Исследование статических и динамических характеристик имитатора литий-ионной аккумуляторной батареи Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 629.7.064.52

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИМИТАТОРА ЛИТИЙ-ИОННОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ*

Д. К. Лобанов, Н. В. Мацук

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассмотрены статические и динамические характеристики имитатора литий-ионной аккумуляторной батареи с рекуперацией энергии в сеть постоянного тока. Выполнено сопоставление с характеристиками аккумулятора ЛИГП-85 для космических аппаратов.

Ключевые слова: системы электропитания, имитатор, аккумуляторная батарея, рекуперация.

RESEARCHING STATIC AND DYNAMIC CHARACTERISTICS OF LITHIUM-ION BATTERY

SIMULATOR

D. K. Lobanov, N. V. Matsuk

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: [email protected]

In this article the static and dynamic characteristics of the lithium-ion battery simulator with energy recovery into DC power network are considered. The results of the study are compared with the characteristics of the ЛИГП-85 spacecraft battery.

Keywords: power supply systems, simulator, battery, recovery.

При проведении испытаний систем электропитания космического аппарата широко используются имитаторы аккумуляторных батарей (ИАБ), так как использование реальной аккумуляторной батареи (АБ) сопряжено с существенными трудностями [1-2].

В данной работе для исследования статических и динамических характеристик использована имитационная модель ИАБ с рекуперацией энергии в сеть постоянного тока, описанная авторами в [3].

С помощью программного пакета Micro-Cap получены статические (разрядная (РХ) и зарядная (ЗХ)) и динамическая (импедансная частотная характеристика (ИЧХ)) характеристики ИАБ. Произведено их

сравнение с характеристиками АБ, содержащей 24 литий-ионных аккумулятора ЛИГП-85 [4].

На рис. 1 изображены РХ АБ, РХ ИАБ, полученная в результате вычислительных экспериментов с имитационной моделью ИАБ и график приведенной погрешности [5] воспроизведения РХ. На рис. 2 изображены ЗХ АБ, ЗХ ИАБ, полученная в результате вычислительных экспериментов с имитационной моделью ИАБ, и график приведенной погрешности воспроизведения ЗХ. На рис. 3 изображены ИЧХ АБ и ИЧХ, полученная в результате вычислительных экспериментов с имитационной моделью ИАБ, и графики приведенных погрешностей воспроизведения ИЧХ АБ.

40 60

Заряд, А*ч

*** Требуемая хараткеристика О Характеристика, полученная в результате моделирования

10.9'

^ 0.8' л H

о 0.7'

t п

с 0.5--

§

g 0.4- -

ч

g 0.3--

а

С 0.2' 0.1'

40 60

Заряд, А*ч

б

100 120

Рис. 1. а - РХ ИАБ; б - приведенная погрешность воспроизведения РХ ИАБ

*Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (Соглашение № 14.577.21.0082). Уникальный идентификатор КЕМБИ57714Х0082.

0 20

а

Решетнеескцие чтения. 2015

и

§ 80' К

0 20 40 60 80 100 120

Заряд, А*ч

XX* Требуемая хараткеристика ° Характеристика, полученная в результате моделирования

10.9 0.8" " 0.7" " 0.6-' 0.5-' 0.4' 0.3-' 0.2- -0.1

0

60

Заряд, А*ч б

Рис. 2. а - ЗХ ИАБ; б - приведенная погрешность воспроизведения ЗХ ИАБ

00

90

70- -

100

120

а

Частота, Гц

XXX .

XXX Требуемая ИЧХ (24 аккумулятора) □ □ .

□□□ ИЧХ ИАБ Ra = 40 мОм, La = 8 мкГн

* , ¿ми*

I ¡П1ГI Hlltf I И»

1 -10 0.01 0.1 1 10 100 1.10 1-10 1 -10

Частота, Гц

XXX Относительная погрешность воспроизведения XXX ИЧХ (24 аккумулятора)

б

Рис. 3. а - ИЧХ ИАБ; б - приведенная погрешность воспроизведения ИЧХ ИАБ

1 -1

а

Таким образом, вычислительные эксперименты с имитационной моделью ИАБ показали, что приведенная погрешность воспроизведения зарядно-разрядной характеристики не более 0,5 %; приведенная погрешность воспроизведения ИЧХ не более 0,8 %; свойства имитационной моделей ИАБ адекватны свойствам АБ на основе экспериментальных литий-ионных аккумуляторов ЛИГП-85; рассмотренная структура ИАБ является работоспособной.

Библиографические ссылки

1. Мизрах Е. А., Волочаев М. Н. Имитатор зарядных характеристик аккумуляторной батареи для испытания систем электропитания космических аппаратов // Решетневские чтения : материалы XVII Между -нар. науч. конф. (12-14 ноября 2013 г., Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. Красноярск, 2013. С. 196-198.

2. Волочаев М. Н. Имитатор разрядных характеристик аккумуляторной батареи для испытания систем электроснабжения космических аппаратов // Студент и научно-технический прогресс: инструментальные методы и техника экспериментальной физики : материалы 51-й Междунар. науч. студенч. конф. (12-18 апреля 2013 г., Новосибирск) ; Новосибирский гос. ун-т. Новосибирск, 2013. С. 39.

3. Мацук Н. В., Лобанов Д. К. Двунаправленный импульсный преобразователь напряжения для имитатора аккумуляторной батареи // Актуальные проблемы

авиации и космонавтики : тезисы XI Всерос. науч.-практ. конф. творч. молодежи (8-12 апреля 2015 г., Красноярск) ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015.

4. Прикладные научные исследования для разработки имитационно-натурных исследовательских комплексов мощных бортовых энергетических установок и систем аккумулирования энергии космических аппаратов : отчет о ПНИ (промежуточ., 1 этап) / Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России» на 2014-2020 гг., приоритетное направление «Транспортные и космические системы» ; рук. Е. А. Мизрах, исполн.: Д. К. Лобанов, А. С. Федченко, С. Б. Ткачев, Д. Н. Пой-манов, Р. В. Балакирев, Н. В. Штабель. Красноярск, 2014. 208 с. № гос. регистрации 114090470019. Инв. № 2511201403.

5. Мизрах Е. А. Методология оценки точности имитаторов первичных источников электроэнергии космических аппаратов // Вестник СибГАУ. 2001. №. 2. С. 10-14.

References

1. Mizrah E. A., Volochaev M. N. [Accumulator battery charger characteristic imitator for power supply systems of spacecraft testing]. Materialy XVII Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chtenija" [Materials XVII

Intern. Scientific. Conf. "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2013, p. 196-198. (In Russ.).

2. Volochaev M. N. [The discharge characteristic simulator for spacecraft battery power supply sys-tems]Materialy 51 Mezhdunar. nauch. konf. "Student i nauchno-tehnicheskij progress" [Proceedings of the 51st Intern. Scientific. Conf. "Students and progress in science and technology"]. Novosibirsk, 2013, p. 39. (In Russ.).

3. Matsuk N. V., Lobanov D. K. [The bidirectional switch mode voltage converter for battery simulator]. Tezisy XI Vseross. nauch.-praktich. konf. tvorch. mol "Ak-tual'nye problemy aviacii i kosmonavtiki" [Abstracts of XI All-Russian scientific-practical conference of creative

youth "Actual problems of aviation and cosmonautics"]. Krasnoyarsk, 2015.

4. Mizrah E. A. et al. [Applied research of developing of the full-scale simulation research units for onboard spacecraft power systems and energy storage systems: An applied research report (interm., stage 1) (registration # 114090470019, inventory # 2511201403)]. Krasnoyarsk: Siberian State Aerospace University, 2014. (In Russ.).

5. Mizrah E. A. [Methodology for evaluating the spacecraft primary energy sources simulators accuracy]. VestnikSibGAU. 2001, no. 2, p. 10-14 (In Russ.).

© Лобанов Д. К., Мацук Н. В., 2015

УДК 629.78

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЗВЕЗДНОГО ДАТЧИКА С УЧЕТОМ ФАКТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА*

М. М. Молдабеков, С. А. Елубаев, В. В. Тен, Б. Ш. Альбазаров, Т. М. Бопеев

ДТОО «Институт космической техники и технологий» АО «Национальный центр космических исследований и технологий» Республика Казахстан, 050061 г. Алматы, ул. Кисловодская, 34. E-mail: [email protected]

Доклад посвящен учету факторов космического пространства при проектировании линзовых оптических систем, используемых на космических аппаратах, на примере оптической головки для звездного датчика.

Ключевые слова: космический аппарат, звездный датчик, оптическая система, проектирование.

DESIGNING OPTICAL SYSTEM OF STAR TRACKER WITH ACCOUNT OF FACTORS

OF OUTER SPACE

М. M. Moldabekov, S. A. Yelubayev, V. V. Ten, B. Albazarov, T. M. Bopeyev

AALR «Institute of space technique and technologies» CA «National center of space research and technologies» 34, Kislovodskaya Str., Almaty, 050061, Republic of Kazakhstan. E-mail: [email protected]

Taking into account outer space factors is considered while designing lens optical systems for satellites on the example of optical system for star tracker.

Keywords: satellite, star tracker, optical system, design.

При создании устройств, используемых на космических аппаратах (КА), важным является вопрос учета влияния факторов космического пространства, таких как перепад температур, ионизирующее излучение, воздействие высокоэнергетических ионов, на комплектующие используемых устройств. На стадии проектирования данные факторы должны быть учтены проведением анализа с использованием известного программного обеспечения (ПО) или разработанных математических моделей, адекватно отражающих физические процессы воздействия.

Исследование на радиационную стойкость используемых компонентов является обязательным во мно-

гих странах/ компаниях, занимающихся разработкой элементов для применения в космическом пространстве. Так, для европейских компаний разработан стандарт ECSS-E-ST-10-12C «Spаce engineering. Methods for the calculation of radiation received and its effects, and a policy for design margins», аналогичный стандарт существует и в Российской Федерации.

При проектировании оптической системы (ОС) звездного датчика (ЗД) используется ПО Zemax, которое наряду с ПО CODE V рекомендуется известными компаниями, такими как Airbus Defend & Space (Франция) и SSTL (Великобритания), создающими как оптические полезные нагрузки, так и КА.

*Исследования выполнены в рамках РБП 076 «Прикладные научные исследования в области космической деятельности, транспорта и коммуникаций».