разработка отечественной литий-ионной

РАЗРАБОТКА ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ЛИТИЙ-ИОННОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ
БАТАРЕИ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ.
Мансуров В.С., Пришлецов А.Б., Щербинин В.П.
Опытно-конструкторские
работы
по
созданию
литий-ионной
аккумуляторной батареи проводятся в Исследовательском центре имени М.В.
Келдыша в кооперации с организациями НПК «Альтернативная энергетика», НИИ
электроугольных изделий и ОАО «Авиационная электроника и коммуникационные
системы» по заказу Федерального космического агентства России.
Разработка литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) в герметичном корпусе и
аккумуляторных батарей на их основе является одним из приоритетных направлений
в космической энергетике. Это обусловлено тем, что удельные энергетические
характеристики (массовые и объемные) таких аккумуляторов существенно, чем у
аккумуляторов других типов при аналогичном сроке службы и количестве циклов
заряд-разряд. По литературным данным удельная энергия ЛИА достигает 130
Вт∙ч/кг,
коэффициент полезного действия по энергии может достигать 95% в
зависимости от циклограммы энергопотребления. ЛИА надежно работают при их
параллельном соединении в группы, что позволяет создавать литий-ионные
аккумуляторные батареи различной емкости, используя ЛИА одного типоразмера. В
настоящее время литий-ионные аккумуляторы находят применение на ряде
зарубежных космических аппаратов /1/.
В состав аккумуляторной батареи входят литий-ионные аккумуляторы,
устройство их термостабилизации и блок автоматики для управления процессом
заряда-разряда каждого аккумулятора и батареи в целом.
В качестве базового аккумулятора батареи разрабатывается аккумулятор
номинальной емкостью 50 А∙ч. Аккумуляторы устанавливаются на термоплиту
системы термостабилизации для поддержания теплового режима аккумуляторов,
обеспечения безопасной эксплуатации и заданного срока службы. В функции блока
автоматики входит мониторинг электрических характеристик и теплового состояния
аккумуляторов, обеспечение режима циклирования батареи при поддержании
оптимальных токов, напряжений и температуры и обеспечение одинаковой степени
заряженности (разряженности) каждого аккумулятора.
В
ходе
проведения
опытно-конструкторских
работ
разработаны
и
изготовлены макетные образцы литий-ионных аккумуляторов емкостью 50 А∙ч,
измерены их зарядно-разрядные характеристики. С целью количественного
определения мощности тепловыделения в нестационарном процессе разогрева
аккумуляторов
при
работе
проведены
калориметрические
исследования,
позволившие определить величину и закон изменения мощности тепловыделения
при различной степени заряженности (разряженности) аккумулятора и различных
токах разряда (заряда).
Разработана математическая модель аккумулятора ЛИА-50 для расчета
нестационарного
особенности
теплового
состояния,
учитывающая
его
конструктивные
и теплофизические свойства материалов конструкции. Проведены
расчеты теплового состояния, как отдельного аккумулятора, так и аккумуляторной
батареи при различных токах заряда и разряда для различных вариантов компоновки
аккумуляторов на термоплите, получены распределения полей температуры в
объеме
аккумулятора
удовлетворительное
при
циклировании.
соответствие
с
Результаты
результатами
расчетов
показали
экспериментальных
калориметрических исследований.
Для отработки конструкции
литий-ионной
аккумуляторной
батареи,
экспериментального определения тепловых и электрических характеристик в
реальных условиях космического пространства разработан и создан макет
энергомодуля из четырех макетных образцов литий-ионных аккумуляторов
призматической
формы
ЛИА-50,
термоплиты
и
макетного
образца
блока
автоматики. На фотографии представлен макет энергомодуля.
Проведены
электрические
испытания
энергомодуля
при
различных
режимах. Для исследования тепловых характеристик энергомодуля и, в дальнейшем,
литий-ионной аккумуляторной батареи в реальных космических условиях Центр
Келдыша
располагает
специальной
вакуумной
камерой,
оснащенной
автоматизированной системой регистрации и обработки экспериментальных данных,
в
которой
будут
продолжены
исследования
аккумуляторной батареи.
Литература:
1. Новости космонавтики, 2004 г, №10, стр. 25
и
отработка
литий-ионной