Способ питания нагрузки постоянным током в автономных системах электропитания космических аппаратов и автономная система электропитания для его реализации

Авторы патента:

H02J7/34 - параллельная работа в сетях с использованием как электрических аккумуляторов, так и других источников постоянного тока, например с целью обеспечения буферного режима (H02J 7/14 имеет преимущество)

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

Владельцы патента RU 2699764:

Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" (RU)

Использование: в области электротехники для электропитания космических аппаратов (КА). Технический результат - повышение эксплуатационной надежности системы электропитания и повышение эффективности использования солнечной батареи. Согласно способу напряжение на нагрузке от первичного источника ограниченной мощности (солнечной батареи) стабилизируют в начале ресурса работы космического аппарата с использованием параллельного стабилизатора напряжения, а после ресурсной деградации характеристик солнечной батареи и при недостатке ее мощности для питания нагрузки переключаются на стабилизацию напряжения на нагрузке с использованием последовательного (сериесного) стабилизатора напряжения, при этом предусматривается переключение режима стабилизации автоматически либо по команде с Земли. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано при проектировании космических аппаратов (КА).

Известны способы питания нагрузки постоянным стабильным напряжением и автономные системы электропитания, описанные в "Системы электропитания космических аппаратов", Новосибирск: ВО "Наука", 1994 г., в частности, глава 2, п. 2, 5.

Недостатком известного способа является низкая эффективность использования источников электроэнергии.

Известные способы и автономные системы электропитания КА предусматривают стабилизацию напряжения от первичного источника ограниченной мощности (солнечной батареи) на нагрузке стабилизированными преобразователями различного типа.

Наиболее близким техническим решением является патент RU №2535662 «Способ питания нагрузки постоянным током и автономная система электропитания для его реализации», который выбран в качестве прототипа.

Известный способ заключается в питании нагрузки постоянным током с несколькими номиналами выходного напряжения от первичного источника ограниченной мощности, например солнечной батареи, и вторичного источника электроэнергии, например аккумуляторной батареи, заключающийся в стабилизации напряжения на нагрузках и согласовании работы первичного и вторичного источников электроэнергии, причем вначале стабилизируют напряжение на нагрузке, имеющей максимальное выходное напряжение питания, посредством параллельного стабилизированного преобразователя, содержащего силовой транзисторный ключ и схему управления с широтно-импульсным модулятором, а стабилизацию напряжения остальных нагрузок проводят от шин питания первой нагрузки сериесными стабилизированными преобразователями, при этом согласование работы первичного и вторичного источников электроэнергии проводят только на первом уровне стабилизации напряжения, кроме того, первичный источник ограниченной мощности делят на «m» секций, отличающийся тем, что силовой транзисторный ключ параллельного короткозамкнутого стабилизированного преобразователя делят на «m» единичных силовых транзисторных ключей и каждую секцию первичного источника ограниченной мощности стабилизируют соответствующим силовым транзисторным ключом параллельного стабилизированного преобразователя, при этом управление силовыми транзисторными ключами проводят от общей схемы управления с широтно-импульсным модулятором.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности системы электропитания и повышение эффективности использования батареи солнечной.

Поставленная задача решается тем, что напряжение на нагрузке от первичного источника ограниченной мощности (солнечной батареи) стабилизируют в начале ресурса работы космического аппарата с использованием параллельного стабилизатора напряжения, а после ресурсной деградации характеристик солнечной батареи и недостатке ее мощности для питания нагрузки, переключаются на стабилизацию напряжения на нагрузке с использованием последовательного стабилизатора напряжения, при этом предусматривается переключение режима стабилизации автоматически, либо по команде с Земли.

Таким образом, удается избежать энергетических потерь, которые возникают при использовании последовательного (сериесного) регулятора напряжения в начале ресурса работы космического аппарата и парировать деградацию выходной мощности батареи солнечной и обеспечить работу в режиме максимального отбора мощности в конце ресурса работы космического аппарата.

На чертеже представлена упрощенная структурная схема автономной системы электропитания с использованием параллельных и последовательных (сериесных) стабилизированных преобразователей напряжения. Такая система содержит первичный источник энергии - батарею солнечную (БС) 1; вторичный источник энергии аккумуляторную батарею (АБ) 2; зарядно-разрядное устройство (ЗРУ) 3, подключаемое к АБ 2; стабилизатор напряжения и экстремальный регулятор мощности (СН) 4; широтно-импульсный регулятор (ШИМ) 5; ключи коммутации 6, 7. К выходу системы электропитания подключена нагрузка 8.

Устройство работает следующим образом. В начале срока активного существования стабилизация выходного напряжения осуществляется параллельным способом. Ключи 6, 7 замкнуты.

В процессе эксплуатации при ресурсной деградации характеристик солнечной батареи и недостатке ее мощности для питания нагрузки, осуществляется переход на стабилизацию выходного напряжения с использованием последовательного (сериесного) стабилизатора напряжения, при выполнении условия (1). При этом ключи 6, 7 размыкаются, обеспечивая переход на стабилизацию выходного напряжения последовательным (сериесным) стабилизатором напряжения и обеспечивается работа в режиме максимального отбора мощности.

Где

- выходное напряжение БС 1 при параллельном регулировании

- выходное напряжение БС 1 при последовательном регулировании

- напряжение питания нагрузки

ΔU - потери на последовательное регулирование

k - деградация мощности батареи солнечной (0<k<1)

- выходное напряжение БС 1 при параллельном регулировании в начале САС

Таким образом, предлагаемый способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания космических аппаратов и автономная система электропитания для его реализации позволяют повысить эксплуатационную надежность системы электропитания и эффективность использования батареи солнечной автономной системы электропитания КА.

1. Способ питания нагрузки постоянным током в автономных системах электропитания космических аппаратов от первичного источника ограниченной мощности - солнечной батареи, и вторичного источника электроэнергии - аккумуляторной батареи, заключающийся в стабилизации напряжения нагрузки с использованием параллельных и последовательных стабилизированных преобразователей напряжения, а также зарядных и разрядных устройств аккумуляторных батарей, отличающийся тем, что напряжение на нагрузке от первичного источника ограниченной мощности стабилизируют в начале ресурса работы космического аппарата с использованием параллельного стабилизатора напряжения, а после ресурсной деградации характеристик солнечной батареи и при недостатке ее мощности для питания нагрузки переключаются на стабилизацию напряжения на нагрузке с использованием последовательного стабилизатора напряжения.

2. Автономная система электропитания космического аппарата для реализации способа по п. 1, содержащая солнечные батареи, подключенные к нагрузке через стабилизированный преобразователь напряжения, аккумуляторные батареи, подключенные к солнечным батареям через зарядные устройства, а к нагрузке - через разрядные устройства, отличающаяся тем, что стабилизированный преобразователь напряжения выполняют двух типов: параллельного и последовательного типов, при этом предусматривают переключение режима стабилизации автоматически либо по команде с Земли.

Использование: в области электротехники, для электропитания космических аппаратов (КА). Технический результат - повышение функциональной надежности системы электропитания.

Система для резервного электропитания объектов железнодорожной автоматики, телемеханики и связи // 2696567

Изобретение относится к области электротехники. Система для резервного электропитания объектов железнодорожной автоматики, телемеханики и связи содержит последовательно соединенные блок зарядных устройств, вход которого предназначен для подключения источника первичного электропитания, блок аккумуляторных батарей, блок преобразователей напряжений и блок коммутации, управляющие входы которого соединены с выходами блока датчиков напряжений и токов нагрузок, подключенного к контрольным выходам блока преобразователей напряжений, выход блока коммутации предназначен для подключения устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, блок преобразователей напряжений выполнен с возможностью подключения к нему источника напряжения через дополнительный вход, один из выводов которого соединен с рельсом рельсового пути, а другой – соединен с жестким контактным проводом, установленным вдоль рельсового пути на станции и участке приближения к ней, на каждом тепловозе, использующем для передвижения этот рельсовый путь, установлен токосъемный элемент с возможностью его взаимодействия с жестким контактным проводом, при этом полюса бортовой аккумуляторной батареи тепловоза соединены соответственно с токосъемным элементом и колесной парой.

Способ управления системой электропитания космического аппарата повышенной живучести // 2692301

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), использующим в качестве первичных источников энергии батареи фотоэлектрические (БФ), а в качестве накопителей энергии - аккумуляторные батареи (АБ).

Устройство управления энергоснабжением для жилых домов, коммерческих и промышленных объектов с использованием сетевых, вспомогательных и возобновляемых источников электрической энергии и их комбинаций и способ интеллектуального управления подключением источников электроэнергии // 2692083

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат – обеспечение возможности подключения устройств генерации на стороне переменного тока, а также возможности гибко менять приоритеты подключения различных вводов от источников генерации и аккумуляторных батарей.

Зарядная станция для электрического транспорта // 2691386

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системам зарядки гибридного и/или электрического транспорта. Техническим результатом является возможность зарядить несколько электрических легковых и грузовых автомобилей, а также автобусов/электробусов, без подключения к воздушным проводным или кабельным электросетям большой мощности.

Способ обеспечения автономного электропитания // 2689401

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании и эксплуатации автономных систем электропитания различных объектов, в том числе при создании и эксплуатации бортовых систем электропитания космических аппаратов.

Устройство и способ управления зарядкой и разрядкой суперконденсаторов // 2688930

Изобретение относится к управлению зарядкой и разрядкой батареи суперконденсаторов. Предложено устройство, которое обеспечивает преимущество, которое состоит в том, что для управления им нет необходимости в модифицировании электропроводки двигателя, что обеспечивает работу двигателя даже тогда, когда аккумулятор частично поврежден, полностью выведен из строя или отсутствует.

Способ контроля параметров вторичного источника бесперебойного питания // 2687302

Изобретение относится к области измерения электрических величин, а именно к измерению токов и напряжений при испытаниях и проверке источников бесперебойного питания, и может быть использовано в испытательных стендах космических аппаратов.

Автономная энергетическая установка // 2686844

Изобретение относится энергетике, а именно к автономным системам энергоснабжения объектов, удаленных от центрального энергоснабжения. Автономная энергетическая установка содержит аппаратный и топливный отсек, расположенные внутри корпуса, первичный источник энергии в виде источника возобновляемой энергии, вторичный источник энергии в виде топливного генератора с воздушным охлаждением, расположенного на теплопроводящей подложке с нагревательным элементом в термоизолированном шкафу топливного отсека, накопители энергии в виде аккумуляторных батарей и блок управления установкой, расположенные в климатическом шкафу аппаратного отсека.

Диспетчеризация нагрузок в многоаккумуляторных устройствах // 2684416

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение эффективности посредством уменьшения полного энергопотребления устройства и за счет этого продление срока службы устройства и его аккумулятора.

Способ и устройство для зарядки аккумулятора // 2699247

Изобретение относится к способу и устройству для зарядки аккумулятора. Согласно изобретению аккумулятор заряжают зарядным током, зависящим от уровня заряженности аккумулятора, при этом устройство для заряда аккумулятора содержит блок управления, выполненный с возможностью контроля зарядного тока при работе устройства.

Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания // 2699051

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей автономных систем электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ).

Аккумуляторная система и способ восстановления емкости вторичного литий-ионного аккумулятора // 2696605

Изобретение относится к области электротехники, а именно к аккумуляторной системе и способу восстановления емкости вторичного литий-ионного аккумулятора. Вторичный литий-ионный аккумулятор содержит положительный электрод и отрицательный электрод, расположенные напротив друг друга, и разделитель, расположенный между ними, при этом ширина слоя активного материала отрицательного электрода превышает ширину слоя активного материала положительного электрода, и на конце слоя активного материала отрицательного электрода имеется неориентированный участок, не обращенный к слою активного материала положительного электрода, где в период зарядки аккумуляторной системы накапливаются ионы лития, тем самым снижая емкость аккумулятора.

Способ проверки и способ производства электрического накопительного устройства // 2692159

Изобретение относится к способу проверки электрического накопительного устройства, которое включает: составление цепи с заряжаемым электрическим накопительным устройством и источником мощности и пропускание тока посредством источника мощности в цепь в направлении заряда или разряда электрического накопительного устройства; и при пропускании тока определение качества электрического накопительного устройства на основе состояния схождения проходящего тока.

Блок аккумуляторных батарей, содержащий уложенные в стопу сборки, выполненные на основе плат и аккумуляторных батарей // 2691098

Изобретение относится к блоку аккумуляторных батарей, который содержит стопу сборок, выполненных на основе плат и аккумуляторных батарей. Каждая сборка, выполненная на основе плат и аккумуляторных батарей, содержит схемную плату, электрический соединитель, установленный на схемной плате, и элемент аккумуляторной батареи, прикрепленный к стороне схемной платы.

Быстрозарядная система (варианты) и способ создания быстрозарядного композита (варианты) // 2691097

Изобретение относится к области электротехники, а именно к быстрозарядной системе (20), включающей быстрозарядный композит (60) и вторичную батарею (22). Быстрозарядный композит (60) включает целлюлозный сепаратор (62), смачиваемый вторым электролитом (64), содержащим третьи ионы (94), имеющие положительный заряд, и четвертые ионы(96), имеющие отрицательный заряд, находящиеся в контакте с указанными смежными электродами (32), (46) батареи (22).

Способ заряда комплекта из "n" литий-ионных аккумуляторных батарей в составе геостационарного искусственного спутника земли // 2684905

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение восстановления полной энергоемкости аккумуляторных батарей (АБ), что приведет к повышению живучести искусственного спутника Земли (ИСЗ), а также обеспечит преемственность зарядных устройств, что позволит снизить его конечную стоимость и сроки его изготовления.

Устройство для восстановления и заряда кислотной аккумуляторной батареи // 2683235

Использование: в области электротехники для восстановления технических характеристик и заряда аккумуляторных батарей. Технический результат – обеспечение восстановления емкостных характеристик аккумуляторной батареи.

Способ автоматического предотвращения теплового разгона никель-кадмиевой аккумуляторной батареи на борту воздушного судна по температуре аккумуляторной батареи // 2682894

Изобретение относится к способу автоматического предотвращения теплового разгона никель-кадмиевой аккумуляторной батареи на борту воздушного судна. Для этого измеряют значение температуры аккумуляторной батареи, записывают его в бортовое устройство регистрации, сравнивают его с заданным значением критической температуры, при превышении формируют команду на отключение аккумуляторной батареи от источника заряда, формируют предупредительный сигнал и оповещают экипаж воздушного судна.

Способ управления системой электропитания космического аппарата // 2682725

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение живучести и надежности функционирования автономной системы электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА).