Performance and Verifica/on Tes/ng of an Electrical Power - - PowerPoint PPT Presentation

Performance ¡and ¡Verifica/on ¡Tes/ng ¡of ¡an ¡ Electrical ¡Power ¡System ¡for ¡a ¡CubeSat ¡

Seth ¡Folley ¡

• St. ¡Mary’s ¡University ¡of ¡San ¡Antonio, ¡Texas ¡

Mentors: ¡Tom ¡Woods, ¡Chris ¡Sawyer, ¡MaH ¡Carton, ¡Amir ¡Caspi, ¡ ¡ James ¡Mason ¡

1 ¡

• Develop ¡monitoring ¡soMware ¡for ¡the ¡Electrical ¡

Power ¡System ¡for ¡CubeSat ¡mission ¡

• Test/verify ¡the ¡performance ¡of ¡the ¡Electrical ¡

Power ¡System ¡

Goals ¡

2 ¡

• Small ¡satellites ¡
• Standard ¡in ¡Pico ¡satellites ¡ ¡

– 10cm ¡x ¡10cm ¡x ¡10cm ¡which ¡is ¡ 1 ¡unit ¡or ¡1U ¡ – 1.33 ¡kg ¡limit ¡per ¡1U ¡

• Idea ¡developed ¡by ¡Cal ¡Poly ¡

and ¡Stanford ¡

• Experience ¡for ¡students ¡

CubeSats ¡

3 ¡

MinXSS: ¡Miniature ¡X-­‑ray ¡Solar ¡ Spectrometer ¡

4 ¡

MinXSS ¡

• 3 ¡year ¡Grad ¡Student ¡project ¡
• 3U ¡CubeSat ¡
• Low ¡earth ¡orbit ¡

5 ¡

• Will ¡measure ¡the ¡intensity ¡of ¡the ¡soM ¡x-­‑ray ¡

spectrum, ¡0.6 ¡keV ¡(20 ¡Å) ¡to ¡30 ¡keV ¡(0.4 ¡Å) ¡

MinXSS ¡

Courtesy ¡of ¡Amir ¡Caspi ¡

6 ¡

Mechanical ¡Model ¡

+Z ¡ +X ¡ +Y ¡ +Y ¡ +X ¡ +Z ¡

7 ¡

• The ¡brains ¡of ¡MinXSS ¡
• Gathers ¡housekeeping ¡data ¡
• Commands ¡various ¡instruments ¡ ¡

Command ¡and ¡Data ¡Handling ¡

8 ¡

• Triple ¡Junc/on ¡
• Triple ¡Junc/on ¡is ¡more ¡

efficient, ¡up ¡to ¡44% ¡ efficiency ¡in ¡labs, ¡30% ¡ commercial ¡

Solar ¡Cells ¡

9 ¡

• Lithium ¡Polymer ¡
• 4 ¡baHeries ¡total ¡
• 8.4 ¡V ¡max ¡

– 2 ¡sets ¡in ¡series ¡at ¡ 4.2V ¡each ¡

• 4 ¡Ah ¡

BaHeries ¡

10 ¡

BaHeries ¡

Charging ¡Current ¡Characteris/cs ¡

11 ¡

BaHeries ¡

12 ¡

Electrical ¡Power ¡System ¡

13 ¡

Electrical ¡Power ¡System ¡

• Regulates ¡Power ¡going ¡to ¡

the ¡various ¡subsystems ¡

• Solar ¡Panel ¡input ¡
• BaHery ¡Charging ¡

14 ¡

• Communicate ¡to ¡various ¡devices ¡through ¡

Inter-­‑Integrated ¡Circuit ¡or ¡I2C ¡

• Read ¡in ¡raw ¡data ¡numbers ¡and ¡convert ¡to ¡

Volts, ¡Amps, ¡and ¡Temperatures ¡

SoMware ¡

15 ¡

16 ¡

• Talking ¡to ¡the ¡various ¡chips ¡
• Understanding ¡the ¡raw ¡data ¡
• Making ¡sure ¡read ¡data ¡was ¡correct ¡data ¡
• What ¡if ¡the ¡problem ¡wasn’t ¡soMware? ¡
• Staying ¡organized ¡and ¡commen/ng ¡

SoMware: ¡Lessons ¡Learned ¡

17 ¡

• Comparing ¡modeled ¡vs. ¡actual ¡
• To ¡know ¡and ¡understand ¡the ¡limits ¡of ¡the ¡EPS ¡
• To ¡know ¡the ¡efficiencies ¡of ¡the ¡EPS ¡design ¡

Tes/ng: ¡Why? ¡

18 ¡

• EPS ¡components ¡

– Solar ¡panel ¡regulators ¡ – 3.5 ¡V ¡and ¡5 ¡V ¡regulators ¡

• BaHeries ¡

– Capacity ¡ ¡

• Mission ¡Simula/on: ¡“A ¡Day ¡in ¡the ¡Life” ¡

– Orbi/ng ¡day ¡and ¡night ¡

Tes/ng: ¡What? ¡

19 ¡

Tes/ng: ¡3.5 ¡V ¡and ¡5 ¡V ¡Efficiency ¡

82.00% ¡ 84.00% ¡ 86.00% ¡ 88.00% ¡ 90.00% ¡ 92.00% ¡ 94.00% ¡ 0 ¡ 0.5 ¡ 1 ¡ 1.5 ¡ 2 ¡ 2.5 ¡ 3 ¡ 3.5 ¡

Efficiency ¡for ¡3.5 ¡V ¡Converter ¡

Efficiency ¡ 88.00% ¡ 89.00% ¡ 90.00% ¡ 91.00% ¡ 92.00% ¡ 93.00% ¡ 94.00% ¡ 95.00% ¡ 0 ¡ 0.5 ¡ 1 ¡ 1.5 ¡ 2 ¡ 2.5 ¡ 3 ¡

Efficiency ¡for ¡5 ¡V ¡Converter ¡

Efficiency ¡

Current ¡Load ¡(A) ¡ Current ¡Load ¡(A) ¡

20 ¡

? ¡

Tes/ng: ¡Panel ¡Efficiency ¡

88.00% ¡ 90.00% ¡ 92.00% ¡ 94.00% ¡ 96.00% ¡ 98.00% ¡ 100.00% ¡ 102.00% ¡ 0 ¡ 0.5 ¡ 1 ¡ 1.5 ¡ 2 ¡ 2.5 ¡ 3 ¡ 20 ¡V ¡ 17 ¡V ¡ 14 ¡V ¡

Current ¡Load ¡

21 ¡

Tes/ng: ¡BaHery ¡Discharge ¡Results ¡

BaHery ¡Discharge ¡Voltage ¡vs. ¡Time ¡

22 ¡

Tes/ng: ¡BaHery ¡Charge ¡Results ¡

BaHery ¡Charge ¡Voltage ¡vs. ¡Time ¡

Time ¡(minutes) ¡

Range ¡of ¡Time ¡for ¡Orbit ¡ 23 ¡

Tes/ng: ¡Mission ¡Simula/on ¡ Reveals ¡Robust ¡Design ¡

Solar ¡Array ¡Simulator ¡State ¡of ¡Charge ¡vs. ¡Time ¡

24 ¡

Tes/ng: ¡Mission ¡Simula/on ¡

Solar ¡Array ¡Simulator ¡Voltage ¡vs. ¡State ¡of ¡Charge ¡ Charging ¡ Discharging ¡

25 ¡

Conclusion ¡

26 ¡

• The ¡EPS ¡board ¡is ¡populated ¡correctly ¡
• EPS ¡design ¡runs ¡correctly ¡and ¡is ¡efficient ¡
• Slight ¡modifica/ons ¡to ¡improve ¡baHery ¡charging ¡

Acknowledgements ¡ ¡

27 ¡

• Tom ¡Woods ¡
• Grad ¡Students: ¡Chris ¡Sawyer, ¡MaH ¡Carton, ¡James ¡

Mason ¡

• Everyone ¡on ¡the ¡MinXSS ¡team ¡
• Marty ¡and ¡Erin ¡
• All ¡the ¡REU ¡students ¡
• Boulder ¡for ¡being ¡awesome ¡ ¡