Расчет параметров буферного накопителя

Расчет параметров буферного накопителя (БН) из аккумуляторных батарей и определение их состава ведется исходя из ограничений, накладываемых на аккумуляторы по силам зарядного и разрядного токов, интегральной емкости разряда, разовым глубинам разряда, надежности, температурных условий работы и т.д.

При расчете параметров никель-водородных аккумуляторов, воспользуемся следующими характеристиками и формулами[«Конструирование автоматических космических аппаратов»авторы:Д.И. Козлов, Г.Н. Аншаков, В.Ф. Агарков, Ю.Г. Антонов §7.5], а также техническими характеристиками АБ HB-50 НИАИ Источник, информация о котором взята с сайта [http://www.niai.ru/catalog.php?id=4]:

Электродвижущая сила только что заряженного аккумулятора равна 1,45 В.В течение нескольких суток после конца заряда проис­ходит снижение ЭДС до 1,36 В.

сила зарядного тока до 30 А;

сила разрядного тока 12 - 50А в установившемся режиме и до 120 А в импульсном режиме до 1 минуты;

максимальная глубина разряда до 54А·ч;

масса одного блока не более 1,2 кг;

при работе батарей (особенно в режимах циклирования большими силами тока заряда и разряда) необходимо обеспечить тепловой режим работы аккумуляторных батарей в диапазоне 10...30 °С. С этой целью необходимо предусмотреть установку батарей в герметич­ном отсеке КА и обеспечить режим охлаждения каждого блока воздухом.

Используемые формулы для проведения расчетов параметров никель-кадмиевых аккумуляторов:

Напряжение химических источников электроэнергии отличается от ЭДС на значение падения напряжения во внутренней цепи, что определяется полным внутренним сопротивлением и протекающим током:

,(1)

, (2)

где и – разрядные и зарядные напряжения на источнике соответственно; и – сила токов разряда и заряда соответственно.

Для гальванических элементов одноразового применения напряжение определяется как разрядное .

Разрядная емкость Q(А·ч) химического источника есть количество электричества, отдаваемое источником во время разряда при определенных температуре электролита, окружающем давлении, силе разрядного тока и конечном разрядном напряжении:

, (3)

Номинальная емкость химического источника тока – это емкость, которую должен отдавать источник при оговоренных техническими условиями режимах работы. Для аккумуляторов КА за номинальную и силу тока разряда чаще всего принимают силу тока одно-двух или 10часового режима разряда.

Саморазряд – бесполезная потеря емкости химическим источником при разомкнутой внешней цепи. Обычно саморазряд выражается в % за сутки хранения:

(4)

где и – емкости химического источника до и после хранения; Т – время хранения, сут.

Удельная энергия химического источника тока представляет собой отношение отдаваемой энергии к его массе:

.(5)

Значение удельной энергии зависит не только от типа источника, но и от силы разрядного тока, т.е. от отбираемой мощности. Поэтому химический источник электроэнергии более полно характеризуется зависимостью удельной энергии от удельной мощности.

Расчет параметров:

1) Определим максимальное и минимальное время разряда из формулы [3]:

,(3)

Следовательно, максимальное время разряда:

;

минимальное время разряда:

.

Отсюда следует, что время разряда позволяет проектируемому спутнику использовать электрический ток в среднем в течении 167 мин или 2,8 часа, так как наша целевая установка использует 89 мА, время разряда будет не существенным, что положительно сказывается на обеспечение электрическим током других жизненно важных систем спутника.

2) Определим напряжение разряда и полное внутреннее сопротивление аккумулятора из формулы [1]:

; (1)

, (2)

.

Отсюда видно, что напряжение заряда в достаточной мере может обеспечиваться при помощи использования солнечных батарей, даже не большой площади.

3) Также можно определить саморазряд по формуле [4]:

(4)

Возьмем за время работы аккумулятора Т = 0,923 ч, Q₁ = 50 (А·ч)и Q₂ = 6 (А·ч) за тридцать минут работы:

,

то есть при минимальном потреблении тока в 12 А, за 30 минут аккумуляторная батарея разредится на 95% при разомкнутой цепи.

4) Найдем удельную энергию химического источника по формуле [5]:

,

то есть 1 кг химического источника может обеспечить 61,2 Вт в течении часа,что также подходит для нашей целевой установки, которая при работает при максимальной мощности 370 мВт.