SMC-S-018 Fırlatma Aracı Uygulamaları İçin Lityum-İyon Pil

ABD Hava Kuvvetleri Uzay Komutanlığı Uzay ve Füze Sistemleri Merkezi (SMC) tarafından yayınlanan “SMC-S-018 Fırlatma aracı uygulamaları için lityum-iyon pil” standardında, güçlendirici ve üst aşamalar dahil fırlatma aracı uygulamaları için lityum iyon hücrelerinin ve pillerinin geliştirilmesi, test edilmesi, depolanması, işlenmesi ve kullanımı için gereklilikler ve yönergeler açıklanmaktadır.

Bu standarda uyum, görev sırasında uygun pil performansı elde etmek için yüksek güvenilirlikli bir ürün sağlamayı amaçlamaktadır. Lityum iyon bazlı piller, bugüne kadar fırlatma araçlarında çok az kullanılan gelişen bir teknolojidir. Voltaj düzenlemesi ve kapasite dahil olmak üzere tam elektrik performansı, kullanımdan önce uçuş donanımında doğrudan doğrulanabildiğinden, daha yaygın olarak kullanılan birincil pillere göre çekicidirler. Bu piller kullanıldıkça ve lityum iyon teknolojisinin zorluklarına özgü dersler öğrenildikçe bu standartların güncellenmesi beklenmektedir.

Bu standart, ilişkili atıflarla birlikte, uzaya fırlatmalar sırasında başarılı pil çalışmasını garantilemek için gerekli ortak gereklilikleri ve uygulamaları içermek üzere geçerli fırlatma aracı spesifikasyonlarında veya diğer belgelerde referans olarak kullanılmak üzere tasarlanmıştır.

Buradaki gereklilikler, fırlatma araçlarında lityum iyon pillerin kullanımıyla ilgili olarak MIL STD 1540E standardında ifade edilenleri artırmayı ve açıklığa kavuşturmayı amaçlamaktadır. Ayrıca, fırlatma sahası sistem güvenliği gereklilikleri veya uçuş sonlandırma sistemlerinde lityum iyon pillerin kullanımı için menzil güvenliği gereklilikleriyle çakışmayacak şekilde hazırlanmıştır. Ancak, fırlatma sahasında veya uçuş sonlandırma sistemlerinde lityum iyon pillerin amaçlanan herhangi bir kullanımı için uygun menzil belgelerine başvurulmalıdır.

Bir pil hücresine elektrolit eklenmesi hücre aktivasyonunu oluşturur ve aktive edilen en erken hücre, hücrenin, modülün veya pilin hizmet ömrünün başlangıcını belirler. Lityum iyon hücreleri, hücre üretimi sırasında üretim tesisinde aktive edilir. Aktivasyonun ardından, lityum iyon hücreleri genellikle elektrotların yüzeyini koşullandırmak ve kapasiteyi dengelemek için birkaç şarj / deşarj döngüsünden geçer.

Bir pil, istenen voltajı ve kapasiteyi sağlamak için seri olarak elektriksel olarak bağlanmış pil hücreleri veya modüllerinin bir araya getirilmesidir. Genellikle, hücreler fiziksel olarak tek bir düzeneğe (veya pile) veya seri olarak bağlanmış birkaç ayrı düzeneğe (veya modüle) entegre edilir. Pil ayrıca şarj kontrol elektroniği, sigortalar, filtreler, izolasyon dirençleri, elektriksel baypas cihazları, ısıtıcılar, sıcaklık sensörleri, termostatlar, termal anahtarlar, termal kontrol cihazları ve basınç tahliye cihazları gibi bileşenleri de içerebilir. Bu cihazlar pilin sağlığını izlemek ve personele veya pil performansına zarar verecek şekilde pilin güvenli olmayan şekilde çalışmasını önlemek için kullanılır.

Bir hücrenin veya pilin takvim ömrü, pildeki en eski hücrenin üretim tarihinden itibaren tanımlanan hücrenin veya pilin kullanımına izin verilen azami süredir.

Pil kapasitesi amper-saat ve watt-saat birimleriyle ölçülür. Belirli bir koşul için gerçek amper-saat kapasitesi, tam şarjlı bir akünün (yani nominal şarj oranı ve sıcaklığı altında izin verilen maksimum üst voltaj sınırına kadar şarj edilmiş) deşarjının başlangıcından en düşük kullanılabilir voltaj sınırına ulaşılana kadar deşarj akımının integraline eşittir. Belirli bir koşul için gerçek watt-saat kapasitesi, tam şarjlı bir akünün deşarjının başlangıcından en düşük kullanılabilir voltaj sınırına ulaşılana kadar deşarj akımı ve voltajın çarpımının integraline eşittir.

Gerçek pil kapasitesi, enerji dengesi değerlendirmelerini, termal değerlendirmeleri ve farklı pil tiplerinin karşılaştırılmasını kolaylaştırmak için her iki birimde de belirtilmelidir. Lityum iyon hücreler için ölçülen kapasite, şarj sonu voltajına, deşarj voltajı sınırına, şarj ve deşarj sırasındaki sıcaklığa ve şarj ve deşarj sırasında kullanılan akıma güçlü bir şekilde bağlı olabilir. Bu nedenle, kapasite değişimlerini çevrim ömrüne bağlı olarak karşılaştırırken bu değişkenleri korumak ve yer operasyonları (şarj için) ve görev (deşarj için) sırasında en kötü durum kullanımına göre değerler seçmek önemlidir.

İşletme akü kapasitesi amper-saat ve watt-saat birimleriyle ölçülür. Tam şarjlı bir akünün deşarjının başlangıcından görev şarj kontrolü ve yük koşulları için en düşük kullanılabilir voltaj sınırına ulaşılana kadar olan değerlerin aynı integraline eşittir. Ancak, çevrim ömrünü korumak ve minimum bara voltajı sınırlarını karşılamak için üst ve alt voltaj sınırları hücre tasarımının izin verdiği sınırlardan daha muhafazakar olabilir. Bu nedenle, işletme kapasitesi her zaman hücrenin veya akünün gerçek kapasitesinden daha az veya ona eşittir.

Anma pil kapasitesi amper-saat ve watt-saat birimleriyle ölçülür. Anma pil kapasitesi pil veya hücre satıcısı tarafından sağlanır ve genellikle gerçek kapasiteden daha azdır. Üreticiler genellikle üretim partisindeki değişkenliği ve pilin ömrü boyunca beklenen kapasite kayıplarını telafi etmek için anma değerinin üzerinde fazla kapasite sağlar.

Bir pil hücresi, nominal bir oranda boşaltıldığında kimyasal enerjiyi karakteristik bir voltajda elektrik enerjisine dönüştüren tek bir hücre kasası içindeki tek bir cihazdır. Pil hücreleri genellikle istenen voltajda bir pil oluşturmak için elektriksel olarak seri bağlanır. Pil hücreleri, kapasiteyi, voltajı ve akım kapasitesini hücrenin sınırlarının ötesine çıkarmak için bir modül oluşturmak üzere seri veya paralel bağlanabilir. Bu gibi durumlarda, modüller bir pil oluşturmak için seri bağlanır.

Hücre tasarımı, elektrotların boyutu ve sayısı, ayırıcıların türü ve gözenekliliği, elektrolitin bileşimi ve hacmi, pozitif ve negatif elektrotlardaki aktif malzeme türü, akım toplayıcı alaşımı, hücre terminal yapısı ve hücreler içindeki güvenlik ve ısı transfer cihazları dahil olmak üzere benzersiz hücre performansıyla sonuçlanan faktörleri oluşturur. Lityum iyon hücreleri tipik olarak tek, uzun, pozitif ve negatif elektrottan oluşan bir yara yapısı veya alternatif pozitif ve negatif elektrot plakalarından oluşan prizmatik bir yapı kullanır.

Şarj döngüsü, hücrenin veya pilin nominal kapasitesinin önemli bir kısmının deşarjından sonra, ilk şarj durumuna yeniden şarj edilmesiyle tanımlanır. Deşarj, hücrenin veya pilin elektriksel yükü veya kendi kendine deşarjı sonucu olabilir.

Bir pilin şarj ömrü, pil şarjının tamamlanmasından, kendi kendine deşarj nedeniyle oluşan kapasite kayıplarını telafi etmek için yeniden şarj gerekene kadar geçen süredir.

Bir hücrenin veya pilin çevrim ömrü, hücrenin veya pilin geri döndürülemez performans kayıpları meydana gelmeden önce sağlayabileceği maksimum şarj çevrimi sayısıdır. Çevrim ömrü uygulamaya göre değişebilir ve yeterlilik testi ile doğrulanmalıdır.

Yıllardır çok geniş bir yelpazede gerçekleştirdiği test, ölçüm, analiz ve değerlendirme çalışmaları ile her sektörden işletmelere destek olmaya çalışan kuruluşumuz, bilim ve teknoloji alanında dünyada yaşanan gelişmeleri yakından takip eden ve sürekli kendini geliştiren güçlü bir çalışan kadrosuna sahiptir. Bu çerçevede işletmelere “SMC-S-018 Fırlatma aracı uygulamaları için lityum-iyon pil” standardına uygun test hizmetleri de verilmektedir.