СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2010 года по МПК B64G1/42 H01M10/42 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании системы электропитания космического аппарата.

Наиболее близким к данному изобретению является система электропитания космического аппарата, включающая солнечную батарею, никель-водородные аккумуляторные батареи с установленными на ней датчиками, чувствителенными к изменению электрической емкости батареи, комплекс автоматики и стабилизации напряжения, обеспечивающий контроль основных параметров и совместную работу солнечной батареи и аккумуляторной батареи на бортовую нагрузку, а также заряд аккумуляторных батарей от солнечной батареи, бортовой комплекс управления с бортовой электронной вычислительной машиной (ЭВМ), имеющей программу, корректирующую режим работы космического аппарата в зависимости от глубины разряда аккумуляторных батарей [Патент РФ №2164881].

Недостатком известной системы электропитания космического аппарата является отсутствие поэлементного контроля напряжения и температуры аккумуляторов, а также аппаратных средств, позволяющих нивелировать разбаланс степени заряженности (напряжений) аккумуляторов в батарее, который имеет место из-за разных токов саморазряда входящих в состав батареи единичных аккумуляторов. В зависимости от алгоритма работы блока автоматики это приводит или к снижению фактической энергоемкости аккумуляторной батареи, или снижению срока ее службы вследствие перезаряда или переразряда отдельных единичных аккумуляторов.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы и срока службы аккумуляторных батарей, работающих в составе системы электропитания космического аппарата.

Указанный технический результат достигается тем, что:

В систему электропитания космического аппарата, содержащую солнечную батарею, хотя бы одну аккумуляторную батарею, блок автоматики, обеспечивающий контроль основных параметров и совместную работу солнечной батареи и аккумуляторной батареи на бортовую нагрузку, а также заряд аккумуляторной батареи от солнечной батареи, бортовой комплекс управления с бортовой электронной вычислительной машиной (ЭВМ), управляющий работой системы электропитания, вводится блок контроля и выравнивания аккумуляторов, обеспечивающий поэлементный контроль напряжений в аккумуляторной батарее и нивелирование разбаланса напряжений путем индивидуального подзаряда единичных аккумуляторов или модулей из нескольких единичных аккумуляторов.

В системе электропитания космического аппарата необходимое для подзаряда напряжение формируется непосредственно в блоке контроля и выравнивания аккумуляторов.

В системе электропитания космического аппарата необходимое для подзаряда напряжение формируется блоком автоматики, а блок контроля и выравнивания аккумуляторов обеспечивает только его подключение к нужным аккумуляторам в батарее.

В системе электропитания космического аппарата определение требующего подзаряда единичного аккумулятора или модуля из нескольких единичных аккумуляторов осуществляется микропроцессором, расположенным в блоке контроля и выравнивания аккумуляторов.

В системе электропитания космического аппарата определение требующего подзаряда единичного аккумулятора или модуля из нескольких единичных аккумуляторов осуществляется бортовой ЭВМ.

В системе электропитания космического аппарата блок контроля и выравнивания аккумуляторов конструктивно входит в состав аккумуляторной батареи.

В системе электропитания космического аппарата блок контроля и выравнивания аккумуляторов конструктивно входит в состав блока автоматики.

В системе электропитания космического аппарата блок контроля и выравнивания аккумуляторов контролирует температуру аккумуляторов в батарее.

В системе электропитания космического аппарата алгоритм подзаряда аккумуляторов учитывает их температуру.

В системе электропитания космического аппарата в качестве аккумуляторной батареи используется литий-ионная батарея.

Примеры конкретного выполнения

Пример 1

Система электропитания космического аппарата выполнена в соответствии со структурной электрической схемой, приведенной на фиг.1. Она представляет собой солнечную батарею 1 и аккумуляторную батарею 2, которые силовыми и информационными шинами подключены к блоку автоматики 3, который силовой шиной связан с бортовой нагрузкой 4. Также блок автоматики 3 через шину питания и шину подзаряда соединен с блоком контроля и выравнивания аккумуляторов (БКВА) 5. В свою очередь БКВА 5 подключен информационно-управляющей шиной к бортовой электронной вычислительной машине (БЭВМ) 6, входящей в бортовой комплекс управления космического аппарата.

Алгоритм работы системы электропитания космического аппарата

Солнечная батарея 1 вырабатывает электрическую энергию, которая преобразуется в блоке автоматики 3 и по силовой шине поступает в бортовую нагрузку 4. При этом при избытке вырабатываемой электроэнергии блок автоматики 3 заряжает аккумуляторную батарею 2. При недостатке или полном отсутствии электроэнергии, вырабатываемой солнечной батареей 1, питание бортовой нагрузки 4 осуществляется через блок автоматики 3 от аккумуляторной батареи 2. В процессе работы БКВА 5 контролирует напряжение и температуру каждого аккумулятора аккумуляторной батареи 2 и передает эти значения в БЭВМ 6. БЭВМ 6 формирует команду на перевод БКВА 5 в режим подзаряда, если разница ΔU в напряжениях наиболее заряженного и наиболее разряженного аккумуляторов (с наибольшим и наименьшим напряжениями) достигает заданной алгоритмом работы БЭВМ значения (например, 50 мВ). В режиме подзаряда БКВА 5 подает на наиболее разряженный аккумулятор необходимое для подзаряда напряжение, которое формируется в блоке автоматики 3. Выход из режима подзаряда осуществляется по команде, формируемой БЭВМ 6 при снижении величины ΔU до заданного алгоритмом работы БЭВМ значения (например, 5 мВ), или превышении температуры подзаряжаемого аккумулятора заданного алгоритмом работы значения.

Пример 2

Система электропитания космического аппарата выполнена в соответствии со структурной электрической схемой, приведенной на фиг.2. Она представляет собой солнечную батарею 1 и аккумуляторную батарею 2, которые силовыми и информационными шинами подключены к блоку автоматики 3, который силовой шиной связан с бортовой нагрузкой 4. Также блок автоматики 3 через шину питания соединен с блоком контроля и выравнивания аккумуляторов (БКВА) 5, в состав которого входят источник постоянного тока 7 и микропроцессор 8.

Алгоритм работы системы электропитания космического аппарата

Солнечная батарея 1 вырабатывает электрическую энергию, которая преобразуется в блоке автоматики 3 и по силовой шине поступает в бортовую нагрузку 4. При этом при избытке вырабатываемой электроэнергии блок автоматики 3 заряжает аккумуляторную батарею 2. При недостатке или полном отсутствии электроэнергии, вырабатываемой солнечной батареей 1, питание бортовой нагрузки 4 осуществляется через блок автоматики 3 от аккумуляторной батареи 2. В процессе работы БКВА 5 контролирует напряжение и температуру каждого аккумулятора аккумуляторной батареи 2, значения которых анализируются в микропроцессоре 8. Микропроцессор 8 формирует команду на перевод БКВА 5 в режим подзаряда, если отклонение ΔU напряжения любого аккумулятора от среднего по батарее достигает заданной алгоритмом работы БЭВМ значения (например, 10 мВ). В режиме подзаряда БКВА 5 подключает к аккумулятору с наименьшим напряжением источник постоянного тока 7, формирующий необходимое для подзаряда напряжение. Выход из режима подзаряда осуществляется по команде, формируемой микропроцессором 8 при снижении величины ΔU до заданного алгоритмом работы БЭВМ значения (например, 0 мВ), или превышении температуры подзаряжаемого аккумулятора заданного алгоритмом работы значения.

Изобретение относится к области энергоснабжения космических аппаратов. Система содержит солнечную и аккумуляторную батареи, а также блоки автоматики, контроля и выравнивания аккумуляторов. Блок автоматики обеспечивает совместную работу батарей на бортовую нагрузку. Блок контроля и выравнивания проводит поэлементный контроль напряжений и температуры в аккумуляторной батарее и нивелирование разбаланса напряжений аккумуляторов. Последнее осуществляется путем подзаряда отдельных аккумуляторов по заданному алгоритму, выполняемому бортовой ЭВМ или микропроцессором, входящим в состав данного блока. Конструктивно этот блок может входить в состав как аккумуляторной батареи, так и блока автоматики. Источник подзарядного напряжения может находиться в одном из указанных блоков. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы и увеличение срока службы аккумуляторных батарей, работающих в составе системы электропитания космического аппарата. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система электропитания космического аппарата, содержащая солнечную батарею, хотя бы одну аккумуляторную батарею, блок автоматики, обеспечивающий контроль основных параметров и совместную работу солнечной батареи и аккумуляторной батареи на бортовую нагрузку, а также заряд аккумуляторной батареи от солнечной батареи, бортовой комплекс управления с бортовой электронной вычислительной машиной (ЭВМ), управляющий работой системы электропитания, отличающаяся тем, что содержит блок контроля и выравнивания аккумуляторов, обеспечивающий поэлементный контроль напряжений в аккумуляторной батарее и нивелирование разбаланса напряжений путем индивидуального подзаряда единичных аккумуляторов или модулей из нескольких единичных аккумуляторов.

2. Система электропитания космического аппарата по п.1, отличающаяся тем, что необходимое для подзаряда напряжение формируется непосредственно в блоке контроля и выравнивания аккумуляторов.

3. Система электропитания космического аппарата по п.1, отличающаяся тем, что необходимое для подзаряда напряжение формируется блоком автоматики, а блок контроля и выравнивания аккумуляторов обеспечивает только его подключение к нужным аккумуляторам в батарее.

4. Система электропитания космического аппарата по любому из пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что определение требующего подзаряда единичного аккумулятора или модуля из нескольких единичных аккумуляторов, осуществляется микропроцессором, расположенным в блоке контроля и выравнивания аккумуляторов.

5. Система электропитания космического аппарата по любому из пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что определение требующего подзаряда единичного аккумулятора или модуля из нескольких единичных аккумуляторов осуществляется бортовой ЭВМ.

6. Система электропитания космического аппарата по любому из пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что блок контроля и выравнивания аккумуляторов конструктивно входит в состав аккумуляторной батареи.

7. Система электропитания космического аппарата по любому из пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что блок контроля и выравнивания аккумуляторов конструктивно входит в состав блока автоматики.

8. Система электропитания космического аппарата по любому из пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что блок контроля и выравнивания аккумуляторов контролирует температуру аккумуляторов в батарее.

9. Система электропитания космического аппарата по п.8, отличающаяся тем, что алгоритм подзаряда аккумуляторов учитывает их температуру.

10. Система электропитания космического аппарата по любому из пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что в качестве аккумуляторной батареи используется литий-ионная батарея.