СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ НИКЕЛЬ-ВОДОРОДНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ МОДУЛЬНОГО ИСПОЛНЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2016 года по МПК H01M10/44 

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 циклировании 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 циклирования 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.

Близким техническим решением является способ эксплуатации аккумуляторной батареи по патенту RU №2289178 (аналог), заключающийся в том, что проводят заряд-разрядные циклы АБ; 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 и после восполнения подключают ее в штатную схему СЭП.

Недостатком этого способа является низкая надежность эксплуатации СЭП в частности и недостаточная живучесть КА в целом. Это связано с тем, что процесс проведения восстановительного формовочного цикла занимает длительное время (от трех до пяти суток), и на это время аккумуляторная батарея выводится из штатной эксплуатации. Для геостационарных орбит это приемлемо, так как 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 ограниченное время практически не сказывается на живучести и надежности эксплуатации КА. Для низкоорбитальных космических аппаратов вывод из эксплуатации одной из батарей на несколько суток может существенно снизить живучесть и надежность эксплуатации КА, поскольку теневые участки орбиты возникают практически на каждом витке.

Известен способ эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата по патенту RU №2399122 (аналог), заключающийся в том, что две или более аккумуляторные батареи (АБ) циклируют в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания; степень заряда АБ ограничивают по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ; контролируют параметры каждой АБ, например текущую электрическую емкость, напряжение, температуру; периодически проводят формовочные циклы аккумуляторных батарей (ФЦ 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 АБ, 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 аналога является относительно низкая надежность системы электропитания в частности и живучесть КА в целом при возникновении нештатных ситуаций, связанных с аномальной работой одного зарядно-разрядного устройства (ЗРУ), поскольку данный способ не предусматривает проведения в этом случае ФЦ АБ с неисправным ЗРУ.

К аномальной работе ЗРУ относится режим его функционирования (не функционирования) при отказе его зарядного устройства (ЗУ) или разрядного устройства (РУ). При этом в случае отказа ЗУ система электропитания в режиме разряда функционирует штатно, аналогично, в случае отказа РУ в режиме заряда СЭП функционирует штатно.

Известен способ эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата (варианты) по патенту RU №2483400 (прототип), заключающийся в том, что две или более аккумуляторные батареи циклируют в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания; степень заряда АБ ограничивают по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ; контролируют параметры каждой АБ, 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; значения зарядной емкости срабатывания сигнального датчика давления и максимального напряжения АБ при заряде, определяемые в процессе завершения формовочного цикла, используют для оценки состояния АБ и прогнозирования ее деградации; аналогичную последовательность операций повторяют для последующей АБ, а при аномальной работе зарядно-разрядного устройства, связанной с отказом зарядного или разрядного устройства, для проведения формовочного цикла АБ используют аварийную шину коммутационной аппаратуры, управляемой по разовым командам из наземного комплекса управления.

В случае отказа зарядного устройства 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; а в случае отказа разрядного устройства 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.

В настоящее время наметилась тенденция проектирования универсальных систем электропитания модульного исполнения. В зависимости от требуемой мощности потребления система электропитания может включать в себя различное количество модулей, состоящих, как правило, из двух АБ и блока зарядно-разрядного устройства с двумя зарядными и разрядными устройствами. Применение подобной СЭП имеет ряд очевидных преимуществ, например, взаимозаменяемость модулей при наземной подготовке СЭП КА и, как следствие, сокращение затрат и сроков проведения ремонтных работ.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является низкая эффективность использования его в СЭП модульного исполнения и уменьшение надежности из-за невозможности применения ФЦ АБ с неисправным ЗРУ. Действительно, в этом случае на время проведения ФЦ АБ, например, в режиме разряда из эксплуатации практически выводятся одновременно две подсистемы, так как формуемая АБ, находящаяся в режиме глубокого разряда, практически не отдает в нагрузку электрическую энергию, а входящая в состав модуля вторая АБ, переведенная в режим саморазряда, также не может быть использована для питания бортовой аппаратуры, следовательно, повышается вероятность нарушения энергобаланса с вытекающими последствиями.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи, а также живучести СЭП, в том числе и модульного исполнения, без ухудшения ее технических характеристик и КА целом.

1. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) системы электропитания (СЭП) космического аппарата (КА), заключающемся в циклировании m АБ в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания; ограничении степени заряда АБ по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ; контроле параметров каждой АБ, например текущей электрической емкости, напряжения, температуры; введении периодически один раз в каждые 6-9 месяцев запрета заряда для одной из АБ (АБi) для выполнения формовочного цикла (ФЦ); использовании в качестве разрядной нагрузки для формуемой АБ бортовой аппаратуры КА; повторении аналогичной последовательности операций для последующей АБ; снабжении СЭП аварийной шиной с управляемой по командам управления коммутационной аппаратурой для изменения ее конфигурации; подключении АБi к другому работоспособному ЗPУj, образующему с «собственной» АБj подсистему и одновременном отключении от данной подсистемы «собственной» АБj с переводом ее в режим «саморазряда» на время разряда/заряда формуемой АБi; подсоединении АБi после ее восполнения до срабатывания сигнального датчика давления к исправному ЗРУj параллельно АБj для дальнейшего штатного функционирования СЭП, при аномальной работе ЗРУ (ЗPУi), связанной с отказом зарядного устройства, формовочный цикл АБi разбивают на два этапа в режиме как разряда, так и осуществляемого путем штатного циклирования АБ восполнения, для чего выбирают значение промежуточного уровня заряженности АБi, соответствующее, например, половине номинальной емкости формуемой АБi; в начале первого в режиме разряда АБ этапа ФЦ подключают АБi к собственному ЗPУi с неисправным зарядным устройством и одновременно вводят запрет заряда АБj, входящей в состав модуля с АБi; при разряде АБi до промежуточного уровня заряженности, соответствующего началу второго в режиме разряда АБ этапа ФЦ снимают запрет заряда АБj на время дальнейшего разряда формуемой АБi до требуемой глубины и последующего восполнения ее в штатном режиме циклирования; затем при восполнении АБi до заданного промежуточного уровня заряженности АБi, соответствующего окончанию первого или началу второго в режиме заряда этапа ФЦ, подсоединяют ее к исправному ЗPУj параллельно АБj.

2. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) системы электропитания (СЭП) космического аппарата (КА), заключающемся в цитировании m АБ в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания; ограничении степени заряда АБ по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ; контроле параметров каждой АБ, например текущей электрической емкости, напряжения, температуры; введении периодически один раз в каждые 6-9 месяцев запрета заряда для одной из АБ (АБi) для выполнения формовочного цикла (ФЦ); использовании в качестве разрядной нагрузки для формуемой АБ бортовой аппаратуры КА; повторении аналогичной последовательности операций для последующей АБ; снабжении СЭП аварийной шиной с управляемой по командам управления коммутационной аппаратурой для изменения ее конфигурации; подключении АБi к другому работоспособному ЗPУj, образующему с «собственной» АБj подсистему и одновременном отключении от данной подсистемы «собственной» АБj с переводом ее в режим «саморазряда» на время разряда/заряда формуемой АБi; подсоединении АБi после ее восполнения до срабатывания сигнального датчика давления к исправному ЗPУj параллельно АБj для дальнейшего штатного функционирования СЭП, при аномальной работе ЗPУi, связанной с отказом разрядного устройства, формовочный цикл АБi разбивают на два этапа в режиме как разряда, и осуществляемого путем штатного циклирования АБ восполнения, для чего выбирают значение промежуточного уровня заряженности АБi, соответствующее, например, половине номинальной емкости формуемой АБ; в начале первого в режиме разряда АБ этапа ФЦ АБi, подключенную к исправному ЗPУj параллельно АБj, разряжают путем ввода запрета заряда АБj; при разряде АБi до промежуточного уровня заряженности, соответствующего началу второго в режиме разряда АБ этапа ФЦ отключают АБj от ЗPУj; затем при достижении глубокого разряда подключают АБi к «собственному» ЗPУi и заряжают ее до заданного промежуточного уровня заряженности, соответствующего окончанию первого в режиме заряда АБ этапа ФЦ; в начале второго в режиме заряда АБ этапа ФЦ подсоединяют АБi к исправному ЗPУj параллельно АБj.

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 мощности. 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.

Аккумуляторные батареи в количестве m штук циклируют в режиме заряда-разряда в соответствии с логикой функционирования СЭП в составе m подсистем, образованных путем последовательного включения между собой одной аккумуляторной батареи и одного зарядно-разрядного устройства (ЗРУ).

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

В отдельных режимах работы СЭП РУ (РУ1, РУ2, …, PУm) 3 и СНА 5 могут питать электрической энергией совместно нагрузку, каковой является БА 6. При аномальной работе какого-либо ЗУ (ЗУ1, ЗУ2, …, ЗУm) 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, …, АБm) 1 заряжаются на световом участке орбиты КА, а на теневом участке АБ (АБ1, АБ2, …, АБm) 1 питают БА 6 стабилизированным РУ (РУ1, РУ2, …, PУm) 3 напряжением. Батарея фотоэлектрическая 2 на световом участке обеспечивает стабилизированным СНА 5 напряжением БА 6 и одновременно заряжает АБ (АБ1, АБ2, …, АБm) 1. 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, …, АБm) 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, …, АБm) 1 в произвольном порядке, используя зарядно-разрядное устройство (ЗРУ) 10, состоящее из РУ (РУ1, РУ2, …, PУm) 3 и ЗУ (ЗУ1, ЗУ2, …, ЗУm) 4, и аварийную шину (АШ) 11 с коммутационной аппаратурой 8 при необходимости. За сутки до проведения формовочного цикла при штатной работе СЭП 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 9 РК «Запрет заряда АБ» с указанием номера 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 заданного минимального напряжения на АБ. В этом случае происходит полное выравнивание характеристик аккумуляторов формуемой АБ. Признак глубокого разряда формуемой АБ может быть определен не только по заданному снижению напряжения АБ, но и по допустимой глубине ее разряда.

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).

Качественно 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 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.

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 в основном достигается за счет проведения формовочного цикла через каждые 6-9 месяцев путем глубокого разряда АБ с последующим ее восполнением. При этом живучесть системы электропитания в частности 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 СЭП.

Однако из-за увеличения срока активного существования современных КА имеется определенная вероятность отказа зарядного устройства ЗРУ. При этом важно, чтобы все работоспособные АБ были использованы в составе СЭП. Для этой цели может быть применена аварийная шина (АШ) 11 с коммутационной аппаратурой 8. Наличие АШ (АШ1, АШ2, …, АШ_К) 11 с коммутационной аппаратурой 8 позволяет качественно проводить формовочный цикл АБ из состава подсистемы, содержащей аномально работающее ЗРУ, что в конечном итоге способствует повышению показателей надежности и живучести СЭП в частности и КА в целом.

Пример реализации способа эксплуатации никель-водородных АБ при аномальной работе одного ЗРУ СЭП КА, а именно при отказе зарядного устройства.

1. Допустим произошел отказ ЗУ ЗРУ подсистемы 1 (ЗРУ1 + АБ1) первого модуля. После идентификации отказа ЗУ1 ЗРУ1 (аккумуляторная батарея АБ1 (АБi) подключается, например, параллельно АБ2 (АБj) к ЗРУ2 того же модуля. 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. Одновременно с выдачей РК «Восстановление КАС» выдается РК «Запрет заряда АБ2». Перечисленные РК выдаются в начале первого в режиме разряда этапа ФЦ АБ1 из двух. Происходит одновременный разряд АБ1 и АБ2 первого модуля. Аккумуляторную батарею АБ2 разряжают только до промежуточной глубины, соответствующей началу второго в режиме разряда АБ этапа ФЦ. В качестве промежуточной (разделительной) глубины разряда (уровня заряженности) АБi выбирают, например, текущую емкость АБi, равной половине ее номинальной емкости. На втором в режиме разряда этапе ФЦ АБ1 продолжает разряжаться, а АБ2 функционирует в штатном режиме и ее текущая емкость будет постепенно увеличиваться. После завершения глубокого разряда АБ1 (до снижения напряжения АБ1, например, до 29 В), что соответствует окончанию второго в режиме разряда ФЦ АБ, 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 АШ (АШ1) 11 (замыкание контакта S1-2); по РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины» ЗРУ1 отключается от АШ (АШ1) 11 (размыкается контакт S1-3), а АБ1 подключается к АШ (АШ1) 11 (замыкается контакт S1-4); по РК «Отключение АБ2» к АШ (АШ1) 11 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 путем штатного циклирования до промежуточного уровня заряженности, что соответствует окончанию первого в режиме заряда этапа ФЦ АБ1. Последовательность РК «Восстановление КАС», РК «Отключение АБ1», РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины» и РК «Выключение ЗРУ2 от аварийной шины», выданные в начале второго в режиме заряда АБ этапа ФЦ АБ1, 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. На втором в режиме заряда этапе ФЦ АБ1 продолжается восполнение АБ1 и АБ2 до срабатывания сигнального датчика давления либо АБ1, либо АБ2.

2. Допустим произошел отказ РУ ЗРУ подсистемы 1 (ЗРУ1 + АБ1). После идентификации отказа РУ1 ЗРУ1 аккумуляторная батарея АБ1 подключается параллельно АБ2 к ЗРУ2. В такой конфигурации СЭП функционирует штатно. Для проведения формовочного цикла АБ1 выдают РК «Запрет заряда АБ2» в начале первого в режиме разряда АБ этапа ФЦ. После исполнения данной РК АБ1 и АБ2 начинают функционировать в режиме разряда через исправное ЗРУj до глубины разряда, соответствующей окончанию первого в режиме разряда АБ этапа ФЦ. Далее в начале второго в режиме разряда АБ этапа ФЦ 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 АШ (АШ1) 11 (замыкание контакта S1-2), по РК «Выключение ЗРУ1 от аварийной шины» ЗРУ1 отключается от АШ (АШ1) 11 (размыкается контакт S1-3), а АБ1 подключается к АШ (АШ1) 11 (замыкается контакт S1-4), по РК «Отключение АБ2» к АШ (АШ1) 11 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 в конце второго в режиме разряда АБ этапа ФЦ 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 путем штатного циклирования до промежуточного уровня заряженности АБi (в начале второго в режиме заряда АБ этапа ФЦ 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.

Разбиение ФЦ на этапы и применение оригинальной технологии его проведения направлены на то, чтобы, как минимум в два раза уменьшить время функционирования модуля с неисправным ЗРУ в режиме «саморазряда» одной АБ, поскольку этот режим уменьшает запасаемую АБ суммарную электрическую энергию, необходимую для питания бортовой аппаратуры, в том числе и при возникновении нештатных ситуаций, связанных с обеспечением энергобаланса. Эти мероприятия повышают надежность и живучесть СЭП и КА в целом.

Таким образом, применение предлагаемого способа эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата позволит повысить надежность эксплуатации АБ, а также живучести СЭП, в том числе и модульного исполнения, без ухудшения ее технических характеристик и КА в целом как при штатной работе всех ЗРУ, так и аномальной работе одного зарядно-разрядного устройства системы электропитания.

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. Техническим результатом изобретения является повышение надежности эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи, а также живучести СЭП, в том числе и модульного исполнения, без ухудшения ее технических характеристик и КА в целом. Указанный результат достигается тем, что в известном способе эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата, заключающемся в циклировании m АБ в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания; ограничении степени заряда АБ по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ; контроле параметров каждой АБ, например текущей электрической емкости, напряжения, температуры; введении периодически один раз в каждые 6-9 месяцев запрета заряда для одной из АБ (АБi) для выполнения формовочного цикла (ФЦ); использовании в качестве разрядной нагрузки для формуемой АБ бортовой аппаратуры КА; повторении аналогичной последовательности операций для последующей АБ; снабжении СЭП аварийной шиной с управляемой по командам управления коммутационной аппаратурой для изменения ее конфигурации; подключении при необходимости АБi к другому работоспособному ЗРУj, образующему с «собственной» АБj подсистему и одновременном отключении от данной подсистемы «собственной» АБj с переводом ее в режим «саморазряда» на время разряда/заряда формуемой АБi; подсоединении АБi после ее восполнения до срабатывания сигнального датчика давления к исправному ЗРУj параллельно АБj для дальнейшего штатного функционирования СЭП, при аномальной работе ЗРУ (ЗРУi), связанной с отказом зарядного устройства, формовочный цикл АБi разбивают условно на два этапа в режиме как разряда, так и осуществляемого путем штатного цитирования АБ заряда (восполнения), для чего выбирают значение промежуточного (разделительного) уровня заряженности (глубины разряда) АБi, соответствующее, например, половине номинальной емкости формуемой АБi; в начале первого в режиме разряда АБ этапа ФЦ подключают АБi к собственному ЗРУi с неисправным зарядным устройством и одновременно вводят запрет заряда АБj, входящей в состав модуля с АБi; при разряде АБi до промежуточного уровня заряженности, соответствующего началу второго в режиме разряда АБ этапа ФЦ снимают запрет заряда АБj на время дальнейшего разряда формуемой АБi до требуемой глубины и последующего восполнения ее в штатном режиме циклирования; затем при восполнении АБi до заданного промежуточного уровня заряженности АБi, соответствующего окончанию первого (или началу второго) в режиме заряда этапа ФЦ, подсоединяют ее к исправному ЗРУj параллельно АБj. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) системы электропитания (СЭП) модульного исполнения, заключающийся в том, что m АБ циклируют в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания, степень заряда АБ ограничивают по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ; контролируют параметры каждой АБ, например текущую электрическую емкость, напряжение, температуру; вводят периодически один раз в каждые 6-9 месяцев запрет заряда для одной из АБ (АБi) для выполнения формовочного цикла (ФЦ); используют в качестве разрядной нагрузки для формуемой АБ бортовую аппаратуру КА; аналогичную последовательность операций повторяют для последующей АБ; СЭП снабжают аварийной шиной с управляемой по разовым командам коммутационной аппаратурой для изменения ее конфигурации; подключают АБi к другому работоспособному ЗРУ (ЗPУj), образующему с «собственной» АБj подсистему и одновременном отключении от данной подсистемы «собственной» АБj с переводом ее в режим «саморазряда» на время разряда/заряда формуемой АБi; подсоединяют АБi после ее восполнения до срабатывания сигнального датчика давления к исправному ЗPУj параллельно АБj для дальнейшего штатного функционирования СЭП, отличающийся тем, что при аномальной работе ЗРУ (ЗPУj), связанной с отказом зарядного устройства, формовочный цикл АБi разбивают на два этапа в режиме как разряда, так и осуществляемого путем штатного циклирования АБ восполнения, для чего выбирают значение промежуточного уровня заряженности АБi, соответствующее, например, половине номинальной емкости формуемой АБi; в начале первого в режиме разряда АБ этапа ФЦ подключают АБi к собственному ЗPУi с неисправным зарядным устройством и одновременно вводят запрет заряда АБj, входящей в состав модуля с АБi; при разряде АБi до промежуточного уровня заряженности, соответствующего началу второго в режиме разряда АБ этапа ФЦ снимают запрет заряда АБj на время дальнейшего разряда формуемой АБi до требуемой глубины и последующего восполнения ее в штатном режиме циклирования; затем при восполнении АБi до заданного промежуточного уровня заряженности АБi, соответствующего окончанию первого или началу второго в режиме заряда этапа ФЦ, подсоединяют ее к исправному ЗPУj параллельно АБj.

2. Способ эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) системы электропитания (СЭП) модульного исполнения, заключающийся в том, что m АБ циклируют в режиме заряда-разряда, задаваемом бортовой автоматикой системы электропитания, степень заряда АБ ограничивают по уровню срабатывания сигнальных датчиков давления, размещенных в отдельных аккумуляторах каждой АБ; контролируют параметры каждой АБ, например текущую электрическую емкость, напряжение, температуру; вводят периодически один раз в каждые 6-9 месяцев запрет заряда для одной из АБ (АБi) для выполнения формовочного цикла (ФЦ); используют в качестве разрядной нагрузки для формуемой АБ бортовую аппаратуру КА; аналогичную последовательность операций повторяют для последующей АБ; СЭП снабжают аварийной шиной с управляемой по разовым командам коммутационной аппаратурой для изменения ее конфигурации; подключают АБi к другому работоспособному ЗРУ (ЗPУj), образующему с «собственной» АБj подсистему и одновременном отключении от данной подсистемы «собственной» АБj с переводом ее в режим «саморазряда» на время разряда/заряда формуемой АБi; подсоединяют АБi после ее восполнения до срабатывания сигнального датчика давления к исправному ЗPУj параллельно АБj для дальнейшего штатного функционирования СЭП, отличающийся тем, что при аномальной работе ЗPУi, связанной с отказом разрядного устройства, формовочный цикл АБi разбивают на два этапа в режиме как разряда, так и осуществляемого путем штатного циклирования АБ восполнения, для чего выбирают значение промежуточного уровня заряженности АБi, соответствующее, например, половине номинальной емкости формуемой АБ; в начале первого в режиме разряда АБ этапа ФЦ АБi, подключенную к исправному ЗPУj параллельно АБj, разряжают путем ввода запрета заряда АБj; при разряде АБi до промежуточного уровня заряженности, соответствующего началу второго в режиме разряда АБ этапа ФЦ отключают АБj от ЗPУj; затем при достижении глубокого разряда подключают АБi к «собственному» ЗPУi и заряжают ее до заданного промежуточного уровня заряженности, соответствующего окончанию первого в режиме заряда АБ этапа ФЦ; в начале второго в режиме заряда АБ этапа ФЦ подсоединяют АБi к исправному ЗPУj параллельно АБj.