Die vom Space and Missile Systems Center (SMC) des U.S. Air Force Space Command veröffentlichte Norm „ SMC-S-017 Lithium-Ionen-Batterie für Raumfahrtanwendungen“ beschreibt Verfahren für die Entwicklung, Prüfung, Lagerung, Verarbeitung und Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien für militärische Raumfahrzeuge. Die Einhaltung dieser Norm soll die einwandfreie Funktion der Batterien gewährleisten und sie vor vorzeitiger Leistungsverschlechterung vor dem Flug sowie vor vorzeitigem Ausfall während des Betriebs im Weltraum, in Trägerraketen und Oberstufen schützen.
Dieser Standard soll die aktuelle Beschaffung und Entwicklung militärischer Raumfahrzeuge harmonisieren und gemeinsame Anforderungen und Verfahren umfassen, die für den erfolgreichen Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien während Weltraummissionen erforderlich sind. Von Batterieteilen wie der Batterie, dem Batteriemodul, der Ladesteuerungselektronik, dem Bypass-Schalter, Heizgeräten und Temperatursensoren wird erwartet, dass sie Qualifizierungsdokumenten auf untergeordneter Ebene zugeführt werden, in denen Design, Prozess- und Qualitätskontrollen sowie die Anforderungen an die Qualifizierung und Abnahmeprüfung definiert sind.
Im Falle eines Konflikts zwischen dieser Norm und der AIAA-Norm für elektrische Energiesysteme für unbemannte Raumfahrzeuge oder der Norm für Weltraumbatterien hat diese Norm Vorrang vor allen batteriebezogenen Definitionen oder Anforderungen.
Eine Batterie ist eine Anordnung von Batteriezellen oder -modulen, die elektrisch (normalerweise in Reihe) verbunden sind, um aus einer Einzelzellencharge eine gewünschte Spannungs- und Stromkapazität bereitzustellen. Normalerweise sind Zellen physisch in eine einzelne Baugruppe oder Batterie oder in mehrere separate Baugruppen oder Module integriert. Die Batterie kann außerdem ein oder mehrere zusätzliche Teile enthalten, wie etwa elektrische Bypass-Geräte, Ladesteuerelektronik, Heizgeräte, Temperatursensoren, Thermoschalter und Thermosteuerelemente.
Die Entladetiefe einer Batterie ist das Verhältnis der Anzahl der aus einer Batterie entnommenen Wattstunden zur Nennenergie der Batterie bei einem definierten Lade-Spannungs-Strom-Profil, Entladelastprofil und Temperaturprofil, multipliziert mit 100. Bei einer Lithium-Ionen-Batterie sollte die Entladetiefe in einem Ladezustandsprozess oder einer mit diesem Prozess verbundenen Spannung angegeben werden. Bei unterladenen, also nicht vollständig geladenen Batterien ist die Entladetiefe der Prozentsatz der Energie, die beim Entladen vom Unterladepunkt aus verbraucht wird.
Der Energie- und Energiereservebedarf der Batterien für Start, Orbitaltransfer und im Orbit ergibt sich aus der Spezifikation des elektrischen Energiesubsystems für die gesamte Missionsdauer. Die Batterieenergie ist gleich dem Integral des Produkts aus Entladestrom und Spannung. Die Integrationsgrenzen gelten vom Beginn der Entladung bis zu dem Punkt, an dem die Mindestspannungsgrenze der Batterie des Stromsubsystems erreicht wird oder die erste Zelle die Unterzellenspannungsgrenze erreicht oder der definierte Zeitraum abgelaufen ist. Dabei handelt es sich um einen Energiewert, der zu einem bestimmten Zeitpunkt über ein definiertes Ladespannungs-Stromprofil, Entladeladungsprofil und Temperaturprofil gemessen wird. Die Entladung der Batterie kann durch eine Konstantstromentladung erfolgen, die bevorzugte Methode ist jedoch eine Konstantleistungsentladung, wenn sie die Leistung eines Raumfahrzeugs genauer simuliert.
Der Ladezustand einer Batterie ist der Wert, der sich ergibt, wenn man das Verhältnis eines in einer Batterie gefundenen Werts zur Nennenergie der Batterie für ein gegebenes Ladespannungs-Stromprofil, Entladelastprofil und Temperaturprofil mit 100 multipliziert.
Die Batteriekapazität wird in Amperestunden gemessen. Die Batteriekapazität ist gleich dem Integral des Entladestroms, wobei der Entladestrom ein positiver Wert ist. Die Integrationsgrenzen reichen vom Beginn der Entladung bis zur Mindestspannungsgrenze der Batterie des Leistungssubsystems oder bis zu dem Punkt, an dem die erste Zelle die Subzellenspannungsgrenze erreicht oder die definierte Zeitspanne abgelaufen ist. Dies ist ein zeitpunktbezogener Kapazitätswert, der über ein definiertes Ladespannungs-Stromprofil, Entladeladeprofil und Temperaturprofil gemessen wird.
Durch das Hinzufügen von Elektrolyt zu einer Batteriezelle wird die Zelle aktiviert und die Lebensdauer der Zelle, des Moduls und der Batterie wird gestartet. Wird verwendet, um den Beginn der Haltbarkeitsdauer einer Batterie zu definieren.
Eine Zelle ist ein einzelnes Gerät in einem Zellgehäuse, das beim Entladen chemische Energie bei charakteristischen Spannungen in elektrische Energie umwandelt. Batteriezellen werden direkt (meist in Reihe) zu einer Batterie verbunden. Batteriezellen werden in Reihe oder parallel zu einem Modul verbunden. In solchen Fällen werden die Module (normalerweise in Reihe) zu einer Batterie verbunden.
Ein Zellendesign wird gemäß einer Reihe von Fertigungskontrolldokumenten erstellt, die die Materialzusammensetzung, Abmessungen, Menge, den Prozess und die Prozesskontrollen für jede Komponente in der Zelle definieren. Eine Änderung des Zelldesigns wird als anderes Zelldesign angesehen, das einer gesonderten Qualifizierung bedarf. Zu einer Änderung des Zelldesigns zählen unter anderem:
Die wichtigsten in dieser Norm definierten Testmethoden für Lithium-Ionen-Batterien sind:
Unsere Organisation, die seit Jahren versucht, Unternehmen aus allen Branchen mit einer breiten Palette von Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien zu unterstützen, verfügt über einen starken Mitarbeiterstamm, der die Entwicklungen in der Welt der Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgt und sich ständig verbessert. In diesem Zusammenhang werden für Unternehmen auch Prüfdienstleistungen nach der Norm „SMC-S-017 Lithium-Ionen-Batterie für Raumfahrzeuganwendungen“ angeboten.
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