航空锂离子电池发展现状

时间：2014-7-28 9:18:25来源：本站原创浏览次数：

飞机电源中包括主电源、辅助电源、应急电源和二次电源。航空蓄电池与普通商用蓄电池的最大区别在于二者应用的环境不同，前者工作环境极端，温度冷热交变剧烈，对蓄电池在极端环

境下的电性能和传热能力有着更为严苛的要求。另外，基于飞行器对整体荷重的要求，蓄电池的重量一直是飞行器电源系统设计关注的问题，一个能明显降低飞行器储能系统重量的方法就是应用锂离子电池技术。

在伊拉克战争和阿富汗战争中美军均曾使用小型无人侦察机，其中美国航空环境公司研制的“龙眼”(dragon eye)无人机最为著名的是它具有全自动，可返回和手持发射等特点，其动力电源

即为锂离子电池。2011年，该公司又研制出新一代蜂鸟（hummingbird）侦察机，长度仅16厘米，每小时可飞行11英里，并可对抗每小时5英里的风力，重量还不及一枚AA电池，其动力来

源也为锂离子电池。2009年，欧洲空中客车公司首次引入由Saft公司提供的锂离子电池系统，作为空客A350型飞机的启动和备用电源；波音公司最先进的A787型客机，其主电池及辅助动力装置(APU)电池也是采用锂离子电池；从20世纪80年代起，日本企业在政府的支持下开始投入锂离子电池的研究，三菱、Yuasa等企业都是知名的锂离子供应商。国外企业都极为重视市场的开发和保护，在航空用锂离子电池领域研究的起步阶段就已率先抢占先机。

图3 锂离子电池比能量和能量密度

如图3所示，目前飞机用锂离子电池的比能量约为100～150 Wh/kg，仅能满足飞机电动力系统的最低要求。为使蓄电池电动力系统达到与内燃机动力系统相当的水平，其比能量需要提高

20倍以上。预计固态电解质和纳米电极技术有望使锂离子电池的比能量分别提高2倍和5倍以上，但相关技术尚在基础研究阶段。

大容量高功率锂离子电池在航空领域具有非常广阔的应用前景，但安全问题已成为制约其在该领域发展的瓶颈，亟待解决。2013年1月7日，日本航空一架波音787型客机机身后部的辅助动

力电池发生过热导致起火，不仅电池和及其外部壳体严重损坏，泄漏的电解质和产生的炽热气体使得半米以外的飞机机体结构也受到损坏（图4）。仅仅9天之后，另一架全日空的波音787客机起飞，在即将达到巡航高度时，也因电池故障紧急降落，所幸机上129名乘客和8名机组人员安全逃生。调查发现，该架飞机机身前部驾驶舱下电子舱内的主电池过热烧毁，壳体损坏严重。2013年4月25日，美国联邦航空署（简称FAA）正式批准了波音公司关于787型客机电池的修改方案，两天后波音787复航，此次波音787锂电池风波到此才大体平息。

针对波音787锂电池风波，何向明等对大型动力电池组的安全性进行了分析，蓄电池体系是把氧化剂（正极材料）和燃料（负极材料、电解质）紧密结合、密封在一个封闭容器里以储存和释放能量，这起事故表明，现有的应对外短路和过充放电的安全保护措施和技术都无法应对电池内短路。以目前的技术水平而言，当热失控发生时，使整个电池模块迅速冷却、阻止模块内部电池之间热失控的传递最为可行。