空间用氢镍蓄电池自放电率研究

樊红敏，王 淼， 范梅梅， 王树强，檀立新，傅晓晴

(1.中国电子科技集团公司第十八研究所，天津 300384；2.天津力神电池股份有限公司，天津 300384)

随着中国空间技术的飞速发展，对空间能源要求也提出了更高的要求，氢镍电池具有高比能量、长循环寿命特点被广泛应用，由于氢镍电池自放电影响电池的使用效率，降低电池的自放电率可以大大提高电池的使用寿命。有研究表明电极材料、电解液、隔膜等对氢镍电池的自放电率有影响[1-6]，氢镍电池的自放电率与环境温度、搁置时间和充电容量等因素有关。本文对空间用额定容量80 Ah氢镍电池进行了不同搁置时间、不同充电量和不同环境温度下的自放电率实验研究，为发射场环境和其它实验阶段测试提供理论数据。

1 实验

1.1 试样样品

4 只额定容量 80 Ah 电池(编号为 1＃、2＃、3＃、4＃)。

1.2 实验制度

在环境温度(20±3)℃将4只电池充电84 Ah，分别搁置0、24、48、72、120 h 后进行自放电实验。在环境温度(20±3)℃将4只电池分别充电64 Ah和84 Ah，分别搁置0 h和24 h后进行自放电实验。在环境温度(17±3)℃、(20±3)℃和(23±3)℃下，将4只电池充电84 Ah，分别搁置0、24 h后进行自放电实验。

2 结果与讨论

2.1 搁置时间和自放电率的关系

在环境温度(20±3)℃下，对充电容量84 Ah的电池进行了搁置时间分别为0、24、48、72、120 h的自放电实验。实验电池电压曲线(以1＃电池为例)见图1。

实验电池的容量和自放电率见表1。

根据表1，得到自放电率与搁置时间关系，见图2。

图1 20℃，充电容量84 Ah，自放电实验电压曲线

表1 20 ℃，充电容量84 Ah，不同搁置时间的自放电率

图2 20℃，充电容量84 Ah，自放电率与搁置时间关系

由图2可见，自放电率与搁置时间呈非线性正相关，搁置时间越长，自放电率增幅越小。20℃，容量保持率(搁置后容量占无搁置容量的百分比)与搁置时间的关系如图3所示。

图3 20℃，容量保持率与搁置时间关系

由图3得到20℃容量保持率(C)与搁置时间(t)的关系式：Ln(C)=Ln(98.27)－0.0029t。

NASA手册给出INTELSAT-Ⅵ50 Ah电池的20℃容量保持率与搁置时间的关系式为：Ln(C)=Ln(92.02)－0.0029t。与本项实验取得的直线斜率一致，两种电池的自放电率相当。

2.2 充电容量与自放电率的关系

在环境温度(20±3)℃下，对充电容量64 Ah的电池进行了搁置时间为0 h和24 h的自放电实验。实验电池电压曲线(以1＃电池为例)见图4。

实验电池的容量和自放电率见表2。

从表1、表2可以得到充电容量84 Ah和64 Ah的自放电率比较关系(图5)。

图5表明，电池充电容量较小时自放电率也较小。

2.3 环境温度与自放电率的关系

分别在环境温度(17±3)℃和(23±3)℃下，对充电容量84 Ah的电池进行了搁置时间24 h的自放电实验。实验电池电压曲线(以1＃电池为例)见图6。

实验电池的容量和自放电率见表3。

从表1、表3中，可以得到在环境温度为17、20、23℃时，充电容量84 Ah和24 h自放电率的比较关系(图7)。

图7表明，自放电率与温度呈非线性正相关，温度越高，自放电率上升幅度越大。

图4 20℃，充电容量64 Ah，自放电实验电压曲线

表2 20 ℃，充电容量64 Ah，搁置24 h的自放电率

图5 20℃，充电容量84 Ah和64 Ah的24 h自放电率比较

图6 17℃和23℃，充电容量84 Ah，自放电实验电压曲线

2.4 充电效率

对以上实验数据进行整理，可以得到电池在三种温度和两种充电容量下的充电效率(表4)。

从表4中可得到三种温度下的充电效率比较(图8)和两种充电容量下的充电效率比较(图9)。

由图8、图9可见，温度升高，充电效率降低；同一温度下，充电容量较小时，充电效率较高。

表3 17 ℃和23 ℃，充电容量84 Ah，搁置24 h的自放电率

表4 三种温度和两种充电容量下的充电效率

图7 17、20、23℃，充电容量84 Ah和24 h自放电率比较

图8 17、20、23℃，充电容量84 Ah，充电效率比较

图9 20℃，充电容量84 Ah和64 Ah，充电效率比较

3 结论

(1)同一温度下，自放电率与搁置时间呈非线性正相关，搁置时间越长，自放电率增幅越小，实验电池与INTELSAT-Ⅵ50 Ah电池的自放电率相当；(2)同一温度下，充电容量较小时自放电率也较小；(3)自放电率与温度呈非线性正相关，温度越高，自放电率上升幅度越大；(4)温度升高，充电效率降低；(5)同一温度下，充电容量较小时，充电效率较高；(6)根据充电容量与压力关系式和充电效率，估算的20℃自放电实验中的电池容量与实测容量误差不超过±1%。

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