Batterien & Energiespeicher

Auch bekannt als Li-ion, LiPo, LiFePO4, 18650

Li-Ionen- und LiPo-Zellenauswahl, Entladetiefe (DoD), Zyklenalterung und Untertemperatur-Heizschutz.

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SQ-SS-010
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Zellformate in einem 50-mm-Bauraum

Ein -PocketQube verfügt über eine nutzbare Platinengrundfläche von [1]. Eine zylindrische Standardzelle des Typs 18650 ( Durchmesser bei Länge, , ) kann nicht flach in einem -Würfel liegen; sie passt nur entlang der Hochachse eines -, - oder -Raumfahrzeugs oder diagonal mit einer maßgefertigten Strukturhalterung hinein[2]. Die meisten -Entwürfe verwenden daher flache Lithium-Polymer-Pouch-Zellen (LiPo) () oder kürzere Rundzellen (14500, 16340, 18350)[3].

Zyklenlebensdauer, Vakuum-Einhausung und thermische Grenzen

Illustratives empirisches 1P Li-Ionen-Alterungsmodell (nicht kalibriert) bei 18 °C (15,15 Eklipsen/Tag): Zyklen bis 80 % SoH und Kapazitätserhalt nach 3 Jahren
Entladetiefe DoDLadeschluss (V)Nutzbare Energie/Umlauf (Wh)Zyklen bis 80 % SoHJahre bis 80 % SoHErhalt nach 3 Jahren
10 %4,100,9324.4294,484,4 %
15 %4,101,3912.8732,376,4 %
20 %4,101,858.1711,568,3 %
20 %4,201,854.0850,750,2 %
30 %4,102,784.3060,851,9 %
45 %4,204,161.1340,240,0 %

Drei Ausfallmechanismen erfordern auf Kleinsatelliten dedizierte Hardware-Schutzmaßnahmen[3]:

  1. Delamination und Aufblähen von Pouch-Zellen im Vakuum: Im Gegensatz zu zylindrischen 18650-Zellen im festen Metallbecher dehnen sich laminierte Aluminium-Polymer-Pouch-Zellen unter Außendruck und durch Gasbildung aus. Flugtaugliche Pouch-Zellen müssen daher mit einem definierten Vorspannpolster zwischen starren FR-4- oder Aluminiumplatten verspannt werden.
  2. Lithium-Plating unterhalb des Gefrierpunkts: Beim Laden unter scheidet sich metallisches Lithium auf der Graphitanode ab. Eine thermistorgesteuerte Folienheizung () sowie eine hardwareseitige Ladesperre sind zwingend erforderlich, sobald die Minimaltemperaturen in der Eklipse sich nähern[2].
  3. Magnetischer Dipol von 18650-Stahlbechern: Standard-18650-Gehäuse bestehen aus vernickeltem Stahl und können nach dem Punktschweißen oder infolge der Startvibrationen ein remanentes Dipolmoment annehmen, das eine passive magnetische Lageregelung empfindlich stört[4].

Literaturverzeichnis

  1. [1]Uludag, M. S., Yakut, E., Speretta, S., Radu, S., Chronas-Foteinakis, N., Bouwmeester, J., Menicucci, A., & Gill, E. (2019). Getting the Delfi-PQ ready for multiple launch options. In: International Symposium on Space Technology and Science (ISTS), Fukui (2019-f-08).pure.tudelft.nl
  2. [2]nadir lab. (2026). PocketQube-class picosatellites: architecture, flight heritage, and a multi-method post-flight analysis of Grizu-263A [Preprint]. nadir lab. Research Monographs (SQ-R-001).Auf nadir lab. lesen
  3. [3]NASA Small Spacecraft Systems Virtual Institute. (2026). Power. State-of-the-Art of Small Spacecraft Technology (2026 edition), Chapter 3. NASA Ames Research Center.nasa.gov(abgerufen am 20. Oktober 2026)
  4. [4]nadir lab. (2026). A review of structural, thermal, magnetic and electronic materials in PocketQube-class picosatellites [Preprint]. nadir lab. Research Monographs (SQ-R-002).Auf nadir lab. lesen

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