80 Ah氢镍蓄电池组在轨性能分析

王 男，焦黎斌，樊红敏

(中国电子科技集团公司第十八研究所，天津300384)

80 Ah氢镍蓄电池组在轨性能分析

王 男，焦黎斌，樊红敏

(中国电子科技集团公司第十八研究所，天津300384)

阐述了80Ah氢镍蓄电池组在轨运行期间，电池组电压和衰降情况，对在轨三个地影季氢镍蓄电池组在轨性能数据进行了分析，并与地面寿命试验数据进行比对，分析结果表明电池性能良好，对氢镍蓄电池组在轨管理长寿命使用提出了建议。

氢镍蓄电池组；电压；寿命试验

在过去的20年间，无论是LEO还是GEO卫星都广泛使用了氢镍电池。已经有100多颗卫星携载10 000多个氢镍电池作为电源系统。它们累积安全飞行近10亿小时，具有高可靠性[1]。目前国内外在氢镍电池单体和组件技术方面，无论是设计还是工艺技术都日趋成熟，而氢镍蓄电池应用技术，如在轨充电管理技术，逐渐成为制约和影响蓄电池空间工作寿命和可靠性的主要因素[2]。

80 Ah氢镍蓄电池组主要应用于我国东方红四号平台卫星，在轨飞行的尼日利亚卫星、巴基斯坦卫星、玻利维亚卫星、鑫诺六号等多颗卫星均采用此规格电池组，卫星设计寿命15年。本文介绍在轨飞行的某型号蓄电池组三次地影工作情况及数据分析。

1 蓄电池组技术特点介绍

东四平台卫星为静止轨道卫星，卫星每年在春分和秋分前后经历两个共90天左右的地影时间，蓄电池组只在地影期间供电，全日照期蓄电池组涓流充电，不参加整星的供电。

氢镍蓄电池组单体极板为全烧结式，采用陶瓷-金属极柱密封技术。电极容量为正限制，容量为80 Ah。蓄电池组由2个模块，共计54只单体组成。在轨充电控制采用电子电量计为主，压力控制为辅的控制方式。每只单体电池并联一只保护二极管组件，提供单体电池内部开路失效时的旁路保护。氢镍蓄电池组三维外形图见图1。

图1 80 Ah氢镍蓄电池组三维外形图

2 在轨数据整理及分析

2.1 在轨数据整理

卫星发射至今，共经历三个地影季。在三个地影季中，最长地影一天中蓄电池组的电压、电池压力和温度的数据见图2～图9。

图2 北蓄电池组的电压

2.2 数据分析

在这三次最长地影中，蓄电池组充电最高电压、放电平台电压、放电终止电压见表1。表1中，三次充放电循环中，蓄电池组充电终止电压无升高(相对于第一次地影)，放电平台电压相对稳定，放电终止电压有一定下降。

图3 南蓄电池组的电压

图4 北电池压力1

图5 北电池压力2

图6 南电池压力1

在蓄电池组充电终止电压没有上升的情况下，蓄电池组的放电终止电压出现下降是正常的。卫星同批次电池寿命试验的数据见图10。

由图10可见，随着寿命循环的进行，蓄电池组的充电电压在逐渐升高，放电终止电压有一定程度的下降。与在轨卫星三个地影季蓄电池组的性能变化相一致。

图8 北电池温度

图9 南电池温度

表1 蓄电池组充电最高电压、放电平台电压、放电终止电压

图10 电池寿命试验中充放电电压曲线

随着循环的增加，若电池充电电压没有随着升高，则意味着电池的充电容量相应地减少了，电池的放电终止电压也会相应地降低。但放电终止电压的下降并不代表电池性能的下降，寿命试验的结果表明，寿命初期电池的容量呈上升趋势。

若适当提高充电容量，电池的放电终止电压可以稳定在一定的水平。图11为同批次电池寿命试验数据，在812次恒定DOD40%充放电循环(对应在轨工作寿命的中期)之前，可以通过提高电池的充电容量(反映为充电电压上升)来稳定放电终止电压，无需调整充放电量比。但在寿命后期，电池的性能呈逐渐下降趋势，需要通过提高充放电量比来稳定放电终止电压。

经历三个地影季，卫星蓄电池组的放电终止电压虽有一定下降，但对应的单体电池的放电终止电压为1.255 V，仍在较高水平。目前，无需提高蓄电池组的充电容量，可以继续将电池的充电终止电池压力控制在规定的3.85～4.2 MPa之间。

图11 电池寿命实验中充放电电压曲线

蓄电池组在轨工作期间，当蓄电池组的放电终止电压低于65 V时，考虑提高蓄电池组的充电容量。

3 结论

氢镍蓄电池组在轨工作期间性能稳定，工作正常；经历三个地影季，卫星蓄电池组的放电终止电压虽有一定下降，但对应的单体电池的放电终止电压为1.255 V，仍在较高水平；压力传感器的性能稳定，可有效地控制充电。

根据对三个地影季分析，合理的在轨管理制度有益于延长氢镍蓄电池组寿命，确保供电安全。为延长在轨卫星氢镍蓄电池组的寿命，建议在轨管理采取如下措施：

(2)采用间断涓流充电（二至点期间或地影期间），蓄电池压力控制在4.0～4.6 MPa之间，把过充电量控制到最小。

[1]穆肯德·R·帕特尔.航天器电源系统[M].韩波，陈琦，崔晓婷，译.北京：中国宇航出版社，2010.

[2]杜红，刘震，曹俊，等.氢镍蓄电池寿命影响分析及在轨充电控制技术研究[M].航天器工程，2011(1)：88-94.

Orbit performance analysis of Ni-Cd battery for space 80 Ah nickel-hydrogen battery

80 Ah Nickel-Hydrogen battery voltage and its decrease in orbit were showed,and the performance data of battery in orbit in three earth shadow seasons was analyzed.Compared with the data of ground test for battery life, good performances in orbit was showed.Also the advises of management of Ni-Cd battery in long life time were presented.

Nickel-Hydrogen battery;voltage;life test

TM 911

A

1002-087 X(2015)10-2141-03

2015-06-08

王男(1982—)，女，吉林省人，学士，主要研究方向为空间电源。