IGSO卫星75 Ah锂离子蓄电池应用实践

罗广求，罗 萍

(中国电子科技集团公司第十八研究所，天津300384)

IGSO卫星75 Ah锂离子蓄电池应用实践

罗广求，罗 萍

(中国电子科技集团公司第十八研究所，天津300384)

75 Ah锂离子蓄电池作为IGSO卫星储能电池得到在轨应用，数据表明两组蓄电池在轨性能一致性高，单翼蓄电池组内22串电池的电压离散度小于20 mV，蓄电池温度梯度小于3.5℃，一个长光照期内，蓄电池荷电态保持在70%～80%，进行补充充电3次。蓄电池在轨实践表明蓄电池设计合理，性能稳定可靠，在轨管理方法合理有效。

IGSO卫星；锂离子蓄电池组；电池一致性

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卫星使用75 Ah锂离子蓄电池组作为储能电池。蓄电池采用－Y翼和+Y翼两组锂离子蓄电池并联构成，单翼蓄电池容量为75 Ah，由25 Ah单体经3并22串组成，分为两个模块，锂离子蓄电池产品如图1所示。

图1 IGSO卫星75 Ah锂离子蓄电池组(3P11S×4组)

1 IGSO卫星蓄电池在轨工作情况分析

1.1 蓄电池在轨工作电压、电流分析

IGSO卫星于2015年9月发射，在轨工作1年半，锂离子蓄电池工作电压如图2所示，蓄电池经两个阴影季工作，工作电压不低于81.8 V。蓄电池在第一个阴影季中蓄电池的充电截止电压为88 V，对应单体电池充电截止电压为4.0 V，放电截止电压保持在81.8～88 V之间。第二个阴影季中，蓄电池的充电截止电压进行了在轨调节，由88 V提高至89.1 V，对应单体电池充电截止电压由4.0 V提高至4.05 V，放电截止电压保持在82.3～89.1 V之间。蓄电池放电终压保持稳定，在轨调压成功，验证了调压管理措施的有效性。

蓄电池在轨1年半时间内的放电电流曲线如图3所示，蓄电池在阴影季中的放电电流均保持在0～27.2 A之间，两个阴影季中蓄电池放电电流偏差小于1%。

图2 IGSO卫星锂离子蓄电池在轨一年的工作电压

1.2 蓄电池在轨温度情况分析

根据锂离子电池基本原理，电池工作的环境温度对其性能有重要影响[1]。IGSO卫星锂离子蓄电池由4个蓄电池模块组成，蓄分别安装于卫星舱体的－Y侧和＋Y侧。遥测参数表明＋Y翼75 Ah锂离子电池的温度如图4所示。蓄电池A模块靠边缘温度1采样点，蓄电池阴影期工作温度处于13.7～18.6℃之间，光照期搁置温度保持在3.7～6.6℃之间。两组电池的10个温度采样点的偏差如图5所示。从数据可知单组电池温度偏差小于2℃，两组之间不大于3.5℃，单翼两组蓄电池的温度一致性保持良好。

图3 IGSO卫星锂离子蓄电池在轨1年半过程中蓄电池放电电流情况

图4 IGSO卫星锂离子蓄电池A组温度采样曲线

图5 IGSO卫星+Y翼锂离子蓄电池组温度偏差情况

遥测参数表明，－Y翼75 Ah锂离子电池阴影期工作温度处于13.5～18.5℃之间，光照期搁置温度保持在3.5～6.5℃之间。两组蓄电池10个温度采样点的最大温差不超过3.5℃。

对比－Y翼和＋Y翼蓄电池的工作温度可知，两翼蓄电池的温度差也不大于3.5℃，符合不大于5℃的要求，整星条件下蓄电池组的温度梯度小，有利于其保持长期稳定工作。

1.3 蓄电池单体一致性

IGSO卫星在轨1年半的遥测数据表明，锂离子蓄电池组内单体电池的一致性保持良好，如图6～图7所示。

11串单体电池电压最大离散度不超过20 mV(含遥测精度误差)。除光照期由于荷电态调节需要进行顺序分流造成蓄电池单体短期内差异增大以外，4个蓄电池模块单体单元之间的电压离散度长期保持在一个分层内(小于20 mV)，单体电压一致性良好。

图6 IGSO卫星锂离子蓄电池组单体遥测电压一致性情况

图7 蓄电池组内11串单体的电压一致性情况

1.4 长光照期补充充电情况分析

蓄电池在两个阴影季之间，有大约145天的长光照期，此过程中不需要蓄电池参与供电，蓄电池性能的变化主要决定于测控电路耗电和电池的自放电。长光照其内蓄电池的电压变化曲线如图8所示，搁置状态下，蓄电池组电压逐渐降低，当降至83.6 V时(对应单体电池3.80 V，相当于70%SOC)，太阳电池对蓄电池进行小电流4～6 A补充充电，当充电电压升高至86.9 V(对应单体3.95 V，相当于80%SOC)时，补充充电完成，一个光照期需要进行3次补充充电，保持蓄电池荷电态满足整星储能要求。

图8 IGSO卫星锂离子蓄电池光照期补充充电电压曲线

1.5 蓄电池在轨分流调压情况分析

蓄电池在出地影后，对其荷电态进行调节，这是在轨管理的重要内容。为了降低蓄电池的衰降速度，保证工作寿命，需要将蓄电池的荷电态适当降低。蓄电池出地影后处于充电态，电压为89.1 V(相当于95%荷电状态)，按工程要求可将荷电态降低至80%，对应蓄电池电压为86.9 V。IGSO卫星蓄电池采取顺序分流方法进行处理，即通过均衡管理单元(BIMU)，依次对22串电池进行主动放电调压，放电电流为均衡电流0.5 A，当蓄电池电压降至目标电压后停止分流。为了保证均衡器散热的需要，每次分流串联数设定为6串，当单翼22串蓄电池中前6串的电压从高压降低至3.95 V时停止，转入第7～12串分流，依次完成22串的光照期荷电态调节。＋Y翼蓄电池分流调压过程如图9～图10所示。

图9 蓄电池组A组分流调压情况

图10 蓄电池组B组分流调压情况

蓄电池主动放电调压处理数据表明：蓄电池组内单体电池经0.5 A小电流放电调压，光照期内22串单体电池的电压离散度小于20 mV，一致性保持良好，符合长寿命管理需要。

2 结论

IGSO卫星在轨工作一年半以来，锂离子蓄电池组一系列在轨管理方法得到全面验证，包括蓄电充电电压调节、长光照期温度管理、蓄电池荷电态调节、分流均衡处理等。在轨数据表明75 Ah锂离子蓄电池在轨工作状态良好，电压稳定，温度梯度小，蓄电池状态良好，工作稳定可靠，为后续长期在轨运行期间的稳定工作打下了良好的基础。

[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

罗广求(1977—），男，湖南省人，硕士生，高级工程师，主要研究方向为航天储能电池技术。