儲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能電源。本文將介紹儲能鋰電池組在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　儲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年就開始評估鋰離子電池在STENTOR高軌衛(wèi)星平臺，上應(yīng)用的可行性，2003年Astrium已完成了鋰電池在EUROSTAR3000平臺上應(yīng)用的綜合評估；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能電源。

　　鋰電池在深空探測航天器上應(yīng)用

　　在深空探測領(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(fā)射的SMART-1月球探測器、火星快車、美國NASA發(fā)射的勇氣號和機(jī)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(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、計算機(jī)故障、駕駛艙玻璃出現(xiàn)裂紋等)，使得全球當(dāng)時已經(jīng)投入運(yùn)營的50架波音787全部停飛，當(dāng)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(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。

　　波音提出的電池改進(jìn)方案包括：重新設(shè)計充電器；保持原有的兩個32V的鋰離子主蓄電池，但重新設(shè)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(fā)生故障和過熱時，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?；重新設(shè)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(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，可及時將電解液排出。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。

　　因為787電池事故發(fā)生時，A350飛行測試程序已確定，再對電池進(jìn)行更換為時已晚，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針對鋰電池的特別規(guī)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(wěn)定得多，是首次依照A級設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(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。