锂电池还能推火箭！长征家族用上了高压锂电

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。

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。

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。

来源：北京日报

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