Способ управления параметрами аккумуляторов никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата (варианты)



Способ управления параметрами аккумуляторов никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата (варианты)
Способ управления параметрами аккумуляторов никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата (варианты)

 


Владельцы патента RU 2586172:

Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное космическое агентство (RU)
Акционерное общество "Ракетно-космический центр "Прогресс" ( АО "РКЦ "Прогресс") (RU)

Предлагаемое изобретение относится к эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), функционирующих на низкой околоземной орбите. В вариантах способа при разбалансе аккумуляторов АБ по емкости и напряжению задействуют резервную группу сигнальных датчиков давления и вводят блокировку датчика минимального напряжения формуемой АБ путем соответствующих разовых команд с наземного комплекса управления, а необходимую и достаточную глубину разряда АБ определяют по уровню ее текущей емкости и по величине тока разряда. По одному из вариантов восполнение формуемой АБ осуществляют в режиме штатного циклирования до срабатывания сигнального датчика давления резервной группы, причем этот номинальный уровень срабатывания сигнальных датчиков давления резервной группы выбирают большим, чем номинальный уровень срабатывания сигнальных датчиков давления, при этом и аналогичную последовательность операций для АБ проводят в полном объеме повторно и отключают сигнальные датчики давления резервной группы из контура управления зарядом формуемой АБ. По второму варианту после восполнения формуемой АБ все аккумуляторные батареи СЭП переводят в режим подзаряда током, превосходящим ток саморазряда АБ, для чего используют бестеневые орбиты функционирования КА для обеспечения необходимой электроэнергией бортовой аппаратуры и аккумуляторных батарей для их штатного функционирования. Изобретение обеспечивает повышение надежности и долговечности эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи, а также живучести СЭП без ухудшения ее технических характеристик и КА в целом. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), функционирующих на низкой околоземной орбите.

В процессе всего активного срока существования современных КА на низкой околоземной орбите производится 10000 и более зарядно-разрядных циклов АБ и подобный режим работы СЭП лучше всего обеспечивают никель-водородные аккумуляторные батареи (НВАБ).

Особенностью НВАБ является то, что в ней все последовательно соединенные аккумуляторы заряжаются и разряжаются одним и тем же количеством электрического заряда (А·ч). В идеальном случае, если начальное состояние аккумуляторов одинаково, не должно быть никаких изменений в их относительных степенях заряженности. Однако вследствие разницы в скорости саморазряда последовательно соединенные аккумуляторы приобретают различное состояние заряженности. Любое отклонение, вызванное дисперсией начальных характеристик саморазряда, градиентом температур внутри НВАБ и процессом старения, может увеличить разброс в степенях заряженности аккумуляторов, что приводит к деградации характеристик НВАБ, и более того, при отсутствии систем балансировки состояния заряда, может привести к снижению надежности работы НВАБ. Существует еще так называемый «эффект памяти», связанный с уменьшением емкости НВАБ при длительном цитировании на небольшую глубину - 10-20%. Причиной уменьшения емкости НВАБ является кристаллизация некоторой части материала электродов аккумуляторов в силу отчуждения ее на длительное время от токообразующей химической реакции. Именно такая глубина циклирования выбирается при эксплуатации АБ на низких околоземных орбитах (B.C. Багоцкий, A.M. Скундин. Химические источники тока, М.: Энергоиздат, 1981, раздел 8). Поэтому для выравнивания аккумуляторов по емкости, устранения так называемого «эффекта памяти» и оценки состояния АБ необходимо периодически проводить восстановительные (формовочные) циклы, которые представляют собой определенную последовательность операций, включающих, как правило, глубокий разряд и последующий заряд АБ.

Известен способ эксплуатации аккумуляторной батареи по патенту RU №2289178 (аналог), заключающийся в том, что проводят заряд-разрядные циклы, осуществляют контроль напряжения каждого аккумулятора и батареи в целом, определяют текущую разрядную и зарядную емкости, а также ток заряда; заряд АБ проводят постоянным током до величины 0,6-0,8 номинальной емкости. Перед началом теневых участков геостационарной орбиты выполняют восстановительный разряд-зарядный цикл АБ, при этом АБ разряжают на разрядное сопротивление в течение 40-50 часов, причем разряд прекращают после снижения напряжения АБ до заданной величины, затем АБ заряжают и после полного восполнения емкости подключают ее в штатную схему СЭП.

Недостатком этого способа является низкая надежность эксплуатации СЭП в частности и недостаточная живучесть КА в целом. Это связано с тем, что процесс проведения восстановительного разрядно-зарядного (формовочного) цикла занимает длительное время (от трех до пяти суток) и на это время аккумуляторная батарея выводится из штатной эксплуатации. Для геостационарных орбит это приемлемо, так как теневые орбиты занимают около 90 суток в году, все остальное время КА находится на освещенном участке орбиты, электропитание осуществляется от солнечных батарей и вывод из эксплуатации одной АБ на ограниченное время практически не сказывается на живучести и надежности эксплуатации КА. Для низкоорбитальных космических аппаратов вывод из эксплуатации одной из батарей на несколько суток может существенно снизить живучесть и надежность эксплуатации КА, поскольку теневые участки орбиты возникают практически на каждом витке.

Известен способ эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата по патенту RU №2399122 (аналог), заключающийся в том, что две или более аккумуляторные батареи (АБ) циклируют в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания; степень заряда АБ ограничивают по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ; контролируют параметры каждой АБ, например текущую электрическую емкость, напряжение, температуру; периодически проводят формовочные циклы АБ путем глубокого их разряда; оценивают состояние АБ; периодически, например один раз в 6-9 месяцев, вводят запрет заряда для одной из АБ; в качестве разрядной нагрузки используют бортовую аппаратуру космического аппарата; критерием ограничения глубины разряда выбирают величину напряжения АБ, причем значение граничного уровня напряжения устанавливают в вольтах, равным числу n, либо (n+1) аккумуляторов в АБ, при достижении которого снимают запрет заряда АБ, включая тем самым ее в штатную работу; значения зарядной емкости срабатывания сигнального датчика давления и максимального напряжения АБ при заряде, определяемые в процессе завершения формовочного цикла, используют для оценки состояния аккумуляторной батареи и прогнозирования ее деградации; аналогичную последовательность операций повторяют для последующей АБ; при этом промежуток времени от завершения формовочного цикла одной АБ до начала формовочного цикла другой АБ выбирают исходя из температурного режима отформованной АБ.

Недостатком аналога является относительно низкая надежность системы электропитания в частности и живучесть КА в целом при возникновении ситуаций, связанных с аномальной работой одного зарядно-разрядного устройства или одной (нескольких) АБ.

К аномальной работе ЗРУ относится режим его функционирования (нефункционирования) при отказе его зарядного устройства (ЗУ) или разрядного устройства (РУ). К аномальной работе АБ относится также режим ее функционирования, когда срабатывание сигнального датчика давления происходит при емкости АБ, существенно меньшей значения, например, на 10 и более процентов от уровня срабатывания, определенного после проведения предыдущего ФЦ данной АБ. Это свидетельствует о том, что имеет место большой разбаланс аккумуляторов АБ по емкости и напряжению. При использовании указанного способа эксплуатации НВАБ не всегда достигается желаемый эффект. Следовательно, в случае эксплуатации в составе СЭП подобных аккумуляторных батарей надежность и долговечность их работы не гарантируется.

Известен способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи системы электропитания космического аппарата (варианты) по патенту RU №2483400 (прототип), заключающийся в том, что две или более аккумуляторные батареи (АБ) циклируют в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания; степень заряда АБ ограничивают по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ; контролируют параметры каждой АБ, например текущую электрическую емкость, напряжение, температуру; периодически один раз в 6-9 месяцев вводят запрет заряда для одной из АБ для выполнения формовочного цикла; в качестве разрядной нагрузки используют бортовую аппаратуру космического аппарата; критерием ограничения глубины разряда выбирают величину напряжения АБ равной n либо (n+1) В, где n - число аккумуляторов в АБ; значения зарядной емкости срабатывания сигнального датчика давления и максимального напряжения АБ при заряде, определяемые в процессе завершения формовочного цикла, используют для оценки состояния АБ и прогнозирования ее деградации; аналогичную последовательность операций повторяют для последующей АБ, а при аномальной работе зарядно-разрядного устройства (ЗРУ), связанной с отказом только зарядного устройства, для проведения формовочного цикла АБ используют аварийную шину коммутационной аппаратуры, управляемой по разовым командам из наземного комплекса управления; заряд формуемой АБ проводят путем подключения ее к любому зарядному устройству работоспособного ЗРУ, образующего с «собственной» АБ подсистему, при этом отключают от данной подсистемы «собственную» АБ с переводом ее в режим «саморазряда» на время восполнения формуемой АБ до срабатывания сигнального датчика давления, а после восполнения формуемую АБ подсоединяют коммутационной аппаратурой аварийной шины к одному из работоспособных ЗРУ параллельно АБ этой подсистемы для дальнейшего функционирования системы электропитания.

Недостатком прототипа является относительно низкая надежность системы электропитания в частности и живучесть КА в целом при возникновении ситуаций, связанных с аномальной работой одной или нескольких АБ.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и долговечности эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи, а также живучести СЭП без ухудшения ее технических характеристик и КА в целом.

1. Поставленная задача решается тем, что в способе управления параметрами аккумуляторов никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) системы электропитания (СЭП) космического аппарата (КА), циклирующих в режиме заряда-разряда в соответствии с логикой функционирования СЭП m подсистем, образованных путем последовательного включения между собой АБ и зарядно-разрядного устройства (ЗРУ), включающем ограничение степени заряда АБ по срабатыванию сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ, глубины разряда АБ по уровню срабатывания датчика минимального напряжения АБ, контролирование параметров каждой АБ, включающих текущую электрическую емкость, напряжение и температуру, при этом периодически один раз в каждые 6-9 месяцев вводят запрет заряда для одной из АБ для выполнения формовочного цикла (ФЦ), используют в качестве разрядной нагрузки для формуемой АБ бортовую аппаратуру КА, и аналогичную последовательность операций повторяют для последующей АБ, при этом снабжают СЭП аварийной шиной с управляемой по разовым командам коммутационной аппаратурой для изменения при необходимости ее конфигурации путем подсоединения АБ в случае аномального функционирования ЗРУ после проведения ФЦ к исправному ЗРУ параллельно АБ для дальнейшего штатного функционирования СЭП, согласно изобретению при разбалансе аккумуляторов аккумуляторной батареи по емкости и напряжению, выражающемся в снижении уровня срабатывания сигнальных датчиков давления относительно номинального уровня, задействуют резервную группу сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ, и вводят блокировку датчика минимального напряжения формуемой АБ путем соответствующих разовых команд с наземного комплекса управления, а необходимую и достаточную глубину разряда АБ определяют по уровню ее текущей емкости и по величине тока разряда; восполнение формуемой АБ после глубокого разряда осуществляют в режиме штатного циклирования до срабатывания сигнального датчика давления резервной группы, при этом номинальный уровень срабатывания сигнальных датчиков давления резервной группы выбирают большей, чем номинальный уровень срабатывания сигнальных датчиков давления, при этом аналогичную последовательность операций для АБ проводят в полном объеме повторно и отключают сигнальные датчики давления резервной группы из контура управления зарядом формуемой АБ.

2. Поставленная задача решается тем, что в способе управления параметрами аккумуляторов никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) системы электропитания (СЭП) космического аппарата (КА), циклирующих в режиме заряда-разряда в соответствии с логикой функционирования СЭП m подсистем, образованных путем последовательного включения между собой АБ и зарядно-разрядного устройства (ЗРУ), включающем ограничение степени заряда АБ по срабатыванию сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ, глубины разряда АБ по уровню срабатывания датчика минимального напряжения АБ, контролирование параметров каждой АБ, включающих текущую электрическую емкость, напряжение и температуру, при этом периодически один раз в каждые 6-9 месяцев вводят запрет заряда для одной из АБ для выполнения формовочного цикла (ФЦ), используют в качестве разрядной нагрузки для формуемой АБ бортовую аппаратуру КА, и аналогичную последовательность операций повторяют для последующей АБ, при этом снабжают СЭП аварийной шиной с управляемой по разовым командам коммутационной аппаратурой для изменения при необходимости ее конфигурации путем подсоединения АБ в случае аномального функционирования ЗРУ после проведения ФЦ к исправному ЗРУ параллельно АБ для дальнейшего штатного функционирования СЭП, согласно изобретению при разбалансе аккумуляторов аккумуляторной батареи по емкости и напряжению, выражающемся в снижении уровня срабатывания сигнальных датчиков давления относительно номинального уровня, задействуют резервную группу сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ, и вводят блокировку датчика минимального напряжения формуемой АБ путем соответствующих разовых команд с наземного комплекса управления, а необходимую и достаточную глубину разряда АБ определяют по уровню ее текущей емкости и по величине тока разряда, после восполнения формуемой АБ все аккумуляторные батареи СЭП переводят в режим подзаряда током, превосходящим ток саморазряда АБ, для чего используют бестеневые орбиты функционирования КА для обеспечения необходимой электроэнергией бортовой аппаратуры и аккумуляторных батарей для их штатного функционирования.

На фиг. 1 показаны идеализированные циклограммы изменения текущей емкости для формуемой АБ и АБ, функционирующей штатно. Формуемая АБ циклично разряжается, достигая в конечном итоге состояния глубокого разряда; затем она заряжается в зависимости от освещенности солнечной батареи и потребляемой бортовой аппаратурой мощности. Функционирующая штатно АБ имеет периодически изменяющуюся циклограмму.

На фиг. 2 показана упрощенная блок-схема работы СЭП, в том числе и в процессе проведения формовочного цикла АБ.

Аккумуляторные батареи могут находиться в режиме подзаряда, при этом ток заряда не превышает, как правило, одного ампера. Такой ток достаточен для компенсации потери емкости АБ за счет саморазряда. Режим подзаряда включается автоматически после отключения АБ от заряда по срабатыванию сигнального датчика давления основной или резервной группы и длится до тех пор, пока текущая емкость АБ не снизится на заданную величину, составляющую примерно 5 А·ч.

Заявленный способ реализуется посредством блок-схемы системы электропитания, которая состоит из аккумуляторных батарей АБ (АБ1, АБ2, …, АБm) 1, оснащенных сигнальными датчиками давления для отключения АБ от заряда, батареи фотоэлектрической (БФ) 2, комплекса автоматики и стабилизации напряжения (КАС), включающего в себя разрядные устройства РУ (РУ1, РУ2, …, PУm) 3, зарядные устройства ЗУ (ЗУ1, ЗУ2, …, ЗУm) 4, стабилизатора напряжения и автоматики (СНА) 5. Бортовая аппаратура (БА) 6 может быть запитана от РУ (РУ1, РУ2, …, PУm) 3 или СНА 5, а также в процессе испытаний от наземного источника питания Еназ через дистанционный переключатель 7. Аккумуляторные батареи АБ (АБ1, АБ2, …, АБm) 1 перед стартом КА заряжаются вспомогательным зарядным устройством Езар.

В отдельных режимах работы СЭП РУ (РУ1, РУ2, …, PУm) 3 и СНА 5 могут питать электрической энергией совместно нагрузку, каковой является БА 6. При аномальной работе ЗУ (ЗУ1, ЗУ2, …, ЗУm) 4 для изменения конфигурации СЭП может быть использована аварийная шина с коммутационной аппаратурой 8. Из бортового комплекса управления (БКУ) 9 можно при необходимости выдавать разовые команды (РК) для изменения режимов работы СЭП, в том числе такие РК, как «Запрет заряда АБi», «Восстановление КАС», «Отключение АБi», «Выключение ЗPУi от аварийной шины». При штатной работе СЭП аккумуляторные батареи АБ (АБ1, АБ2, …, АБm) 1 заряжаются на световом участке орбиты КА, а на теневом участке АБ (АБ1, АБ2, …, АБm) 1 питают БА 6 стабилизированным РУ (РУ1, РУ2, …, PУm) 3 напряжением. Батарея фотоэлектрическая 2 на световом участке обеспечивает стабилизированным СНА 5 напряжением БА 6 и одновременно заряжает АБ (АБ1, АБ2, …, АБm) 1. Из фиг. 2 видно, что «минусовые» шины АБ не коммутируются и гальванически связаны между собой, поэтому аварийная шина с коммутационной аппаратурой 8 обеспечивает изменение конфигурации СЭП только по «плюсовой» шине.

При этом через ЗРУi и АБi обозначены соответственно одни из m зарядно-разрядных устройств и аккумуляторной батареи, находящихся в режиме формовочного цикла.

Так как существенная разбежка параметров аккумуляторов АБ (АБ1, АБ2, …, АБm) 1 происходит через 6-9 месяцев, то периодичность проведения формовочных циклов выбирается один раз в 6-9 месяцев. При этом конкретный срок их проведения в пределах 6-9 месяцев может быть установлен исходя из других требований, например в период минимальных длительностей теневых участков орбиты КА и т.д.

Формовочные циклы проводят по очереди на одной из АБ (АБ1, АБ2, …, АБm) 1 в произвольном порядке, используя зарядно-разрядное устройство (ЗРУ) 10, состоящее из РУ (РУ1, РУ2, …, PУm) 3 и ЗУ (ЗУ1, ЗУ2, …, ЗУm) 4, и аварийную шину с коммутационной аппаратурой 8 при необходимости. За сутки до проведения формовочного цикла при штатной работе системы электропитания осуществляют съем информации (на фиг. 2 система телеметрического контроля КА не показана) о работе формуемой АБ (максимальное напряжение на заряде, минимальное напряжение при разряде, максимальную текущую емкость при срабатывании датчика давления, максимальную температуру).

Запрет заряда формуемой АБ вводят путем выдачи из наземного комплекса управления (НКУ) через БКУ 8 РК «Запрет заряда АБ» с указанием номера аккумуляторной батареи. В этом случае происходит разряд формуемой АБ на нагрузку (на бортовую аппаратуру 6) на теневых участках орбиты. Таким образом, запасенную в АБ энергию используют по прямому назначению. Разряд формуемой АБ происходит циклично (фиг. 1), так как действие РК «Запрет заряда АБ» не снимается до достижения заданного минимального напряжения на АБ. В этом случае происходит полное выравнивание характеристик аккумуляторов формуемой АБ. Признак глубокого разряда формуемой АБ определяют по величине текущей емкости и току разряда. Многолетний опыт эксплуатации НВАБ показывает, что для достижения эффективного разряда при проведении ФЦ необходимо разряжать формуемую АБ на глубину (90-95) % от номинальной емкости, при этом ток разряда не должен превышать (3-5) % от номинального тока разряда АБ.

Для достижения указанных параметров формуемой АБ блокируют датчик минимального напряжения АБ (на фиг. 2 датчик минимального напряжения АБ не показан), предназначенный при штатной работе ограничить аварийный глубокий разряд АБ. После выполнения необходимого глубокого разряда запрет заряда АБ снимают путем выдачи РК «Восстановление КАС» и формуемую АБ заряжают на фоне штатного функционирования СЭП на солнечных участках орбиты. Формовочный цикл считают завершенным, если формуемая АБ будет заряжена полностью до срабатывания сигнального датчика давления (на фиг. 2 сигнальный датчик давления не показан).

Качественно эффективность формовочного цикла оценивают путем сравнения характеристик АБ, полученных до и после проведения формовочных циклов. Формовочные циклы считают эффективными, если после их проведения значения максимального напряжения при заряде и текущей емкости, при которой происходит срабатывание сигнального датчика давления, увеличились при прочих равных условиях. Изменение указанных параметров в сторону их увеличения свидетельствует о выравнивании напряжений аккумуляторов и, как следствие, увеличении величины текущей емкости, при которой срабатывает сигнальный датчик давления. Снижение уровня срабатывания сигнального датчика давления по сравнению с аналогичным параметром предыдущего формовочного цикла указывает о деградации электродвижущей силы (ЭДС) отдельных аккумуляторов и АБ в целом.

Своевременное определение степени разбаланса аккумуляторов и проведение очередного формовочного цикла АБ в целом позволяет надежно их эксплуатировать длительное время.

Повышение надежности эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей достигается за счет проведения формовочного цикла через каждые 6-9 месяцев. Живучесть системы электропитания и КА в целом увеличивается за счет использования бортовой аппаратуры в качестве нагрузки для формуемой АБ, поскольку только в этом случае формуемая АБ не выводится из состава системы электропитания и поддерживает заданный уровень надежности СЭП.

Сроки активного существования современных КА составляют несколько лет и имеется определенная вероятность отказа зарядного устройства ЗРУ. При этом все работоспособные АБ целесообразно использовать в составе СЭП. Для этой цели может быть использована аварийная шина с коммутационной аппаратурой 8. Наличие аварийной шины с коммутационной аппаратурой 8 позволяет проводить формовочный цикл АБ из состава подсистемы, содержащей аномально работающее ЗРУ, тем самым повышать надежность СЭП и живучесть КА в целом.

При аномальной работе АБ, выражающейся в снижении уровня срабатывания сигнальных датчиков давления относительно номинального уровня, например, на 10 и более процентов, необходимо принимать дополнительные мероприятия, направленные на повышение эффективности ФЦ АБ. Кроме блокировки датчика минимального напряжения, с целью достижения максимального уровня разряда к таким мероприятиями могут быть, например:

восполнение АБ осуществляют до уровня заряженности, определяемого срабатыванием датчиков давления резервной группы;

последовательность операций по ФЦ АБ повторяют в полном объеме.

Для КА, функционирующего в орбитальной системе координат, повышение эффективности ФЦ дополнительно (вместо повторного ФЦ АБ) может быть достигнуто за счет дополнительных операций, например:

переводят все АБ в режим подзаряда малым током (для НВАБ не более 1 А), для чего используют бестеневые участки орбиты КА;

обеспечивают непрерывно при этом необходимой электроэнергией бортовую аппаратуру и АБ от БФ для их штатного функционирования.

Пример реализации способа управления параметрами аккумуляторов никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата при ее аномальной работе, выражающейся в снижении уровня срабатывания сигнальных датчиков давления относительно номинального уровня, или отказе ЗУ или РУ одного ЗРУ.

1. Допустим, имеет место аномальная работа АБ, выражающаяся в снижении уровня срабатывания сигнальных датчиков давления относительно номинального уровня раньше сроков, предусмотренных эксплуатационной документацией. Это, как правило, свидетельствует о наличии существенного разбаланса параметров аккумуляторов АБ и требует проведения неплановых и более эффективных ФЦ АБ.

Блокировка датчика минимального напряжения формуемой АБ позволяет глубоко разряжать аккумуляторы и достичь предварительного («грубого») выравнивания их параметров (емкости, напряжения). Восполнение формуемой АБ до срабатывания сигнальных датчиков давления резервной группы, включаемых в работу по разовой команде с НКУ, приводит к выравниванию указанных параметров АБ на другом, более высоком, уровне их значений. Эффект выравнивания параметров АБ в этом случае обусловлен тем, что с повышением уровня заряженности заметно снижается коэффициент полезного действия аккумуляторов при заряде, вследствие чего из-за неодинаковой скорости заряда в разных аккумуляторах происходит выравнивание их параметров. Повторное проведение ФЦ АБi позволяет достичь окончательного («тонкого») выравнивания параметров АБ. Единственным недостатком этого способа является увеличение в два раза сроков проведения работ по ФЦ АБ. Для КА, функционирующей в орбитальной системе координат, окончательное выравнивание параметров АБ может быть осуществлено путем перевода на длительное время (3-5 суток) всех АБ в режим подзаряда малым током. Для этого необходимо, чтобы в СЭП имелся режим подзаряда, а движение КА проходило периодически по бестеневым орбитам. В этом случае питание бортовой аппаратуры происходит от батареи фотоэлектрической, причем мощность БФ достаточна для обеспечения режима подзаряда для всех АБ. В случае если ток подзаряда несколько превышает ток саморазряда, то происходит постепенное увеличение уровня заряженности АБ, обеспечивая при этом выравнивание параметров аккумуляторов всех АБ. С точки зрения ФЦ АБ такой способ практически аналогичен способу, когда формуемая АБ заряжается до срабатывания сигнальных датчиков давления резервной группы. Для перехода на ограничение уровня заряженности формуемой АБ по срабатыванию сигнальных датчиков давления отключают из контура управления зарядом формуемой АБ датчики резервной группы после повторного ФЦ, например, через 5-10 витков, что достаточно для дополнительного формования АБi.

2. Допустим произошел отказ РУ ЗРУ подсистемы 1 (ЗРУ1 + АБ1). После идентификации отказа РУ1 ЗРУ1 аккумуляторная батарея АБ1 подключается, например, параллельно АБ2 к ЗРУ2. В такой конфигурации СЭП функционирует штатно. Для проведения формовочного цикла АБ1 выдают РК «Восстановление КАС», так как РУ1 ЗРУ1 неработоспособно. При этом АБ1 подключается к ЗРУ1 и функционирует только в режиме заряда, так как имеется отказ РУ1 ЗРУ1. Затем выдают последовательно РК: «Отключение АБ1», РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины», РК «Отключение АБ2». По РК «Отключение АБ1» происходит отключение АБ1 от ЗРУ1 (размыкание контакта S1-1) и подключение ЗРУ1 к аварийной шине (замыкание контакта S1-2), по РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины» ЗРУ1 отключается от аварийной шины (размыкается контакт S1-3), а АБ1 подключается к аварийной шине (замыкается контакт S1-4), по РК «Отключение АБ2» к аварийной шине подключается ЗРУ2 (замыкается контакт S2-2), а АБ2 отключается от ЗРУ2 (размыкается контакт S2-1). Получается конфигурация СЭП, когда АБ2 переведена в режим «саморазряда», а АБ1 подключена к ЗРУ2 для штатного функционирования. Затем выдают РК «Запрет заряда АБ2» (размыкается контакт S2-3, замыкается контакт S2-4). При этом АБ1 через ЗРУ2 разряжается до напряжения 29 В, т.е. происходит формовочный цикл АБ1. После завершения глубокого разряда выдают РК «Восстановление КАС». При этом происходит только заряд АБ1, так как РУ1 неработоспособно, а АБ2 подключается к ЗРУ2 и функционирует штатно. После восполнения АБ1 путем штатного циклирования до срабатывания сигнального датчика выдают последовательно РК «Отключение АБ1», РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины» и РК «Выключение ЗРУ2 от аварийной шины», что приводит к подключению АБ1 к ЗРУ2 параллельно АБ2 для дальнейшей штатной работы.

Таким образом, использование способа управления параметрами аккумуляторов никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата позволит повысить надежность эксплуатации АБ в частности и живучесть КА в целом как при штатной работе СЭП, так и аномальной работе одного ЗРУ или АБ.

1. Способ управления параметрами аккумуляторов никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) системы электропитания (СЭП) космического аппарата (КА), циклирующих в режиме заряда-разряда в соответствии с логикой функционирования СЭП m подсистем, образованных путем последовательного включения между собой АБ и зарядно-разрядного устройства (ЗРУ), включающий ограничение степени заряда АБ по срабатыванию сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ, глубины разряда АБ по уровню срабатывания датчика минимального напряжения АБ, контролирование параметров каждой АБ, включающих текущую электрическую емкость, напряжение и температуру, при этом периодически один раз в каждые 6-9 месяцев вводят запрет заряда для одной из АБ для выполнения формовочного цикла (ФЦ), используют в качестве разрядной нагрузки для формуемой АБ бортовую аппаратуру КА, и аналогичную последовательность операций повторяют для последующей АБ, при этом снабжают СЭП аварийной шиной с управляемой по разовым командам коммутационной аппаратурой для изменения при необходимости ее конфигурации путем подсоединения АБ в случае аномального функционирования ЗРУ после проведения ФЦ к исправному ЗРУ параллельно АБ для дальнейшего штатного функционирования СЭП, отличающийся тем, что при разбалансе аккумуляторов аккумуляторной батареи по емкости и напряжению, выражающемся в снижении уровня срабатывания сигнальных датчиков давления относительно номинального уровня, задействуют резервную группу сигнальных датчиков давления. размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ, и вводят блокировку датчика минимального напряжения формуемой АБ путем соответствующих разовых команд с наземного комплекса управления, а необходимую и достаточную глубину разряда АБ определяют по уровню ее текущей емкости и по величине тока разряда, восполнение формуемой АБ после глубокого разряда осуществляют в режиме штатного циклирования до срабатывания сигнального датчика давления резервной группы, при этом номинальный уровень срабатывания сигнальных датчиков давления резервной группы выбирают большим, чем номинальный уровень срабатывания сигнальных датчиков давления, при этом аналогичную последовательность операций для АБ проводят в полном объеме повторно и отключают сигнальные датчики давления резервной группы из контура управления зарядом формуемой АБ.

2. Способ управления параметрами аккумуляторов никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) системы электропитания (СЭП) космического аппарата (КА), циклирующих в режиме заряда-разряда в соответствии с логикой функционирования СЭП m подсистем, образованных путем последовательного включения между собой АБ и зарядно-разрядного устройства (ЗРУ), включающий ограничение степени заряда АБ по срабатыванию сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ, глубины разряда АБ по уровню срабатывания датчика минимального напряжения АБ, контролирование параметров каждой АБ, включающих текущую электрическую емкость, напряжение и температуру, при этом периодически один раз в каждые 6-9 месяцев вводят запрет заряда для одной из АБ для выполнения формовочного цикла (ФЦ), используют в качестве разрядной нагрузки для формуемой АБ бортовую аппаратуру КА, и аналогичную последовательность операций повторяют для последующей АБ, при этом снабжают СЭП аварийной шиной с управляемой по разовым командам коммутационной аппаратурой для изменения при необходимости ее конфигурации путем подсоединения АБ в случае аномального функционирования ЗРУ после проведения ФЦ к исправному ЗРУ параллельно АБ для дальнейшего штатного функционирования СЭП, отличающийся тем, что при разбалансе аккумуляторов аккумуляторной батареи по емкости и напряжению, выражающемся в снижении уровня срабатывания сигнальных датчиков давления относительно номинального уровня, задействуют резервную группу сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ, и вводят блокировку датчика минимального напряжения формуемой АБ путем соответствующих разовых команд с наземного комплекса управления, а необходимую и достаточную глубину разряда АБ определяют по уровню ее текущей емкости и по величине тока разряда, после восполнения формуемой АБ все аккумуляторные батареи СЭП переводят в режим подзаряда током, превосходящим ток саморазряда АБ, для чего используют бестеневые орбиты функционирования КА для обеспечения необходимой электроэнергией бортовой аппаратуры и аккумуляторных батарей для их штатного функционирования.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), функционирующих на низкой околоземной орбите.

Изобретение относится к электротехнической промышленности 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 зарядным устройствам аккумуляторов с интеллектуальным распознаванием зарядного устройства и соединителя. Технический результат - унификация зарядных устройств.

Изобретение относится к устройствам для крепления аккумуляторных батарей к корпусу электроинструмента. Технический результат - уменьшение размеров батарейного отсека.

Изобретение относится к способам заряда химических источников тока (ХИТ) и может быть использовано для заряда ХИТ с водным электролитом, в частности для заряда щелочных ХИТ.

Изобретение относится к блокировке зарядного порта транспортного средства. Устройство блокировки зарядного порта содержит зарядный порт транспортного средства, к которому подключается зарядный соединитель для подачи мощности заряда в аккумулятор; зацепляющий элемент на зарядном соединителе, ограничивающий отсоединение соединителя от зарядного порта и обеспечивающий отсоединение соединителя от зарядного порта.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использована в батареях электрических накопителей энергии различного типа. Технический результат - повышение эффективности выполнения традиционных функций по мониторингу, балансировке и защите, обеспечение требуемых для надежной эксплуатации батареи температурных и помехоустойчивых условий ее работы.

Изобретение относится к зарядке транспортного средства. Система зарядки транспортного средства содержит зарядное устройство; устройство ввода для указания планируемого времени для окончания зарядки и контроллер управления зарядным устройством.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей в автономных системах электропитания космических аппаратов, эксплуатируемых на низкой околоземной орбите.

Изобретение относится к бесконтактному зарядному устройству. Бесконтактное зарядное устройство содержит устройство приема мощности, содержащее катушку; аккумулятор; модуль определения состояния заряда аккумулятора; модуль задания допустимого диапазона для процесса заряда; модуль управления зарядом для управления мощностью процесса заряда для аккумулятора и дисплей для отображения допустимого диапазона для процесса заряда.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводных системах электрических транспортных средств. Техническим результатом является возможность осуществления в сочетании с электромотором выборочного управления скоростью и восстановления заряда аккумулятора в соответствии с выходными параметрами мотора. Аккумулятор переменной конфигурации содержит по меньшей мере один блок соединенных последовательно аккумуляторных элементов, каждый из которых имеет положительный и отрицательный полюсы. Полюсы соединены посредством переключателей с соответствующими выходными соединениями. Включение набора переключателей с процессорным управлением изменяет конфигурацию по меньшей мере нескольких аккумуляторных элементов на конфигурацию, в которой напряжение подают на выходные соединения. Выходное напряжение аккумулятора может изменяться от 0 В до максимального напряжения, производимого последовательно соединенными аккумуляторными элементами. Альтернативная конфигурация переключателей разделяет группы последовательно соединенных аккумуляторных элементов на отдельные аккумуляторные блоки, которые позволяют создавать другие конфигурации аккумуляторных элементов. Управление рабочим циклом переключателей позволяет реализовать промежуточное управление выходным напряжением при уменьшенных переходных процессах при переключении. 2 н. и 33 з.п. ф-лы, 26 ил.
Наверх