空間用氫鎳蓄電池自放電率研究

樊紅敏，王 淼， 范梅梅， 王樹強，檀立新，傅曉晴

(1.中國電子科技集團公司第十八研究所，天津 300384；2.天津力神電池股份有限公司，天津 300384)

隨著中國空間技術的飛速發展，對空間能源要求也提出了更高的要求，氫鎳電池具有高比能量、長循環壽命特點被廣泛應用，由于氫鎳電池自放電影響電池的使用效率，降低電池的自放電率可以大大提高電池的使用壽命。有研究表明電極材料、電解液、隔膜等對氫鎳電池的自放電率有影響[1-6]，氫鎳電池的自放電率與環境溫度、擱置時間和充電容量等因素有關。本文對空間用額定容量80 Ah氫鎳電池進行了不同擱置時間、不同充電量和不同環境溫度下的自放電率實驗研究，為發射場環境和其它實驗階段測試提供理論數據。

1 實驗

1.1 試樣樣品

4 只額定容量 80 Ah 電池(編號為 1＃、2＃、3＃、4＃)。

1.2 實驗制度

在環境溫度(20±3)℃將4只電池充電84 Ah，分別擱置0、24、48、72、120 h 后進行自放電實驗。在環境溫度(20±3)℃將4只電池分別充電64 Ah和84 Ah，分別擱置0 h和24 h后進行自放電實驗。在環境溫度(17±3)℃、(20±3)℃和(23±3)℃下，將4只電池充電84 Ah，分別擱置0、24 h后進行自放電實驗。

2 結果與討論

2.1 擱置時間和自放電率的關系

在環境溫度(20±3)℃下，對充電容量84 Ah的電池進行了擱置時間分別為0、24、48、72、120 h的自放電實驗。實驗電池電壓曲線(以1＃電池為例)見圖1。

實驗電池的容量和自放電率見表1。

根據表1，得到自放電率與擱置時間關系，見圖2。

圖1 20℃，充電容量84 Ah，自放電實驗電壓曲線

表1 20 ℃，充電容量84 Ah，不同擱置時間的自放電率

圖2 20℃，充電容量84 Ah，自放電率與擱置時間關系

由圖2可見，自放電率與擱置時間呈非線性正相關，擱置時間越長，自放電率增幅越小。20℃，容量保持率(擱置后容量占無擱置容量的百分比)與擱置時間的關系如圖3所示。

圖3 20℃，容量保持率與擱置時間關系

由圖3得到20℃容量保持率(C)與擱置時間(t)的關系式：Ln(C)=Ln(98.27)－0.0029t。

NASA手冊給出INTELSAT-Ⅵ50 Ah電池的20℃容量保持率與擱置時間的關系式為：Ln(C)=Ln(92.02)－0.0029t。與本項實驗取得的直線斜率一致，兩種電池的自放電率相當。

2.2 充電容量與自放電率的關系

在環境溫度(20±3)℃下，對充電容量64 Ah的電池進行了擱置時間為0 h和24 h的自放電實驗。實驗電池電壓曲線(以1＃電池為例)見圖4。

實驗電池的容量和自放電率見表2。

從表1、表2可以得到充電容量84 Ah和64 Ah的自放電率比較關系(圖5)。

圖5表明，電池充電容量較小時自放電率也較小。

2.3 環境溫度與自放電率的關系

分別在環境溫度(17±3)℃和(23±3)℃下，對充電容量84 Ah的電池進行了擱置時間24 h的自放電實驗。實驗電池電壓曲線(以1＃電池為例)見圖6。

實驗電池的容量和自放電率見表3。

從表1、表3中，可以得到在環境溫度為17、20、23℃時，充電容量84 Ah和24 h自放電率的比較關系(圖7)。

圖7表明，自放電率與溫度呈非線性正相關，溫度越高，自放電率上升幅度越大。

圖4 20℃，充電容量64 Ah，自放電實驗電壓曲線

表2 20 ℃，充電容量64 Ah，擱置24 h的自放電率

圖5 20℃，充電容量84 Ah和64 Ah的24 h自放電率比較

圖6 17℃和23℃，充電容量84 Ah，自放電實驗電壓曲線

2.4 充電效率

對以上實驗數據進行整理，可以得到電池在三種溫度和兩種充電容量下的充電效率(表4)。

從表4中可得到三種溫度下的充電效率比較(圖8)和兩種充電容量下的充電效率比較(圖9)。

由圖8、圖9可見，溫度升高，充電效率降低；同一溫度下，充電容量較小時，充電效率較高。

表3 17 ℃和23 ℃，充電容量84 Ah，擱置24 h的自放電率

表4 三種溫度和兩種充電容量下的充電效率

圖7 17、20、23℃，充電容量84 Ah和24 h自放電率比較

圖8 17、20、23℃，充電容量84 Ah，充電效率比較

圖9 20℃，充電容量84 Ah和64 Ah，充電效率比較

3 結論

(1)同一溫度下，自放電率與擱置時間呈非線性正相關，擱置時間越長，自放電率增幅越小，實驗電池與INTELSAT-Ⅵ50 Ah電池的自放電率相當；(2)同一溫度下，充電容量較小時自放電率也較??；(3)自放電率與溫度呈非線性正相關，溫度越高，自放電率上升幅度越大；(4)溫度升高，充電效率降低；(5)同一溫度下，充電容量較小時，充電效率較高；(6)根據充電容量與壓力關系式和充電效率，估算的20℃自放電實驗中的電池容量與實測容量誤差不超過±1%。

[1]李曉峰，魏彥偉，董會超，等.不同類型MH/Ni電池自放電性能研究[J].鄭州輕工業學院學報，2006(4):5-7.

[2]李曉峰，夏同馳，董會超，等.NaOH電解液改善MH/Ni電池自放電性能的機理研究[J].2006(1):85-88.

[3]郭靖洪，馬桂婷.影響MH-Ni電池自放電因素的探討[J].電源技術，1999(2):109-111,119.

[4]黃繼成，李相哲.影響MH-Ni電池自放電的因素[J].電池工業，2005(5):290-294.

[5]鄧志榮.影響MH-Ni電池自放電因素的探討[J].江西冶金，2003(6):137-139.

[6]王仲民，姚青榮.鎳氫電池自放電行為研究[J].桂林電子工業學院學報，2006(3):203-206.