Главная Продукция Аккумуляторные батареи Литий-ионные аккумуляторные батареи

Литий-ионные аккумуляторные батареи

С 2005 года в ПАО «Сатурн» ведутся работы по созданию параметрического ряда литий-ионных аккумуляторов емкостью от 10 до 120 А·ч призматической формы и батарей на их основе. Первая ЛИАБ, созданная в ПАО «Сатурн», прошла летные испытания (летная квалификация) в составе СЭП космического аппарата (далее – КА) «Глонасс-М» в 2008–2011 годах1. С 2013 года в составе низкоорбитального КА проходит летные испытания литий-ионная аккумуляторная батарея 4ЛИ-20, в состав которой входит выравнивающее устройство. Несколько типов литий-ионных аккумуляторных батарей прошли полную наземную экспериментальную отработку и отгружены заказчикам для проведения летных испытаний.


1

«В 2013 году начата эксплуатация в составе низкоорбитальных космических аппаратов литий-ионных аккумуляторных батарей 4ЛИ-20, содержащих конструктивно интегрированное выравнивающее устройство. В 2014 году начата эксплуатация КА на геостационарной орбите с литий-ионными аккумуляторными батареями 23ЛИ-50 производства ПАО «Сатурн».

Механический интерфейс

Во всех разработках корпус конструктивно выполнен в виде моноблока с плотно упакованными литий-ионными герметичными призматическими (далее – ЛИГП) аккумуляторами. Моноблок представляет собой контейнер из Mg-Al сплава, основанием которого служит нижняя плита. Корпуса аккумуляторов электрически развязаны друг от друга и от внутренних поверхностей контейнера и соединены в параллельно-последовательную цепь. Это обеспечивает высокую прочность моноблока и позволяет крепить батарею в нескольких точках по периметру, а при необходимости (при многорядной компоновке) и за среднюю часть нижней плиты. Нижняя плита оснащена пленочными электрообогревателями. Моноблочная конструкция может быть использована в качестве силового элемента конструкции КА.


Тепловой интерфейс

Теплосъем осуществляется с днища ЛИГП через теплопроводящую прокладку или нижнюю плиту.

Батареи

Аккумуляторная батарея 23ЛИ-65

Номинальное напряжение, В 83
Энергоемкость, Вт·ч 5500
Удельная энергия Вт·ч/кг 118
Вт·ч/литр < 129,4
Масса не более, кг 46,8

 Блок батареи 22x2ЛИ-85 для геостационарного космического аппарата

Номинальное напряжение, В 80
Энергоемкость, Вт·ч 16 200
Удельная энергия Вт·ч/кг 138
Вт·ч/литр < 165
Масса не более, кг 2x58,7

Батарея 12ЛИ-48 (с МКУ) для Китайской Народной Республики

Номинальное напряжение, В 44
Энергоемкость, Вт·ч 2370
Удельная энергия Вт·ч/кг 103
Вт·ч/литр < 109
Масса не более, кг 23

 Блок батареи 22x2ЛИ-85 для геостационарного космического аппарата

Номинальное напряжение, В 83
Энергоемкость, Вт·ч 5200
Удельная энергия Вт·ч/кг 114
Вт·ч/литр < 146
Масса не более, кг 45,5

Менеджмент ЛИАБ

Основная функция алгоритма управления ЛИАБ – обеспечение максимальной степени заряженности перед началом разряда в тени при минимальном перезаряде, в частности при условии соблюдения заданного суточного теплового баланса. Для обеспечения оптимального управления используются показания:

  • поэлементного напряжения аккумуляторов;
  • датчиков температуры.

Для уменьшения кабельной сети космического аппарата некоторые ЛИАБ могут иметь встроенные модули контроля и управления (далее – МКУ). Функции, которые выполняет МКУ:

  • передача информации о состоянии ЛИАБ (напряжение и температура батареи, напряжение каждого аккумулятора) и токов заряда и разряда в бортовой компьютер;
  • выравнивание состояния заряженности литий-ионных аккумуляторов;
  • контроль ЛИАБ по перезаряду и переразряду с выдачей сигналов в бортовой компьютер;
  • приведение в действие байпасного переключателя по команде.

Обеспечение надежности и безопасности ЛИАБ

Защита от перезаряда и переразряда внешне обеспечивается электронным устройством, абсолютно надежным в управлении.

Внутреннее КЗ предотвращается конструктивно: обертыванием (пакетированием) электродов сепараторами и тем, что при этом между электродами находится трехслойный сепаратор, который при достижении критической температуры теряет пористость (заплавляется) и останавливает электрохимический процесс.

Исключение из цепи отказавших или аномально деградировавших аккумуляторов выполняется применением байпасных переключателей.

Основные требования, которые предъявляются к байпасному переключателю для литий-ионной аккумуляторной батареи для космического аппарата, это надежность, минимальные энергетические потери, минимальная масса, сохранение неразрывности цепи ЛИАБ при переключении и механическая и радиационная стойкость.

Схема подключения байпасного переключателя и временная диаграмма работы переключателя обеспечивает сохранение неразрывности при переключении цепи соединения аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

Таким образом, отказ любого элемента не приводит к отказу ЛИАБ. Надежность ЛИАБ обеспечивается также всеобъемлющей квалификацией (в том числе ресурсными испытаниями) и тщательным контролем при изготовлении.




Никель-водородные аккумуляторные батареи