RU2317216C2 - Автономная система электропитания - Google Patents
Автономная система электропитания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2317216C2 RU2317216C2 RU2005140469/11A RU2005140469A RU2317216C2 RU 2317216 C2 RU2317216 C2 RU 2317216C2 RU 2005140469/11 A RU2005140469/11 A RU 2005140469/11A RU 2005140469 A RU2005140469 A RU 2005140469A RU 2317216 C2 RU2317216 C2 RU 2317216C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- battery
- load
- output
- power supply
- Prior art date
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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
Abstract
Автономная система электропитания космического аппарата содержит солнечную и аккумуляторную батареи и последовательный стабилизатор напряжения в цепи "солнечная батарея-нагрузка". Отличительной особенностью системы является новый способ подключения аккумуляторной батареи к схеме. Суть изобретения заключается в том, что зарядное и разрядное устройства батареи подключены к выходу солнечной батареи до входа в последовательный стабилизатор напряжения. Технический результат заключается в получении стабильности напряжения на нагрузке путем исключения переходных процессов при смене режимов работы системы электропитания. 2 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области космической энергетики, а именно бортовых систем электропитания космических аппаратов (КА) с использованием солнечных (БС) и аккумуляторных (АБ) батарей.
Известны системы электропитания с солнечными и аккумуляторными батареями, например, СЭП КА Messenger, описанная в работе Dakermanji et al. The Timed Power System Decrign, Fiftu Evropean Space Power Conference, SP - 416, Vol.1, Tarragona, Spain, 21-25 September, 1998, pp 447-453.
В СЭП используется солнечная батарея со стабилизированной выходной шиной на нагрузку и аккумуляторная батарея, подключаемая непосредственно к шине питания нагрузки по командам. Недостатком данной системы является широкий допуск питающего напряжения при прохождении теневых участков орбиты или при недостатке мощности солнечной батареи. В этот период напряжение на нагрузке определяется разрядной характеристикой аккумуляторной батареи и не стабилизируется.
Диапазон изменения напряжения на нагрузке при питании ее от аккумуляторной батареи определяется типом используемых аккумуляторов. Так для широко распространенных никель - водородных аккумуляторов величина разрядного напряжения (UP) будет находиться в пределах:
Здесь
Е - ЭДС заряженного аккумулятора, Е≈1,41 В;
Umin - минимальное напряжение на аккумуляторе, соответствующее разряженному состоянию после снятия с него максимальной гарантированной емкости. Как правило, при проектировании батарей расчет ведется на Umin=1,0 В.
Таким образом, при номинальном напряжении аккумулятора 1,25 В диапазон изменения его напряжения при разряде будет: или .
В такой же пропорции будет изменяться напряжение на батарее, а значит, и на нагрузке при ее питании от аккумуляторной батареи.
Широкий допуск питающего напряжения вынуждает разработчиков аппаратуры усложнять свои блоки питания и приводит к снижению кпд.
Имеются классы систем электропитания со стабилизированным напряжением во всех режимах работы, включая разряд аккумуляторной батареи. Это достигается введением в систему специальных зарядного и разрядного устройств, назначение которых - обеспечивать необходимые режимы заряда и разряда батарей при одновременной стабилизации напряжения на нагрузке.
Наиболее близким решением к заявляемому является автономная система электропитания с последовательным стабилизатором напряжения на нагрузке, описанная в монографии Б.П.Соустина, В.И.Иванчуры, А.И.Чернышева, Ш.Н.Исляева. "Системы электропитания космических аппаратов", г.Новосибирск, ВО "Наука", 1994.
Указанная система электропитания (СЭП) выбрана в качестве прототипа.
В прототипе плюсовой выход солнечной батареи подключен ко входу последовательного стабилизатора напряжения, выход которого подключен к нагрузке. Аккумуляторная батарея (АБ) плюсовым выходом соединена через зарядное устройство с выходом солнечной батареи (входом стабилизатора), а через разрядное устройство - с выходом упомянутого стабилизатора напряжения. В системе реализован так называемый "зонный" принцип регулирования напряжения, в соответствии с которым напряжение на выходных шинах БС и на нагрузке определяется зонами регулирования стабилизатора напряжения (СН), зарядного устройства (ЗУ), разрядного устройства (РУ) следующим образом:
На шине солнечной батареи
а) в режиме питания нагрузки от солнечной батареи, когда АБ полностью заряжена, напряжение на БС устанавливается в соответствии с вольт-амперной характеристикой БС в области:
где
UH - напряжение нагрузки,
UБС - оптимальное напряжение солнечной батареи,
UххБС - напряжение холостого хода солнечной батареи, при выполнении примерного соотношения (без учета собственного потребления схемы):
где
IH - ток нагрузки,
IБС - ток солнечной батареи,
UБС - напряжение солнечной батареи;
б) в режиме питания нагрузки от солнечной батареи при одновременном заряде АБ напряжение на выходе БС устанавливается в точке ВАХ БС также в области:
где
IЗ - ток заряда,
UЗ - напряжение заряда.
В случае, если схемой не устанавливается ограничение на ток заряда, то заряд производится всей избыточной мощностью БС, напряжение на БС будет устанавливаться вблизи точки ВАХ, равной UH;
в) при совместной работе БС и АБ на нагрузку при недостатке мощности БС (РБС<РН) напряжение на выходе БС поддерживается на уровне: UБС≥UH, ключ СН полностью открыт.
На шине нагрузки:
а) в режимах "а", "б" напряжение поддерживается СН и находится в его зоне регулирования (UСН);
б) в режиме "в" напряжение обеспечивается РУ в его зоне регулирования (UРУ).
При изменении внешних условий (ориентация БС, прохождение теневых участков орбиты) или изменении нагрузки происходит изменение режима работы СЭП, вследствие чего напряжение на нагрузке изменяется между зонами РУ и СН с переходными процессами, длительностью 5-20 мс.
Переход из режима СН в режим РУ осуществляется по срабатыванию пороговых датчиков напряжения, входящих в состав их схем управления. Настройка пороговых датчиков осуществляется таким образом, чтобы, с одной стороны, диапазон изменения напряжения при переходах был как можно меньше, с другой - необходимо исключить "дребезг" при переключениях при возникновении помех по шинам питания.
Поэтому в практических разработках, с учетом ресурсных изменений характеристик электрорадиоэлементов, технологических разбросов их параметров и т.п., амплитуда изменения напряжения в переходных процессах достигает ±10% от номинального напряжения на нагрузке.
Колебание питающего напряжения на потребителях в таком диапазоне создает помехи по цепям питания и вынуждает разработчиков аппаратуры применять специальные схемы защиты в собственных блоках питания, что снижает надежность и увеличивает энергопотребление аппаратуры.
Для устранения этих недостатков предлагается автономная система электропитания, которая отличается от прототипа тем, что выход разрядного устройства подключен ко входу последовательного стабилизатора (к выходу БС).
Блок-схема устройства показана на фигуре 1.
Система состоит из солнечной батареи 1, подключенной одним выходом ко входу последовательного стабилизатора напряжения 2, выход которого через индуктивно-емкостной фильтр 3 соединен с входом в нагрузку 4. Аккумуляторная батарея 5 одним из входов соединена с выходом зарядного устройства 6 и входом разрядного устройства 7, вход зарядного устройства 6 соединен с выходом солнечной батареи 1 и входом стабилизатора напряжения 2, а выход разрядного устройства 7 соединен с выходом солнечной батареи 1 и входом стабилизатора напряжения 2. Солнечная батарея 1, аккумуляторная батарея 5 и нагрузка своими вторыми выводами соединены общей шиной.
Система работает следующим образом. Во всех режимах работы напряжение на нагрузке обеспечивается стабилизатором напряжения 2. На входе стабилизатора напряжения 2 (выход БС) напряжение всегда обеспечивается по соотношению:
При включенном ЗУ и полностью заряженной АБ (ЗУ выключено) - в соответствии с ВАХ БС.
При совместной работе БС и АБ на нагрузку, а также при полном отсутствии мощности БС - за счет АБ и РУ. При разряде АБ на нагрузку способ поддержания напряжения на входе СП будет определяться составом АБ и выбранной схемой РУ. В реальных разработках нашли применение два варианта конкретного схемного исполнения:
1. UPmin>UH, где UPmin - минимальное разрядное напряжение АБ, т.е когда количество аккумуляторов в последовательной цепи батареи гарантированно обеспечивает напряжение больше, чем UH (например, при UH=27 В, UАБ=28 В), а схема РУ представляет собой ключ с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ);
2. в РУ применен повышающий регулятор напряжения, который обеспечивает соотношение:
где ΔUРУ - повышающее напряжение РУ.
Таким образом, зонный принцип регулирования напряжения на нагрузке заменен на одноуровневое регулирование с высокой стабильностью выходного напряжения на нагрузке с устранением переходных процессов по напряжению при смене режимов работы системы.
Для подтверждения эффективности предложенного изобретения приводим выдержку из технического отчета НПО ПМ.
14Ф113.ОТ 240-5084-02 "Изделие 14Ф113. Отчет технический по электрическим проверкам технологического КАС", по электрическим испытаниям СЭП с новой структурной схемой по предлагаемому изобретению. Измерения проводились осциллографом НР54645А:
"переходные процессы при изменении режимов работы СЭП (СН, СН+ЗУН, СН+ЗУФ, РУ) отсутствуют".
В качестве примера на фигуре 2 представлен переходной процесс напряжения на выходе СЭП (с ленты осциллографа), выполненной по прототипу, замеренный при переходе СЭП из режима СН в режим РУ. Напряжение в режиме СН составляло 27,44 В. Измерения проводились осциллографом С1 - 55, С8 - 17. Масштаб МU=0,14 В/мм. При переходе в режим РУ бросок напряжения составляет 1,96 В.
Результаты испытаний изложены в техническом отчете НПО ПМ 439-3422-85 "Технический отчет по результатам ЛОИ СЭП изделий 11Ф647М, 17Ф15".
Сравнение результатов испытаний подтверждает эффект предлагаемого изобретения.
Предложенная автономная СЭП разработана и прошла всестороннюю экспериментальную отработку с положительными результатами. Разработаны и изготовлены штатные образцы для летной эксплуатации.
Claims (1)
- Автономная система электропитания космического аппарата, содержащая солнечную батарею, стабилизатор напряжения, включенный между солнечной батареей и нагрузкой, аккумуляторную батарею, зарядное и разрядные устройства, отличающаяся тем, что аккумуляторная батарея одним из входов соединена с выходом зарядного устройства и входом разрядного устройства, вход зарядного устройства соединен с выходом солнечной батареи и входом стабилизатора напряжения, а выход разрядного устройства соединен с выходом солнечной батареи и входом стабилизатора напряжения, причем солнечная батарея, аккумуляторная батарея и нагрузка своими вторыми выводами соединены общей шиной.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005140469/11A RU2317216C2 (ru) | 2005-12-23 | 2005-12-23 | Автономная система электропитания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005140469/11A RU2317216C2 (ru) | 2005-12-23 | 2005-12-23 | Автономная система электропитания |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005140469A RU2005140469A (ru) | 2007-07-10 |
RU2317216C2 true RU2317216C2 (ru) | 2008-02-20 |
Family
ID=38316223
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005140469/11A RU2317216C2 (ru) | 2005-12-23 | 2005-12-23 | Автономная система электропитания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2317216C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2559025C2 (ru) * | 2014-03-28 | 2015-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Эфре" | Автономная система электропитания на постоянном токе |
RU2752874C1 (ru) * | 2020-09-07 | 2021-08-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания космического аппарата |
RU211054U1 (ru) * | 2021-10-18 | 2022-05-18 | Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" АО "Корпорация "ВНИИЭМ" | Система электропитания космического аппарата |
-
2005
- 2005-12-23 RU RU2005140469/11A patent/RU2317216C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Соустин Б.П. и др. Системы электропитания космических аппаратов. - Новосибирск: В.О.Наука, 1994, с.35-38. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2559025C2 (ru) * | 2014-03-28 | 2015-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Эфре" | Автономная система электропитания на постоянном токе |
RU2752874C1 (ru) * | 2020-09-07 | 2021-08-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания космического аппарата |
RU211054U1 (ru) * | 2021-10-18 | 2022-05-18 | Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" АО "Корпорация "ВНИИЭМ" | Система электропитания космического аппарата |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005140469A (ru) | 2007-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Serhan et al. | Effect of the different charging techniques on battery life-time | |
Haq et al. | Development of battery management system for cell monitoring and protection | |
CN101083402B (zh) | 可充电电池的充电方法和用于可充电电池的保护电路 | |
US11594883B2 (en) | Direct current power supplying system | |
RU2521538C2 (ru) | Способ управления автономной системой электроснабжения космического аппарата | |
RU2337452C1 (ru) | Способ питания нагрузки постоянным током в составе автономной системы электропитания искусственного спутника земли и автономная система электропитания для его реализации | |
JP2018074633A (ja) | 鉛蓄電池装置、無停電電源装置、電源システム、鉛蓄電池の制御装置、鉛蓄電池の制御方法 | |
Hussein et al. | Design considerations and performance evaluation of outdoor PV battery chargers | |
Jana et al. | Design and development of high efficiency five stage battery charge controller with improved MPPT performance for solar PV systems | |
RU2317216C2 (ru) | Автономная система электропитания | |
RU2408958C1 (ru) | Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника земли | |
US20150069839A1 (en) | Battery Energy Storage, Battery Energy Storage System, Method, Computer Program And Computer Program Product | |
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 | |
US10461655B2 (en) | Power fluctuation mitigation system | |
KR20130015353A (ko) | 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템 | |
RU2289179C1 (ru) | Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания | |
Ran et al. | An active balancing circuit for lithium battery management system with optoelectronic switches | |
Jayannada et al. | Supercapacitor Assisted LED lighting (SCALED) for DC-micro grids | |
RU2559025C2 (ru) | Автономная система электропитания на постоянном токе | |
RU2313169C2 (ru) | Автономная система электропитания | |
Al-Refai et al. | A programmable charger for monitoring and control of multi-cell lithium-ion batteries | |
RU2647128C2 (ru) | Способ заряда литий-ионной аккумуляторной батареи | |
Ibrahim et al. | Modeling and control of a charge/discharge unit of electric power system for low earth orbit satellites | |
JP2000060017A (ja) | 電源装置 | |
RU2634473C9 (ru) | Способ управления автономной системой электроснабжения космического аппарата |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151224 |