УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ КОМПЛЕКСА АВТОМАТИКИ И СТАБИЛИЗАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА В РЕЖИМЕ ИМИТАЦИИ ЗАРЯДА ЛИТИЙ-ИОННОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Устройство для испытаний комплекса автоматики и стабилизации (КАС) космического аппарата в режиме имитации заряда литий-ионной аккумуляторной батареи (ЛИАБ) относится к информационно--измерительной технике, может быть использовано для тестирования ответственных систем автоматики и электропитания.
Известен стенд для моделирования системы электропитания космического аппарата (патент РФ № 2349518 от 12.07.2007 БИПМ № 8 от 20.03.2009), содержащий имитатор нагрузки, аккумуляторные батареи, имитатор солнечной батареи, комплекс автоматики и стабилизации напряжения, включающий зарядно-разрядные устройства, стабилизатор напряжения, автоматику, силовые шины и систему управления с вычислительной машиной, линиями информационной связи между системой управления, имитатором нагрузки, подсистемами стенда, вспомогательное оборудование и корректирующие устройства.
Применение в данном стенде аккумуляторных батарей для проведения испытаний вторичного источника питания комплекса автоматики и стабилизации экономически нецелесообразно, а его функциональные возможности ограничиваются требованиями к ресурсу аккумуляторов.
Известно также устройство (патент РФ № 2187192 от 07.07.1999 опубликовано 10.08.2002), включающее первичный и испытуемый источники электропитания, нагрузочное устройство, в состав которого входят регулятор тока, преобразователь постоянного тока, накопительный конденсатор, датчик тока, причем к выходу испытуемого источника электропитания подключены последовательно соединенные транзисторный регулятор тока, датчик тока и преобразователь постоянного тока, возвращающий потребленную энергию в первичный источник электропитания.
Принципиальным недостатком данного устройства является невозможность имитации характеристик каждого аккумулятора батареи при испытании тестируемого оборудования.
Сущность рассматриваемой технической задачи заключается в том, что управление режимами заряда ЛИАБ должно осуществляться по результатам контроля параметров (сопротивления, температуры) каждого аккумулятора батареи. Использование в составе КАС устройств контроля параметров ЛИА предполагает выполнение оценки их погрешности в программно-вычислительных устройствах испытательного оборудования. Рассмотренные выше устройства не имеют таких функций и поэтому не позволяют в полной мере выполнить программу испытаний КАС космического аппарата.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является устройство (патент РФ № 129263 от 23.01.2013 БИПМ №17 от 20.06.2013), состоящее из последовательно соединенных источника бесперебойного питания, испытуемого вторичного источника электропитания, нагрузочного устройства рекуперационного типа, выходы которого подключены к аккумуляторной батарее, входящей в состав источника бесперебойного питания.
Недостатком такого устройства является ограничения, связанные с обязательным использованием аккумуляторной батареи, а также с невозможностью реализации всех функций управления аккумуляторами батареи, что не позволяет в полной мере выполнить программу испытаний вторичного источника электропитания, входящего в комплекс автоматики и стабилизации космического аппарата.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей за счет имитации зарядных характеристик каждого аккумулятора ЛИАБ при испытаниях комплекса автоматики и стабилизации космического аппарата.
Поставленная задача решается тем, что в составе устройства для испытаний комплекса автоматики и стабилизации (КАС) космического
аппарата в режиме имитации заряда литий-ионной аккумуляторной батареи (ЛИАБ), содержащее источник питания и устройство рекуперации, выполненные с возможностью подключения параллельно с испытуемым КАС, выход зарядного устройства КАС через резистивный шунт подключен к первому силовому выводу имитатора ЛИАБ и датчику напряжения, выход которого и измерительные клеммы резистивного шунта соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, подключенного к первому информационному входу контроллера, второй, третий, четвертый и пятый информационные входы которого соединены соответственно с первым информационным входом испытуемого КАС, информационным входом устройства рекуперации, интерфейсом персонального компьютера и первым информационным входом имитатора ЛИАБ, второй информационный вход которого подключен ко второму информационному входу испытуемого КАС, а второй силовой вывод имитатора ЛИАБ соединен с общей шиной источника питания, устройства рекуперации и испытуемого КАС. Имитатор ЛИАБ содержит n имитаторов литий-ионного аккумулятора (ЛИА), соединённых между собой последовательно, при этом силовой вход первого и силовой выход n-го имитаторов ЛИА являются соответственно первым и вторым силовыми выводами имитатора ЛИАБ, первые и вторые информационные входы имитаторов ЛИА подключены соответственно к первым и вторым информационным шинам, которые представляют собой первые и вторые информационные входы имитатора ЛИАБ.
Функционирование предлагаемой полезной модели поясняется структурно-функциональной схемой (Фиг.).
Устройство для испытаний комплекса автоматики и стабилизации космического аппарата в режиме имитации заряда литий-ионной аккумуляторной батареи, содержит параллельно включенные источник питания 1, устройство рекуперации 2 и испытуемый КАС 3, выход зарядного устройства КАС через резистивный шунт 4 подключен к первому силовому выводу имитатора ЛИАБ 5 и датчику напряжения 6, выход которого и
измерительные клеммы резистивного шунта 4 соединены с входами аналого- цифрового преобразователя 7, подключенного к первому информационному входу контроллера 8, второй, третий, четвертый и пятый информационные входы которого соединены соответственно с первым информационным входом испытуемого КАС 3, информационным входом устройства рекуперации 2, интерфейсом персонального компьютера 9 и первым информационным входом имитатора ЛИАБ 5, второй информационный вход которого подключен ко второму информационному входу испытуемого КАС 3, а второй силовой вывод имитатора ЛИАБ 5 соединен с общей шиной источника питания 1, устройства рекуперации 2 и испытуемого КАС 3.
Имитатор ЛИАБ 5 содержит n имитаторов 10, 11, ..., N литий-ионного аккумулятора (ЛИА), соединённых между собой последовательно, при этом силовой вход первого 10 и силовой выходы имитаторов ЛИА являются соответственно первым и вторым силовыми выводами имитатора ЛИАБ 5, первые и вторые информационные входы имитаторов 10, 11, N ЛИА подключены соответственно к первым и вторым информационным шинам, которые представляют собой первые и вторые информационные входы имитатора ЛИАБ 5.
Информационные входы 1 служат для управления режимами работы имитаторов 10, 11, ..., N аккумуляторов, подключаемые по программе испытаний КАС 3. При этом значение скорости изменения напряжения устанавливается для каждого имитатора 10, 11, ..., N ЛИА и фиксируются их установившиеся значения. Тем самым обеспечиваются различные режимы работы КАС 3 при заряде ЛИАБ, в том числе режим хранения батареи и балансировки напряжений аккумуляторов. Кроме этого, по данному входу осуществляется установка значений сопротивлений имитаторов термодатчиков, обеспечивающих тестирование функций контроля температурного состояния аккумуляторной батареи. В персональный компьютер 9 поступают измеренные значения параметров имитаторов 10, И, N ЛИА, которые используются для расчета погрешности устройств
контроля и защиты ЛИАБ, находящихся в составе КАС 3. По информационному входу 2 КАС 3 подключается к имитаторам ЛИА для измерения сопротивления имитаторов термодатчиков, напряжения и тока имитаторов ЛИА. По информационному входу 3 в персональный компьютер 9 поступают данные о значениях напряжений и температуры, измеренные устройствами контроля КАС 3, и сигналы управления его режимами работы. В персональном компьютере 9 рассчитываются погрешности измерения параметров имитатора ЛИАБ 5 устройствами контроля КАС 3.
Устройство работает следующим образом.
Персональный компьютер 9, в соответствии с программой испытаний испытуемого КАС 3, формирует необходимые управляющие команды для контроллера 8, который, в свою очередь, обеспечивает включение имитаторов 10, И, ..., N аккумуляторов. После включения испытуемого КАС 3 в режиме имитации заряда ЛИАБ значения тока и напряжения на его выходе измеряются датчиками 4 и 6, преобразуются аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 7 и поступают в контроллер 8 для формирования вольт-амперной нагрузочной характеристики (ВАХ) испытуемого прибора 3.
Аналоговые регуляторы имитаторов 10, 11,..., N ЛИА формируют требуемую вольт-амперную характеристику имитатора ЛИАБ 5.
Часть энергии постоянного тока, полученной имитаторами 10, 11,..., N ЛИА от испытуемого КАС 3 возвращается устройством рекуперации 2 в силовой канал питания комплекса автоматики и стабилизации 3.
В процессе работы устройства осуществляется передача данных о состоянии испытуемого КАС 3 в контроллер 8 и далее - в компьютер 9 для визуального отображения информации в соответствии с алгоритмами испытаний.
Преимущество предложенного технического решения по отношению к аналогам и прототипу заключается в том, что режимы испытаний оборудования с имитатором аккумуляторной батареи максимально приближены к реальным режимам работы каждого аккумулятора. В данном
устройстве количество циклов заряда не ограничивается и при испытаниях КАС можно имитировать процессы деградации аккумуляторов литий-ионной батареи. Кроме того, имеется возможность проведения испытаний КАС с любым количеством ЛИА в батарее без изменения структуры устройства, что обеспечивает универсальность предлагаемого решения при его технической реализации.