Pin Lithium-Ion SMC-S-018 cho các ứng dụng của phương tiện phóng

Tiêu chuẩn “ SMC-S-018 Pin Lithium-ion cho Ứng dụng Phương tiện Phóng”, do Trung tâm Hệ thống Không gian và Tên lửa (SMC) thuộc Bộ Tư lệnh Không gian Không quân Hoa Kỳ ban hành, mô tả các yêu cầu và hướng dẫn cho việc phát triển, thử nghiệm, lưu trữ, xử lý và sử dụng các pin và bộ pin lithium-ion cho các ứng dụng phương tiện phóng, bao gồm cả tên lửa đẩy và tầng trên.

Việc tuân thủ tiêu chuẩn này nhằm đảm bảo sản phẩm có độ tin cậy cao để đạt được hiệu suất pin phù hợp trong suốt nhiệm vụ. Pin lithium-ion là công nghệ mới nổi nhưng cho đến nay vẫn ít được sử dụng trong các tàu phóng. Chúng hấp dẫn hơn so với các loại pin chính thông dụng hơn vì hiệu suất điện đầy đủ, bao gồm cả khả năng điều chỉnh điện áp và dung lượng, có thể được xác minh trực tiếp trong phần cứng bay trước khi sử dụng. Dự kiến ​​các tiêu chuẩn này sẽ được cập nhật khi những loại pin này được sử dụng và rút ra được những bài học cụ thể về những thách thức của công nghệ lithium-ion.

Tiêu chuẩn này, cùng với các trích dẫn liên quan, được dùng để tham khảo trong các thông số kỹ thuật của phương tiện phóng hiện hành hoặc các tài liệu khác để bao gồm các yêu cầu và thông lệ chung cần thiết nhằm đảm bảo hoạt động thành công của pin trong quá trình phóng vào không gian.

Các yêu cầu ở đây nhằm mục đích bổ sung và làm rõ những gì được nêu trong MIL STD 1540E liên quan đến việc sử dụng pin lithium-ion trong các phương tiện phóng. Ngoài ra, địa điểm phóng đã được chuẩn bị theo cách không xung đột với các yêu cầu về an toàn hệ thống hoặc các yêu cầu về an toàn phạm vi khi sử dụng pin lithium-ion trong hệ thống chấm dứt chuyến bay. Tuy nhiên, cần tham khảo tài liệu về phạm vi phù hợp cho bất kỳ mục đích sử dụng pin lithium-ion nào tại địa điểm phóng hoặc hệ thống kết thúc chuyến bay.

Việc thêm chất điện phân vào cell pin sẽ tạo nên quá trình kích hoạt cell và thời điểm cell được kích hoạt sớm nhất sẽ quyết định thời điểm bắt đầu vòng đời của cell, mô-đun hoặc pin. Các cell pin lithium-ion được kích hoạt tại cơ sở sản xuất trong quá trình sản xuất cell pin. Sau khi kích hoạt, các cell pin lithium-ion thường trải qua một số chu kỳ sạc/xả để xử lý bề mặt điện cực và ổn định dung lượng.

Pin là cụm pin hoặc mô-đun pin được kết nối điện nối tiếp để cung cấp điện áp và dung lượng mong muốn. Thông thường, các cell được tích hợp vật lý vào một cụm lắp ráp duy nhất (hoặc pin) hoặc vào nhiều cụm lắp ráp riêng biệt (hoặc mô-đun) được kết nối nối tiếp. Pin cũng có thể bao gồm các thành phần như thiết bị điện tử kiểm soát sạc, cầu chì, bộ lọc, điện trở cách ly, thiết bị bỏ qua điện, bộ gia nhiệt, cảm biến nhiệt độ, bộ điều nhiệt, công tắc nhiệt, bộ điều khiển nhiệt và thiết bị giảm áp suất. Các thiết bị này được sử dụng để theo dõi tình trạng pin và ngăn chặn hoạt động không an toàn của pin có thể gây hại cho nhân viên hoặc làm hỏng hiệu suất của pin.

Tuổi thọ theo lịch của một cell hoặc pin là khoảng thời gian tối đa mà cell hoặc pin được phép sử dụng, được xác định từ ngày sản xuất của cell lâu nhất trong pin.

Dung lượng pin được đo bằng đơn vị ampe-giờ và watt-giờ. Công suất ampe-giờ thực tế cho một điều kiện nhất định bằng tích phân của dòng điện xả từ khi bắt đầu xả pin đã sạc đầy (tức là sạc đến giới hạn điện áp trên tối đa được phép theo tốc độ sạc và nhiệt độ định mức) cho đến khi đạt đến giới hạn điện áp thấp nhất có thể sử dụng được. Công suất watt-giờ thực tế cho một điều kiện nhất định bằng tích phân của dòng điện xả và điện áp từ khi bắt đầu xả pin đã sạc đầy cho đến khi đạt đến giới hạn điện áp thấp nhất có thể sử dụng được.

Dung lượng pin thực tế phải được ghi trên cả hai thiết bị để tạo điều kiện đánh giá cân bằng năng lượng, đánh giá nhiệt và so sánh các loại pin khác nhau. Đối với pin lithium-ion, dung lượng đo được có thể phụ thuộc rất nhiều vào điện áp cuối quá trình sạc, giới hạn điện áp xả, nhiệt độ trong quá trình sạc và xả, cũng như dòng điện sử dụng trong quá trình sạc và xả. Do đó, điều quan trọng là phải duy trì các biến này khi so sánh những thay đổi về công suất trong suốt vòng đời và lựa chọn các giá trị dựa trên mức sử dụng xấu nhất trong quá trình vận hành trên mặt đất (để sạc) và nhiệm vụ (để xả).

Dung lượng pin hoạt động được đo bằng đơn vị ampe-giờ và watt-giờ. Nó bằng tích phân giống nhau của các giá trị từ khi bắt đầu xả pin đã sạc đầy cho đến khi đạt đến giới hạn điện áp sử dụng thấp nhất để kiểm soát điện tích và điều kiện tải. Tuy nhiên, để duy trì tuổi thọ chu kỳ và đáp ứng giới hạn điện áp bus tối thiểu, giới hạn điện áp trên và dưới có thể thận trọng hơn so với giới hạn cho phép theo thiết kế của cell. Do đó, công suất hoạt động luôn nhỏ hơn hoặc bằng công suất thực tế của cell hoặc pin.

Dung lượng pin định mức được đo bằng đơn vị ampe-giờ và watt-giờ. Dung lượng pin định mức được cung cấp bởi nhà cung cấp pin hoặc cell pin và thường nhỏ hơn dung lượng thực tế. Các nhà sản xuất thường cung cấp dung lượng vượt quá giá trị định mức để bù đắp cho sự thay đổi theo lô và tổn thất dung lượng dự kiến ​​trong suốt vòng đời của pin.

Pin là một thiết bị riêng biệt nằm trong một vỏ pin đơn, có chức năng chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện ở điện áp đặc trưng khi xả ở tốc độ danh nghĩa. Các cell pin thường được kết nối điện theo chuỗi để tạo ra pin có điện áp mong muốn. Các cell pin có thể được kết nối nối tiếp hoặc song song để tạo thành một mô-đun nhằm tăng dung lượng, điện áp và khả năng dòng điện vượt quá giới hạn của cell pin. Trong những trường hợp như vậy, các mô-đun được kết nối nối tiếp để tạo thành một cục pin.

Thiết kế pin tính đến các yếu tố tạo nên hiệu suất pin độc đáo, bao gồm kích thước và số lượng điện cực, loại và độ xốp của bộ tách, thành phần và thể tích của chất điện phân, loại vật liệu hoạt tính trong điện cực dương và điện cực âm, hợp kim của bộ thu dòng điện, cấu trúc đầu cực pin và các thiết bị truyền nhiệt và an toàn bên trong pin. Pin lithium-ion thường sử dụng cấu trúc quấn bao gồm một điện cực dương và âm dài hoặc cấu trúc lăng trụ bao gồm các tấm điện cực dương và âm xen kẽ.

Chu kỳ sạc được định nghĩa là quá trình xả một phần đáng kể dung lượng danh định của cell hoặc pin sau đó sạc lại đến trạng thái sạc ban đầu. Xả điện có thể là kết quả của quá trình tích điện hoặc tự xả của cell hoặc pin.

Tuổi thọ của pin là thời gian từ khi pin được sạc đầy cho đến khi cần sạc lại để bù cho lượng điện năng bị mất do tự xả.

Tuổi thọ của một cell pin là số chu kỳ sạc tối đa mà cell pin có thể cung cấp trước khi xảy ra tình trạng mất hiệu suất không thể phục hồi. Tuổi thọ có thể thay đổi tùy theo ứng dụng và cần được xác minh bằng thử nghiệm chất lượng.

Tổ chức của chúng tôi, đơn vị đã nỗ lực hỗ trợ các doanh nghiệp trong mọi lĩnh vực bằng nhiều nghiên cứu thử nghiệm, đo lường, phân tích và đánh giá đã thực hiện trong nhiều năm, có đội ngũ nhân viên hùng hậu luôn theo sát diễn biến của thế giới trong lĩnh vực khoa học và công nghệ và không ngừng cải thiện. Trong bối cảnh này, các dịch vụ thử nghiệm cũng được cung cấp cho các doanh nghiệp theo tiêu chuẩn “Pin lithium-ion SMC-S-018 cho ứng dụng xe phóng”.