成果報告書詳細
管理番号20090000000518
タイトル平成18年度-平成20年度成果報告書 次世代衛星基盤技術開発 衛星搭載用リチウムイオンバッテリー要素技術開発
公開日2009/9/19
報告書年度2006 - 2008
委託先名財団法人無人宇宙実験システム研究開発機構
プロジェクト番号
部署名機械システム技術開発部
和文要約(1)衛星搭載用リチウムイオンバッテリー要素技術:平成15年度-平成20年度の6ヵ年の研究開発の内、平成18年度から平成20年度までの成果について報告する。本研究開発のリチウムイオンバッテリーは、準天頂衛星を含む次世代衛星をターゲットとしている。開発の目的はSERVIS-1(実証衛星1号機)で実験機器として搭載されたリチウムイオンバッテリー(50Ah)の3倍以上の大容量で、高エネルギー密度・長寿命の、世界最高水準のバッテリーを開発することである。<バッテリーセル>・エネルギー密度:170Wh/kg以上・容量:175Ah以上<バッテリーアセンブリ>・エネルギー密度:120Wh/kg以上・電力容量:30kWh以上・重量:250kg以下・寿命:15年以上;開発の結果、バッテリーセルおよびバッテリーアセンブリの目標をクリアした。1)バッテリーの信頼性向上部品である過電圧保護回路はハイブリッドIC化され、バッテリーセル単体の故障分離を行うバイパススイッチは打ち上げの振動環境や軌道上での熱真空環境を模擬する認定試験が平成17年度までに終了した。2)バッテリーセル、過電圧保護回路、バイパススイッチを組み込んだバッテリーアセンブリ(LIBA)は、衛星の電力要求に応じて10セルから24セルまで容易に対応できるような構造としており、広範囲のユーザの要求を満たすことが可能となっている。平成17年度にLIBAの認定試験および安全性試験を実施し、問題がないことを確認した。また、LIBAおよびセル単体の寿命試験を平成17年度に開始し、バッテリーの寿命目標15年を達成できることを確認し、平成19年度に終了した。バッテリーの充放電を効率よく行うBCMの開発モデルは平成19年度に環境試験が終了した。3)以上の開発成果を反映し、衛星に搭載するリチウムイオンバッテリーシステム(LIBS)検証モデルの製作を平成18年度に開始した。LIBA検証モデルは搭載される準天頂測位衛星の技術要求に対応してセル数を16個として製作・試験を実施し、問題ないことを確認した。LIBA検証モデルの試験結果をもとに、20セル(仮想モデル)における最終目標のエネルギー密度、電力容量、質量が達成できることを解析で確認した。4)LIBS検証モデルの品質確認会を平成20年11月末に開催し、フライト品としての品質が確認され、準天頂測位衛星初号機システムへ引き渡した。(2)基盤技術調査研究:リチウムイオン電池の高信頼性化、長寿命化、安全性の確保を目指し、固体リチウム電池の開発に必要な電極とガラス電解質との界面制御技術のフィージビリティスタディを実施するため、固体電池に適した酸化物セラミックスの高性能正極・負極材料を選択し、これらの薄膜電極を作製して、薄膜電極とガラス電解質の界面反応の抵抗を低減し安定化するための界面制御手法を見出した。また、固体電解質から電極活物質を自己形成する新しい固体電池の作製法について検討した結果、固体電解質を部分的に分解した材料を電極活物質に用いた新しい電池を提案し、国際特許を申請した。(3)次世代衛星技術等の調査・検討:本研究開発の衛星搭載用リチウムイオンバッテリー要素技術に関して、次世代衛星システム、航空機、自動車等に係る実用化動向及び技術動向の進捗確認等を実施し、航空機、自動車を初めとする他産業の類似技術の適用例及びその性能等について調査を行った。
英文要約1.Development of the Space Use Li-Ion Battery system (LIBS): LIBS development project has been started since JFY2003 for the Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) and for the future advanced large space systems. The main objectives of the development are to realize the 175Ah capacity of Li-Ion battery cell and the energy density of 120Wh/kg battery assembly. The target of the project is to establish the specification and the manufacturing and test processes of the high performance LIBS for the future advanced large space systems. The results of the development work from JFY2006 to JFY2008 are as follows. (1) Development of the LIBS: The capacity of developed Li-Ion battery cell is confirmed to be more than 175Ah and is the largest cell for space application. It is also confirmed that the life of the system more than 15 years with maximum DOD of 60%, and the energy density of Li-Ion Battery Assembly (LIBA) is more than 120Wh/kg. The energy density of the battery assembly is also largest for space application. Battery Control Module (BCM) is included in the development to realize the optimum operation of LIBA. The LIBS Proto-Flight Model(PFM) including BCM was designed and manufactured based on the result of the cells and LIBA qualification models, and then performed Proto-Flight Test (PFT) and completed successfully. LIBS PFM was integrated on Quasi-Zenith Satellite System whose launch schedule is JFY2010. (2) Development of the LIBA: After successfully completing qualification model development and test whose design has flexibility to accommodate various spacecraft needs by 12 to 24 cell modules, PFM (16 cells) was designed and manufactured. PFT had been performed and confirmed to endure the launch and on-orbit space environment for the PFM. The energy density target of the 120Wh/kg has been cleared. LIBA life Evaluation Model (12 cells) was manufactured to confirm LIBA’s life of 15 years. The life Test of the LIBA was started in JFY2005, and completed in JFY2007 successfully and cleared the required life of the LIBA with maximum DOD of 60%.(3) Life Test of the Li-Ion 175Ah cell: The life test of the cells also to confirm life of 15 years was started in JFY2005,and completed in JFY2008 successfully by achieving the required life of the 175Ah cell with maximum DOD of 60%. 2. Researches for the cell basic technology: For the improvement the reliability, lifetime, and safety of conventional Lithium-Ion battery cells, fundamental data, which are the important guideline to develop highly functional solid-state battery system, have been obtained. 3. The research and survey work of LIBS and cells technologies and utilization: Survey works for the technical trend and the market needs of the Li-Ion battery have been conducted for the study of the application for the large satellite system including the QZSS.
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