RU2331954C1 - Method of nickel-hydrogen battery operation in artificial earth satellite stand-by power supply system - Google Patents

Method of nickel-hydrogen battery operation in artificial earth satellite stand-by power supply system Download PDF

Info

Publication number
RU2331954C1
RU2331954C1 RU2007109964/09A RU2007109964A RU2331954C1 RU 2331954 C1 RU2331954 C1 RU 2331954C1 RU 2007109964/09 A RU2007109964/09 A RU 2007109964/09A RU 2007109964 A RU2007109964 A RU 2007109964A RU 2331954 C1 RU2331954 C1 RU 2331954C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
battery
discharge
self
control
max
Prior art date
Application number
RU2007109964/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Владимирович Коротких (RU)
Виктор Владимирович Коротких
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева"
Priority to RU2007109964/09A priority Critical patent/RU2331954C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2331954C1 publication Critical patent/RU2331954C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

FIELD: electricity; physics.
SUBSTANCE: according to invention, method of nickel-hydrogen battery operation in artificial earth satellite stand-by power supply system includes charge-discharge cycles with limiting charging by pressure sensors installed on control batteries of the main battery, battery storage in full-charge state and periodic recharging to compensate battery self-discharge capacity during storage. Self-discharge currents in control batteries are additionally controlled by external discharge circuit. External discharge circuit can be made as: - resistor with R=1.25/(Ismax - Iscontr), where Ismax - maximum current of battery self-discharge and Iscontr - self-discharge current of control battery, -series circuit consisting of diode and resistor with R=(1,25 - UD)/(Ismax -Iscontr), where UD - voltage drop at diode, Ismax - maximum current of battery self-discharge and Iscontr - self-discharge current of control battery; - series circuit of two diodes and resistor with R=(1.25 - 2UD)/(Ismax - Iscontr), where UD - voltage drop at diode, Ismax - maximum current of battery self-discharge and Iscontr - self-discharge current of control battery; - current stabiliser. Also, external discharge circuit is switched during battery operation and time of on-line state is controlled depending on current battery capacity. Level to stabilised current is controlled during battery operation within the range from 0 A to (Ismax - Iscontr) A, where Ismax -maximum current of battery self-discharge and Iscontr - self-discharge current of control battery.
EFFECT: increase in nickel-hydrogen battery effectiveness of use and improvement of reliable operation.
6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей преимущественно в автономных системах электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ).The invention relates to the electrical industry and can be used in the operation of nickel-hydrogen storage batteries mainly in stand-alone power systems for artificial Earth satellites (AES).

При эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей в составе ИСЗ основная работа приходится на период теневых орбит. В остальное время на солнечных орбитах, за исключением моментов, когда мощности солнечной батареи недостаточно для обеспечения потребления нагрузки, аккумуляторная батарея работает в режиме хранения с периодическими дозарядами для компенсации саморазряда.When using nickel-hydrogen storage batteries in a satellite, the main work falls on the period of shadow orbits. The rest of the time in solar orbits, with the exception of the moments when the power of the solar battery is insufficient to ensure the consumption of the load, the battery operates in storage mode with periodic recharges to compensate for self-discharge.

Основной причиной снижения емкостных характеристик никель-водородных аккумуляторных батарей является разбаланс аккумуляторов по емкости в процессе ее эксплуатации. Это обусловлено объективной разницей в величине токов саморазряда отдельных аккумуляторов. В процессе эксплуатации аккумуляторной батареи ее заряд ограничивают наиболее заряженные аккумуляторы, а разряд - наименее заряженные аккумуляторы. Следовательно, чем больше степень разбаланса аккумуляторов по емкости, тем ниже емкость аккумуляторной батареи.The main reason for the decrease in capacitive characteristics of nickel-hydrogen storage batteries is the imbalance of the batteries in capacity during its operation. This is due to an objective difference in the magnitude of self-discharge currents of individual batteries. During operation of the rechargeable battery, its charge is limited by the most charged batteries, and the discharge by the least charged batteries. Therefore, the greater the degree of imbalance of the batteries in terms of capacity, the lower the capacity of the battery.

Учитывая, что величина тока саморазряда увеличивается в зависимости от степени заряженности аккумулятора, важно правильно выбрать степень заряженности управляющих аккумуляторов для ограничения заряда (дозаряда) аккумуляторной батареи.Given that the value of the self-discharge current increases depending on the degree of charge of the battery, it is important to choose the degree of charge of the control batteries to limit the charge (recharge) of the battery.

Известен способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи (патент №2084055, Н01М 10/44), согласно которому заряд аккумуляторной батареи ограничивают исходя из плотности водорода, рассчитанного на основании измеренных давления и температуры аккумуляторов, который обеспечивает заряд аккумуляторной батареи до уровня (60-80)% номинальной емкости.A known method of operating a Nickel-hydrogen battery (patent No. 2084055, Н01М 10/44), according to which the charge of the battery is limited based on the density of hydrogen, calculated on the basis of the measured pressure and temperature of the batteries, which provides battery charge to a level (60-80 )% of nominal capacity.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет эффективно (на уровне (80-90)% номинальной емкости) эксплуатировать аккумуляторную батарею в течение длительного ресурса. Это обусловлено фиксированными значениями контролируемых параметров (плотности водорода) для прекращения или возобновления заряда, без учета ресурсных изменений в работе аккумуляторной батареи.The disadvantage of this method is that it does not allow efficiently (at the level of (80-90)% of the nominal capacity) to operate the battery for a long life. This is due to the fixed values of the controlled parameters (hydrogen density) for the termination or resumption of charge, without taking into account resource changes in the operation of the battery.

Известен способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи (авт. св. №1746443, Н01М 10/44, 12/06), в котором управление заряд-разрядными циклами проводят по двухуставочному датчику давления с разницей уставок давления Р и температуры, а разряд оканчивают по минимальному напряжению, при достижении на разряде аккумуляторов минимального значения напряжения периодически повышают уставки датчика давления, причем нижнюю уставку повышают до уровня верхней, а верхнюю - на величину Р.A known method of operating a Nickel-hydrogen battery (ed. St. No. 1746443, H01M 10/44, 12/06), in which the control of charge-discharge cycles is carried out by a two-pressure sensor with a difference in the pressure settings P and temperature, and the discharge ends minimum voltage, when the battery reaches the minimum voltage value, the settings of the pressure sensor are periodically increased, and the lower setting is increased to the level of the upper, and the upper - by P.

Этот способ позволяет проводить ресурсное повышение контролируемого параметра (давления водорода), однако ограниченное количество уставок давления и дискретный характер перехода с одной уставки на другую снижает его эффективность и не позволяет обеспечить постоянно высокую степень заряженности аккумуляторной батареи.This method allows a resource increase in the controlled parameter (hydrogen pressure), however, a limited number of pressure settings and the discrete nature of the transition from one setting to another reduces its efficiency and does not allow for a constantly high degree of charge of the battery.

При этом при повышении температуры аккумуляторов (после перехода на более высокий контрольный уровень давления) выше расчетной величины может развиваться явление так называемого "теплового разгона", состоящего в том, что дальнейшее повышение температуры при перезаряде вызывает более интенсивное выделение кислорода из положительного электрода и увеличивает активность отрицательного электрода, что увеличивает, в свою очередь, скорость рекомбинации кислорода с водородом и интенсифицирует тепловыделение. В итоге процесс развивается с положительной обратной связью.In this case, with increasing temperature of the batteries (after switching to a higher control pressure level) above the calculated value, the phenomenon of the so-called “thermal acceleration” may develop, consisting in the fact that a further increase in temperature during recharging causes a more intense release of oxygen from the positive electrode and increases activity negative electrode, which in turn increases the rate of recombination of oxygen with hydrogen and intensifies heat release. As a result, the process develops with positive feedback.

В этом случае установленного контрольного значения давления водорода можно не достигнуть. Это снижает надежность известного способа.In this case, the set control value of the hydrogen pressure may not be reached. This reduces the reliability of the known method.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому способу является способ по заявке №2005122357/09(025199) от 14.07.2005 г. (решение о выдаче патента на изобретение от 5 сентября 2006 г., патент №2294580), заключающийся в проведении заряд-разрядных циклов с ограничением заряда по аналоговым датчикам давления, установленным на отдельных аккумуляторах аккумуляторной батареи, хранении в заряженном состоянии и проведении периодических дозарядов для компенсации емкости саморазряда аккумуляторов при хранении, при этом аналоговые датчики давления устанавливают на аккумуляторах, находящихся в наиболее теплонапряженных условиях, а включение и отключение дозаряда проводят из условия обеспечения нахождения установившегося тока саморазряда аккумуляторов с аналоговыми датчиками давления равным определенной величине, принятый за прототип.The closest in technical essence to the proposed method is the method according to the application No. 2005122357/09 (025199) from 07/14/2005 (decision to grant a patent for the invention of September 5, 2006, patent No. 2294580), which consists in conducting charge-discharge cycles with charge limitation by analog pressure sensors installed on separate batteries of the battery, storage in a charged state and periodic recharging to compensate for the capacity of self-discharge of batteries during storage, while installing analog pressure sensors ivayut on batteries located in the most thermally stressed conditions, and then charged on and off is performed from the condition of ensuring a steady Spent batteries self-discharge current analog pressure sensors equal to a certain value, taken as a prototype.

Известный способ, базируясь на скорости саморазряда управляющих аккумуляторов, позволяет достичь практически максимально возможной степени выравнивания аккумуляторов в аккумуляторной батарее по емкости и, следовательно, максимальной степени заряженности аккумуляторной батареи в целом.The known method, based on the self-discharge rate of the control batteries, allows you to achieve almost the maximum possible degree of alignment of the batteries in the battery in terms of capacity and, therefore, the maximum degree of charge of the battery as a whole.

Недостатком известного способа является то, что для достижения высокой степени выравнивания аккумуляторов в аккумуляторной батарее по емкости проводится заряд управляющих аккумуляторов до более высокого уровня, что повышает их среднюю рабочую температуру и отрицательно влияет на их ресурсные характеристики.The disadvantage of this method is that to achieve a high degree of alignment of the batteries in the battery in terms of capacity, the charge of the control batteries is carried out to a higher level, which increases their average operating temperature and negatively affects their resource characteristics.

Кроме того, в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи ее «температурное поле» может измениться (например, при отказе одного из аккумуляторов, что допускается), и управляющий аккумулятор может выйти из требования «находящихся в наиболее теплонапряженных условиях». Это приведет к снижению эффективности эксплуатации аккумуляторной батареи.In addition, during the operation of the battery, its “temperature field” can change (for example, if one of the batteries fails, which is allowed), and the control battery can get out of the requirement “in the most heat-stressed conditions”. This will lead to a decrease in battery efficiency.

Следует также отметить, что значительный перезаряд управляющего аккумулятора может привести к его «тепловому разгону», что снижает надежность эксплуатации аккумуляторной батареи, а выход на более высокий уровень температуры приведет к увеличению скорости саморазряда, что снижает эффективность использования аккумуляторной батареи.It should also be noted that a significant recharge of the control battery can lead to its "thermal acceleration", which reduces the reliability of the battery, and reaching a higher temperature level will increase the self-discharge rate, which reduces the efficiency of use of the battery.

Действительно, если управляющий аккумулятор имеет достаточную емкость, то нежелательно подвергать его более высокой степени заряженности, что отрицательно скажется на его ресурсных характеристиках.Indeed, if the control battery has sufficient capacity, then it is undesirable to expose it to a higher degree of charge, which will negatively affect its resource characteristics.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования и надежности эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи.The aim of the invention is to increase the efficiency and reliability of the Nickel-hydrogen battery.

Поставленная цель достигается тем, что регулирование величины токов саморазряда управляющих аккумуляторов дополнительно проводят с помощью внешней разрядной цепи.This goal is achieved in that the regulation of the magnitude of the self-discharge currents of the control batteries is additionally carried out using an external discharge circuit.

При этом внешняя разрядная цепь может быть выполнена в виде:In this case, the external discharge circuit can be made in the form of:

- резистора величиной R=1,25/(Icmax-Icупр), где Icmax - максимальный ток саморазряда аккумуляторов, а Icупр - ток саморазряда управляющего аккумулятора,- the value of the resistor R = 1,25 / (Ic max -Ic simp), where Ic max - maximum battery self-discharge current, and Ic simp - self-discharge current of the battery manager,

- последовательной цепи из диода и резистора величиной R=(1,25-Uд)/(Icmax-Icупр), где Uд - падение напряжения на диоде, Icmax - максимальный ток саморазряда аккумуляторов, а Icупр - ток саморазряда управляющего аккумулятора;- a series circuit of a diode and a resistor value of R = (1,25-Ud) / (Ic max -Ic simp), where Ud - the voltage drop across the diode, Ic max - maximum battery self-discharge current, and Ic simp - self-discharge current of the battery control ;

- последовательной цепи из двух диодов и резистора величиной R=(1,25 - 2Uд)/(Icmax-Icупр), где Uд - падение напряжения на диоде, Icmax - максимальный ток саморазряда аккумуляторов, а Icупр - ток саморазряда управляющего аккумулятора;- a series circuit of two diodes and a resistor value of R = (1,25 - 2Ud) / (Ic max -Ic simp), where Ud - the voltage drop across the diode, Ic max - maximum battery self-discharge current, and Ic simp - self-discharge current of the control battery;

- стабилизатора тока.- current stabilizer.

Кроме того, внешнюю разрядную цепь в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи коммутируют, причем время нахождения ее в подключенном состоянии регулируют в зависимости от текущей емкости аккумуляторной батареи, а уровень стабилизируемого тока регулируют в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи в диапазоне от 0 А до (Icmax-Icупр) А, где Icmax - максимальный ток саморазряда аккумуляторов, а Icупр - ток саморазряда управляющего аккумулятора.In addition, the external discharge circuit is switched during operation of the battery, and the time spent in the connected state is controlled depending on the current capacity of the battery, and the level of stabilized current is regulated during operation of the battery in the range from 0 A to (Ic max -Ic exercise ) A, where Ic max is the maximum self-discharge current of the batteries, and Ic exercise is the self-discharge current of the control battery.

В процессе проведения заряд-разрядных циклов или периодических дозарядов аккумуляторной батареи токи саморазряда всех аккумуляторов приходят к единой величине (установившемуся значению). Это происходит автоматически - каждый аккумулятор выходит на уровень заряженности, при котором его ток саморазряда сравнивается с током саморазряда управляющего аккумулятора. Соответственно аккумулятор, имеющий объективно наибольший саморазряд, выйдет на установившийся наименьший уровень заряженности.In the process of conducting charge-discharge cycles or periodic recharges of the battery, the self-discharge currents of all batteries come to a single value (steady-state value). This happens automatically - each battery reaches a charge level at which its self-discharge current is compared with the self-discharge current of the control battery. Accordingly, a battery having an objectively largest self-discharge will reach the steady-state lowest charge level.

Абсолютно одинаковые аккумуляторы, но находящиеся в разных температурных условиях, также приводят к разбалансу по емкости, если в качестве управляющего аккумулятора будет выбран более холодный аккумулятор. Переход на управление зарядом от аккумулятора с повышением верхней уставки уменьшает риск разбаланса, но может стать причиной повышенного тепловыделения аккумулятора, что тоже нежелательно.Absolutely identical batteries, but located in different temperature conditions, also lead to an imbalance in capacity if a cooler battery is selected as the control battery. Switching to battery charge control with an increase in the upper setting reduces the risk of imbalance, but can lead to increased battery heat, which is also undesirable.

Отрицательный эффект разброса токов саморазряда компенсируется, если управляющие аккумуляторы находятся в одинаковых температурных условиях и в самых теплых секторах конструкции батареи, что гарантирует величину тока саморазряда этих аккумуляторов больше токов саморазряда остальных аккумуляторов и исключает явление разбаланса.The negative effect of the spread of self-discharge currents is compensated if the control batteries are in the same temperature conditions and in the warmest sectors of the battery design, which guarantees the self-discharge current of these batteries is greater than the self-discharge currents of the remaining batteries and eliminates the unbalance phenomenon.

Предлагается иной путь достижения этого условия. Это искусственное управление величиной тока саморазряда управляющих аккумуляторов путем создания на управляющем аккумуляторе внешней разрядной цепи.A different way to achieve this condition is proposed. This is an artificial control of the self-discharge current of control batteries by creating an external discharge circuit on the control battery.

Действительно, если емкость самого управляющего аккумулятора находится на достаточно высоком уровне, то незачем его перезаряжать для увеличения его тока саморазряда, а достаточно будет искусственно организовать повышение его саморазряда введением внешней разрядной цепи.Indeed, if the capacity of the control battery itself is at a sufficiently high level, then there is no need to recharge it to increase its self-discharge current, but it will be enough to artificially organize an increase in its self-discharge by introducing an external discharge circuit.

При этом достигаемый эффект выравнивания аккумуляторов в аккумуляторной батарее по емкости не изменится.At the same time, the achieved effect of aligning the batteries in the battery in terms of capacity will not change.

В то же время будет снижено тепловыделение управляющего аккумулятора, существенно расширена возможность реализации более высокой степени выравнивания аккумуляторов по емкости за счет снятия ограничений по току саморазряда самого управляющего аккумулятора (необходимость установки его в наиболее теплонапряженное место), а также практически исключено отрицательное влияние потенциально возможного изменения температуры управляющего аккумулятора в «температурном поле» аккумуляторной батареи.At the same time, the heat emission of the control battery will be reduced, the possibility of realizing a higher degree of alignment of the batteries in terms of capacity due to the removal of restrictions on the self-discharge current of the control battery itself (the need to install it in the most heat-stressed place) will be significantly expanded, and the negative impact of a potential change temperature of the control battery in the "temperature field" of the battery.

На фиг.1 приведены варианты внешних разрядных цепей управляемого аккумулятора аккумуляторной батареи, где 1 - это управляющий аккумулятор, 2 - резистор, 3 - диод(ы), 4 - коммутатор шунтирующей цепи, имеющий связь по управлению «Упр.» (например, с нагрузкой автономной системы электропитания - бортовой ЭВМ), 5 - стабилизатор тока входом подключенный к источнику питания (например, к выходным шинам автономной системы электропитания, фиг.2) Uпит и имеющий связь по управлению «Упр.» (например, с нагрузкой автономной системы электропитания - бортовой ЭВМ).Figure 1 shows the options for the external discharge circuits of the controlled battery of the battery, where 1 is the control battery, 2 is the resistor, 3 is the diode (s), 4 is the switch of the shunt circuit, which has a control connection “Exercise” (for example, the load of the autonomous power supply system - on-board computer), 5 - current stabilizer input connected to the power source (for example, to the output buses of the autonomous power supply system, figure 2) Upit and having control connection "Exercise" (for example, with the load of the autonomous power supply system - on-board computer).

В простейшем случае внешняя разрядная цепь - это резистор 2 расчетной величины, подключенный к клеммам управляющего аккумулятора 1 - вариант а).In the simplest case, the external discharge circuit is a calculated value resistor 2 connected to the terminals of the control battery 1 - option a).

В случае, если требуется ограничить уровень напряжения аккумулятора 1, при котором идет его разряд на внешнюю разрядную цепь, то последовательно с резистором 2 включают диоды 3 - один, вариант б), или два, вариант в). В этом случае разряд аккумулятора 1 на внешнюю разрядную цепь прекратится после снижения напряжения на нем до напряжения закрытия диода(ов) 3. Это целесообразно делать, если в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи имеют место периоды хранения без проведения дозарядов, с целью снижения вероятности разряда аккумулятора до напряжения 0 В, что неблагоприятно сказывается на его последующей работе.If it is necessary to limit the voltage level of battery 1, at which it is discharged to an external discharge circuit, then diodes 3 are connected in series with resistor 2 - one, option b), or two, option c). In this case, the discharge of the battery 1 to the external discharge circuit will stop after the voltage across it drops to the closing voltage of the diode (s) 3. This is advisable if during the operation of the battery there are periods of storage without recharging in order to reduce the probability of battery discharge to voltage 0 V, which adversely affects his subsequent work.

Введение коммутатора 4 во внешнюю разрядную цепь управляющего аккумулятора, вариант г), или стабилизатора тока 5, вариант д), имеющих связь по управлению «Упр.», например с нагрузкой автономной системы электропитания - бортовой ЭВМ, позволяет регулировать в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи величину емкости разряда управляющего аккумулятора на внешнюю разрядную цепь. Это повышает «гибкость» способа эксплуатации аккумуляторной батареи, его эффективность и надежность.The introduction of the switch 4 into the external discharge circuit of the control battery, option d), or the current stabilizer 5, option e), which are connected with the control “Ex.”, For example, with the load of the autonomous power supply system - the on-board computer, allows you to adjust the value during operation of the battery discharge capacitance of the control battery to an external discharge circuit. This increases the "flexibility" of the method of operating the battery, its efficiency and reliability.

Величина сопротивления резистора 2 рассчитывается исходя из среднего разрядного напряжения никель-водородного аккумулятора 1,25 В. При этом в расчете используются конкретные данные по падению напряжения на применяемых диодах Uд, а также токи саморазряда: максимально возможный ток саморазряда какого-либо аккумулятора в конкретной аккумуляторной батарее при конкретных условиях ее эксплуатации Icmax и ток саморазряда управляющего аккумулятора этой аккумуляторной батареи Icупр.The resistance value of resistor 2 is calculated based on the average discharge voltage of the nickel-hydrogen battery 1.25 V. In this calculation, specific data on the voltage drop across the diodes Ud used, as well as self-discharge currents are used: the maximum possible self-discharge current of any battery in a specific battery the battery under specific operating conditions Ic max and self-discharge current of the control battery of this battery Ic exercise .

На фиг.2 приведена функциональная схема автономной системы электропитания, поясняющая работу по предлагаемому способу.Figure 2 shows the functional diagram of an autonomous power supply system, explaining the work of the proposed method.

Устройство содержит солнечную батарею 6, подключенную к нагрузке 7 через преобразователь напряжения 8, аккумуляторную батарею 9, подключенную через зарядный преобразователь 10 к солнечной батарее 6, а через разрядный преобразователь 11 - к входу выходного фильтра преобразователя напряжения 8.The device contains a solar battery 6 connected to the load 7 through a voltage converter 8, a battery 9 connected through a charging converter 10 to the solar battery 6, and through a discharge converter 11 to the input of the output filter of the voltage converter 8.

При этом нагрузка 7 в своем составе содержит бортовую ЭВМ, систему телеметрии и командно-измерительную радиолинию.In this case, the load 7 in its composition contains an on-board computer, a telemetry system and a command and measurement radio line.

Параллельно аккумуляторной батарее 9 подключено устройство контроля и управления управляющими аккумуляторами 12 (в частности, контроля давления аккумуляторов, которое определяет их текущую емкость, и, при необходимости, управления саморазрядом посредством стабилизатора тока 5 или коммутируемого коммутатором 4 резистора 2, фиг.1), связанное входом с аккумуляторной батареей 9, а выходом - с нагрузкой 7 (с бортовой ЭВМ).In parallel with the battery 9, a control device for controlling the control batteries 12 is connected (in particular, monitoring the pressure of the batteries, which determines their current capacity, and, if necessary, controlling self-discharge by means of a current stabilizer 5 or a resistor 2 switched by switch 4, Fig. 1), connected the input with the battery 9, and the output with a load of 7 (with the onboard computer).

В цепи заряда-разряда аккумуляторной батареи установлен измерительный шунт 13.In the circuit of the charge-discharge of the battery installed measuring shunt 13.

Зарядный преобразователь 10 состоит из регулирующего ключа 14, управляемого схемой управления 15, вольтодобавочного узла, выполненного на трансформаторе Тр, транзисторах Т1 и Т2 и выпрямителя на диодах D1 и D2.The charging Converter 10 consists of a control key 14, controlled by a control circuit 15, a boost assembly made on a transformer Tr, transistors T1 and T2 and a rectifier on diodes D1 and D2.

Разрядный преобразователь 11 состоит из регулирующего ключа 16, управляемого схемой управления 17.The bit converter 11 consists of a control key 16 controlled by a control circuit 17.

Преобразователь напряжения 8 состоит из регулирующего ключа 18, управляемого схемой управления 19, входного фильтра С1 и выходного фильтра на диоде D, дросселе L и конденсаторе С.The voltage converter 8 consists of a control key 18 controlled by a control circuit 19, an input filter C1 and an output filter on a diode D, inductor L and capacitor C.

Схемы управления преобразователями 15, 17, 19 выполнены в виде широтно-импульсных модуляторов, входом подключенных к шинам стабилизируемого напряжения. Схема управления 15 зарядного преобразователя 10 дополнительно связана с измерительным шунтом 13 и нагрузкой 7.The control circuits of the converters 15, 17, 19 are made in the form of pulse-width modulators input connected to the stabilized voltage buses. The control circuit 15 of the charge Converter 10 is additionally associated with the measuring shunt 13 and the load 7.

Устройство работает следующим образом. В процессе эксплуатации аккумуляторная батарея 9 работает в основном в режиме хранения и периодических дозарядов от солнечной батареи 6 через зарядный преобразователь 10. Такой режим работы позволяет содержать ее в постоянной готовности на случай аварийных ситуаций (потеря ориентации ИСЗ на Солнце).The device operates as follows. During operation, the rechargeable battery 9 operates mainly in storage mode and periodic recharges from the solar battery 6 through the charging converter 10. This mode of operation allows you to keep it in constant readiness in case of emergencies (loss of satellite orientation on the Sun).

Питание нагрузки 7 осуществляется от солнечной батареи 6 через преобразователь напряжения 8.The load 7 is supplied from a solar battery 6 through a voltage converter 8.

При прохождении теневых участков орбиты либо при нарушении ориентации нагрузка 7 питается от аккумуляторной батареи 9 через разрядный преобразователь 11.When passing shadow portions of the orbit or in violation of orientation, the load 7 is powered by the battery 9 through the discharge converter 11.

Устройство контроля аккумуляторов 12 контролирует давление в аккумуляторах и передает информацию об их состоянии в нагрузку (бортовую ЭВМ).The battery monitoring device 12 monitors the pressure in the batteries and transmits information about their condition to the load (on-board computer).

В бортовую ЭВМ «закладывается» программа, реализующая следующие действия:A program is implemented in the on-board computer that implements the following actions:

1. Обрабатываются данные аналоговых датчиков давления в управляющих аккумуляторах с вычислением значения давления (или степени заряженности).1. The data of analog pressure sensors in the control accumulators is processed with the calculation of the pressure value (or degree of charge).

2. Значение давления управляющих аккумуляторов (или степени заряженности) сравнивается со значениями верхней и нижней уставок давления, заложенными в логику управления зарядом. При превышении верхней уставки зарядный преобразователь выключается, при уменьшении ниже нижней уставки - снова включается.2. The pressure value of the control accumulators (or the degree of charge) is compared with the values of the upper and lower pressure settings embedded in the charge control logic. If the upper set point is exceeded, the charging converter turns off, when it decreases below the lower set point, it turns on again.

3. Рассчитывается установившееся значение тока саморазряда батареи по формуле: Jc=Pi/t·k, где Pi - разница между уставками в Ач; t - время саморазряда в часах; k - расчетный коэффициент уменьшения фактического тока саморазряда в случае коммутации разрядной цепи (равен 1,0, если разрядная цепь не коммутируется).3. The steady-state value of the self-discharge current of the battery is calculated by the formula: Jc = P i / t · k, where P i is the difference between the settings in Ah; t is the self-discharge time in hours; k is the calculated coefficient of decrease in the actual current of self-discharge in the case of switching the discharge circuit (equal to 1.0 if the discharge circuit is not switched).

4. В процессе эксплуатации аккумуляторной батареи с периодическими дозарядами уставки (верхняя и нижняя) устанавливаются таким образом, что бы значение тока саморазряда (включая ток разряда на шунтирующую цепь) аккумуляторов с аналоговыми датчиками давления находилось в нужном интервале. При этом при использовании в качестве шунтирующей цепи управляемого стабилизатора тока или при коммутации шунтирующей цепи ток саморазряда регулируют в зависимости от текущей емкости аккумуляторной батареи.4. During operation of the battery with periodic additional charges, the settings (upper and lower) are set so that the value of the self-discharge current (including the discharge current to the shunt circuit) of the batteries with analog pressure sensors is in the desired interval. In this case, when using a controlled current stabilizer as a shunt circuit or when switching a shunt circuit, the self-discharge current is regulated depending on the current capacity of the battery.

Таким образом, предлагаемый способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи позволяет поддерживать последнюю на высоком уровне заряженности при прохождении теневых орбит и обеспечивать хранение в заряженном состоянии на солнечных орбитах без ухудшения эксплуатационных характеристик и, следовательно, повышает эффективность использования и надежность эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи, надежность автономной системы электропитания и ИСЗ в целом.Thus, the proposed method of operating a nickel-hydrogen storage battery allows the latter to be maintained at a high level of charge during the passage of shadow orbits and to ensure storage in a charged state in solar orbits without compromising performance and, therefore, improves the efficiency and reliability of operation of a nickel-hydrogen battery , reliability of an autonomous power supply system and a satellite as a whole.

Claims (6)

1. Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли, заключающийся в проведении заряд-разрядных циклов с ограничением заряда по датчикам давления, установленным на управляющих аккумуляторах аккумуляторной батареи, хранении в заряженном состоянии, проведении периодических дозарядов для компенсации емкости саморазряда аккумуляторов при хранении, контроле токов саморазряда управляющих аккумуляторов и регулирование величины этих токов посредством изменения уставок датчиков давления, отличающийся тем, что регулирование величины токов саморазряда управляющих аккумуляторов дополнительно проводят с помощью внешней разрядной цепи.1. A method of operating a nickel-hydrogen storage battery in an autonomous power supply system of an artificial Earth satellite, which consists in carrying out charge-discharge cycles with charge limitation by pressure sensors installed on the control batteries of the storage battery, storage in a charged state, periodic charging to compensate for the self-discharge capacity batteries during storage, control of self-discharge currents of control batteries and regulation of the magnitude of these currents by means of changed setting pressure sensors, characterized in that the regulation of the self-discharge currents of the control batteries is additionally carried out using an external discharge circuit. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что внешняя разрядная цепь выполнена в виде резистора величиной R=1,25/(Icmax-Icупр), где Icmax - максимальный ток саморазряда аккумуляторов, a Icупр - ток саморазряда управляющего аккумулятора.2. A method according to claim 1, characterized in that the outer discharge circuit is designed as a resistor value of R = 1,25 / (Ic max -Ic simp), where Ic max - maximum self-discharge current of the battery, a Ic simp - self-discharge current of the control battery. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что внешняя разрядная цепь выполнена в виде последовательной цепи из диода и резистора величиной R=(1,25-Uд)/(Icmax-Icупр), где Uд - падение напряжения на диоде, Icmax - максимальный ток саморазряда аккумуляторов, a Icупр - ток саморазряда управляющего аккумулятора.3. A method according to claim 1, characterized in that the outer discharge circuit is designed as a series circuit of a diode and a resistor value of R = (1,25-Ud) / (Ic max -Ic simp), where Ud - voltage drop across the diode , Ic max is the maximum self-discharge current of the batteries, and Ic control is the self-discharge current of the control battery. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что внешняя разрядная цепь выполнена в виде последовательной цепи из двух диодов и резистора величиной R=(1,25-2Uд)/(Icmax-Icупр), где Uд - падение напряжения на диоде, Icmax - максимальный ток саморазряда аккумуляторов, a Icупр - ток саморазряда управляющего аккумулятора.4. A method according to claim 1, characterized in that the outer discharge circuit is designed as a series circuit of two diodes and a resistor value of R = (1,25-2Ud) / (Ic max -Ic simp), where Ud - the voltage drop across diode, Ic max is the maximum self-discharge current of the batteries, and Ic control is the self-discharge current of the control battery. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что внешнюю разрядную цепь в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи коммутируют, причем время нахождения ее в подключенном состоянии регулируют в зависимости от текущей емкости аккумуляторной батареи.5. The method according to claim 1, characterized in that the external discharge circuit during operation of the battery is switched, and the time spent in the connected state is controlled depending on the current capacity of the battery. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что шунтирующая цепь выполнена в виде стабилизатора тока, причем уровень стабилизируемого тока регулируют в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи в диапазоне от 0 А до (Icmax-Icупр)А, где Icmax - максимальный ток саморазряда аккумуляторов, а Icупр - ток саморазряда управляющего аккумулятора.6. A method according to claim 1, characterized in that the shunt circuit is formed as a current regulator, the current level is adjusted to be stabilized during the battery operation in the range of 0 A to (Ic max -Ic simp) A, where Ic max - maximum self-discharge current of the batteries, and Ic control is the self-discharge current of the control battery.
RU2007109964/09A 2007-03-19 2007-03-19 Method of nickel-hydrogen battery operation in artificial earth satellite stand-by power supply system RU2331954C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007109964/09A RU2331954C1 (en) 2007-03-19 2007-03-19 Method of nickel-hydrogen battery operation in artificial earth satellite stand-by power supply system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007109964/09A RU2331954C1 (en) 2007-03-19 2007-03-19 Method of nickel-hydrogen battery operation in artificial earth satellite stand-by power supply system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2331954C1 true RU2331954C1 (en) 2008-08-20

Family

ID=39748145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007109964/09A RU2331954C1 (en) 2007-03-19 2007-03-19 Method of nickel-hydrogen battery operation in artificial earth satellite stand-by power supply system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2331954C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2564102C1 (en) * 2011-09-28 2015-09-27 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Control device and control method for anhydrous accumulator battery

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2564102C1 (en) * 2011-09-28 2015-09-27 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Control device and control method for anhydrous accumulator battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20170310141A1 (en) Energy converting apparatus and method
US7808127B2 (en) Multile input channel power control circuit
US8866465B2 (en) Nanosatellite photovoltaic regulator
JP5884414B2 (en) Control system
US20160214491A1 (en) Charging facility and energy management method for charging facility
US20080179961A1 (en) Apparatus and method for controlling a power supply
JP5184202B2 (en) Method for charging storage elements of an autonomous system
RU2403656C1 (en) Method of using lithium-ion accumulator battery in artificial earth satellite
RU2337452C1 (en) Method of load supply with direct current in composition of autonomous system of earth power supply and autonomous power supply system for its implementation
JP2015195674A (en) Power storage battery assembly control system
JP2013102572A (en) Control apparatus, control method and control system
JP2013099155A (en) Control system, control apparatus and control method
RU2510105C2 (en) Method to charge set of accumulator batteries within autonomous system of spacecraft power supply
US20220239150A1 (en) Method and device for energy harvesting and charging rechargeable energy storage devices
JP2013099207A (en) Control apparatus and control method
RU2331954C1 (en) Method of nickel-hydrogen battery operation in artificial earth satellite stand-by power supply system
JP5978596B2 (en) Control apparatus and control method
RU2314602C1 (en) Method for servicing nickel-hydrogen storage battery
RU2541512C2 (en) Method to control autonomous system of spacecraft power supply
RU2401487C1 (en) Operation of nickel-hydrogen storage battery on artificial earth satellite
RU2313169C2 (en) Off-line power supply system
RU2294581C1 (en) Method for exploiting hermetic nickel-hydrogen accumulator battery in autonomous system of electric power of earth satellite
RU2305349C2 (en) Operating process of nickel-hydrogen storage battery incorporated in geostationary artificial earth satellite
JPH1169658A (en) Self-controlled optical generation regulating method and system
RU2331955C1 (en) Method of leak-tight nickel and hydrogen battery operation in artificial earth satellite stand-by power supply system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140320