Desarrollo de una batería para uso espacial a partir de células comerciales: Diseño detallado y prototipo eléctrico = On the development of a Li-ion battery for space systems : Detail design and prototype

Abstract

Los sistemas espaciales requieren casi siempre de tecnologías destinadas a la generación y gestión de
potencia eléctrica. Dentro del subsistema de potencia eléctrica de un satélite destinado a orbitar alrededor
de la Tierra se distinguen dos fuentes de energía: una fuente primaria constituida normalmente por los
paneles solares, y una secundaria conformada por una o varias baterías. El diseño del subsistema de potencia eléctrica supone un hito crítico para cualquier misión. Al igual que en el resto de subsistemas, se debe intentar la optimización de masa todo lo posible. A su vez, es de gran
importancia que se garantice el suministro de potencia eléctrica necesario para todos los subsistemas. Es por
ello que cualquier batería para uso espacial debe asegurar su funcionalidad previamente a su utilización en la misión.
El prototipado permite verificar el funcionamiento y uso del sistema en cuestión, así como detectar errores
en el diseño y asegurar la viabilidad del mismo. En la fabricación de una batería para uso espacial, es necesario
realizar un diseño tanto mecánico como eléctrico lo más concreto posible previo a la construcción del prototipo para optimizar así la utilidad de dicho prototipo como objeto de análisis y calificación del sistema desarrollado.
El trabajo descrito en este documento se inserta en el proyecto de fabricación de una batería de uso espacial,
iniciado a partir de un prediseño y caracterización previos, y continuado por el autor con la realización
de un diseño mecánico más satisfactorio, así como el desarrollo de un modelo estructural y térmico
preliminares con sus correspondientes análisis. La batería objeto de este trabajo se ha dimensionado acorde a las necesidades de misión del proyecto UNION/Lian-Hé, desarrollado conjuntamente por el Instituto de Microgravedad “Ignacio Da Riva” (IDR/UPM) de la Universidad Politécnica de Madrid, y la Escuela Universitaria de Astronáutica de Beijing (SA/BUAA). Originalmente se diseñó una batería 6S4P que cumple con los requisitos eléctricos de la misión UNION/Lian-Hé. Sin embargo, posteriormente se decidió dividirla en dos módulos de batería 6S2P que siguen
satisfaciendo las necesidades de potencia eléctrica. En este Caso de Estudio III se refleja el diseño detallado,la fabricación de un primer prototipo y la realización de algunos ensayos eléctricos de un único módulo 6S2P de los dos que debería incluir la misión UNION/Lian-Hé.
Trabajo para la asignatura Caso de Estudio III del Master Universitario en Sistemas Espaciales (MUSE). Tutor del trabajo Santiago Pindado Carrion.