RU2660471C1 - Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли - Google Patents
Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли Download PDFInfo
- Publication number
- RU2660471C1 RU2660471C1 RU2017135628A RU2017135628A RU2660471C1 RU 2660471 C1 RU2660471 C1 RU 2660471C1 RU 2017135628 A RU2017135628 A RU 2017135628A RU 2017135628 A RU2017135628 A RU 2017135628A RU 2660471 C1 RU2660471 C1 RU 2660471C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery
- charge
- nickel
- hydrogen
- discharge
- Prior art date
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002360 explosive Substances 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N Protium Chemical compound [1H] YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 231100000897 loss of orientation Toxicity 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей в автономных системах электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ). Предлагается способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания ИСЗ, который заключается в проведении заряд-разрядных циклов аккумуляторной батареи, в составе которой имеются аккумуляторы, подверженные переполюсовке, с целью рекомбинации кислорода, исключающие образование взрывоопасной концентрации кислород-водородной смеси. Заряд никель-водородной аккумуляторной батареи проводят после нахождения аккумуляторной батареи в режиме хранения в течение 3 часов от окончания разряда, далее производится импульсный заряд со скважностью 0,1 в течение 6 часов с последующим зарядом постоянным током до уставки отключения заряда и до начала следующего разряда проводится заряд импульсным током со скважностью 0,1. Повышение надежности эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи является техническим результатом изобретения. 1 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей в автономных системах электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ).
В процессе эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи происходит разбаланс ее аккумуляторов по емкости. Это может быть следствием неравнозначных условий охлаждения отдельных аккумуляторов в батарее, отличия в токах саморазряда или наличия в отдельных аккумуляторах внутренних микрошунтов. Поэтому появление в процессе разряда аккумуляторной батареи полностью разряженного аккумулятора, когда батарея в целом имеет достаточную емкость, естественно и постоянно подтверждается на практике.
При дальнейшем разряде аккумуляторной батареи этот аккумулятор подвергается переполюсовке, что приводит к выделению в нем кислорода. Для исключения выделения кислорода мощность водородного электрода предусматривают выше мощности положительного электрода, либо в аккумулятор вводят избыточный (балластный) водород (см. главу XI, Б.И. Центер, Н.Ю. Лызлов "Металл-водородные электрические системы", Ленинград, "Химия", Ленинградское отделение, 1989 [1]).
Химические реакции на положительном и отрицательном электродах, на примере никель-водородного аккумулятора, при его переразряде имеют следующий вид.
На положительном электроде: 2NiOOH+2H2O+2e→2Ni(OH)2+2OH-.
На отрицательном электроде:
- при наличии балластного водорода 1/2H2+OH-→Н2О+е;
- при отсутствии водорода в аккумуляторе 2(ОН)-→2е+1/2O2+Н2O.
Однако в современных аккумуляторных батареях существующее требование по повышению их удельных энергетических характеристик вынуждает разработчиков аккумуляторных батарей (полностью или частично) пренебрегать известными приемами.
Известны способы эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей, предусматривающие ограничение разряда по минимальному напряжению любого из аккумуляторов (см. главу X1.1.3. [1]), что не позволяет использовать полностью энергетические возможности аккумуляторной батареи, другими словами, снижает эффективность использования аккумуляторной батареи в целом.
Известен способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания (патент РФ №2289179, Н01M 10/44, H01M 10/34). Согласно изобретению способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания заключается в проведении зарядно-разрядных циклов, "обходе" аккумуляторов, имеющих меньшую емкость, разрядными байпасными диодами, контроле напряжения каждого аккумулятора и проведении подзаряда малыми токами, исключающими образование взрывоопасной концентрации кислород-водородной смеси. Данный способ выбран в качестве прототипа заявляемого изобретения.
Недостатками данного изобретения является необходимость контроля величины емкости переполюсовки аккумулятора, который первым достигнет минимального значения напряжения, от момента достижения этого напряжения до конца разряда, а также невозможность применения данного изобретения в автономной системе электропитания, в которой отсутствует возможность подзаряда аккумуляторной батареи малыми токами.
Задачей заявляемого изобретения является упрощение технологии эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи, в которой отдельные аккумуляторы в процессе эксплуатации периодически подвергаются переполюсовке, и в системе электропитания отсутствует возможность подзаряда аккумуляторной батареи малыми токами.
Поставленная задача решается тем, что заряд никель-водородной аккумуляторной батареи проводят после нахождения аккумуляторной батареи в режиме хранения в течение 3 часов от окончания разряда, далее производится импульсный заряд со скважностью 0,1 в течение 6 часов с последующим зарядом постоянным током до уставки отключения заряда и до начала следующего разряда проводится заряд импульсным током со скважностью 0,1.
Действительно, при появлении в аккумуляторе кислорода (при полном отсутствии водорода) происходит его накапливание, и в случае последующего активного заряда аккумуляторной батареи и интенсивного выделения водорода в аккумуляторе образуются локальные зоны со взрывоопасной смесью. Образование таких зон приводит к микровзрывам в аккумуляторе, а микровзрывы - к деформации элементов электрохимической группы и, как следствие, к появлению внутренних шунтов в аккумуляторе. В результате данный аккумулятор приобретает повышенный саморазряд и в процессе разряда аккумуляторной батареи вновь переполюсовывается. С каждым разом процесс все более усугубляется. Исключить внутренние микровзрывы можно выдержав паузу после разряда, обеспечивающую стационарную рекомбинацию кислорода на водородном электроде и исключающей появление локальных зон со взрывоопасной смесью.
При эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (особенно на геостационарных ИСЗ, где промежуток времени между разрядами ("тенями") составляет примерно 23 часа и практически нет ограничения по времени проведения заряда) изложенная особенность позволяет существенно упростить технологию эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи, в которой отдельные аккумуляторы периодически подвергаются переполюсовке как в аппаратном, так и программном плане.
Гарантированная рекомбинация выделившегося при переразряде кислорода обеспечивается паузой после разряда аккумуляторной батареи и последующим импульсным зарядом.
На Фиг. 1 приведена функциональная схема автономной системы электропитания, поясняющая работу по предлагаемому способу.
Устройство содержит солнечную батарею 1, подключенную к нагрузке 2 через преобразователь напряжения 3, аккумуляторную батарею 4, подключенную через зарядный преобразователь 5 к солнечной батарее 1, а через разрядный преобразователь 6 к входу выходного фильтра преобразователя напряжения 3.
При этом нагрузка 2 в своем составе содержит бортовую ЭВМ, устройство телеметрии и командно-измерительную радиолинию (на схеме не показаны).
Параллельно аккумуляторной батарее 4 подключено устройство контроля напряжения аккумуляторов 7, связанное входом с аккумуляторами аккумуляторной батареи 4, а выходом с нагрузкой 2 (с бортовой ЭВМ).
В цепи заряда-разряда аккумуляторной батареи 4 установлен измерительный шунт 8, связанный с нагрузкой 2.
Зарядный преобразователь 5 состоит из регулирующего ключа 9, управляемого схемой управления 10, вольтодобавочного узла, выполненного на трансформаторе 11, транзисторах 12 и 13, выпрямителя на диодах 14 и 15.
Разрядный преобразователь 6 состоит из регулирующего ключа 16, управляемого схемой управления 17.
Преобразователь напряжения 3 состоит из регулирующего ключа 18, управляемого схемой управления 19, входного фильтра 20 и выходного фильтра на диоде 21, дросселе 22 и конденсаторе 23.
Схемы управления преобразователями 10, 17, 16 выполнены в виде широтно-импульсных модуляторов, входом подключенных к шинам стабилизируемого напряжения. Схема управления 10 зарядного преобразователя 5 дополнительно связана с нагрузкой 2 (бортовой ЭВМ).
Устройство работает следующим образом. В процессе эксплуатации аккумуляторная батарея 4 работает в основном (98% ресурса) в режиме хранения и периодических дозарядов от солнечной батареи 1 через зарядный преобразователь 5. Такой режим работы позволяет содержать ее в постоянной готовности на случай аварийных ситуаций (потеря ориентации ИСЗ на солнце) или на прохождение штатных теневых участков орбиты.
При этом питание нагрузки 2 осуществляется от солнечной батареи 1 через преобразователь напряжения 3.
При прохождении теневых участков орбиты, либо при нарушении ориентации, нагрузка 2 питается от аккумуляторной батареи 4 через разрядный преобразователь 6.
Устройство контроля напряжения аккумуляторов 7 контролирует минимальное значение напряжения аккумуляторов аккумуляторной батареи 4 и передает информацию об их состоянии в нагрузку 2 (бортовую ЭВМ).
В бортовую ЭВМ "закладывается" программа по следующему алгоритму:
1. Контролируется момент прекращения разряда аккумуляторной батареи, после чего на период режима хранения 3 часа запускается таймер, в течение работы которого заряд не включается.
2. После окончания работы таймера включается заряд аккумуляторной батареи с заданной скважностью 0,1 контролируемый таймером с длительностью срабатывания 6 часов.
3. После окончания заряда с заданной скважностью 0,1 включается заряд постоянным током до уставки прекращения заряда.
4. После достижения уставки прекращения заряда включается заряд аккумуляторной батареи с заданной скважностью 0,1 для компенсации саморазряда.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить технологию (путем сокращения количества необходимых технологических операций) эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи, в которой отдельные аккумуляторы в процессе эксплуатации подвергаются переполюсовке.
Claims (1)
- Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли, заключающийся в проведении заряд-разрядных циклов с возможной переполюсовкой отдельных аккумуляторов, отличающийся тем, что заряд никель-водородной аккумуляторной батареи проводят после нахождения аккумуляторной батареи в режиме хранения в течение 3 часов от окончания разряда, далее производят импульсный заряд со скважностью 0,1 в течение 6 часов с последующим зарядом постоянным током до уставки отключения заряда и до начала следующего разряда проводят заряд импульсным током со скважностью 0,1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135628A RU2660471C1 (ru) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135628A RU2660471C1 (ru) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2660471C1 true RU2660471C1 (ru) | 2018-07-06 |
Family
ID=62815646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017135628A RU2660471C1 (ru) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2660471C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1126026A (ja) * | 1997-07-02 | 1999-01-29 | Toshiba Battery Co Ltd | ニッケル水素電池の充電制御方式 |
| KR20000046007A (ko) * | 1998-12-31 | 2000-07-25 | 문강순 | 니켈카드뮴/니켈수소 전지의 급속충전방법 |
| WO2005048392A1 (en) * | 2003-11-14 | 2005-05-26 | Dochernee Predpriyatie S Inoctrannimi Investiciyami 'ener1' Corporaciy 'ener1 Battery Company' | Method and device for accelerated battery charging |
| RU2289179C1 (ru) * | 2005-06-08 | 2006-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания |
| RU2305349C2 (ru) * | 2005-10-17 | 2007-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева" | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе геостационарного искусственного спутника земли |
| RU2444818C1 (ru) * | 2010-06-18 | 2012-03-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" им. акад. М.Ф. Решетнёва" | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе искусственного спутника земли |
-
2017
- 2017-10-05 RU RU2017135628A patent/RU2660471C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1126026A (ja) * | 1997-07-02 | 1999-01-29 | Toshiba Battery Co Ltd | ニッケル水素電池の充電制御方式 |
| KR20000046007A (ko) * | 1998-12-31 | 2000-07-25 | 문강순 | 니켈카드뮴/니켈수소 전지의 급속충전방법 |
| WO2005048392A1 (en) * | 2003-11-14 | 2005-05-26 | Dochernee Predpriyatie S Inoctrannimi Investiciyami 'ener1' Corporaciy 'ener1 Battery Company' | Method and device for accelerated battery charging |
| RU2289179C1 (ru) * | 2005-06-08 | 2006-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания |
| RU2305349C2 (ru) * | 2005-10-17 | 2007-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева" | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе геостационарного искусственного спутника земли |
| RU2444818C1 (ru) * | 2010-06-18 | 2012-03-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" им. акад. М.Ф. Решетнёва" | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе искусственного спутника земли |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105186053B (zh) | 蓄电池变电流充电方法 | |
| US4238721A (en) | System and method for charging electrochemical cells in series | |
| US8183818B2 (en) | Switching time control multiplexer system | |
| RU2461102C1 (ru) | Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания | |
| RU2289178C2 (ru) | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи искусственного спутника земли | |
| EP3286816A1 (en) | A power supply system | |
| RU2337452C1 (ru) | Способ питания нагрузки постоянным током в составе автономной системы электропитания искусственного спутника земли и автономная система электропитания для его реализации | |
| US20200220363A1 (en) | Method and device for controlling recharging and discharging of batteries of a set of batteries with partial recharging of a battery | |
| RU2289179C1 (ru) | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания | |
| RU2510105C2 (ru) | Способ заряда комплекта аккумуляторных батарей в составе автономной системы электропитания космического аппарата | |
| JP6965770B2 (ja) | 鉛蓄電池の制御装置、鉛蓄電池装置、無停電電源装置、電源システム、及び充電制御方法 | |
| RU2660471C1 (ru) | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли | |
| JP2001069688A (ja) | 独立型太陽光発電システム及び発電方法 | |
| JP6176378B1 (ja) | 鉛蓄電池装置、鉛蓄電池の制御装置、鉛蓄電池の制御方法 | |
| CN104051811A (zh) | 一种电池的浮充方法和系统 | |
| RU2392700C1 (ru) | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе искусственного спутника земли | |
| JP7040015B2 (ja) | 二次電池の制御装置、二次電池装置、無停電電源装置、電源システム、方法 | |
| US3798527A (en) | Electrochemical d.c. current transformer system | |
| RU2614514C2 (ru) | Способ заряда литий-ионной аккумуляторной батареи из "n" последовательно соединенных аккумуляторов | |
| RU2254644C2 (ru) | Способ эксплуатации металл-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания | |
| RU2320055C1 (ru) | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе искусственного спутника земли | |
| RU2401487C1 (ru) | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе искусственного спутника земли | |
| RU2684905C1 (ru) | Способ заряда комплекта из "n" литий-ионных аккумуляторных батарей в составе геостационарного искусственного спутника Земли | |
| RU2699051C1 (ru) | Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания | |
| RU2637815C2 (ru) | Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания искусственного спутника Земли |