30战30捷! 锂电池上太空！这储能系统什么来头？

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2023中国储能发展大会

 

主办单位：储能盒子

大会时间： 2023年10月31日（周二）

大会地点：上海- 上海大酒店（黄浦区九江路505号）

报名咨询 ：19825014025 （微信同号）

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神舟十七号：发射圆满成功！

10月26日11时14分，搭载 神舟十七号载人飞船 的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约10分钟后，神舟十七号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，航天员乘组状态良好，发射取得圆满成功！

据悉，本次任务是我国载人航天工程进入 空间站应用与发展阶段 的第2次载人飞行任务，也是工程立项实施以来的第30次发射任务，意味着 我国载人航天工程发射任务实现了30战 30捷！

那么，空间站的运行到底是靠什么能量来维持的？ “太空电站” 是个什么来头？ 储能系统又在此发挥了何种作用？ 今天，小盒子就带大家来一场“2023太空漫游”！

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飞船即将采用锂电池？

据了解，神舟十七号的发射正是 镉镍蓄电池 在中国航天器领域的 收官之战 。至此，镉镍蓄电池已成功为神舟飞船“服务”16次。

如今， 随着大容量锂离子电池的安全性得到广泛验证 ，载人飞船采用该电池的日程越来越近。上海航天透露，在中国空间站进入常态化运营后， 神舟飞船后续将应用能量更高的锂离子蓄电池 ，通过电源技术的不断进步，为飞船的正常运行持续提供可靠的保障。

据悉， 镉镍蓄电池的问题在于 当神舟载人飞船停靠在空间站前向或径向接口，在接受空间站并网供电的时候， 会面临 “充放电不规律”或“不充不放长期搁置”等复杂情况。 镉镍 蓄电池 固有的“记忆效应”，也会影响其发挥最大能动性。

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空间站靠什么能量维持？

事实上，空间站在太空的飞行相当于围绕地球作公转， 并不需要能量 。即使由于空间站的高度相对较低，依然存在着稀薄的空气，其为与空气阻力抵抗、维持运动速度所需要的能量，也远比发射加速时的能量需求小很多。

但另一方面， 空间站仍需要能量调整轨道，还需要维持内部生活工作需要的能量 。

据了解， 当下中国空间站组合体由 天和核心舱 、 问天实验舱 、 梦天实验舱 和神舟十六号载人飞船、 神舟十七号载人飞船、天舟六号货运飞船 组成。（ 10月31日，“神十六”乘组将返回东风着陆场。）

相比此前神舟九号任务中约15立方米的有效活动空间，如今飞行乘组在天宫空间站的 活动空间更大 ，居住环境更安全、更舒适。

仅中国空间站组合体控制和管理的主份舱段——天和核心供航天员工作生活的空间就有约50立方米，核心舱还具备交会对接、转位与停泊、乘组长期驻留、航天员出舱、保障空间科学实验等多种能力，密封舱内还配置有工作区、睡眠区、卫生区、就餐区、医监医保区及锻炼区。

而供电系统正是这一切的保障与基础—— 空间站电源系统足以保证空间站正常工作。

中国空间站模拟构型图

中国空间站 的 供电系统由 柔性太阳翼、对日定向装置、锂离子蓄电池 三个部分组成。其中，柔性太阳翼的主要作用正是使空间站实现能源自由， 对日定向装置则负责提供稳定能源。

  

天和核心舱配有一组 发电能力为18000瓦的太阳电池翼 ，单翼面积67平方米，双翼面积130多平方米。 在光照区，太阳电池翼将太阳能转化为电能，供整舱使用 。

但当空间站转到地球的背面， 在太阳照不到的阴影区， 太阳能电池无法工作， 蓄电池便承担起为整个舱体供电的责任 。

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锂离子蓄电池

那空间站的 锂离 子蓄电池又是什么来头呢？据了解，这种 能满 足 空 间 站运行需求的长寿命、大容 量、 高安全 锂离 子蓄电池，正是出自 上海航天八院空间电源研究所（811所） 研制 人员之手。

据介绍，锂电最大的安全性问题是 “热失控” 。对此，空间站锂电在研制时采取了多种有效的手段：

• 从源头上，采用陶瓷隔膜，提供良好的防内短路措施；
• 在电池组内使用阻燃材料，防止高温引发燃烧；
• 在电池组内使用卸压材料，为单体电池膨胀时提供空间；
• 采用全密闭的锂离子蓄电池箱体式结构式设计，为舱内提供安全可靠的环境。

空间站核心舱共有6组锂离子蓄电池，每组有66个单体电池。 而锂电使用时的难点，在于实现对每个单体电池的过充保护。针对这个问题，811所研制人员设计出了一套 智能化的锂电管理系统 ，以实现高精度、高可靠、高安全的锂电充电控制。

高精度锂电集联采集系统 ，让采集精度更高、控制点更准； 高效率高压大功率充电模块 ，充电时启用三级保护机制，在任意情况下保证用电安全；同时，在充电过程中实施 温度监测 ，当充电温度高于设定安全温度值时，立即停止该机组蓄电池充电。

在空间站在长达10多年的在轨运行过程中，航天员需定期对锂电进行在轨更换。 如何在不影响空间站的正常供电情况下，确保航天员的操作安全呢？

研制人员为锂电更换操作上了“双保险”。核心舱有两个功率通道，当其中一个通道需要更换电池时，由另一个通道作为主力供电。且每个功率通道采用“2+1”机组工作模式，任意一个机组中的电池需要更换时，将本机组断电，剩余两个机组可以保证本通道正常供电。

针对航天员在更换锂电时，高压电池组所带来的安全隐患，研制人员 在 锂离子蓄电池模块中，安装了 两个并联的分段开关 。通过将电池组的电压降低到人体的安全电压范围，来保护航天员开展在轨维修时的人身安全。

素材来源：新华社、中国载人航天官网、今日闵行

责任编辑：卡卡罗特

审核：诸葛

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