天宫一号目标飞行器氢镍蓄电池压力-容量充电控制研究

作为在轨管理的关键部分,良好的充电控制是保证蓄电池长寿命的重要因素。对于氢镍蓄电池,压力-容量充电控制是最理想的充电控制方式,但存在压力检测难度大、控制策略复杂等困难。天宫一号目标飞行器氢镍蓄电池通过大量的压力测量地面可靠性试验,解决了压力传感器的测量稳定性及一致性问题;同时提出柔性充电控制策略,给出了压力-容量标准曲线、不同荷电态下的充电电流及压力控制点修正系数。在轨数据表明,天宫一号目标飞行器氢镍蓄电池压力-容量充电控制稳定,满足设计要求。

航天器用氢镍蓄电池加速寿命研究

针对航天器用氢镍蓄电池寿命预估问题,采用40 Ah氢镍蓄电池在40%DOD、60%DOD和80%DOD下进行了充放电循环寿命试验,对循环到1300周次的蓄电池和其中的镍电极进行了破坏性物理分析和性能测试,结果表明:随着放电深度的增加,镍电极发生了膨胀和基板腐蚀,两者共同导致镍电极孔率增多,抢吸隔膜内的电解液;同时镍极片的导电网络变差,电极的可逆性变差;上述两个原因最终导致电池性能发生衰减,规律性比较明显。加速寿命公式的验证表明,值为3的加速因子是合理的。

天宫一号目标飞行器氢镍蓄电池内部温度场仿真分析与验证

建立了氢镍蓄电池温度场热仿真模型,模拟氢镍蓄电池放电过程的温度。实测结果表明仿真计算值与实测结果一致性较佳,两者温差最大仅0.7℃,验证了热仿真模型的有效性。用该仿真模型对天宫一号(TG-1)目标飞行器40 A.h氢镍蓄电池进行了热设计优化,根据优化结果研制了相应的电池。对电池内部温度的测试结果表明其内部最大温差约5℃,符合氢镍蓄电池热设计要求。