GBT 42635-2023 空间用锂离子蓄电池通 用规范（正式版）

空间用锂离子蓄电池通用规范2023-05-23发布2023-09-01实施国家标准化管理委员会I 12规范性引用文件 l3术语和定义 14符号和缩略语 15要求 25.1通则 25.2外观及标志 25.3外形尺寸及质量 25.4密封性 25.5电性能 25.6环境适应性 35.7安全性能 35.8循环寿命 35.9辐照 46试验方法 46.1试验条件 46.2外观及标志 46.3外形尺寸及质量 46.4密封性 56.5电性能 56.6环境适应性 76.7安全性能 6.8循环寿命 6.9辐照 7检验规则 7.1检验分类 7.2鉴定检验 7.3质量一致性检验 8包装、运输和贮存 8.3贮存 Ⅱ图1电池外形示意图 图2直流内阻放电示意图 6图3脉冲放电示意图 图4电池坐标示意图 8图5热真空试验循环图 图6辐照试验方向示意图 表1随机振动试验条件 表2正弦振动试验条件 8表3冲击试验条件(冲击响应谱) 9表4热真空试验条件 表5地球同步轨道(GEO)循环试验阴影期和放电时间 表6带电粒子辐照试验条件 表7鉴定检验项目、分组及顺序 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC425)提出并归口。本文件起草单位：上海空间电源研究所。1空间用锂离子蓄电池通用规范输和贮存。本文件适用于卫星、空间站、空间探测器等空间飞行器用锂离子蓄电池。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T191包装储运图示标志GB/T2900.41电工术语原电池和蓄电池3术语和定义GB/T2900.41界定的以及下列术语和定义适用于本文件。库仑效率Coulombefficiency蓄电池放电时输出的容量与此前充电时输入的容量之比。能量效率energyefficiency蓄电池放电时输出的能量与此前充电时输入的能量之比。循环cycling对蓄电池以相同的顺序有规律地反复进行的成组操作。4符号和缩略语下列符号和缩略语适用于本文件。Coh:0.2C₁A容量测试最后一次的充电容量。Coas:0.2C₁A容量测试最后一次的放电容量。C₁A:用一个小时将蓄电池恒流放电放出标称容量所需的电流值。Cids:蓄电池搁置28d后0.2C₁A放电容量。DOD:放电深度(depthofdischarge)。Eoch:0.2C₁A容量测试最后一次的充电能量。2Eodis:0.2C₁A容量测试最后一次的放电能量。leh:实时充电电流。Idis:实时放电电流。R:荷电保持率。Rx:直流内阻值。Vh:实时充电电压。Vais:实时放电电压。TE:能量效率。5要求5.1通则蓄电池应符合本文件和厂家提供的产品技术条件的要求，本文件的要求与厂家提供的产品技术条件要求不一致时，应以厂家提供的产品技术条件为准。5.2外观及标志蓄电池外观应完整，表面整洁，零部件齐全，无机械缺损，无产品标志应牢固地表示在蓄电池壳体上，至少包括可追溯的规格、批次号、编号、厂家信息、生产日5.3外形尺寸及质量蓄电池外形尺寸和质量应符合厂家提供的产品技术条件的规定值。蓄电池漏率不应大于1.0×10-7Pa·m³/s。5.5电性能蓄电池的0.2C₁A容量不应低于其额定容量。蓄电池充放电的库仑效率不应低于98%,能量效率不应低于90%。5.5.3荷电保持能力蓄电池搁置28d的荷电保持率不应小于90%。蓄电池直流内阻不应大于厂家提供的产品技术条件规定值。蓄电池交流内阻不应大于厂家提供的产品技术条件规定值。3蓄电池高温容量不应低于额定容量的95%。5.5.7低温容量蓄电池低温容量不应低于额定容量的80%。蓄电池脉冲试验过程中的电压不应低于3.3V或厂家提供的产品技术条件的规定值。5.6环境适应性蓄电池按6.6.1试验时，放电电流、放电电压应无突变，并无机械损伤。蓄电池按6.6.2试验时，放电电流、放电电压应无突变，并无机械损伤。蓄电池按6.6.3试验时，放电电流、放电电压应无突变，并无机械损伤。蓄电池按6.6.4试验时，放电电流、放电电压应无突变，并无机械损伤。5.7安全性能蓄电池按6.7.1试验时，不应起火、爆炸。蓄电池按6.7.2试验时，不应起火、爆炸。蓄电池按6.7.3试验时，不应起火、爆炸。蓄电池按6.7.4试验时，不应起火、爆炸。5.8循环寿命5.8.1低地球轨道(LEO)循环寿命性能用于低地球轨道的蓄电池，20%DOD时，其循环次数应达到48000次。提交鉴定的寿命考核次数4应符合厂家提供的产品技术条件的要求。5.8.2地球同步轨道(GEO)循环寿命性能用于地球同步轨道的蓄电池，其循环次数应达到2000次。提交鉴定的寿命考核次数应符合厂家提供的产品技术条件的要求。蓄电池按6.9试验时，应密封良好，不鼓胀。6试验方法6.1试验条件除另有规定外，各项试验应在以下环境条件下进行：a)温度：15℃~35℃;b)相对湿度：20%～80%;a)尺寸测量工具精度不应低于0.02mm;b)电子天平感量不宜低于0.001kg;c)数字万用表电压测量准确度不应低于1mV;d)内阻测试仪测量原理为交流阻抗法，测量精度不应低于0.1mΩ;e)电池测试设备电流精度不低于±0.5%,电压精度不应低于±0.3%;f)温度测量仪器精度不应低于±0.5℃;g)氦质谱检漏仪最小可检漏率不应大于5×10-9Pa·m³/s。6.2外观及标志目测检验蓄电池外观及标志。6.3外形尺寸及质量按照图1所示，用尺寸测量工具测量蓄电池的外形尺寸，用电子天平称量蓄电池的质量。5GB/T42635—2023上H——蓄电池的高度；L——蓄电池的宽度；W——蓄电池的厚度；图1电池外形示意图6.4密封性蓄电池在封口后，在不低于303kPa压力下的氦气中保压2h,然后在2h内用氦质谱检漏设备对蓄电池进行检验，也可用同等精度的其他方法进行。6.5电性能在20℃±3℃的温度下，蓄电池按照下列充放电步骤进行0.2C₁A容量测试：a)0.2C₁A恒流充电至4.1V或厂家提供的产品技术条件规定值；b)恒压充电至电流下降到0.05C₁A;c)静置10min;d)0.2C₁A恒流放电至2.75V或厂家提供的产品技术条件的规定值；e)静置10min;f)重复以上步骤a)～e),共循环3次。蓄电池的0.2C₁A容量Cdis应满足5.6.1的要求。6.5.2充放电效率根据6.5.1的测试结果，按公式(1)～公式(4)计算蓄电池充放电效率。ηc=Codis/Coh×100%ηe=Eodis/Eoh×100% (1) (2) (4)6GB/T42635—20236.5.3荷电保持能力0.2C₁A容量测试结束后，在20℃±3℃环境下，将蓄电池以0.2C₁A恒流充电至4.1V或厂家提供的产品技术条件的规定值，转恒压充电至电流下降到0.05C₁A,充电结束后搁置28d,随后在此环境条件下，以0.2C₁A放电至2.75V或厂家提供的产品技术条件规定值，测出容量Clas。按照公式(5)计算荷电保持率。R=Cldis/Codis×100%…………(5)6.5.4直流内阻在20℃±3℃环境中，将蓄电池以0.2C₁A恒流充电至4.1V或厂家提供的产品技术条件规定值，转恒压充电至电流下降到0.05C₁A,静置60min～75min,按照下列步骤和图2所示放电：a)0.2C₁A放电1h,取最后一个放电电压为U₁;b)0.5C₁A放电30s,取第5s的放电电压为U₂;c)0.2C₁A放电2h,取最后一个放电电压为U₃;d)0.5C₁A放电30s,取第5s的放电电压为U₄;e)0.2C₁A放电至2.75V或厂家提供的产品技术条件的规定值。记录2次脉冲期间步长为5s的电压变化值，再取平均，按照公式(6)计算直流内阻值。时间图2直流内阻放电示意图6.5.5交流内阻将蓄电池以0.2C₁A恒流充电至3.9V或厂家提供的产品技术条件的规定值，充电结束后采用标称频率为1kHz的内阻仪测量电池内阻。6.5.6高温容量在40+8℃的恒温箱中静置不低于2h,随后在此环境下将蓄电池以0.2C₁A恒流充电至4.1V或厂家提供的产品技术条件规定值，转恒压充电至电流下降到0.05C₁A,静置10min,以0.2C₁A电流放电，放电电压降低到2.75V或厂家提供的产品技术条件的规定值时停止放电。7电流GB/T42635—2023电流6.5.7低温容量在0-3℃的恒温箱中静置不低于2h,随后在此环境下将蓄电池以0.1C₁A恒流充电至4.1V或厂家提供的产品技术条件规定值，转恒压充电至电流下降到0.05C₁A,静置10min,以0.2C₁A电流放电，放电电压降低到2.75V或厂家提供的产品技术条件的规定值时停止放电。6.5.8脉冲试验在20℃±3℃环境中，将蓄电池以0.2C₁A恒流充电至4.1V或厂家提供的产品技术条件规定值，转恒压充电至电流下降到0.05C₁A,静置60min～75min,按下列步骤和图3所示放电：b)1C₁A放电200ms;c)2C₁A放电200ms;d)3C₁A放电200ms;e)0.2C₁A放电2h;f)1C₁A放电200ms;g)2C₁A放电200ms;h)3C₁A放电200ms;i)0.2C₁A放电至2.75V或厂家提供的产品技术条件规定值。记录6次脉冲期间电压的最低值。图3脉冲放电示意图6.6环境适应性6.6.1稳态加速度将蓄电池按照6.6.4.1中步骤a)、b)要求充满电，将蓄电池用夹具牢固地固定在离心机上，对蓄电池进行试验。±X(或±X、±Y)、±Z每个轴向经受稳态加速度16g,坐标示意图如图4所示，试验中以0.2C₁A电流放电，每个轴向持续2min,试验过程中电流电压的采样时间不大于100ms。8图4电池坐标示意图将蓄电池按照6.6.4.1中步骤a)、b)要求充满电，将蓄电池用夹具牢固地固定在振动台上。按表1每个轴向至少各1次，坐标示意图如图4所示，试验中以0.2C₁A电流放电，试验时间2min,试验过程中电流电压的采样时间不大于100ms。表1随机振动试验条件频率范围Hz功率谱密度总均方根值将蓄电池按照6.5.1中步骤a)、b)要求充满电，将蓄电池用夹具牢固地固定在振动台上。按表2规每个轴向至少各1次，坐标示意图如图4所示，试验中以0.2C₁A电流放电，试验过程中电流电压的采样时间不大于100ms。表2正弦振动试验条件频率范围Hz扫描速率30～100将蓄电池按照6.5.1中步骤a)、b)要求充满电，将蓄电池用夹具牢固地固定在冲击台上。按表3规定的试验条件进行试验。±X(或±X、±Y)、±Z轴向至少各3次，坐标示意图如图4所示，试验中以0.2C₁A电流放电，试验过程中电流电压的采样时间不大于100ms。9表3冲击试验条件(冲击响应谱)频率范围Hz冲击谱值100～1500+6dB/oct1500～4.000蓄电池在20℃±3℃的环境条件下，以0.2C₁A电流恒流放电至2.75V或厂家提供的产品技术条件的规定值，静置0.5h～1h,电池以0.2C₁A电流恒流充电至4.1V或厂家提供的产品技术条件规定值，转恒压充电，当充电电流下降到0.05C₁A时充电结束。将蓄电池放入热真空箱中，一边抽真空，一边升温，当温度达到40℃,真空度达到1.3×10-3Pa时，开始计时，按图5所示和表4规定的要求进行热真空试验。在进入第一个循环最高温度以及最后一个循环最高温度时，蓄电池搁置1h后以0.4C₁A电流放电30min,静置10min,再以0.3C₁A电流充电至4.1V或厂家提供的产品技术条件规定值时转恒压充电，总充电时间60min,静置10min,充放电循环3次；在进入第一个循环最低温度以及最后一个循环最低温度时，蓄电池静置1h后以0.4C₁A电流放电30min,静置10min,再以0.1C₁A电流充电至4.1V或厂家提供的产品技术条件规定值时转恒压充电，总充电时间180min,静置10min,充放电循环3次。图5热真空试验循环图表4热真空试验条件项目要求压力/Pa1.3×10-3最高温度/℃40古3最低温度/℃循环次数/次极端温度停留时间/h6.7安全性能在20℃±3℃环境中，将蓄电池以0.2C₁A恒流充电至4.1V或厂家提供的产品技术条件规定值，转恒压充电至电流下降到0.05C₁A,静置60min～75min,外电路电阻不大于3mΩ将电池短路1min后断开回路，监测蓄电池电压和温度，直到电压和温度稳定。按下列步骤进行过充电试验：a)将蓄电池温度稳定在20℃±3℃;b)以0.1C₁A充电至4.5V或厂家提供的产品技术条件的规定值；c)静置60min～75min;d)以0.67C₁A放电至2.75V或厂家提供的产品技术条件的规定值；e)重复步骤a)～d),共循环10次。按下列步骤进行过放电试验：a)将蓄电池温度稳定在20℃±3℃;b)0.1C₁A恒流充电至4.1V或厂家提供的产品技术条件的规定值；c)恒压充电至电流下降到0.05C₁A;d)静置60min～75min;e)以0.67C₁A电流放电至2.75V;f)继续以0.67C₁A电流放电至一0.8V或1.2h,两个条件以先到的为准，或按照厂家提供的产品技术条件的规定执行；g)重复步骤a)～f),共循环10次。在20℃±3℃环境中，将蓄电池以0.2C₁A恒流放电至2.75V或厂家提供的产品技术条件规定值，将蓄电池置于60℃±2℃的恒温箱内，按如下步骤进行过温试验：a)静置24h;b)0.2C₁A恒流充电至4.1V或厂家提供的产品技术条件规定值；c)恒压充电至电流下降到0.05C₁A;d)静置10min;e)0.2C₁A恒流放电至2.75V或厂家提供的产品技术条件的规定值。6.8循环寿命6.8.1低地球轨道(LEO)循环寿命性能蓄电池低地球轨道(LEO)循环寿命试验应按厂家提供的产品技术条件规定执行，若无规定，可采用下列规定。a)在20℃±3℃环境中，蓄电池以0.2C₁A恒流充电至3.95V或厂家提供的产品技术条件规定值时转恒压充电，当充电电流下降到0.01C₁A时充电结束，静置1h后按下列步骤进行循环：1)蓄电池以0.4C₁A电流放电30min;2)以0.3C₁A恒流充电至3.95V或厂家提供的产品技术条件的规定值转恒压充电，当充电电流下降到0.01C₁A或充电时间达到60min时充电结束；3)重复1)、2)充放电循环，记录每次充放电循环的放电终止电压。b)循环期间，当连续3次循环的放电终止电压低于3.30V或厂家提供的产品技术条件的规定值时，以0.05V为一档，上调恒流充电截止电压。当充电截止电压上调至4.1V或厂家提供的产品技术条件的规定值后，如果连续5次循环的放电终止电压低于2.75V或厂家提供的产品技术条件的规定值，则试验结束，此时累计的循环次数即为循环寿命。6.8.2地球同步轨道(GEO)循环寿命性能蓄电池地球同步轨道(GEO)循环寿命试验应按厂家提供的产品技术条件规定执行，若无规定，可采用下列规定。a)在20℃±3℃环境中，蓄电池按下列步骤进行循环：1)电池以0.2C₁A恒流充电至4.0V或厂家提供的产品技术条件的规定值转恒压充电；2)当充电电流下降到0.01C₁A充电结束，静置0.5h～1h后，以0.67C₁A电流按表5所示周次放电时间进行放电(如第1周次放电21.00min);3)然后按同样方法进行充电，充电结束静置0.5h～1h后，以0.67C₁A电流按表5所示周次放电时间进行放电(如第2周次放电29.37min),以此类推，1个周次为1次循环，1个阴影期进行45个周次充放电循环；4)将蓄电池以0.2C₁A恒流充电至4.0V或厂家提供的产品技术条件的规定值转恒压充电，当充电电流下降到0.01C₁A充电结束充满电静置10d,进入第二个阴影期；5)重复1)～4)充放电循环，记录每次循环的放电终止电压。b)当某个阴影期内连续3次循环电池的放电终压低于3.0V或厂家提供的产品技术条件规定值时，以0.05V为一档上调充电截止电压；当充电截止电压调至4.1V或厂家提供的产品技术条件的规定值后，如果连续5次循环的放电终压低于2.75V或厂家提供的产品技术条件的规定值时结束试验。此时累计的循环次数即为循环寿命。表5地球同步轨道(GEO)循环试验阴影期和放电时间阴影期放电时间min上半周次下半周次121.00229.37335.55440.58544.82648.50751.72854.58957.1359.40辐照辐照方向表5地球同步轨道(GEO)循环试验阴影期和放电时间(续)阴影期放电时间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℃环境中，将蓄电池以0.2C₁A恒流充电至4.1V。将蓄电池放置于“Co(γ射线)源的环境中，按照图6所示试验方向，按照表6规定的试验条件，以0.6kGy/h的辐射剂量率累计进行16h24min的辐照时间，辐照总剂量达到10kGy(1×10°rad)后辐照结束。试验结束后，按6.4的要求进行密封性试验。图6辐照试验方向示意图表6带电粒子辐照试验条件试验条件辐射源°Co(γ射线)源辐照剂量率辐照时间辐照总剂量7检验规则7.1检验分类检验分类如下：a)鉴定检验；b)质量一致性检验。7.2鉴定检验同一品种的电池应采用相同的材料和工艺进行制造，并通过鉴定检验。停产超过2年或有重大的蓄电池抽样数量为10只，从提交批中随机抽取，包括A组、B组、C组和D组检验。10只样品全部进行A组检验，然后将其中4只样品进行B组检验，4只样品进行C组检验(LEO循环寿命和GEO循环寿命各2只；若有明确轨道要求，可按规定要求执行),1只样品进行D组检验，1只样品作为备份。B组检验做完高温容量、低温容量、脉冲试验、稳态加速度、随机振动、正弦振动、冲击、热真空等检验项目后，4只样品分别取1只进行短路、过充电、过放电和过温项目检验。鉴定检验的项目、分组及顺序按表7的规定进行。组别序号检验项目技术要求检验方法样品数量A外观及标志2外形尺寸及质量3密封性40.2C₁A容量5.5.16.5.15充放电效率5.5.26.5.2表7鉴定检验项目、分组及顺序(续)组别序号检验项目技术要求检验方法样品数量A6荷电保持能力7直流内阻8交流内阻B9高温容量4低温容量4脉冲试验4稳态加速度4随机振动4正弦振动4冲击40.2C₁A容量4热真空40.2C₁A容量4短路1过充电1过放电1过温1C低地球轨道(LEO)循环寿命性能2地球同步轨道(GEO)循环寿命性能2D辐照17.2.4检验结果判定当所有检验项目均满足规定时，则判定鉴