航天器用氢镍蓄电池加速寿命研究.pdf

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1、第２１卷第４期载人航天Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．４２０１５年７月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＪｕｌ．２０１５航天器用氢镍蓄电池加速寿命研究马丽萍，杨波，袁怒安，杨广（上海空间电源研究所，上海２００２４５）摘要：针对航天器用氢镍蓄电池寿命预估问题，采用４０Ａｈ氢镍蓄电池在４０％ＤＯＤ、６０％ＤＯＤ和８０％ＤＯＤ下进行了充放电循环寿命试验，对循环到１３００周次的蓄电池和其中的镍电极进行了破坏性物理分析和性能测试，结果表明：随着放电深度的增加，镍电极发生了膨胀和基板腐蚀，两者共同导致镍电极孔率增多，抢吸隔膜内的电解液；同时镍极片的导电网络变差，电

2、极的可逆性变差；上述两个原因最终导致电池性能发生衰减，规律性比较明显。加速寿命公式的验证表明，值为３的加速因子是合理的。关键词：氢镍蓄电池；加速寿命测试；放电深度；镍电极；加速因子中图分类号：Ｖ４５文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１５）０４-０３６２-０５AcceleratedLifeTestResearchonNickel-hydrogenBatteryinSpacecraftＭＡＬｉｐｉｎｇ，ＹＡＮＧＢｏ，ＹＵＡＮＮｕ’ａｎ，ＹＡＮＧＧｕａｎｇ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅ-Ｐｏｗｅｒ，Ｓｈａｎｇｈ

3、ａｉ２００２４５，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＴｏｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｃｙｃｌｅｌｉｆｅｏｆＮｉ-Ｈ２ｂａｔｔｅｒｉｅｓｉｎｓｐａｃｅｃｒａｆｔ，ｔｈｅａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｌｉｆｅｔｅｓｔｗａｓｃｏｎ-ｄｕｃｔｅｄｉｎ４０ＡｈＮｉ-Ｈ２ｂａｔｔｅｒｉｅｓｕｎｄｅｒ４０％，６０％ａｎｄ８０％ＤＯＤｓ．Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｐｈｙｓｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｗｅｒｅｔｈｅｎｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｆｔｅｒ１３００ｃｙｃｌｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｌａｒｇｅｒｄｅｐｔｈｏｆｄｉｓｃｈａｒｇ

4、ｅｌｅｄｔｏｍｏｒｅｓｅｖｅｒｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｍｉｇｈｔｂｅａｔｔｒｉｂｕｔｅｄｔｏａｇｇｒａｖａｔｅｄｓｅｐａ-ｒａｔｏｒｄｒｙ-ｏｕｔｄｕｅｔｏｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｃａｐｉｌｌａｒｙｆｏｒｃｅｂｙａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｅｘｐａｎｓｉｏｎａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｆｔｈｅｎｉｃｋｅｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｎｄｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｅｄｒｅｖｅｒｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｎｉｃｋｅｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅｄｕｅｔｏｐｏｏｒｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｎｅｔｗｏｒｋｕｎｄｅｒｌａｒｇｅｒＤＯＤ．Ｔｈｅｖａｌ

5、ｉｄａｔｉｏｎｏｆａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｌｉｆｅｅｑｕａｔｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｏｆ３ｗａｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．Keywords：Ｎｉｃｋｅｌ-Ｈｙｄｒｏｇｅｎｂａｔｔｅｒｙ；ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｌｉｆｅｔｅｓｔ；ＤＯＤ；ｎｉｃｋｅｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅ；ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｆａｃ-ｔｏｒ艺外，还包括使用温度、充电电流、放电电流、充放１引言电系数、放电深度等，因此加速条件可选参数众［２-３］加速寿命试验是指在保持失效机理不变的条多，并且相互关联和相互影响。根据国外的研［４］件下，通过增加

6、使用强度来缩短试验周期，达到快究报道，放电深度对蓄电池的寿命影响最为重［１］速考核氢镍蓄电池使用寿命的目的。加速寿要，其余的影响因素可以通过飞行器的设计使其命试验对于快速考核氢镍蓄电池的使用寿命，提处于最佳的状态，如氢镍蓄电池的运行温度、充放高氢镍蓄电池的可靠性尤其重要。据公开信息，电电流、充放比等。因此，本文以氢镍蓄电池的放目前还没有适用于低轨道氢镍蓄电池的加速寿命电深度（ＤＯＤ）为考核的加速因素，其它因素依据试验方法。运行情况，选用比较常用的、相对严酷的条件并氢镍蓄电池性能影响因素较多，除设计和工固定。收稿日期：２０１４-０９-０９；

7、修回日期：２０１５-０５-２０基金项目：十二五卫星可靠性增长项目（ＸＪ１１５００２）作者简介：马丽萍（１９７６－），女，博士，研究员，研究方向为空间用储能蓄电池。Ｅ-ｍａｉｌ：ｈｉｔ＿ｍａ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ第４期马丽萍，等．航天器用氢镍蓄电池加速寿命研究３６３较不同状态的镍电极的活性物质分布及电极形貌２试验方法情况；ＸＲＤ（Ｘ射线衍射）分析，以观察比较不同２畅１加速寿命试验方法状态的镍电极的活性物质组成和晶体结构；循环本文采用某型号任务用的４０Ａｈ氢镍蓄电池伏安测试，以测量电极的电化学特性；电化学容量进行试验，该蓄电池采用化学浸渍镍电极，

8、铂催化测试，以测试电极的容量；三点折弯强度测试，以电极，氧化锆隔膜，针对低轨道运行３年的要求加测试电极的强度。强了长寿命设计。为考核放电深度对电池寿命的３结果与分析影响，试验方案选取放电深度为