Управление энергетическим режимом никель-водородной аккумуляторной батареи космических аппаратов

• Автор: Лелеков, Александр Тимофеевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 141 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень обозначений и сокращений

Введение.

1 Анализ механизмов энергетического баланса НВАБ.

1.1 Физикохимические принципы работы НВА.

1.2 Энергетический баланс НВАБ как подсистемы КА

1.3 Эффект различия емкостей аккумуляторов батареи

1.4 Анализ известных моделей НВАБ.

2 Структурное моделирование распределенных энергетических процессов аккумулятора

2.1 Моделирование процессов теплопроводности НВА

2.2 Модификация метода структурного моделирования объектов с распределенными параметрами.
2.3 Структурная модель и эквивалентная электрическая схема теплоэнергетических процессов НВА
3 Структурная распределенная модель теплоэнергетических характеристик батареи.
3.1 Моделирование энергетических связей НВА в батарее.
3.2 Аналитическое моделирование теплопередачи несущей плиты батареи.
3.3 Тепловой режим аккумулятора в батарее.
3.4 Средняя температура аккумулятора
3.5 Закономерности возникновения эффекта разбаланса АБ по емкости.
3.6 Оценка влияния тепловых условий батареи на эффект разбаланса по емкости.
4 Управление энергетическим состоянием НВАБ.
4.1 Характеристики НВАБ в системе АБСЭССТР
4.2 Постановка задачи управления состоянием НВАБ
4.3 Особенности управления состоянием НВАБ
4.4 Аппаратурные методы контроля и управления состоянием АБ.
4.5 Сравнительный анализ эффективности схем эксплуатации НВАБ
Выводы.
Заключение.
Список использованных источников


Метод экстремального управления энергетическим состоянием НВАБ. В рамках метода интегральных преобразований исходной модели задачи разработан метод построения структурных моделей и эквивалентных электрических схем замещения распределенных систем. Предложена системная структурная модель теплоэнергетических процессов НВАБ для исследования энергетических характеристик СЭС КА, получена оценка эффекта разбаланса батареи в зависимости от режима работы. С учетом особенностей работы НВАБ в СЭС КА предложена структура системы и закон управления энергетическими процессами батареи. НВАБ и оптимизации смежных систем. В прогнозировании разбаланса НВАБ по емкости в установившемся режиме циклирования. В разработке термокомпенсированного тензометрического датчика емкости НВА, устройства поэлементного выравнивания емкостей НВАБ, оптимизации конструкции теплосъема НВАБ. В возможности имитационного моделирования НВАБ на продолжительные сроки эксплуатации. В разработке метода построения эквивалентных электрических схем распределенных процессов для решения задач моделирования и управления системами с распределенными параметрами. Использование результатов диссертации. Результаты диссертационной работы использованы на НПО ПМ, а также в учебном процессе на кафедре «Систем автоматического управления» СибГАУ, что подтверждено соответствующими актами о внедрении. Апробация результатов диссертации. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались: на VII, VIII и IX Всероссийской научной конференции «Решетневские чтения» в г. Красноярске ( г. Гагаринские чтения» (Москва, г. Туполевские чтения» (Казань, г. Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных 4 работ. Выносимые на защиту результаты работы получены автором лично. Общая характеристика диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объём диссертации составляет 1 страницу, включая рисунков, 1 таблицу, список литературы из наименований. В настоящее время большинство космических аппаратов (КА) имеют в своем составе до нескольких аккумуляторных батарей, используемых в качестве буферного элемента системы электроснабжения (СЭС). Схема эксплуатации и режимы работы НВАБ определяются типом орбиты, структурой системы электроснабжения и системы терморегулирования (СТР), логикой управления зарядно-разрядным режимом и схемами контроля батареи. В главе выполнен обзор литературы по материалам отечественных и зарубежных источников, рассмотрены физико-химические принципы работы НВА, модели электрохимических процессов, особенности работы НВАБ в СЭС КА, а также проведен анализ и классификация естественных и искусственных механизмов выравнивания батареи по емкости. Указанный обзорный анализ необходим для разработки моделей, позволяющих рассчитать энергетическое состояние батареи. Под энергетическим состоянием будем понимать тепловое и энергетическое состояние батареи, которое может быть определено как совокупность емкостного и температурного состояний отдельных аккумуляторов. НВА относится к семейству полугазовых аккумуляторов, особенность которых состоит в использовании электродов с разными фазами активного вещества, в данном случае газообразного водорода и твердой окиси никеля. В НВА реализуется электрохимическая система (ЭХС): (-)(Р/)Я КОН, Н МО0#(+). Конструктив НВА (типа НВ-0 производства ОАО «Сатурн») вместе с частью контура охлаждения представлен на рисунке 1. Водородный (ВЭ) и окисноникелевый (ОНЭ) электроды располагаются « в электродном блоке 2. ВЭ), а положительным — окисноникелевый электрод 7 (ОНЭ). Электроды разделены сепаратором 6, представляющим собой пористую мат-рицу-электролитоноситель, пропитанную раствором КОН. Между парой примыкающих водородных электродов располагается водородная камера 4, предназначенная для подвода водорода ко всей площади ВЭ. Газообразный водород накапливается под давлением в газовой камере 1. Выделяющееся в ходе реакции тепло передается на стенку корпуса аккумулятора через газовый зазор, и отводится с помощью теплосъема 3 СТР. Рисунок 1. ЩОН),.