GB/T 38314-2019 宇航用锂离子蓄电池组设计与验证要求

ICS49.035

V25

中华人民共和国国家标准

/—

GBT383142019

宇航用锂离子蓄电池组设计与验证要求

Lithiumionbatterdesinandverificationreuirementsforsacealication

ygqppp

(:,——

ISO175462016SacesstemsLithiumionbatterforsacevehicles

pyyp

,)

DesinandverificationreuirementsMOD

gq

2019-12-10发布2020-07-01实施

国家市场监督管理总局

发布

国家标准化管理委员会

/—

GBT383142019

目次

前言…………………………Ⅲ

1范围………………………1

2规范性引用文件…………………………1

3术语和定义………………1

4符号和缩略语……………5

5通用要求…………………6

5.1生命周期……………6

5.2性能…………………6

5.3安全…………………6

5.4保障…………………7

6单体蓄电池………………7

6.1性能…………………7

6.2安全…………………8

6.3保障…………………11

7蓄电池组…………………12

7.1性能…………………12

7.2安全…………………18

7.3保障…………………22

8集成测试…………………23

8.1性能…………………23

8.2安全…………………24

8.3保障…………………25

9发射场……………………26

9.1性能…………………26

9.2安全…………………26

9.3保障…………………26

10在轨任务期和寿命末期………………28

():…………………

附录资料性附录本标准与的章条编号对照

AISO17546201629

()……………………

附录规范性附录参数测量允差

B30

()………

附录资料性附录单体蓄电池鉴定试验示例

C31

()……………………

附录资料性附录危害辨识方法

D32

()…………

附录规范性附录操作过程中的安全措施

E34

()………………

附录规范性附录运输

F36

Ⅰ

/—

GBT383142019

前言

本标准按照/—给出的规则起草。

GBT1.12009

本标准使用重新起草法修改采用:《空间系统航天器用锂离子蓄电池组设计与

ISO175462016

验证要求》。

:,,:

本标准与相比在结构上有较多调整附录中列出了本标准与

ISO175462016AISO175462016

的章条编号对照。

:,

本标准与ISO175462016相比存在技术性差异这些差异涉及的条款已通过在其外侧页边空白位

()。

置的垂直单线进行了标示

|

本标准与:的技术性差异及其原因如下:

ISO175462016

-6

———单体蓄电池的漏率指标::的中规定单体蓄电池的漏率不大于

ISO1754620165.1.41.0×10

3-1

··,,,

Pams根据国内型号实际应用现状本标准中对该指标进行了加严规定不大

-73-1

于··。

1.0×10Pams

———::,

剩磁设计ISO175462016中未涉及锂离子蓄电池组剩磁设计而锂离子蓄电池组剩磁矩的

,,

大小可能会影响整星的设计因此增加了剩磁设计章条明确了蓄电池组在设计时应

,,

尽可能采用低磁性材料同时尽可能降低产生磁矩的电流回路面积必要时可采取正负线双

、。

绞低磁导流条排布等方式降低蓄电池组的剩磁

———()::(

蓄电池组过放电保护欠压保护ISO175462016中未涉及蓄电池组过放电保护欠压保

)。,,

护与过充电可能会出现安全性问题类似过放电后的蓄电池组由于其内部可能已发生了

,。,

铜溶解及析出再对其进行充放电同样可能会出现安全性问题在使用蓄电池组时应避免出

。,,。

现过放电基于此本标准增加了2欠压保护明确蓄电池组应设计有欠压保护

本标准还做了下列编辑性修改:

———改变标准名称以便与现有的标准系列一致;

———增加了资料性附录A。

本标准由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(/)提出并归口。

SACTC425

:。

本标准起草单位上海空间电源研究所

:、、、、、、。

本标准主要起草人杨晨杨淼徐冬梅田娟孟玉凤瞿轶周罗增

Ⅲ

/—

GBT383142019

宇航用锂离子蓄电池组设计与验证要求

1范围

(,“”)

本标准规定了宇航用锂离子蓄电池组包括聚合物锂离子蓄电池组以下简称蓄电池组的设计

和最低验证要求。

()

蓄电池采用可嵌入化合物可嵌入锂以离子或准原子的形式存在于电极材料的层间作为正负极

材料。

。、。

本标准适用于蓄电池组的设计和验证性能安全和保障是本标准描述的重点

,。

本标准不包含蓄电池组的处置和循环利用的专门内容但给出了蓄电池组处置的一些建议

2规范性引用文件

。,

下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文

。,()。

件凡是不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于本文件

空间系统空间碎片缓解技术要求(—

ISO24113SacesstemsSacedebrismitiationreuire-

pypgq

)

ments

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

激活activation

,。

蓄电池制造过程中通过加注电解液使得蓄电池具备功能的过程这通常被定义为蓄电池贮存期

限的起点。

3.2

蓄电池组batter

y

(,:、、

由两个或多个单体蓄电池通过电连接并配备有必要的器件例如箱体电连接器标识和保护器

)。

件形成的组合体

:。

注包含一个单体蓄电池的蓄电池组看作一个单体蓄电池

1

:,:,、、、

注蓄电池组也可包括一个或多个附件例如电流旁路器件充电控制器件加热带温度传感器热控开关和热

2

控元件。

:,“()”,。

注本标准中模块等具有向其他设备提供电能这一基本功能的单元均看作蓄电池组

3modules

3.3

单体蓄电池cell

,,。

单独入壳的具体一个正极和一个负极且通过两个极柱能显示出电压差的电化学单元

3.4

解体disassembl

y

,

泄压或破裂来自于单体蓄电池或蓄电池组任一部分的固体物质穿过距离单体蓄电池或蓄电池组

(,)。

的金属网由直径的铝线组成网格密度为每厘米采用根根线

25cm0.25mm6~7

1

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GBT383142019

3.5

爆炸exlosion

p

、、

单体蓄电池壳体或蓄电池组箱体猛烈地打开主要成分喷出单体蓄电池和蓄电池组壳体撕裂或开

裂的现象。

3.6

外短路externalshortcircuit

,。

单体蓄电池或蓄电池组的正负极输出端直接连接回路电阻小于0.1Ω

:,,。

注当正负极柱直接连接的回路电阻很低以至于通过单体蓄电池的电流超过额定电流时会出现外短路

3.7

起火fire

从试验的单体蓄电池或蓄电池组中放射出火焰。

3.8

伤害harm

,。

人员的人身伤害或健康的危害财产或环境的损害

3.9

密封hermeticseal

永久性隔绝气体。

3.10

嵌入intercalation

,。

锂离子可逆的迁移或插入到主材料中不会引起主材料结构显著性改变的过程

3.11

预期用途intendeduse

、、。

与制造商提供的规范指导书和相关信息一致的产品过程或服务的使用

3.12

内阻internalresistance

,

单体蓄电池和蓄电池组内部电流流动的阻碍因素是由电子电阻和离子电阻所贡献的包含电感和

电容特性的所有有效电阻的总和。

3.13

泄漏leakae

g

,(、

从单体蓄电池或蓄电池组中出现电解液或其他材料的可见溢出或材料的损失除蓄电池组箱体

)。

操作装置或标签造成的质量损失

:。

注质量损失意味着质量的损失超出了表给出的极限值

11

表质量损失极限

1

单体蓄电池质量M质量损失极限

M<1g0.5%

1≤M≤750.2%

gg

M>75g0.1%

::

注质量损失按以下公式计算

2η

()()/

%MM100M

η=1-2×1

式中:

M1———试验前质量;

M2———试验后质量。

,。

当质量损失不超过表给出的极限值时认为无质量损失

1

2

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GBT383142019

3.14

寿命life

(:)。

满足性能例如初期容量的50%的持续时间

:()。

注寿命以年日历寿命或充放电循环次数表示

3.15

锂离子蓄电池组lithiumionbatter

y

,(

可充电的电化学体系的单体蓄电池或蓄电池组其中正极和负极都采用可嵌入化合物可嵌入的锂

),。

以离子或准原子的形式存在于电极材料晶格中在任一电极中无金属锂存在

3.16

批lot

,、。

在工艺或图纸没有变化的情况下连续的不间断生产的产品

3.17

开路电压oencircuitvoltae

pg

()、,。

当电路开路无负载没有外部电流流动的情况下单体蓄电池或蓄电池组极柱之间的电压差

3.18

过充电overchare

g

充电超出制造商推荐的电压极限。

3.19

过放电overdischare

g

,。

对单体蓄电池或蓄电池组进行放电超出单体蓄电池制造商定义的已放出所有容量的电压点

:,,,。

注低于下对单体蓄电池或蓄电池组连续放电导致电压反极的行为定义为强制放电

0V

3.20

破裂ruture

p

,

由于内部或外部因素造成单体蓄电池壳体或蓄电池组箱体的机械性故障导致内部组成成分暴露

,。

或溢出但无固体材料的喷出

3.21

自放电self-dischare

g

,。

在单体蓄电池或蓄电池组开路状态下因漏电流形成的现象

3.22

贮存期限shelflifelimit

,。

从单体蓄电池激活到发射的最大允许时间其中包括任何温度贮存条件下的贮存时间

3.23

热失控thermalrunawa

y

,()

由于内部短路或滥用通过内部发热使得单体蓄电池或蓄电池组在非常短的时间内秒级过热并

达到非常高温度的不可控情况。

3.24

泄压vent

,。

为防止出现破裂或解体将单体蓄电池或蓄电池组内过多的压力按照设计的方式释放的行为

3.25

/充放电电流/;

CnCnchareordischarecurrentC-Rate

gg

单体蓄电池标称容量与所耗时间的任意值的比值。

Cn

:(),,()。

注的单位为安时由制造商给定的单位为小时

CAhnh

:,/。

示例对于额定容量为的单体蓄电池放电电流是指其放电电流为

20AhC210A

3

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GBT383142019

3.26

截止电压cut-offvoltae

g

放电过程中由制造商确定的终点电压。

3.27

循环ccle

y

;()

单体蓄电池或蓄电池组的一个全充电和全放电的过程或一个部分充电限制充电终压和部分放

(),(:

电限制放电深度的过程这称之为一个部分循环例如从到的放电和从

100%SOC80%SOC80%

到的充电)。

SOC100%SOC

:,,

注一般情况下循环在一只单体蓄电池或蓄电池组上以相同的顺序规则重复地进行其中包括特定条件下的放

,。

电充电过程或充电放电过程同时包含静置过程

--

3.28

放电深度;

dethofdischareDOD

pg

、,

在规定的充电电压电流放电负载和温度条件下以百分数表示的从蓄电池组中放出的能量与蓄

-

电池组标称能量的比。

:,。:

注对于部分充电而不是充满电的蓄电池组DOD等于从充电结束的点开始放出能量的百分比例如一组蓄电

,,,

池组充电至70%荷电态然后循环放电至40%荷电态则认为已经循环充放电30%的能量因此DOD等

于30%。

3.29

充电终止电压endofcharevoltae

gg

由蓄电池组制造商考虑寿命需求而确定的电压。

:,。

注为降低容量衰减在某些场合将充电终止电压确定为低于由单体制造商基于标称容量而定义的值是有必要的

3.30

能量ener

gy

E

,,;,。

蓄电池组放电电流和电压的积分其中是放电电流为正值是放电电压为正值积分区间

IV

dd

从放电开始至任一最小蓄电池组电压达到极限或任一单体达到了较低的单体电压极限或达到放电

时间。

()()·

EWhIVdt

=d×d

∫

:,、。

注这是一个时间点的能量值它是在规定的充电电压电流放电负载和温度条件下测得蓄电池组放电采用恒

-

,,,。

流放电然而当恒功率放电更加接近模拟航天器功率的情况下其首选方法是恒功率放电能量有时也被称

为瓦时容量()。

Ewatt-hourcaacit

py

3.31

能量密度enerdensit

gyy

单体蓄电池或蓄电池组单位重量或单位体积存储的能量值。

:(/),(/)。,

注重量比能量的典型单位是瓦时每千克体积比能量的典型单位是瓦时每升为尽可能有用

WhkgWhL

能量密度需在特定的放电倍率和温度下测得。

3.32

全充电fullchared

yg

可充电电池单体或蓄电池组已充电至制造商定义的充电终止电压。

3.33

全放电fulldischared

yg

可充电电池单体或蓄电池组已放电至制造商定义的放电终止电压。

4

/—

GBT383142019

3.34

标称容量namelatecaacit

ppy

Cnp

由蓄电池组模块制造商考虑额定容量和最小可保证容量而定义的容量。

:()。。

注标称容量以安时表示蓄电池组制造商有义务将标称容量和额定容量以及定义的相应条件告知用户

Ah

3.35

额定容量nominalcaacit

py

Cn

根据本标准中描述的标准容量测试方法而定义的容量。

:()。。

注额定容量以安时表示蓄电池组制造商有义务将标称容量和额定容量以及定义的相应条件告知用户

Ah

3.36

标称能量namelateener

pgy

E

np

由蓄电池组模块制造商考虑额定能量和最小可保证能量而定义的容量。

:()。。

注标称能量以瓦时表示蓄电池组制造商有义务将标称能量和额定能量以及定义的相应条件告知用户

1Wh

:,:

注依照联合国推荐的如下定义需要将标称能量永久标注在蓄电池组模块上

2

ECV

np=np×n

式中:

———,()。。

Vn额定电压单位为伏V由蓄电池组制造商测量及定义

3.37

额定电压nominalvoltae

g

Vn

认定或识别一个单体蓄电池或蓄电池组的电压的近似值。

:,

注额定电压由单体蓄电池提供商定义和告知且基于充电中止电压和放电截止电压条件下的容量测量结果

1

而定。

:。

注额定电压代表额定容量测试过程中获得的平均放电电压

2

3.38

荷电态stateofchare

g

、,

在规定的充电电压电流放电负载和温度条件下以百分数表示的蓄电池组当前容量或能量

-C

p

与额定容量或额定能量的比。

EpCnEn

4符号和缩略语

下列符号和缩略语适用于本文件。

———,()

C容量单位为安时Ah

———恒电流恒电流

CC-CC-

———恒电流恒电压

CC-CV-

CID———电流中断器

———恒功率恒电压

CP-CV-

DOD———放电深度

EOCV———充电终压

FMEA———失效模式影响分析

GEO———地球同步轨道

5

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GBT383142019

LAT———批次性验收试验

LEO———低地球轨道

PTC———正温度系数

SOC———荷电态

5通用要求

5.1生命周期

,、、、、、

蓄电池组的服务期开始于单体的激活继而贯穿于所有的后续装配验收级测试处置贮存运输

、。

发射前测试发射和在轨任务期

,

尽管蓄电池组的设计和地面评估应满足在轨的整个任务期的要求但本标准所指的贮存期限是指

从单体激活开始直到发射为止。

,,

图给出了宇航用蓄电池组整个生命周期的示意其中阶段和阶段包含贮存期限需对某些性

135

能进行确认。

,、。

根据寿命期的每个阶段本标准的每章条均包含性能安全和保障要求

图宇航用蓄电池组生命周期

1

5.2性能

“”,

本标准的性能描述了适用于宇航用蓄电池组的评估项目及方法适应性应重点关注寿命末期的

性能参数。

“”、()、。

本标准的性能条款的范围包括基本性能典型使用充放电制度质量保证和试验方法

5.3安全

,(:

本标准对蓄电池组整个生命周期内常态使用的危害进行了分类针对可能出现的危险现象例如

、/、、、、

起火爆裂爆炸电解液泄漏泄压由于外界温度过高而燃烧蓄电池组外壳破裂导致内部组成部分暴

),、

露和冒烟提出了预防措施并对蓄电池组整个生命周期内的典型风险分析危害分析和故障树分析给

。,。

出了建议针对整个生命周期的每个阶段给出了专门的危害控制方法

本标准提出了宇航用蓄电池组必备的最低安全预防措施。

,。

当蓄电池组用于航天器时技术要求应专注于降低起火或爆炸的风险蓄电池组的最终可接受性

取决于在航天器上的使用是否能够满足安全界限和有效载荷安全的要求。

6

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