6.2.6 能量平衡分析
以初期高温工况模型为例进行分析。
6.2.6.1 轨道与光照条件
初期高温工况下的火星探测电源系统是在初期高温工作环境下对火星探测电源系统进行能量平衡仿真的系统。在火星探测电源系统中，通过改变环境模型与太阳翼模型的已工作时长参数及温度选择模式来形成初期高温的工况。已工作时长参数通过改变损失系数来影响太阳翼功率计算模块功率输出；温度选择模式通过改变体装电池阵温度输出与对日电池阵温度输出来影响太阳翼功率计算模块的功率输出。轨道和光照参数配置如图6-27所示。
图6-27 轨道和光照参数配置
6.2.6.2 系统模型
系统模型如图6-28所示。仿真计算分析模块支持对系统仿真模型进行编译求解，开展全任务周期的能量平衡计算分析，全面掌控太阳电池阵、蓄电池组、电源控制器、负载的重要指标参数变化情况。
图6-28 系统模型
基于系统仿真模型，能够开展能量平衡计算分析工作。具体要求如下：
（1）能够对系统仿真模型进行编译求解，并支持仿真暂停、终止控制。
（2）支持在仿真过程中，对仿真输入参数进行修改，并自动注入仿真模型，实时仿真求解。
（3）能够开展全任务周期的能量平衡计算分析，包括：①对于太阳电池阵，能够开展太阳入射角影响计算分析、温度影响计算分析、休眠唤醒计算分析、实际发电计算分析等；②对于蓄电池组，能够开展衰减影响计算分析、温度影响计算分析、充放电计算分析等；③对于电源控制器，能够开展功率调节、功率分配、分流计算分析等；④对于负载，能够开展负载功耗计算分析等；⑤能够预测太阳电池发电量、可续航时间。
6.2.6.3 仿真结果
1）太阳电池阵实际发电计算分析
太阳电池阵实际输出功率由对日定向板输出功率、不对日定向板输出功率与体装板输出功率三部分组成。其中，对日定向板输出功率与不对日定向板输出功率组成MPPT输出功率。在系统中，A板发电功率为对日定向板输出功率、B板发电功率为不对日定向板输出功率、体装板为S3R控制功率输出，三者相加得到总的发电功率，如图6-29所示。对每个火星日发电量进行积分，得到每天发电瓦时数，如图6-30所示。
图6-29 太阳电池阵每天发电功率
图6-30 太阳电池阵每天发电瓦时数
2）蓄电池组计算分析
系统在阴影区由蓄电池组供电，在阳照区由太阳阵供电，通过DOD（放电深度）是否稳定来判断系统是否达到能量平衡。蓄电池组DOD状态如图6-31所示。
图6-31 蓄电池组DOD状态
3）负载功率计算分析
负载对电源控制器产生供电需求，进而使电源控制器调配功率对负载进行供电。负载功率曲线如图6-32所示。
图6-32 负载功率曲线
4）太阳入射角对太阳电池阵影响计算分析
系统环境模型在特定的环境参数设定下向太阳翼模型输出对日定向板与不对日定向板的太阳入射角（图6-33），从而对太阳翼的输出功率产生影响。
图6-33 对日定向太阳翼太阳入射角
5）温度对太阳电池阵影响计算分析
电池阵温度由天顶角、总光强与各类效率参数计算得到。展开板温度（图6-34）对展开板单片工作电压及展开板单片工作电流产生影响，从而生成温度因子，温度因子进一步对对日定向板与不对日定向板的输出功率都产生影响。同理，体装电池阵温度对体装单片工作电压及体装单片工作电流产生影响，从而生成温度因子，温度因子进一步对体装板输出功率产生影响。太阳电池阵总输出功率由以上三部分组成，故温度对太阳电池阵输出功率产生影响。
图6-34 展开板温度