氢镍蓄电池寿命影响分析及在轨充电控制技术研究

介绍了氢镍蓄电池空间应用寿命及其影响因素等方面的研究情况.在此基础上,针对影响氢镍蓄电池在轨寿命的因素,对氢镍蓄电池充电管理的研究和工程实践结果进行了综合分析,以期为我国氢镍蓄电池空间应用技术的提高和可靠性增长提供一定的技术参考.     

国外卫星用蓄电池的技术现状及发展趋势

综述了作为空间储能装置的蓄电池的技术现状及未来可能的发展趋势。在镉镍蓄电池方面具有丰富的飞行经验,技术成熟,成本较低,今后一段时期内在低轨道卫星上仍占主要地位;IPV氢镍蓄电池已取代镉镍蓄电池作为地球同步轨道卫星的首选储能装置,在六十多颗卫星上应用;用于低轨道卫星的氢镍蓄电池技术也取得进展,新设计的蓄电池地面试验循环寿命已达到三万次(60％DOD),有望取代镉镍蓄电池;CPV和低压氢镍蓄电池在小卫星应用上有明显优势;钠硫蓄电池和锂蓄电池具有较高的比能量特性,对它们的研究还在继续,这两类蓄电池可望成为下个世纪新的空间储能装置。     

天宫一号目标飞行器氢镍蓄电池内部温度场仿真分析与验证

建立了氢镍蓄电池温度场热仿真模型,模拟氢镍蓄电池放电过程的温度。实测结果表明仿真计算值与实测结果一致性较佳,两者温差最大仅0．7℃,验证了热仿真模型的有效性。用该仿真模型对天宫一号（TG-1）目标飞行器40A·h氢镍蓄电池进行了热设计优化,根据优化结果研制了相应的电池。对电池内部温度的测试结果表明其内部最大温差约5℃,...     

GEO卫星氢镍蓄电池压力在轨特性研究

针对多颗地球静止轨道(GEO)卫星氢镍蓄电池组压力数据在轨正向漂移的现象,文章分析了测量方式及温度对压力遥测的影响,提出基于小波分析和平稳时间序列分析的数据趋势项提取方法,并在数据趋势项的基础上建立压力遥测的修正模型。以该模型为依据,预测下一个地影季充电压力终止点。研究结果:可以在地影季到来前,及时调整氢镍蓄电池组在轨充电终止阈值和报警阈值,防止过充电,确保蓄电池组在轨管理的准确性和安全性,并有效提高蓄电池组寿命。     

月球卫星氢镍蓄电池在轨管理技术及性能分析

针对月球卫星工作模式多,功率需求变化大,自主控制能力要求高的特点,防止蓄电池出现欠充电、过充电,确保卫星供电安全,文章提出了以电子电量计控制为主、压力控制为辅的氢镍蓄电池在轨自主管理技术,包括充电控制模式、多模式多速率充电管理、全光照期充电管理和月食充电管理等内容,并给出了电池在轨测试情况。在整个任务飞行过程中电池以优异的性能在轨运行,实践证明月球卫星氢镍蓄电池在轨管理技术合理、有效。     

卫星用氢镍蓄电池组

文中论述了卫星用５０安时大容量氢镍电池，在改进极组设计和单体结构设计基础上，又按空间应用要求进行了电池组设计。其中克服了电池组结构设计，热设计和电设计等技术难关，完成了８只单体的电池组研制。该电池组比能量达３８ｗｈ／ｋｇ，并初步通过力学环境试验和充放电循环寿命试验，为氢镍电池组在空间应用奠定了基础。５０安时大容量氢镍电池组的预研填补了国内空白。     

三结砷化镓太阳电池锂离子蓄电池的小卫星电源分系统仿真模型研究

目前,小卫星电源分系统大多采用太阳电池阵 蓄电池组的联合供电模式。三结砷化镓太阳电池凭借高转换率、高可靠性的优势,已广泛用作小卫星在光照区运行的唯一供电单元;锂离子蓄电池的长寿命、高能量密度特性,也使其逐步替代镉镍、氢镍电池作为小卫星的储能单元。文章通过分析某小卫星的三结砷化镓太阳电池、锂离子蓄电池组的数学模型和电源控制器的逻辑模型,结合在轨运行的温度、光照及衰减情况,建立电源分系统的SIMULINK仿真模型,得到仿真曲线,并将仿真数据与星上遥测数据对比。研究结果表明,在忽略入影、出影时太阳反照使得温度骤变的情况下,该小卫星的遥测值与模型的仿真结果相符,表明该仿真模型真实有效。     

MEO卫星氢镍蓄电池组自主充电管理方法

MEO卫星运行轨道存在不可测控弧段,每年有长光照期和两个地影季,为此对星上充电管理的自主能力提出了较高要求。文章介绍了我国首颗在轨飞行的MEO卫星的氢镍蓄电池组的在轨自主管理方法,包括地影季的电压-温度（V-T）控制与电量计结合的充电管理方法和长光照期控制电池压力的涓流管理方法,并给出了在轨飞行的实际效果,可作为后续卫...     

无人机用锂离子蓄电池组性能测试与分析

对高空无人机用钴酸锂体系高比能量锂离子蓄电池的性能进行了测试。给出了电极材料性能、单体性能和2并5串蓄电池组的性能测试结果。试验结果表明:单体电池有较好的高低温性能、倍率性能和安全性能,蓄电池组的放电性能满足无人机动力系统使用的要求。     

锂离子蓄电池在DFH-4平台上的应用研究

在东方红四号(DFH-4)平台上应用锂离子电池,将大大减少供配电分系统的重量和体积,提高卫星的承载能力,增加经济效益。文章通过分析锂离子电池在空间应用的特点,结合DFH-4平台能力提升的迫切需求,提出了锂离子电池替代氢镍蓄电池的可行性方案,并对应用锂离子电池带来的接口变化以及适应性进行了深入的剖析,其分析结果可为卫星型号研制提供参考。     

锂氟化碳电池对火星探测任务工况适应性研究

锂氟化碳电池在固体正极体系一次电池中拥有最高的理论比能量(约2180 W·h·kg-1),特别适合对载荷质量要求苛刻的深空探测任务.我国首个火星探测器"天问一号"在其着陆巡视器内部使用了一组锂氟化碳电池用于完成进入—下降—着陆段的供电任务.文章提炼锂氟化碳电池与深空探测应用密切相关的4项基本特性,根据火星探测任务的特点...     

Characterization of Lithium-Polymer batteries for CubeSat applications

With the development of several key technologies, nanosatellites are emerging as important vehicles for carrying out technology demonstrations and space science research. Nanosatellites are attractive for several reasons, the most important being that they do not involve the prohibitive costs of a conventional satellite launch. One key enabling technology is in the area of battery technology. In this paper, we focus on the characterization of battery technologies suitable for nanosatellites.Several battery chemistries are examined in order to find a type suitable for typical nanosatellite missions. As a baseline mission, we examine York University's 1U CubeSat mission for its power budget and power requirements. Several types of commercially available batteries are examined for their applicability to CubeSat missions. We also describe the procedures and results from a series of environmental tests for a set of Lithium Polymer batteries from two manufacturers.     

板栅合金研究

本文通过查阅国内外几十种板栅合金配方，结合笔者的工作经验，在经过多次试验分析论证的基础上，找出了降低蓄电池水损耗的可行办法。采用本试验合金铸板，延长电池的使用寿命，达到了免维护电池的要求，每年可为生产企业增加可观的经济效益。     

一种空间锂离子电池非耗散型均衡方法

针对空间锂离子电池串联使用的单体电压均衡问题,文章提出一种应用双向反激DC/AC变换器的非能量耗散型均衡控制方法。串联锂离子电池中容量较高的单体能量可以通过DC/AC变换器,在时序脉冲的控制下,经过公用母线进入容量较低的单体,从而实现单体之间电压的均衡。通过对变压器副边电压的分时采集可提供单体电压遥测,避免了高共模电压条件对测量带来的影响。文章利用Multisim软件对所提出的方法的功能和性能进行了仿真分析,结果证明了其有效性。     

一种基于间接健康因子的锂离子电池剩余使用寿命预测方法

针对锂离子电池实际运行过程中容量数据无法在线获取,退化特征存在局部再生现象,剩余使用寿命（RUL）无法通过单一模型准确预测的问题,提出一种基于间接健康因子（HI）的锂离子电池RUL预测方法。首先根据在线数据构建并筛选最优的HI,然后建立基于遗传算法优化的极限学习机（GA-ELM）关系模型,再通过变分模态分解（VMD）解耦间接HI各分量,并通过相关向量机（RVM）进行趋势跟踪与预测,最后将预测结果输入到GA-ELM关系模型中得到电池容量预测值。与NASA PCoE数据集的验证对比表明,文章所用方法在趋势预测和RUL预测结果上均优于其他对比方法,可以实现锂离子电池RUL的准确预测。     

SAR卫星用能量功率兼顾型锂离子电池研究

未来大功率合成孔径雷达(SAR)卫星的发展对储能电池组提出了轻量化、倍率高及在轨寿命长等要求,而现有的SAR卫星用功率型锂离子电池产品已无法满足未来需求。通过优化正极材料和电池设计,加入功能电解液,在保证电池功率特性的同时,显著提升了电池的能量密度和循环稳定性。本文研制出的新一代能量功率兼顾型锂离子蓄电池,额定容量为25.0 Ah,初期放电比能量达到180.0 Wh·kg~(-1),2 C放电容量为0.2 C容量的91.0%,1 C-100%放电深度(DOD)和2 C-30%DOD循环性能优异,可以满足下一代大功率SAR卫星的供配电需求,且大幅降低了电源系统重量,提高了卫星储能系统的利用率和平台有效载荷能力。     

大电流矩形镉镍蓄电池组的FMEA分析

对大电流矩形镉镍电池进行了详细的失效模式与影响分析（ＦＭＥＡ），提出了相应的预防措施，对一南类电池的可靠性和维修性设计具有一定的帮助。     

矩形镉镍电池材料的耐腐蚀性研究

参照美军军标对矩形镉镍电池常用的多种材料的耐腐蚀性进行了试验研究，结果对于同类电池的设计有一定的指导意义。     

航天器锂离子蓄电池组均衡电路研究

锂离子电池在长期充放电过程中,蓄电池组内各单体电压的离散性会逐渐变大,致使整组电池寿命下降甚至失效,为此航天应用长寿命锂离子电池组必须采用均衡电路。文章对几种常用的锂离子蓄电池组均衡电路作了分析与比较,包括能量耗散型均衡电路和能量非耗散型均衡电路,介绍了其均衡工作原理;从轨道特性的角度总结了航天器电源系统对均衡电路的需求特点,据此分析了恒定分流电阻均衡电路、开关控制分流电阻均衡电路、平均电池电压均衡电路、开关电容均衡电路、DC-DC变换器均衡电路等应用于航天器电源系统的适用性,并给出了各均衡电路的应用分析结论。     

The effectiveness of end-of-life re-orbiting for debris mitigation in geostationary orbit

The effect of satellite breakups over 72 years, as a function of the end-of-life re-orbiting altitude (0–2000km), was analyzed in terms of fragment contribution to the object density in the geostationary orbit (GEO) ring, both in the short- and long-term. In the short-term, the explosions in GEO are the most detrimental for the GEO ring environment, though the average fragment density in the ring is never higher than 1/5 of the background, decreasing to less than 1/100 of the existing environment after 4 years (apart from a density rebound 5 decades later, due to luni-solar perturbations). Spacecraft end-of-life re-orbiting is a possible mitigation solution. But the re-orbiting altitude is critical if explosions continue to occur. In order to reduce the post-event average density by 1 order of magnitude with respect to an explosion occurring in GEO, more than 500km of re-orbiting is needed. Concerning the long-term environmental impact, the re-orbiting strategy supported by Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (IADC) seems adequate to guarantee, after 2–3 years, a long-term average density of fragments in the GEO ring of at least 2 orders of magnitude below the existing background. But at least 1000km of re-orbiting are needed to stay below that threshold in the short-term too. In conclusion, the re-orbiting strategy recommended by IADC is totally adequate in the long-term, but only if satellite passivation is extensively carried out.