基于COTS单体的锂离子蓄电池组在空间的应用

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1、第24卷第4期航天器工程V01．24No．41111生!旦墨￡垒g垦堡堡垒!!垦堕鱼!型垦垦垦!堕鱼!!!基于COTS单体的锂离子蓄电池组在空间的应用张文佳张晓峰刘治钢(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要调研了基于商业现货(Commercialoff—the—shelf，COTS)单体的锂离子蓄电池组在空间应用中的发展历程和使用现状，从电池组拓扑结构、防短路和防开路设计、均衡管理策略、充放电控制以及机、热设计的角度，对比了COTS单体蓄电池组与空间专用电池组的差别，分析得出了基于COTS单体的

2、锂离子电池组的技术特点；归纳了基于COTS单体的蓄电池组应用于空间会带来的影响，并梳理出研制和建造过程中的关键环节和成功经验。关键词COTS单体；锂离子电池组；空间应用；发展历程；技术特点中图分类号：V442文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．04．018StudyonSpaceApplicationofCOLithium。ionCellBatteryZHANGWenjiaZHANGXiaofengLIUZhigang(BeijingInstituedofSpa

3、cecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：ThispaperinvestigatesthespaceapplicationofCOTS(Commercialoff—the—shelf)cellbatteryincludingitsdevelopmentprocessandpresentsituation，comparestheCOTScellbatterywiththespecialspacebatteryintermsofbatteryto

4、pology，short—circuitandopen—circuitproofdesign，balancemanagement，charge／dischargecontrolandstructural／thermaldesign．ThenitanalyzesthetechnicalcharacteristicsoftheCOTScellbattery．Onthebasisofabove，thispapersummarizestheinfluencesofthespaceapplicationofCOTSc

5、ellbattery，andsortsoutthekeystepsintheprocessofCOTScellbatterybuildingandqualification．Keywords：COTScell；Lithium—ionbattery；spaceapplication；developmentprocess；technicalcharacteristiC1引言国际上从1995年起开始航天器锂离子蓄电池组的研制uj，经过近20年的研究，具有比能量高、充放电效率高、自放电率低、无记忆效应、高输出电压、

6、长寿命等优点的锂离子电池，已经在众多空间任务中取代镉镍蓄电池组和氢镍蓄电池组，成为第三代空间储能装置。2000年11月英国在空间技术研究卫星一1d(STRV-1d)上首先采用锂离子蓄电池组，至今锂离子蓄电池组的空间应用已经超过14年，大约有200颗卫星的飞行经历，广泛应用于各种地球轨道以及深空探测的飞行任务中[2。]。国外空间应用的锂离子蓄电池组，按照使用单体的不同，可以分为2类，基于空问专用电池单体的蓄电池组和基于商业现货(Commercialoff-the-shelf，COTS)单体的蓄电池组，其中后者

7、的空间应用要先于前者。空间专用电池是指专门为空间任务和环境研制的宇航级电池产品，如法国的SAFT公司、美国的Yardney公司、中国的上海811所和中电18所等供应商均能提供空间专用电池。而COTS电池是指可以在市场上采购的商业级量产电池产品。目前空间应收稿日期：2015-04—20；修回日期：2015—07—03作者简介：张文佳，女，硕士，工程师，从事航天器供配电设计工作。E—mail：wendyzh85@163．corn。航天器工程用的基于COTS单体的锂离子蓄电池组大部分是由Sony公司20世纪90年

8、代定型的18650HC单体组成[4]。18650是COTS电池中的一种常见型号，特指尺寸为直径18mm、高65mm的圆柱形电池，Sonyl8650HC单体额定容量1．5Ah，工作电压为2．5～4．2V，容量密度为130Wh／kg，材料体系为正极钴酸锂／负极硬碳。由这种单体组成的蓄电池组形成的“小单体电池组”(smallcellbattery)，成为空间蓄电池组的一种独特而广泛应用的技术路线。截至2013年，已经有