空間用鋰離子蓄電池通用規范2023-05-23發布2023-09-01實施國家標準化管理委員會I 12規范性引用文件 l3術語和定義 14符號和縮略語 15要求 25.1通則 25.2外觀及標志 25.3外形尺寸及質量 25.4密封性 25.5電性能 25.6環境適應性 35.7安全性能 35.8循環壽命 35.9輻照 46試驗方法 46.1試驗條件 46.2外觀及標志 46.3外形尺寸及質量 46.4密封性 56.5電性能 56.6環境適應性 76.7安全性能 6.8循環壽命 6.9輻照 7檢驗規則 7.1檢驗分類 7.2鑒定檢驗 7.3質量一致性檢驗 8包裝、運輸和貯存 8.3貯存 Ⅱ圖1電池外形示意圖 圖2直流內阻放電示意圖 6圖3脈沖放電示意圖 圖4電池坐標示意圖 8圖5熱真空試驗循環圖 圖6輻照試驗方向示意圖 表1隨機振動試驗條件 表2正弦振動試驗條件 8表3沖擊試驗條件(沖擊響應譜) 9表4熱真空試驗條件 表5地球同步軌道(GEO)循環試驗陰影期和放電時間 表6帶電粒子輻照試驗條件 表7鑒定檢驗項目、分組及順序 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國宇航技術及其應用標準化技術委員會(SAC/TC425)提出并歸口。本文件起草單位：上海空間電源研究所。1空間用鋰離子蓄電池通用規范輸和貯存。本文件適用于衛星、空間站、空間探測器等空間飛行器用鋰離子蓄電池。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T191包裝儲運圖示標志GB/T2900.41電工術語原電池和蓄電池3術語和定義GB/T2900.41界定的以及下列術語和定義適用于本文件。庫侖效率Coulombefficiency蓄電池放電時輸出的容量與此前充電時輸入的容量之比。能量效率energyefficiency蓄電池放電時輸出的能量與此前充電時輸入的能量之比。循環cycling對蓄電池以相同的順序有規律地反復進行的成組操作。4符號和縮略語下列符號和縮略語適用于本文件。Coh:0.2C?A容量測試最后一次的充電容量。Coas:0.2C?A容量測試最后一次的放電容量。C?A:用一個小時將蓄電池恒流放電放出標稱容量所需的電流值。Cids:蓄電池擱置28d后0.2C?A放電容量。DOD:放電深度(depthofdischarge)。Eoch:0.2C?A容量測試最后一次的充電能量。2Eodis:0.2C?A容量測試最后一次的放電能量。leh:實時充電電流。Idis:實時放電電流。R:荷電保持率。Rx:直流內阻值。Vh:實時充電電壓。Vais:實時放電電壓。TE:能量效率。5要求5.1通則蓄電池應符合本文件和廠家提供的產品技術條件的要求，本文件的要求與廠家提供的產品技術條件要求不一致時，應以廠家提供的產品技術條件為準。5.2外觀及標志蓄電池外觀應完整，表面整潔，零部件齊全，無機械缺損，無產品標志應牢固地表示在蓄電池殼體上，至少包括可追溯的規格、批次號、編號、廠家信息、生產日5.3外形尺寸及質量蓄電池外形尺寸和質量應符合廠家提供的產品技術條件的規定值。蓄電池漏率不應大于1.0×10-7Pa·m3/s。5.5電性能蓄電池的0.2C?A容量不應低于其額定容量。蓄電池充放電的庫侖效率不應低于98%,能量效率不應低于90%。5.5.3荷電保持能力蓄電池擱置28d的荷電保持率不應小于90%。蓄電池直流內阻不應大于廠家提供的產品技術條件規定值。蓄電池交流內阻不應大于廠家提供的產品技術條件規定值。3蓄電池高溫容量不應低于額定容量的95%。5.5.7低溫容量蓄電池低溫容量不應低于額定容量的80%。蓄電池脈沖試驗過程中的電壓不應低于3.3V或廠家提供的產品技術條件的規定值。5.6環境適應性蓄電池按6.6.1試驗時，放電電流、放電電壓應無突變，并無機械損傷。蓄電池按6.6.2試驗時，放電電流、放電電壓應無突變，并無機械損傷。蓄電池按6.6.3試驗時，放電電流、放電電壓應無突變，并無機械損傷。蓄電池按6.6.4試驗時，放電電流、放電電壓應無突變，并無機械損傷。5.7安全性能蓄電池按6.7.1試驗時，不應起火、爆炸。蓄電池按6.7.2試驗時，不應起火、爆炸。蓄電池按6.7.3試驗時，不應起火、爆炸。蓄電池按6.7.4試驗時，不應起火、爆炸。5.8循環壽命5.8.1低地球軌道(LEO)循環壽命性能用于低地球軌道的蓄電池，20%DOD時，其循環次數應達到48000次。提交鑒定的壽命考核次數4應符合廠家提供的產品技術條件的要求。5.8.2地球同步軌道(GEO)循環壽命性能用于地球同步軌道的蓄電池，其循環次數應達到2000次。提交鑒定的壽命考核次數應符合廠家提供的產品技術條件的要求。蓄電池按6.9試驗時，應密封良好，不鼓脹。6試驗方法6.1試驗條件除另有規定外，各項試驗應在以下環境條件下進行：a)溫度：15℃~35℃;b)相對濕度：20%～80%;a)尺寸測量工具精度不應低于0.02mm;b)電子天平感量不宜低于0.001kg;c)數字萬用表電壓測量準確度不應低于1mV;d)內阻測試儀測量原理為交流阻抗法，測量精度不應低于0.1mΩ;e)電池測試設備電流精度不低于±0.5%,電壓精度不應低于±0.3%;f)溫度測量儀器精度不應低于±0.5℃;g)氦質譜檢漏儀最小可檢漏率不應大于5×10-9Pa·m3/s。6.2外觀及標志目測檢驗蓄電池外觀及標志。6.3外形尺寸及質量按照圖1所示，用尺寸測量工具測量蓄電池的外形尺寸，用電子天平稱量蓄電池的質量。5GB/T42635—2023上H——蓄電池的高度；L——蓄電池的寬度；W——蓄電池的厚度；圖1電池外形示意圖6.4密封性蓄電池在封口后，在不低于303kPa壓力下的氦氣中保壓2h,然后在2h內用氦質譜檢漏設備對蓄電池進行檢驗，也可用同等精度的其他方法進行。6.5電性能在20℃±3℃的溫度下，蓄電池按照下列充放電步驟進行0.2C?A容量測試：a)0.2C?A恒流充電至4.1V或廠家提供的產品技術條件規定值；b)恒壓充電至電流下降到0.05C?A;c)靜置10min;d)0.2C?A恒流放電至2.75V或廠家提供的產品技術條件的規定值；e)靜置10min;f)重復以上步驟a)～e),共循環3次。蓄電池的0.2C?A容量Cdis應滿足5.6.1的要求。6.5.2充放電效率根據6.5.1的測試結果，按公式(1)～公式(4)計算蓄電池充放電效率。ηc=Codis/Coh×100%ηe=Eodis/Eoh×100% (1) (2) (4)6GB/T42635—20236.5.3荷電保持能力0.2C?A容量測試結束后，在20℃±3℃環境下，將蓄電池以0.2C?A恒流充電至4.1V或廠家提供的產品技術條件的規定值，轉恒壓充電至電流下降到0.05C?A,充電結束后擱置28d,隨后在此環境條件下，以0.2C?A放電至2.75V或廠家提供的產品技術條件規定值，測出容量Clas。按照公式(5)計算荷電保持率。R=Cldis/Codis×100%…………(5)6.5.4直流內阻在20℃±3℃環境中，將蓄電池以0.2C?A恒流充電至4.1V或廠家提供的產品技術條件規定值，轉恒壓充電至電流下降到0.05C?A,靜置60min～75min,按照下列步驟和圖2所示放電：a)0.2C?A放電1h,取最后一個放電電壓為U?;b)0.5C?A放電30s,取第5s的放電電壓為U?;c)0.2C?A放電2h,取最后一個放電電壓為U?;d)0.5C?A放電30s,取第5s的放電電壓為U?;e)0.2C?A放電至2.75V或廠家提供的產品技術條件的規定值。記錄2次脈沖期間步長為5s的電壓變化值，再取平均，按照公式(6)計算直流內阻值。時間圖2直流內阻放電示意圖6.5.5交流內阻將蓄電池以0.2C?A恒流充電至3.9V或廠家提供的產品技術條件的規定值，充電結束后采用標稱頻率為1kHz的內阻儀測量電池內阻。6.5.6高溫容量在40+8℃的恒溫箱中靜置不低于2h,隨后在此環境下將蓄電池以0.2C?A恒流充電至4.1V或廠家提供的產品技術條件規定值，轉恒壓充電至電流下降到0.05C?A,靜置10min,以0.2C?A電流放電，放電電壓降低到2.75V或廠家提供的產品技術條件的規定值時停止放電。7電流GB/T42635—2023電流6.5.7低溫容量在0-3℃的恒溫箱中靜置不低于2h,隨后在此環境下將蓄電池以0.1C?A恒流充電至4.1V或廠家提供的產品技術條件規定值，轉恒壓充電至電流下降到0.05C?A,靜置10min,以0.2C?A電流放電，放電電壓降低到2.75V或廠家提供的產品技術條件的規定值時停止放電。6.5.8脈沖試驗在20℃±3℃環境中，將蓄電池以0.2C?A恒流充電至4.1V或廠家提供的產品技術條件規定值，轉恒壓充電至電流下降到0.05C?A,靜置60min～75min,按下列步驟和圖3所示放電：b)1C?A放電200ms;c)2C?A放電200ms;d)3C?A放電200ms;e)0.2C?A放電2h;f)1C?A放電200ms;g)2C?A放電200ms;h)3C?A放電200ms;i)0.2C?A放電至2.75V或廠家提供的產品技術條件規定值。記錄6次脈沖期間電壓的最低值。圖3脈沖放電示意圖6.6環境適應性6.6.1穩態加速度將蓄電池按照6.6.4.1中步驟a)、b)要求充滿電，將蓄電池用夾具牢固地固定在離心機上，對蓄電池進行試驗。±X(或±X、±Y)、±Z每個軸向經受穩態加速度16g,坐標示意圖如圖4所示，試驗中以0.2C?A電流放電，每個軸向持續2min,試驗過程中電流電壓的采樣時間不大于100ms。8圖4電池坐標示意圖將蓄電池按照6.6.4.1中步驟a)、b)要求充滿電，將蓄電池用夾具牢固地固定在振動臺上。按表1每個軸向至少各1次，坐標示意圖如圖4所示，試驗中以0.2C?A電流放電，試驗時間2min,試驗過程中電流電壓的采樣時間不大于100ms。表1隨機振動試驗條件頻率范圍Hz功率譜密度總均方根值將蓄電池按照6.5.1中步驟a)、b)要求充滿電，將蓄電池用夾具牢固地固定在振動臺上。按表2規每個軸向至少各1次，坐標示意圖如圖4所示，試驗中以0.2C?A電流放電，試驗過程中電流電壓的采樣時間不大于100ms。表2正弦振動試驗條件頻率范圍Hz掃描速率30～100將蓄電池按照6.5.1中步驟a)、b)要求充滿電，將蓄電池用夾具牢固地固定在沖擊臺上。按表3規定的試驗條件進行試驗。±X(或±X、±Y)、±Z軸向至少各3次，坐標示意圖如圖4所示，試驗中以0.2C?A電流放電，試驗過程中電流電壓的采樣時間不大于100ms。9表3沖擊試驗條件(沖擊響應譜)頻率范圍Hz沖擊譜值100～1500+6dB/oct1500～4.000蓄電池在20℃±3℃的環境條件下，以0.2C?A電流恒流放電至2.75V或廠家提供的產品技術條件的規定值，靜置0.5h～1h,電池以0.2C?A電流恒流充電至4.1V或廠家提供的產品技術條件規定值，轉恒壓充電，當充電電流下降到0.05C?A時充電結束。將蓄電池放入熱真空箱中，一邊抽真空，一邊升溫，當溫度達到40℃,真空度達到1.3×10-3Pa時，開始計時，按圖5所示和表4規定的要求進行熱真空試驗。在進入第一個循環最高溫度以及最后一個循環最高溫度時，蓄電池擱置1h后以0.4C?A電流放電30min,靜置10min,再以0.3C?A電流充電至4.1V或廠家提供的產品技術條件規定值時轉恒壓充電，總充電時間60min,靜置10min,充放電循環3次；在進入第一個循環最低溫度以及最后一個循環最低溫度時，蓄電池靜置1h后以0.4C?A電流放電30min,靜置10min,再以0.1C?A電流充電至4.1V或廠家提供的產品技術條件規定值時轉恒壓充電，總充電時間180min,靜置10min,充放電循環3次。圖5熱真空試驗循環圖表4熱真空試驗條件項目要求壓力/Pa1.3×10-3最高溫度/℃40古3最低溫度/℃循環次數/次極端溫度停留時間/h6.7安全性能在20℃±3℃環境中，將蓄電池以0.2C?A恒流充電至4.1V或廠家提供的產品技術條件規定值，轉恒壓充電至電流下降到0.05C?A,靜置60min～75min,外電路電阻不大于3mΩ將電池短路1min后斷開回路，監測蓄電池電壓和溫度，直到電壓和溫度穩定。按下列步驟進行過充電試驗：a)將蓄電池溫度穩定在20℃±3℃;b)以0.1C?A充電至4.5V或廠家提供的產品技術條件的規定值；c)靜置60min～75min;d)以0.67C?A放電至2.75V或廠家提供的產品技術條件的規定值；e)重復步驟a)～d),共循環10次。按下列步驟進行過放電試驗：a)將蓄電池溫度穩定在20℃±3℃;b)0.1C?A恒流充電至4.1V或廠家提供的產品技術條件的規定值；c)恒壓充電至電流下降到0.05C?A;d)靜置60min～75min;e)以0.67C?A電流放電至2.75V;f)繼續以0.67C?A電流放電至一0.8V或1.2h,兩個條件以先到的為準，或按照廠家提供的產品技術條件的規定執行；g)重復步驟a)～f),共循環10次。在20℃±3℃環境中，將蓄電池以0.2C?A恒流放電至2.75V或廠家提供的產品技術條件規定值，將蓄電池置于60℃±2℃的恒溫箱內，按如下步驟進行過溫試驗：a)靜置24h;b)0.2C?A恒流充電至4.1V或廠家提供的產品技術條件規定值；c)恒壓充電至電流下降到0.05C?A;d)靜置10min;e)0.2C?A恒流放電至2.75V或廠家提供的產品技術條件的規定值。6.8循環壽命6.8.1低地球軌道(LEO)循環壽命性能蓄電池低地球軌道(LEO)循環壽命試驗應按廠家提供的產品技術條件規定執行，若無規定，可采用下列規定。a)在20℃±3℃環境中，蓄電池以0.2C?A恒流充電至3.95V或廠家提供的產品技術條件規定值時轉恒壓充電，當充電電流下降到0.01C?A時充電結束，靜置1h后按下列步驟進行循環：1)蓄電池以0.4C?A電流放電30min;2)以0.3C?A恒流充電至3.95V或廠家提供的產品技術條件的規定值轉恒壓充電，當充電電流下降到0.01C?A或充電時間達到60min時充電結束；3)重復1)、2)充放電循環，記錄每次充放電循環的放電終止電壓。b)循環期間，當連續3次循環的放電終止電壓低于3.30V或廠家提供的產品技術條件的規定值時，以0.05V為一檔，上調恒流充電截止電壓。當充電截止電壓上調至4.1V或廠家提供的產品技術條件的規定值后，如果連續5次循環的放電終止電壓低于2.75V或廠家提供的產品技術條件的規定值，則試驗結束，此時累計的循環次數即為循環壽命。6.8.2地球同步軌道(GEO)循環壽命性能蓄電池地球同步軌道(GEO)循環壽命試驗應按廠家提供的產品技術條件規定執行，若無規定，可采用下列規定。a)在20℃±3℃環境中，蓄電池按下列步驟進行循環：1)電池以0.2C?A恒流充電至4.0V或廠家提供的產品技術條件的規定值轉恒壓充電；2)當充電電流下降到0.01C?A充電結束，靜置0.5h～1h后，以0.67C?A電流按表5所示周次放電時間進行放電(如第1周次放電21.00min);3)然后按同樣方法進行充電，充電結束靜置0.5h～1h后，以0.67C?A電流按表5所示周次放電時間進行放電(如第2周次放電29.37min),以此類推，1個周次為1次循環，1個陰影期進行45個周次充放電循環；4)將蓄電池以0.2C?A恒流充電至4.0V或廠家提供的產品技術條件的規定值轉恒壓充電，當充電電流下降到0.01C?A充電結束充滿電靜置10d,進入第二個陰影期；5)重復1)～4)充放電循環，記錄每次循環的放電終止電壓。b)當某個陰影期內連續3次循環電池的放電終壓低于3.0V或廠家提供的產品技術條件規定值時，以0.05V為一檔上調充電截止電壓；當充電截止電壓調至4.1V或廠家提供的產品技術條件的規定值后，如果連續5次循環的放電終壓低于2.75V或廠家提供的產品技術條件的規定值時結束試驗。此時累計的循環次數即為循環壽命。表5地球同步軌道(GEO)循環試驗陰影期和放電時間陰影期放電時間min上半周次下半周次121.00229.37335.55440.58544.82648.50751.72854.58957.1359.40輻照輻照方向表5地球同步軌道(GEO)循環試驗陰影期和放電時間(續)陰影期放電時間min上半周次下半周次61.4263.2364.8466.2667.5068.5869.5170.2870.9071.3871.7371.9372.00在20℃±3℃環境中，將蓄電池以0.2C?A恒流充電至4.1V。將蓄電池放置于“Co(γ射線)源的環境中，按照圖6所示試驗方向，按照表6規定的試驗條件，以0.6kGy/h的輻射劑量率累計進行16h24min的輻照時間，輻照總劑量達到10kGy(1×10°rad)后輻照結束。試驗結束后，按6.4的要求進行密封性試驗。圖6輻照試驗方向示意圖表6帶電粒子輻照試驗條件試驗條件輻射源°Co(γ射線)源輻照劑量率輻照時間輻照總劑量7檢驗規則7.1檢驗分類檢驗分類如下：a)鑒定檢驗；b)質量一致性檢驗。7.2鑒定檢驗同一品種的電池應采用相同的材料和工藝進行制造，并通過鑒定檢驗。停產超過2年或有重大的蓄電池抽樣數量為10只，從提交批中隨機抽取，包括A組、B組、C組和D組檢驗。10只樣品全部進行A組檢驗，然后將其中4只樣品進行B組檢驗，4只樣品進行C組檢驗(LEO循環壽命和GEO循環壽命各2只；若有明確軌道要求，可按規定要求執行),1只樣品進行D組檢驗，1只樣品作為備份。B組檢驗做完高溫容量、低溫容量、脈沖試驗、穩態加速度、隨機振動、正弦振動、沖擊、熱真空等檢驗項目后，4只樣品分別取1只進行短路、過充電、過放電和過溫項目檢驗。鑒定檢驗的項目、分組及順序按表7的規定進行。組別序號檢驗項目技術要求檢驗方法樣品數量A外觀及標志2外形尺寸及質量3密封性40.2C?A容量5.5.16.5.15充放電效率5.5.26.5.2表7鑒定檢驗項目、分組及順序(續)組別序號檢驗項目技術要求檢驗方法樣品數量A6荷電保持能力7直流內阻8交流內阻B9高溫容量4低溫容量4脈沖試驗4穩態加速度4隨機振動4正弦振動4沖擊40.2C?A容量4熱真空40.2C?A容量4短路1過充電1過放電1過溫1C低地球軌道(LEO)循環壽命性能2地球同步軌道(GEO)循環壽命性能2D輻照17.2.4檢驗結果判定當所有檢驗項目均滿足規定時，則判定鑒