A Magyar Űrkutatási Iroda támogatásával megvalósult témapályázat keretében megkíséreltük specifikálni egy kisműhold akkumulátor egységét.
Elvégeztünk bizonyos fejlesztéseket. Az összegyűlt tapasztalatokat és eredményeket kissé rövidítve ismertetjük az alábbiakban.
A fedélzeti akkumulátoroknak kulcsszerepe van a világűrben működő berendezésekben. Meghibásodásuk, kimerülésük akár a legdrágább misszió végét is jelentheti, ezért a biztos rendelkezésre állásuk érdekében a megbízhatóság növelésének minden lehetőségét igyekeznek kihasználni az űreszközök megvalósításánál.
A megbízhatóság növelésének hardver eszközei a tartalékolási elvek, melyek cella szinten, oszlop szinten és egység szinten jelenhetnek meg. A cella és oszlop szintű tartalékolás az ismert gyakorlati cella-struktúráknál melegtartalékoltan van kialakítva. Az egység szinten a célkitűzéstől függően lehet meleg, illetve hideg tartalékolást alkalmazni attól függően, hogy a megbízhatóság vagy az élettartam növelése az elsődleges cél. Mindkét esetben rendkívül kritikus az át-, vagy lekapcsoló elektronika komplexitása, megbízhatósága és sebessége, a hardver és a vezérlő szoftver szintjén is.
A téma keretein belül olyan megoldást dolgoztunk ki, amelyben a fedélzeti akkumulátorok állapotát jellemző információk mennyiségét jelentősen megnöveltük. Az akkumulátor csomag teljes feszültségén kívül, minden egyes cellát külön mérünk, ezzel segítve a fedélzeti és a földi irányítást az optimális döntések meghozatalában és a megfelelő környezeti feltételek biztosításában.
Az akkumulátor és azt felügyelő elektronika nem tárgyalható a rendszer energiaellátásától függetlenül. Az 1. ábrán egy lehetséges energiaellátó rendszert mutatunk. Tegyük fel, hogy a fedélzeten a buszfeszültség szabályozatlan, de minden pillanatban meghatározza a rendszer valamelyik eleme. Természetes módon az alábbi helyzetek (a, b, c) valamelyikével lehet számolni.
a) névleges állapot: Vbusz,min < Vbusz (t) < Vbusz,max
b) energiaszegény állapot: Vbusz,min = Vbusz (t)
c) „túl sok energia” állapot: Vbusz,max = Vbusz (t)
1. ábra
Akkumulátor felügyeleti elektronika
A műhold megbízható működése érdekében fontos szempont az akkumulátorok megfelelő kiválasztása és az akkumulátorok optimális működési körülményeit biztosító, megbízható elektronika kifejlesztése.
A Li-ion akkumulátorok rendelkeznek az egységnyi térfogatra és tömegre vetített legnagyobb energiatároló kapacitással. Alkalmazásuk az űriparban is egyre elterjedtebb, ezért a kisműholdon is ilyen típusok alkalmazását vizsgáljuk.
Az ilyen típusú akkumulátorok túltöltése illetve mélykisütése maradandó károsodást okozhat. Tehát az egyik legfontosabb feladat az egyes akkumulátor cellák feszültségének folyamatos mérése, és a megfelelő védelmi áramkörökkel kontrollálni a folyamatokat.
Az akkumulátorok hőmérséklete jelentősen befolyásolja a töltés és kisütés hatásfokát, ugyanis az akkumulátor hőmérsékletfüggő belső ellenállása [Rb(T)] Pd = I2 × Rb(T) teljesítményt fogyaszt. A hőmérséklet mérése és szabályozása ezért szintén egy fontos feladat.
Abban az esetben, ha elég nagy a bejövő energia, célszerű az összes cellát a maximális töltöttségi állapotba hozni. Ennek a megvalósításához szükség van az egyes cellák feszültségszintjeit kiegyenlítő ún. balansz konverterre.
Egy lehetséges akkumulátor felügyeleti elektronika blokkvázlata a 2. ábrán látható.
2. ábra
Dr. Bánfalvi Antal, Dr. Szabó József
A szabályozatlan energiabusz feszültségét a rendszer névleges állapotában az akkumulátor feszültsége határozza meg. Ebben az állapotban a napelemek maximális energiát szolgáltatnak.
Az akkumulátor a terhelés pillanatnyi energia-szükségletétől függően nyelni illetve pótolni is képes energiát.
Ez az eset úgy jöhet létre, hogy a napelemek a szükségesnél kevesebb energiát adnak és a hiányzó részt az akkumulátor olyan hosszú időn keresztül biztosította, mely alatt kisülés-közeli állapotba került. Ezt az állapotot nem tervezzük üzemszerűnek, de ha ez mégis előfordul, akkor alapvető feladat a kikapcsolás végrehajtása. A kikapcsolásokat úgy kell megszervezni, hogy az adatvesztést elkerüljük, a rendszer egyetlen eleme se károsodjon, és végül olyan állapot jöjjön létre, hogy a buszon újbóli energia megjelenésre a rendszer automatikusan elindulhasson a „power reset” állapotból.
A rendszer kikapcsolását különböző biztonsági okokból két feszültségszinthez köthetjük. A feszültségszinteknek nagyság
szerint ki kell elégíteni az alábbi egyenlőtlenséget:
Vbat,min < Vaux uvlo < Valarm lowbat = Vbusz,min
Az Valarm lowbat jelet az EPS (Electric Power Subsystem) állítja elő az OBDH (OnBoard Data Handling) számára. Abban az esetben, ha az OBDH valamiért nem kapcsol ki, vagy a részleges terhelés-csökentés után is tovább sül az akkumulátor, a segéd-tápegység (AUX PS) alulfeszültség védelme a rendszert kikapcsolja.
Ez a helyzet akkor jöhet létre, ha a napelemek MPP munkapontban vannak, a terhelések keveset fogyasztanak és a felesleges rész az akkumulátort olyan hosszú ideig töltötte, hogy az már túltöltés-közeli állapotba került. Ezt az állapotot üzemszerűnek tervezzük, mert ebben jelenik meg az energia-háztartásunk tartalékkal történő tervezése.
Ebben részben tudjuk figyelembe venni a minimum „BOL” (Beginning of Life) és „EOL” (End of Life) értékeket. Ebben az esetben alapvető feladat a cellák túltöltés elleni védelmének és ezzel egyidejűleg a busz túlfeszültség elleni védelmének megbízható kialakítása, mialatt a fedélzeti rendszerek zavartalanul működnek.
Ennek a szabályzásnak két módja lehetséges:
BME-HVT Űrkutató Csoport
A Magyar Csillagászati Alapítvány a Magyar Asztronautikai Társaság közreműködésével A Csillagászati Nemzetközi Éve keretében tudományos konferenciát rendez Budapesten, 2009. október 29-én. 
