ECSS-E-HB-20-02A Luft- und Raumfahrttechnik – Testleitfaden für Lithium-Ionen-Batterien

Das von der Europäischen Kooperation für Weltraumnormung (ECSS) entwickelte Dokument mit dem Titel „ECSS-E-HB-20-02A Weltraumtechnik - Leitfaden für Lithium-Ionen-Batterietests“ unterstützt die Prüfung von Lithium-Ionen-Batterien und die Erstellung der dazugehörigen Testdokumentation.

Der Zweck dieses Leitfadens ist folgender:

• Die wichtigsten Charakterisierungstests erläutern.
• Bereitstellung von Richtlinien für die Prüfung von Lithium-Ionen-Batterien.
• Zur Bereitstellung von Richtlinien für die Dokumentation im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien oder Batterietests.
• Um einen Überblick über geeignete Testmethoden zu geben.
• Um bewährte Verfahren anzubieten

Jede in der Raumfahrt eingesetzte Zelle oder Batterie durchläuft verschiedene Tests, darunter Abnahme- und Qualifizierungstests. Diese Tests sind detailliert in einem zugehörigen Testplan, den entsprechenden Verfahren (einschließlich Testkriterien und Testmethodik) sowie einem Testbericht beschrieben.

Eine Batterie besteht aus elektrisch verbundenen Zellen, Arrays oder Modulen. Einzelne Zellen werden elektrisch zu einem Array verbunden. Arrays werden dann zu einem Baustein zusammengefügt. Bausteine ​​werden anschließend zu einem Modul zusammengesetzt. Module werden schließlich zu einer Batterie zusammengebaut. Die in diesem Dokument beschriebenen Tests werden an verschiedenen Testobjekten durchgeführt, die einzelne Zellen, Arrays, Bausteine, Module oder komplette Batterien sein können.

Der Testplan beschreibt detailliert die zu prüfenden Zell- oder Batterieeigenschaften, die Testkriterien und die Testbedingungen. Die Testprozedur erläutert alle Testmethoden und die einzelnen Schritte zur Durchführung der im Plan beschriebenen Tests, um die Batterie- oder Zelleigenschaften zu messen und zu verifizieren.

Der Prüfbericht spezifiziert die Prüfgegenstände und Prüfbedingungen. Prüfdaten und deren Analyse werden bereitgestellt. Alle Abweichungsberichte zum Prüfgegenstand und deren Status werden im Bericht erläutert. Separate Prüfberichte können zu folgenden Hauptthemen erstellt werden:

• Elektrische Tests
• Umwelttests
• Lebensdauertests
• Sicherheitstests

Beispielsweise werden in einem Umweltprüfbericht die Prüfbedingungen, spezifische Details zum Prüfaufbau (z. B. Anschluss, Temperaturregelung, verwendete Geräte, Art und Position des Beschleunigungsmessers), die Prüfdaten und die Prüfdatenanalyse üblicherweise separat in Tabellenform bereitgestellt.

Die in diesem Leitfaden beschriebenen Tests sind folgende:

• Tests
• Erste elektrische Charakterisierungstests
• Standardkapazitäts- und Energiemessungen
• Iç direnç ölçümü
• AC-Impedanzmessung
• Spontanentladungstest
• Ladehaltetest
• Zellgeschwindigkeitskapazität
• Zell-EMF-Messung
• Messung des magnetischen Moments der Batterie
• Batterie-Corona-Test
• Umwelttests:
• Die Zwecke von Umweltprüfungen sind folgende:
• Um die Grenzen der Technologie zu ermitteln und die Eignung der Batterie bzw. des Akkupacks für die angestrebte Anwendung und Aufgabe zu überprüfen.
• Um die anfänglichen Leistungsfähigkeit der Batterien bzw. des Moduls zu überprüfen.
• Mechanische Prüfungen: Vibration (niedrige Sinus-, Zufalls- und Sinusschwingungen) und Schock.
• Thermischer Vakuumtest
• Dichtheitsprüfung
• Dichtheitsprüfung (Heliumprüfung)
• Strahlungstest
• Lebensdauertests:
• Die Zwecke von Überlebenstests sind folgende:
• Um technologische Einschränkungen zu identifizieren und die Anforderungen für die Zielanwendung zu validieren.
• Zur Bestimmung der Langzeitleistung und der Degradationsfaktoren, die bei der Dimensionierung und Leistungsberechnung von Batterien anzuwenden sind.

An dem ausgewählten Zelltyp wird ein vollständig repräsentativer Lebensdauertest durchgeführt. Dabei wird eine ausreichende Anzahl von Zellen verwendet, um Konstruktions- oder Prozessvariabilitäten zu berücksichtigen.

• Kalendertests (Überlebenstests)
• Zyklustests
• Sicherheitstests:
• Der Zweck dieser Tests ist folgender:
• Zur Charakterisierung der Sicherheitsvorkehrungen des getesteten Artikels.

Zu den potenziellen Gefahren von Lithium-Ionen-Batterien gehören:

• Belüftung
• Feuer
• Explosion
• Infektion
• Elektrolytverlust.

Detaillierte Erläuterungen zu den Gefahren, die mit verschiedenen Batteriechemikalien verbunden sind, finden Sie im Referenzdokument.

Die Zwecke von Batterie- bzw. Batteriesicherheitstests sind folgende:

• Identifizierung von Technologiebeschränkungen,
• Überprüfung der Sicherheitsfunktionen des Akkus bzw. des Akkuladestands.
• Überladung
• Übermäßige Entladung
• Kurzschlussprüfung
• Belüftungs- und Sprengtests
• Schutzvorrichtungen
• Lagerung, Handhabung, Transport, Montage, Integrationstests.
• Die Lagerung, Handhabung und der Transport erfolgen gemäß den Anforderungen von ECSS-Q-ST-20-08.
• Lager- und Wartungsbedingungen
• Handhabung
• Transport
• Montageintegrationstest

ECSS-E-HB-20-02A ist ein ergänzendes, nicht verbindliches Handbuch. Es bietet praktische Hinweise zum Testen von Lithium-Ionen-Batterien (sowohl Zellen als auch Akkupacks), die für den Einsatz in Raumfahrtprojekten und -anwendungen entwickelt wurden. Es unterstützt die Einhaltung relevanter ECSS-Normen (insbesondere der Normenreihe ECSS-E-ST-20 für Elektrotechnik, Elektronik und Energiesysteme).

Der Zweck dieses Leitfadens ist folgender:

• Ziel ist die Entwicklung standardisierter Testverfahren für Lithium-Ionen-Batterien im Weltraumkontext.
• Zur Erstellung relevanter Testdokumentationen.
• Dies umfasst Prüfungen im Zusammenhang mit elektrischen Eigenschaften, Leistung, Umweltverträglichkeit und Sicherheit.

Die Hauptabschnitte dieses Leitfadens umfassen:

• Geltungsbereich und Referenzen
• Begriffe, Definitionen und Abkürzungen speziell für Lithium-Ionen-Batterien, die im Weltraum verwendet werden.
• Zellen- oder Batterietest:
• Testdokumentation (Testpläne, Testverfahren, Testberichte)
• Elektrische Erstcharakterisierung (Kapazität, Energie, Innenwiderstand, Wechselstromimpedanz, Selbstentladung, Ladungsspeicherung, Entladekapazität, EMK)
• Spezialtests (z. B. magnetisches Moment der Batterie, Koronatest)
• Umwelttests (Vibration, Schock, thermisches Vakuum)
• Detaillierte Tabellen zur Anwendbarkeit von Tests (z. B. welche Tests für Zellen und Pakete gelten, Kompetenz- und Akzeptanzniveaus)
• Dichtheitsprüfungen, Sicherheitsaspekte und andere raumspezifische Überlegungen (Vakuumverträglichkeit, Gasfreisetzung)

Dieser Leitfaden ist besonders wichtig für:

• Qualifizierungs- und Abnahmetests von Lithium-Ionen-Batterien für Satelliten, Sonden, Trägerraketen oder andere Raumfahrzeuge.
• Gewährleistung der Zuverlässigkeit unter den Umweltbedingungen des Weltraums (Vakuum, extreme Temperaturen, Strahlung, mechanische Belastungen während des Starts).

Kurz gesagt, unterstützt ECSS-E-HB-20-02A die ECSS-Normen für elektrische und elektronische Subsysteme und soll Ingenieure bei der Planung, Durchführung und Dokumentation von Lithium-Ionen-Batterietests unterstützen. Die Hauptziele sind:

• Zusammenfassung der wichtigsten Batteriecharakterisierungstests.
• Bereitstellung von Richtlinien für Testverfahren für Lithium-Ionen-Batterien.
• Erläuterung der Testdokumentation und Berichtspraxis.
• Vorstellung der vorgeschlagenen Testmethoden.
• Austausch bewährter Verfahren und Erkenntnisse aus europäischen Raumfahrtprogrammen.

Kurz gesagt, ist ECSS-E-HB-20-02A ein technisches Handbuch, das umfassende Richtlinien für das Testen, Verifizieren und Gewährleisten der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Lithium-Ionen-Batterien bietet, die in Raumfahrtsystemen verwendet werden, und Ingenieure bei der Entwicklung und Qualifizierung von Stromversorgungssystemen für Raumfahrzeuge unterstützt.

Seit vielen Jahren versteht unser Unternehmen mit seinen kompetenten und erfahrenen Mitarbeitern die Bedürfnisse seiner Kunden, bietet ihnen die benötigten fortschrittlichen Prüfdienstleistungen und unterstützt sie beim Aufbau, der Implementierung und der Optimierung von Managementsystemen. In diesem Rahmen bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm ECSS-E-HB-20-02A an.