ГОСТ Р 59196-2020 (ИСО 17546:2016). Национальный стандарт Российской Федерации. Батареи литий-ионные для космических аппаратов. Оценка жизненного цикла

6 Батарея

 

6.1 Рабочие характеристики

6.1.1 Общие положения

В настоящем подразделе приведен минимальный перечень рабочих характеристик ЛИАБ, которые должны удовлетворять основным требованиям для их применения в КА, поддерживая космическое качество. В настоящем подразделе приведена терминология, применяемая для аккумуляторных батарей, предназначенных для КА. Приведены данные для оценки состояния аккумуляторной батареи с точки зрения обеспечения задач полета.

6.1.2 Терминология

Ниже представлены термины и определения, использование которых необходимо для понимания требований, предъявляемых к рабочим характеристикам ЛИАБ.

Ток заряда или разряда C/n (см. [4] - [6])

Постоянный ток заряда или разряда аккумуляторной батареи определяют как C/n [C - нормированная емкость на уровне аккумуляторов, А·ч (значение, указанное в спецификации изготовителя по его критериям), а n - любое значение времени работы аккумулятора <1>, ч].

--------------------------------

<1> n - время разряда до установленного изготовителем конечного напряжения разряда полностью заряженного аккумулятора.

 

Пример - Ток разряда C/2 для аккумулятора с номинальной емкостью 20 А·ч - ток разряда, равный 10 А.

Напряжение отключения - конечное значение напряжения, указанное в спецификации изготовителя, при котором разряд останавливают.

Цикл

Как правило, один цикл представляет собой одну последовательность полного заряда и полного разряда аккумулятора или батареи (см. [7]). Такой цикл используют в основном для проверки полной энергоемкости или емкости. С другой стороны, один цикл работы батареи, например, цикл работы на НОО, представляет собой последовательность неполного заряда (предел НКЗ) и ограниченного разряда (на малую ГР), определяемая как один неполный цикл (например, разряд от СЗ = 100% до 80% и заряд от СЗ = 80% до 100%).

Цикл - набор операций, выполняемых на аккумуляторе или батарее и регулярно повторяемых в одной и той же последовательности.

Эти операции состоят из последовательности разряда с последующим зарядом, или заряда с последующим разрядом, выполняемой в соответствии с заданными условиями. Данная последовательность должна включать в себя перерывы (периоды отдыха) по ГОСТ Р МЭК 62281.

Глубина разряда (ГР) аккумуляторной батареи (см. [2] - [4], [9])

Отношение количества ватт-часов, снятых с батареи, заряженной по определенному профилю напряжение - ток, при разряде по определенному профилю нагрузки и при определенном профиле температуры, к паспортной энергии E (Вт·ч), умноженное на 100. Для ЛИАБ ГР должна быть определена в ходе процедуры по установлению СЗ или напряжения, относящегося к установлению СЗ.

 

. (1)

 

Примечание - Для частично подзаряженных батарей, т.е. для батарей, не заряженных до полностью заряженного состояния, ГР представляет собой процент энергии, отданной в процессе разряда от точки завершения подзаряда. Например, для батареи, подзаряженной до СЗ 70%, а затем разряженной до СЗ 40%, считается, что ее СЗ уменьшилась на 30% энергии, и, таким образом, ГР составляет 30%.

 

Напряжение конца заряда

Максимальное значение напряжения заряда в рабочей зоне аккумулятора. Данное значение устанавливает изготовитель аккумуляторной батареи с учетом требуемого срока службы. В некоторых случаях в целях ограничения деградации характеристики емкости бывает необходимо задать более низкое значение напряжения конца заряда, чем установленное изготовителем аккумуляторов для паспортной емкости.

Энергоемкость

Энергоемкость аккумуляторной батареи равна интегралу произведения тока и напряжения разряда, где положительная величина I_d представляет собой ток разряда, а положительная величина V_d - напряжение разряда. Пределы интегрирования указывают от начала разряда до минимального значения напряжения батареи или до того момента, когда первый аккумулятор достигнет нижнего предела напряжения аккумулятора или до момента истечения заданного периода времени. Данная контрольная точка времени для значения энергии, которое измерено для батареи, заряженной по определенному профилю напряжение - ток, при разряде по определенному профилю нагрузки и при определенном профиле температуры. Разряд аккумуляторной батареи выполняют током разряда постоянной величины; однако, предпочтительным способом разряда является разряд при постоянной мощности, поскольку это позволяет более точно имитировать мощность, потребляемую аппаратурой КА. Данную величину также называют ватт-часовой емкостью <1>.

--------------------------------

<1> Указанное наименование не является рекомендуемым.

 

. (2)

 

Удельная энергия (удельная энергоемкость)

Количество энергии, которая может быть запасена аккумулятором или батареей, отнесенное к единице веса или объема. Стандартными единицами измерения являются ватт-часы на килограмм (Вт·ч/кг) для обозначения массовой удельной энергоемкости и ватт-часы на литр (Вт·ч/л) для объемной удельной энергоемкости <1> (см. [7]).

--------------------------------

<1> Для величины энергоемкости, отнесенной к единице объема, рекомендуемым наименованием является "плотность энергоемкости" или "плотность энергии".

 

Резерв энергии (см. [4], [5])

Полное количество доступной энергии, выраженное в ватт-часах, оставшееся в аккумуляторной батарее, которое может быть отдано при нормальных условиях работы при разряде до допустимого значения ГР или до предельного значения напряжения подсистемы батарейной подсистемы питания, или до момента, когда первый аккумулятор достиг своего минимального предела напряжения.

Полностью заряженный (см. [1] ГОСТ Р МЭК 62281).

Аккумулятор или батарея, электрически заряженные до значения напряжения конца заряда, указанного в спецификации изготовителя и по установленной им методике заряда.

Полностью разряженный (см. [1] ГОСТ Р МЭК 62281).

Аккумулятор или батарея, электрически разряженные до значения конечного напряжения, указанного в спецификации изготовителя.

Паспортная емкость

Значение емкости, А·ч, определенное изготовителем модуля батареи с учетом номинальной емкости и минимальной гарантированной емкости.

С целью информирования потребителей, изготовитель аккумуляторных батарей обязан указывать значение паспортной емкости вместе со значением нормированной емкости и перечнем соответствующих условий для ее определения.

Номинальная емкость

Номинальная емкость должна быть определена по стандартному методу измерения емкости, установленному в настоящем стандарте (см. 6.1.3).

Паспортная энергоемкость (см. [5] ГОСТ Р МЭК 62133-2)

Значение энергоемкости, Вт·ч, определенное изготовителем модуля аккумуляторной батареи с учетом номинальной энергоемкости и минимальной гарантированной энергоемкости.

С целью информирования потребителей изготовитель аккумуляторных батарей обязан указывать значение паспортной энергоемкости вместе со значением номинальной энергоемкости, а также предоставлять описание соответствующих условий ее определения.

Паспортную энергоемкость, Вт·ч, вычисляют по формуле

 

Паспортная энергоемкость =

= Паспортная емкость·Номинальное напряжение (3)

 

Паспортную энергоемкость в соответствии с требованиями Рекомендаций ООН наносят на корпус модуля аккумуляторной батареи несмываемым способом.

Примечание - Значение номинального напряжения устанавливает изготовитель аккумуляторной батареи.

 

Номинальное напряжение (см. [7])

Приблизительное значение напряжения, используемое в качестве идентификационной характеристики аккумулятора или батареи.

Номинальное значение напряжения определяет изготовитель аккумуляторов на базе измерения емкости с условиями напряжения конца заряда и конца разряда.

Номинальное напряжение представляет собой среднее напряжение разряда, полученное в ходе проведения испытаний номинальной емкости.

Степень заряженности

Значения емкости, А·ч, или энергоемкости, Вт·ч, батареи, заряженной по определенному профилю напряжение - ток, при разряде по определенному профилю нагрузки и при определенном профиле температуры, отнесенное к нормированному значению ее энергоемкости E, А·ч, или Вт·ч, умноженное на 100 (см. [4]).

 

. (4)

 

Доступную емкость аккумулятора или батареи выражают в процентах от нормированной емкости (см. [6]).

6.1.3 Основные рабочие характеристики

Стандартный метод измерения емкости

Стандартное измерение емкости выполняют в соответствии со следующей процедурой (см. [9]).

a) Подготовка

До начала проведения измерений емкости изготовитель аккумуляторной батареи на основании рекомендаций изготовителя аккумуляторов обязан четко определить содержание следующей информации, которая передается конечному потребителю аккумуляторов:

1) процедура заряда; ПТ - ПН или ПТ - ПТ;

2) применяемое значение постоянного тока заряда, заложенное при проектировании;

3) значение напряжения конца заряда;

4) условие конца заряда; снижение тока в конце заряда, например C/100 или продолжительность заряда, например 8 ч;

5) вид разряда: разряд постоянным током или при постоянной мощности;

6) значение применяемого тока или мощности разряда;

7) нижний предел напряжения в конце разряда;

8) репрезентативное значение температуры в качестве контрольного значения для регулирования теплового режима.

b) Батарея должна быть полностью разряжена заданным значением постоянного тока до нижнего предела напряжения разряда.

c) Выдерживают батарею при репрезентативной температуре окружающей среды до стабилизации, после чего выполняют процедуру заряда в соответствии с требованиями, установленными в документации поставщика.

d) Выдерживают батарею при репрезентативной температуре окружающей среды до стабилизации, после чего, в соответствии с установленной процедурой, выполняют разряд до заданного предела напряжения.

e) Значение емкости, полученное при разряде в результате измерений, фиксируют как нормированное значение емкости.

Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи (омическое)

Измерения выполняют при наличии соответствующего требования.

Внутреннее сопротивление каждой батареи измеряют при двух значениях СЗ (например, при 10% и 90%) при рабочей репрезентативной температуре, значение которой указано в спецификации изготовителя батареи, с использованием метода импульсов малой продолжительности и последующим выполнением расчета значений . Следует учитывать, что внутреннее сопротивление батареи зависит от конструкции аккумулятора или батареи и от методов измерений. Значения внутреннего сопротивления определяют в совокупности с СЗ и временами проведения замеров.

Полное сопротивление батареи

Измерения выполняют при наличии соответствующего требования.

Измерение полного сопротивления аккумуляторной батареи выполняют при заданном значении СЗ для установленного значения рабочей репрезентативной температуры, указанного изготовителем батареи, с применением специального анализатора с диапазоном частот, реализуемом при орбитальном полете (как правило, от 10 Гц до 100 кГц).

6.1.4 Испытания на долговечность работы

Квалификация аккумуляторной батареи включает испытания для доказательства долговечности работы, которую в зависимости от условий полета выполняют на уровне аккумулятора и/или конфигурации батареи.

Следующие условия являются типичными для устройств, предназначенных для использования в КА.

Испытания на долговечность работы для квалификации или доказательства ресурса проводят в условиях реального времени и/или условиях протекания ускоренных процессов.

Рекомендуется проводить испытания на долговечность работы на аккумуляторах и батареях, прошедших испытания на виброустойчивость и/или на воздействие радиации.

Для профиля режима ГСО в реальном масштабе времени, соответствующем повторяемым минимум до 30 раз (что соответствует 15 годам) периодам пребывания в тени длительностью 45 сут, моделирование "теневых" периодов выглядит как 1 цикл/сутки и 135 сут солнцестояния с или без имитации пиков выброса плазмы.

В условиях ускоренных испытаний имитацию периода солнцестояния сокращают с 135 сут до нескольких сут, период пребывания в тени сокращают путем выполнения двух циклов заряда-разряда/сут.

a) Модель режима работы на геосинхронной земной орбите

При моделировании условий работы в режиме ГСО пребывание в тени включает периоды из 45 циклов с профилем теневого участка геосинхронной орбиты.

1) Температура T_бат, °C (вариант поддержания температуры в термокамере, или T_бат определяет изготовитель батареи). Температура должна соответствовать температурным условиям работы батареи во время полета. Стандартной считают температуру от 15 °C до 20 °C.

2) ПТ или ПМ - ПН; ток заряда от C/5 до C/10/продолжительность 22 825 ч/НКЗ (напряжение конца заряда: V_з, В, определяет изготовитель батареи).

3) ПТ или ПМ; разряд/длительность: для профиля ГСО при максимальном значении 1175 ч (достигается на 23-й день периода пребывания в тени), до 70% - 80% ГР.

4) Число дней периода солнцестояния при заряде в режиме ПН до НКЗ устанавливает изготовитель.

Испытания на долговечность работы в условиях ГСО проводят, если это возможно, с использованием выбранной системы балансировки батареи.

Стандартное измерение емкости выполняют до испытаний на долговечность работы и периодически после одного или двух сезонов и минимум до 30-го сезона.

При выполнении полета на НОО режимы работы могут отличаться в зависимости от типа КА. Стандартное реальное время соответствует повторяющимся 90 мин циклам: заряд в течение 60 мин и разряд в течение 30 мин.

b) Модель режима работы на низкой околоземной орбите (НОО)

1) Температура T_6ат, °C (вариант поддержания температуры в термокамере, или T_бат определяет изготовитель батареи).

2) ПТ - ПН; ток заряда от 0,3C до 0,5C/НКЗ определяет изготовитель батареи.

3) ПТ; ток разряда 0,5 C.

При проведении испытаний следует использовать систему балансировки, если она предусмотрена.

Стандартное измерение емкости выполняют до испытаний на долговечность работы и после каждого 1000 цикла или чаще.

c) Для использования в условиях ракеты-носителя: модель условий наземного хранения и использования на этапе запуска

Полетные задания для ракеты-носителя различают в зависимости от типа ракеты-носителя и функций батареи. Профиль работы батареи составляют в зависимости от профиля полета.

Если батарею используют в системах оборудования прекращения полета, слежения или телеметрического оборудования, то профиль работы для целей испытания батареи должен включать условия работы в нештатном режиме для обеспечения функций безопасности.

6.1.5 Требования к конструкции

Общие требования (см. [5], [7])

Конструкция многоэлементной батареи должна обеспечивать целостность электрических цепей, механическую устойчивость и надлежащее терморегулирование. Батарея должна обеспечивать энергию/емкость и ток, требуемые применением, в пределах установленных напряжений. Рабочие характеристики аккумуляторов, работающих в многоэлементных батареях, как правило, отличаются от характеристик отдельных аккумуляторов. В процессе производства невозможно добиться абсолютной идентичности всех аккумуляторов, кроме того, при установке в батарею каждый аккумулятор может оказаться в несколько разных условиях.

Конструктивные особенности многоэлементной батареи (такие, как технология сборки, материал конструкции, изоляция и герметизирующий материал, соединители, компоненты обеспечения безопасности) влияют на ее рабочие характеристики, так как они оказывают влияние на условия работы и температуру отдельных аккумуляторов (см. [12], [13]).

Электрическая конструкция

Электрическая конструкция аккумуляторной батареи должна способствовать минимизации риска утечки тока с токовыводов аккумуляторов на корпус батареи или на схему контроля напряжения, риска электростатического разряда и отвечать требованиям электромагнитной совместимости (ЭМС) для используемой аппаратуры. Для предотвращения опасностей, связанных с перезарядом ЛИАБ, следует использовать устройства контроля заряда, разработку которых следует осуществлять параллельно с разработкой конструкции батареи.

Батарея и ее конструкция должны обеспечивать ее работоспособность в любых условиях полета или использования, включая нагрузки при запуске/сходе с орбиты/приземлении, условия транспортирования и обслуживания. При установке или герметизации аккумуляторов в корпусе батареи не должно создаваться никаких препятствий, закрывающих их защитные клапаны или разрывные мембраны.

Тепловая конструкция

Конструкция батарей, позволяющая сохранять тепло, рассеиваемое аккумуляторами батареи, улучшает ее работоспособность во время работы при низких температурах. Избыточное теплообразование может привести к отрицательным эффектам и уменьшить срок службы и безопасность аккумуляторной батареи. Тепловой расчет батареи выполняют с учетом возможности поддержания оптимального диапазона температуры в пределах возможных условий окружающей среды для всех аккумуляторов, входящих в ее состав.

Механическая прочность конструкции

Расчет механической прочности батареи выполняют с учетом условий стартового комплекса и технических требований заказчика, включая значение отношения разрывного давления к максимальному рабочему давлению.

Механизмы балансировки аккумуляторов

В процессе заряда различия отдельных аккумуляторов приводят к разнице в значениях напряжений в разных группах аккумуляторов. Некоторые аккумуляторы остаются недозаряженными, что приводит к снижению общей емкости аккумуляторной батареи. И наоборот, некоторые аккумуляторы получают избыточный заряд, что может повлечь за собой их повреждение, уменьшение срока эксплуатации или угрозу безопасности.

Для обеспечения одинаковой СЗ аккумуляторов в системах заряда батареи следует предусмотреть наличие механизмов балансировки аккумуляторов в процессе заряда.

Маркировка

Внешний корпус батарей, изготовленных после 31 декабря 2011 г., должен иметь маркировку с указанием значения энергоемкости батареи, Вт·ч.

Маркировка должна быть выполнена с соблюдением всех видов и правил транспортирования (см. [1]).

6.1.6 Требования менеджмента качества

Отбраковочные испытания аккумуляторов (см. [5])

В настоящем пункте приведен краткий перечень испытаний, выполняемых для отбраковки аккумуляторов, предназначенных для установки в батарейную систему.

Отбраковка аккумуляторов

При отсутствии системы балансировки аккумуляторов, отбор аккумуляторов выполняют вне зависимости от выбранной химической системы батареи или проведения квалификационных/приемочных испытаний.

Испытания методом поляризации (необязательные)

Проводят периодическое определение работоспособности аккумуляторов путем измерения отношения напряжение - ток методом поляризации.

В настоящем стандарте установлен следующий метод проведения испытаний методом поляризации.

Испытания проводят путем подачи тока заданного значения (следует выбрать пять или шесть значений тока в диапазоне возможностей используемой батареи) в режиме заряда в пределах длительности 20 с, затем в режиме разряда в пределах 20 с.

Примечание - Даже при таком непродолжительном времени воздействия превышение тока над нормированном значением приводит к непоправимому ухудшению характеристик аккумулятора.

 

В конце проведения испытаний СЗ аккумулятора должна оставаться приблизительно на том же уровне, что и в начале. Испытания проводят при СЗ 25%, 50% и 75%.

Степень линейности данных, нанесенных на диаграмму (напряжение как функция тока), показывает, проявление каких эффектов демонстрирует батарея, кинетических или поляризационных.

Кинетические эффекты и диффузионные ограничения проявляются в виде нелинейности данных при низких и высоких значениях тока.

Значение внутреннего сопротивления аккумулятора можно рассчитать путем определения значения угла наклона кривой разряда при каждом значении СЗ.

Сопротивление аккумулятора также измеряют измерителем импеданса при 1000 Гц. Как правило, результаты этих измерений хорошо согласуются с результатами измерений сопротивления путем расчета угла наклона зависимости напряжение - ток.

Испытание на скорость саморазряда

Испытание заключается в выполнении остановок в процессе циклов заряда и/или разряда в определенных интервалах (как правило, исходя из СЗ) и наблюдении за скоростью ухудшения характеристик <1> для заданного интервала времени (например, 72 ч).

--------------------------------

<1> Параметром, как правило, контролируемым в данном испытании, является НРЦ ЛИА.

 

Для удобства, как правило, выбирают СЗ 25%, 50% и 75% или 100%. Аккумуляторы с наибольшей скоростью деградации отбраковывают.

Адаптационные отбраковочные испытания

Программа отбраковочных испытаний должна быть разработана с учетом типов аккумуляторов (проверка емкости/энергии, измерение веса, проверка внутреннего сопротивления, профиля напряжения, саморазряда). Выполнение комплекса комбинированных циклов позволит выявить отклонения в параметрах аккумуляторов.

Например, при проведении отбраковочных испытаний ЛИА 1,5 А·ч, их циклируют, используя процедуру, позволяющую выявить отличия в характеристиках. Следует начать с заряда током C в пределах от C/1 до C/10 до максимального значения напряжения 4,2 В. Затем на короткое время переводят аккумуляторы в состояние разомкнутой цепи (или в состояние ожидания) (как правило, на несколько минут, причем для всех аккумуляторов одного типа время выдержки должно быть одинаковым). В конце периода выдержки измеряют и фиксируют значение понижения напряжения, затем выполняют следующую специальную процедуру разряда:

- разряд током C/1 в течение 1 мин, после этого сразу переключают на разряд током C/10 до 2,4 В; все графические данные следует фиксировать с использованием одинаковой цены деления шкалы;

- результирующий график зависимости напряжения от времени должен представлять собой поднимающуюся кривую заряда с ожидаемыми вершинами, за которыми следует плавное понижение или резкий провал кривой на этапе саморазряда с последующим резким снижением, сопровождаемым резким подъемом вследствие снижения тока разряда;

- определение разности между разрядом током C/1 и подъемом, возникшим в результате резкого снижения тока разряда, позволяет получить значение внутреннего сопротивления аккумулятора; после начального подъема, кривая разряда снова идет вниз, принимая более типичную наклонную форму;

- продолжают испытания аккумуляторов и выполняют около 50 циклов; после этого проводят анализ данных, на основании которого отбирают аккумуляторы для установки в последовательные цепочки батареи.

Критерии соответствия аккумуляторов

Должен быть составлен документ, определяющий критерии соответствия аккумуляторов для полетной партии и предоставляющий данные, подтверждающие выбор конкретного критерия в зависимости от конструкции аккумулятора и изготовителя.

Критерии соответствия аккумуляторов летной батареи должны включать характеристики квалификационных испытаний аккумуляторов в начале срока службы, в которых во время испытаний использован режим заряда, применяемый в полете.

Критерии соответствия аккумуляторов должны включать данные о значениях емкости и сопротивления при заданном значении напряжения.

Для достижения максимально согласованной работы аккумуляторов на протяжении всего срока эксплуатации все летные аккумуляторы внутри последовательной/параллельной конфигурации батареи следует подвергать одинаковым электрическим и температурным условиям испытаний.

Например, если один модуль батареи подвергли уровням предварительной квалификации, то второй модуль той же батареи также должен быть подвергнут аналогичным уровням предварительной квалификации.

Контроль уровня загрязнения

Для максимального увеличения срока эксплуатации и предотвращения конденсации влаги аккумуляторы всегда должны находиться в условиях контролируемой температуры и влажности (см. [4]).

Следствием воздействия высокой температуры или высокой влажности является ухудшение рабочих характеристик батареи и/или коррозия ее поверхности в соответствии с ГОСТ Р МЭК 62281.

В процессе производства и проведения испытаний летных аккумуляторных батарей следует соблюдать общие требования к чистоте и контролю уровня загрязнений. На завершающем этапе сборки батарей следует соблюдать особые меры предосторожности для ограничения количества микрочастиц, застревающих внутри.

Анализ тенденций данных испытаний (см. [4])

Ключевые рабочие параметры, такие как сохранение заряда, емкость или энергия, напряжение при максимальной нагрузке, сопротивление, следует контролировать путем проведения приемо-сдаточных испытаний для последовательно изготовленных партий аккумуляторов (анализ тенденций) для выявления возможного ухудшения рабочих характеристик вследствие непредвиденных изменений материалов или технологии производства.

Летные приемочные испытания (см. [5])

Приемочные испытания ЛИАБ включают визуальный контроль, проверку герметичности/утечки, измерение размеров и массы, проверку напряжения разомкнутой и замкнутой цепи, циклирование, испытания на виброустойчивость и испытания на воздействие циклического изменения температуры, или испытания на определение емкости при разных значениях температуры.

Для проверки совместимости материалов проводят испытания на выброс/утечку газов. Любой аккумулятор с признаками утечки электролита считают не прошедшим проверку.

Потребители должны проверить дату изготовления аккумуляторов, предназначенных для летного использования, и убедиться в том, что не превышены сроки, указанные в перечне сроков хранения для изделий с ограниченным сроком службы.

Гарантированность оценки долговечности (см. [14])

Ниже представлен перечень измерений, которые рекомендовано выполнять для оценки долговечности. Не следует руководствоваться данными, полученными с помощью числовой модели расчета долговечности:

a) ресурсные испытания, предназначенные для подтверждения правильности оценки срока эксплуатации, проводят с соблюдением комплекса условий, включающих диапазон нагрузки батареи во время полета, методы и условия контроля заряда, значения температуры для всех режимов и состояний полета;

b) продолжительность выполнения испытаний и число контрольных выборок данных, сделанных за это время, должны быть достаточными для доказательства уровня надежности и достоверности этих данных;

c) в тех случаях, когда коэффициент ускорения времени был установлен и подтвержден результатами предшествующих испытаний на долговечность работы, применяют этот фактор ускорения;

d) если значение коэффициента ускорения времени для заданных продолжительности и условий полета не были установлены по результатам предыдущих испытаний, то этот коэффициент устанавливают на основании использования данных и результатов анализа, предоставленных потребителю и утвержденных им.

Требования по обеспечению гарантии качества

Аккумуляторная батарея должна быть изготовлена в соответствии с требованиями программы менеджмента качества.

Допуски измерения параметров представлены в приложении A.

Испытания аккумуляторных батарей (см. [5], [9])

Базовые испытания, как правило, включают функциональные испытания (эксплуатационные, циклические испытания), испытания на устойчивость к воздействию условий окружающей среды (т.е. испытания на виброустойчивость, температурные и термовакуумные испытания), испытания на ЭМС, проверку качества питания и другие, проведение которых необходимо при использовании определенных видов оборудования или для определенных условий использования аккумулятора.

Спектр вибраций выбирают в зависимости от конструкции аккумулятора и устойчивости аккумуляторов к внутреннему короткому замыканию. Информация, касающаяся проведения испытаний на виброустойчивость, представлена в 5.2.3, испытание ТЗ.

Испытания на безопасность, которые должны подтвердить устойчивость к двум одновременным отказам элементов, защищающих от катастрофической опасности, проводят в рамках программы квалификационных испытаний и повторяют для каждой новой приобретенной партии тех же батарей.

Испытания на стадии разработки (см. [4], [9])

Целью проведения испытаний на стадии разработки является обнаружение недостатков конструкции в процессе ее разработки для внесения всех необходимых корректировок до начала официальных квалификационных испытаний.

Испытания на стадии разработки следует проводить для новой или модифицированной конструкции аккумуляторной батареи, новой или модифицированной конструкции модуля, новой или модифицированной конструкции аккумулятора, новых условий применения или для аккумуляторов, модулей или батарей нового изготовителя.

Испытания на стадии разработки следует проводить для подтверждения рабочих характеристик, запаса прочности, выполнения требований соблюдения размеров, готовности к работе в достартовых, стартовых условиях и в условиях космоса, технологичности, контролепригодности, обслуживаемости, надежности, совместимости с системой безопасности.

Если это практически возможно, то испытания на стадии разработки следует проводить в диапазоне рабочих условий, превышающем проектный диапазон, для определения допустимых границ возможностей. Рабочие условия включают условия контроля температуры и заряда.

Проверка контроля заряда

Батарея подлежит испытаниям с использованием электронных схем контроля заряда, аналогичных летным схемам, для определения пригодности используемого метода контроля для поддержания рабочих характеристик аккумуляторной батареи в течение всего срока эксплуатации в условиях полета.

Контрольные параметры, используемые для подтверждения конструкции контроля заряда аккумуляторной батареи летного типа, такие как напряжение, температура, ток и способности балансировки аккумуляторов (если требуется), должны быть определены достаточно точно, чтобы подтвердить работоспособность конструкции для всех режимов работы КА, включая периоды пребывания на солнце и функционирования в условиях нештатной ситуации.

Надежность работы электронных схем контроля заряда проходит проверку в ходе ресурсных испытаний на число рабочих циклов.

Испытание терморегуляции

Испытание проводят с целью определения того, соответствуют ли метод и условия терморегуляции требованиям и удовлетворяют ли они требованиям батареи.

Контрольные параметры, используемые для испытаний конструкции терморегуляции летных образцов ЛИАБ, такие как температура и температурные градиенты, должны быть определены достаточно точно, чтобы подтвердить работоспособность конструкции для всех условий полета и режимов работы КА, включая периоды пребывания на солнце и функционирования в условиях нештатной ситуации.

Для проверки тепловых характеристик и снижения риска возникновения проблем с терморегулированием, возникающих во время квалификационных испытаний, следует провести различные тепловые испытания:

a) чтобы определить корреляцию с тепловой моделью испытания на тепловые характеристики следует проводить в термовакуумной камере или в среде с контролируемой температурой, или в калориметре на уровне аккумулятора, модуля или батареи; эти данные подтверждают тепловое рассеяние на уровне аккумулятора или количественно определяют внешние температуры и градиенты в зависимости от условий заряда/разряда;

b) измерения теплопроводности выполняют для определения интенсивности теплопередачи материалом или между контактными поверхностями. В особых случаях дополнительно проводят измерения направленной теплопроводимости композитных материалов, проводимости кабелей, верификацию характеристик теплоизоляции, или другого теплопроводящего пути, например от аккумулятора к радиатору или через батарею на другие поверхности КА;

c) при испытаниях на проверку теплового равновесия на уровне устройства получают данные для корреляции тепловой модели и проверки подсистемы терморегулирования; по результатам испытания можно выполнить верификацию нагревательных устройств, термостатов, летных терморезисторов, радиаторов, тепловых труб и т.д., применяемых в КА, определить значения пределов рабочих температур и перегрева.

Испытания на устойчивость к механическим нагрузкам

Испытания на устойчивость к механическим нагрузкам на этапе разработки включают проверку новых технологий и конструктивных решений, корреляцию аналитических моделей (при наличии), количественную оценку требований, сокращение возможных рисков.

Как правило, технологическую модель аккумулятора, модуля или батареи подвергают воздействию условий искусственной внешней среды для доработки их конструкций до летных.

Поиск резонансов образца должен быть эффективным для проведения корреляции с математической моделью и поддержки оценки проектного запаса или отказа.

Испытания на разработку и оценку приспособлений для вибро- и ударных испытаний должны быть проведены до первого их использования во избежание непреднамеренного испытания в чрезмерном или недостаточном объеме, включая предотвращение чрезмерного отклика поперечных осей.

Квалификационные испытания (см. [4])

a) Квалификационные испытания проводят с целью подтверждения того, что конструкция, технология изготовления и программа приемки позволяют осуществлять производство аккумуляторных батарей, которые соответствуют требованиям технических условий (ТУ) с достаточным запасом для адаптации к стандартным производственным изменениям, многократным доработкам и циклам испытаний (см. [12]).

b) Квалификационные испытания должны подтвердить запланированную программу приемки, включая методы испытаний, процедуры, оборудование, контрольно-измерительные приборы и программное обеспечение.

c) Каждый тип конструкции аккумуляторных батарей, модулей или аккумуляторов, которые будут подвергнуты приемочным испытаниям, предварительно должен пройти соответствующие квалификационные испытания.

d) Образец для квалификационных испытаний должен быть подвергнут всем применимым испытаниям на устойчивость к воздействиям окружающей среды в последовательности, предусмотренной планом проведения квалификационных испытаний.

Уровни и продолжительность квалификационных испытаний

Для подтверждения запаса на воздействие условий окружающей среды аккумуляторы/батареи следует подвергать более жестким условиям при квалификационных испытаниях, чем максимальные условия в течение срока службы.

При квалификационных испытаниях не должны применяться условия воздействий, которые превышают применимые проектные пределы безопасности или вызывают нереальные виды отказа. Условия квалификационных испытаний должны учитывать условия всех предполагаемых полетных заданий.

Контроль и испытания в процессе производства

Детали, электропроводка или материалы, которые не могут быть надлежащим образом испытаны после сборки, должны быть подвергнуты контролю и испытаниям в процессе их изготовления.

Должно быть проверено соответствие документированным элементам управления процессом, требованиям к проверке и общим требованиям к качеству.

Периодичность (частота) сбора и регистрации данных

Во всех случаях, если это требуется, следует регистрировать числовые значения напряжения, температуры, тока, емкости и сопротивления вместо того, чтобы указывать только "соответствует"/"не соответствует" для диапазона значений, предусмотренных планом испытаний.

Данные о напряжении, токе и температуре следует регистрировать с частотой и точностью, достаточными для подтверждения их соответствия требованиям программы испытаний и к рабочим характеристикам.

В процессе проведения испытаний на воздействие динамических внешних условий, сбор данных осуществляют с применением самописцев или с периодичностью, достаточной для оценки значений параметров в промежутках между измерениями.