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锂电池被运用于助推运载火箭,长征家族用上了高压锂电池!

2022-04-07 10:53:16

3月29日,长征六号改运载火箭成功发射,“长征家族”再添新成员。这其中,少不了中国航天科技集团八院811所研制的箭上电池的助力。


高压锂电首次“亮箭”


作为我国首型固体捆绑火箭,长征六号改的4个固体助推器上,配置有8台电动伺服机构。这8个在火箭飞行时执行运载火箭姿态和轨道控制任务的“大块头”,其能量需求不是一般的高,“瞬时输出功率达80多千瓦,而在这之前,我们研制的箭上电池最大输出功率仅有10多千瓦。”中国航天科技集团有限公司八院811所运载火箭电池技术负责人王冠介绍。


长征六号运载火箭


运载火箭上常规采用的28伏低压锂电不能满足要求,811所研制人员为这8个电动伺服量身打造了270伏高压锂电,让“大块头”有“大能量”。而270伏的高压锂电,在国内运载领域是首次应用。


为了实现这个首次,811所研制人员走出了一条集产学研一体的道路。从思路提出,到工程落实,他们靠不断的调研学习和一遍一遍的试验确定方案。2014年,在单体电池设计满足高倍率输出要求之后,一系列关于飞行环境适应性的考验又来了。


长征六号改箭上电池设计师王舒丹介绍,对于箭上电池来说,长征六号改的使用环境是目前运载火箭里面最为苛刻的。高压锂电安装在助推器尾端,飞行时间约为2分钟,在这短短的2分钟内,电池组需要承受130℃的高温,而锂电池单体安全可靠使用的最高环境温度约为60℃,原先的电池组保温材料仅可承受90℃的高温。与此同时,电池组还需经历高强度的振动和冲击,振动量级是之前的1.5倍。


为了确保高压锂电首次“亮箭”旗开得胜,研制人员从细节着手,从内到外,加固减震,选用抗力学性更高、耐高温性更好的电池组保温减震材料,通过一轮又一轮的高温试验、振动与冲击试验,让高压锂电顺利通过了“高温+高量级振动”的双重考验。同时,通过更改电池组结构设计,解决了高压锂电在低气压空间环境中的电晕问题。


270伏的高压锂电,于操作人员也是陌生的场景。研制人员采用了分布式高压电池技术,将其拆分成3个电池组模块串联组成,有效减少了高压带来的操作风险。


经过多次系统级试验考核,高压锂电池组的功率输出性能表现优异,最初“1组高压锂电为1台伺服机构供电”的设计方案,也因此改为“1组高压锂电为2台电动伺服机构供电”,“相当于由‘1对1服务’变为‘1对2服务’,满足火箭设计指标的同时,也达到了减重的效果。”王冠说道。


为后续型号箭上电池应用奠定基础


作为国内首个全箭采用锂电方案的新型运载火箭,长征六号改使用的锂电数量高达20块,为运载火箭“历史之最”。新电池体系的应用,也为后续型号箭上电池的应用奠定了产品化基础。


长征六号运载火箭


据811所运载电源事业部副部长吕士银介绍,在开展这20块为长征六号改量身定制的箭上电池研制过程中,811所同步启动了箭上锂电池的产品化工程,形成了以长征六号改为主线,同步结合在役火箭箭上电池换代的需求,按要求、分容量孵化出了箭上电池的产品系列,形成了八院运载火箭箭上电池的产品化型谱。


“从原先的锌银电池,到现在的锂离子蓄电池,产品化工程的开展让箭上电池产品种类压缩了40%以上,适应高密度发射的同时,进一步提高了箭上电池产品的质量管理水平和成本控制水平。”吕士银透露,随着811所箭上电池的升级换代,结合型号的需求,后续将进一步将箭上电池产品种类压缩20%以上。


新火箭上新电池的一些操作方式也发生了变化。长征六号改的箭上电池加温控温工作,从箭上转移到了地面,提高了箭上电池的发射可靠性,避免了因为加温不能断开而导致推迟发射的情况。同时改变的,还有这20块电池的充电方式,“从原先繁琐的下箭充电改为便携式的设备箭上充电,优化操作流程的同时,节省了操作时间”,吕士银说道。


备注:本文转载于北京日报

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