[go: up one dir, main page]

RU2778262C1 - Spacecraft power supply system - Google Patents

Spacecraft power supply system Download PDF

Info

Publication number
RU2778262C1
RU2778262C1 RU2021130260A RU2021130260A RU2778262C1 RU 2778262 C1 RU2778262 C1 RU 2778262C1 RU 2021130260 A RU2021130260 A RU 2021130260A RU 2021130260 A RU2021130260 A RU 2021130260A RU 2778262 C1 RU2778262 C1 RU 2778262C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power supply
spacecraft
supply system
battery
parallel
Prior art date
Application number
RU2021130260A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Иванович Груздев
Сергей Владимирович Давыдов
Евгений Николаевич Прокофьев
Сергей Вячеславович Пушко
Михаил Сергеевич Шевцов
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" АО "Корпорация "ВНИИЭМ"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" АО "Корпорация "ВНИИЭМ" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" АО "Корпорация "ВНИИЭМ"
Application granted granted Critical
Publication of RU2778262C1 publication Critical patent/RU2778262C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: space technology.
SUBSTANCE: invention relates to the design of the power supply system (PSS) of near-Earth spacecraft (SC) and can be used in the design and creation of power supply systems for automatic near-Earth low-orbit spacecraft based on solar panels (SP) and batteries (B). The power supply system of the spacecraft contains a battery (B) made of electrically connected battery modules (BM) in series, consisting of parallel connected single batteries or pairs of single batteries; on-board load connected to the output of the B; solar panels (SP). SPs are made of several solar generators electrically connected in parallel and connected via a blocking device (BD) to the corresponding BM. Solar generators consist of series-connected photovoltaic converters. The BDs are placed on a thermostatically controlled panel together with the corresponding BM and are made in the form of electrically connected semiconductor diodes installed on a single base using a parallel or series-parallel circuit, preventing the flow of reverse currents from the BM to the SP. In parallel to each BM, a battery module protection unit from overcharging is connected via a switching device.
EFFECT: reliability of the PSS increases.
13 cl, 9 dwg

Description

Область использованияScope of use

Изобретение относится к конструкции системы электроснабжения (СЭС) околоземных космических аппаратов (КА) и может быть использована при проектировании и создании систем электроснабжения автоматических околоземных низкоорбитальных КА на основе солнечных батарей (СБ) и аккумуляторных батарей (АБ).The invention relates to the design of a power supply system (SES) of near-Earth spacecraft (SC) and can be used in the design and creation of power supply systems for automatic near-Earth low-orbit spacecraft based on solar panels (SB) and storage batteries (AB).

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Известна СБ для СЭС КА [патент US3952324], состоящая из панелей с размещенными рядами фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), в которых два или три соседних ряда из множества последовательно соединенных ФЭП соединены параллельно. Затем последовательно-параллельные группы подключаются через соответствующие электрические шины к системам использования энергии (АБ и бортовой нагрузке). При этом на панелях установлены блокирующие диоды, подключенные последовательно между каждой группой ФЭП и шиной. Блокирующие диоды позволяют предотвратить разряд АБ при отсутствии освещенности СБ, а также отказ панели в случае возникновения в ней коротких замыканий ФЭП.Known SB for SES SC [patent US3952324], consisting of panels with placed rows of photoelectric converters (PVC), in which two or three adjacent rows of a plurality of series-connected PV cells are connected in parallel. Then the series-parallel groups are connected through the appropriate busbars to the energy use systems (AB and on-board load). At the same time, blocking diodes are installed on the panels, connected in series between each group of solar cells and the bus. Blocking diodes make it possible to prevent AB discharge in the absence of SB illumination, as well as panel failure in the event of short circuits in the solar cell.

Недостатком размещения блокирующих диодов на панелях СБ для околоземных низкоорбитальных КА является снижение их надежности и срока службы из-за термомеханических нагрузок вследствие постоянного воздействия циклического изменения температуры с периодом 90-100 минут в диапазоне от минус 110 до плюс 90°С.The disadvantage of placing blocking diodes on the SB panels for near-Earth low-orbit spacecraft is a decrease in their reliability and service life due to thermomechanical loads due to constant exposure to cyclic temperature changes with a period of 90-100 minutes in the range from minus 110 to plus 90°C.

Известна АБ КА [полезная модель 178488], содержащая не менее двух соединенных электрически последовательно модулей, каждый из которых включает в себя несколько цилиндрических аккумуляторов, соединенных между собой электрически параллельно с помощью размещенных рядом с их торцами (+) и (-) токосборных шин, при этом подключение аккумуляторов к одной из которых осуществлено плавкими предохранителями.Known AB KA [utility model 178488], containing at least two modules electrically connected in series, each of which includes several cylindrical batteries connected electrically in parallel with the help of (+) and (-) current collectors located near their ends, at the same time, the connection of batteries to one of which is carried out by fuses.

Известна АБ КА [патент РФ 2667905] состоящая из нескольких пар последовательно включенных аккумуляторов, имеющих одноразовый встроенный элемент токовой защиты, разрывающий его внутреннюю электрическую цепь при повышении давления внутри аккумулятора, электрически соединенных по параллельно-последовательной схеме. В качестве дополнительной защиты от возгораний из-за токовых перегрузок в цепи пары, последовательно включенных аккумуляторов, может использоваться плавкая вставка, которая располагается между ними. Предложенное техническое решение повышает безопасность работы и устойчивости АБ к деградации характеристик аккумуляторов.Known AB KA [RF patent 2667905] consisting of several pairs of series-connected batteries with a one-time built-in current protection element that breaks its internal electrical circuit when the pressure inside the battery increases, electrically connected in a parallel-series circuit. As an additional protection against fires due to current overloads in the circuit of a pair of series-connected batteries, a fusible insert can be used, which is located between them. The proposed technical solution improves the safety of operation and the stability of the battery to degradation of battery characteristics.

Известна СЭС и способ ее управления [патент РФ 2699764], 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. Стабилизированный преобразователь напряжения выполняют двух типов: параллельного и последовательного типов. 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 стабилизатора напряжения. При этом переключение режима стабилизации предусматривается автоматически либо по команде с Земли.Known SES and its control method [RF patent 2699764], containing solar panels connected to the load through a stabilized voltage converter, batteries connected to the solar panels through chargers, and to the load through discharge devices. Stabilized voltage converter perform two types: parallel and serial types. According to the method, the load voltage from the primary source of limited power (solar battery) is stabilized at the beginning of the spacecraft operation life using a parallel voltage stabilizer, and after the resource degradation of the solar battery characteristics and if its power is insufficient to power the load, they switch to load voltage stabilization with using a series voltage regulator. In this case, switching the stabilization mode is provided automatically or on command from the Earth.

Известна СЭС и способ ее управления [патент РФ 2636384], содержащая СБ, n АБ и по n зарядных и разрядных устройств, которые управляются в зависимости от освещенности, степени заряженности всех АБ, входного и выходного напряжения СЭС. В способе предусмотрен запрет на работу соответствующего зарядного устройства при достижении максимального уровня заряженности данной АБ и снятие этого запрета при снижении уровня заряженности данной АБ. Аналогично вводится запрет на работу соответствующего разрядного устройства при достижении установленного минимального уровня заряженности данной АБ и его снятие при повышении уровня заряженности данной АБ. Также предусмотрено формирование управляющего сигнала в блок контроля и управления (БКУ) КА для отключения части бортовой аппаратуры при аварийном разряде нескольких АБ до минимального уровня заряженности. При этом связь с БКУ осуществляется по дублированному магистральному последовательному интерфейсу, использующему оконечное устройство с микроконтроллером.Known SES and the method of its control [RF patent 2636384], containing SB, n AB and n chargers and discharge devices, which are controlled depending on the illumination, the degree of charge of all ABs, the input and output voltage of the SES. The method provides for a ban on the operation of the corresponding charger when the maximum level of charge of this AB is reached and the removal of this ban when the level of charge of this AB decreases. Similarly, a ban on the operation of the corresponding discharge device is introduced when the established minimum level of charge of a given AB is reached and it is removed when the level of charge of this AB increases. It also provides for the formation of a control signal to the monitoring and control unit (BCU) of the spacecraft to turn off part of the onboard equipment in the event of an emergency discharge of several batteries to a minimum level of charge. In this case, communication with the BCU is carried out via a duplicated trunk serial interface using a terminal device with a microcontroller.

Известна СЭС КА [патент РФ 2297706] в которой применена секционированная СБ, на входе каждой секции установлен индивидуальный последовательный стабилизатор напряжения с экстремальным регулятором мощности. На входе стабилизатора (на выходе секции СБ) устанавливается напряжение, равное оптимальному напряжению вольт-амперной характеристики секции, а на выходе - стабилизированное напряжение, равное напряжению на нагрузке. Все выходы стабилизаторов подключены к сборной шине нагрузки.Known SES KA [RF patent 2297706] in which a sectioned SB is used, an individual serial voltage regulator with an extreme power regulator is installed at the input of each section. At the input of the stabilizer (at the output of the SB section), a voltage is set equal to the optimal voltage of the current-voltage characteristic of the section, and at the output - a stabilized voltage equal to the voltage at the load. All stabilizer outputs are connected to the load busbar.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является комбинированный источник постоянного тока (номер публикации WO 2008/127137 А1), содержащий единичные вторичные электрохимические источники тока (например, модуль из соединенных параллельно литий-ионных аккумуляторов (ЛИА)) электрически соединенные по последовательной схеме, к каждому из которых с помощью коммутирующего устройства через электронный блок согласования рабочих напряжений подключен первичный источник постоянного тока (например, батарея ФЭП). Блок контроля и управления контролирует напряжение каждого модуля ЛИА и отключает соответствующую батарею ФЭП при заряде модуля ЛИА до заданного уровня напряжения, или отключает комбинированный источник постоянного тока от нагрузки при разряде модуля ЛИА ниже заданного уровня напряжения.Closest to the claimed invention is a combined DC source (publication number WO 2008/127137 A1), containing a single secondary electrochemical current sources (for example, a module of parallel-connected lithium-ion batteries (LIA)) electrically connected in series to each of which, with the help of a switching device, a primary source of direct current (for example, a solar cell battery) is connected through an electronic unit for matching operating voltages. The monitoring and control unit monitors the voltage of each LIB module and turns off the corresponding PV battery when the LIB module is charged to a predetermined voltage level, or disconnects the combined DC source from the load when the LIB module is discharged below a predetermined voltage level.

Недостатком известных СЭС околоземных космических аппаратов является применение сложной электронной аппаратуры для поддержания энергетического баланса и обеспечения их длительного функционирования. Это приводит к повышению вероятности возникновения в ней отказов или единичных сбоев, в том числе полной потере работоспособности СЭС. Одной из основных причин возникновения отказов или сбоев в работе СЭС является использование в аппаратуре управления ее функционированием работающих по сложным алгоритмам микроконтроллеров, чувствительных к различным радиационным воздействиям.A disadvantage of the known SES of near-Earth space vehicles is the use of complex electronic equipment to maintain the energy balance and ensure their long-term operation. This leads to an increase in the likelihood of failures or single failures in it, including the complete loss of operability of the SES. One of the main reasons for the occurrence of failures or malfunctions in the operation of the SES is the use of microcontrollers operating according to complex algorithms that are sensitive to various radiation effects in the control equipment for its operation.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности, отказоустойчивости и радиационной стойкости СЭС КА путем исключения из ее состава микропроцессорных силовых электронных блоков и другой аппаратуры, использующей полупроводниковые элементы с высокой степенью интеграции.The objective of the present invention is to improve the reliability, fault tolerance and radiation resistance of the spacecraft SES by excluding from its composition microprocessor power electronic units and other equipment using semiconductor elements with a high degree of integration.

Указанных технический результат достигается тем, что:The specified technical result is achieved by the fact that:

1. В системе электроснабжения космического аппарата, содержащей аккумуляторную батарею, выполненную из электрически подключенных последовательно n аккумуляторных модулей, состоящих из соединенных параллельно единичных аккумуляторов или пар единичных аккумуляторов; n солнечных батарей, каждая из которых выполнена из нескольких электрически соединенных параллельно солнечных генераторов, состоящих из последовательно соединенных фотоэлектрических преобразователей, и подключена через блок согласования рабочих напряжений к одному из аккумуляторных модулей; коммутирующие устройства;; коммутирующие устройства; блок контроля и управления, контролирующий напряжение каждого аккумуляторного модуля и формирующий управляющие сигналы для коммутирующих устройств; бортовую нагрузку, подключенную к выходу аккумуляторной батареи, блоки согласования рабочих напряжений выполнены в виде блокирующих устройств, установленных на термостатируемой панели совместно с соответствующим аккумуляторным модулем и препятствующих протеканию обратных токов от аккумуляторных модулей в солнечные генераторы; параллельно каждому аккумуляторному модулю через коммутирующее устройство подключен блок защиты аккумуляторного модуля от перезаряда.1. In the power supply system of the spacecraft, containing a battery made of electrically connected in series n battery modules, consisting of single batteries connected in parallel or pairs of single batteries; n solar batteries, each of which is made of several solar generators electrically connected in parallel, consisting of series-connected photovoltaic converters, and connected through a unit for matching operating voltages to one of the battery modules; switching devices; switching devices; a monitoring and control unit that controls the voltage of each battery module and generates control signals for switching devices; the onboard load connected to the battery output, the operating voltage matching blocks are made in the form of blocking devices installed on a temperature-controlled panel together with the corresponding battery module and preventing the flow of reverse currents from the battery modules to solar generators; In parallel with each battery module, a battery module protection unit against overcharging is connected through a switching device.

2. В системе электроснабжения космического аппарата блокирующее устройство выполнено в виде установленных на едином основании электрически соединенных параллельно не менее двух полупроводниковых диодов для обеспечения работоспособности при обрыве в одном из них.2. In the power supply system of the spacecraft, the blocking device is made in the form of at least two semiconductor diodes electrically connected in parallel installed on a single base to ensure operability in the event of a break in one of them.

3. В системе электроснабжения космического аппарата блокирующее устройство выполнено в виде установленных на едином основании электрически соединенных по последовательно-параллельной схеме не менее четырех полупроводниковых диодов, обеспечивающих сохранение работоспособности устройства при любом типе отказа одного из диодов.3. In the power supply system of the spacecraft, the blocking device is made in the form of at least four semiconductor diodes electrically connected in a series-parallel circuit, installed on a single base, ensuring that the device remains operational in any type of failure of one of the diodes.

4. В системе электроснабжения космического аппарата в качестве полупроводниковых диодов используются диоды Шоттки, обладающие по сравнению с другими типами диодов минимальным падением напряжения.4. In the power supply system of the spacecraft, Schottky diodes are used as semiconductor diodes, which have a minimum voltage drop compared to other types of diodes.

5. В системе электроснабжения космического аппарата коммутирующее устройство, подключающее блок защиты аккумуляторного модуля от перезаряда, выполнено в виде в виде обладающего практически неограниченным ресурсом количества переключений электронного ключа.5. In the power supply system of the spacecraft, the switching device that connects the overcharge protection unit of the battery module is made in the form of an electronic key switching number that has a practically unlimited resource.

6. В системе электроснабжения космического аппарата коммутирующее устройство, подключающее блок защиты аккумуляторного модуля от перезаряда, выполнено в виде более простого в схемной реализации электромеханического контактора.6. In the power supply system of the spacecraft, the switching device that connects the overcharge protection unit of the battery module is made in the form of an electromechanical contactor that is simpler in circuit implementation.

7. В системе электроснабжения космического аппарата в качестве блока контроля и управления используется бортовой комплекс управления космического аппарата.7. In the power supply system of the spacecraft, the onboard control complex of the spacecraft is used as a control and management unit.

8. В системе электроснабжения космического аппарата в качестве блока контроля и управления используется аналоговый компаратор с гистерезисом (триггером Шмитта), настроенный на величину максимального зарядного напряжения аккумуляторного модуля.8. In the power supply system of the spacecraft, an analog comparator with hysteresis (Schmitt trigger) is used as a monitoring and control unit, tuned to the value of the maximum charging voltage of the battery module.

9. В системе электроснабжения космического аппарата устройство защиты аккумуляторной батареи от перезаряда выполнено в виде по крайней мере двух электрически соединенных параллельно балластных резисторов, размещенных на внешней поверхности космического аппарата и обеспечивающих сброс избыточно генерируемой мощности путем излучения.9. In the power supply system of the spacecraft, the battery overcharge protection device is made in the form of at least two ballast resistors electrically connected in parallel, placed on the outer surface of the spacecraft and providing a discharge of excess generated power by radiation.

10. В системе электроснабжения космического аппарата балластный резистор выполнен в виде размещенного на теплоизолирующей панели металлического резистивного элемента10. In the power supply system of the spacecraft, the ballast resistor is made in the form of a metal resistive element placed on the heat-insulating panel.

11. В системе электроснабжения космического аппарата аккумуляторная батарея выполнена из литий-ионных аккумуляторов габарита 18650, позволяющих создавать АБ с повышенной надежностью, используя различные электрические конфигурации.11. In the power supply system of the spacecraft, the battery is made of lithium-ion batteries of size 18650, which makes it possible to create batteries with increased reliability using various electrical configurations.

12. В системе электроснабжения космического аппарата аккумуляторная батарея изготовлена в параллельно-последовательной (PS) конфигурации.12. In the power supply system of the spacecraft, the battery is made in a parallel-series (PS) configuration.

13. В системе электроснабжения космического аппарата аккумуляторная батарея изготовлена в последовательно-параллельно-последовательной (SPS) конфигурации.13. In the power supply system of the spacecraft, the battery is made in a series-parallel-series (SPS) configuration.

Пример реализации СЭС КА.An example of the implementation of SES KA.

Структурная электрическая схема системы электроснабжения космического аппарата приведена на фиг. 1.The block diagram of the power supply system of the spacecraft is shown in Fig. one.

Она включает размещенную на термостатированной панели внутри негерметичного корпуса КА аккумуляторную батарею АБ 1, к выводам которой подключена бортовая нагрузка 2. АБ 1 выполнена из электрически подключенных последовательно 3-х аккумуляторных модулей AM 3 (3а, 3б, 3в), состоящих из соединенных параллельно 48-ми единичных аккумуляторов 4 габарита 18650. Вольтамперные характеристики AM 3 при температуре 20°С приведены на фиг. 2. В конце САС КА (5 лет) энергоемкость AM 3 снижается на 50%.It includes a battery AB 1 placed on a temperature-controlled panel inside the non-hermetic housing of the spacecraft, to the terminals of which an onboard load 2 is connected. -mi single batteries 4 size 18650. The current-voltage characteristics of AM 3 at a temperature of 20°C are shown in Fig. 2. At the end of the SAS KA (5 years), the energy intensity of AM 3 is reduced by 50%.

К каждому AM 3 (За, 36, Зв) подключены три солнечные батареи СБ 5 (5а, 5б, 5в), каждая из которых выполнена из 100 электрически соединенных параллельно солнечных генераторов СГ 6, состоящих из двух последовательно соединенных фотоэлектрических преобразователей ФЭП 7. Вольтамперные характеристики СБ 5 в условиях освещенности 1367 Вт/м2 в начале срока активного существования (САС) КА и в конце пятилетнего САС приведены на фиг. 3 и фиг. 4, соответственно.Three solar panels SB 5 (5a, 5b, 5c) are connected to each AM 3 (Za, 36, Sv), each of which is made of 100 solar generators SG 6 electrically connected in parallel, consisting of two photovoltaic converters FEP 7 connected in series. The characteristics of SB 5 under illumination conditions of 1367 W/m2 at the beginning of the spacecraft's active lifetime (SAS) and at the end of a five-year SAS are shown in Fig. 3 and FIG. 4, respectively.

Каждая СБ 5 подключена к соответствующему AM 3 с помощью электрической шины 8 с сопротивлением 1 мОм через размещенное совместно с AM 3 на термостатированной панели блокирующее устройство 9, выполненное в виде установленных на едином основании 10-ти электрически соединенных параллельно полупроводниковых диодов 10 с вольтамперными характеристиками, приведенными на фиг. 5.Each SB 5 is connected to the corresponding AM 3 using an electrical bus 8 with a resistance of 1 mOhm through a blocking device 9 placed together with AM 3 on a temperature-controlled panel, made in the form of 10 electrically connected parallel semiconductor diodes 10 with current-voltage characteristics installed on a single base, shown in FIG. 5.

К каждому AM 3 через электронный ключ 11 подключено устройство защиты от перезаряда 12, выполненное в виде 2-х электрически соединенных параллельно балластных резисторов 13. Балластные резисторы 13 размещаются на внешней поверхности КА и при подключении к AM 3 обеспечивают сброс избыточно генерируемой СБ 5 мощности путем излучения. Подключение/отключение к AM 3 балластных резисторов 13 управляется электрическим сигналом, поступающим на электронный ключ 11 от не входящего в состав СЭС бортового комплекса управления 14.An overcharge protection device 12 is connected to each AM 3 through an electronic key 11, made in the form of 2 ballast resistors 13 electrically connected in parallel. radiation. Connection/disconnection to AM 3 ballast resistors 13 is controlled by an electrical signal supplied to the electronic key 11 from the on-board control complex 14, which is not part of the SES.

Возможен вариант исполнения СЭС КА, в котором для управления электронным ключом 10 используется аналоговый компаратор с гистерезисом (триггер Шмитта), настроенный на величину максимального зарядного напряжения AM 3.A variant of the SES KA version is possible, in which an analog comparator with hysteresis (Schmitt trigger) is used to control the electronic key 10, tuned to the value of the maximum charging voltage AM 3.

Таким образом в системе электроснабжения КА, приведенной на фиг. 1, питание бортовой нагрузки 2 на всех участках орбиты КА обеспечивается АБ 1, а СБ 5 в СЭС на освещенном участке орбиты выполняют роль подзарядных устройств для соответствующих AM 3. При этом на теневом участке орбиты КА блокирующие устройства 9 исключают разряд AM 3 через подключенные к ним цепи СБ 5. При нештатных режимах работы КА, связанных с долговременным энергопотреблением бортовой аппаратуры на минимальном уровне, на освещенном участке орбиты обеспечивается защита AM 3 от перезаряда путем подключения к ним балластных резисторов 13.Thus, in the spacecraft power supply system shown in Fig. 1, the onboard load 2 is powered in all segments of the SC orbit by AB 1, and the SB 5 in the SES in the illuminated segment of the orbit act as recharging devices for the corresponding AM 3. SB circuit 5. In emergency modes of operation of the spacecraft associated with long-term power consumption of onboard equipment at a minimum level, AM 3 is protected from overcharging in the illuminated part of the orbit by connecting ballast resistors 13 to them.

В качестве примера, демонстрирующего работоспособность предложенного технического решения построения СЭС, для штатной циклограммы энергонагруженного режима работы бортовой аппаратуры КА, приведенной на фиг. 6., представлены полученные расчетным путем графики изменения напряжения и глубины разряда AM 3 в АБ 1 в течение 24 часов полета КА в начале и конце САС КА: фиг. 7 и фиг. 8 соответственно. Для демонстрации автоматической балансировки напряжений AM 3 в АБ 1, в расчетах начальная глубина разряда AM 3а, 3б, 3в установлена 0%, 10% и 20%, соответственно.As an example demonstrating the operability of the proposed technical solution for constructing a solar power plant, for a standard cyclogram of the energy-loaded operation mode of the onboard equipment of the spacecraft, shown in Fig. 6., graphs obtained by calculation of the change in voltage and depth of discharge AM 3 in AB 1 during 24 hours of the flight of the spacecraft at the beginning and end of the ACS of the spacecraft are presented: Fig. 7 and FIG. 8 respectively. To demonstrate the automatic voltage balancing of AM 3 in AB 1, in the calculations, the initial depth of discharge of AM 3a, 3b, 3c is set to 0%, 10% and 20%, respectively.

Проведенный анализ графиков показывает, что при указанных выше электрических характеристиках составных частей СЭС КА, не содержащих в своем составе работающих под управлением микроконтроллеров силовых электронных блоков и другой аппаратуры, использующей полупроводниковые элементы с высокой степенью интеграции, и энергопотреблении бортовой аппаратуры согласно фиг. 6, в начале САС КА предложенная схема построения СЭС КА обеспечивает стабильное поддержание суточного энергетического баланса при исходно полностью заряженной АБ 4 - при максимальном зарядном напряжении порядка 12,1 В, что соответствует нулевой глубине ее разряда.The analysis of the graphs shows that with the above electrical characteristics of the components of the SES of the spacecraft, which do not contain power electronic units operating under the control of microcontrollers and other equipment using semiconductor elements with a high degree of integration, and the power consumption of the onboard equipment according to Fig. 6, at the beginning of the SAS SC, the proposed scheme for constructing the SES SC ensures stable maintenance of the daily energy balance with the initially fully charged battery 4 - at a maximum charging voltage of about 12.1 V, which corresponds to the zero depth of its discharge.

В конце САС КА из-за деградации электрических характеристик СБ 5 и АБ 1 стабильное поддержание суточного энергетического баланса достигается при меньших напряжениях АБ 4 - порядка 11,4 В в конце заряда, что соответствует 20% глубине разряда.At the end of the SAS SC due to the degradation of the electrical characteristics of SB 5 and AB 1, stable maintenance of the daily energy balance is achieved at lower voltages of AB 4 - about 11.4 V at the end of the charge, which corresponds to 20% of the discharge depth.

При длительном снижении энергопотребления бортовой аппаратуры до минимума (дежурный режим полета с мощностью потребления 300 Вт) во избежание опасного перезаряда AM 3 (выше 4,2 В, что соответствует глубине разряда минус 20%) по команде бортового комплекса управления 14 с помощью электронного ключа 11 параллельно AM 3 подключается устройство защиты от перезаряда 12 и максимальное зарядное напряжение АБ 4 ограничивается на уровне 4,1 В (фиг. 9).With a long-term decrease in the power consumption of onboard equipment to a minimum (standby flight mode with a power consumption of 300 W) in order to avoid dangerous overcharging of AM 3 (above 4.2 V, which corresponds to a depth of discharge minus 20%) at the command of the onboard control complex 14 using the electronic key 11 an overcharge protection device 12 is connected in parallel to AM 3 and the maximum charging voltage of battery 4 is limited to 4.1 V (Fig. 9).

Все перечисленные в описании признаки непосредственно влияют на достижение указанного технического результата посредством предложенной схемы построения системы электроснабжения. Подключение бортовой нагрузки непосредственно к аккумуляторной батарее, а солнечной батареи к ней через электрическую шину и блокирующее устройство, установленное на термостатируемой панели совместно с аккумуляторной батареей, а также параллельное подключение к аккумуляторной батарее через ключевой элемент устройства защиты аккумуляторной батареи от перезаряда, является существенным признаком с альтернативными элементами, направленными на достижение технического результата полезной модели: повышение надежности, радиационной стойкости и отказоустойчивости системы электроснабжения космического аппарата.All the features listed in the description directly affect the achievement of the specified technical result through the proposed scheme for constructing the power supply system. Connecting the on-board load directly to the battery, and the solar battery to it through an electrical bus and a blocking device installed on a temperature-controlled panel together with the battery, as well as parallel connection to the battery through a key element of the battery overcharge protection device, is an essential feature of alternative elements aimed at achieving the technical result of the utility model: increasing the reliability, radiation resistance and fault tolerance of the spacecraft power supply system.

Claims (13)

1. Система электроснабжения космического аппарата, содержащая аккумуляторную батарею, выполненную из электрически подключенных последовательно n аккумуляторных модулей, состоящих из соединенных параллельно единичных аккумуляторов или пар единичных аккумуляторов; n солнечных батарей, каждая из которых выполнена из нескольких электрически соединенных параллельно солнечных генераторов, состоящих из последовательно соединенных фотоэлектрических преобразователей, и подключена через блок согласования рабочих напряжений к одному из аккумуляторных модулей; коммутирующие устройства; блок контроля и управления, контролирующий напряжение каждого аккумуляторного модуля и формирующий управляющие сигналы для коммутирующих устройств; бортовую нагрузку, подключенную к выходу аккумуляторной батареи, отличающаяся тем, что блоки согласования рабочих напряжений выполнены в виде блокирующих устройств, установленных на термостатируемой панели совместно с соответствующим аккумуляторным модулем и препятствующих протеканию обратных токов от аккумуляторных модулей в солнечные батареи; параллельно каждому аккумуляторному модулю через коммутирующее устройство подключен блок защиты аккумуляторного модуля от перезаряда.1. The power supply system of the spacecraft, containing a battery made of electrically connected in series n battery modules consisting of single batteries connected in parallel or pairs of single batteries; n solar batteries, each of which is made of several solar generators electrically connected in parallel, consisting of series-connected photovoltaic converters, and connected through a unit for matching operating voltages to one of the battery modules; switching devices; a monitoring and control unit that controls the voltage of each battery module and generates control signals for switching devices; an on-board load connected to the battery output, characterized in that the operating voltage matching blocks are made in the form of blocking devices installed on a temperature-controlled panel together with the corresponding battery module and preventing the flow of reverse currents from the battery modules to the solar panels; In parallel with each battery module, a battery module protection unit against overcharging is connected through a switching device. 2. Система электроснабжения космического аппарата по п. 1, отличающаяся тем, что блокирующее устройство выполнено в виде установленных на едином основании электрически соединенных параллельно не менее двух полупроводниковых диодов.2. The spacecraft power supply system according to claim 1, characterized in that the blocking device is made in the form of at least two semiconductor diodes electrically connected in parallel installed on a single base. 3. Система электроснабжения космического аппарата по п. 1, отличающаяся тем, что блокирующее устройство выполнено в виде установленных на едином основании электрически соединенных по последовательно-параллельной схеме не менее четырех полупроводниковых диодов.3. The spacecraft power supply system according to claim 1, characterized in that the blocking device is made in the form of at least four semiconductor diodes electrically connected in series-parallel circuit installed on a single base. 4. Система электроснабжения космического аппарата по любому из пп. 2 и 3, отличающаяся тем, что в качестве полупроводниковых диодов используются диоды Шоттки.4. The power supply system of the spacecraft according to any one of paragraphs. 2 and 3, characterized in that Schottky diodes are used as semiconductor diodes. 5. Система электроснабжения космического аппарата по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что коммутирующее устройство, подключающее блок защиты аккумуляторного модуля от перезаряда, выполнено в виде электронного ключа.5. The power supply system of the spacecraft according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the switching device connecting the battery module protection unit against overcharging is made in the form of an electronic key. 6. Система электроснабжения космического аппарата по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что коммутирующее устройство, подключающее блок защиты аккумуляторного модуля от перезаряда, выполнено в виде электромеханического контактора.6. The power supply system of the spacecraft according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the switching device that connects the overcharge protection unit of the battery module is made in the form of an electromechanical contactor. 7. Система электроснабжения космического аппарата по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что в качестве блока контроля и управления используется бортовой комплекс управления космического аппарата.7. The power supply system of the spacecraft according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the onboard control complex of the spacecraft is used as a monitoring and control unit. 8. Система электроснабжения космического аппарата по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что в качестве блока контроля и управления используется аналоговый компаратор с гистерезисом, а именно триггером Шмитта, настроенный на величину максимального зарядного напряжения аккумуляторного модуля.8. The power supply system of the spacecraft according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that an analog comparator with hysteresis is used as a monitoring and control unit, namely a Schmitt trigger, tuned to the value of the maximum charging voltage of the battery module. 9. Система электроснабжения космического аппарата по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что устройство защиты аккумуляторной батареи от перезаряда выполнено в виде по крайней мере двух электрически соединенных параллельно балластных резисторов, размещенных на внешней поверхности космического аппарата и обеспечивающих сброс избыточно генерируемой мощности путем излучения.9. The power supply system of the spacecraft according to any one of paragraphs. 1-8, characterized in that the battery overcharge protection device is made in the form of at least two ballast resistors electrically connected in parallel, placed on the outer surface of the spacecraft and providing a discharge of excess generated power by radiation. 10. Система электроснабжения космического аппарата по п. 9, отличающаяся тем, что балластный резистор выполнен в виде размещенного на теплоизолирующей панели металлического резистивного элемента.10. The spacecraft power supply system according to claim 9, characterized in that the ballast resistor is made in the form of a metal resistive element placed on a heat-insulating panel. 11. Система электроснабжения космического аппарата по любому из пп. 1-10, отличающаяся тем, что аккумуляторная батарея выполнена из литий-ионных аккумуляторов габарита 18650.11. The power supply system of the spacecraft according to any one of paragraphs. 1-10, characterized in that the battery is made of lithium-ion batteries of size 18650. 12. Система электроснабжения космического аппарата по п. 11, отличающаяся тем, что аккумуляторная батарея изготовлена в параллельно-последовательной конфигурации.12. The power supply system of the spacecraft according to claim 11, characterized in that the battery is made in a parallel-series configuration. 13. Система электроснабжения космического аппарата по п. 11, отличающаяся тем, что аккумуляторная батарея изготовлена в последовательно-параллельно-последовательной конфигурации.13. The power supply system of the spacecraft according to claim 11, characterized in that the battery is made in a series-parallel-series configuration.
RU2021130260A 2021-10-18 Spacecraft power supply system RU2778262C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2778262C1 true RU2778262C1 (en) 2022-08-17

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5594325A (en) * 1995-08-10 1997-01-14 David B. Manner Spacecraft power system architecture to mitigate spacecraft charging effects
RU2396666C1 (en) * 2009-06-29 2010-08-10 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Electric power supply system of space vehicle
US9862502B2 (en) * 2013-10-25 2018-01-09 Korea Aerospace Research Institute Electric power supply system having active power control device
RU2724111C1 (en) * 2019-08-27 2020-06-22 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" Spacecraft power supply system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5594325A (en) * 1995-08-10 1997-01-14 David B. Manner Spacecraft power system architecture to mitigate spacecraft charging effects
RU2396666C1 (en) * 2009-06-29 2010-08-10 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Electric power supply system of space vehicle
US9862502B2 (en) * 2013-10-25 2018-01-09 Korea Aerospace Research Institute Electric power supply system having active power control device
RU2724111C1 (en) * 2019-08-27 2020-06-22 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" Spacecraft power supply system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101097261B1 (en) Energy storage system and controlling method thereof
KR101631065B1 (en) Battery system and method for connecting battery
KR102028923B1 (en) Apparatus and method for battery balancing
US20130187466A1 (en) Power management system
EP3439132B1 (en) Power supply system, control system and power control method for power supply system
US20130169064A1 (en) Energy storage system and controlling method of the same
US10454286B2 (en) Conversion circuit device for uninterruptible power supply (UPS) systems
CN110098608A (en) Transforming plant distributed DC power system
RU2535301C2 (en) Method to control autonomous system of spacecraft power supply
RU2488198C1 (en) Stabilised combined power supply source
RU2585171C1 (en) Method for operating nickel-hydrogen batteries of modular power supply system (versions)
RU2778262C1 (en) Spacecraft power supply system
RU2621694C2 (en) Method for operating nickel-hydrogen accumulator batteries of aircraft electric power system
RU2470440C2 (en) Method to control autonomous system of spacecraft power supply
RU2476972C2 (en) Method of feeding of load by direct current in autonomous electric power supply system of man-made sattelite
CN209434878U (en) Substation Distributed DC Power System
RU2541512C2 (en) Method to control autonomous system of spacecraft power supply
RU211054U1 (en) SPACE VEHICLE POWER SUPPLY SYSTEM
CN216489879U (en) Satellite energy device capable of being flexibly expanded
RU173905U1 (en) COMPLEX OF AUTOMATION AND STABILIZATION OF POWER SUPPLY OF SPACE VEHICLE
CN113193646B (en) Power supply device, method and system
KR20200088524A (en) Grid participation type electric vehicle charging system with integrated connector
RU2724111C1 (en) Spacecraft power supply system
RU118134U1 (en) ELECTRICITY CONTROLLER FOR HYBRID ELECTRICITY SYSTEM
CN111342548A (en) Auxiliary power supply device for improving usability of storage battery pack