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      儲能鋰電池組在航空航天領域的應用一波三折

      來源:存能電氣  日期:2019-06-13 15:58  瀏覽量:

        儲能鋰電池組在航空航天領域的應用一波三折。隨著鋰離子電池技術的日益成熟,鋰電池在航空航天電源領域展現出廣闊的發展前景。國際上,鋰電池組技術已在微小衛星,高軌道衛星,深空探測領域取得廣泛應用,正成為繼鎘鎳電池,氫鎳電池之后的第三代航天用儲能電源。本文將介紹儲能鋰電池組在航空航天領域的應用。

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        儲能鋰電池組在航空航天領域的應用

        鋰電池組在微小衛星上的應用

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

        鋰電池組在高軌衛星上的應用

        由于鋰電池的比能量高達125wh/kg,遠遠高于目前應用的氫鎳電池60wh/kg的比能量,對于一顆20kw功率的高軌道衛星,采用鋰電池組代替氫鎳電池組,電池組的重量可以節約300kg以上。

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

        鋰電池在深空探測航天器上應用

        在深空探測領域,由于航天器需要進行長距離飛行,鋰電池的高比能量、低自放電的優勢尤為突出,在近幾年開展的深空探測計劃中,均采用了鋰電池作為儲能電源。如:歐空局(ESA)發射的SMART-1月球探測器、火星快車、美國NASA發射的勇氣號和機遇號火星探測器等。我國月球探測二期也計劃采用鋰電池作為者陸器和月球車的儲能電源。

        儲能鋰電池組在航空航天領域的應用一波三折

        鋰電池在民用飛機的應用經歷坎坷。2010年4月,賽斯納在“獎狀”CJ4公務機上采用了鋰電池。2011年10月,由于鋰電池在地面起火,FAA要求該機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域被暫停使用的導火索應該是2013年1月7日和1月16日波音787飛機的兩起起火事故。

        波音公司在使用先進的大容量高功率鋰電池方面較為領先,其波音787于2011年就將鋰電池作為主電池及輔助動力裝置電池裝機使用,成為了全球首款在飛機關鍵系統中采用鋰電池技術的民用客機。

        但是在2013年1月7-16日短短的10天時間內,波音787連續發生了7起事故(包括電池起火、燃油泄漏、計算機故障、駕駛艙玻璃出現裂紋等),使得全球當時已經投入運營的50架波音787全部停飛,當時波音787的累計飛行小時僅為52000h。雖然電池事故的根本原因經過后續調查仍未確定,但波音公司還是改進了其鋰離子電池系統的設計。

        波音提出的電池改進方案包括:重新設計充電器;保持原有的兩個32V的鋰離子主蓄電池,但重新設計了電池布局,并增加了電池芯間的空隙,以保證在任何一個單元發生故障和過熱時,能夠快速吸收熱量,降低發生連鎖反應而造成電池熱擊穿的可能;重新設計電池金屬包裹外殼以消除電池過熱引起著火的可能性。該金屬外殼上設有排水孔、排氣孔,當電池盒中的電解液溫度過高以及產生煙霧時,可及時將電解液排出。實際上,波音的修改方案只涉及阻止火災的蔓延,并沒有從根本上杜絕起火的可能性。

        因為787電池事故發生時,A350飛行測試程序已確定,再對電池進行更換為時已晚,因此,實際上A350首飛飛機仍然采用的鋰電池。另外,EASA也并未引用FAA針對鋰電池的特別規定。同時,電池制造商表示,A350使用的鋰電池比2010年波音787使用的那款要穩定得多,是首次依照A級設計標準設計的,也就是十億飛行小時不超過一次事故。2016年1月,MSN24飛機順利投入使用。目前投入運營的空客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間隔為每兩年一次,而鎳鎘電池的維修間隔是4-6個月;再有則是提高了系統控制能力,機組人員將收到更為詳細的電池狀態信息,電池管理系統發現異常將做出相應反應,不需要增加額外的監視系統。電池制造商表示,如果空客答應客戶重新選擇,他們可對A350飛機上早期使用的鎳鎘電池進行更換。

        由此可見,鋰電池在A350客機上的成功應用,有可能使鋰電池技術在民用航空領域的應用重現光明。

        隨著新材料的不斷出現,鋰電池技術將繼續發展和成熟,憑借其優越的性能,大容量高功率鋰電池組在航空領域將擁有更廣闊的應用前景。

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