Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ механизмов энергетического баланса НВАБ 11
1.1 Физико-химические принципы работы НВА 11
1.2 Энергетический баланс НВАБ как подсистемы КА 15
1.3 Эффект различия емкостей аккумуляторов батареи 20
1.4 Анализ известных моделей НВАБ 29
Выводы 39
2 Структурное моделирование распределенных энергетических процессов аккумулятора 40
2.1 Моделирование процессов теплопроводности НВА 40
2.2 Модификация метода структурного моделирования объектов с распределенными параметрами 44
2.3 Структурная модель и эквивалентная электрическая схема теплоэнергетических процессов НВА 57
Выводы 63
3 Структурная распределенная модель теплоэнергетических характеристик батареи 65
3.1 Моделирование энергетических связей НВА в батарее 65
3.2 Аналитическое моделирование теплопередачи несущей плиты батареи . 67
3.3 Тепловой режим аккумулятора в батарее 72
3.4 Средняя температура аккумулятора 76
3.5 Закономерности возникновения эффекта разбаланса АБ по емкости 78
3.6 Оценка влияния тепловых условий батареи на эффект разбаланса по емкости 84
Выводы 89
4 Управление энергетическим состоянием НВАБ 90
4.1 Характеристики НВАБ в системе АБ-СЭС-СТР 90
4.2 Постановка задачи управления состоянием НВАБ 94
4.3 Особенности управления состоянием НВАБ 95
4.4 Аппаратурные методы контроля и управления состоянием АБ 103
4.5 Сравнительный анализ эффективности схем эксплуатации НВАБ 111
Выводы 115
Заключение 117
Список использованных источников 121
Приложение А 128
Приложение Б 131
- Физико-химические принципы работы НВА
- Моделирование процессов теплопроводности НВА
- Аналитическое моделирование теплопередачи несущей плиты батареи
- Характеристики НВАБ в системе АБ-СЭС-СТР
Введение к работе
Актуальность работы. В системах энергоснабжения (СЭС) современных космических аппаратов (КА) в качестве устройства хранения энергии применяются аккумуляторные батареи (АБ) на основе никель-водородных аккумуляторов (НВА). Такой выбор обусловлен высокими ресурсными и эксплуатационными характеристиками НВА, несмотря на то, что АБ занимают по массе и объему до 25% самого КА. Поэтому проблемы улучшения эффективности и качества работы НВАБ, повышение КПД и удельных характеристик имеет важное практическое значение, а их разрешение позволит заметно улучшить технико-экономические показатели КА в целом.
Народно-хозяйственная проблема. По результатам лётной эксплуатации отечественных и зарубежных КА с СЭС большой мощности, существуют две основных проблемы эксплуатации НВАБ:
Уменьшение потерь энергии в зарядно-разрядном цикле, решение которой повышает КПД батареи и глубину циклирования (степень использования емкости, Depth-Of-Discharge).
Устранение разницы в емкостях батареи НВА (т.н. разбаланса по емкости), решение которой увеличивает глубину циклирования, и как следствие - повышает удельные массовые показатели.
Решение указанных проблем для существующих АБ заключается в разработке методов управления параметрами зарядно-разрядного цикла, а для вновь разрабатываемых - в оптимизации схем эксплуатации АБ.
Научная проблема. К настоящему времени изучены и систематизированы основные свойства и особенности поведения НВАБ. В отличие от других типов аккумуляторов, НВА имеют удобный для измерения параметр, характеризующий энергетическое состояние - давление водорода. В комплексе с другими контролируемыми параметрами - температурой и напряжением - они образуют схему эксплуатации батареи, которая в более ши- роком смысле определяется как теплоэнергетический режим НВАБ. Схемы эксплуатации строятся на основе экспериментов, данных телеметрии, опыта работы, результатов имитационного моделирования НВАБ. Однако взаимозависимость параметров электрохимических процессов и температуры аккумулятора обуславливает необходимость введения соответствующей нелинейной распределенной обратной связи, что существенно усложняет прямой анализ и разработку методов контроля и управления энергетическими процессами АБ. Хотя существующие модели позволяют решать задачи энергобаланса, они задают лишь функциональные связи характеристик, не отражая в полной мере энергетического состояния и взаимовлияния аккумуляторов по температуре. Кроме того, применяемые оценки для выбора параметров схемы эксплуатации имеют лишь рекомендательный характер, и не учитывают комплексного влияния параметров на удельные характеристики АБ.
Поэтому, актуальный характер имеет создание математической модели НВАБ как замкнутой динамической распределенной системы взаимовлияю-щих аккумуляторов, выявление закономерностей энергетических процессов системы «аккумулятор - батарея - смежные системы», разработка и анализ принципов управления АБ с целью повышения качества работы и устранения разницы в емкостях аккумуляторов батареи.
Это направление развивается в диссертационной работе и вырабатывается комплексная теплоэнергетическая модель НВАБ как объекта управления, на основе которой разрабатывается экстремальная система управления энергетическими процессами никель-водородной аккумуляторной батареи.
Общая теория НВА в достаточной степени разработана только для некоторых аспектов их работы, что связано со значительными трудностями в описании и моделировании комплекса взаимосвязанных электрохимических и тепловых процессов никель-водородной электрохимической системы. Теоретическими вопросами работы НВА занимались как отечественные ученые (Б.И. Центер, А.И. Клосс, Н.Ю. Лызлов, И.С. Данкова, В.В. Теньковцев) так и зарубежные (L. Thaller, A. Zimmerman и др.), получившие аналитические выражения связей параметров НВА. Вопросами эксплуатации и моделирования НВА занимались: А.А. Пядишюс, предложивший теплофизическую модель аккумулятора; А.Н. Морозов, разработавший формализованные энергобалансные модели НВА, хорошо зарекомендовавшие себя при расчетах НВАБ с воздушным охлаждением; Я.Т. Гуревич, предложивший физическую модель НВА; P. de Vidts и J. Delgado, изучавшие процессы деградации свойств аккумулятора; W. В. Gu, С. Y. Wang и В. Y. Liaw, предложившие распределенные модели связей тепловых и электрохимических процессов аккумулятора. Общая теория и основные методы структурного моделирования и управления системами с распределенными параметрами были разработаны научной школой Г.А. Бутковского (Э.Я. Раппопорт, Г.А. Дидук, И.О. Золотов, Л.М. Пус-тыльников). В работах Н.Д. Демиденко рассмотрены вопросы корректности задач управления и моделирования динамики нелинейных распределенных систем.
Объектом исследований служит система «аккумулятор - батарея -смежные системы энергоснабжения и терморегулирования».
Предметом исследований является выявление системных связей и закономерностей работы взаимовлияющих аккумуляторов батареи.
Целью работы является повышение качества работы и удельных характеристик НВАБ с жидкостным охлаждением в СЭС КА, за счет управления ее энергетическим режимом с учетом теплового взаимовлияния аккумуляторов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Разработать модель НВА, позволяющую учесть обратные связи тепловых и электрохимических процессов.
Создать модель АБ на основе взаимосвязанных моделей аккумуляторов, позволяющую задать произвольный внешний тепловой и электрический режим эксплуатации.
Выявить закономерности эффекта разбаланса НВАБ по емкости оценить его связь со схемой эксплуатации и режимом работы батареи.
На основе подхода к АБ как к объекту управления, разработать метод активного выравнивания емкостей путем управления параметрами зарядно-разрядного цикла с учетом особенностей работы СЭС КА.
Основная идея диссертации: на основе подхода к НВАБ как к системе взаимосвязанных аккумуляторов с учетом их расположения, тепловой и электрической связи, проводится анализ и выявляются закономерности возникновения эффекта разбаланса АБ по емкости, вырабатывается метод управления энергетическими процессами батареи с целью устранения разбаланса и уменьшения потерь энергии.
Методы исследований. При решении поставленных задач использовались методы структурного моделирования систем управления с распределенными параметрами, метод интегрального преобразования Лапласа для задач нестационарной теплопроводности. Проверка теоретических выводов и количественные оценки получены имитационным моделированием распределенных систем на ЭВМ в системе Math Works MATLAB с использованием алгоритмов численного интегрирования Богацкого-Шампина и Розенброка. Проверка адекватности метода построения эквивалентных электрических схем проводилось в системе Spectrum МїсгоСАР моделированием методом Рунге-Кутта. Также применялось численное моделирование системы методом конечных элементов для проверки сделанных допущений аналитической модели.
На защиту выносится:
Метод построения структурных и эквивалентных электрических схем для описания распределенных тепловых процессов;
Структурная модель распределенных теплоэнергетических процессов никель-водородного аккумулятора и аккумуляторной батареи;
3. Метод экстремального управления энергетическим состоянием НВАБ. Научная новизна:
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.
Значение для теории данной работы заключается в развитии метода интегральных преобразований для моделирования распределенных систем, результаты создают теоретическую основу для проектирования новых вариантов схем эксплуатации НВАБ и оптимизации смежных систем.
Значение для практики диссертационной работы заключается:
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.
Достоверность результатов имитационного моделирования НВА под- тверждается сравнением с экспериментальными данными циклирования. Метод структурного моделирования проверен на известных задачах нестационарной теплопроводности и в пределах принятых допущений и ограничений результаты корректны.
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.
Получен грант на научно-исследовательскую работу в рамках ведомственной научной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» по научному проекту «Разработка методов снижения ресурсного спада удельных энергетических характеристик аккумуляторных батарей космических аппаратов».
Апробация результатов диссертации. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались: на VII, VIII и IX Всероссийской научной конференции «Решетневские чтения» в г. Красноярске (2003 г., 2004 г., 2005 г.); «Гагаринские чтения» (Москва, 2005г.); «Туполевские чтения» (Казань, 2004 г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ. Выносимые на защиту результаты работы получены автором лично. В работах, опубликованных в соавторстве, автором предложены методические основы, проведены аналитические выкладки и получены расчетные значения.
Общая характеристика диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объём диссертации составляет 141 страницу, включая 65 рисунков, 1 таблицу, список литературы из 76 наименований.
Физико-химические принципы работы НВА
Общая теория НВА в достаточной степени разработана только для некоторых аспектов их работы, что связано со значительными трудностями в описании и моделировании комплекса взаимосвязанных электрохимических и тепловых процессов никель-водородной электрохимической системы. Теоретическими вопросами работы НВА занимались как отечественные ученые (Б.И. Центер, А.И. Клосс, Н.Ю. Лызлов, И.С. Данкова, В.В. Теньковцев) так и зарубежные (L. Thaller, A. Zimmerman и др.), получившие аналитические выражения связей параметров НВА. Вопросами эксплуатации и моделирования НВА занимались: А.А. Пядишюс, предложивший теплофизическую модель аккумулятора; А.Н. Морозов, разработавший формализованные энергобалансные модели НВА, хорошо зарекомендовавшие себя при расчетах НВАБ с воздушным охлаждением; Я.Т. Гуревич, предложивший физическую модель НВА; P. de Vidts и J. Delgado, изучавшие процессы деградации свойств аккумулятора; W. В. Gu, С. Y. Wang и В. Y. Liaw, предложившие распределенные модели связей тепловых и электрохимических процессов аккумулятора. Общая теория и основные методы структурного моделирования и управления системами с распределенными параметрами были разработаны научной школой Г.А. Бутковского (Э.Я. Раппопорт, Г.А. Дидук, И.О. Золотов, Л.М. Пус-тыльников). В работах Н.Д. Демиденко рассмотрены вопросы корректности задач управления и моделирования динамики нелинейных распределенных систем.
Объектом исследований служит система «аккумулятор - батарея -смежные системы энергоснабжения и терморегулирования». Предметом исследований является выявление системных связей и закономерностей работы взаимовлияющих аккумуляторов батареи. Целью работы является повышение качества работы и удельных характеристик НВАБ с жидкостным охлаждением в СЭС КА, за счет управления ее энергетическим режимом с учетом теплового взаимовлияния аккумуляторов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Разработать модель НВА, позволяющую учесть обратные связи тепловых и электрохимических процессов. 2. Создать модель АБ на основе взаимосвязанных моделей аккумуляторов, позволяющую задать произвольный внешний тепловой и электрический режим эксплуатации. 3. Выявить закономерности эффекта разбаланса НВАБ по емкости оценить его связь со схемой эксплуатации и режимом работы батареи. 4. На основе подхода к АБ как к объекту управления, разработать метод активного выравнивания емкостей путем управления параметрами зарядно-разрядного цикла с учетом особенностей работы СЭС КА. Основная идея диссертации: на основе подхода к НВАБ как к системе взаимосвязанных аккумуляторов с учетом их расположения, тепловой и электрической связи, проводится анализ и выявляются закономерности возникновения эффекта разбаланса АБ по емкости, вырабатывается метод управления энергетическими процессами батареи с целью устранения разбаланса и уменьшения потерь энергии. Методы исследований. При решении поставленных задач использовались методы структурного моделирования систем управления с распределенными параметрами, метод интегрального преобразования Лапласа для задач нестационарной теплопроводности. Проверка теоретических выводов и количественные оценки получены имитационным моделированием распределенных систем на ЭВМ в системе Math Works MATLAB с использованием алгоритмов численного интегрирования Богацкого-Шампина и Розенброка. Проверка адекватности метода построения эквивалентных электрических схем проводилось в системе Spectrum МїсгоСАР моделированием методом Рунге-Кутта. Также применялось численное моделирование системы методом конечных элементов для проверки сделанных допущений аналитической модели. На защиту выносится: 1. Метод построения структурных и эквивалентных электрических схем для описания распределенных тепловых процессов; 2. Структурная модель распределенных теплоэнергетических процессов никель-водородного аккумулятора и аккумуляторной батареи; 3. Метод экстремального управления энергетическим состоянием НВАБ. Научная новизна: 1. В рамках метода интегральных преобразований исходной модели задачи разработан метод построения структурных моделей и эквивалентных электрических схем замещения распределенных систем. 2. Предложена системная структурная модель теплоэнергетических процессов НВАБ для исследования энергетических характеристик СЭС КА, получена оценка эффекта разбаланса батареи в зависимости от режима работы. 3. С учетом особенностей работы НВАБ в СЭС КА предложена структура системы и закон управления энергетическими процессами батареи. Значение для теории данной работы заключается в развитии метода интегральных преобразований для моделирования распределенных систем, результаты создают теоретическую основу для проектирования новых вариантов схем эксплуатации НВАБ и оптимизации смежных систем.
Моделирование процессов теплопроводности НВА
Потери емкости НВА за счет саморазряда существенно зависят от температуры. При обычном температурном режиме полный разряд батареи может быть гарантированно осуществлен только через несколько месяцев (отключение НВАБ на весь период СО). Ускорить саморазряд может дополнительный нагрев батареи до 30 - 40 С. В этом случае, по данным [32], полный саморазряд возможен за 1 - 2 суток.
Хранение батареи с установленными резисторами на каждом аккумуляторе. Это достаточно эффективный метод выравнивания, особенно в сочетании с другими методами. Единственный недостаток - постоянные потери энергии на резисторах, во всех режимах работы. Проанализировав вышеперечисленные способы выравнивания АБ по емкости, можно указать, что: 1. Наиболее гибкие и эффективные методы работают на системном уровне «Аккумулятор» и требуют более надежных и сложных схемотехниче ских решений. 2. Полное управление требует информации о состоянии аккумуляторов, что является достаточно сложной задачей. 3. Эффективно сочетание методов, применяемых совместно на уровнях « Аккумулятор»-«Батарея». Однако, при всей сложности применения методов полного контроля состояния батареи, их основное достоинство заключается в возможности ра ботать на предельных режимах (например с большей глубиной циклирования, более достоверная оценка работоспособности батареи в конце САС). Увеличение глубины циклирования позволяет уменьшить запасы емкостных характеристик, и как следствие массу. Например, увеличение глубины циклирования с 70% до 90% позволяет применить аккумуляторы номиналом бОАч вместо 70Ач, что даст снижение массы батарей примерно на 9%. Моделированием НВАБ достигаются цели описания поведения А на всех этапах жизненного цикла, определение оптимальных режимов обращения с ней, предсказание свойств вновь проектируемых НВА. Математическое описание процессов в НВА необходимо для решения задач управления и контроля на всех этапах жизненного цикла, и даже до него. Существуют два принципиально различных подхода, использующихся при моделировании характеристик и поведения аккумуляторов. Первый заключается в построении формальной математической модели, при разработке которой выходные параметры аккумулятора описываются некоторым набором функций, коэффициенты которых находятся из эксперимента с использованием алгоритмов идентификации. Самый простой путь получения модели заключается в построении гиперповерхности характеристик в некотором факторном пространстве. Для этого определяются основные факторы влияния, строится сетка факторов, по значениям точек которой проводятся эксперименты. Обычно для выбора точек сетки используется метод планирования эксперимента. Если априорно известны особенности факторной гиперповерхности, можно проводить эксперименты на неоднородной сетке. Затем проводя аппроксимацию «-мерной гиперповерхности известными функциями или сплайнами, получают выражения зависимости характеристик объекта от факторов. Метод имеет такое существенное ограничение, как потерю адекватности за пределами области изменения факторов. Точность модели существенно зависит от плотности факторной сетки. По строенная модель удовлетворительно описывает только тот тип объекта, для которого она была создана и на котором проводились факторные эксперименты. Кроме того, серьезным недостатком модели можно считать её «непрозрачность» - нет отчетливой связи между найденными коэффициентами модели и физическими параметрами объекта. Во втором подходе используется прямое физическое моделирование внутренних процессов аккумулятора, в результате которого получается система дифференциальных уравнений, обычно в частных производных. Коэффициентами системы обычно является набор некоторым образом усредненных, эффективных параметров, полученных опытным путем при детальном изучении отдельных процессов. Способ усреднения определяется на этапе схематизации задачи. Формальные математические модели, будучи довольно простыми в в разработке, обладают малой универсальностью. Например, при изменении технологии изготовления или типоразмера аккумулятора полученные модели необходимо корректировать. Второй недостаток такого типа моделей заключается в очень низких эвристических возможностях, поскольку они верны лишь для того интервала факторов, для которого они создавались. За пределами факторного пространства их поведение неадекватно. Физическая модель обладает большей эвристической ценностью, однако её разработка предполагает знание детальных механизмов процесса, и сопряжена с необходимостью ставить тонкие и специфические эксперименты. Применительно к НВА разработка физической модели обязывает знать детали пористой структуры электродов, иметь информацию о макрокинетических характеристиках электродов и сепаратора и т.д.
Для НВА типа НВ-40 формализованные модели были получены Морозовым [10, 32]. Были найдены зависимости напряжения, мощности тепловыделения, конечной разрядной емкости в виде полиномиально связанных экспоненциальных функций.
Аналитическое моделирование теплопередачи несущей плиты батареи
В главе на основе разработанной аналитической структурной модели аккумулятора строится системная динамическая структурная модель батареи, в граничных условиях которой учитываются связи с внешними системами. Результаты моделирования позволяют сделать вывод о разбалансе емкостей батареи как системном свойстве схемы эксплуатации. Из полученных выражений для тепловых связей НВА записывается оценка влияния различных факторов на разбаланс АБ по емкости.
Вид никель-водородной аккумуляторной батареи типа 20НВ-70 с частью жидкостного контура охлаждения [27] представлен на рисунке 3.1. Конструктив НВАБ представляет собой плиту из алюминиево-магниевого сплава, толщина которой равна высоте электродного блока. Аккумуляторы вставлены в стаканы, ввернутые в плиту на конической резьбе. Цилиндрический зазор между стенкой аккумулятора и стаканом заполнен теплопроводящим герметиком. Аккумуляторы расположены на плите методом «плотной упаковки».
Энергетически аккумуляторы батареи связаны как по тепловой, так и по электрической энергии. По электрической энергии аккумуляторы соединены последовательно, что определяет равенство токов аккумуляторов. По тепловой энергии связь имеет более сложный характер, определяемым геометрией контура жидкостного охлаждения и расположением аккумуляторов на плите, а также режимом работы внешних для батареи систем - системой терморегулирования (СТР) и системой энергоснабжения (СЭС). Таким образом, разработанную структурную аналитическую модель НВА необходимо обобщить, дополняя её тепловыми и электрическими связями между отдельными подобными НВА и связями с внешними системами. При моделировании батареи НВА будем учитывать только присоединенную к АБ часть внешних систем, т.е. для СТР рассматривать только охлаждающий контур с его тепловым режимом, для СЭС - величины токов и логику заряда-разряда.
Тепловой расчет батареи аккумуляторов связан с решением задач нестационарной теплопроводности, отражающих процессы возникновения тепла при химической реакции, теплопереноса через электродный блок к внешним стенкам аккумуляторов, и далее по теплоотводящей металлической несущей плите к контуру охладительного устройства на внешности батареи. Таким образом, аккумуляторы находится в непосредственном тепловом взаимодействии с теплоотводящей плитой и задачи температурного режима каждого из составляющих элементов батареи необходимо решать совместно. Связь этих режимов устанавливается через граничные условия теплового взаимодействия элементов батареи. Тепловые связи, различные тепловые условия аккумуляторов можно представить обобщенной схемой с некоторыми тепловыми сопротивлениями между источниками и стоками тепла.
Поскольку толщина плиты выбирается равной высоте электродного блока НВА, изменением температуры по толщине плиты можно пренебречь, и тогда задача расчета ее теплового режима сводится к двумерной.
Характеристики НВАБ в системе АБ-СЭС-СТР
Установлено, что динамика разбаланса батареи по емкости определяется скоростью спада разности емкостей вследствие саморазряда. Величина разбаланса батареи по емкости определяется тепловой схемой и режимом работы батареи. 2. Предложен вариант конструкции теплосъема батареи с уменьшенным температурным градиентом за счет расположения теплосъема в теплонагруженных областях плиты. Такая схема позволяет повысить ресурсные характеристики НВАБ за счет щадящего среднего температурного режима батареи. 3. Разработана оценка эффективности схем эксплуатации НВАБ по разбалансу емкостей аккумуляторов батареи в установившемся режиме циклирования, отражающая разбаланс батареи как появляющееся свойство системы из связанных по теплу моделей аккумуляторов. Оценка отражает влияние усредненных тепловых условий работы отдельных аккумуляторов на процессы саморазряда при некотором режиме циклирования, и как следствие, на разбаланс НВАБ по емкости. Точность оценки составляет не более 15-25%, что объясняется сделанными при ее выводе допущениями и усреднениями. 4. Моделирование НВАБ типа 20НВ-70 позволило обнаружить изначально заложенный в конструкции фактор разбаланса батареи по емкости - выбранная конфигурация схемы охлаждения приводит к относительно большому температурному градиенту, и как следствие к расхождению аккумуляторов по емкости. В главе проводится анализ характеристик НВАБ как динамического объекта управления, на основе выводов которого предлагается структура и алгоритм работы системы управления энергетическим состоянием батареи. Также проводится моделирование различных методов управления АБ и оценка их эффективности по критериям разбаланса по емкости и КПД зарядно-разрядного цикла АБ. Обобщим разработанную модель НВАБ, учтя в её граничных условиях влияние внешних для АБ систем - зарядно-разрядного устройства (ЗРУ) и присоединенной части системы терморегулирования (СТР). Целью исследования является модельное изучение особенностей работы НВАБ в системе ЗРУ-АБ-СТР при различных режимах заряда-разряда и разном тепловом режиме. Такой анализ необходим для определения комплексных энергетических критериев эффективности использования НВАБ, выбора близких к оптимальным методов управления энергетическим состоянием системы СЭП-НВАБ-СТР. Определение вида характеристик НВАБ на цикле осуществлялось методом факторного эксперимента. Моделирование выполнялось на аналитической модели в системе MathWorks Simulink 5. Факторный эксперимент проводился при вариации уставок максимального давления водорода (максимальной зарядной емкости Стах) по всем НВА до значений 47..75 Ач. Вторым варьируемым параметром принималась температура контура охлаждения Тк. Принцип варьирования фактора максимальной емкости приведен на рисунке 4.1. Начальные условия всех экспериментов задавались равными нулю, т.е. зарядный процесс начинается с нулевой емкости батареи, что означает отсутствие начального разбаланса у батареи. Заряд ведется постоянным током 1зар \ЗА, до достижения на любом из аккумуляторов емкости Стах, после чего заряд отключают. Разряд начинается с некоторого момента т . Зарядно-разрядный процесс имеет некоторую неизменную длительность паузы, даже в случае максимальной уставки емкости в 75 Ач. Такие условия эксперимента выбраны исходя из соответствия условиям реальных процессов в КА на геостационарной орбите. Поставленная цель моделирования заключалась в определении вида характеристик НВАБ по параметрам максимальной разницы в емкостях АБ AC = max(Ci -CXi = l...N,j = l...N, где N- количество аккумуляторов АБ, а также по параметру энергии потерь Епотерь. Потери складывались из потерь вследствие саморазряда (статических), и кинетических потерь на рабочем токе.
Похожие диссертации на Управление энергетическим режимом никель-водородной аккумуляторной батареи космических аппаратов
