パイプ56で済む。

0014

前述したように、72個のセルからなる1対の大型バッテリ・アセンブリ44、46を、1つの2次元平面に広げて配置した場合に必要なマウント領域の大きさを図6に示す。一方、それと対照的に、図9は同一の大きさのバッテリ・アセンブリ及びセル34の1対59、60を3次元に、又は2つの個別のパックを有する、紙面内で展開した2面バッテリ実装を行った場合を示している。これにより、3次元の2面バッテリ・パックは、明らかにコンパクトであり、取扱い及び集積が容易であるという利点を有する。図10は、4つのパック、又はアセンブリ62、64、66、68、及び8台のモジュール(4つは紙面の裏側にあり、図に表されていない)により3次元構成として実現した他の場合を示し、宇宙船70の大型バッテリの集積及び位置についてのフレキシビリティが得られることを表している。

0015

図11は、北面及び南面のバッテリ熱ラジエータ58に接続されたマウントパネル54内に熱パイプ56(図7及び8を参照)を含む4パック構成の3次元2面バッテリ・アセンブリ74を有する宇宙船72を示している。この構成により、バス電子回路装置80は低電力応用の場合と同じマウント領域でよいことになる。この例では、バッテリの熱ラジエータ領域は等価な主パネル・マウント領域よりも小さいので、バッテリ容量幾らかの損失がでるかもしれないが、この損失は2、3個のバッテリ・セルを追加することによって埋め合わせることができる。

0016

図12は、「東及び西バッテリ・ラジエータを有する衛星」と題された1997年12月5日出願の、本願と同一の出願人に譲渡された特許出願第07/985452号に開示されたタイプの東西バッテリ構成を有する宇宙船84の3次元2面バッテリ・アセンブリ82を示している。この図は、大型のバッテリを3次元に実装し、主北面及び南面のマウント及び熱ラジエータ用パネルからのリソースを必要としないコンパクトな構成を示している。

0017

本発明の好適な実施例について詳細に開示したが、特許請求の範囲及び詳細な説明に記載された本発明の範囲から逸脱せずに様々な他の変更が可能であることは当業者であれば理解できるであろう。

図面の簡単な説明

0018

図1北面又は南面上のバッテリ・アセンブリ及びバス装置アセンブリを含む既知の構造の衛星の斜視図である。
図2図1に示す衛星の北面又は南面上のバッテリ・アセンブリ及びバス装置アセンブリの平面図である。
図3食のために大電力が要求される既知の高度な衛星の北面又は南面上のバッテリ・アセンブリ及びバス装置アセンブリの平面図である。
図4図3の高度な衛星の斜視図である。
図5大電力をサポートするためにペイロードのマウント領域に侵入したバッテリ・アセンブリ及びバス装置アセンブリを示す既知の衛星のマウント・パネルの平面図である。
図6セルが1面構成で広がった場合に必要とされる大型バッテリのマウント領域を示す既知の衛星のマウント・パネルの平面図である。
図7本発明を具現化するバッテリのマウント構成を示す側面図である。
図8図7に示すバッテリのマウント構成を示す端面図である。
図94つのモジュールとして構成された2つの個別のパックを有する、3次元の2面バッテリのマウント構成の平面図である。
図104パック、8モジュールとして構成された3次元のマウント構成の平面図である。
図11北及び南のバッテリ熱ラジエータに接続された熱パイプを有する、4パックの3次元2面バッテリの斜視図である。
図12東及び西のバッテリとして実現される、3次元の2面バッテリの斜視図である。
主要部分の符号の説明
34 バッテリ・セル50、52、74 バッテリ・アセンブリ54 バッテリ・マウントパネル56 熱パイプ58 熱ラジエータ72 宇宙船

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