RU2411618C1 - Method for operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous system of power supply of artificial earth satellite - Google Patents
Method for operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous system of power supply of artificial earth satellite Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411618C1 RU2411618C1 RU2009144296/07A RU2009144296A RU2411618C1 RU 2411618 C1 RU2411618 C1 RU 2411618C1 RU 2009144296/07 A RU2009144296/07 A RU 2009144296/07A RU 2009144296 A RU2009144296 A RU 2009144296A RU 2411618 C1 RU2411618 C1 RU 2411618C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- battery
- charge
- batteries
- lithium
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей автономных систем электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ).The claimed invention relates to the electrical industry and can be used in the development and operation of lithium-ion batteries autonomous power systems of the artificial Earth satellite (AES).
Известны литий-ионные аккумуляторные батареи и способы их эксплуатации, заключающиеся в проведении заряд-разрядных циклов и контроле напряжения аккумуляторов и описанные в книге Д.А.Хрусталев, Аккумуляторы, М.: Изумруд, 2003 г., глава 4. В данной работе отмечается очень низкое внутреннее сопротивление аккумуляторов и возможность управления процессами заряда-разряда только по текущим значениям напряжений аккумуляторов. При этом отмечается, что перезаряд и переразряд аккумуляторов категорически недопустим, и в аккумуляторных батареях должны быть предусмотрены средства защиты. Однако известная информация касается в основном наземного применения литий-ионных аккумуляторных батарей в мобильных телефонах и компьютерной технике и не решает вопросов надежной эксплуатации в течение длительного ресурса в составе ИСЗ.Known lithium-ion batteries and methods of their operation, consisting in conducting charge-discharge cycles and monitoring the voltage of the batteries and described in the book D.A. Khrustalev, Batteries, M .: Emerald, 2003, chapter 4. This paper notes very low internal resistance of the batteries and the ability to control charge-discharge processes only according to the current values of the voltage of the batteries. It is noted that overcharging and overdischarging of batteries is categorically unacceptable, and protective equipment should be provided in batteries. However, the known information relates mainly to the ground-based use of lithium-ion batteries in mobile phones and computer equipment and does not solve the issues of reliable operation over a long life in the satellite.
Известен способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи, заключающийся в проведении заряд-разрядных циклов, контроле 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).A known method of operating a lithium-ion battery is to conduct charge-discharge cycles, control the voltage of the batteries and carry out the balancing of the batteries in voltage during operation by sub-discharging the batteries into resistors until the voltage reaches the voltage value of the most discharged (least charged) battery (“Battery 6LI-25, ZhTsPI.563561.002 Substation ”, developed and manufactured by the company Saturn OJSC, Krasnodar).
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.In the well-known lithium-ion rechargeable battery 6LI-25, according to ZhTsPI.563561.002 PS, the voltage of the batteries is periodically monitored and, if the difference in the cell-by-cell voltages of the most charged and least charged batteries exceeds 25 mV, the batteries are aligned by capacity by discharging more charged batteries to balancing resistors to reduce the difference in battery voltage not more than 10 mV.
Недостатком известного способа выравнивания аккумуляторов по емкости, реализованного известной аккумуляторной батареей, является то, что процесс выравнивания может быть достаточно длительным, что ограничивает функциональные возможности ИСЗ.A disadvantage of the known method of aligning the batteries by capacity, implemented by the known battery, is that the alignment process can be quite long, which limits the functionality of the satellite.
Кроме того, приведение емкости всех аккумуляторов к емкости наименее заряженного аккумулятора (а не наоборот) представляется неэффективным, так как на момент достижения выравнивания аккумуляторов батарея имеет емкость меньше ее потенциальных возможностей.In addition, bringing the capacity of all batteries to the capacity of the least charged battery (and not vice versa) seems inefficient, since at the time of alignment of the batteries the battery has a capacity less than its potential.
Наиболее близким техническим решением является способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи путем проведения зарядно-разрядных циклов, поэлементного контроля напряжения аккумуляторов с помощью блоков контроля заряда, спроектированных и изготовленных в Исследовательском центре Гленн NASA, которые шунтируют избыточный ток, когда аккумулятор достигает требуемого напряжения конца заряда (см.The closest technical solution is a method of operating a lithium-ion battery by conducting charge-discharge cycles, element-by-element control of battery voltage using charge control units designed and manufactured at NASA's Glenn Research Center, which bypass the excess current when the battery reaches the required end-of-charge voltage (cm.
NASA/TM-2005-213995, предварительные результаты проведенных NASA проверочных испытаний литий-ионного аккумулятора для космического применения, Барбара Маккисок, Мишель А. Манзо, Томас Б. Миллер и Конча М. Рейд Исследовательский центр Гленн, Кливленд, шт.Огайо, Уилльям Р. Беннет и Рассел Гемейнер, Компания QSS Group, Inc., Кливленд, шт.Огайо, раздел II Описание испытаний, подраздел E. Ресурсные испытания).NASA / TM-2005-213995, Preliminary NASA Test Results for a Lithium-Ion Battery for Space Applications, Barbara Mackysock, Michelle A. Manzo, Thomas B. Miller, and Concha M. Reid Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, William R. Bennet and Russell Gemainer, QSS Group, Inc., Cleveland, Ohio, Section II Test Description, Subpart E. Resource Tests).
Этот способ принят за прототип заявляемому техническому решению.This method is adopted as a prototype of the claimed technical solution.
Известный способ устраняет указанные выше недостатки, однако для его реализации необходимы шунтирующие устройства на каждом аккумуляторе, рассчитанные на полный зарядный ток, что снижает удельные энергетические характеристики аккумуляторной батареи, а необходимость коммутации шунтирующих устройств снижает ее надежность.The known method eliminates the above disadvantages, however, its implementation requires shunt devices on each battery, designed for a full charging current, which reduces the specific energy characteristics of the battery, and the need for switching shunt devices reduces its reliability.
Задачей заявляемого изобретения является повышение удельных энергетических характеристик и надежности эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания ИСЗ.The task of the invention is to increase the specific energy characteristics and reliability of operation of a lithium-ion battery in an autonomous satellite power supply system.
Поставленная задача решается тем, что при 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, подключения к оставшимся аккумуляторам индивидуальных разрядных резисторов, с последующим отключением соответствующих резисторов при достижении напряжения на соответствующих аккумуляторах уровня напряжения первоначально выбранного аккумулятора, балансировку аккумуляторов по напряжению проводят в процессе заряда (подзаряда) аккумуляторной батареи, при этом сравнение напряжения каждого балансируемого аккумулятора с напряжением первоначально выбранного аккумулятора проводят по текущему значению последнего. Кроме того, отключение индивидуальных разрядных резисторов дополнительно проводят при отключении заряда (подзаряда), а сопротивление индивидуальных разрядных резисторов выбирают по формулеThe problem is solved in that when carrying out charges, storing in a charged state, recharging, if necessary, discharging, monitoring the voltage of the batteries and periodically balancing the batteries by voltage by selecting the battery with the lowest voltage, connecting individual discharge resistors to the remaining batteries, and then disconnecting the corresponding resistors when the voltage on the respective batteries reaches the voltage level of the originally selected battery, balance RDCCH battery voltage is carried out during charging (charging) of the battery, wherein the comparison voltage of each battery to be balanced with the voltage of the selected battery initially carried out on the current of the latter. In addition, the disconnection of individual discharge resistors is additionally carried out when the charge (charge) is turned off, and the resistance of the individual discharge resistors is selected by the formula
R<Uакк.ср./ΔIут·k, гдеR <Uacc.avg./ ΔIout · k, where
R - величина сопротивления каждого индивидуального разрядного резистора, Ом;R is the resistance value of each individual discharge resistor, Ohm;
Uакк.ср. - среднее рабочее напряжение аккумулятора, B;Upt. - average operating voltage of the battery, B;
ΔIут - максимальная разница в токах утечки аккумуляторов, A;ΔIout - maximum difference in battery leakage currents, A;
k - коэффициент, учитывающий соотношение длительности процесса заряда (подзаряда) и длительности всего цикла от окончания предшествующего заряда (подзаряда) до окончания очередного заряда (подзаряда), рассчитанный по формулеk - coefficient taking into account the ratio of the duration of the charge (recharge) process and the duration of the entire cycle from the end of the previous charge (recharge) to the end of the next charge (recharge), calculated by the formula
k=Тц/Тз, гдеk = Tc / Tz, where
Тц - максимальная длительность всего цикла от окончания предшествующего заряда (подзаряда) до окончания очередного заряда (подзаряда);TC - the maximum duration of the entire cycle from the end of the previous charge (recharge) to the end of the next charge (recharge);
Тз - минимальная длительность процесса заряда (подзаряда).Tz is the minimum duration of the charge (recharge) process.
Как отмечалось выше, литий-ионные аккумуляторы имеют очень низкое внутреннее сопротивление. При этом разница между зарядным и разрядным напряжениями аккумулятора (а также напряжением разомкнутой цепи - режим хранения) в конкретной точке заряженности аккумулятора несущественна. Поэтому балансировка аккумуляторов по напряжению (а по сути, это балансировка аккумуляторов по емкости), по отношению к самой аккумуляторной батарее, может проводиться в любом из перечисленных режимов. Однако при работе аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания, в процессе ее разряда более высокое напряжение (суммарное напряжение всех последовательно соединенных аккумуляторов) способствует снижению разрядного тока для обеспечения определенной мощности нагрузки, поэтому проводить балансировку аккумуляторов по напряжению в режиме разряда аккумуляторной батареи неэффективно. Балансировка аккумуляторов по напряжению в режиме хранения в заряженном состоянии также снижает мощностные возможности аккумуляторной батареи и требует последующего, после окончания балансировки, дозаряда аккумуляторной батареи для достижения максимальных возможностей.As noted above, lithium-ion batteries have very low internal resistance. In this case, the difference between the charging and discharging voltages of the battery (as well as the open circuit voltage - storage mode) at a specific charging point of the battery is not significant. Therefore, balancing the batteries by voltage (and in fact, balancing the batteries by capacity), in relation to the battery itself, can be carried out in any of the above modes. However, when the battery is operating in an autonomous power supply system, during its discharge, a higher voltage (the total voltage of all series-connected batteries) helps to reduce the discharge current to provide a certain load power; therefore, balancing the batteries by voltage in the battery discharge mode is inefficient. Balancing the batteries by voltage in the storage mode in the charged state also reduces the capacity of the battery and requires a subsequent, after balancing, recharging the battery to achieve maximum capabilities.
Балансировка аккумуляторов по напряжению в процессе заряда аккумуляторной батареи не меняет ее электрохимических процессов и без каких-либо косвенных потерь обеспечивает достижение поставленной цели в процессе проведения необходимой операции по восстановлению потерянной емкости.Balancing the batteries by voltage during the process of charging the battery does not change its electrochemical processes and without any indirect losses ensures the achievement of the goal in the process of conducting the necessary operations to restore the lost capacity.
Для обеспечения проведения балансировки только в режиме заряда аккумуляторной батареи необходимо по окончании заряда формировать сигнал на отключение всех балансировочных резисторов, на случай если балансировка каких-либо аккумуляторов в процессе проведения данного заряда не была завершена.To ensure balancing only in the charge mode of the battery, it is necessary at the end of the charge to generate a signal to turn off all balancing resistors, in case the balancing of any batteries during this charge was not completed.
Для обеспечения эффективной балансировки аккумуляторов по напряжению в процессе проведения заряда (подзаряда) аккумуляторной батареи важное значение имеет выбор величины сопротивления балансировочных резисторов.To ensure effective balancing of the batteries by voltage during the charge (recharge) of the battery, the choice of the resistance value of the balancing resistors is important.
В заявляемом изобретении расчет сопротивления балансировочных резисторов предлагается проводить исходя из известности следующих данных:In the claimed invention, the calculation of the resistance of the balancing resistors is proposed to be based on the popularity of the following data:
- Среднее рабочее напряжение аккумулятора - Uакк.ср., B.- The average operating voltage of the battery - Ucc.cr., B.
Однако при работе аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания, в процессе ее разряда более высокое напряжение (суммарное напряжение всех последовательно соединенных аккумуляторов) способствует снижению разрядного тока для обеспечения определенной мощности нагрузки, поэтому проводить балансировку аккумуляторов по напряжению в режиме разряда аккумуляторной батареи неэффективно.However, when the battery is operating in an autonomous power supply system, during its discharge, a higher voltage (the total voltage of all series-connected batteries) helps to reduce the discharge current to provide a certain load power; therefore, balancing the batteries by voltage in the battery discharge mode is inefficient.
- Максимальная разница в токах утечки аккумуляторов (включая утечки на внешние контрольные цепи) - ΔIут, A.- The maximum difference in battery leakage currents (including leakage to external control circuits) is ΔIout, A.
- Максимальная длительность цикла от начала предшествующего заряда (подзаряда) до окончания очередного заряда (подзаряда) - Тц, час.- The maximum duration of the cycle from the beginning of the previous charge (recharge) to the end of the next charge (recharge) - TC, hour.
- Минимальная длительность процесса заряда (подзаряда) - Тз, час.- The minimum duration of the charge process (recharge) - Tz, hour.
Рассчитав емкость возможного максимального разбаланса аккумуляторов по емкости в течение одного цикла (ΔIут·Тц), A·час, и разделив на минимальную длительность заряда (подзаряда) (Тз), час, получаем ток необходимого принудительного разряда для устранения возникшего разбаланса. Зная среднее разрядное напряжение аккумулятора, рассчитываем величину необходимого сопротивления индивидуального разрядного резистора, в итоге: R<Uакк.ср./ΔIут·k, Ом.Having calculated the capacity of the possible maximum unbalance of the batteries in terms of capacity for one cycle (ΔIout · Тц), A · hour, and dividing by the minimum charge (recharge) time (Тз), an hour, we obtain the current of the necessary forced discharge to eliminate the unbalance that has arisen. Knowing the average discharge voltage of the battery, we calculate the value of the required resistance of an individual discharge resistor, as a result: R <Uacc.avg./ ΔIut · k, Ohm.
Рассчитаем реальное значение величины сопротивления индивидуального разрядного резистора для некоторого абстрактного случая:We calculate the real value of the resistance value of an individual discharge resistor for some abstract case:
Uакк.ср. = 3,6 B (используется в расчетах отечественных и зарубежных литий-ионных аккумуляторных батарей);Upt. = 3.6 V (used in the calculations of domestic and foreign lithium-ion batteries);
ΔIут = 4 мА (ограничение на этапе изготовление аккумуляторов);ΔIout = 4 mA (limitation at the stage of manufacture of batteries);
Тц - 28 час (для геостационарной орбиты при наличии «теневых» участков составит 24 часа);TC - 28 hours (for a geostationary orbit in the presence of "shadow" sections will be 24 hours);
Тз - 4 часа (зависит от величины тока заряда).Tz - 4 hours (depending on the magnitude of the charge current).
Для приведенного случая величина сопротивления индивидуального резистора составитFor this case, the resistance value of an individual resistor will be
R=Uакк.ср./ΔIут·k=3,6/0,004·(24/4)=150 Ом, при этом мощность, выделяемая на этом резисторе в процессе балансировки аккумуляторов по напряжению, составитR = Uacc.avg./ ΔIout · k = 3.6 / 0.004 · (24/4) = 150 Ohms, while the power released on this resistor in the process of balancing the batteries by voltage will be
P=I2·R=0,0242·150=0,0864 Вт.P = I 2 · R = 0.024 2 · 150 = 0.0864 W.
150 Ом, при мощности менее 0,1 Вт - это достаточно малые вес и габариты, как самого резистора, так и его коммутационного реле, что не ухудшит сколько-нибудь существенно удельные энергетические характеристики аккумуляторной батареи.150 Ohm, with a power of less than 0.1 W, this is a fairly small weight and dimensions, both of the resistor itself and its switching relay, which will not worsen any significantly specific energy characteristics of the battery.
Рассчитанная величина сопротивления находится на грани рекомендуемой заявляемым изобретением величины, выбранное значение сопротивление должно быть меньше полученного при данном расчете.The calculated resistance value is on the verge of the value recommended by the claimed invention, the selected resistance value should be less than that obtained in this calculation.
Однако существенное снижение сопротивления разрядного резистора ведет к повышению мощности как резистора, так и коммутационных элементов - реле.However, a significant decrease in the resistance of the discharge resistor leads to an increase in the power of both the resistor and the switching elements - the relay.
Например, выберем величину сопротивления резистора, равным 10 Ом. В этом случае, в рамках приведенного «примера», ток балансировки будет равен: 3,6/10=0,36 A, а мощность резистора: 0,362·10=1,3 Вт. Это заметно ухудшит массо-габаритные характеристики балансирующей системы аккумуляторной батареи и отрицательно скажется на ее удельные энергетические характеристики. Кроме того, повысится тепловыделение при проведении балансировки аккумуляторов, что чаще всего нежелательно.For example, choose a resistor value of 10 ohms. In this case, within the framework of the given “example”, the balancing current will be: 3.6 / 10 = 0.36 A, and the resistor power: 0.36 2 · 10 = 1.3 W. This will noticeably worsen the mass-dimensional characteristics of the balancing system of the battery and adversely affect its specific energy characteristics. In addition, heat will increase during balancing of batteries, which is most often undesirable.
Заявляемое изобретение определяет диапазон величины сопротивления, но оставляет за разработчиком системы электропитания КА право выбора конкретной его величины в рамках поставленных перед ним задач и имеющихся у него технических возможностей.The claimed invention determines the range of resistance values, but leaves the developer of the spacecraft power system with the right to choose its specific value in the framework of the tasks assigned to it and its technical capabilities.
На чертеже, фиг.1, приведена упрощенная функциональная схема автономной системы электропитания ИСЗ, поясняющая работу по предлагаемому способу.In the drawing, FIG. 1, a simplified functional diagram of an autonomous satellite power supply system is illustrated, explaining the work of the proposed method.
Устройство 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.The device contains a solar battery 1 connected to the load 2 through a voltage converter 3, a battery 4 connected via a charging converter 5 to the solar battery 1, and through a discharge converter 6 to the input of the output filter of the voltage converter 3.
При этом нагрузка 2 в своем составе содержит бортовую ЭВМ, систему телеметрии и командно-измерительную радиолинию.At the same time, load 2 in its composition contains an on-board computer, a telemetry system and a command-measuring radio line.
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).In parallel with the battery 4, a battery monitoring device 7 (in particular, battery voltage) of the battery is connected, connected to the input with the battery 4, and the output with a load of 2 (with the on-board computer).
В цепи заряда-разряда аккумуляторной батареи установлен измерительный шунт 8.A measuring shunt 8 is installed in the charge-discharge circuit of the battery.
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.The battery consists of series-connected batteries 4-1, in parallel with which balancing resistors 4-2 are connected through the closing contacts 4-3 of the relay in the relay block 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.The charging converter 5 consists of a control key 9, controlled by a control circuit 10, a boost assembly made on a transformer 15, transistors 16 and a rectifier on diodes 17.
Разрядный преобразователь 6 состоит из регулирующего ключа 11, управляемого схемой управления 12.Bit Converter 6 consists of a control key 11, controlled by a control circuit 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.The voltage converter 3 consists of a control key 13, controlled by a control circuit 14, an input filter - a capacitor 18 and an output filter on a diode 19, an inductor 20 and a capacitor 21.
Схемы управления 10, 12, 14, зарядного преобразователя 5, разрядного преобразователя 6, и 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.The control circuits 10, 12, 14, the charge converter 5, the discharge converter 6, and the voltage converter 3, are made in the form of pulse-width modulators, the input connected to the stabilized voltage buses. The control circuit 10 of the charging Converter 5 is additionally connected with the measuring shunt 8 and the load 2, as feedbacks on the magnitude of the charging current and load voltage, respectively.
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 штатных теневых участков орбиты или на случай потери ориентации солнечной батареи ИСЗ на Солнце.The device operates as follows. During operation, the battery 4 operates mainly in the storage mode and periodic recharges from the solar battery 1 through the charging converter 5. This mode of operation allows you to keep it in constant readiness for the passage of regular shadow areas of the orbit or in case of loss of orientation of the solar satellite satellite in the sun.
Питание нагрузки 2 осуществляется при этом от солнечной батареи 1 через преобразователь напряжения 3.Power supply load 2 is provided from the solar battery 1 through the voltage Converter 3.
При прохождении теневых участков орбиты, либо при нарушении ориентации нагрузка 2 питается от аккумуляторной батареи 4 через разрядный преобразователь 6.When passing shadow portions of the orbit, or in violation of the orientation, the load 2 is powered by the battery 4 through the discharge converter 6.
Устройство контроля аккумуляторов 7 контролирует напряжение аккумуляторов и передает информацию об их состоянии в нагрузку 2, в которой реализуются следующие технологические операции:The battery monitoring device 7 monitors the voltage of the batteries and transmits information about their condition to load 2, in which the following technological operations are implemented:
1. Обрабатываются данные по текущему значению напряжения аккумуляторов, оценивается текущая емкость аккумуляторов и разница в текущей емкости аккумуляторов.1. Data on the current value of the battery voltage is processed, the current battery capacity and the difference in the current battery capacity are estimated.
2. При снижении текущей емкости (напряжения) аккумуляторов до определенного, выбранного на этапе проектирования системы электропитания, значения, разблокируется заряд (подзаряд) аккумуляторной батареи и, при наличии избыточной мощности солнечной батареи 1, включается заряд аккумуляторной батареи 4, при этом факт включения заряда фиксируется бортовой ЭВМ по появлению тока заряда - сигнал с шунта 8. В случае достижения разницы в текущей емкости аккумуляторов 4-1 существенного значения, так же выбранного на этапе проектирования системы электропитания, запускается процесс балансировки аккумуляторов по напряжению. К аккумуляторам 4-1 подключаются индивидуальные разрядные резисторы 4-2 (соответствующие контакты 4-3 замыкаются), за исключением аккумулятора имеющего самое низкое напряжение (самого разряженного аккумулятора) и аккумуляторов имеющих превышение этого напряжения в пределах установленного допуска. После достижения напряжения балансируемых аккумуляторов текущего значения напряжения самого разряженного аккумулятора, соответствующий индивидуальный разрядный резистор 4-2 отключается посредством размыкания соответствующего контакта 4-3 реле блока реле 4-4. Управление блоком реле 4-4 реализуется, по программе в бортовой ЭВМ, через устройство контроля аккумуляторов 7.2. When the current capacity (voltage) of the batteries decreases to a certain value selected at the design stage of the power supply system, the charge (recharge) of the battery is unlocked and, in the presence of excess power of the solar battery 1, the charge of the battery 4 is turned on, while the fact that the charge is turned on the on-board computer is detected by the appearance of the charge current - a signal from shunt 8. If the difference in the current battery capacity of 4-1 is reached, a significant value also selected at the design stage of the system power supply, starts the process of balancing the battery voltage. Individual discharge resistors 4-2 are connected to the batteries 4-1 (the corresponding contacts 4-3 are closed), with the exception of the battery having the lowest voltage (the most discharged battery) and batteries having an excess of this voltage within the specified tolerance. After the voltage of the balanced batteries reaches the current voltage value of the discharged battery itself, the corresponding individual discharge resistor 4-2 is turned off by opening the corresponding contact 4-3 of the relay block of the relay 4-4. The control of the relay block 4-4 is implemented, according to the program in the on-board computer, through the battery monitoring device 7.
3. Если достижение разницы в текущей емкости аккумуляторов 4-1 существенного значения произошло в режиме разряда аккумуляторной батареи (например, на «теневом» участке орбиты ИСЗ), то процесс балансировки начнется после появления зарядного тока (выход ИСЗ на освещенный участок орбиты).3. If the difference in the current capacity of batteries 4-1 of a significant value was achieved in the discharge mode of the battery (for example, in the “shadow” section of the satellite’s orbit), the balancing process will begin after the charging current appears (satellite’s exit to the illuminated section of the orbit).
4. В процессе эксплуатации аккумуляторной батареи, по результатам анализа телеметрических данных о величине напряжений аккумуляторов на конец окончания заряда, периодически, по командам с Земли через командно-измерительную радиолинию, корректируют при необходимости величину максимального зарядного напряжения аккумуляторов и величину существенно разницы в напряжениях аккумуляторов.4. During the operation of the battery, according to the analysis of telemetric data on the magnitude of the voltage of the batteries at the end of the charge, periodically, according to commands from the Earth through the command and measurement radio line, if necessary, adjust the value of the maximum charging voltage of the batteries and the significant difference in the voltage of the batteries.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить удельные энергетические характеристики и надежность эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания ИСЗ.Thus, the proposed method allows to increase the specific energy characteristics and reliability of operation of a lithium-ion battery in an autonomous satellite power supply system.
Claims (3)
R<Uaкк.cp./Δlyт·k, где
R - величина сопротивления каждого индивидуального разрядного резистора, Ом;
Uaкк.cp. - среднее рабочее напряжение аккумулятора, В;
Δlут - максимальная разница в токах утечки аккумуляторов, А;
k - коэффициент, учитывающий соотношение длительности процесса заряда (подзаряда) и длительности всего цикла от окончания предшествующего заряда (подзаряда) до окончания очередного заряда (подзаряда), рассчитанный по формуле
k=Тц/Тз, где
Тц - максимальная длительность всего цикла от окончания предшествующего заряда (подзаряда) до окончания очередного заряда (подзаряда);
Тз - минимальная длительность процесса заряда (подзаряда). 3. The method of operating a lithium-ion battery according to claim 1, characterized in that the resistance of the individual discharge resistors is selected by the formula
R <Uacc.cp. / Δlyt · k, where
R is the resistance value of each individual discharge resistor, Ohm;
Ucc.cp. - average operating voltage of the battery, V;
Δlut - the maximum difference in the leakage currents of the batteries, A;
k is a coefficient that takes into account the ratio of the duration of the charge (recharge) process and the duration of the entire cycle from the end of the previous charge (recharge) to the end of the next charge (recharge), calculated by the formula
k = Tc / Tz, where
TC - the maximum duration of the entire cycle from the end of the previous charge (recharge) to the end of the next charge (recharge);
Тз - minimum duration of the charge (recharge) process.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009144296/07A RU2411618C1 (en) | 2009-11-30 | 2009-11-30 | Method for operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous system of power supply of artificial earth satellite |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009144296/07A RU2411618C1 (en) | 2009-11-30 | 2009-11-30 | Method for operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous system of power supply of artificial earth satellite |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2411618C1 true RU2411618C1 (en) | 2011-02-10 |
Family
ID=46309396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009144296/07A RU2411618C1 (en) | 2009-11-30 | 2009-11-30 | Method for operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous system of power supply of artificial earth satellite |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2411618C1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2496189C2 (en) * | 2011-11-10 | 2013-10-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Operating method of lithium-ion storage battery |
| RU2604207C1 (en) * | 2015-06-17 | 2016-12-10 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method of operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous power supply system of artificial earth satellite |
| RU2633533C2 (en) * | 2016-03-16 | 2017-10-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Operating method of lithium-ion storage battery |
| RU2637815C2 (en) * | 2016-04-11 | 2017-12-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method of operation of lithium-ion storage battery as part of independent power supply system of artificial earth satellite |
| RU2661340C1 (en) * | 2017-09-15 | 2018-07-16 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method of operation of nickel-hydrogen accumulatory batteries of spacecraft power supply system |
| US10110000B2 (en) | 2017-02-27 | 2018-10-23 | Hamilton Sundstrand Corporation | Power management and distribution architecture for a space vehicle |
| RU2677635C2 (en) * | 2015-12-04 | 2019-01-18 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method of operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous power supply system of earth satellite vehicle |
| US10486836B2 (en) | 2016-11-10 | 2019-11-26 | Hamilton Sundstrand Corporaration | Solar powered spacecraft power system |
-
2009
- 2009-11-30 RU RU2009144296/07A patent/RU2411618C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| NASA/TM-2005-213995, Компания QSS Group, Inc., Кливленд, шт.Огайо, раздел II Описание испытаний, подраздел Е. Ресурсные испытания, ноябрь 2005. * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2496189C2 (en) * | 2011-11-10 | 2013-10-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Operating method of lithium-ion storage battery |
| RU2604207C1 (en) * | 2015-06-17 | 2016-12-10 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method of operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous power supply system of artificial earth satellite |
| RU2677635C2 (en) * | 2015-12-04 | 2019-01-18 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method of operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous power supply system of earth satellite vehicle |
| RU2633533C2 (en) * | 2016-03-16 | 2017-10-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Operating method of lithium-ion storage battery |
| RU2637815C2 (en) * | 2016-04-11 | 2017-12-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method of operation of lithium-ion storage battery as part of independent power supply system of artificial earth satellite |
| US10486836B2 (en) | 2016-11-10 | 2019-11-26 | Hamilton Sundstrand Corporaration | Solar powered spacecraft power system |
| US10110000B2 (en) | 2017-02-27 | 2018-10-23 | Hamilton Sundstrand Corporation | Power management and distribution architecture for a space vehicle |
| RU2661340C1 (en) * | 2017-09-15 | 2018-07-16 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method of operation of nickel-hydrogen accumulatory batteries of spacecraft power supply system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2411618C1 (en) | Method for operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous system of power supply of artificial earth satellite | |
| RU2461102C1 (en) | Method for operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous power supply system | |
| JP3217529U (en) | Storage battery and storage battery management system | |
| EP4068556A1 (en) | Parallel charging and discharging management system for multiple batteries | |
| EP2548283A2 (en) | Battery-cell converter management systems | |
| CN103236732B (en) | Active equalizing system and equalizing method for power lithium ion battery pack | |
| CN103248084A (en) | Battery pack, controlling method of the same, and power storage system including the battery pack | |
| RU2479894C2 (en) | METHOD TO CHARGE LITHIUM-ION ACCUMULATOR BATTERY FROM n SERIALLY CONNECTED ACCUMULATORS WITH BALANCING RESISTORS CONNECTED TO THEM VIA SWITCHBOARDS | |
| RU2408958C1 (en) | Method of using lithium-ion accumulator battery in standalone electric power supply system for artificial earth satellite | |
| JP7466198B2 (en) | Energy Storage System | |
| RU2535301C2 (en) | Method to control autonomous system of spacecraft power supply | |
| Alimardani et al. | A new energy storage system configuration to extend Li-ion battery lifetime for a household | |
| Qahouq et al. | DC-DC power converter controller for SOC balancing of paralleled battery system | |
| RU2510105C2 (en) | Method to charge set of accumulator batteries within autonomous system of spacecraft power supply | |
| RU2464675C2 (en) | METHOD TO CHARGE SET OF "n" LITHIUM-ION ACCUMULATOR BATTERIES WITHIN GEOSTATIONARY MAN-MADE EARTH SATELLITE | |
| RU2461101C1 (en) | Method for operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous power supply system | |
| RU2614514C2 (en) | METHOD OF CHARGING LITHIUM-ION ACCUMULATOR BATTERY FROM n SERIALLY CONNECTED ACCUMULATORS | |
| RU2541512C2 (en) | Method to control autonomous system of spacecraft power supply | |
| RU2647128C2 (en) | Method of lithium-ion accumulator battery charge | |
| RU2449428C1 (en) | METHOD FOR CHARGING PACKAGE OF "n" LITHIUM-ION ACCUMULATOR BATTERIES INCLUDED IN GEOSTATIONARY ARTIFICIAL EARTH SATELLITE | |
| RU2699051C1 (en) | Method of operating a lithium-ion accumulator battery in an autonomous power supply system | |
| RU2638825C2 (en) | Method for operation of lithium-ion accumulator battery as part of autonomous system of power supply of artifical earth satellite | |
| RU2684905C1 (en) | “n” lithium-ionic storage batteries set charging method included into the geostationary earth satellite vehicle | |
| RU2460181C1 (en) | Method to operate lithium-ion accumulator battery in autonomous power supply system | |
| RU2604207C1 (en) | Method of operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous power supply system of artificial earth satellite |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111201 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20130820 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161201 |