Энергобалансный расчет системы электроснабжения космического аппарата, страница 5

Рис. 2.2 – К предварительному энергобалансному расчету: Пример циклограмм потоков мощности через генератор, нагрузку и накопитель. Расчетная циклограмма уровня запасенной энергии в накопителе.

Вследствие неизбежных потерь на поляризацию среднее зарядное напряжение (это справедливо для, практически, всех накопителей) всегда больше среднего разрядного напряжения. По законам электрохимии для того, чтобы осуществить ту или иную реакцию, необходимо сообщить электроду некий потенциал, отличающийся от равновесного.При равновесном потенциале токи прямой и обратной реакции равны. Разность между равновесным потенциалом и потенциалом под которым находится электрод называется напряжением поляризации. Поэтому КПД аккумуляторов, как правило не выше 75-80%. И величина энергии, сообщенная аккумуляторам, (E_{БХ зар}) существенно отличается от величины энергии, отданной аккумулятором (E_{БХ разр}).

Для аккумуляторов, космического применения, в которых реализованы замкнутые циклы, в нормальных условиях работы величины зарядной Q_{БХ зар} и разрядной Q_{БХ  разр} емкости отличаются незначительно. В соответствии с законом сохранения заряда разрядная емкость должна быть равна зарядной за вычетом потерь на неосновные (нетокообразующие, паразитные) реакции.

Значения коэффициента эффективности по току (или просто коэффициента эффективности) за один цикл для аккумуляторов космического применения:

находится в пределах 0.9...0.99 и зависит от температуры, среднего уровня заряженности, степени деградации. Поэтому текущее значение Q_БХ (как аналог "уровня воды в баке") используют для управления накопителем.

Необходимую установленную электрохимическую емкость БХ можно определить по формуле:

где U_{БХ раб} – рабочее напряжение аккумуляторной батареи.

Для СЭС со стабилизированной шиной при расчетах в качестве U_{БХ раб} принимается стабилизиованное выходное напряжение СЭС. Для СЭС с нестабилизированной шиной, у которых напряжение на главной шине меняется вместе с напряжением на БХ, при расчетах в качестве U_БХ раб принимается минимальное рабочее напряжение СЭС.

3. Динамический энергобалансный расчет системы электроснабжения.

Выработка и потребление энергии на борту космического аппарата не являются статическими процессами. Постоянно изменяется мощность потребляемая нагрузкой, изменяется генерирумемая мощность, меняется запас энергии в накопителе – все это требует рассмотрения процессов в СЭС с точки зрения динамики энергобаланса. Для этого необходимо использовать динамическую энгергобалансную модель, но для начала рассмотрим типовую логику работы СЭС.

3.1 Типовая логика работы СЭС (состояния СЭС)

Типовая логика работы СЭС проиллюстрирована на рис. 3.1

Рис. 3.1 - Типовая логика работы СЭС КА.

СЭС может принимать три основных состояния:

– нормальный режим работы СЭС (НР);

– режим ограничения заряда (РОЗ);

– режим ограничения нагрузки (РОН).

Переход из одного режима в другой обусловлен состоянием заряженности накопителя – в данном случае химической батареи (БХ). В нормальном режиме (НР) не ограничиваются ни мощность нагрузки, ни мощность генератора. При этом если мощность нагрузки больше мощности генератора, то дефицит мощности восполняется за счет БХ, либо, наоборот, избыток мощности генератора идет на заряд БХ. В том случае, если генерируемая мощность больше, чем потребляемая нагрузкой, а БХ уже полностью заряжена, то во избежание перезаряда БХ мощность генератора необходимо ограничивать, поскольку перезаряд БХ чреват выходом ее из строя.