Моделирование процессов заряда-разряда никель-водородных батарей в системе управления испытательного стенда
Диссертация
Специфика работы СЭС космических аппаратов заключается в цикличности, высокой инерционности, строгом лимите времени получения энергии от солнечных батарей, а также наиболее рациональном распределении полученной энергии между потребителями. В связи с длительным пребыванием космических аппаратов на орбите число циклов работы систем электроснабжения может достигать десятков тысяч, вследствие чего… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Обзор основных подходов к моделированию аккумуляторных батарей
- 1. 1. Математические модели аккумуляторных батарей
- 1. 2. Эквивалентные схемы замещения моделей батарей
- 1. 3. Альтернативные модели батарей
- 1. 4. Статистические модели батарей
- 1. 5. Моделирование специфических факторов, влияющих на рабочие характеристики батареи
- 1. 6. Модель никель-водородной батареи космического телескопа Хаббл
- Цель работы и задачи исследования
- Глава 2. Анализ статистической модели никель-водородной батареи
- 2. 1. Формализованное описание модели батареи
- 2. 2. Расширенная модель разряда батареи
- 2. 3. Предлагаемые модели продленного разряда батареи
- Выводы
- Глава 3. Моделирование электрохимических процессов в никель-водородной батарее
- 3. 1. Саморазрядная модель никель-водородной батареи
- 3. 2. Моделирование никель-водородной батареи на основе гипотезы мгновенного переноса заряда и тепла
- Выводы
- Глава 4. Автоматизация испытаний систем электроснабжения космических летательных аппаратов с применением полунатурных моделей аккумуляторных батарей
- 4. 1. Структура испытательного комплекса
- 4. 2. Описание аппаратной части и режима работы имитатора сигналов аккумуляторной батареи
- 4. 3. Средства программного обеспечения испытательного комплекса
- 4. 4. Результаты практического использования моделей никель-водородных батарей
- Выводы
Список литературы
- Авторское свидетельство РФ № 17 996, кл. G01R36/06. Имитатор сигналов аккумуляторной батареи. Опубл. 10.05.2001, БИМП № 13.
- Астахов Ю.Н., Веников В. А., Тер-Газарян А.Г. Накопители энергии в электрических системах. М.: Высшая школа, 1989. 160 с.
- Бабков О.И. Основные проблемы космической электроэнергетики/ О. И. Бабков, Н. Я. Пинигин, Е. Е. Романовский, Б.Е. Черток// Промышленность России. -1999. -№ 9. -с. 7−22.
- Блок имитатора сигналов, 33Y.2574.003 ТУ, г. Королев, Московская область, РКК «Энергия», 1987 г.
- Варенбуд JI. P, Лившин Г. Д., Тищенко А. К. Разработка структуры и аппаратного состава информационно-управляющего комплекса для испытаний систем электропитания космических аппаратов / Энергия: Науч.-практ. вестн. 1999. — № 4 — с.36−54.
- Варенбуд JI. P, Ледяйкин В. В., Сазанов А. Б. Разработка алгоритма проведения испытаний СЭС с использованием автоматизированного аппаратно-программного комплекса. // Энергия: Науч.-практ. вестн. -2001.-№ 1 с. 16−28
- Веденеев Г. М. Пути совершенствования автономных систем электроснабжения/ Веденеев Г. М., Орлов И. Н., Токарев А. Б., Чечин А.В.//С6. науч. трудов. № 143. М.: Моск. Энерг. ин-т. 1987. -с. 7.
- Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие. СПб.: КОРОНА принт, 2001.9.' Герман-Галкин С. Г. Линейные электрические цепи. Лабораторные работы. СПб.: Учитель и ученик, КОРОНА принт, 2002.
- Герман-Галкин С. Г. Спектральный анализ процессов силовых полупроводниковых преобразователей в пакете MATLAB (R 13) // Научно-практический журнал «Exponenta Pro. Математика в приложениях», 2003, № 2. С. 80 82.
- Динамическое моделирование и испытание технических систем/ Под ред. И. Д. Кочубиевского. М.: Энергия, 1978. -303 с.
- Дуплин Н.И., Подвальный C.JL, Савенков В. В., Тищенко А. К. Анализ устойчивости разветвленных систем электропитания постоянного тока// Системы управления и информационные технологии: Сб. науч. трудов. -Воронеж, ВГТУ. 2000. -с. 40−49.
- Дьяконов В. Simulink 4. Специальный справочник. СПб. 2002
- Злакоманов В.В., Яковлев Б. С. Взаимодействие динамических систем с источниками энергии. М.: Энергия, 1980. -с. 144.
- Блок имитатора сигналов, 33Y.2574.003 ТУ, г. Королев, Московская область, РКК «Энергия», 1987 г.
- Лелеков А.Т. Моделирование теплофизических характеристик никель-водородного аккумулятора. // Вестник Сиб.гос. аэрокосмич. ун-т.: сб. науч. трудов./ под ред. проф. Г. П. Белякова — Сиб. гос. аэрокосмич. унт. Красноярск, 2004. Вып. 4. — стр. 128
- Клиначёв Н. В. Основы моделирования систем или 7 доменов законов Ома и Кирхгофа: Избранные фрагменты. Челябинск, 2000−2005.
- Савенков В.В. Моделирование, разработка и экспериментальное исследование электротехнических систем питания автономных объектов. Дисс. к.т.н., ВГТУ, Воронеж, 2002.
- Сазанов А.Б. Математическое моделирование режимов работы аккумуляторных батарей.// Научно-технический журнал «Техника машиностроения», № 2, Москва, 2007, «Вираж-центр», стр.27−30.
- Сазанов А.Б., Литвиненко A.M. Автоматизация приемо-сдаточных испытаний электронных блоков изделий радиоэлектронной аппаратуры.// Научно-технический журнал «Электротехнические комплексы и системы управления», № 2, Воронеж, 2006, «Кварта» стр. 51−56.
- Сазанов А.Б., Литвиненко A.M. Модель саморазряда никель-водородной батареи. // Вестник ВГТУ, серия «Энергетика», Выпуск 6, 2007 год/ Воронеж, гос. тех. университет. Воронеж, 2007.
- Семыкин А.В., Казаринов И. А., Никель-водородные перезаряжаемые электрохимические системы. // Электрохимическая энергетика. Саратовский гос. ун-т, Саратов 2004, Т. 4, № 1 стр.3−28, № 2 стр.63−83, № 3 стр. 113−147.
- Теньковцев В.В., Центер Б. И., Основы теории и эксплуатации герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд., 1985.
- Тищенко А.К., Ганкевич П. Т., Лившин Г. Д., Унифицированная система электроснабжения для космических аппаратов// Воронеж. Энергия: Научно-практ. вестник. 1999.-№ 3. -с. 34−51.
- Тищенко А.К., Ганкевич П. Т., Савенков В. В. Особенности проектирования унифицированых высоковольтных систем электроснабжения космических аппаратов// Воронеж. Энергия: Научно-практ. вестник. -1999 -№ 1−2 стр. 6−17
- Центер Б.И., Лызлов Н. Ю. Металл-водородные электрохимические системы. Теория и практика. Л.: Химия, 1989, 282 с.
- Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. 1-е издание, 2007 г.
- Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука: Пер. с англ. М.: Мир, 1978. 418 с.
- Электроснабжение летательных аппаратов/ под ред. Н. Т. Коробина. -М.: Машиностроение, 1975. -с. 382.
- Appelbaum, J and Weiss, R., «Estimation of Battery Charge in Photovoltaic Systems», 16th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, pp. 513−518, 1982
- Baudry, P. et al, «Electro-thermal modeling of polymer lithium batteries for starting period and pulse power», Journal of Power Sources, Vol 54, pp. 393−396, 1995
- Bernardi D., E. Pawlikowski, J. Newman, A general energy balance for battery systems, J. Electrochem. Soc. 132 (1) (1985) 5−12.
- Bratsch S. G., J. Phys. Chem. Ref. Data, 18,1 (1989).
- Brenan К. E., Campbell S. L., and Petzold L. R., Numerical Solution of Initial- Value Problems in Differential-Algebraic Equations, North-Holland, New York (1989).
- Bumby, J. R., P. H. Clarke, and I. Forster, U of Durham UK, «Computer modelling of the automotive energy requirements for internal combustion engine and battery electric-powered vehicle», IEE Proceedings, Vol 132, Pt. A, No. 5, Sept 1985, pp. 265−279
- Chapman, P. and M. Aston, «A generic battery model for electric and hybrid vehicle simulation performance prediction», Electric and Hybrid Vehciles, SP-2, Int. J. Veh. Design, 1982, pp. 82−95
- Cohen, F. and Dalton, P. J. «International Space Station Nickel-Hydrogen Battery Start-Up and Initial Performance.» Proceedings of the 36th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, Savannah, GA, July 29-August 2, 2001.
- Conway В. E. and Bourgault P. L., Can J. Chem., 37, 292 (1959).
- Dalton, P., Cohen, F., «Battery Reinitialization of the Photovoltaic Module of the International Space Station,» paper no.20 033, Proceedings of the 37th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, Washington DC, July 28-August 2, 2002.
- Dalton, P., Cohen, F., «International Space Station Nickel-Hydrogen Battery On-Orbit Performance,» paper no.20 091, Proceedings of the 37th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, Washington DC, July 28-August 2, 2002.
- Dalton P., Cohen F., Update on international space station nickel-hydrogen battery on-orbit performance, in: Proceedings of AIAA 2003, Paper #12 066, 2003.
- De Vidts P., Delgado J., and White R. E., J. Electrochem. Soc., 143, 3223 (1996).
- De Vidts P., Delgado J., Wu В., See D., Kosanovich K., and White R. E., J. Electrochem. Soc., 145,3874 (1998).
- Dobner, Donald J. and Edward J. Woods, GM Research Laboratories, «An Electric Vehicle Dynamic Simulation», 1982, pp. 103−115
- Dougal R.A., Brice C.W., Pettus R.O., Cokkinides G., Meliopoulos A.P.S.,
- Virtual prototyping of PCIM systems—the virtual test bed, in: Proceedings of PCIM/HFPC '98 Conference, Santa Clara, CA, November 1998, pp. 226 234.
- Dunlop J.D., Rao G.M., Yi T.Y., NASA Handbook for Nickel-Hydrogen Batteries, NASA Reference Pub. 1314, September 1993.
- Dunlop J.D., Giner J., Van Ommering G., Stockel J.F., Nickel Hydrogen Cell, U.S. Patent 3 867 299, 1975.
- Facinelli, W. A., «Modeling and Simulation of Lead-Acid Batteries for Photocoltaic Systems», 1983 18st Intersociety Energy Conversion Engineering Conference IECEC, Volume 4, 1983
- Halpert G., J. Power Sources, 12,177 (1984).
- Hojnicki, J.S., Kerslake, T.W., 1993, «Space Station Freedom Electrical Performance Model,» paper no. 93 128, Proceedings of the 28th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, Atlanta, Georgia, August 8−13, 1993.
- Gear C.W., Numerical Initial Value Problems in Ordinary Differential Equations, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1971.
- Gu, W. В., С. Y. Wang, and B. Y. Liaw, «The use of computer simulation in the evaluation of electric vehicle batteries», Journal of Power Sources, 75, 1998, pp. 151−161
- Jain M., Elmore A.L., Mathews M.A., Weidner J.W., Thermodynamic consideration of the reversible potential for the nickel electrode, Electrochem. Acta 43 (18) (1998) 2649−2660.
- Johnson P.J., Donley S.W., Verrier D.C., Orbital simulation life tests of nickel hydrogen batteries with additional non-eclipse cycles, J. Power
- Sources 76 (1998) 210−214.
- Juhasz A J., An analysis and procedure for determining space environmental sink temperatures with selected computational results, NASA/TM-2001−210 063, January 2001.
- Kerslake, T.W., Hojnicki, J.S., 1993, «System Performance Predictions for Space Station Freedom’s Electrical Power System,» NASA TM-106 396, 28th IECEC, Atlanta, Georgia, August 8−13, 1993.
- Kim Y. J., Visintin A., Srinivasan S., and Appleby A. J., in Nickel Hydroxide Electrodes, D. A. Corrigan and A. H. Zimmerman, Editors, PV 90−4, p. 368, The Electrochemical Society Proceedings Series, Pennington, NJ (1990).
- Leblanc P., Blanchard P., and Senyarich S., J. Electrochem. Soc., 145, 844 (1998).
- Leontopoulos, С., M .R. Etemad, K. R. Pullen and M. U. Lamperth, Imperial College London, Proc. Instn. Mech. Engrs., Vol 212, Part D, 1998, pp. 357 368
- Lightner M.R., Director S.W., Computer-aided design of electronic circuits, in: D.G. Fink, D. Christiansen (Eds.), Electronics Engineers' Handbook, 3rd ed., McGraw-Hill, New York, 1989, Section 27.
- Linden, David, Handbook of Batteries & Fuel Cells, McGraw-Hill, 1984, p. 13−19
- Lvov S.N., MacDonald D.D., Thermodynamic behavior of Ni-Cd and Ni-H2 batteries over wide ranges of temperatures (0−200 °C), KOH concentrations (0.1−20 mol kg"1) and H2 pressure (0.1−500 bar), J. Power Sources 72 (1998) 136−145.
- Mao Z. and White R. E., J. Electrochem. Soc., 138, 3354 (1991).
- Mao Z. and White R. E., J. Electrochem. Soc., 139, 1282 (1992).
- McBreen J., in Modern Aspects of Electrochemistry, No. 21, White R. E., Bockris J. O’M., and Conway В. E., Editors, p. 29, Plenum Press, New York (1990).
- McDonald, Alan Т., «Reducing Battery Costs for Electric Vehicles through Optimal Depth-of-Discharge, EVC Symposium VI Proceedings, 1981
- Merkle, Matthew A., 1997, «Variable Bus Voltage Modeling for Series Hybrid Electric Vehicle Simulation», Master’s Thesis, Virginia Tech
- Milner P. C. and Thomas U. В., in Advances in Electrochemistry and Electrochemical Engineering, Vol. 5, C. W. Tobias, Editor, p. 1, Interscience, New York (1967).
- Moore, Stephen and Merhdad Eshani, Texas A&M, «An Empirically Based Electrosource Horizon Lead-Acid Battery Model», Strategies in Electric and Hybrid Vehicle Design, SP-1156, 1996, pp.135−138
- Oliva P., Leonardi J., Laurent J. F., Delmas C., Braconnier J. J., Figlarz M., Fievet F., and de Guibert A., J. Power Sources, 8,229 (1982).
- Park S., Ho S., Aruliah S., Weber M. F., Ward C. A., and Venter R. D., J. Electrochem. Soc., 133,1641 (1986).
- Powell, В. К., К. E. Bailey, and S. R. Cikanek, Ford Research Laboratories, «Dynamic Modeling and Control of Hybrid Electric Vehicle Powertrain Systems», IEEE Control Systems, Oct 1998, pp. 17−33
- Roan, Vernon P. and Anand Raman, U of Florida, «An Approach to Incorporating Age and Electrolyte Temperature Effects on Performance Simulation of Electric/Hybrid Vehicle batteries», American Chemical Society, 1993, pp. 2.229−2.237
- Salameh, Ziyad M., Margaret A. Casacca and William A. Lynch, U of Lowell, «A Mathematical Model for Lead-Acid Batteries», IEEE Transactions on Energy Conversions, Vol. 7, No. 1, March 1992, pp. 93−97
- Srinvasan V., Weidner J.W., Newman J., Hysteresis during cycling of nickel hydroxide active material, J. Electrochem. Soc. 148 (9) (2001) A969-A980.
- Stockel J. F., in Proceedings of the 20th InterSociety Energy Conversion Engineering Conference, p. 1171 (1985).
- Та K.P., Newman J., Proton intercalation hysteresis in charging and discharging nickel hydroxide electrodes, J. Electrochem. Soc. 146 (8) (1999) 2769−2779.
- Unnewer, L. E. and S. A. Nasar, Electric Vehicle Technology, John Wiley and Sons, 1982
- Valvo, Michael, et al, «Development and Application of an Improved Equivalent Circuit Model of a Lead Acid Battery», 1996 31st Intersociety Energy Conversion Engineering Conference IECEC, Volume 2, 1996
- Vaidyanathan H., Wajsgras H., Rao G.M., Voltage and capacity stability of the hubble telescope nickel-hydrogen battery, J. Power Sources 58 (1995) 714.
- Wu В., White R.E., Self-discharge model of a nickel-hydrogen cell, J. Electrochem. Soc. 147 (3) (2000) 902−909.
- Wu В., White R.E., Modeling of a nickel-hydrogen cell, phase reaction in the nickel active material, J. Electrochem. Soc. 148 (6) (2001) A595-A609.