Методика ускоренных термовакуумных испытаний аккумуляторных батарей для космического аппарата

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 629. 7
А. А. Лизунов, В. С. Тарасов
МЕТОДИКА УСКОРЕННЫХ ТЕРМОВАКУУМНЫХ ИСПЫТАНИЙ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Рассмотрена проблема совершенствования технических характеристик системы генерирования электроэнергии, решение которой позволит значительно улучшить технико-экономические показатели космического аппарата. Разработана методика ускоренных термовакуумных испытаний никель-металлогидридного аккумулятора. Испытаниям подверглась аккумуляторная батарея 10НМГ-8,0.
E-mail: vpk@npomash. ru- avalanche64@mail. ru
Ключевые слова: космический аппарат, система генерирования электроэнергии, аккумуляторная батарея, термовакуумные испытания.
Освоение и изучение космоса требуют постоянного развития и совершенствования космических аппаратов (КА) и их систем, в том числе системы генерирования электроэнергии (СГЭ). Во многом выполнение полетной программы КА зависит от эффективности СГЭ.
Конструкция и характеристики СГЭ определяют конструктивный облик, срок активного существования КА в полете, его функциональные возможности, надежность, массогабаритные и экономические показатели. Система генерирования электроэнергии составляет 30.. 35% массы, объема и стоимости КА. Проблема совершенствования технических характеристик СГЭ имеет актуальное значение для улучшения технико-экономических показателей КА [1].
Одним из основных элементов, ограничивающих возможности повышения мощности и ресурса СГЭ КА, является накопительная подсистема, в которой в качестве накопителя энергии используются никель-кадмиевые герметичные (НКГ), никель-водородные (НВ), никель-металлогидридные (НМГ) и литиевые (Li-ion) аккумуляторные батареи (АБ).
В России имеется достаточно мощная и разветвленная инфраструктура по производству источников тока и значительные запасы основных видов сырья для их выпуска. В конце 1980-х гг. страна была одним из мировых лидеров по производству энергии в аккумуляторах в киловатт-часах [2].
В настоящее время в отрасли работают специалисты и ученые из ведущих компаний и институтов России: ИФХЭ РАН (академик А. Ю. Цивадзе, А.М. Скундин), ОАО & quot-НПП & quot-Квант"- (Г.В. Серопян), ОАО & quot-НИАИ & quot-Источник"- (А.Б. Шохор, Б. А. Борисов, Г. А. Голикова),
ОАО & quot-Ригель"- (В.И. Емельянов, А.Б. Жданов) и другие, многие из которых принимали участие в термовакуумных испытаниях АБ.
В результате анализа отказов новых АБ на начальных стадиях эксплуатации было выявлено, что в основном АБ выходят из строя из-за производственных дефектов, работы в предельных диапазонах температур (от повышенных до пониженных), повреждения при транспортировке.
Следует отметить основные недостатки известных термовакуумных испытаний АБ, проводившихся ранее: длительное время тестирования работоспособности (в среднем более 14 суток) — отсутствие тестирования в предельно допустимом диапазоне температур.
В настоящей работе приведена разработанная методика ускоренных термовакуумных испытаний НМГ АБ.
Создав заранее более жесткие условия, чем эксплуатационные, по характеру изменения крутизны семейства кривых заряда-разряда характеристик АБ определяли возможный эксплуатационный срок, чтобы подтвердить надежность, качество сборки и эксплуатационные характеристики.
Впервые по разработанной методике испытаниям подверглась АБ 10НМГ-8,0, включенная по схеме, изображенной на рис. 1.
Испытания проводились в СКБ КП ИКИ РАН в термовакуумной установке ВУ-1А [3], снабженной экраном с установленными в нем термодатчиками, измеряющими температуру в камере. На А Б термодатчики были установлены следующим образом: № 61, № 62 и № 4
Рис. 1. Схема включения АБ:
ДОКА — служебная аппаратура дистанционного обслуживания космического аппарата- ЗУ — зарядное устройство- А — амперметр- V — вольтметр
— сверху на АБ- № 3 — под АБ (между АБ и основанием) — № 5 — на основании.
Показания термодатчиков, установленных на АБ, приведены на рис. 2.
Согласно разработанной методике испытаний были сняты характеристики при трех значениях температуры в термовакуумной установке ВУ-1А на экране внутри камеры.
В течение всего процесса испытаний велась регистрация следующих параметров заряда-разряда с интервалами 15 мин (либо 5 мин — в особых участках): давление в камере и АБ- температура на экране в термовакуумной установке ВУ-1А- температура основания, на котором
Рис. 2. Заряд (а) и разряд (б) АБ при температуре на экране внутри камеры 30 0 С:
1 — и В- 2−6 — термодатчики № 62, № 61, № 4, № 5 и № 3 соответственно
установлена АБ- температура корпуса АБ- ток заряда /з = const =2 А и разряда /р = 2,3 … 2,5 А- напряжение АБ при заряде-разряде.
По полученным значениям строятся графики, которые отражают данные заряда-разряда при температурах: — 10 °C, 20 °C, 30 °C на экране внутри камеры, что подтверждает требования по надежности и безопасности эксплуатации АБ.
В качестве примера приведены значения заряда и разряда при температуре 30 °C на экране внутри камеры (рис. 2).
Предварительно была определена температура на металлических пластинах в центре вакуумной камеры. Температура на экране примерно была равна температуре на металлической пластине, расположенной в центре вакуумной камеры. Поэтому, разместив объект в центре камеры, мы условно приняли, что температура в месте расположения объекта примерно равна температуре на экране камеры. Давление в камере составляло 1,8−10−5 ммрт. ст. и выдерживалось в течение всех испытаний. Измеренное падение напряжения на сопротивлении проводов при заряде-разряде составило 0,57 В.
Отличие разработанной методики от существующих заключается в ускоренном определении дефектной АБ для работы в условиях космоса.
По результатам предложенной методики были сделаны следующие выводы:
1. Сокращено время тестирования работоспособности с 14 до 4 суток.
2. Аккумуляторная батарея не теряет работоспособности при равных токах заряда-разряда и выполняет функции стабилизатора напряжения в пределах 12… 15 В.
3. При низком давлении в камере (1,8−10−5 ммрт. ст.) АБ показала работоспособность при повышенных (30 °С) и пониженных температурах (-10 °С).
4. Аккумуляторная батарея соответствует требованиям по надежности и безопасности эксплуатации в обитаемом объекте и открытом космосе.
Результат работы по предлагаемой методике позволил использовать ее в дальнейшей работе при изготовлении АБ для КА производства ОАО & quot-ВПК & quot-НПО Машиностроения& quot-.
Работа выполнена в рамках реализации Федеральной целевой программы & quot-Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009−2013 годы& quot- (ГК№ П608 от 06. 08. 09).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Савенков В. В. Проблемные вопросы разработки приборов для высоковольтной системы электроснабжения российского сегмента международной космической станции. — М.: Энергия, 2000. — С. 26−30.
2. А н и с и м о в А. Н. Решение научно-практической конференции // Электрохимическая энергетика. — 2006. — Т. 6, № 3. — С. 171−174.
3. Фролов Е. С., Минайчев В. Е., Александрова А. Т. Вакуумная техника. — М.: Машиностроение, 1992. — С. 137−149.
Статья поступила в редакцию 20. 12. 2010
Андрей Аркадьевич Лизунов родился в 1959 г., окончил МВТУ им. Н. Э. Баумана в 1986 г. Начальник расчетно-конструкторского и экспериментально-исследовательского отдела систем электропитания ОАО & quot-ВПК & quot-НПО Машиностроения& quot- (г. Реутов, Моск. обл.).
A.A. Lizunov (b. 1959) graduated from the Bauman Moscow Higher Technical School in 1986. Head of design-construction and experimental-study department of electric power systems of JSC & quot-VPK & quot-NPO Mashinostroeniya& quot- (Reutov, Moscow region).
Вячеслав Сергеевич Тарасов — инженер-конструктор расчeтно-конструкторского и экспериментально-исследовательского отдела систем электропитания ОАО & quot-ВПК & quot-НПО Машиностроения& quot- (г. Реутов, Моск. обл.), аспирант кафедры ЭКАО МЭИ.
V.S. Tarasov — engineer-constructor of design-construction and experimental-study department of electric power systems of JSC & quot-VPK & quot-NPO Mashinostroeniya& quot- (Reutov, Moscow region), post-graduate of EKAO department of the Moscow Energy Institute.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой