ECSS-E-HB-20-02A Inżynieria lotnicza i kosmiczna – Przewodnik po testach baterii litowo-jonowych

Dokument zatytułowany „ECSS-E-HB-20-02A Aerospace Engineering - Lithium-ion Battery Test Guide” opracowany przez Europejską Współpracę Normalizacyjną w Dziedzinie Lotnictwa i Kosmonautyki (ECSS) wspiera testowanie akumulatorów litowo-jonowych i tworzenie powiązanej dokumentacji testowej.

Celem tego przewodnika jest:

• Wyjaśnienie najistotniejszych testów charakteryzacyjnych.
• Dostarczanie wytycznych dotyczących testowania akumulatorów litowo-jonowych.
• Opracowanie wytycznych dotyczących dokumentacji dotyczącej akumulatorów litowo-jonowych lub testowania akumulatorów.
• Aby przedstawić przegląd odpowiednich metod testowania.
• Aby zaoferować najlepsze praktyki

Każde ogniwo lub bateria używana w zastosowaniach kosmicznych przechodzi szereg testów, takich jak akceptacja i kwalifikacja. Testy te są szczegółowo opisane w uzupełniającym planie testów, odpowiednich procedurach (w tym kryteriach i metodologii testów) oraz raporcie z testów.

Bateria składa się z połączonych elektrycznie ogniw, układów lub modułów. Pojedyncze ogniwa są połączone elektrycznie, tworząc układ ogniw. Układy są następnie łączone, tworząc blok konstrukcyjny. Bloki konstrukcyjne są następnie montowane, tworząc moduł. Moduły są następnie łączone w baterię. Testy opisane w tym dokumencie są przeprowadzane na różnych elementach testowych, którymi mogą być pojedyncze ogniwa, układy, bloki konstrukcyjne, moduły lub kompletne baterie.

Plan testów szczegółowo opisuje testowane właściwości ogniwa lub akumulatora, kryteria testowe oraz warunki testowe. Procedura testowa opisuje wszystkie metody testowe i poszczególne kroki przeprowadzania testów uwzględnionych w planie w celu pomiaru i weryfikacji właściwości akumulatora lub ogniwa.

Raport z testu określa elementy testowe i warunki testowe. Dostarczane są dane testowe i ich analiza. Wszystkie raporty niezgodności związane z elementem testowym i ich status są wyjaśnione w raporcie. Możliwe jest sporządzenie oddzielnych raportów z testu obejmujących następujące główne tematy testowe:

• Testy elektryczne
• Testy środowiskowe
• Testy żywotności
• Testy bezpieczeństwa

Na przykład w raporcie z testu środowiskowego warunki testu, szczegółowe informacje dotyczące konfiguracji testu (tj. połączenia, kontroli termicznej, użytego sprzętu, rodzaju i lokalizacji akcelerometru), dane testowe i analiza danych testowych są zwykle przedstawiane oddzielnie w formacie arkusza kalkulacyjnego.

W tym przewodniku opisano następujące testy:

• testy
• Wstępne testy charakterystyki elektrycznej
• Standardowe pomiary pojemności i energii
• Pomiar rezystancji wewnętrznej
• Pomiar impedancji prądu przemiennego
• Test samoistnego wyładowania
• Test podtrzymania ładowania
• Pojemność ogniwa
• Pomiar pola elektromagnetycznego komórki
• Pomiar momentu magnetycznego baterii
• Test koronowy akumulatora
• Testy środowiskowe:
• Celem badań środowiskowych jest:
• Aby określić ograniczenia technologii i sprawdzić przydatność akumulatora lub zestawu akumulatorów do danego zastosowania i zadania.
• Aby sprawdzić początkowe możliwości baterii lub modułu.
• Badania mechaniczne: Wibracje (niskotonowe, losowe, sinusoidalne) i wstrząsy.
• Test próżni termicznej
• Test szczelności
• Test szczelności (test helowy)
• Test radiologiczny
• Testy żywotności:
• Celem testów przetrwania jest:
• Aby zidentyfikować ograniczenia technologiczne i zweryfikować wymagania dla docelowej aplikacji.
• Określenie długoterminowych współczynników wydajności i degradacji, które należy uwzględnić przy doborze rozmiaru akumulatora i obliczeniach wydajności.

Przeprowadzany jest w pełni reprezentatywny test żywotności wybranego typu ogniwa. Używana jest wystarczająca liczba ogniw, aby uwzględnić zmienność projektu lub procesu.

• Testy kalendarzowe (testy przetrwania)
• Testy cykliczne
• Testy bezpieczeństwa:
• Celem tych testów jest:
• Aby scharakteryzować zabezpieczenia badanego przedmiotu.

Potencjalne zagrożenia związane z bateriami litowo-jonowymi obejmują:

• wentylacja
• ogień
• wybuch
• Zakażenie
• Wyciek elektrolitu.

Szczegółowe wyjaśnienia zagrożeń związanych z różnymi rodzajami chemii akumulatorów znajdują się w dokumencie referencyjnym.

Celem testowania baterii lub bezpieczeństwa baterii jest:

• Identyfikacja ograniczeń technologicznych,
• Sprawdzanie stanu akumulatora lub funkcji bezpieczeństwa akumulatora.
• Przeciążenie
• Nadmierne wydzielanie
• Test zwarcia
• Testy wentylacji i wybuchu
• Urządzenia ochronne
• Magazynowanie, obsługa, transport, testowanie integracji zespołów.
• Czynności magazynowania, obsługi i transportu przeprowadzane są zgodnie z wymogami ECSS-Q-ST-20-08.
• Warunki przechowywania i konserwacji
• obsługiwanie
• transport
• Test integracji zestawu

ECSS-E-HB-20-02A to podręcznik uzupełniający, nieobowiązkowy. Zawiera praktyczne wskazówki dotyczące testowania akumulatorów litowo-jonowych (zarówno ogniw, jak i pakietów/akumulatorów) przeznaczonych do użytku w projektach i aplikacjach kosmicznych. Zapewnia zgodność z odpowiednimi normami ECSS (w szczególności z serią ECSS-E-ST-20 dotyczącą inżynierii elektrycznej i elektronicznej oraz systemów zasilania).

Celem tego przewodnika jest:

• Opracowanie standardowych metod testowania akumulatorów litowo-jonowych w kontekście kosmicznym.
• Kierowanie tworzeniem odpowiedniej dokumentacji testowej.
• Obejmuje to testy związane z charakterystyką elektryczną, wydajnością, przydatnością do stosowania w środowisku i bezpieczeństwem.

Główne sekcje tego przewodnika obejmują:

• Zakres i odniesienia
• Terminy, definicje i skróty dotyczące akumulatorów litowo-jonowych stosowanych w kosmosie.
• Test ogniwa lub akumulatora:
• Dokumentacja testowa (plany testów, procedury, raporty)
• Początkowa charakterystyka elektryczna (pojemność, energia, rezystancja wewnętrzna, impedancja prądu przemiennego, samorozładowanie, utrzymywanie ładunku, pojemność znamionowa, SEM)
• Specjalistyczne testy (np. moment magnetyczny akumulatora, test koronowy)
• Testy środowiskowe (wibracje, wstrząsy, próżnia termiczna)
• Szczegółowe tabele stosowalności testów (np. które testy mają zastosowanie do ogniw i pakietów, poziomy biegłości i akceptacji)
• Testy szczelności, względy bezpieczeństwa i inne zagadnienia specyficzne dla danej przestrzeni (kompatybilność z próżnią, uwalnianie gazu)

Niniejszy przewodnik jest szczególnie ważny dla:

• Testowanie kwalifikacyjne i akceptacyjne akumulatorów litowo-jonowych do satelitów, sond, rakiet nośnych i innych statków kosmicznych.
• Zapewnienie niezawodności w warunkach panujących w kosmosie (próżnia, ekstremalne temperatury, promieniowanie, obciążenia mechaniczne podczas startu).

Krótko mówiąc, norma ECSS-E-HB-20-02A wspiera standardy inżynieryjne ECSS dotyczące podsystemów elektrycznych i elektronicznych oraz ma na celu pomoc inżynierom w planowaniu, przeprowadzaniu i dokumentowaniu testów akumulatorów litowo-jonowych. Jej główne cele to:

• Podsumowanie kluczowych testów określających charakterystykę akumulatora.
• Dostarczanie wytycznych dotyczących procedur testowania akumulatorów litowo-jonowych.
• Wyjaśnienie dokumentacji testów i praktyk raportowania.
• Prezentacja proponowanych metod badawczych.
• Dzielenie się najlepszymi praktykami i wnioskami wyciągniętymi z europejskich programów kosmicznych.

Krótko mówiąc, ECSS-E-HB-20-02A to podręcznik techniczny zawierający kompleksowe wytyczne dotyczące testowania, weryfikacji i zapewniania bezpieczeństwa oraz niezawodności akumulatorów litowo-jonowych stosowanych w systemach kosmicznych. Pomaga on inżynierom w projektowaniu i kwalifikowaniu systemów zasilania statków kosmicznych.

Nasza organizacja, dysponująca kompetentną i doświadczoną kadrą, od wielu lat rozumie potrzeby swoich klientów, zapewniając im zaawansowane usługi testowe, których potrzebują, oraz wspierając ich we wdrażaniu, wdrażaniu i doskonaleniu systemów zarządzania. W tym zakresie świadczymy również usługi testowe zgodne z normą ECSS-E-HB-20-02A.