PROPOSITION DE STRATÉGIE DE GESTION DES BATTERIES POUR LE DÉVELOPPEMENT D'UN PETIT SYSTÈME ÉLECTRIQUE PAR SATELLITE GÉOSTATIONNAIRE
Mots-clés :
Petit satellite géostationnaire, Sous-système d'alimentation électrique, Système de gestion de batterie, Batterie aux ions lithiumRésumé
Lors d'une mission spatiale, l'alimentation du satellite en puissance électrique nécessaire dépend de chaque phase de l'orbite/saison jusqu'à sa fin de vie. Pour maintenir la mission, différentes stratégies de gestion de l'énergie électrique (production, stockage et distribution) pourraient être adaptées à la fonction de la mission (par exemple, orbite terrestre basse, LEO, géosynchrone). La stratégie de gestion des modules batteries doit être menée en amont des phases du projet satellite, en lien étroit avec la définition de la mission. Dans notre cas, nous proposons une stratégie qui couvre le besoin d'un Petit Satellite Géostationnaire (SGEO) en dimensionnant ses modules de batterie et leur système de gestion (BMS). Le petit GEO-SAT présente une nouvelle performance attrayante pour plusieurs missions de télécommunications commerciales, et différentes agences spatiales sont intéressées par le développement de ce type de plate-forme Small-TELECOM. Cet article résume l'analyse du budget énergétique d'un petit GEO-SAT, donne des résultats de dimensionnement du module de batterie (cellules Li-ion assemblées), et propose différents fabricants pouvant couvrir ce type de mission. De plus, différents modes de gestion de la batterie sont discutés et simulés par les logiciels STK et Simulink.
Références
(1) E. Bonneau, S. Remy. Saft VES16 Solution for small GEO, E3S Web of Conferences, EDP Sciences (2017).
(2) G. Webb, A. Fadeev, N. Pestmal, The inexpensive injection of mini-satellites into GEO, 17th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites (2003).
(3) G. Fusco, D. Reulier, M. Pastena, Architectures for small satellites: a modular battery system, Congress IAC-09, 2009.
(4) C.D. Norton, et al., Small satellites: A revolution in space science, Final Report, Keck Inst. for Space Studies, California Inst. Of Technology, Pasadena, Ca (2014).
(5) W.J. Larson, J.R. Wertz, Space mission analysis and design, Torrance, CA (United States); Microcosm, Inc. (2005).
(6) M.R. Patel, Spacecraft power systems, CRC Press (2004).
(7) Pistoia, G., Lithium-ion batteries: advances and applications, Newnes, Elsevier; 1st edition (2014).
(8) B. Anton, et al, Standalone analog active cell-balancing circuit for automotive battery management systems, Rev. Roum. Sci. Techn.– Électrotechn. et Énerg., 63, 3, pp. 306–313, Bucarest (2018).
(9) M.A.I.b Mazlan, Development of Lithium-ion power system for satellite, Jurutera, February 2009.
(10) J.M.B. Marques, Battery management systems (BMS) for Li-ion batteries, Jurutera (2014).
(11) H.L. Zhu, et al., Design and implementation of distributed battery management system, Advanced Materials Research, Trans. Tech. Publ. (2013).
(12) J. Lee, E. Kim, K.G. Shin, Design and management of satellite power systems, IEEE 34th Real-Time Systems Symposium (2013).
(13) E. Mostacciuolo, et al., Modeling and power management of a LEO small satellite electrical power system, European Control Conference IEEE (ECC) (2018).
(14) R. Schwarz, et al., foxBMS–free, open, and flexible Battery Management System, https://www.researchgate.net/profile/Vincent-Lorentz/publication/285600420_foxBMS_-_Free_Open_fleXible_Battery_Management_System/links/571b8c3c08ae6eb94d0d6617/foxBMS-Free-Open-fleXible-Battery-Management-System.pdf.
(15) M. Akdere, et al., Hardware and software framework for an open battery management system in safety-critical applications. in IECON 42nd Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2016.
(16) M. Macdonald, V. Badescu, The international handbook of space technology, Springer (2014).
(17) A. Laib, et al., Hardware implementation of fuzzy maximum power point tracking through sliding mode current control for photovoltaic system, Rev. Roum. Sci. Techn.– Électrotechn. et Énerg., 66, 2, pp. 91–96, Bucarest (2021).
(18) E. Maset, et al., 5 kW Weinberg converter for battery discharging in high-power communication satellites, IEEE 36th Power Electronics Specialists Conference (2005).
(19) A. Bradford, et al., The GIOVE-a small navigation mission (2006).
(20) D. Liddle, et al., A low-cost geostationary minisatellite platform. Acta Astronautica, 55(3-9): p. 271-284 (2004).
(21) F. Dimroth, High‐efficiency solar cells from III‐V compound semiconductors. Physica Status Solidi C, pp. 373-379 (2006).
(22) W. Knorr, Power system of Meteosat second generation, in Proceedings of the Fifth European Space Power Conference (ESPC) (1998).
(23) R. Buckle, S. Roberts, Review of commercial cells for space applications, E3S Web of Conferences, EDP Sciences (2017).
(24) G. Yuasa, Datasheet: MA190 Modular Lithium-ion battery for satellites.
(25) C. Hill, Satellite battery technology-a tutorial and overview. IEEE Aerospace Conference Proceedings (Cat. No. 98TH8339), 1998. 23. PSS-02-10, Rationale for Power Standard (1992).
(26) H. Ren, et al., Design and implementation of a battery management system with active charge balance based on the SOC and SOH online estimation, Energy pp. 908-917 (2019).
(27) https://batteryuniversity.com/learn/article/
(28) https://foxbms.org/.
(29) SAFT, Rechargeable lithium battery VES 180 – Very high specific energy space cell.
(30) SAFT, datasheet: VES 180 – Very high specific energy space cell.