载人航天是航天技术领域最引人关注的项目，载人航天器具有各类航天器中最复杂的控制技术，对航天器的可靠性、安全性要求也最为苛刻。其技术水平的高低标志着一个国家科技综合实力的高低。目前我国已经成功将宇航员送入太空，初步掌握了太空行走和交会对接技术。下一步，我国将研制功能更为复杂的新一代载人航天器，而随着航天器功能越来越复杂，所要求的电源负载功率也越来越大，目前国内载人航天器的电源系统已经无法满足新任务的功率需求。在此背景之下，本文提出一种适用于载人航天器的新型低压大功率电源系统的设计方案，并对其关键技术进行研究，为载人航天后续任务提供电源系统的大功率需求的保障。航天器的电源系统主功率供电回路输出的额定电压一般称之为电源系统的母线电压，该母线电压的大小取决于负载的要求以及航天器的需求[1,2,3]。设计大功率的航天电源系统，目前常用的一种思路为提高电源系统的母线电压。目前国际上很多国家都在对高压航天电源系统进行研究[4,5,6,7]，国内高压母线电源系统研究也已经起步，并且已经取得了一些成功的经验，但技术尚不成熟。而随着航天器母线电压的提升，很多负面影响难以避免，高压电源系统的可靠性还有待提高。从安全性角度考虑，载人飞行器也不适合使用过高的母线电压，以危及宇航员安全。另外，从国家航天科技战略角度考虑，大功率航天器电源系统，高低压体制各有优势和劣势，我们在研究高压母线电源系统的同时，也必须掌握低压大功率电源系统的关键技术。综合以上因素，本文设计的适用于载人航天器的低压大功率电源系统，将采用相关技术、基础器件以及设备相对成熟[2,3]，且在人体正常安全承受范围内的28V低压母线系统。本文为提高系统整体可靠性和降低电源系统单机组充放电功率压力，首次创新性地采用了三机组系统设计方案，在储能电池选择上，首次采用了性能优势明显，但控制相对复杂的锂离子蓄电池作为储能电池。为此，本文对采用三机组方案所面临的机组间放电均衡设计、故障重构策略，以及采用锂离子电池的充放电控制技术进行了重点研究。并从系统控制拓扑选型，太阳电池阵设计、功率调节单元设计等方面对电源系统进行了整体设计。其后对系统重点控制技术和电路进行了电路仿真，并且进行了系统能量平衡分析，理论上验证了系统方案的可行性。最后根据电源系统方案，完成了地面工程样机系统的研制，并对样机系统进行了功能、性能测试，地面测试数据满足设计要求，同时在此基础上提出了后续完善建议。本文从实际工程应用出发，结合目前国内外成熟设计方案，对载人航天器三机组低压大功率电源系统进行了整体方案设计，解决了载人航天后续任务大负载的功率需求。方案中采用了目前最先进的锂离子蓄电池，并且设计、验证了其充放电控制技术。在三机组电源系统研制过程中所采用的多机组均流并网控制技术，多机组的故障重构技术等均为国内航天器电源系统首次应用，为后续航天型号任务更大功率，更复杂的多机组电源并网控制、在轨能量管理的研制做出了技术贡献。