Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника земли

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания, и может быть использовано в автономных системах электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ). Способ включает проведение зарядов, в заряженном состоянии подзарядов, при необходимости, разрядов, контроль напряжения аккумуляторов, отключение неисправных аккумуляторов из последовательной цепи аккумуляторов аккумуляторной батареи, периодическую балансировку аккумуляторов по напряжению, при этом контролируют уровни максимального и минимального напряжения аккумуляторов и при существенном превышении измеряемого напряжения аккумулятора величины максимального зарядного значения, либо при снижении измеряемого напряжения аккумулятора до нуля или смены полярности отключение неисправного аккумулятора из последовательной цепи аккумуляторов аккумуляторной батареи проводят незамедлительно. Повышение надежности эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания ИСЗ при внезапном отказе какого-либо аккумулятора аккумуляторной батареи является техническим результатом изобретения. 1 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей автономных систем электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ).

Известны литий-ионные аккумуляторные батареи и способы их эксплуатации, заключающиеся в проведении заряд-разрядных циклов и контроле напряжения аккумуляторов и описанные в книге Д.А. Хрусталев, Аккумуляторы, М.: Изумруд, 2003 г., глава 4. В данной работе отмечается очень низкое внутреннее сопротивление аккумуляторов и возможность управления процессами заряда-разряда только по текущим значениям напряжений аккумуляторов. При этом отмечается, что перезаряд и переразряд аккумуляторов категорически недопустим, и в аккумуляторных батареях должны быть предусмотрены средства защиты. Однако известная информация касается в основном наземного применения литий-ионных аккумуляторных батарей в мобильных телефонах и компьютерной технике и не решает вопросов их надежной эксплуатации в течение длительного ресурса в составе ИСЗ.

Известен способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи (патент RU №2411618) в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли, заключающийся в проведении зарядов, хранении в заряженном состоянии подзарядов, при необходимости разрядов, контроле напряжения аккумуляторов и периодической балансировке аккумуляторов по напряжению путем выбора аккумулятора с наименьшим напряжением, подключения к оставшимся аккумуляторам индивидуальных разрядных резисторов с последующим отключением соответствующих резисторов при достижении напряжения на соответствующих аккумуляторах уровня напряжения первоначально выбранного аккумулятора, отличающийся тем, что балансировку аккумуляторов по напряжению проводят в процессе заряда (подзаряда) аккумуляторной батареи, при этом сравнение напряжения каждого балансируемого аккумулятора с напряжением первоначально выбранного аккумулятора проводят по текущему значению последнего.

Недостатком известного способа эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи является то, что он не предусматривает защиты аккумуляторной батареи от необратимой деградации какого-либо аккумулятора в ее составе, что приводит к деградации всей аккумуляторной батареи и снижает надежность эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания ИСЗ.

Наиболее близким техническим решением является способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи (US 2002146617), предусматривающий исключение из последовательной цепи аккумуляторов аккумуляторной батареи неисправного аккумулятора обводной цепью.

Этот способ принят за прототип заявляемому техническому решению.

Известный способ устраняет указанные выше недостатки, однако он не дает конкретных рекомендаций по оперативному выявлению деградирующего аккумулятора и своевременному исключению его из последовательной цепи аккумуляторов аккумуляторной батареи. Это может привести к тому, что в какой-то момент из-за одного неисправного аккумулятора в аккумуляторной батарее система электропитания не сможет обеспечить электроэнергией целевую аппаратуру ИСЗ и соответственно приведет к срыву штатной работы.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания ИСЗ при внезапном отказе какого-либо аккумулятора аккумуляторной батареи.

Поставленная задача решается тем, что при проведении зарядов, хранении в заряженном состоянии, проведении подзарядов, разрядов, контроле напряжения аккумуляторов, отключении неисправных аккумуляторов из последовательной цепи аккумуляторов аккумуляторной батареи, периодической балансировке аккумуляторов по напряжению контролируют уровни максимального и минимального напряжения аккумуляторов, а отключение неисправного аккумулятора из последовательной цепи аккумуляторов проводят при существенном превышении измеряемого напряжения аккумулятора величины максимального зарядного значения либо при снижении измеряемого напряжения аккумулятора до нуля или смены его полярности.

Действительно, в аккумуляторных батареях для эксплуатации в составе ИСЗ, с длительным ресурсом работы, предусматривают резервные аккумуляторы («горячий» резерв), отказ которых в процессе эксплуатации ИСЗ не должен снижать его эксплуатационные возможности.

Для обеспечения надежной работы ИСЗ по целевому назначению необходимо своевременное выявление деградирующего аккумулятора и выведение его из последовательной цепи аккумуляторов аккумуляторной батареи для исключения ограничения им разрядной емкости аккумуляторной батареи.

Особенно опасен внезапный отказ аккумулятора «обрывом» (вследствие каких-либо механических воздействий или нештатного испарения из аккумулятора электролита), потому что при этом выводится из работы вся аккумуляторная батарея, в последовательной цепи аккумуляторов которой находится неисправный аккумулятор. Такой неисправный аккумулятор необходимо своевременно выявить и незамедлительно отключить из последовательной цепи аккумуляторов аккумуляторной батареи, для восстановления работоспособности последней. Аккумулятор же с медленно снижающейся емкостью может быть оставлен в составе последовательной цепи аккумуляторов аккумуляторной батареи, пока соблюдается условие положительного энергобаланса по разрядной емкости аккумуляторной батареи и реальному потреблению нагрузки.

Признаком отказа аккумулятора «обрывом» является либо существенное повышение измеряемого на нем напряжения выше максимального зарядного напряжения (равное зарядному напряжению аккумуляторной батареи минус суммарное напряжение исправных аккумуляторов - при включенном заряде аккумуляторной батареи), либо снижение измеряемого напряжения аккумулятора до нуля или смены полярности (равное напряжению нагрузки минус суммарное напряжение исправных аккумуляторов: отрицательное значение при включенном разряде аккумуляторной батареи или равное нулю при заблокированных цепях заряда-разряда аккумуляторной батареи - режим хранения).

На чертеже, фиг. 1, приведена упрощенная функциональная схема автономной системы электропитания ИСЗ, поясняющая работу по предлагаемому способу.

Автономная система электропитания ИСЗ содержит солнечную батарею 1, подключенную к нагрузке 2, через преобразователь напряжения 3, аккумуляторные батареи 41-42, подключенные через зарядные преобразователи 51-52 к солнечной батарее 1, а через разрядные преобразователи 61-62 к входу выходного фильтра преобразователя напряжения 3.

Аккумуляторная батарея 4 (в левой части рисунка показан увеличенный и детализированный фрагмент) состоит из последовательно соединенных аккумуляторов 4-1, параллельно которым подключены балансировочные резисторы 4-2 через замыкающиеся контакты 4-3. Кроме того, аккумуляторы соединены в последовательную цепь через размыкающиеся контакты 4-4, а каждый аккумулятор 4-1 вместе со своим размыкающимся контактом 4-4 охвачен цепью с замыкающимся контактом 4-5. Также аккумуляторная батарея 4 содержит блок реле 4-6 с перечисленными контактами, где для каждого аккумулятора предусмотрены собственные реле.

При этом нагрузка 2 в своем составе содержит бортовую ЭВМ, систему телеметрии и командно-измерительную радиолинию (на рисунке не показано).

Параллельно аккумуляторным батареям 41-42 подключены устройства контроля аккумуляторных батарей 71-72, связанные входом с аккумуляторными батареями 41-42 для контроля напряжения и температуры аккумуляторов, а выходом с нагрузкой 2.

В цепи заряда-разряда аккумуляторных батарей установлены измерительные шунты 81-82.

Каждый зарядный преобразователь 51-52 состоит из регулирующего ключа 9, управляемого схемой управления 10.

Каждый разрядный преобразователь 61-62 состоит из регулирующего ключа 11, управляемого схемой управления 12 и вольтодобавочного узла 13.

Преобразователь напряжения 3 состоит из регулирующего ключа 14, управляемого схемой управления 15, входного фильтра - конденсатор 16 и выходного фильтра на диоде 17, дросселе 19 и конденсаторе 18.

Схемы управления: 10 зарядных преобразователей 51-52, 12-разрядных преобразователей 61-62, 15 - преобразователя напряжения 3, выполнены в виде широтно-импульсных модуляторов, входом подключенных к шинам стабилизируемого напряжения. Схемы управления 10 зарядных преобразователей 51-52 дополнительно связаны с измерительными шунтами 81-82 и нагрузкой 2.

Устройство работает следующим образом. В процессе эксплуатации аккумуляторные батареи 41-42 работают в основном в режиме хранения и периодических дозарядов от солнечной батареи 1 через зарядные преобразователи 51-52. Питание нагрузки 2 осуществляется при этом от солнечной батареи 1 через преобразователь напряжения 3.

При прохождении теневых участков орбиты либо при нарушении ориентации нагрузка 2 питается от аккумуляторных батарей 41-42 через разрядные преобразователи 61-62.

Устройства контроля 71-7n контролируют напряжение и температуру аккумуляторов аккумуляторных батарей 41-42 и передают информацию об их состоянии в нагрузку 2.

При снижении текущей емкости (напряжения) аккумуляторов до определенного, выбранного на этапе проектирования системы электропитания, значения, разблокируется заряд (подзаряд) аккумуляторной батареи и, при наличии избыточной мощности солнечной батареи 1, включается заряд аккумуляторной батареи 4, при этом факт включения заряда фиксируется бортовой ЭВМ по появлению тока заряда - сигнал с шунта 8. Одновременно с включением заряда запускается процесс балансировки аккумуляторов по напряжению. К аккумуляторам 4-1 подключаются индивидуальные разрядные резисторы 4-2 (соответствующие контакты 4-3 замыкаются), за исключением аккумулятора, имеющего самое низкое напряжение (самого разряженного аккумулятора). После достижения напряжения балансируемых аккумуляторов текущего значения напряжения самого разряженного аккумулятора каждый соответствующий индивидуальный разрядный резистор 4-2 отключается посредством размыкания соответствующего контакта 4-3 реле блока реле 4-6. Управление блоком реле 4-6 реализуется по программе в бортовой ЭВМ, через устройство контроля аккумуляторов 7.

При существенном превышении измеряемого напряжения аккумулятора величины максимального зарядного значения либо при снижении измеряемого напряжения аккумулятора до нуля или смены полярности отключение неисправного аккумулятора из последовательной цепи аккумуляторов аккумуляторной батареи проводят незамедлительно. Для этого размыкают контакт 4-4 и замыкают контакт 4-5, соответствующие неисправному аккумулятору. При этом неисправный аккумулятор будет исключен из последовательной цепи аккумуляторов аккумуляторной батареи и не будет блокировать ее работу.

Таким образом, заявляемый способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли позволяет повысить надежность эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания ИСЗ при внезапном отказе какого-либо аккумулятора аккумуляторной батареи.

Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли, заключающийся в проведении зарядов, хранении в заряженном состоянии, проведении подзарядов, разрядов, контроле напряжения аккумуляторов, отключении неисправных аккумуляторов из последовательной цепи аккумуляторов аккумуляторной батареи, периодической балансировке аккумуляторов по напряжению, отличающийся тем, что контролируют уровни максимального и минимального напряжения аккумуляторов, а отключение неисправного аккумулятора из последовательной цепи аккумуляторов проводят при существенном превышении измеряемого напряжения аккумулятора величины максимального зарядного значения либо при снижении измеряемого напряжения аккумулятора до нуля или смены его полярности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи размещено в трех конструктивных блоках.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении аккумуляторных батарей, в частности батарей на основе литий-ионных аккумуляторов для космических аппаратов.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение зарядки мобильного устройства сильным током с уменьшением его тепловых потерь.

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 способу и системе управления электрическим током (ЕСМ) в по меньшей мере одном электролизере, имеющем по меньшей мере два электрода, находящихся в контакте с электролитической средой, множество сенсорных средств для измерения тока, проходящего через один или более электродов, при этом указанные сенсорные средства расположены внутри по меньшей мере одной панели ЕСМ, установленной в одном или более работающих электролизерах.

Использование – в области электротехники. Технический результат - повышение прочности, влагозащищенности и надежности работы конструкции, упрощение процесса эксплуатации, уменьшение габаритов устройства.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение управления питанием, которое подается через множество батарей, имеющих различную плотность энергии и соединенных друг с другом для управления работой приводного тела.

Использование – в области электротехники. Технический результат – оптимизация ограничения зарядки/разрядки аккумуляторной батареи в низкотемпературном состоянии.

Использование – в области электротехники. Технический результат – предотвращение деградации аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автотранспортных средствах на электрической тяге. Техническим результатом является повышение энергетического КПД зарядных систем.

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Транспортное средство содержит устройство обмена информацией, выполненное с возможностью обмена информацией с сервером за пределами транспортного средства, и электронный блок управления, выполненный с возможностью осуществления как процесса зарядки переменным током, так и процесса зарядки постоянным током.

Группа изобретений относится к зарядке аккумуляторов электрического транспортного средства. Способ планирования зарядки электрического транспортного средства заключается в следующем.

Группа изобретений относится к зарядке аккумуляторов электрического транспортного средства. Способ планирования зарядки электрического транспортного средства заключается в следующем.

Изобретение относится к наземным электротехническим испытаниям космических аппаратов. Способ заключается в проведении заряда и разряда аккумуляторных батарей (АБ) с активным термостатированием и контролем температуры штатных АБ и в хранении их без проведения термостатирования.

Изобретение относится к наземным электротехническим испытаниям космических аппаратов. Способ заключается в проведении заряда и разряда аккумуляторных батарей (АБ) с активным термостатированием и контролем температуры штатных АБ и в хранении их без проведения термостатирования.
Предложен приводной блок для электромобиля. В приводном блоке, содержащем электродвигатель, инвертор, первое устройство хранения электроэнергии, преобразователь постоянного тока в постоянный ток, первый конденсатор и второй конденсатор, преобразователь постоянного тока и реле, при этом преобразователь постоянного тока в постоянный ток приводится в действие, когда целевой коэффициент продолжительности включения преобразователя повышения/понижения напряжения назначается таким образом, что суммарные потери преобразователя повышения/понижения напряжения и преобразователя постоянного тока в постоянный ток становятся больше максимального значения потерь преобразователя повышения/понижения напряжения, и управление преобразователем повышения/понижения напряжения осуществляется, когда реле выключено, чтобы разрядить первый конденсатор и второй конденсатор.

Группа изобретений относится к зарядке электромобилей. Способ управления процессом зарядки заключается в следующем.

Изобретение относится к способу регенерации никель-водородной батареи, снабженной положительным электродом, содержащим гидроксид никеля. Способ регенерации никель-водородной батареи, снабженной положительным электродом, содержащим по меньшей мере гидроксид никеля.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к судовым электроэнергетическим системам подводных аппаратов. Аппаратно-батарейный комплекс подводного аппарата содержит литий-ионные аккумуляторные батареи напряжением 110 В-440 В, распределительное устройство, преобразователь напряжения, литий-ионные аккумуляторные батареи напряжением 27 В, системы контроля аппаратно-батарейного комплекса и бесконтактного зарядного устройства, при этом модульность конструкции АБК позволяет без введения дополнительных конструктивных изменений в элементы комплекса получать требуемые характеристики сети потребителей с возможностью дублирования источников питания, а наличие бесконтактного зарядного устройства обеспечивает возможность заряда аккумуляторных батарей без точного позиционирования подводного аппарата, при этом преобразователь напряжения с широким диапазоном входного напряжения обеспечивает защиту чувствительных потребителей от помех, а литий-ионная батарея обладает минимальными массогабаритными характеристиками.

Изобретение относится к зарядке аккумуляторов для транспортных средств с электроприводом. Система зарядки для транспортных средств с электроприводом включает устройство связи и устройство управления.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к биосовместимой микробатарее в гибкой биосовместимой оболочке. Электрохимическая микробатарея содержит компоненты электрохимического элемента и состоит из плоских анода и катода с токоотводами, расположенными в пределах заданного расстояния для обеспечения ионной проводимости между анодом и катодом, при этом гибкая оболочка окружает анод, катод и электролит, а указанные токоотводы проходят через указанную гибкую оболочку, также микробатарея имеет либо плоскую, либо дугообразную форму.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания, и может быть использовано в автономных системах электропитания искусственного спутника Земли. Способ включает проведение зарядов, в заряженном состоянии подзарядов, при необходимости, разрядов, контроль напряжения аккумуляторов, отключение неисправных аккумуляторов из последовательной цепи аккумуляторов аккумуляторной батареи, периодическую балансировку аккумуляторов по напряжению, при этом контролируют уровни максимального и минимального напряжения аккумуляторов и при существенном превышении измеряемого напряжения аккумулятора величины максимального зарядного значения, либо при снижении измеряемого напряжения аккумулятора до нуля или смены полярности отключение неисправного аккумулятора из последовательной цепи аккумуляторов аккумуляторной батареи проводят незамедлительно. Повышение надежности эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания ИСЗ при внезапном отказе какого-либо аккумулятора аккумуляторной батареи является техническим результатом изобретения. 1 ил.

Наверх