Способ подготовки литий-ионной аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации в составе искусственного спутника земли


 


Владельцы патента RU 2496190:

Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" (RU)

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при подготовке литий-ионных аккумуляторных батарей к штатной эксплуатации в составе искусственных спутников Земли (ИСЗ). Техническим результатом является повышение функциональной надежности и обеспечение эффективного заряда литий-ионных аккумуляторных батарей при ограниченном теплосъеме при подготовке аккумуляторных батарей к штатной эксплуатации в составе ИСЗ. Указанный результат достигается тем, что перед отправкой искусственного спутника Земли на полигон запуска проводят предварительный заряд аккумуляторной батареи с обеспечением термостатирования, а на полигоне запуска проводят окончательный заряд, с последующей балансировкой аккумуляторов по напряжению, и проводят как минимум один дозаряд аккумуляторной батареи без обеспечения ее термостатирования. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при подготовке литий-ионных аккумуляторных батарей к штатной эксплуатации в составе искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Вывод ИСЗ на орбиту связан обычно с длительным нахождением аппарата на участке выведения, до 7-10 часов, когда основной источник электроэнергии - солнечная батарея - находится в сложенном состоянии, а электропитание аппаратуры обеспечивается в основном от аккумуляторных батарей. Энергия аккумуляторных батарей требуется и тогда, когда происходит раскрытие панелей солнечной батареи, поиск Солнца и ориентация панелей солнечной батареи, что занимает дополнительно еще 2-3 часа. Возможные задержки в ориентации ИСЗ также приводят к увеличению времени работы бортовой аппаратуры от аккумуляторных батарей.

Исходя из вышеизложенного, к начальной энергии аккумуляторных батарей предъявляются очень высокие требования. Высокие требования обеспечиваются как типом электрохимической системы аккумулятора (например, литий-ионный), так и эффективностью технологии подготовки аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации (предстартового заряда).

Особенностями литий-ионных аккумуляторных батарей являются минимальный саморазряд аккумуляторов и малое внутреннее сопротивление (соответственно, малое тепловыделение). Первая особенность позволяет проводить подготовку литий-ионной аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации (предстартовый заряд аккумуляторных батарей) заблаговременно, а вторая - оптимизировать технологию проведения подготовки литий-ионной аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации с целью ее упрощения на завершающем этапе подготовки ИСЗ к штатной эксплуатации.

Существующий, тем не менее, саморазряд аккумуляторов и режим хранения аккумуляторной батареи в заряженном состоянии ведет к частичной потере емкости и некоторому разбалансу аккумуляторов по емкости (последнее так же ведет к снижению разрядной емкости аккумуляторной батареи), что следует иметь в виду, формируя технологию подготовки литий-ионной аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации.

Устранение (нивелирование) разбаланса аккумуляторов по емкости, в процессе проведения подготовки литий-ионной аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации, можно реализовать режимом балансировки аккумуляторов по напряжению. При этом необходимо учитывать баланс между тепловыделением и возможностями текущего теплосъема, для предотвращения излишнего нагрева аккумуляторной батареи.

Известен способ подготовки аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации в составе искусственного спутника Земли (см. патент №2401485 RU), согласно которому проводят термостатирование в статическом режиме посредством продувки полости обтекателя космической головной части воздухом, контролируют температуру воздуха посредством датчиков температуры и регулируют при необходимости температуру воздуха, контролируют температуру аккумуляторной батареи, проводят стартовый заряд номинальным током и последующий дозаряд малым током, при этом, прекращение заряда номинальным током проводят после повышения температуры аккумуляторной батареи на 2-5°С, от предшествующего стартовому заряду значения, с ограничением по допустимой для аккумуляторной батареи температуре, причем, между зарядом номинальным током и дозарядом малым током предусматривают паузу для отвода тепловой энергии от аккумуляторной батареи накопленной на предшествующем заряде номинальным током.

Недостатком известного способа является то, что он касается работы преимущественно с никель-водородными аккумуляторными батареями и для литий-ионных аккумуляторных батарей практически неприемлем.

Наиболее близким по технической сущности является способ заряда литий-ионной аккумуляторной батареи (подготовки литий-ионной аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации в составе искусственного спутника Земли), описанный в книге А.А. Тагановой, Ю.И. Бубнова, С.Б. Орлова, Герметичные химические источники тока. Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации, Санкт-Петербург, Химиздат, 2005 г., главы 7 и 5 [1]. Согласно приведенному источнику, максимальная степень заряженности литий-ионной аккумуляторной батареи может быть достигнута путем комбинированного заряда: вначале стабильным током, затем стабильным напряжением до снижения зарядного тока до 0,03 от номинальной емкости аккумуляторной батареи. При этом необходимо проведение периодической балансировки аккумуляторов по напряжению. Этот способ принят за прототип заявляемому изобретению.

Недостатком известного способа является то, что он не рассматривает режимов термостатирования аккумуляторной батареи и других технологических условий для достижения оптимального результата (наибольшей емкости на начало штатной эксплуатации аккумуляторной батареи), что снижает надежность известного способа, так как может привести к необоснованному нагреву аккумуляторной батареи в процессе проведения подготовки литий-ионной аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации, что снизит эффективность ее заряда.

Задачей заявляемого изобретения является повышение функциональной надежности и обеспечение эффективного заряда литий-ионных аккумуляторных батарей при ограниченном теплосъеме при подготовке аккумуляторных батарей к штатной эксплуатации в составе ИСЗ.

Поставленная задача решается тем, что при проведении заряда, балансировки аккумуляторов по напряжению и последующего дозаряда, перед отправкой искусственного спутника Земли на полигон запуска проводят предварительный заряд аккумуляторной батареи с обеспечением термостатирования, а на полигоне запуска проводят окончательный заряд, с последующей балансировкой аккумуляторов по напряжению, и проводят как минимум один дозаряд аккумуляторной батареи без обеспечения ее термостатирования. Кроме того, предлагается проводить «n» дозарядов с периодом в 10-20 суток без обеспечения термостатирования аккумуляторной батареи, а заключительный дозаряд на полигоне запуска проводят не ранее промежутка времени до запуска искусственного спутника Земли, рассчитанного исходя из соотношения: Т≤ΔСс/Jc, где

Т - максимальное время до запуска искусственного спутника Земли от проведения заключительного дозаряда с предшествующей балансировкой, час;

ΔСс - допустимая величина снижения емкости, А·час;

Jc - максимальный ток саморазряда аккумуляторов (включая токи утечки на бортовую автоматику ИСЗ), А.

Действительно, проведение предварительного заряда с обеспечением термостатирования аккумуляторной батареи на заводе-изготовителе искусственного спутника Земли перед отправкой его на полигон запуска, позволяет провести эту часть работы в комфортных температурных условиях и упростить последующую работу по подготовке аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации на полигоне запуска ИСЗ.

Как отмечено в [1], «за 12 месяцев аккумуляторы теряют 10-20% запасенной емкости». Из этого следует, что величина необходимого заряда аккумуляторной батареи на полигоне запуска, время балансировки аккумуляторов по напряжению и последующего дозаряда будут меньше номинальных значений, что позволит исключить принудительное термостатирование аккумуляторной батареи, что упрощает технологию работ и повышает надежность.

Из того же источника [1] следует, что «саморазряд литий-ионного аккумулятора составляет 4-6% за первый месяц». Исходя из этого, предлагается проводить «n дозарядов с предшествующей балансировкой с периодом в 10-20 суток без обеспечения термостатирования аккумуляторной батареи, что позволит обеспечить высокую степень заряженности аккумуляторной батареи на начало ее штатной эксплуатации. Более высокую степень готовности предлагается обеспечить путем проведения заключительного дозаряда с предшествующей балансировкой на полигоне запуска не ранее промежутка времени до запуска искусственного спутника Земли, рассчитанного исходя из соотношения: Т≤ΔСс/Jc, где

Т - максимальное время до запуска искусственного спутника Земли от проведения заключительного дозаряда с предшествующей балансировкой, час;

ΔСс - допустимая величина снижения емкости, А·час;

Jc - максимальный ток саморазряда аккумуляторов (включая токи утечки на бортовую автоматику ИСЗ), А.

Пример реализации предлагаемого решения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена структурная схема рабочего места для автономной работы с аккумуляторными батареями в составе ИСЗ в наземных условиях.

Рабочее место содержит:

- зарядно-разрядный комплекс 1, состоящий из устройств зарядно-разрядных 2, устройств контроля напряжения аккумуляторов 3 и устройства расширения интерфейса 4;

- ПЭВМ 5;

- ИСЗ 6 с установленными аккумуляторными батареями 7.

Аккумуляторные батареи 7 в своем составе содержат балансировочные резисторы (на чертеже не показаны), подключенные параллельно к аккумуляторам через коммутаторы бортовые или наземные.

«Устройства контроля напряжения аккумуляторов» 3 предназначены для контроля напряжения аккумуляторов и коммутации балансировочных резисторов аккумуляторных батарей 7.

В процессе подготовки литий-ионных аккумуляторных батарей 7 к штатной эксплуатации проводится их заряд (дозаряд) от устройств зарядно-разрядных 2 с контролем напряжения аккумуляторов устройствами контроля напряжения аккумуляторов 3 и балансировка аккумуляторов по напряжению, так же устройствами контроля напряжения аккумуляторов 3. Токи заряда (дозаряда) и уставки ограничения напряжения аккумуляторов в процессе заряда (дозаряда) заносятся в программу ПЭВМ 5, которая через устройство расширения интерфейса 4 управляет работой устройствами зарядно-разрядными 2 и устройствами контроля напряжения аккумуляторов 3. Аналогично проводится балансировка аккумуляторов по напряжению. Устройства контроля напряжения аккумуляторов 3 замыкают цепи разрядных резисторов, подключенных параллельно аккумуляторам (на чертеже не показано) аккумуляторных батарей 7, кроме аккумуляторов с наименьшими напряжениями. Далее аккумуляторы в каждой аккумуляторной батарее 7 разряжаются до достижения величины их напряжения величине наименьшего значения напряжения аккумулятора в данной аккумуляторной батарее 7. Разряд каждого аккумулятора прекращается размыканием цепи разрядных резисторов в устройствах контроля напряжения аккумуляторов 3. Структура рабочего места на заводе-изготовителе ИСЗ и на полигоне запуска ИСЗ равнозначна.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить функциональную надежность и обеспечить эффективный заряд литий-ионных аккумуляторных батарей при ограниченном теплосъеме при подготовке аккумуляторных батарей к штатной эксплуатации в составе ИСЗ.

1. Способ подготовки литий-ионной аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации в составе искусственного спутника Земли, заключающийся в проведении заряда, балансировки аккумуляторов по напряжению и последующего дозаряда, отличающийся тем, что перед отправкой искусственного спутника Земли на полигон запуска проводят предварительный заряд аккумуляторной батареи с обеспечением термостатирования, а на полигоне запуска проводят окончательный заряд, с последующей балансировкой аккумуляторов по напряжению, и проводят как минимум один дозаряд аккумуляторной батареи без обеспечения ее термостатирования.

2. Способ подготовки литий-ионной аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации в составе искусственного спутника Земли по п.1, отличающийся тем, что на полигоне запуска проводят «n» дозарядов с периодом в 10-20 суток без обеспечения термостатирования аккумуляторной батареи.

3. Способ подготовки литий-ионной аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации в составе искусственного спутника Земли по п.2, отличающийся тем, что заключительный дозаряд на полигоне запуска проводят не ранее промежутка времени до запуска искусственного спутника Земли, рассчитанного исходя из соотношения: Т≤ΔСс/Jc,
где Т - максимальное время до запуска искусственного спутника Земли от проведения заключительного дозаряда с предшествующей балансировкой, ч;
ΔСс - допустимая величина снижения емкости, А·ч;
Jc - максимальный ток саморазряда аккумуляторов (включая токи утечки на бортовую автоматику ИСЗ), А.



 

Похожие патенты:

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при наземной эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей, например, в составе автономной системы электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании батарей первичных и вторичных химических источников тока, включая металловоздушные источники тока.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к области эксплуатации аккумуляторных батарей, и может быть использовано при производстве, введении в эксплуатацию, проведении плановых ремонтных и восстановительных работ с аккумуляторными батареями.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), функционирующих на низкой околоземной орбите.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при восстановлении засульфатированных свинцовых аккумуляторов. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при эксплуатации свинцовых стационарных аккумуляторов на различных объектах. Техническим результатом изобретения является создание ускоренного способа заряда без ухудшения характеристик. Согласно изобретению способ ускоренного заряда свинцовых стационарных аккумуляторов с намазными электродами заключается в сообщении зарядной емкости в две ступени, первая ступень осуществляется током, равным 0,2-0,3 С10 (С10 - емкость при 10-часовом режиме разряда), до достижения напряжения, равного 2,30-2,45 В, вторая ступень осуществляется поддержанием указанного напряжения плавным снижением тока. Окончание заряда осуществляют при достижении коэффициента перезаряда (отношение емкости, сообщенной при последующем заряде, к емкости, полученной при предшествующем заряде), равного 0,95-1,05, с проведением нормального заряда после 2-3 ускоренных зарядов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к системам питания для использования в электрифицированном железнодорожном транспорте. Стабилизатор напряжения для системы питания, который стабилизирует нагрузку активной мощности, содержит первый AC-DC и DC-AC преобразователь для осуществления преобразования между мощностью переменного тока и мощностью постоянного тока; и никель-металлогидридную батарею, расположенную между и соединенную с кабелем высокого напряжения на стороне постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя и кабелем низкого напряжения на стороне постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя. Технический результат - снижение массогабаритных параметров устройства. 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

Предложенное изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации комплекта аккумуляторных батарей (АБ), преимущественно никель-водородных или литий-ионных, в автономных системах электропитания космических аппаратов (КА) от общего источника ограниченной мощности через индивидуальные зарядные преобразователи с контролем текущего состояния заряженности и ограничением заряда бортовым комплексом управления. Повышение надежности и эффективности эксплуатации комплекта аккумуляторных батарей является техническим результатом изобретения, который достигается за счет того, что дополнительно контролируют минимальные уровни токов заряда и при снижении тока заряда какой-либо аккумуляторной батареи ниже установленного значения прекращают заряд всего комплекта аккумуляторных батарей, при этом продолжение заряда комплекта аккумуляторных батарей проводят поочередно и с длительностью заряда каждой аккумуляторной батареи, исходя из соотношения: Ti=T/(Ci:Σ1/Ci), мин, где Ti - время заряда i-ой аккумуляторной батареи, мин; Т - выбранный период времени для поочередного заряда всего комплекта аккумуляторных батарей, мин; Ci - текущая емкость i-той аккумуляторной батареи, А·час. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Система аккумуляторных батарей включает в себя множество аккумуляторных батарей, соединенных последовательно, множество первых диодов, каждый из которых имеет анод, соединенный с отрицательным электродом соответствующей аккумуляторной батареи, множество вторых диодов, каждый из которых имеет катод, соединенный с положительным электродом соответствующей аккумуляторной батареи, множество конденсаторов, каждый из которых соединен с участком соединения между катодом первого диода и анодом второго диода. Источник питания переменного тока соединен с участками соединения через конденсаторы. Технический результат - упрощение устройства. 15 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к технологии производства свинцово-кислотных аккумуляторов и аккумуляторных батарей, а также к обслуживанию аккумуляторных батарей в процессе их эксплуатации. Задачей изобретения является повышение эффективности формирования аккумуляторных батарей в технологическом процессе их производства. Технический результат заключается в снижении времени батарейной формировки, снижении температуры электролита во время формировки, повышении эффективности использования тока. Технический результат изобретения достигается тем, что при формировании свинцово-кислотной аккумуляторной батареи импульсным асимметричным током через преобразователь от сети переменного тока по способу, основанному на чередовании импульсов зарядного и разрядного тока с частотой их следования f/n (f - частота сети переменного тока, n - коэффициент деления (n=1, 2) и с длительностью импульсов разрядного тока dраз=(n/f)-dзар, где dзар - длительность импульсов зарядного тока, причем длительность импульсов зарядного тока выбирают в пределах 0,25Tc≤dзар<0,5Tc, где Tc - период колебаний в сети переменного тока, а величину тока в импульсах разрядного тока Iраз в процессе формирования изменяют в зависимости от накопления заряда в батарее плавно или ступенчато в пределах 0≤Ipaз<0.01CH, где CH - численное значение номинальной емкости формируемой батареи. 2 ил.
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для сокращения времени формирования и восстановления емкости никель-кадмиевых аккумуляторов после их длительного хранения. Согласно предложенному изобретению зарядку аккумуляторов ведут переменным асимметричным током при соотношении амплитуд разрядного и зарядного токов γ и соотношении длительностей разрядного и зарядного импульсов τ, определяемых индивидуально для каждого типа аккумуляторов, с помощью двухфакторного эксперимента в интервалах γ=1,1÷7 и τ=0,1÷0,9 соответственно, пауза между зарядным и разрядным импульсами равна длительности разрядного импульса, среднее значение переменного асимметричного тока заряда выбирают так, чтобы заряд проходил от 1 часа до 10 часов, при этом заряд производят до достижения на батареи порогового значения, контроль напряжения на батарее производят в паузе между разрядным и зарядным импульсами, частота переменного асимметричного тока может быть любая в интервале от 1 Гц до 50 кГц, разряд производят тем же током до достижения 1 В на аккумулятор. Повышение эффективности восстановления емкости аккумуляторов за счет оптимального восстановления активной массы при сокращении времени форматирования и восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов является техническим результатом изобретения. 2 пр.

Изобретение относится к области связи и может быть использовано для обнаружения наличия аккумулятора хостовым терминалом, в частности к обнаружению извлечения «интеллектуального» аккумулятора, когда хостовый терминал осуществляет передачу данных.В способе обнаружения извлечения аккумулятора в процессе сеанса цифрового обмена данными с аккумулятором (160) обмен данными с аккумуляторным блоком (150) и обнаружение извлечения аккумулятора (160) происходят по существу одновременно. Извлечение аккумулятора (160) может быть обнаружено во время передачи данных от терминала (100) к аккумуляторному блоку (150). Кроме того, терминалом (100) может быть получен ответ от схем (155) аккумулятора как отклик на данные, переданные в аккумулятор (160) по линии (140) связи с аккумулятором, во время взятия отсчетов синхронизированным образом. 9 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании никель-водородных аккумуляторных батарей и автономных систем электропитания космических аппаратов (КА). Техническим результатом изобретения является повышение надежности эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе КА. Поставленная задача решается тем, что термостатирование поверхностей аккумуляторов, не находящихся в тепловом сопряжении с термоплатой, проводят путем принудительного нагрева вершин полусфер аккумуляторов электронагревателями. Кроме того, термостатирование поверхностей аккумуляторов, не находящихся в тепловом сопряжении с термоплатой, путем принудительного нагрева вершин полусфер аккумуляторов электронагревателями проводят в процессе хранения аккумуляторной батареи в заряженном состоянии, при отсутствии токов заряда и разряда. При этом в автономной системе электропитания космического аппарата для реализации способа зарядные преобразователи выполнены с двумя уровнями ограничения по выходному напряжению: уровень проведения заряда и уровень отключенного заряда, последний - с напряжением менее напряжения разомкнутой цепи аккумуляторной батареи, кроме того, на выходе зарядных преобразователей установлены дополнительные выпрямители для подключения соединенных в последовательную цепь всех электронагревателей через управляемые коммутаторы этой цепи. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предложена стационарная электроэнергетическая система, включающая в себя низкопрофильную аккумуляторную батарею, находящуюся в корпусе с генерирующим электроэнергию элементом, заключенную в наружном упаковочном элементе. Низкопрофильная аккумуляторная батарея включает в себя также прокладку, расположенную между корпусом батареи и корпусом другой батареи, когда корпус другой батареи уложен на корпусе батареи, образуя при этом стопку. Прокладка фиксирует корпус батареи в заранее заданном положении. Корпус батареи и прокладка соединены друг с другом через упругое тело. Повышение надежности работы аккумуляторной батареи в условиях воздействий вибраций при герметичности наружного упаковочного элемента является техническим результатом заявленного изобретения. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для восстановления емкости герметичных аккумуляторных батарей, эксплуатируемых в условиях отрицательных температур окружающей среды. Снижение времени восстановления емкости и повышение срока службы батарей достигается за счет того, что в способе восстановления емкости герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, после предварительного разряда аккумуляторной батареи до (0-0,5В) и последующем заряде до максимального значения, перед разрядом аккумуляторной батареи осуществляют измерение напряжения батареи и сравнение его с заданным значением и контролируют остаточную емкость с последующим разрядом ее на нагрузочном элементе, при этом заряд батареи осуществляют только при положительных значениях температуры, для чего аккумуляторную батарею помещают в термоизоляционный корпус, и если температура в корпусе окажется отрицательной или ниже требуемой положительной температуры, то с помощью встроенного внутрь термоизоляционного корпуса нагревательного элемента, на который подают напряжение питания, доводят температуру до требуемого положительного значения, которое контролируют с помощью термодатчика, после чего осуществляют заряд аккумуляторной батареи с амплитудой тока заряда, выбираемой в пределах (0,5-1,0) от номинального значения емкости. 1 ил.
Наверх