儲(chǔ)能鋰電池組在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用一波三折

來源：存能電氣  日期：2019-06-13 15:58  瀏覽量：次

　　儲(chǔ)能鋰電池組在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用一波三折。隨著鋰離子電池技術(shù)的日益成熟，鋰電池在航空航天電源領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。國際上，鋰電池組技術(shù)已在微小衛(wèi)星，高軌道衛(wèi)星，深空探測(cè)領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，正成為繼鎘鎳電池，氫鎳電池之后的第三代航天用儲(chǔ)能電源。本文將介紹儲(chǔ)能鋰電池組在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　儲(chǔ)能鋰電池組在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

　　鋰電池組在微小衛(wèi)星上的應(yīng)用

　　2000年11月16日發(fā)射的STRV-1d航天器首先采用了鋰電池組，此后，2001年10月22日發(fā)射升空的PROBA(ProjeconBoardAutonomy)航天器、美國NASA2006年發(fā)射的ST-5納星等均采用了鋰電池組。

　　鋰電池組在高軌衛(wèi)星上的應(yīng)用

　　由于鋰電池的比能量高達(dá)125wh/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前應(yīng)用的氫鎳電池60wh/kg的比能量，對(duì)于一顆20kw功率的高軌道衛(wèi)星，采用鋰電池組代替氫鎳電池組，電池組的重量可以節(jié)約300kg以上。

　　因此，歐空局(ESA)從1996年就開始評(píng)估鋰離子電池在STENTOR高軌衛(wèi)星平臺(tái)，上應(yīng)用的可行性，2003年Astrium已完成了鋰電池在EUROSTAR3000平臺(tái)上應(yīng)用的綜合評(píng)估；2004年3月發(fā)射的W3A衛(wèi)星是國際上第一顆采用鋰離子電池的高軌道衛(wèi)星，此后，Amazonas、Hotbird8、Skynet5A.Skynet5B、SyracusemA、SyracuseIB等高軌道衛(wèi)星均采用了鋰離子電池作為儲(chǔ)能電源。

　　鋰電池在深空探測(cè)航天器上應(yīng)用

　　在深空探測(cè)領(lǐng)域，由于航天器需要進(jìn)行長距離飛行，鋰電池的高比能量、低自放電的優(yōu)勢(shì)尤為突出，在近幾年開展的深空探測(cè)計(jì)劃中，均采用了鋰電池作為儲(chǔ)能電源。如：歐空局(ESA)發(fā)射的SMART-1月球探測(cè)器、火星快車、美國NASA發(fā)射的勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)火星探測(cè)器等。我國月球探測(cè)二期也計(jì)劃采用鋰電池作為者陸器和月球車的儲(chǔ)能電源。

　　儲(chǔ)能鋰電池組在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用一波三折

　　鋰電池在民用飛機(jī)的應(yīng)用經(jīng)歷坎坷。2010年4月，賽斯納在“獎(jiǎng)狀”CJ4公務(wù)機(jī)上采用了鋰電池。2011年10月，由于鋰電池在地面起火，F(xiàn)AA要求該機(jī)采用鎳鎘電池或酸性電池取代鋰電池。但真正使鋰電池在民用航空領(lǐng)域被暫停使用的導(dǎo)火索應(yīng)該是2013年1月7日和1月16日波音787飛機(jī)的兩起起火事故。

　　波音公司在使用先進(jìn)的大容量高功率鋰電池方面較為領(lǐng)先，其波音787于2011年就將鋰電池作為主電池及輔助動(dòng)力裝置電池裝機(jī)使用，成為了全球首款在飛機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)中采用鋰電池技術(shù)的民用客機(jī)。

　　但是在2013年1月7-16日短短的10天時(shí)間內(nèi)，波音787連續(xù)發(fā)生了7起事故(包括電池起火、燃油泄漏、計(jì)算機(jī)故障、駕駛艙玻璃出現(xiàn)裂紋等)，使得全球當(dāng)時(shí)已經(jīng)投入運(yùn)營的50架波音787全部停飛，當(dāng)時(shí)波音787的累計(jì)飛行小時(shí)僅為52000h。雖然電池事故的根本原因經(jīng)過后續(xù)調(diào)查仍未確定，但波音公司還是改進(jìn)了其鋰離子電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

　　波音提出的電池改進(jìn)方案包括：重新設(shè)計(jì)充電器；保持原有的兩個(gè)32V的鋰離子主蓄電池，但重新設(shè)計(jì)了電池布局，并增加了電池芯間的空隙，以保證在任何一個(gè)單元發(fā)生故障和過熱時(shí)，能夠快速吸收熱量，降低發(fā)生連鎖反應(yīng)而造成電池?zé)釗舸┑目赡埽恢匦略O(shè)計(jì)電池金屬包裹外殼以消除電池過熱引起著火的可能性。該金屬外殼上設(shè)有排水孔、排氣孔，當(dāng)電池盒中的電解液溫度過高以及產(chǎn)生煙霧時(shí)，可及時(shí)將電解液排出。實(shí)際上，波音的修改方案只涉及阻止火災(zāi)的蔓延，并沒有從根本上杜絕起火的可能性。

　　因?yàn)?87電池事故發(fā)生時(shí)，A350飛行測(cè)試程序已確定，再對(duì)電池進(jìn)行更換為時(shí)已晚，因此，實(shí)際上A350首飛飛機(jī)仍然采用的鋰電池。另外，EASA也并未引用FAA針對(duì)鋰電池的特別規(guī)定。同時(shí)，電池制造商表示，A350使用的鋰電池比2010年波音787使用的那款要穩(wěn)定得多，是首次依照A級(jí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，也就是十億飛行小時(shí)不超過一次事故。2016年1月，MSN24飛機(jī)順利投入使用。目前投入運(yùn)營的空客A350中大概有50架使用了鋰電池。

　　采用鋰電池的主要好處首先是減重約80kg；其次是鋰電池的日常維護(hù)間隔為每兩年一次，而鎳鎘電池的維修間隔是4-6個(gè)月；再有則是提高了系統(tǒng)控制能力，機(jī)組人員將收到更為詳細(xì)的電池狀態(tài)信息，電池管理系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常將做出相應(yīng)反應(yīng)，不需要增加額外的監(jiān)視系統(tǒng)。電池制造商表示，如果空客答應(yīng)客戶重新選擇，他們可對(duì)A350飛機(jī)上早期使用的鎳鎘電池進(jìn)行更換。

　　由此可見，鋰電池在A350客機(jī)上的成功應(yīng)用，有可能使鋰電池技術(shù)在民用航空領(lǐng)域的應(yīng)用重現(xiàn)光明。

　　隨著新材料的不斷出現(xiàn)，鋰電池技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展和成熟，憑借其優(yōu)越的性能，大容量高功率鋰電池組在航空領(lǐng)域?qū)碛懈鼜V闊的應(yīng)用前景。