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ASTRO-H電源系サブシステムの開発
P2-011
嶋田 貴信、廣瀬 和之、久木田 明夫、池田 博一、大串 義雄、村島 未生、
尾崎 正伸、堂谷 忠靖、岡崎 健、高橋 忠幸 （ISAS/JAXA）、
野崎 幸重、村松 丈志 （NTSpace）、水島 和代、中山 力 （NEC）
ASTRO‒H の概要
観測システムおよび衛星構造
•  X線望遠鏡、X線検出器、CCDカメラ、マイクロカロリメータ
XRT
•  望遠鏡は固定式光学ベンチ（FOB）上部に搭載
•  八角形をしたベースパネル（2.4 m
枚のサイドパネルから構成
Launch
2.4 m）の下部構造と 8
電源系に対する設計要求
< ASTRO-H Mission Overview >
3.  バッテリ充放電サイクル数： 3 年以上
3,500 W or more @EOL
Total length
14 m (after deploying EOB)
Orbit
•  SAP発生電力： Approximate circular orbit
Altitude
Approx. 550 km
Inclination
< 31 degree
Period
96 minutes
Mission duration
< ASTRO-H appearance >
3,500 W 以上 @ EOL (θs: 30 、SAP電圧: 55 V)
Component
16.9 A / 25.3 A of constant current (CC)
SAP: Solar Array Paddle
宇宙用３接合（TJ）太陽電池セル。
展開型２翼構成パドル。EOL におい
て3,500 W以上の電力を発生。
SAP2
SHNT2
PCU
(a) Stowed
Bus HOT
SHNT1
BCCU1
Specifications
- Configuration:
2 paddle wings, 3 panels / wing
32.5 cells in series 192 strings
- Generated power: 3,500 W or more at EOL
- Solar cells: Triple-junction cells
Solar array
paddles (SAPs)
BCCU: Battery Charge
Control Unit
バッテリの充放電制御・管理。
PCU: Power Control Unit
負荷への電力供給。バス電
圧・SHNT・BCCUの制御
BCCU2
NEAC
BAT1
BAT2
Power control
unit (PCU)
- Bus voltage range:
51.0 V to 52.0 V
- Bus power supply distribution: 54 ch
- Ground test equipment interface
Shunt
dissipater
(SHNT)
-
Shunt method: Concomitant of analog & digital
Shunt control power: 2,695 W at 50 V
No. of shunt stages: 14 digital and 7 analog stages
Shunt current:
3.3 A (digital), 1.1 A (analog)
Battery charge
control unit
(BCCU)
-
Charge control: 16.9 / 25.3 A CC - 43 to 48.4 V CV
Overheating protection:
30 / 25 C
Charge stop cell voltage: 4.15 V
Discharge management: Cell UVC 3.6 V/3.4 V
Battery (BAT)
-
Total capacity:
200 Ah at BOL
Cells:
Li ion (100 Ah)
Configuration:
12 cells in series 2 systems
Cell charge bypass: 4.03 V / 4.13 V @ 0.5 A
Bus RTN
SHNT: Shunt Dissipator
余剰電力の制御、
50 V バス電圧安定化
BAT: Battery
100 Ah リチウムイオン電池
12 セル直列 2 系統
NEAC: NEA Controller
非火工型可動物（NEA）に対
してBATから駆動電源を供給
❏ SHNT
太陽電池パドル概要
InGaP/GaAs/Ge triple-junction
(JAXA-QTS-2130/502, Eff.; 28.3% @ BOL)
Size
❏ BAT
100 Ah リチウムイオンセル概要
アナログ･パーシャルシャント/デジタル･フル併用方式
Capacity
21.9 sec in the slowest case
Weight
Dimensions
関係者のみ開示】
初期放電特性
ケース
Voltage [V]
4980
温度
3.6
3.4
3.2
3730
0
3680
ü  ミッション末期（３年）において電力要求である
3.5 kW以上を満足することを確認
負荷が1 kWへ変動
負荷が1 kWまで低下した際、アナログ7段分をONしても余剰
電力制御ができないため、デジタルSHNTを3段分追加でONさ
せ、アナログSHNT7段分の制御範囲内で動作
ü  定常的にはバス電圧制御をアナログシャントにより、
リニア動作を行うためリップルの低減が可能（EMC特
性に優れる）
ü  太陽電池パドルの正常な展開を確認
40
60
80
Capacity [Ah]
劣 化予 測
100
120
放電終止電圧
5年
74 Ah
3.76 V
ü  5℃においても動作電圧のわず ü  使用環境によって劣化速度が異
かな低下が見られるが定格の
なるため、ASTRO-Hの運用パ
100 Ah以上の容量を達成
ターンでの劣化量を予測
ü  エネルギー密度 132 Wh/kg ü  容量・終止電圧ともに運用上、
以上となる見込み
問題ないことを確認
一年間で最も太陽光強度（＝発生電力）が下がる を打上げ日と仮定し、そこから 年間の発生電力変動を求めた。 年間の放射線被曝量は 年分を比例計算
年目、 年目、 年目の発生電力の最大・最小時期のみの解析とし、 年目と 年目は参考値（補間値）である
解析温度は、打上げ直後および打上げ 年後は熱解析結果によるが、他の時期はその結果より類推したものである。
打上げ 年後、 年後、 年後の放射線被曝量は、 年後、 年後、 年後の数値を使用した。
太陽光入射角は
ケースは垂直入射、
ケースでは 度である。不確定誤差・マージンは
項により、温度公差
℃を考慮。
及び原子状酸素による劣化を加味する場合は、 年後は約
、 年後は約
程度となる。
太陽電池パドル展開動作確認試験
20
14.25%
15℃
充電後(実効)容量
2.8
3900
3870
3780
期間
5ºC, 0.2CA
5ºC, 0.5CA
15ºC, 0.2CA
15ºC, 0.5CA
25ºC, 0.2CA
25ºC, 0.5CA
3.0
3970
条 件
DOD
3.8
5090
4030
132 Wh/kg
運用パターンシミュレーション
5310
5000
52 mm x 130 mm x 208 mm
4.0
ケース
5010
2,875 g or less
Energy density
SAP発生電力解析
5340
100 Ah at rated
Nominal Voltage 3.7 V
2.5 m / wing
Al honeycomb cores (25 mm t) 【秘密：
Substrate
発生電力解析
CFRP facesheets covered with Kapton
発生電力プロファイル
5360
Positive: LiCoO2
Negative: Graphite
Electrode
84.7 kg in total
4.2 m
Deploy
＊ 電源系サブシステムCDRが完了し、フライトに向けた詳細設計がFIX
電源系の主要技術
❏ SAP
Mass
(b) Unfolded
< SAP deployment >
< Configuration of ASTRO-H electrical power S/S >
Solar cell
> 3 years (goal of 5 years)
< Specifications for the electrical power subsystem as of Sep. 2013 >
•  バッテリ総電流容量： 200 Ah at BOL
SAP1
Type
電源系サブシステムの概要
設計結果・仕様
•  充電電流： JAXA H-IIA rocket
Power
EOB
4.  NEA (non-explosive actuators) I/F： SXS バルブに必要なI/Fを
有すること
Vehicle
2,700 kg (inc. 1,450 kg)
SAP
2.  SAP 許容入射角： 30 以下
Autumn in 2015
Mass (Observation instruments)
FOB
1.  電力要求： 観測系負荷(890 W)＋バス(950W)＋充電電力(1.4kW)
Date
ü  デジタルシャントを併用することで、アナログ部で消費
しきれない余剰電力をON/OFF動作させる制御を行う
ことで、大電力へ対応が可能
バッテリセル故障対策
BCIS
２系統
（11セル 2）
1セル故障
2系統
（12セル 2）
CMD
BAT
ü バッテリセル分離スイッチ（BCIS）をセル毎に新たに実装し、
1セル故障時にもバッテリ両系統の運用を可能にできる設計
（セル冗長）へと変更
→ 1セル故障の際、一時的に正常バッテリ片系統での運用となる
→ 正常系統BATの1セルをBCISを用いて系統から切り離す