Využití superkapacitorů v napájecích systémech pikosatelitů

Podrobnosti

Kategorie: Další vědecké a výzkumné projekty

Záměrem interního post-doktorského projektu, řešeného v roce 2012, bylo studovat možnosti využití moderních superkapacitorů s uhlíkovými nanočásticemi v napájecích systémech pikosatelitů. V rámci projektu byla prováděna dlouhodobá měření vlastností superkapacitorů Maxwell během nabíjecích a vybíjecích cyklů provedených na automatizovaném testeru. Byly vyhodnocovány poklesy kapacity, nárůsty vnitřní impedance, změny v energetické účinnosti nabíjecích a vybíjecích cyklů, změny v samovybíjení a rovněž změny parametrů superkapacitorů při jejich přebíjení nad doporučené provozní napětí. Přebíjení bylo testováno až do 120 % doporučené nominální hodnoty svorkového napětí superkapacitoru.

Akumulátory a superkapacitory v napájecích systémech pikosatelitů

U pikosatelitů, které jsou zpravidla vynášeny na nízké oběžné dráhy Země, absolvují jejich akumulátory během jednoho roku činnosti několik tisíc cyklů nabití a vybití. Pro svou nízkou hmotnost běžně používané Li-Ion nebo Li-Pol akumulátory po takovém množství cyklů ztrácí většinu své kapacity a zároveň se zvětšuje jejich vnitřní impedance. Vysoká vnitřní impedance nedovoluje akumulátorům pokrýt špičkové proudové odběry jednotlivých systémů pikosatelitů, zejména radiokomunikačních jednotek. Důsledkem nárůstu vnitřní impedance i poklesu kapacity akumulátoru je nespolehlivá funkčnost pikosatelitů s opakovanými restarty elektronických obvodů způsobených poklesy napájecího napětí nebo úplná nečinnost pikosatelitu během letu ve stínu Země.

Cílem projektu bylo zkoumat možnosti uplatnění superkapacitorů jako doplňku akumulátorů v napájecích systémech pikosatelitů. Moderní superkapacitory sice stále nedosahují měrné energie (vyjádřené ve Wh/kg) akumulátorů, mají však výrazně delší životnost, větší rozsah provozních teplot a nižší vnitřní impedanci než akumulátory. Tyto vlastnosti je činí vhodnými k tomu, aby sloužily jako doplněk k hlavnímu akumulátorovému zásobníku energie a dlouhodobě pokrývaly špičkové proudové odběry po zestárnutí hlavních akumulátorů.

Součástí projektu bylo dlouhodobé testování superkapacitorů za simulovaných energetických podmínek obdobných jako na nízké oběžné dráze Země, kdy během cyklování nabíjení a vybíjení bylo sledováno jejich stárnutí (změny parametrů) včetně několika testů za podmínek mírného přebíjení superkapacitorů při zvýšeném svorkovém napětí.

Téma je zpracováváno postupně (od návrhu testeru, provedení prvních ověřovacích testů, teoretické výpočty podmínek testů až po výsledné testování superkapacitorů a akumulátorů) v rámci studentských grantových soutěží a v rámci bakalářských či diplomových prací.