La norme « SMC-S-018 Batterie lithium-ion pour applications de lanceurs », publiée par le Space and Missile Systems Center (SMC) du Space Command de l'US Air Force, décrit les exigences et les lignes directrices relatives au développement, aux essais, au stockage, au traitement et à l'utilisation des cellules et batteries lithium-ion pour les applications de lanceurs, y compris les propulseurs et les étages supérieurs.
Le respect de cette norme vise à garantir un produit de haute fiabilité pour obtenir des performances de batterie adéquates pendant la mission. Les batteries lithium-ion sont une technologie émergente qui a été peu utilisée dans les lanceurs jusqu’à présent. Elles sont plus attractives que les batteries primaires plus couramment utilisées car leurs performances électriques complètes, y compris la régulation de tension et la capacité, peuvent être vérifiées directement dans le matériel de vol avant utilisation. Il est prévu que ces normes seront mises à jour au fur et à mesure que ces batteries seront utilisées et que des leçons spécifiques aux défis de la technologie lithium-ion seront tirées.
Cette norme, ainsi que les citations associées, est destinée à être utilisée par référence dans les spécifications applicables des lanceurs ou d'autres documents pour inclure les exigences et pratiques communes nécessaires pour garantir le bon fonctionnement des batteries lors des lancements spatiaux.
Les exigences ici visent à compléter et à clarifier ce qui est indiqué dans la norme MIL STD 1540E concernant l’utilisation de batteries lithium-ion dans les lanceurs. De plus, le site de lancement a été préparé de manière à ne pas entrer en conflit avec les exigences de sécurité du système ou les exigences de sécurité de portée pour l'utilisation de batteries lithium-ion dans les systèmes de terminaison de vol. Toutefois, une documentation appropriée sur la portée doit être consultée pour toute utilisation prévue de batteries lithium-ion dans les sites de lancement ou les systèmes de fin de vol.
L'ajout d'électrolyte à une cellule de batterie constitue l'activation de la cellule, et la première cellule activée détermine le début de la durée de vie de la cellule, du module ou de la batterie. Les cellules lithium-ion sont activées dans l’usine de fabrication pendant la production des cellules. Après activation, les cellules lithium-ion subissent généralement plusieurs cycles de charge/décharge pour conditionner la surface des électrodes et stabiliser la capacité.
Une batterie est un assemblage de cellules ou de modules de batterie connectés électriquement en série pour fournir une tension et une capacité souhaitées. En règle générale, les cellules sont physiquement intégrées dans un seul assemblage (ou batterie) ou dans plusieurs assemblages distincts (ou modules) connectés en série. La batterie peut également comprendre des composants tels que des composants électroniques de contrôle de charge, des fusibles, des filtres, des résistances d'isolement, des dispositifs de dérivation électrique, des radiateurs, des capteurs de température, des thermostats, des interrupteurs thermiques, des contrôleurs thermiques et des dispositifs de décharge de pression. Ces dispositifs sont utilisés pour surveiller l’état de la batterie et empêcher tout fonctionnement dangereux de la batterie qui pourrait nuire au personnel ou endommager les performances de la batterie.
La durée de vie calendaire d'une cellule ou d'une batterie est la période maximale pendant laquelle la cellule ou la batterie est autorisée à être utilisée, définie à partir de la date de fabrication de la cellule la plus ancienne de la batterie.
La capacité de la batterie est mesurée en ampères-heures et en wattheures. La capacité réelle en ampères-heures pour une condition donnée est égale à l'intégrale du courant de décharge depuis le début de la décharge d'une batterie complètement chargée (c'est-à-dire chargée jusqu'à la limite de tension supérieure maximale autorisée sous le taux de charge nominal et la température) jusqu'à ce que la limite de tension utilisable la plus basse soit atteinte. La capacité réelle en watts-heures pour une condition donnée est égale à l'intégrale du produit du courant de décharge et de la tension depuis le début de la décharge d'une batterie complètement chargée jusqu'à ce que la limite de tension utilisable la plus basse soit atteinte.
La capacité réelle de la batterie doit être indiquée dans les deux unités pour faciliter les évaluations du bilan énergétique, les évaluations thermiques et la comparaison des différents types de batteries. Pour les cellules lithium-ion, la capacité mesurée peut dépendre fortement de la tension de fin de charge, de la limite de tension de décharge, de la température pendant la charge et la décharge et du courant utilisé pendant la charge et la décharge. Il est donc important de conserver ces variables lors de la comparaison des variations de capacité au cours du cycle de vie et de sélectionner des valeurs basées sur l'utilisation la plus défavorable pendant les opérations au sol (pour la charge) et en service (pour la décharge).
La capacité de fonctionnement de la batterie est mesurée en ampères-heures et en wattheures. Elle est égale à la même intégrale des valeurs depuis le début de la décharge d'une batterie complètement chargée jusqu'à ce que la limite de tension utilisable la plus basse soit atteinte pour le contrôle de charge et les conditions de charge. Toutefois, pour maintenir la durée de vie du cycle et respecter les limites de tension minimales du bus, les limites de tension supérieure et inférieure peuvent être plus conservatrices que celles autorisées par la conception de la cellule. Par conséquent, la capacité de fonctionnement est toujours inférieure ou égale à la capacité réelle de la cellule ou de la batterie.
La capacité nominale de la batterie est mesurée en ampères-heures et en wattheures. La capacité nominale de la batterie est fournie par le fournisseur de la batterie ou de la cellule et est généralement inférieure à la capacité réelle. Les fabricants fournissent souvent une capacité excédentaire supérieure à la valeur nominale pour compenser la variabilité des lots et les pertes de capacité attendues sur la durée de vie de la batterie.
Une cellule de batterie est un dispositif unique dans un boîtier de cellule unique qui convertit l'énergie chimique en énergie électrique à une tension caractéristique lorsqu'elle est déchargée à un taux nominal. Les cellules de batterie sont généralement connectées électriquement en série pour créer une batterie de la tension souhaitée. Les cellules de batterie peuvent être connectées en série ou en parallèle pour créer un module permettant d'augmenter la capacité, la tension et la capacité de courant au-delà des limites de la cellule. Dans de tels cas, les modules sont connectés en série pour former une batterie.
La conception des cellules prend en compte les facteurs qui entraînent des performances cellulaires uniques, notamment la taille et le nombre d'électrodes, le type et la porosité des séparateurs, la composition et le volume de l'électrolyte, le type de matériau actif dans les électrodes positives et négatives, l'alliage du collecteur de courant, la structure du terminal de la cellule et les dispositifs de sécurité et de transfert de chaleur à l'intérieur des cellules. Les cellules lithium-ion utilisent généralement une structure enroulée constituée d'une seule électrode longue, positive et négative, ou une structure prismatique constituée de plaques d'électrodes positives et négatives alternées.
Un cycle de charge est défini comme la décharge d'une partie importante de la capacité nominale de la cellule ou de la batterie suivie d'une recharge jusqu'à l'état de charge initial. La décharge peut être le résultat d’une charge électrique ou d’une autodécharge de la cellule ou de la batterie.
La durée de charge d'une batterie est le temps écoulé entre le moment où la charge de la batterie est terminée et celui où une recharge est nécessaire pour compenser les pertes de capacité dues à l'autodécharge.
La durée de vie d'une cellule ou d'une batterie est le nombre maximal de cycles de charge que la cellule ou la batterie peut fournir avant que des pertes de performances irréversibles ne se produisent. La durée de vie du cycle peut varier selon l'application et doit être vérifiée par des tests de qualification.
Notre organisation, qui s'efforce de soutenir les entreprises de tous les secteurs avec une large gamme d'études de tests, de mesures, d'analyses et d'évaluation qu'elle réalise depuis des années, dispose d'un personnel solide qui suit de près les développements dans le monde dans le domaine de la science et de la technologie et s'améliore constamment. Dans ce contexte, des services de tests sont également fournis aux entreprises conformément à la norme « SMC-S-018 Batterie lithium-ion pour applications de lanceurs ».
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