АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ИСКУССТВЕННОГО СПУТНИКА ЗЕМЛИ Российский патент 2012 года по МПК H02J7/34 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании и эксплуатации автономных систем электропитания, преимущественно геостационарных искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Известны автономные системы электропитания ИСЗ, описанные в «Системы электропитания космических аппаратов, Новосибирск, ВО "Наука", 1994 г.», стр.288. Известные автономные системы электропитания содержат зарядно-разрядные блоки, по числу аккумуляторных батарей.

Известна автономная система электропитания, патент №2059988, содержащая солнечную батарею, подключенную к нагрузке через сервисный преобразователь, n аккумуляторных батарей со схемами защиты, подключенных через зарядные преобразователи к солнечной батарее, а через разрядные преобразователи - к нагрузке, причем каждый преобразователь содержит схему управления, выполненную в виде широтно-импульсного модулятора, содержащего измерительные органы выходного напряжения и тока преобразователя, при этом измерительные органы выходного напряжения разрядных преобразователей подключены к их выходам через переключатели уровня стабилизации, связанные со схемами защиты аккумуляторных батарей и нагрузкой, а схемы защиты аккумуляторных батарей связаны с зарядными и разрядными преобразователями и нагрузкой. Эта автономная система электропитания принята за прототип.

Недостатком известных автономных систем электропитания являются низкие удельные энергетические характеристики.

Задачей заявляемого изобретения является повышение удельных энергетических характеристик автономной системы электропитания ИСЗ.

Поставленная задача решается тем, что зарядные преобразователи выполнены общим блоком, связанным с аккумуляторными батареями через n транзисторных ключей, управляемых нагрузкой, кроме того, число «n» выбирается равным двум.

Действительно, при работе ИСЗ на геостационарной орбите теневой участок составляет менее 2 часов в сутки, следовательно, оставшихся 22 часов вполне достаточно, чтоб зарядить аккумуляторные батареи одним зарядным преобразователем. При этом заряд может быть проведен последовательно либо по более сложному алгоритму.

Число аккумуляторных батарей должно быть более одной, так как при их эксплуатации в составе ИСЗ в течение длительного ресурса работы они требуют проведения профилактических мероприятий для поддержания (восстановления) их энергетических возможностей, и, чтобы не накладывать существенных ограничений на целевое использование ИСЗ, необходимо предусмотреть возможность проведения этих мероприятий параллельно.

При установке трех и более аккумуляторных батарей ухудшаются удельно-массовые характеристики автономной системы электропитания. Поэтому оптимальное количество аккумуляторных батарей две единицы.

На чертеже приведена функциональная схема заявляемой автономной системы электропитания ИСЗ.

Автономная система электропитания ИСЗ содержит солнечную батарею 1, подключенную к нагрузке 2 через сериесный преобразователь напряжения 3 и аккумуляторные батареи 4₁-4₂, подключенные через зарядный преобразователь 5 к солнечной батарее 1, а через разрядные преобразователи 6₁-6₂ - к входу выходного фильтра сериесного преобразователя напряжения 3.

При этом нагрузка 2 в своем составе содержит бортовую ЭВМ, систему телеметрии и командно-измерительную радиолинию.

Параллельно аккумуляторным батареям 4₁-4₂ подключены устройства контроля аккумуляторных батарей 7₁-7₂, связанные входом с аккумуляторными батареями 4₁-4₂ для контроля напряжения, давления и температуры аккумуляторов, а выходом - с нагрузкой 2.

В силовой цепи заряда-разряда аккумуляторных батарей 4₁-4₂ установлены измерительные шунты 8₁-8₂.

Зарядный преобразователь 5 состоит из регулирующего ключа 9, управляемого схемой управления 10. Вольтодобавочный узел зарядного преобразователя 5 выполнен на трансформаторе 5₁, транзисторах 5₂ и выпрямителе на диодах 5₃. Дополнительно в состав зарядного преобразователя 5 введен переключатель выхода 15, состоящий из двух транзисторных ключей 16 и 17, связанных с аккумуляторными батареями 4₁-4₂ и нагрузкой 2.

Каждый разрядный преобразователь 6₁-6₂ состоит из регулирующего ключа 11, управляемого схемой управления 12.

Сериесный преобразователь напряжения 3 состоит из регулирующего ключа 13, управляемого схемой управления 14, входного фильтра C₁ и выходного фильтра на диоде D, дросселе L и конденсаторе С₂.

Схемы управления:

- 12 разрядных преобразователей 6₁-6₂;

- 14 сериесного преобразователя напряжения 3

выполнены в виде широтно-импульсных модуляторов, связанных измерительными органами с напряжением нагрузки 2 автономной системы электропитания.

Схема управления 10 зарядного преобразователя 5 связана с измерительными шунтами 8₁-8₂ в силовых цепях аккумуляторных батарей 4₁-4₂ и с напряжением солнечной батареи 1.

Переключатель выхода 15, состоящий из двух транзисторных ключей 16 и 17, связанных с аккумуляторными батареями 4₁-4₂ и нагрузкой 2, которая содержит в своем составе бортовую ЭВМ, систему телеметрии и командно-измерительную радиолинию.

Устройство работает следующим образом. В процессе эксплуатации аккумуляторные батареи 4₁-4₂ работают в основном в режиме хранения и периодических дозарядов от солнечной батареи 1 через зарядный преобразователь 5. При этом поочередно в течение, например, каждых 10 минут заряжая по отдельности каждую аккумуляторную батарею. Это обеспечивается запиранием одного из транзисторных ключей, например 16, и открытием другого 17 по командам с нагрузки 2. Такой режим работы позволяет содержать их в постоянной готовности на случай аварийных ситуаций (потеря ориентации ИСЗ на Солнце) или на прохождение штатных теневых участков орбиты.

При этом зарядный преобразователь 5 работает в режиме заряда стабильным током для обеспечения заряда аккумуляторных батарей 4₁-4₂ оптимальными режимами.

Питание нагрузки 2 осуществляется при этом от солнечной батареи 1 через преобразователь напряжения 3.

При прохождении теневых участков орбиты или при нарушении ориентации нагрузка 2 питается от аккумуляторных батарей 4₁-4₂ через разрядные преобразователи 6₁-6₂.

Устройства контроля 7₁-7₂ контролируют напряжение, давление и температуру аккумуляторов аккумуляторных батарей 4₁-4₂ и передают информацию об их состоянии в нагрузку 2.

Далее бортовая ЭВМ в составе нагрузки 2 реализует алгоритм управления зарядом аккумуляторных батарей. По результатам анализа телеметрической информации алгоритм в процессе эксплуатации ИСЗ может меняться через командно-измерительную радиолинию ИСЗ.

Таким образом, заряд двух аккумуляторных батарей с помощью одного зарядного преобразователя решает проблему более эффективного использования избыточной мощности первичного источника электропитания и повышения удельно-массовых характеристик.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании и эксплуатации автономных систем электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ). Техническим результатом изобретения является повышение удельных энергетических характеристик автономной системы электропитания ИСЗ. Согласно изобретению автономная система электропитания искусственного спутника Земли содержит солнечную батарею, подключенную к нагрузке через сериесный преобразователь, «n» аккумуляторных батарей с устройствами контроля, подключенные через зарядные преобразователи к солнечной батарее, а через разрядные преобразователи - к нагрузке, причем каждый преобразователь содержит схему управления, выполненную в виде широтно-импульсного модулятора, при этом зарядные преобразователи выполнены общим блоком, связанным с аккумуляторными батареями через «n» транзисторных ключей, управляемых нагрузкой, кроме того, число «n» выбирается равным 2. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Автономная система электропитания искусственного спутника Земли, содержащая солнечную батарею, подключенную к нагрузке через сериесный преобразователь, «n» аккумуляторных батарей с устройствами контроля, подключенных через зарядные преобразователи к солнечной батарее, а через разрядные преобразователи к нагрузке, причем каждый преобразователь содержит схему управления, выполненную в виде широтно-импульсного модулятора, отличающаяся тем, что зарядные преобразователи выполнены общим блоком, связанным с аккумуляторными батареями через «n» транзисторных ключей, управляемых нагрузкой.

2. Автономная система электропитания искусственного спутника Земли по п.1, отличающаяся тем, что число «n» равно 2.