IGSO衛星75 Ah鋰離子蓄電池應用實踐

羅廣求，羅 萍

(中國電子科技集團公司第十八研究所，天津300384)

IGSO衛星75 Ah鋰離子蓄電池應用實踐

羅廣求，羅 萍

(中國電子科技集團公司第十八研究所，天津300384)

75 Ah鋰離子蓄電池作為IGSO衛星儲能電池得到在軌應用，數據表明兩組蓄電池在軌性能一致性高，單翼蓄電池組內22串電池的電壓離散度小于20 mV，蓄電池溫度梯度小于3.5℃，一個長光照期內，蓄電池荷電態保持在70%～80%，進行補充充電3次。蓄電池在軌實踐表明蓄電池設計合理，性能穩定可靠，在軌管理方法合理有效。

IGSO衛星；鋰離子蓄電池組；電池一致性

Abstract:The 75 Ah lithium ion batteries as the IGSO satellite storage battery were working on the orbit.The data indicates that the parameter of the batteries is conformal to each other.The difference of voltage between the 22 cell packs in one module was less than 18 mV.The temperature gradient in the battery was less than 3.5℃.The SoC of the battery during the solstice season was 70%～80%and the battery needed to be supplemental charged 3 times.The application of the battery on orbit indicates that the performance is stable and reliable,and the management method is convenient.

Key words:IGSO satellite;lithium ion battery;cell conformable

IGSO衛星使用75 Ah鋰離子蓄電池組作為儲能電池。蓄電池采用－Y翼和+Y翼兩組鋰離子蓄電池并聯構成，單翼蓄電池容量為75 Ah，由25 Ah單體經3并22串組成，分為兩個模塊，鋰離子蓄電池產品如圖1所示。

圖1 IGSO衛星75 Ah鋰離子蓄電池組(3P11S×4組)

1 IGSO衛星蓄電池在軌工作情況分析

1.1 蓄電池在軌工作電壓、電流分析

IGSO衛星于2015年9月發射，在軌工作1年半，鋰離子蓄電池工作電壓如圖2所示，蓄電池經兩個陰影季工作，工作電壓不低于81.8 V。蓄電池在第一個陰影季中蓄電池的充電截止電壓為88 V，對應單體電池充電截止電壓為4.0 V，放電截止電壓保持在81.8～88 V之間。第二個陰影季中，蓄電池的充電截止電壓進行了在軌調節，由88 V提高至89.1 V，對應單體電池充電截止電壓由4.0 V提高至4.05 V，放電截止電壓保持在82.3～89.1 V之間。蓄電池放電終壓保持穩定，在軌調壓成功，驗證了調壓管理措施的有效性。

蓄電池在軌1年半時間內的放電電流曲線如圖3所示，蓄電池在陰影季中的放電電流均保持在0～27.2 A之間，兩個陰影季中蓄電池放電電流偏差小于1%。

圖2 IGSO衛星鋰離子蓄電池在軌一年的工作電壓

1.2 蓄電池在軌溫度情況分析

根據鋰離子電池基本原理，電池工作的環境溫度對其性能有重要影響[1]。IGSO衛星鋰離子蓄電池由4個蓄電池模塊組成，蓄分別安裝于衛星艙體的－Y側和＋Y側。遙測參數表明＋Y翼75 Ah鋰離子電池的溫度如圖4所示。蓄電池A模塊靠邊緣溫度1采樣點，蓄電池陰影期工作溫度處于13.7～18.6℃之間，光照期擱置溫度保持在3.7～6.6℃之間。兩組電池的10個溫度采樣點的偏差如圖5所示。從數據可知單組電池溫度偏差小于2℃，兩組之間不大于3.5℃，單翼兩組蓄電池的溫度一致性保持良好。

圖3 IGSO衛星鋰離子蓄電池在軌1年半過程中蓄電池放電電流情況

圖4 IGSO衛星鋰離子蓄電池A組溫度采樣曲線

圖5 IGSO衛星+Y翼鋰離子蓄電池組溫度偏差情況

遙測參數表明，－Y翼75 Ah鋰離子電池陰影期工作溫度處于13.5～18.5℃之間，光照期擱置溫度保持在3.5～6.5℃之間。兩組蓄電池10個溫度采樣點的最大溫差不超過3.5℃。

對比－Y翼和＋Y翼蓄電池的工作溫度可知，兩翼蓄電池的溫度差也不大于3.5℃，符合不大于5℃的要求，整星條件下蓄電池組的溫度梯度小，有利于其保持長期穩定工作。

1.3 蓄電池單體一致性

IGSO衛星在軌1年半的遙測數據表明，鋰離子蓄電池組內單體電池的一致性保持良好，如圖6～圖7所示。

11串單體電池電壓最大離散度不超過20 mV(含遙測精度誤差)。除光照期由于荷電態調節需要進行順序分流造成蓄電池單體短期內差異增大以外，4個蓄電池模塊單體單元之間的電壓離散度長期保持在一個分層內(小于20 mV)，單體電壓一致性良好。

圖6 IGSO衛星鋰離子蓄電池組單體遙測電壓一致性情況

圖7 蓄電池組內11串單體的電壓一致性情況

1.4 長光照期補充充電情況分析

蓄電池在兩個陰影季之間，有大約145天的長光照期，此過程中不需要蓄電池參與供電，蓄電池性能的變化主要決定于測控電路耗電和電池的自放電。長光照其內蓄電池的電壓變化曲線如圖8所示，擱置狀態下，蓄電池組電壓逐漸降低，當降至83.6 V時(對應單體電池3.80 V，相當于70%SOC)，太陽電池對蓄電池進行小電流4～6 A補充充電，當充電電壓升高至86.9 V(對應單體3.95 V，相當于80%SOC)時，補充充電完成，一個光照期需要進行3次補充充電，保持蓄電池荷電態滿足整星儲能要求。

圖8 IGSO衛星鋰離子蓄電池光照期補充充電電壓曲線

1.5 蓄電池在軌分流調壓情況分析

蓄電池在出地影后，對其荷電態進行調節，這是在軌管理的重要內容。為了降低蓄電池的衰降速度，保證工作壽命，需要將蓄電池的荷電態適當降低。蓄電池出地影后處于充電態，電壓為89.1 V(相當于95%荷電狀態)，按工程要求可將荷電態降低至80%，對應蓄電池電壓為86.9 V。IGSO衛星蓄電池采取順序分流方法進行處理，即通過均衡管理單元(BIMU)，依次對22串電池進行主動放電調壓，放電電流為均衡電流0.5 A，當蓄電池電壓降至目標電壓后停止分流。為了保證均衡器散熱的需要，每次分流串聯數設定為6串，當單翼22串蓄電池中前6串的電壓從高壓降低至3.95 V時停止，轉入第7～12串分流，依次完成22串的光照期荷電態調節。＋Y翼蓄電池分流調壓過程如圖9～圖10所示。

圖9 蓄電池組A組分流調壓情況

圖10 蓄電池組B組分流調壓情況

蓄電池主動放電調壓處理數據表明：蓄電池組內單體電池經0.5 A小電流放電調壓，光照期內22串單體電池的電壓離散度小于20 mV，一致性保持良好，符合長壽命管理需要。

2 結論

IGSO衛星在軌工作一年半以來，鋰離子蓄電池組一系列在軌管理方法得到全面驗證，包括蓄電充電電壓調節、長光照期溫度管理、蓄電池荷電態調節、分流均衡處理等。在軌數據表明75 Ah鋰離子蓄電池在軌工作狀態良好，電壓穩定，溫度梯度小，蓄電池狀態良好，工作穩定可靠，為后續長期在軌運行期間的穩定工作打下了良好的基礎。

[1]BORTHOMIEU Y，PRéVOT D.SAFT electrochemical lithiumion model(SLIM)[C]//Proc of the 8th European Space Power Conference.Constance：8th ESPC，2008：14-19.

Application of 75 Ah lithium ion battery for IGSO satellite on orbit

LUO Guang-qiu,LUO Ping
(Tianjin Institute of Power Source,Tianjin 300384,China)

TM 912.9

A

1002-087X(2017)09-1258-03

2017-02-12

羅廣求(1977—），男，湖南省人，碩士生，高級工程師，主要研究方向為航天儲能電池技術。