Srovnání superkapacitorů a akumulátorů pro napájení subsystémů pikosatelitů

Bc. Ondřej BECH

Master's thesis

Comparison of supercapacitors and accumulators for picosatellite power supply

Abstract:

V současné době se používají pro uchovávání elektrické energie v malých zařízeních zejména akumulátory a nově i superkapacitory. Oba typy mají různé vlastnosti při nabíjení a vybíjení, ale také různě se měnící dlouhodobé parametry, které závisí hlavně na způsobu jejich používání. Akumulátory mají výrazně lepší poměr uskladněné energie k hmotnosti, superkapacitory výrazně delší životnost a nižší impedanci. U obou technologií existují postupy, jak prodloužit/zkrátit životnost na úkor snížení/zvýšení měrné energie. Hlavním cílem této práce je porovnat superkapacitory a akumulátory z hlediska použití v pikosatelitu. U superkapacitorů je důležité sledovat vliv zvýšení měrné energie přebíjením na rychlost stárnutí základních vlastností, u akumulátorů pak prodloužení životnosti mělkým vybíjením, kdy se snižuje využitelná měrná energie. Sledování parametrů superkapacitorů a akumulátorů pro použití v pikosatelitu, je založeno hlavně na dlouhodobých měřeních při simulovaných energetických poměrech v pikosatelitu. To znamená opakované vybíjení a nabíjení na požadovaná napětí požadovanými proudy, které byly voleny s ohledem na skutečné očekávané zatížení při činnosti pikosatelitu a s ohledem na zvolené časové měřítko testu. Na základě těchto měření pak lze predikovat dlouhodobé chování akumulátorů a superkapacitorů v průběhu celé mise pikosatelitu a porovnat výhodnost jednotlivých technologií a způsobů jejich využívání. Tato práce v závěru přináší vyhodnocení optimálních možností použití superkapacitorů a akumulátorů pro celou misi pikosatelitu hlavně s ohledem na to, aby nedošlo po celou dobu k žádnému kritickému stavu z hlediska neschopnosti akumulačních prvků uskladnit potřebné množství energie pro napájení subsystémů pikosatelitu.

Abstract:

Commonly there are two types of technologies for accumulating energy in small devices, supercapacitors and accumulators. These two types have different properties in recharging, but also in long-time stability of parameters, which are based on observation type. Convention devices store energy accumulators have better ratio between the stored energy and weight, but new devices supercapacitors are better in long-time stability of parameters. In both technologies there are methods to prolong or reduce service life at the expense of increasing or decreasing energy density. The main objectives of this thesis should be compared technologies of supercapacitors and accumulators which will be used in picosatelite power system. For supercapacitors is important to follow effect of increasing the energy density by overcharging depending on the speed of aging basic parameters, in accumulators it´s to prolong life time by shallow discharging, when usable energy density decreased. Observation of parameters of supercapacitors and accumulators are mainly about long-time measuring. It means repeated charging and discharging of required values by demanded currents, which were chosen by real energy load in picosatelite and by the time scale of tests. Based on these measurements we can predicate properties of power system for the picosatelite mission with various mediums for accumulating energy. This work provides an assessment of optimum utilization of superkapacitors and accumulators for the mission of picosatelite considering from the point of view of the protection of function without any critical energetic states and allows to store sufficient energy for supplying picosatelite subsystems.

Keywords

Akumulátor, superkapacitor, nabíjecí a vybíjecí charakteristiky, pikosatelit

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 5. 2014

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Ivo Veřtát, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Electrical Engineering

Master programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Telecommunication and Multimedia Systems