La norme « SMC-S-017 Batteries lithium-ion pour applications spatiales », publiée par le Centre des systèmes spatiaux et de missiles (SMC) du Commandement spatial de l’US Air Force , décrit les procédures de développement, d’essai, de stockage, de traitement et d’utilisation des batteries lithium-ion pour les engins spatiaux militaires. Le respect de cette norme vise à garantir le bon fonctionnement des batteries et à les protéger contre la dégradation avant vol et les défaillances prématurées lors de leur utilisation opérationnelle dans l’espace, au lancement et dans les étages supérieurs des lanceurs.
Cette norme est conçue pour harmoniser l’acquisition et le développement actuels des engins spatiaux militaires afin d’inclure les exigences et pratiques communes nécessaires pour garantir le bon fonctionnement des batteries lithium-ion pendant les missions spatiales. Les composants de la batterie tels que la batterie, le module de batterie, l'électronique de contrôle de charge, l'interrupteur de dérivation, les éléments chauffants et les capteurs de température doivent être fournis conformément aux documents de qualification de sous-niveau qui définissent les contrôles de conception, de processus et de qualité, ainsi que les exigences de qualification et de test d'acceptation.
En cas de conflit entre cette norme et la norme AIAA relative aux systèmes d'alimentation électrique pour véhicules spatiaux sans pilote ou la norme relative aux batteries spatiales, cette norme prévaut sur toute définition ou exigence relative aux batteries.
Une batterie est un assemblage de cellules ou de modules de batterie connectés électriquement (généralement en série) pour fournir une capacité de tension et de courant souhaitée, à partir d'un lot de cellules uniques. En règle générale, les cellules sont physiquement intégrées dans un seul assemblage ou une seule batterie ou dans plusieurs assemblages ou modules distincts. La batterie peut également comprendre une ou plusieurs pièces supplémentaires, telles que des dispositifs de dérivation électrique, des composants électroniques de contrôle de charge, des éléments chauffants, des capteurs de température, des interrupteurs thermiques et des éléments de contrôle thermique.
La profondeur de décharge de la batterie est le rapport entre le nombre de wattheures extraits d'une batterie et l'énergie nominale de la batterie pour un profil de tension-courant de charge défini, un profil de charge de décharge et un profil de température, multiplié par 100. Pour une batterie lithium-ion, la profondeur de décharge de la batterie doit être spécifiée dans un processus d'état de charge ou une tension associée à ce processus. Pour les batteries sous-chargées, c'est-à-dire pas complètement chargées, la profondeur de décharge est le pourcentage d'énergie consommée lors de la décharge à partir du point de sous-charge.
Les besoins en énergie et en réserve d'énergie des batteries pour le lancement, le transfert orbital et en orbite découlent des spécifications du sous-système d'alimentation électrique tout au long de la durée de vie de la mission. L'énergie de la batterie est égale à l'intégrale du produit du courant de décharge et de la tension. Les limites d'intégration s'étendent du début de la décharge jusqu'au point où la limite de tension minimale de la batterie du sous-système de puissance ou la première cellule atteint la limite de tension de la sous-cellule ou la période de temps définie est atteinte. Il s'agit d'une valeur énergétique ponctuelle mesurée sur un profil de tension-courant de charge, un profil de charge de décharge et un profil de température définis. La décharge de la batterie peut être réalisée par une décharge à courant constant, mais la décharge à puissance constante est la méthode préférée si elle simule plus étroitement la puissance du vaisseau spatial.
L'état de charge d'une batterie est la valeur obtenue en multipliant le rapport d'une valeur trouvée dans une batterie à l'énergie nominale de la batterie par 100 pour un profil de tension-courant de charge, un profil de charge de décharge et un profil de température donnés.
La capacité de la batterie est mesurée en ampères-heures. La capacité de la batterie est égale à l'intégrale du courant de décharge, où le courant de décharge est une valeur positive. Les limites d'intégration s'étendent du début de la décharge jusqu'à la limite de tension minimale de la batterie du sous-système de puissance ou jusqu'au point auquel la première cellule atteint la limite de tension de la sous-cellule ou jusqu'à ce que la période de temps définie soit atteinte. Il s'agit d'une valeur de capacité ponctuelle mesurée sur un profil de tension-courant de charge, un profil de charge de décharge et un profil de température définis.
L'ajout d'électrolyte à une cellule de batterie crée une activation de la cellule et démarre le chronomètre de la durée de vie de la cellule, du module et de la batterie. Utilisé pour définir le début de la durée de vie de la batterie.
Une cellule est un dispositif monobloc à l'intérieur d'un boîtier de cellule qui convertit l'énergie chimique en énergie électrique à des tensions caractéristiques lorsqu'elle est déchargée. Les cellules de batterie sont connectées directement (généralement en série) pour former une batterie. Les cellules de batterie sont connectées en série ou en parallèle pour former un module. Dans de tels cas, les modules sont connectés (généralement en série) pour former une batterie.
Une conception de cellule est créée selon un ensemble de documents de contrôle de fabrication qui définissent la composition du matériau, les dimensions, la quantité, le processus et les contrôles de processus pour chaque composant de la cellule. Un changement dans la conception de la cellule est considéré comme une conception de cellule différente nécessitant une qualification distincte. Un changement dans la conception d'une cellule comprend, sans s'y limiter :
Les principales méthodes d'essai définies dans cette norme pour les batteries lithium-ion sont :
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