ECSS-E-HB-20-02A Flygteknik - Testguide för litiumjonbatterier

Dokumentet med titeln ”ECSS-E-HB-20-02A Rymdteknik - Testguide för litiumjonbatterier”, som utvecklats av European Space Standardization Cooperation (ECSS), stöder testning av litiumjonbatterier och skapandet av relaterad testdokumentation.

Syftet med den här guiden är följande:

• För att förklara de mest relevanta karakteriseringstesterna.
• Tillhandahåller riktlinjer för testning av litiumjonbatterier.
• Att tillhandahålla riktlinjer för dokumentation avseende litiumjonbatterier eller batteritestning.
• För att ge en översikt över lämpliga testmetoder.
• Att erbjuda bästa praxis

Varje cell eller batteri som används i rymdtillämpningar genomgår olika tester, såsom godkännande och kvalificering. Dessa tester beskrivs i detalj i en stödjande testplan, relevanta procedurer (inklusive testkriterier och testmetodik) och en testrapport.

Ett batteri består av elektriskt anslutna celler, matriser eller moduler. Enskilda celler är elektriskt anslutna för att bilda en matris av celler. Matriser ansluts sedan för att bilda en byggsten. Byggstenar sätts sedan ihop för att bilda en modul. Moduler sätts sedan ihop till ett batteri. Och de tester som beskrivs i detta dokument utförs på olika testobjekt, vilka kan vara enskilda celler, matriser, byggstenar, moduler eller kompletta batterier.

Testplanen beskriver de cellers eller batteriets egenskaper som ska testas, testkriterierna och testförhållandena. Testproceduren beskriver alla testmetoder och olika steg för att tillämpa de tester som anges i planen för att mäta och verifiera batteriets eller cellens egenskaper.

Testrapporten specificerar testobjekten och testförhållandena. Testdata och testdataanalys tillhandahålls. Alla avvikelserapporter relaterade till testobjektet och deras status förklaras i rapporten. Separata testrapporter kan tillhandahållas för att täcka följande huvudsakliga testämnen:

• Elektriska tester
• Miljötester
• Livslängdstester
• Säkerhetstester

Till exempel, i en miljötestrapport anges testförhållanden, specifika detaljer om testuppställningen (dvs. anslutning, termisk kontroll, använd utrustning, accelerometertyp och plats), testdata och testdataanalys vanligtvis separat i kalkylbladsformat.

Testerna som beskrivs i den här guiden är följande:

• tester
• Inledande elektriska karakteriseringstester
• Standardkapacitet och energimätningar
• Intern resistansmätning
• AC-impedansmätning
• Spontan urladdningstest
• Laddhållningstest
• Cellhastighetskapacitet
• Mätning av cell-EMF
• Mätning av batterimagnetiskt moment
• Batteriets koronatest
• Miljötester:
• Syftet med miljötester är följande:
• För att identifiera teknikens begränsningar och verifiera batteriets eller batteripaketets lämplighet för den aktuella tillämpningen och uppgiften.
• För att verifiera batteriernas eller modulens initiala kapacitet.
• Mekaniska tester: Vibrationer (lågnivå sinus, slumpmässiga, sinus) och stötar.
• Termiskt vakuumtest
• Läcktest
• Tätningstest (heliumtest)
• Strålningstest
• Livslängdstester:
• Syftet med överlevnadstester är följande:
• För att identifiera tekniska begränsningar och validera krav för målapplikationen.
• Att fastställa långsiktiga prestanda- och nedbrytningsfaktorer som ska tillämpas vid beräkning av batteristorlek och prestanda.

Ett fullt representativt livstidstest utförs på den valda celltypen. Ett tillräckligt antal celler används för att ta hänsyn till design- eller processvariationer.

• Kalendertester (överlevnadstester)
• Cykeltester
• Säkerhetstester:
• Syftet med dessa tester är följande:
• Att karakterisera säkerhetsskyddet för den testade artikeln.

Potentiella faror med litiumjonbatterier inkluderar:

• ventilation
• brasa
• explosion
• Infektion
• Elektrolytläckage.

Detaljerade förklaringar av farorna med olika batterikemier finns i referensdokumentet.

Syftet med batteri- eller batterisäkerhetstestning är följande:

• Identifiera teknikens begränsningar,
• Verifierar batteri eller säkerhetsfunktioner för batterinivå.
• Överpris
• Överdriven utsöndring
• Kortslutningstest
• Ventilations- och sprängprov
• Skyddsanordningar
• Lagring, hantering, transport, testning av monteringsintegration.
• Lagring, hantering och transport utförs i enlighet med kraven i ECSS-Q-ST-20-08.
• Förvarings- och underhållsförhållanden
• hantering
• transport
• Assembly integration test

ECSS-E-HB-20-02A är en kompletterande, icke-obligatorisk manual. Den ger praktisk vägledning för testning av litiumjonbatterier (både celler och paket/batterier) avsedda för användning i rymdprojekt och tillämpningar. Den stöder överensstämmelse med relevanta ECSS-standarder (särskilt ECSS-E-ST-20-serien om el- och elektronikteknik samt kraftsystem).

Syftet med den här guiden är följande:

• Att etablera standardiserade metoder för testning av litiumjonbatterier i rymdsammanhang.
• Att vägleda skapandet av relevant testdokumentation.
• Detta inkluderar tester relaterade till elektrisk karakterisering, prestanda, miljövänlighet och säkerhet.

Huvudavsnitten i den här guiden inkluderar:

• Omfattning och referenser
• Termer, definitioner och förkortningar specifika för litiumjonbatterier som används i rymden.
• Cell- eller batteritest:
• Testdokumentation (testplaner, procedurer, rapporter)
• Initial elektrisk karakterisering (kapacitet, energi, inre resistans, AC-impedans, självurladdning, laddningshållning, hastighetskapacitet, EMF)
• Specialiserade tester (t.ex. batteriets magnetiska moment, koronatest)
• Miljötester (vibrationer, stötar, termiskt vakuum)
• Detaljerade tabeller över testtillämplighet (t.ex. vilka tester som gäller för celler och paket, kompetens- och acceptansnivåer)
• Läckagetester, säkerhetsaspekter och andra utrymmesspecifika överväganden (vakuumkompatibilitet, gasutsläpp)

Denna guide är särskilt viktig för:

• Kvalificering och acceptanstestning av litiumjonbatterier för satelliter, sonder, uppskjutningsfarkoster eller andra rymdfarkoster.
• Säkerställa tillförlitlighet under rymdmiljöförhållanden (vakuum, extrema temperaturer, strålning, mekaniska belastningar under uppskjutning).

Kortfattat stöder ECSS-E-HB-20-02A ECSS tekniska standarder relaterade till elektriska och elektroniska delsystem och syftar till att hjälpa ingenjörer att planera, genomföra och dokumentera tester av litiumjonbatterier. Dess huvudmål är:

• Sammanfattning av viktiga batterikarakteriseringstester.
• Tillhandahåller riktlinjer för testprocedurer för litiumjonbatterier.
• Förklaring av testdokumentation och rapporteringsrutiner.
• Presentation av föreslagna testmetoder.
• Dela bästa praxis och lärdomar från europeiska rymdprogram.

Kort sagt är ECSS-E-HB-20-02A en teknisk manual som ger omfattande riktlinjer för testning, verifiering och säkerställande av säkerheten och tillförlitligheten hos litiumjonbatterier som används i rymdsystem, och hjälper ingenjörer att designa och kvalificera rymdfarkosters kraftsystem.

I många år har vår organisation, med sin kompetenta och erfarna personal, förstått sina kunders behov, tillhandahållit de avancerade testtjänster de behöver och hjälpt dem med att etablera, implementera och förbättra ledningssystem. Inom detta ramverk tillhandahåller vi även testtjänster som uppfyller standarden ECSS-E-HB-20-02A.