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Énergie

Énergie, le cas des batteries Li-Ion

Le système d’alimentation d’un système spatial a pour rôle de produire, stocker, contrôler, réguler et distribuer l’énergie électrique. Différents systèmes utilisent comme source d’énergie principale l’énergie solaire. Le rayonnement solaire est converti à travers des panneaux solaires. Des batteries de stockage rechargeables sont employées pour fournir du courant en continu aux systèmes pendant les périodes d’éclipse, ou lors des pics de consommation.

Les batteries peuvent être constituées d’éléments unitaires montées en série (S) et/ou en parallèle (P). Par exemple l’atterrisseur Philae  (transporté par la sonde Rosetta sur la comète Tchourioumov-Guérassimenko à 510 millions de kilomètres de la Terre) était équipée d’une batterie  constituée par 4 rangés en parallèle de 8 élément unitaires en série (configuration 4S8P).
Pour faciliter nos travaux, on suppose, pour l’instant qu’elles sont déjà développées (même si adaptables, perfectibles et/ou détournables).

Spécifications techniques

On considère une batterie spatiale à partir d’éléments unitaires Li-ion  rechargeables) disponibles commercialement (MP 174565 XTD de l’entreprise SAFT).

Spécifications batterie
Caractéristiques éléments MP 174565 XTD – SAFT (Source : https://www.saftbatteries.com/fr/produits-et-solutions/produits/mp-petits-vl)

Tests aux conditions spatiales

Les batteries spatiales doivent répondre à des nombreuses contraintes telles que la fiabilité, la sécurité, le cycle de vie, la tenue à environnement de lancement, les performances liées à la mission. Tout au long du développement des tests sont réalisés pour s’assurer que l’ensemble de ces exigences sont respectées.

 

Pour la qualification, les batteries doivent respecter les spécifications liées à la mission après avoir été soumises à des essais de vibration aléatoires et sinusoïdales, de choc, de vide thermique et de cycle thermique.

Cycle thermique

L’essai de cycle thermique dépend des spécifications de la mission. Par exemple pour les rover martiens Spirit et Opportunity de la NASA, le test était le suivant (batteries en configuration 8S2P, 25 Ah – de 24 V à 32.8 V) :

Essai de Cycle thermique batteries rover martien NASA (source : Guidelines on Lithium-ion Battery Use in Space Applications - https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20090023862.pdf)
Chocs
(Source: Ariane 5 User’s Manual Issue 5 Revision 2 – http://www.arianespace.com/wp-content/uploads/2011/07/Ariane5_Users-Manual_October2016.pdf)
Vibrations sinusoïdales
(Source: Ariane 5 User’s Manual Issue 5 Revision 2 – http://www.arianespace.com/wp-content/uploads/2011/07/Ariane5_Users-Manual_October2016.pdf)

Questionnaire