RU2604096C1 - Method of load supply with direct current in autonomous power supply system of artificial earth satellite - Google Patents
Method of load supply with direct current in autonomous power supply system of artificial earth satellite Download PDFInfo
- Publication number
- RU2604096C1 RU2604096C1 RU2015122999/07A RU2015122999A RU2604096C1 RU 2604096 C1 RU2604096 C1 RU 2604096C1 RU 2015122999/07 A RU2015122999/07 A RU 2015122999/07A RU 2015122999 A RU2015122999 A RU 2015122999A RU 2604096 C1 RU2604096 C1 RU 2604096C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- load
- battery
- charge
- charging
- discharge
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
- H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/42—Arrangements or adaptations of power supply systems
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
- H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
- H02J7/0049—Detection of fully charged condition
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при проектировании автономных систем электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ).The invention relates to the electrical industry and can be used in the design of autonomous power systems for artificial Earth satellites (AES).
В настоящее время в космической технике успешно развивается процесс создания ИСЗ для решения широкого круга народнохозяйственных задач. Это связь, навигация, геодезия, картография, метеорология и многое другое.Currently, in space technology, the process of creating a satellite to solve a wide range of national economic problems is successfully developing. These are communications, navigation, surveying, cartography, meteorology and much more.
При создании ИСЗ существенное значение имеет оптимизация по удельным энергетическим характеристикам системы электропитания ИСЗ, так как она занимает порядка (15÷20)% массы ИСЗ и во многом определяет функциональные и ресурсные возможности создаваемого ИСЗ.When creating a satellite, optimization of the specific energy characteristics of the satellite’s power supply system is of significant importance, since it occupies about (15 ÷ 20)% of the satellite’s mass and largely determines the functional and resource capabilities of the satellite being created.
Известны способы питания нагрузки постоянным током в автономных системах электропитания ИСЗ, описанные в монографии «Системы электропитания космических аппаратов, Новосибирск, ВО "Наука", 1994 г.».Known methods for supplying DC load in autonomous satellite power supply systems described in the monograph "Spacecraft power supply systems, Novosibirsk, VO" Nauka ", 1994."
Известные способы и автономные системы электропитания ИСЗ предусматривают стабилизацию напряжения от первичного источника ограниченной мощности (солнечной батареи) на нагрузке стабилизированными преобразователями различного типа.Known methods and autonomous satellite power supply systems provide for voltage stabilization from a primary source of limited power (solar battery) at the load with stabilized converters of various types.
Общим недостатком известных способов является то, что они функционально содержат три стабилизированных преобразователя: зарядный, разрядный и стабилизатор напряжения нагрузки при питании нагрузки от солнечных батарей, что усложняет систему электропитания, снижает ее удельные энергетические характеристики и ухудшает качество выходного напряжения.A common disadvantage of the known methods is that they functionally contain three stabilized converters: a charging, discharge and load voltage stabilizer when the load is powered by solar panels, which complicates the power supply system, reduces its specific energy characteristics and affects the quality of the output voltage.
Наиболее близким техническим решением является способ питания нагрузки постоянным током (патент RU №2334337) в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли от источника ограниченной мощности, например солнечной батареи, и комплекта из Nаб вторичных источников электроэнергии - аккумуляторных батарей, содержащих аккумуляторы, соединенные последовательно, с байпасными зарядными и разрядными цепями на каждом аккумуляторе, заключающийся в стабилизации напряжения на нагрузке, проведении заряд-разрядных циклов через индивидуальные зарядные и разрядные преобразователи, контроле аккумуляторных батарей и проведении профилактических работ с аккумуляторными батареями, при этом число аккумуляторов Nакк в каждой аккумуляторной батарее выбирают из соотношенияThe closest technical solution is a method of supplying a load with direct current (patent RU No. 2334337) in a stand-alone power supply system for an artificial Earth satellite from a limited power source, such as a solar battery, and a set of N ab secondary power sources - storage batteries containing batteries connected in series, with bypass charging and discharge circuits on each battery, which consists in stabilizing the voltage at the load, conducting charge-discharge cycles through the individual dual charge and discharge converters, control batteries and conduct preventive maintenance on batteries, with the number of accumulators N ACC in each battery is selected from the ratio
Nакк≥(Uн+1)/Uакк.мин,N acc. ≥ (U n +1) / U acc.min ,
где Nакк - число аккумуляторов в аккумуляторной батарее;where N acc - the number of batteries in the battery;
Uн - напряжение на выходе автономной системы электропитания;U n - voltage at the output of the autonomous power supply system;
Uакк.мин - минимальное разрядное напряжение одного аккумулятора.U acc.min - minimum discharge voltage of one battery.
Этот способ выбран в качестве прототипа заявляемому изобретению.This method is selected as a prototype of the claimed invention.
Известный способ был успешно реализован на действующих ИСЗ.The known method was successfully implemented on existing satellites.
Известный способ позволяет упростить разрядные преобразователи, исключив из них функцию формирования вольтодобавки (при этом в зарядных преобразователях вольтодобавка присутствует), что повышает удельные энергетические характеристики системы электропитания. Однако здесь также используются три стабилизированных преобразователя: зарядный, разрядный и стабилизатор напряжения нагрузки при питании ее от солнечных батарей, что снижает удельные энергетические характеристики системы электропитания и ухудшает стабильность и динамические характеристики выходного напряжения (качество напряжения нагрузки).The known method allows to simplify the discharge converters, eliminating from them the function of forming the voltage boost (while in the charging converters the voltage boost is present), which increases the specific energy characteristics of the power supply system. However, three stabilized converters are also used here: a charge, discharge, and load voltage stabilizer when it is powered by solar panels, which reduces the specific energy characteristics of the power supply system and affects the stability and dynamic characteristics of the output voltage (quality of the load voltage).
Задачей заявляемого изобретения является повышение удельных энергетических характеристик и качества выходного напряжения автономной системы электропитания ИСЗ.The task of the invention is to increase the specific energy characteristics and quality of the output voltage of an autonomous satellite power supply system.
Поставленная задача достигается тем, что при питании нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли от солнечной батареи и комплекта из вторичных источников электроэнергии - аккумуляторных батарей, заключающемся в стабилизации напряжения на нагрузке, содержащей в своем составе бортовую ЭВМ, систему телеметрии и командно-измерительную радиолинию, проведении заряда и разряда аккумуляторных батарей через индивидуальные зарядные и разрядные преобразователи, мощность зарядных преобразователей рассчитывают исходя из суммарной мощности нагрузки и мощности, необходимой для заряда аккумуляторных батарей, а стабилизацию напряжения на нагрузке проводят только разрядными преобразователями, при этом каждый зарядный преобразователь управляется по величине тока заряда - в режиме заряда соответствующей аккумуляторной батареи и установленному уровню собственного выходного напряжения, а после полного заряда соответствующей аккумуляторной батареи управление по току заряда блокируют. Кроме того, цепь заряда-разряда аккумуляторной батареи блокируют диодом, включенным в направлении протекания тока разряда аккумуляторной батареи и зашунтированным контактами дополнительно введенного коммутатора, связанного с нагрузкой. При этом величину уровня собственного выходного напряжения зарядного преобразователя выбирают не более напряжения разомкнутой цепи заряженной аккумуляторной батареи и при этом предусматривают регулирование величины уровня собственного выходного напряжения зарядного преобразователя в процессе эксплуатации.The task is achieved in that when the load is supplied with direct current in the autonomous system of powering the artificial Earth satellite from the solar battery and a set of secondary sources of electricity - rechargeable batteries, which consists in stabilizing the voltage on the load, which includes an onboard computer, a telemetry system and command measuring radio line, carrying out the charge and discharge of rechargeable batteries through individual charging and discharge converters, power of charging converters Lei is calculated on the basis of the total load power and the power needed to charge the batteries, and voltage stabilization on the load is carried out only by discharge converters, and each charging converter is controlled by the value of the charge current - in the charge mode of the corresponding battery and the set level of its own output voltage, and after the corresponding battery is fully charged, the charge current control is blocked. In addition, the charge-discharge circuit of the battery is blocked by a diode connected in the direction of flow of the discharge current of the battery and shunted by the contacts of an additionally connected switch connected with the load. In this case, the value of the level of the own output voltage of the charging converter is selected no more than the open circuit voltage of the charged battery, and at the same time, the level of the own output voltage of the charging converter is controlled during operation.
Стабилизация напряжения на нагрузке одним преобразователем автоматически улучшает стабильность и динамические характеристики выходного напряжения автономной системы электропитания, иными словами, улучшает качество выходного напряжения автономной системы электропитания ИСЗ, так как исключает смену режима стабилизации. При этом исключение из состава автономной системы электропитания одного функционального преобразователя (стабилизатора напряжения нагрузки при питании нагрузки от солнечных батарей) приведет к повышению удельных энергетических характеристик автономной системы.Stabilization of the voltage at the load by one converter automatically improves the stability and dynamic characteristics of the output voltage of the autonomous power supply system, in other words, improves the quality of the output voltage of the autonomous power supply system of the satellite, since it eliminates the change in the stabilization mode. In this case, the exclusion from the structure of the autonomous power supply system of one functional converter (load voltage stabilizer when supplying the load from solar panels) will lead to an increase in the specific energy characteristics of the autonomous system.
В настоящее время во всем мире идет процесс повышения напряжения на выходе системы электропитания. Это объясняется тем, что с ростом напряжения (для питания нагрузки определенной мощности) пропорционально снижаются токи в бортовой аппаратуре, кабельной сети и, в том числе, в преобразователях самой автономной системы электропитания, что существенно снижает энергопотери, поскольку последние пропорциональны квадрату тока. В современных автономных системах электропитания применяется напряжение нагрузки 100 В. При таком напряжении нагрузки потери, связанные с падением напряжения на силовых ключах преобразователей (0,2÷0,5 В), становятся несущественными. Поэтому использование постоянного прохождения энергии солнечных батарей последовательно через два преобразователя (зарядный и разрядный преобразователи) полностью оправдано (в противовес применению специализированного преобразователя - стабилизатора напряжения нагрузки при питании нагрузки от солнечных батарей).Currently, there is a process of increasing the voltage at the output of the power supply system around the world. This is explained by the fact that with increasing voltage (for supplying a load of a certain power), the currents in the on-board equipment, cable network and, in particular, in the converters of the autonomous power supply system are proportionally reduced, which significantly reduces energy losses, since the latter are proportional to the square of the current. In modern autonomous power supply systems, a load voltage of 100 V is applied. With this load voltage, the losses associated with the voltage drop on the power switches of the converters (0.2 ÷ 0.5 V) become insignificant. Therefore, the use of the constant passage of solar energy sequentially through two converters (charge and discharge converters) is fully justified (as opposed to the use of a specialized converter - load voltage stabilizer when supplying the load from solar panels).
На фиг. 1 приведена функциональная схема автономной системы электропитания ИСЗ для реализации заявляемого способа. В приведенном примере используется одна аккумуляторная батарея. Применение комплекта из нескольких аккумуляторных батарей соответственно увеличит количество зарядных и разрядных преобразователей, но меняет суть заявляемого изобретения.In FIG. 1 is a functional diagram of an autonomous satellite power supply system for implementing the proposed method. The above example uses one battery. The use of a set of several batteries will accordingly increase the number of charge and discharge converters, but it changes the essence of the claimed invention.
Автономная система электропитания ИСЗ содержит солнечную батарею 1, подключенную к нагрузке 2 через зарядный преобразователь 3, разрядный преобразователь 4 и выходной фильтр 5. Аккумуляторная батарея 6 подключена через зарядный преобразователь 3 к солнечной батарее 1, а через разрядный преобразователь 4 - к входу выходного фильтра 5.The self-contained satellite power supply system contains a
Нагрузка 2 в своем составе содержит бортовую ЭВМ, систему телеметрии и командно-измерительную радиолинию (на схеме не показано).
Параллельно аккумуляторной батарее 6 подключено устройство контроля аккумуляторной батареи 7, связанное входом с аккумуляторной батареей 6 для контроля напряжения и температуры аккумуляторов, а выходом - с нагрузкой 2.In parallel with the battery 6, a
В цепи заряда-разряда аккумуляторной батареи 6 установлены измерительный шунт 8 и диод 10, включенный в направлении протекания тока разряда аккумуляторной батареи и зашунтированный контактами 9 дополнительно введенного коммутатора (на схеме не показано) связанного с нагрузкой (бортовой ЭВМ).A
Зарядный преобразователь 3 состоит из регулирующего ключа 11, управляемого схемой управления 12.The
Разрядный преобразователь 4 состоит из регулирующего ключа 13, управляемого схемой управления 14.The bit converter 4 consists of a
Выходной фильтр 5 выполнен на диоде 15, дросселе 16 и конденсаторе 17.The
Схемы управления зарядных преобразователей 12 и разрядных преобразователей 14 выполнены в виде широтно-импульсных модуляторов, входом подключенных к шинам стабилизируемого напряжения. Схема управления 12 зарядного преобразователя 3 дополнительно связаны с измерительным шунтом 8 и нагрузкой 2.The control circuits of the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
В процессе эксплуатации аккумуляторная батарея 6 работает в режиме хранения и периодических дозарядов от солнечной батареи 1 через зарядный преобразователь 3, при этом обратная связь по току (с измерительного шунта 8) обеспечивает требующийся ток заряда аккумуляторной батареи 6. Разрядный преобразователь 4 подключен к аккумуляторной батарее 6 до измерительного шунта 8 (к выходу зарядного преобразователя 3), вынуждая зарядный преобразователь 3 дополнительно обеспечивать потребности разрядного преобразователя (нагрузки 2) в рамках поддержания требующегося тока заряда аккумуляторной батареи 6.During operation, the battery 6 operates in storage mode and periodic recharges from the
По окончании заряда аккумуляторной батареи 6 управление по току заряда блокируют и включают (при необходимости) управление по величине уровня собственного выходного напряжения зарядного преобразователя 3, которое выбирают не более напряжения разомкнутой цепи заряженной аккумуляторной батареи, что обеспечивает отсутствие протекания токов заряда и разряда аккумуляторной батареи.At the end of the charge of the battery 6, the charge current control is blocked and, if necessary, control is turned on according to the level of the own output voltage of the
Для большей надежности исключения возможности перезаряда аккумуляторной батареи 6 можно размыкать контакты 9 коммутатора по команде с нагрузки 2. При этом заряд будет невозможен, а разряд, при необходимости, может пойти через диод 10.For greater reliability of eliminating the possibility of overcharging the battery 6, you can open the contacts 9 of the switch on command from
Устройство контроля 7 аккумуляторной батареи 6 контролирует напряжение и температуру аккумуляторов аккумуляторной батареи 6 и передает информацию об их состоянии в нагрузку 2.The
В процессе эксплуатации аккумуляторной батареи, по результатам анализа телеметрических данных, по командам с Земли через командно-измерительную радиолинию, проводят регулирование величины уровня собственного выходного напряжения зарядного преобразователя, при необходимости, например при отказе одного аккумулятора в аккумуляторной батарее (что, как правило, допускается при длительном ресурсе работы ИСЗ - 10÷15 лет).During operation of the battery, according to the results of the analysis of telemetric data, according to commands from the Earth through the command-measuring radio line, they control the level of the own output voltage of the charging converter, if necessary, for example, if one battery fails in the battery (which is usually allowed with a long life of the satellite - 10 ÷ 15 years).
Таким образом, предлагаемый способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания ИСЗ позволяет повысить удельные энергетические характеристики и качество выходного напряжения автономной системы электропитания ИСЗ.Thus, the proposed method of supplying the load with direct current in an autonomous satellite power supply system allows to increase the specific energy characteristics and quality of the output voltage of an independent satellite power supply system.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015122999/07A RU2604096C1 (en) | 2015-06-15 | 2015-06-15 | Method of load supply with direct current in autonomous power supply system of artificial earth satellite |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015122999/07A RU2604096C1 (en) | 2015-06-15 | 2015-06-15 | Method of load supply with direct current in autonomous power supply system of artificial earth satellite |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2604096C1 true RU2604096C1 (en) | 2016-12-10 |
Family
ID=57776884
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015122999/07A RU2604096C1 (en) | 2015-06-15 | 2015-06-15 | Method of load supply with direct current in autonomous power supply system of artificial earth satellite |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2604096C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5914542A (en) * | 1997-04-15 | 1999-06-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Super capacitor charging |
RU2334337C1 (en) * | 2007-06-13 | 2008-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" | Method of feeding of load by direct current in autonomous electric power supply system of man-made sattelite |
RU2337452C1 (en) * | 2007-06-26 | 2008-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" | Method of load supply with direct current in composition of autonomous system of earth power supply and autonomous power supply system for its implementation |
-
2015
- 2015-06-15 RU RU2015122999/07A patent/RU2604096C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5914542A (en) * | 1997-04-15 | 1999-06-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Super capacitor charging |
RU2334337C1 (en) * | 2007-06-13 | 2008-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" | Method of feeding of load by direct current in autonomous electric power supply system of man-made sattelite |
RU2337452C1 (en) * | 2007-06-26 | 2008-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" | Method of load supply with direct current in composition of autonomous system of earth power supply and autonomous power supply system for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3259152B1 (en) | Electric vehicle power distribution system | |
US8456035B2 (en) | Power supply controller | |
US10447045B2 (en) | Power control device, power control method, and power control system | |
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 | |
RU2560720C1 (en) | Spacecraft power supply system with optimised control for solar battery power | |
RU2476972C2 (en) | Method of feeding of load by direct current in autonomous electric power supply system of man-made sattelite | |
US10461655B2 (en) | Power fluctuation mitigation system | |
RU2392718C1 (en) | Method for dc supply to load in autonomous power supply system of artificial earth satellite | |
RU2604096C1 (en) | Method of load supply with direct current in autonomous power supply system of artificial earth satellite | |
RU2541512C2 (en) | Method to control autonomous system of spacecraft power supply | |
RU2614514C2 (en) | METHOD OF CHARGING LITHIUM-ION ACCUMULATOR BATTERY FROM n SERIALLY CONNECTED ACCUMULATORS | |
RU2722619C1 (en) | Device for balancing of lithium-ion accumulator battery | |
RU2550079C2 (en) | Method of load feeding by direct current in autonomous electric power supply system of man-made satellite | |
RU2647128C2 (en) | Method of lithium-ion accumulator battery charge | |
RU2535662C2 (en) | Method for load feeding with constant current in independent electrical power supply system of artificial earth satellite | |
RU2637815C2 (en) | Method of operation of lithium-ion storage battery as part of independent power supply system of artificial earth satellite | |
RU2613660C2 (en) | Spacecraft electric power supply system | |
RU2503112C1 (en) | Method of feeding of load by direct current in autonomous electric power supply system of man-made earth satellite | |
RU2633533C2 (en) | Operating method of lithium-ion storage battery | |
RU2684905C1 (en) | “n” lithium-ionic storage batteries set charging method included into the geostationary earth satellite vehicle | |
RU2705537C2 (en) | Method for direct current load supply in autonomous power supply systems of spacecrafts for wide range of load power and autonomous power supply system for implementation thereof | |
RU2440654C1 (en) | Autonomous system of power supply of artificial earth satellite | |
RU95191U1 (en) | AUTONOMOUS POWER SUPPLY SYSTEM WITH A SECTIONAL SOLAR BATTERY | |
UA135957U (en) | METHOD OF CONDUCTING RESOURCE TESTS OF COSMIC BATTERIES | |
RU2704656C1 (en) | Power supply system of spacecraft with extreme solar battery power control |