СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ НИКЕЛЬ-ВОДОРОДНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК H01M10/44 H01J7/02 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), функционирующих на низкой околоземной орбите.

В процессе всего активного срока существования современных КА на низкой околоземной орбите производится 10000 и более зарядно-разрядных циклов АБ и подобный режим работы СЭП лучше всего обеспечивают никель-водородные аккумуляторные батареи (НВАБ).

Особенностью НВАБ является то, что все последовательно соединенные аккумуляторы заряжаются и разряжаются одним и тем же количеством электрического заряда (А·ч). В идеальном случае, если начальное состояние аккумуляторов одинаково, не должно быть никаких изменений в их относительных степенях заряженности.

Однако вследствие разницы в скорости саморазряда, последовательно соединенные аккумуляторы приобретают различное состояние заряженности. Любое отклонение, вызванное дисперсией начальных характеристик саморазряда, градиентом температур внутри НВАБ и процессом старения, может увеличить разброс в степенях заряженности аккумуляторов, что приводит к деградации характеристик НВАБ, и более того, при отсутствии систем балансировки состояния заряда, может привести к снижению надежности работы НВАБ. Существует еще так называемый «эффект памяти», связанный с уменьшением емкости НВАБ при длительном цитировании на небольшую глубину - (10-20)%. Причиной уменьшения емкости НВАБ является кристаллизация некоторой части материала электродов аккумуляторов в силу отчуждения ее на длительное время от токообразующей химической реакции. Именно такая глубина цитирования выбирается при эксплуатации АБ на низких околоземных орбитах (B.C.Багоцкий, A.M.Скундин. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, 1981). Поэтому для выравнивания аккумуляторов по емкости, устранения так называемого «эффекта памяти» и оценки состояния АБ необходимо периодически проводить восстановительные (формовочные) циклы, которые представляют собой практически полный разряд и заряд АБ.

Известен способ эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей по патенту RU №2084055, МПК Н01М 10/44, согласно которому заряд НВАБ ограничивают исходя из плотности водорода, рассчитанной на основании измеренных давления и температуры аккумуляторов. При этом обеспечивается заряд аккумуляторной батареи до уровня (60-80)% от номинальной емкости.

Недостатком этого способа является низкая надежность эксплуатации системы электропитания, так как для АБ не предусмотрены формовочные циклы, а из-за разбаланса аккумуляторов по емкости реальная емкость АБ определяется аккумулятором с наименьшей емкостью, что в конечном итоге и снижает надежность эксплуатации АБ.

Близким техническим решением является способ эксплуатации аккумуляторной батареи по патенту RU №2289178 (аналог), заключающийся в том, что проводят заряд-разрядные циклы, осуществляют контроль напряжения каждого аккумулятора и батареи в целом, определяют текущую разрядную и зарядную емкости, а также ток заряда; заряд АБ проводят постоянным током до величины (0,6-0,8) номинальной емкости. Перед началом теневых участков геостационарной орбиты выполняют восстановительный разряд-зарядный цикл АБ, при этом АБ разряжают на разрядное сопротивление в течение 40-50 часов, причем заряд прекращают после снижения напряжения АБ до заданной величины, затем АБ заряжают, подключая ее в штатную схему СЭП.

Недостатком этого способа является также низкая надежность эксплуатации СЭП в частности и недостаточная живучесть КА в целом. Это связано с тем, что процесс проведения восстановительного разряд-заряда (формовочного цикла) занимает длительное время, и на это время аккумуляторная батарея выводится из штатной эксплуатации. Для геостационарных орбит это приемлемо, т.к. теневые орбиты занимают 90 суток в году, все остальное время КА находится на освещенном участке орбиты, электропитание осуществляется от солнечных батарей и вывод из эксплуатации одной АБ на длительное время практически не сказывается на живучести и надежности эксплуатации КА. Для низкоорбитальных космических аппаратов вывод из эксплуатации одной из батарей на длительное время может существенно снизить живучесть и надежность эксплуатации АБ, в частности и КА в целом, т.к. теневые участки орбиты возникают каждые полтора часа.

Известен способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи системы электропитания космического аппарата по патенту RU №2399122 (прототип), заключающийся в том, что две или более аккумуляторные батареи циклируют в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания, степень заряда аккумуляторных батарей ограничивают по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой аккумуляторной батареи, контролируют параметры каждой аккумуляторной батареи, например текущую электрическую емкость, напряжение, температуру, периодически проводят формовочные циклы АБ путем глубокого их разряда, оценивают состояние АБ, периодически, например, один раз в 6-9 месяцев, вводят запрет заряда для одной из АБ, в качестве разрядной нагрузки используют бортовую аппаратуру космического аппарата, критерием ограничения глубины разряда выбирают величину напряжения АБ, причем значение граничного уровня напряжения устанавливают в вольтах, равным числу n, либо (n+1) аккумуляторов в аккумуляторной батарее, при достижении которого снимают запрет заряда АБ, включая тем самым ее в штатную работу, значения зарядной емкости срабатывания сигнального датчика давления и максимального напряжения АБ при заряде, определяемые в процессе завершения формовочного цикла, используют для оценки состояния аккумуляторной батареи и прогнозирования ее деградации, аналогичную последовательность операций повторяют для последующей АБ, при этом промежуток времени от завершения формовочного цикла одной АБ до начала формовочного цикла другой АБ выбирают, исходя из температурного режима отформованной АБ.

Недостатком прототипа является относительно низкая надежность системы электропитания, в частности и живучесть КА в целом, в случае возникновения нештатных ситуаций, связанных с аномальной работой одного ЗРУ, поскольку известный способ не предусматривает проведение формовочных циклов всех АБ.

К аномальной работе ЗРУ относятся следующие режимы его функционирования (не функционировании): отказ только разрядного устройства; отказ только зарядного устройства; отказ разрядного и зарядного устройств одновременно.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи и живучести КА целом.

1. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата, заключающемся в цитировании двух или более аккумуляторных батарей в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания, ограничении степени заряда аккумуляторных батарей по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой аккумуляторной батареи, контроле параметров каждой аккумуляторной батареи, например, текущей электрической емкости, напряжения, температуры, введении периодически один раз в каждые 6-9 месяцев запрета заряда для одной из АБ для выполнения формовочного цикла, использовании в качестве разрядной нагрузки бортовой аппаратуры космического аппарата, выборе критерия ограничения глубины разряда величины напряжения АБ, использовании значений зарядной емкости срабатывания сигнального датчика давления и максимального напряжения АБ при заряде, определяемых в процессе завершения формовочного цикла, для оценки состояния аккумуляторной батареи и прогнозирования ее деградации, повторении аналогичной последовательности операций для последующей АБ, отличающемся тем, что при аномальной работе зарядно-разрядного устройства, связанной с отказом только зарядного устройства, для проведения формовочного цикла АБ используют аварийную шину со специальной коммутационной аппаратурой, управляемой по разовым командам из наземного комплекса управления, а заряд формуемой АБ проводят путем подключения ее к любому зарядному устройству работоспособного ЗРУ, образующего с «собственной» АБ подсистему, при этом отключают от данной подсистемы «собственную» АБ с переводом ее в режим «саморазряда» на время восполнения формуемой АБ до срабатывания сигнального датчика давления, а после восполнения формуемую АБ подсоединяют коммутационной аппаратурой аварийной шины к одному из работоспособных ЗРУ параллельно АБ этой подсистемы для дальнейшего функционирования системы электропитания.

2. Поставленная цель достигается также тем, что в известном способе эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата, заключающемся в цитировании двух или более аккумуляторных батарей в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания, ограничении степени заряда аккумуляторных батарей по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой аккумуляторной батареи, контроле параметров каждой аккумуляторной батареи, например, текущей электрической емкости, напряжения, температуры, введении периодически один раз в каждые 6-9 месяцев запрета заряда для одной из АБ для выполнения формовочного цикла, использовании в качестве разрядной нагрузки бортовой аппаратуры космического аппарата, выборе критерия ограничения глубины разряда величины напряжения АБ, использовании значений зарядной емкости срабатывания сигнального датчика давления и максимального напряжения АБ при заряде, определяемых в процессе завершения формовочного цикла, для оценки состояния аккумуляторной батареи и прогнозирования ее деградации, повторении аналогичной последовательности операций для последующей АБ, отличающемся тем, что при аномальной работе зарядно-разрядного устройства, связанной с отказом только разрядного устройства, для проведения формовочного цикла АБ используют аварийную шину со специальной коммутационной аппаратурой, управляемой по разовым командам из наземного комплекса управления, а формуемую АБ разряжают разрядным устройством любого работоспособного ЗРУ, образующим с «собственной» АБ подсистему, при этом отключают от данной подсистемы «собственную» АБ с переводом ее в режим «саморазряда» на время разряда формуемой АБ, после завершения режима «разряда» формуемую АБ подключают к «собственному» ЗРУ на время ее восполнения до срабатывания сигнального датчика давления, а после восполнения формуемую АБ подсоединяют коммутационной аппаратурой аварийной шины к одному из работоспособных ЗРУ параллельно АБ этой подсистемы для дальнейшего штатного функционирования системы электропитания.

3. Поставленная цель достигается также тем, что в известном способе эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата, заключающемся в циклировании двух или более аккумуляторных батарей в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания, ограничении степени заряда аккумуляторных батарей по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой аккумуляторной батареи, контроле параметров каждой аккумуляторной батареи, например, текущей электрической емкости, напряжения, температуры, введении периодически один раз в каждые 6-9 месяцев запрета заряда для одной из АБ для выполнения формовочного цикла, использовании в качестве разрядной нагрузки бортовой аппаратуры космического аппарата, выборе критерия ограничения глубины разряда величины напряжения АБ, использовании значений зарядной емкости срабатывания сигнального датчика давления и максимального напряжения АБ при заряде, определяемых в процессе завершения формовочного цикла, для оценки состояния аккумуляторной батареи и прогнозирования ее деградации, повторении аналогичной последовательности операций для последующей АБ, отличающемся тем, что при аномальной работе зарядно-разрядного устройства, связанной с отказом всего ЗРУ, для проведения формовочного цикла АБ используют аварийную шину со специальной коммутационной аппаратурой, управляемой по разовым командам из наземного комплекса управления, а формуемую АБ разряжают и заряжают, используя разрядное и зарядное устройства любого работоспособного ЗРУ, образующим с «собственной» АБ подсистему, при этом отключают от данной подсистемы «собственную» АБ с переводом ее в режим «саморазряда» на время разряда формуемой АБ и последующего восполнения формуемой АБ до срабатывания сигнального датчика давления, после восполнения формуемую АБ подсоединяют коммутационной аппаратурой аварийной шины к одному из работоспособных ЗРУ параллельно АБ этой подсистемы для дальнейшего штатного функционирования системы электропитания.

На фиг.1 показаны идеализированные циклограммы изменения текущей емкости для формуемой АБ и АБ, функционирующей штатно. Формуемая АБ циклично разряжается, достигая в конечном итоге состояния глубокого разряда; затем она заряжается в зависимости от освещенности солнечной батареи и потребляемой бортовой аппаратурой нагрузки. Функционирующая штатно АБ имеет периодически изменяющуюся циклограмму.

На фиг.2 показана упрощенная блок-схема работы СЭП, в том числе и в процессе проведения формовочного цикла АБ.

Система электропитания состоит из аккумуляторных батарей АБ (АБ1, АБ2, АБ3) 1, оснащенных сигнальными датчиками давления для отключения АБ от заряда, батареи фотоэлектрической (БФ) 2, комплекса автоматики и регулирования напряжения (КАС), включающего в себя разрядные устройства РУ (РУ1, РУ2, РУ3) 3, зарядные устройства ЗУ (ЗУ1, ЗУ2, ЗУ3) 4, стабилизатора напряжения и автоматики (СНА) 5. Бортовая аппаратура (БА) 6 может быть запитана от РУ (РУ1, РУ2, РУ3) 3 или СНА 5, а также в процессе испытаний от наземного источника питания Е_наз через дистанционный переключатель 7. Аккумуляторные батареи АБ (АБ1, АБ2, АБ3) 1 перед стартом КА заряжаются вспомогательным зарядным устройством Е_зар.

В отдельных режимах работы СЭП РУ (РУ1, РУ2, РУ3) 3 и СНА 5 могут питать электрической энергией совместно нагрузку, каковой является БА 6. При аномальной работе РУ (РУ1, РУ2, РУ3) 3 или ЗУ (ЗУ1, ЗУ2, ЗУ3) 4 для изменения конфигурации СЭП может быть использована аварийная шина с коммутационной аппаратурой 8. Из бортового комплекса управления (БКУ) 9 можно при необходимости выдавать разовые команды (РК) для изменения режимов работы СЭП, в том числе такие РК, как «Запрет заряда АБi», «Восстановление КАС», «Отключение АБi», «Выключение ЗРУi от аварийной шины». При штатной работе СЭП аккумуляторные батареи АБ (АБ1, АБ2, АБ3) 1 заряжаются на световом участке орбиты КА, а на теневом участке АБ (АБ1, АБ2, АБ3) 1 питают БА 6 стабилизированным РУ (РУ1, РУ2, РУ3) 3 напряжением. Батарея фотоэлектрическая 3 на световом участке обеспечивает стабилизированным СНА 5 напряжением БА 6 и одновременно заряжает АБ (АБ1, АБ2, АБ3) 1. Номинальное напряжение на выходе СЭП составляет 28,5 В. Из фиг.2 видно, что «минусовые» шины АБ не коммутируются и гальванически связаны между собой, поэтому коммутационная аппаратура 8 аварийной шины обеспечивает изменение конфигурации СЭП только по «плюсовой» шине.

Так как существенная разбежка параметров аккумуляторов АБ (АБ1, АБ2, АБ3) 1 происходит через 6-9 месяцев, то периодичность проведения формовочных циклов выбирается один раз в 6-9 месяцев. При этом конкретный срок их проведения в пределах 6-9 месяцев может быть установлен исходя из других требований, например, в период минимальных длительностей теневых участков орбиты КА и т.д.

Формовочные циклы проводят по очереди на одной из АБ (АБ1, АБ2, АБ3) 1 в произвольном порядке, используя зарядно-разрядное устройство (ЗРУ) 10, состоящее из РУ (РУ1, РУ2, РУ3) 3 и ЗУ (ЗУ1, ЗУ2, ЗУ3) 4, и аварийную шину с коммутационной аппаратурой 8 при необходимости. За сутки до проведения формовочного цикла при штатной работе системы электропитания осуществляют съем информации (на фиг.2 система телеметрического контроля КА не показана) о работе формуемой АБ (максимальное напряжение на заряде, минимальное напряжение при разряде, максимальную текущую емкость при срабатывании датчика давления, максимальную температуру).

Запрет заряда формуемой АБ вводят путем выдачи из наземного комплекса управления (НКУ) через БКУ 8 РК «Запрет заряда АБ». В этом случае происходит разряд формуемой АБ на нагрузку (на бортовую аппаратуру 6) на теневых участках орбиты. Таким образом, запасенную в АБ энергию используют по прямому назначению. Разряд формуемой АБ происходит циклично (фиг.1), так как действие РК «Запрет заряда АБ» не снимается до достижения напряжения на АБ, равного n либо (n+1) В, где n - количество аккумуляторов в АБ. В этом случае происходит полное выравнивание характеристик аккумуляторов формуемой АБ. Так для современных низкоорбитальных КА применяют никель-водородные АБ типа 28НВ-70, в которых количество аккумуляторов составляет 28 штук, поэтому на практике эти АБ разряжают при проведении формовочных циклов до 29 В.

После выполнения необходимого глубокого разряда запрет заряда АБ снимают путем выдачи РК «Восстановление КАС» и формуемую АБ заряжают на фоне штатного функционирования СЭП на солнечных участках орбиты. Формовочный цикл считают завершенным, если формуемая АБ будет заряжена полностью до срабатывания сигнального датчика давления (на фиг.2 сигнальный датчик давления не показан).

Эффективность формовочного цикла оценивают путем сравнения характеристик АБ, полученных до и после проведения формовочных циклов. Формовочные циклы считают эффективными, если после их проведения значения максимального напряжения при заряде, минимального напряжения при разряде и текущей емкости, при которой происходит срабатывание сигнального датчика давления, увеличились при прочих равных условиях. Изменение указанных параметров в сторону их увеличения свидетельствует о выравнивании напряжений аккумуляторов и, как следствие, увеличение величины текущей емкости, при которой срабатывает сигнальный датчик давления. Снижение уровня срабатывания сигнального датчика давления по сравнению с аналогичным параметром предыдущего формовочного цикла указывает о деградации электродвижущей силы (ЭДС) отдельных аккумуляторов и АБ в целом.

Подобная методика оценки состояния АБ весьма эффективна и направлена на определение степени разбаланса аккумуляторов количественно. Своевременное определение степени разбаланса аккумуляторов и проведение очередного формовочного цикла АБ в целом позволяет надежно их эксплуатировать в длительное время.

Повышение надежности эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей также достигается за счет проведения формовочного цикла через каждые 6-9 месяцев и доведения глубины разряда до такого уровня, когда разрядное напряжение АБ станет равным n или (n+1) В. Кроме того, надежность эксплуатации АБ достигается путем обеспечения необходимой для стабилизации температурного режима отформованной АБ паузы между двумя формовочными циклами. Действительно, как показывает опыт эксплуатации АБ, после проведения ФЦ она подвержена повышенному нагреву, а следовательно, и повышенной деградации. При переходе к проведению ФЦ очередной АБ, при прочих равных условиях, удельная нагрузка (токовая) на остальные АБ увеличивается, и как следствие, степень нагрева АБ, в том числе отформованной АБ, увеличивается. Температурный режим отформованной АБ практически стабилизируется, если продолжительность паузы между моментом завершения ФЦ данной АБ и до момента начала ФЦ очередной АБ составляет примерно 32-72 часов в зависимости от конкретных параметров отформованной АБ.

Живучесть системы электропитания и КА в целом увеличивается за счет использования бортовой аппаратуры в качестве нагрузки для формуемой АБ, поскольку только в этом случае формуемая АБ не выводится из состава системы электропитания и поддерживает заданный уровень надежности системы электропитания.

Сроки активного существования современных КА составляют несколько лет и имеется определенная вероятность отказа или только РУ, или только ЗУ, или ЗРУ в целом. При этом все работоспособные АБ целесообразно использовать в составе СЭП. Для этой цели может быть использована аварийная шина с коммутационной аппаратурой 8. Наличие аварийной шины с коммутационной аппаратурой 8 позволяет проводить формовочный цикл АБ из состава подсистемы, содержащей аномально работающее ЗРУ, тем самым повышать надежность СЭП и живучесть КА в целом.

Примеры реализации способа эксплуатации никель-водородных АБ при аномальной работе одного ЗРУ СЭП КА.

1. Допустим произошел отказ ЗУ ЗРУ подсистемы 1 (ЗРУ1+АБ1). После идентификации отказа ЗУ1 ЗРУ1 аккумуляторная батарея АБ1 подключается, например, параллельно АБ2 к ЗРУ2. В такой конфигурации СЭП функционирует штатно. Для проведения формовочного цикла АБ1 выдают РК «Восстановление КАС», так как РУ1 ЗРУ1 работоспособно. При этом конфигурация СЭП имеет вид, показанный на фиг.2, т.е. АБ1 подключается к ЗРУ1 и функционирует только в режиме разряда, так как имеется отказ ЗУ1 ЗРУ1. После завершения глубокого разряда АБ1 (до снижения напряжения АБ1 до 29 В) выдают последовательно РК: «Отключение АБ1», РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины», РК «Отключение АБ2». Так как при выдаче любой РК выполняются два переключения силовых контактов, то по РК «Отключение АБ1» происходит отключение АБ1 от ЗРУ1 (размыкание контакта S1-1) и подключение ЗРУ1 к аварийной шине (замыкание контакта S1-2); по РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины» ЗРУ1 отключается от аварийной шины (размыкается контакт S1-3), а АБ1 подключается к аварийной шине (замыкается контакт S1-4); по РК «Отключение АБ2» к аварийной шине подключается ЗРУ2 (замыкается контакт S2-2), а АБ2 отключается от ЗРУ2 (размыкается контакт S2-1). Получается конфигурация СЭП, когда АБ2 переведена в режим «саморазряда», а АБ1 подключена к ЗРУ2 для штатного функционирования. В этом режиме происходит восполнение АБ1 до срабатывания сигнального датчика АБ1. Последовательность РК «Восстановление КАС», РК «Отключение АБ1», РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины» и РК «Выключение ЗРУ2 от аварийной шины» приводит к подключению АБ1 к ЗРУ2 параллельно АБ2 для дальнейшей штатной работы. При выдаче РК «Выключение ЗРУ2 от аварийной шины» контакт S2-3 размыкается, а контакт S2-4 замыкается.

2. Допустим произошел отказ РУ ЗРУ подсистемы 1 (ЗРУ1+АБ1). После идентификации отказа РУ1 ЗРУ1 аккумуляторная батарея АБ1 подключается, например, параллельно АБ2 к ЗРУ2. В такой конфигурации СЭП функционирует штатно. Для проведения формовочного цикла АБ1 выдают РК «Восстановление КАС», так как РУ1 ЗРУ1 неработоспособно. При этом АБ1 подключается к ЗРУ1 и функционирует только в режиме заряда, так как имеется отказ РУ1 ЗРУ1. Затем выдают последовательно РК: «Отключение АБ1», РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины», РК «Отключение АБ2». По РК «Отключение АБ1» происходит отключение АБ1 от ЗРУ1 (размыкание контакта S1-1) и подключение ЗРУ1 к аварийной шине (замыкание контакта S1-2), по РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины» ЗРУ1 отключается от аварийной шины (размыкается контакт S1-3), а АБ1 подключается к аварийной шине (замыкается контакт S1-4), по РК «Отключение АБ2» к аварийной шине подключается ЗРУ2 (замыкается контакт S2-2), а АБ2 отключается от ЗРУ2 (размыкается контакт S2-1). Получается конфигурация СЭП, когда АБ2 переведена в режим «саморазряда», а АБ1 подключена к ЗРУ2 для штатного функционирования. Затем выдают РК «Запрет заряда АБ2» (размыкается контакт S2-3, замыкается контакт S2-4). При этом АБ1 через ЗРУ2 разряжается до напряжения 29 В, т.е. происходит формовочный цикл АБ1. После завершения глубокого разряда выдают РК «Восстановление КАС». При этом происходит только заряд АБ1, так как РУ1 неработоспособно, а АБ2 подключается к ЗРУ2 и функционирует штатно. После восполнения АБ1 до срабатывания сигнального датчика выдают последовательно РК «Отключение АБ1», РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины» и РК «Выключение ЗРУ2 от аварийной шины», что приводит к подключению АБ1 к ЗРУ2 параллельно АБ2 для дальнейшей штатной работы.

3. Допустим произошел отказ ЗРУ в целом подсистемы 1 (ЗРУ1+АБ1). После идентификации отказа ЗРУ1 аккумуляторная батарея АБ1 подключается, например, параллельно АБ2 к ЗРУ2. В такой конфигурации СЭП функционирует штатно. Для проведения формовочного цикла АБ1 выдают РК «Восстановление КАС», так как ЗРУ1 неработоспособно. При этом АБ1 подключается к ЗРУ1 и не разряжается и не заряжается, так как имеется отказ ЗРУ1. Затем выдают последовательно РК: «Отключение АБ1», РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины», РК «Отключение АБ2». По РК «Отключение АБ1» происходит отключение АБ1 от ЗРУ1 (размыкание контакта S1-1) и подключение ЗРУ1 к аварийной шине (замыкание контакта S1-2), по РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины» ЗРУ1 отключается от аварийной шины (размыкается контакт S1-3), а АБ1 подключается к аварийной шине (замыкается контакт S1-4), по РК «Отключение АБ2» к аварийной шине подключается ЗРУ2 (замыкается контакт S2-2), а АБ2 отключается от ЗРУ2 (размыкается контакт S2-1). Получается конфигурация СЭП, когда АБ2 переведена в режим «саморазряда», а АБ1 подключена к ЗРУ2 для штатного функционирования. Затем выдают РК «Запрет заряда АБ2». При этом ЗРУ2 разряжает АБ1 до напряжения 29 В, т.е. происходит формовочный цикл АБ1. После завершения глубокого разряда выдают последовательно РК «Восстановление КАС», РК «Отключение АБ1», РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины», РК «Отключение АБ2». В этой конфигурации СЭП АБ1 заряжается от ЗРУ2 в режиме «заряда-разряда». После восполнения АБ1 до срабатывания сигнального датчика верхнего уровня выдают последовательно РК «Отключение АБ1», РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины» и РК «Выключение ЗРУ2 от аварийной шины», в результате чего АБ1 подсоединяется к ЗРУ2 параллельно АБ2 для дальнейшей штатной работы.

Таким образом, применение предлагаемого способа эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата позволит повысить надежность эксплуатации АБ в частности и живучесть КА в целом, как при штатной работе всех ЗРУ, так и аномальной работе одного зарядно-разрядного устройства системы электропитания.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), функционирующих на низкой околоземной орбите. Технический результат - повышение надежности эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи и живучести КА целом. При аномальной работе зарядно-разрядного устройства, связанной с отказом только зарядного устройства, или только разрядного устройства, или ЗРУ в целом, для проведения формовочного цикла АБ используют аварийную шину с коммутационной аппаратурой, управляемой по разовым командам из наземного комплекса управления, при этом в первом варианте отказа заряд формуемой АБ проводят путем подключения ее к любому зарядному устройству работоспособного ЗРУ, образующего с «собственной» АБ подсистему, во втором варианте отказа формуемую АБ разряжают разрядным устройством любого работоспособного ЗРУ, образующим с «собственной» АБ подсистему, в третьем варианте отказа формуемую АБ разряжают и заряжают, используя разрядное и зарядное устройства любого работоспособного ЗРУ, образующим с «собственной» АБ подсистему. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) системы электропитания космического аппарата, заключающийся в том, что две или более аккумуляторные батареи циклируют в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания, степень заряда аккумуляторных батарей ограничивают по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой аккумуляторной батареи, контролируют параметры каждой аккумуляторной батареи, например текущую электрическую емкость, напряжение, температуру, периодически один раз в 6-9 месяцев вводят запрет заряда для одной из АБ для выполнения формовочного цикла, в качестве разрядной нагрузки используют бортовую аппаратуру космического аппарата, критерием ограничения глубины разряда выбирают величину напряжения АБ, равной n, либо (n+1)В, где n - число аккумуляторов в АБ, а значения зарядной емкости срабатывания сигнального датчика давления и максимального напряжения АБ при заряде, определяемые в процессе завершения формовочного цикла, используют для оценки состояния аккумуляторной батареи и прогнозирования ее деградации, аналогичную последовательность операций повторяют для последующей АБ, отличающийся тем, что при аномальной работе зарядно-разрядного устройства, связанной с отказом только зарядного устройства, для проведения формовочного цикла АБ используют аварийную шину коммутационной аппаратуры, управляемой по разовым командам из наземного комплекса управления, а заряд формуемой АБ проводят путем подключения ее к любому зарядному устройству работоспособного ЗРУ, образующего с «собственной» АБ подсистему, при этом отключают от данной подсистемы «собственную» АБ с переводом ее в режим «саморазряда» на время восполнения формуемой АБ до срабатывания сигнального датчика давления, а после восполнения формуемую АБ подсоединяют коммутационной аппаратурой аварийной шины к одному из работоспособных ЗРУ параллельно АБ этой подсистемы для дальнейшего функционирования системы электропитания.

2. Способ эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) системы электропитания космического аппарата, заключающийся в том, что две или более аккумуляторные батареи циклируют в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания, степень заряда аккумуляторных батарей ограничивают по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой аккумуляторной батареи, контролируют параметры каждой аккумуляторной батареи, например текущую электрическую емкость, напряжение, температуру, периодически один раз в 6-9 месяцев вводят запрет заряда для одной из АБ для выполнения формовочного цикла, в качестве разрядной нагрузки используют бортовую аппаратуру космического аппарата, критерием ограничения глубины разряда выбирают величину напряжения АБ, равной n, либо (n+1)В, где n - число аккумуляторов в АБ, а значения зарядной емкости срабатывания сигнального датчика давления и максимального напряжения АБ при заряде, определяемые в процессе завершения формовочного цикла, используют для оценки состояния аккумуляторной батареи и прогнозирования ее деградации, аналогичную последовательность операций повторяют для последующей АБ, отличающийся тем, что при аномальной работе зарядно-разрядного устройства, связанной с отказом только разрядного устройства, для проведения формовочного цикла АБ используют аварийную шину коммутационной аппаратуры, управляемой по разовым командам из наземного комплекса управления, а формуемую АБ разряжают разрядным устройством любого работоспособного ЗРУ, образующим с «собственной» АБ подсистему, при этом отключают от данной подсистемы «собственную» АБ с переводом ее в режим «саморазряда» на время разряда формуемой АБ, после завершения режима «разряда» формуемую АБ подключают к «собственному» ЗРУ на время ее восполнения до срабатывания сигнального датчика давления, а после восполнения формуемую АБ подсоединяют коммутационной аппаратурой аварийной шины к одному из работоспособных ЗРУ параллельно АБ этой подсистемы для дальнейшего штатного функционирования системы электропитания.

3. Способ эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) системы электропитания космического аппарата, заключающийся в том, что две или более аккумуляторные батареи циклируют в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания, степень заряда аккумуляторных батарей ограничивают по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой аккумуляторной батареи, контролируют параметры каждой аккумуляторной батареи, например текущую электрическую емкость, напряжение, температуру, периодически один раз в 6-9 месяцев вводят запрет заряда для одной из АБ для выполнения формовочного цикла, в качестве разрядной нагрузки используют бортовую аппаратуру космического аппарата, критерием ограничения глубины разряда выбирают величину напряжения АБ, равной n, либо (n+1)В, где n - число аккумуляторов в АБ, а значения зарядной емкости срабатывания сигнального датчика давления и максимального напряжения АБ при заряде, определяемые в процессе завершения формовочного цикла, используют для оценки состояния аккумуляторной батареи и прогнозирования ее деградации, аналогичную последовательность операций повторяют для последующей АБ, отличающийся тем, что при аномальной работе зарядно-разрядного устройства, связанной с отказом всего ЗРУ, для проведения формовочного цикла АБ используют аварийную шину коммутационной аппаратуры, управляемой по разовым командам из наземного комплекса управления, а формуемую АБ разряжают и заряжают, используя разрядное и зарядное устройства любого работоспособного ЗРУ, образующим с «собственной» АБ подсистему, при этом отключают от данной подсистемы «собственную» АБ с переводом ее в режим «саморазряда» на время разряда формуемой АБ и последующего восполнения формуемой АБ до срабатывания сигнального датчика давления, после восполнения формуемую АБ подсоединяют коммутационной аппаратурой аварийной шины к одному из работоспособных ЗРУ параллельно АБ этой подсистемы для дальнейшего штатного функционирования системы электропитания.