Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания искусственного спутника земли

Авторы патента:

H01M10/44 - способы зарядки или разрядки (схемы зарядки H02J 7/00)

Владельцы патента RU 2637815:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "Роскосмос" (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат – более точное определение времени начала балансировки аккумуляторов. Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания искусственного спутника Земли заключается в контроле напряжения аккумуляторов, проведении зарядов, разрядов, периодической балансировке аккумуляторов по напряжению, проведении подзаряда и хранении в подзаряженном состоянии. Согласно способу периодически после проведения заряда или перед планируемым разрядом аккумуляторной батареи рассчитывают скорость саморазряда аккумулятора с минимальным текущим напряжением и максимальное время до достижения этим аккумулятором критичного снижения текущей емкости, а балансировку проводят не позднее рассчитанного времени. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей в автономных системах электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Известен способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи, заключающийся в контроле напряжения аккумуляторов, ограничении заряда по максимальной величине напряжения аккумуляторов и проведении в процессе эксплуатации балансировки аккумуляторов по напряжению путем подразряда аккумуляторов на резисторы до достижения их напряжением величины напряжения наиболее разряженного (наименее заряженного) аккумулятора («Батарея 6ЛИ-25, ЖЦПИ.563561.002 ПС», разработки и изготовления предприятия ОАО «Сатурн», г. Краснодар).

В известной литий-ионной аккумуляторной батарее 6ЛИ-25, согласно ЖЦПИ.563561.002 ПС, периодически контролируют напряжение аккумуляторов и, если разность поэлементных напряжений наиболее заряженного и наименее заряженного аккумуляторов превышает 25 мВ, проводят выравнивание аккумуляторов по емкости путем разряда более заряженных аккумуляторов на балансировочные резисторы до снижения отличия в напряжениях аккумуляторов не более 10 мВ.

Недостатком известного способа заряда литий-ионной аккумуляторной батареи является то, что проведение выравнивания аккумуляторов по емкости, - процесс, связанный с достижением заранее установленной величины разбаланса по напряжению, усложняет эксплуатацию литий-ионной аккумуляторной батареи.

Наиболее близким техническим решением является «способ заряда литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания (патент RU 2461101), заключающийся в проведении зарядов, хранении в заряженном состоянии, подзарядов, при необходимости, разрядов, контроле напряжения аккумуляторов и периодической балансировке аккумуляторов по напряжению путем выбора аккумулятора с наименьшим напряжением, подключении к оставшимся аккумуляторам индивидуальных разрядных резисторов с последующим отключением соответствующих резисторов при достижении напряжения на соответствующих аккумуляторах уровня напряжения первоначально выбранного аккумулятора, отличающийся тем, что по завершении балансировки или в процессе ее проведения дополнительно проводят упреждающую разбалансировку аккумуляторов по напряжению относительно напряжения первоначально выбранного аккумулятора.

Этот способ принят за прототип заявляемому изобретению.

Недостатком известного способа эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи является то, что процесс начала проведения балансировки аккумуляторов не определен во времени, что усложняет эксплуатацию литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания ИСЗ. При работе аккумуляторной батареи в составе ИСЗ не всегда есть возможность проведения профилактических работ с ней, необходимо выбирать приемлемый для этого промежуток времени.

Задачей заявляемого изобретения является упрощение способа эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания ИСЗ.

Поставленная задача решается тем, что при проведении зарядов, разрядов, периодической балансировке аккумуляторов по напряжению, проведении подзаряда и хранении в подзаряженном состоянии периодически после проведения заряда или перед планируемым разрядом аккумуляторной батареи рассчитывают скорость саморазряда аккумулятора с минимальным текущим напряжением и максимальное время до достижения этим аккумулятором критичного снижения текущей емкости, а балансировку проводят не позднее рассчитанного времени. Кроме того, скорость саморазряда аккумулятора с минимальным текущим напряжением рассчитывают по формуле

V=(Uизм_i-Uизм_(i-1))/τ,

где V - скорость саморазряда аккумулятора с минимальным текущим напряжением, В/ч;

Uизм - измеренное напряжение на каком-либо аккумуляторе, В;

i - номер измерения;

τ - время между текущим и предшествующим измерением,

а очередную балансировку аккумуляторов по напряжению проводят не позднее времени рассчитанного исходя из соотношения

T≤(Uтзар-Uкрит)/V,

где T - время до проведения очередной балансировки аккумуляторов по напряжению, ч;

Uтзар - текущее напряжение аккумулятора с минимальным текущим напряжением после предшествующего заряда аккумуляторной батареи, В;

Uкрит - критичная величина напряжения аккумулятора с минимальным текущим напряжением после предшествующего заряда аккумуляторной батареи, В.

Действительно, известно, что емкость литий-ионного аккумулятора прямо пропорциональна его напряжению. Поэтому расчет текущей скорости саморазряда аккумулятора равнозначно проводить в В/ч. Расчет текущей скорости саморазряда аккумулятора с минимальным текущим напряжением позволяет рассчитать с достаточно высокой точностью максимальное время до проведения очередной балансировки. Полученные данные позволят планировать проведение балансировки аккумуляторов в нужный период, не вводя ограничений на целевую работу ИСЗ.

На чертеже, фиг. 1, приведена упрощенная функциональная схема автономной системы электропитания ИСЗ, поясняющая работу по предлагаемому способу.

Автономная система электропитания содержит солнечную батарею 1, подключенную к нагрузке 2 через преобразователь напряжения 3, аккумуляторную батарею 4, подключенную через зарядный преобразователь 5 к солнечной батарее 1, а через разрядный преобразователь 6 к входу выходного фильтра преобразователя напряжения 3.

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

Параллельно аккумуляторной батарее 4 подключено устройство контроля аккумуляторов 7 (в частности, напряжения аккумуляторов) аккумуляторной батареи, связанное входом с аккумуляторной батареей 4, а выходом с нагрузкой 2 (с бортовой ЭВМ).

В цепи заряда-разряда аккумуляторной батареи установлен измерительный шунт 8.

Аккумуляторная батарея состоит из последовательно соединенных аккумуляторов 4-1, параллельно которым подключены балансировочные резисторы 4-2 через замыкающиеся контакты 4-3 реле в блоке реле 4-4.

Зарядный преобразователь 5 состоит из регулирующего ключа 9, управляемого схемой управления 10, вольтодобавочного узла, выполненного на трансформаторе 15, транзисторах 16 и выпрямителя на диодах 17.

Разрядный преобразователь 6 состоит из регулирующего ключа 11, управляемого схемой управления 12.

Преобразователь напряжения 3 состоит из регулирующего ключа 13, управляемого схемой управления 14, входного фильтра - конденсатор 18 и выходного фильтра на диоде 19, дросселе 20 и конденсаторе 21.

Схемы управления: 10 - зарядного преобразователя 5, 12 - разрядного преобразователя 6 и 14 - преобразователя напряжения 3 выполнены в виде широтно-импульсных модуляторов, входом подключенных к шинам стабилизируемого напряжения. Схема управления 10 зарядного преобразователя 5 дополнительно связана с измерительным шунтом 8 и нагрузкой 2, в качестве обратных связей по величине зарядного тока и напряжения нагрузки соответственно.

Устройство работает следующим образом. В процессе эксплуатации аккумуляторная батарея 4 работает в основном в режиме хранения и периодических подзарядов от солнечной батареи 1 через зарядный преобразователь 5. Такой режим работы позволяет содержать ее в постоянной готовности для прохождения теневых участков орбиты или на случай потери ориентации солнечной батареи ИСЗ на Солнце.

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

При прохождении теневых участков орбиты либо при нарушении ориентации нагрузка 2 питается от аккумуляторной батареи 4 через разрядный преобразователь 6.

Устройство контроля аккумуляторов 7 контролирует напряжение аккумуляторов и передает информацию об их состоянии в нагрузку 2 (бортовую ЭВМ), в которой реализуются следующие технологические операции.

1. Обрабатываются данные по текущему значению напряжения аккумуляторов 4-1, определяется аккумулятор, имеющий наименьшее напряжение.

2. Максимальная разница текущих напряжений этого аккумулятора с предшествующим измерением используется для расчета текущей скорости саморазряда этого аккумулятора. Для расчета используется также время между проведенными измерениями.

3. Исходя из допустимой критичной величины напряжения аккумулятора с минимальным текущим напряжением после предшествующего заряда аккумуляторной батареи рассчитывается время (максимальное) до необходимости проведения очередной балансировки аккумуляторов по напряжению.

Это позволяет планировать проведение процесса балансировки аккумуляторов в графике эксплуатации ИСЗ без ущерба для целевой работы ИСЗ, что упрощает процесс эксплуатации аккумуляторной батареи и ИСЗ в целом.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания ИСЗ.

1. Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания искусственного спутника Земли, заключающийся в контроле напряжения аккумуляторов, проведении зарядов, разрядов, периодической балансировке аккумуляторов по напряжению, проведении подзаряда и хранении в подзаряженном состоянии, отличающийся тем, что периодически после проведения заряда или перед планируемым разрядом аккумуляторной батареи рассчитывают скорость саморазряда аккумулятора с минимальным текущим напряжением и максимальное время до достижения этим аккумулятором критичного снижения текущей емкости, а балансировку проводят не позднее рассчитанного времени.

2. Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания искусственного спутника Земли по п. 1, отличающийся тем, что скорость саморазряда аккумулятора с минимальным текущим напряжением рассчитывают по формуле

V=(Uизм_i-Uизм_(i-i))/τ,

где V - скорость саморазряда аккумулятора с минимальным текущим напряжением, В/ч;

Uизм - измеренное напряжение на каком-либо аккумуляторе, В;

i - номер измерения;

τ - время между текущим и предшествующим измерениями,

а очередную балансировку аккумуляторов по напряжению проводят не позднее времени, рассчитанного исходя из соотношения

Т≤(Uтзар-Uкрит)/V,

где Т - время до проведения очередной балансировки аккумуляторов по напряжению, ч;

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение эффективности зарядки.

Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи // 2633533

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей, в том числе в автономных системах электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Способ проведения режима циклирования герметичной никель-кадмиевой аккумуляторной батареи // 2631918

Изобретение относится к электротехнике, а именно к эксплуатации герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, используемых для энергообеспечения потребителей на космических аппаратах.

Устройство управления подачей электрической энергии и способ управления подачей электрической энергии // 2631354

Группа изобретений относится к электрическим схемам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Устройство управления подачей электрической энергии для устройства подачи электрической энергии, включающего в себя множество аккумуляторных батарей и генератор электрической энергии, выполняющий зарядку множества аккумуляторных батарей, причем устройство управления подачей электрической энергии управляет параллельным соединением между множеством аккумуляторных батарей.

Источник питания, схема зарядки источника питания, способ зарядки источника питания и терминальное устройство // 2629917

Изобретение относится к источникам питания и схеме его зарядки. Сущность: когда источник питания находится в состоянии зарядки, измеряют микросхемой управления источником питания напряжение на положительном электроде аккумуляторного элемента внутри источника питания через контрольный вывод источника питания, электрически соединенный с положительным электродом аккумуляторного элемента.

Способ регулировки тепловых условий в беспроводной зарядной системе // 2627034

Представлен способ регулировки небезопасных термических условий в индуктивной беспроводной зарядной системе в транспортном средстве. Способ относится к процессу индуктивной зарядки заряжаемого устройства с использованием индуктивного зарядного устройства.

Транспортное средство // 2625702

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Транспортное средство включает в себя: электрическое аккумуляторное устройство, первый температурный датчик, сконфигурированный для определения температуры аккумулятора, второй температурный датчик, сконфигурированный для определения температуры окружающей среды, нагреватель, сконфигурированный для нагрева аккумулятора и контроллер, сконфигурированный для управления нагревателем.

Способ заряда аккумуляторных батарей асимметричным током и устройство для его осуществления // 2622041

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для ускоренного заряда никель-кадмиевых батарей, формирования и восстановления их емкости при вводе в эксплуатацию, техническом обслуживании, регламентных работах.

Способ эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания летательных аппаратов // 2621694

Изобретение относится к способу эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания (СЭП) летательных аппаратов (ЛА), функционирующих на низкой околоземной орбите.

Способ и устройство для питания нагрузки от электрохимических источников тока // 2619058

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам и устройствам для питания нагрузки электрическим током от электрохимических источников тока, например аккумуляторных батарей большой энергоемкости.

Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания искусственного спутника земли // 2638825

Изобретение относится к электротехнической промышленности. Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ) заключается в контроле напряжения аккумуляторов, проведении зарядов, разрядов, периодической балансировке аккумуляторов по напряжению, проведении подзаряда и хранении в подзаряженном состоянии. Периодически рассчитывается скорость разбалансировки аккумуляторов с максимальным и минимальным текущими напряжениями и максимальное время до проведения очередной балансировки аккумуляторов по напряжению, а балансировку проводят не позднее рассчитанного времени. Изобретение позволяет упростить способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания ИСЗ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ циклирования литий-серного элемента // 2641667

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу циклирования литий-серного элемента, причем указанный способ содержит разрядку литий-серного элемента, завершение разрядки, когда напряжение элемента достигает порогового напряжения разрядки, которое находится в диапазоне от 1,5 до 2,1 В, зарядку литий-серного элемента и завершение зарядки, когда напряжение элемента достигает порогового напряжения зарядки, которое находится в диапазоне от 2,3 до 2,4 В. В результате указанных режимов циклирования литий-серный элемент не полностью заряжен при пороговом напряжении зарядки, и при этом литий-серный элемент не полностью разряжен при пороговом напряжении разрядки, что позволяет проводить многократное циклирование элемента в течение продолжительного времени без увеличения внутреннего сопротивления элемента. Повышение срока службы и снижение скорости уменьшения емкости элемента является техническим результатом изобретения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

Универсальный аккумулятор // 2644555

Изобретение относится к области электротехники и направлено на повышение эффективности работы аккумулятора и увеличение ресурса его работы за счет применения в качестве нагревательного элемента управляющего электрода, при помощи которого поддерживаются заданные выходные параметры аккумулятора, а при низкой температуре нагревается непосредственно электролит, что приводит к сокращению времени подготовки аккумулятора к его использованию. Электрохимический аккумулятор содержит корпус, в котором размещены отрицательный и положительный электроды, взаимодействующие с электролитом, и между которыми расположен управляющий электрод из металлической сетки с калиброванными отверстиями, имеющий не менее двух выводов, связанный при помощи коммутатора с источником тока и напряжения для нагрева электролита и штатной работы.

Система и способ регулирования работы металло-воздушной батареи // 2645988

Группа изобретений относится к аккумуляторам для транспортных средств с питанием от собственных источников. Способ регулирования работы металло-воздушной батареи заключается в том, что регулируют по меньшей мере один из следующих параметров: электрический ток, вырабатываемый батареей, температура батареи, температура электролита и напряжение, вырабатываемое батареей. Регулируют параметры таким образом, чтобы поддерживать предварительно заданную скорость коррозии металла, содержащегося в батарее. Система для регулирования работы металло-воздушной батареи содержит металло-воздушную батарею и контроллер. Электромобиль содержит метало-воздушную батарею, перезаряжаемое устройство и контроллер. Технический результат заключается в более оптимальном использовании энергии, аккумулированной в метало-воздушной батареи. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ заряда литий-ионной аккумуляторной батареи // 2647128

Использование: в области электротехники. Техническим результатом является повышение эффективности использования литий-ионной аккумуляторной батареи при длительной ее эксплуатации. Согласно способу при проведении заряда литий-ионной аккумуляторной батареи из n последовательно соединенных аккумуляторов с подключенными к ним через коммутаторы балансировочными резисторами, с контролем напряжения аккумуляторов и ограничением заряда по достижении напряжения любого из аккумуляторов заданного максимального значения, при включении заряда выбирают аккумулятор с наименьшим текущим напряжением UMIN, исходя из него рассчитывают общее время включения заряда ТОБЩ до его максимальной величины U, а к остальным аккумуляторам в процессе заряда подключаются балансировочные резисторы на время, индивидуальное для каждого аккумулятора. 1 ил.