ECSS-E-HB-20-02A Ingénierie aérospatiale - Guide de test des batteries lithium-ion

Le document intitulé « ECSS-E-HB-20-02A Aerospace Engineering - Lithium-ion Battery Test Guide », élaboré par la Coopération européenne de normalisation aérospatiale (ECSS), soutient les essais de batteries lithium-ion et la création de la documentation d'essai associée.

L’objectif de ce guide est le suivant :

• Pour expliquer les tests de caractérisation les plus pertinents.
• Fournir des lignes directrices pour les tests des batteries lithium-ion.
• Fournir des lignes directrices pour la documentation relative aux batteries lithium-ion ou aux tests de batteries.
• Fournir un aperçu des méthodes d'essai appropriées.
• Pour offrir les meilleures pratiques

Chaque cellule ou batterie utilisée dans les applications spatiales est soumise à divers tests, tels que la réception et la qualification. Ces tests sont décrits en détail dans un plan de test, les procédures associées (incluant les critères et la méthodologie de test) et un rapport de test.

Une batterie est composée de cellules, de réseaux ou de modules connectés électriquement. Les cellules individuelles sont connectées électriquement pour former un réseau. Les réseaux sont ensuite connectés pour former un bloc de base. Les blocs de base sont ensuite assemblés pour former un module. Les modules sont ensuite assemblés entre eux pour former une batterie. Les tests décrits dans ce document sont effectués sur différents éléments de test, qui peuvent être des cellules individuelles, des réseaux, des blocs de base, des modules ou des batteries complètes.

Le plan de test détaille les caractéristiques de la cellule ou de la batterie à tester, les critères de test et les conditions de test. La procédure de test décrit toutes les méthodes de test et les différentes étapes d'application des tests prévus dans le plan afin de mesurer et de vérifier les caractéristiques de la batterie ou de la cellule.

Le rapport d'essai spécifie les éléments testés et les conditions d'essai. Les données d'essai et leur analyse sont fournies. Tous les rapports de non-conformité relatifs à l'élément testé et leur statut sont expliqués dans le rapport. Des rapports d'essai distincts peuvent être fournis pour couvrir les principaux thèmes d'essai suivants :

• Tests électriques
• Tests environnementaux
• tests de durée de vie
• Tests de sécurité

Par exemple, dans un rapport d'essai environnemental, les conditions d'essai, les détails spécifiques concernant la configuration de l'essai (c'est-à-dire la connexion, le contrôle thermique, l'équipement utilisé, le type et l'emplacement de l'accéléromètre), les données d'essai et l'analyse des données d'essai sont généralement fournis séparément sous forme de feuille de calcul.

Les tests décrits dans ce guide sont les suivants :

• essais
• Tests de caractérisation électrique initiaux
• Mesures standard de capacité et d'énergie
• C'est une huile directe
• mesure d'impédance AC
• Test de décharge spontanée
• Test de maintien de charge
• capacité de vitesse cellulaire
• Mesure du CEM cellulaire
• mesure du moment magnétique de la batterie
• test corona de la batterie
• Tests environnementaux :
• Les objectifs des tests environnementaux sont les suivants :
• Afin d’identifier les limites de la technologie et de vérifier l’adéquation de la batterie ou du bloc-batterie à l’application et à la tâche visées.
• Pour vérifier les capacités initiales des batteries ou du module.
• Essais mécaniques : Vibrations (sinusoïdales de faible niveau, aléatoires, sinusoïdales) et chocs.
• test thermique sous vide
• Test de fuite
• Test d'étanchéité (test à l'hélium)
• Test de radiation
• Tests de durée de vie :
• Les objectifs des tests de survie sont les suivants :
• Identifier les limitations technologiques et valider les exigences de l'application cible.
• Déterminer les facteurs de performance et de dégradation à long terme à appliquer au dimensionnement et aux calculs de performance des batteries.

Un test de durée de vie parfaitement représentatif est réalisé sur le type de cellule sélectionné. Un nombre suffisant de cellules est utilisé pour tenir compte de la variabilité de conception ou de procédé.

• Tests calendaires (tests de survie)
• Tests de cycle
• Tests de sécurité :
• L'objectif de ces tests est le suivant :
• Caractériser les dispositifs de sécurité de l'élément testé.

Les risques potentiels des batteries lithium-ion comprennent :

• ventilation
• feu
• explosion
• Infection
• Fuite d'électrolytes.

Des explications détaillées des risques associés aux différentes chimies de batteries sont fournies dans le document de référence.

Les objectifs des tests de batteries ou de sécurité des batteries sont les suivants :

• Identifier les limites technologiques,
• Vérification des dispositifs de sécurité de la batterie ou de son niveau.
• Surcharge
• Décharge excessive
• test de court-circuit
• Essais de ventilation et d'explosion
• Dispositifs de protection
• Stockage, manutention, transport, tests d'intégration d'assemblage.
• Les opérations de stockage, de manutention et de transport sont effectuées conformément aux exigences de la norme ECSS-Q-ST-20-08.
• conditions de stockage et d'entretien
• Manutention
• transport
• test d'intégration d'assemblage

Le manuel ECSS-E-HB-20-02A est un guide complémentaire non obligatoire. Il fournit des conseils pratiques pour tester les batteries lithium-ion (éléments et packs) destinées aux projets et applications spatiales. Il contribue à la conformité aux normes ECSS pertinentes (notamment la série ECSS-E-ST-20 relative à l'électrotechnique, à l'électronique et aux systèmes d'alimentation).

L’objectif de ce guide est le suivant :

• Établir des approches standardisées pour tester les batteries lithium-ion dans un contexte spatial.
• Pour guider la création de la documentation de test pertinente.
• Cela inclut des tests relatifs à la caractérisation électrique, aux performances, à l'adéquation environnementale et à la sécurité.

Les principales sections de ce guide comprennent :

• Portée et références
• Termes, définitions et abréviations spécifiques aux batteries lithium-ion utilisées dans l'espace.
• Test de cellule ou de batterie :
• Documentation de test (plans de test, procédures, rapports)
• Caractérisation électrique initiale (capacité, énergie, résistance interne, impédance AC, autodécharge, maintien de charge, capacité de charge/décharge rapide, force électromotrice)
• Tests spécialisés (par exemple, moment magnétique de la batterie, test corona)
• Tests environnementaux (vibrations, chocs, vide thermique)
• Tableaux détaillés d'applicabilité des tests (par exemple, quels tests s'appliquent aux cellules et aux emballages, niveaux de compétence et d'acceptation)
• Tests d'étanchéité, considérations de sécurité et autres considérations spécifiques à l'espace (compatibilité avec le vide, dégagement de gaz)

Ce guide est particulièrement important pour :

• Essais de qualification et d'acceptation des batteries lithium-ion pour satellites, sondes, lanceurs ou autres engins spatiaux.
• Garantir la fiabilité dans les conditions environnementales spatiales (vide, températures extrêmes, radiations, contraintes mécaniques lors du lancement).

En résumé, la norme ECSS-E-HB-20-02A soutient les normes d'ingénierie ECSS relatives aux sous-systèmes électriques et électroniques et vise à aider les ingénieurs à planifier, réaliser et documenter les essais de batteries lithium-ion. Ses principaux objectifs sont :

• Résumé des principaux tests de caractérisation de la batterie.
• Fournir des lignes directrices pour les procédures de test des batteries lithium-ion.
• Explication des pratiques en matière de documentation et de rapports de test.
• Présentation des méthodes d'essai proposées.
• Partage des meilleures pratiques et des enseignements tirés des programmes spatiaux européens.

En bref, ECSS-E-HB-20-02A est un manuel technique qui fournit des directives complètes pour tester, vérifier et garantir la sécurité et la fiabilité des batteries lithium-ion utilisées dans les systèmes spatiaux, aidant les ingénieurs à concevoir et à qualifier les systèmes d'alimentation des engins spatiaux.

Depuis de nombreuses années, notre organisation, forte de son personnel compétent et expérimenté, comprend les besoins de ses clients, leur fournit les services d'essais avancés requis et les accompagne dans la mise en place, l'implémentation et l'amélioration de leurs systèmes de management. Dans ce cadre, nous proposons également des services d'essais conformes à la norme ECSS-E-HB-20-02A.