Проектирование системы энергопитания презентация

Функции СЭП
Полезная нагрузка
Бортовой комплекс управления
Блок ориентации и стабилизации
Система передачи телеметрии и телекоманд
Система энергопитания
Система энергопитания:
Генерирует энергию
Накапливает энергию
Управляет распределением энергии
Коммутирует энергию в нагрузку
Выполняет функции защиты (например, короткое замыкание)
Проектирование системы энергопитания

Состав СЭП
Первичный источник энергии
Преобразователь энергии
Распределение энергии и контроль параметров
Коммутатор нагрузки с функцией защиты
Возобновляемый источник энергии (накопитель энергии)
нагрузка
Проектирование системы энергопитания

Виды первичных источников питания
Проектирование системы энергопитания
ФЭП и Химические источники тока являются наиболее используемыми

Проектирование системы энергопитания

Эквивалентная схема ФЭП
I0 – ток насыщения диода
Q – заряд электрона
А – коэффициент не идеальности диода
К – постоянная Больцмана
Т – температура p-n перехода [Кельвин]
Проектирование системы энергопитания
sc
sc
Напряжение ХХ
Ток КЗ

Угол падения солнечных лучей
При θ более 85о, Is = 0
Фототок зависит от угла падения солнечных лучей:
Проектирование системы энергопитания

Внешний вид ФЭП и его параметры
Проектирование системы энергопитания

Разработка солнечной батареи
Затенение одного
или группы
ФЭП. Затененный ФЭП
превращается в разрыв цепи
Диод защищает
от затенения.
Ток будет протекать через
защитный диод.
Проектирование системы энергопитания

Объединение нескольких солнечных панелей
Isum= Istring1 + Istring2 + … + IstringN
Usum = Ucell * Ncell
Проектирование системы энергопитания

Виды элементов аккумуляторных батарей
1 - Свинцовые аккумуляторы (Pb).
2 - Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd).
3 - Никель-железные аккумуляторы.
4 - Никель-металлогидридные аккумуляторы (Ni-MH).
5 - Никель-цинковые аккумуляторы.
6 - Серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые аккумуляторы.
7 - Никель-водородные аккумуляторы.
8 - Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion).
9 - Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol).
10 - Перезаряжаемые марганцево-цинковые источники тока.
Проектирование системы энергопитания

Внешний вид и параметры элемента АБ
Проектирование системы энергопитания

Основные параметры АБ
Проектирование системы энергопитания

Защита АБ
+
-
Через вышедший из строя элемент АБ, протекает ток короткого замыкания (стремится к бесконечности). Это может вывести из строя всю АБ.
Перемычка перегорит при протекании большого тока.
Проектирование системы энергопитания

Сборка АБ
В каждом элементе, конструктивно, предусмотрена плавкая перемычка
Проектирование системы энергопитания

Проектирование системы энергопитания

Виды систем распределения энергии
СБ
Схема отбора максимальной мощности
АБ
СБ
Схема отбора максимальной мощности
АБ
ЗРУ
+
-
+
-
Структура с нерегулируемой шиной
и параллельным соединением АБ
Структура с квазирегулируемой шиной
и постоянным током заряда АБ
Схемы с максимальным отбором мощности
Проектирование системы энергопитания

Виды систем распределения энергии
СБ
АБ
Шунт
СБ
АБ
Шунт
ЗРУ
+
-
+
-
Структура с нерегулируемой шиной
и параллельным соединением АБ
Структура с квазирегулируемой
шиной и постоянным
током заряда АБ
Структуры с прямым преобразованием энергии
Проектирование системы энергопитания

Коммутация нагрузки
Ключ1
Измеритель тока
Предохранитель
Ключ2
Измеритель тока
Предохранитель
КлючN
Измеритель тока
Предохранитель
…
…
…
Источник напряжения
Проектирование системы энергопитания

Выбор бортовой шины питания
Выбирается исходя из набора служебных систем
Условно можно разделить:
От 12В до 36В – малые КА
От 36В до 160В – большие КА
В нано и пико спутниках могут использоваться значения от 1.5В
Проектирование системы энергопитания

Проектирование системы энергопитания

Расчет энергобаланса
Другими словами:
Количества энергии, поступающей от солнечных батарей, должно хватать
на работу нагрузки, потери в шунтовом сопротивлении, если таковое имеется,
а так же, заряд Аккумуляторных Батарей, которые в свою очередь обеспечат
работу на теневой стороне витка.
Проектирование системы энергопитания

Расчет энергобаланса
Последовательность расчета
1. Сформулировать циклограмму работы.
Например:
1.Режим накопления энергии
2.Режим съёмки
3.Режим ожидания в тени
4.Режим передачи на землю
И т.д. на виток.
2. Рассчитать количество энергии потребляемое и получаемое в каждом режиме.
3. Рассчитать количество энергии потребляемое и получаемое за виток
4. Рассчитать необходимое количество ФЭП
5. Рассчитать необходимое количество аккумуляторов
Проектирование системы энергопитания

Расчет энергобаланса
Расчет количества потребляемой/получаемой энергии
Мощность потребляемая/получаемая в конкретном режиме
Количество энергии потребляемое/получаемое в конкретном режиме
Общее количество энергии потребленное/полученное за
виток
N – количество нагрузок, m – количество режимов работы
«+» означает получение энергии, «-» - потребление энергии
Проектирование системы энергопитания

Расчет энергобаланса
Расчет необходимого количества ФЭП
Суммарное время получения энергии за виток
Мощность одного фотоэлемента
Количество энергии получаемое от одного
элемента за виток
Количество ФЭП, с учетом коэффициента запаса,
округляется в большую сторону
Проектирование системы энергопитания

Расчет энергобаланса
Расчет необходимого количества аккумуляторов (АК)
Количество энергии одного аккумулятора,
с учетом ограничения на глубину разряда
(влияет на срок службы, слайд 12)
Количество АК, с учетом коэффициента запаса,
округляется в большую сторону
- Емкость АК, измеряется в А*ч,
Выбирается от 0 до 1, т.е. от 0 до 100%
(чем меньше, тем дольше прослужит аккумулятор, см. слайд 12)
Проектирование системы энергопитания

Расчет энергобаланса
Таблица потребителей
Проектирование системы энергопитания

Расчет энергобаланса
Проектирование системы энергопитания

Расчет энергобаланса
Пример расчета
Проектирование системы энергопитания
При КDOD=15%

Расчет энергобаланса
Пример расчета
Важно выбрать сколько элементов соединять
последовательно. Это зависит от выбора бортовой шины.
Пусть шина = 12В, тогда:
- Количество цепей по 4 АК в каждой
- Напряжение цепи из 4 АК
- Нужно более 5 ФЭП в цепи, значит 6
- Должно быть целое число, или
- Из 132 ФЭП, получаем 22 цепи
Увеличение напряжения, уменьшает количество цепей
Проектирование системы энергопитания

Расчет энергобаланса
Итоговая таблица
Проектирование системы энергопитания