Modulares, chemieunabhängiges Batteriesystem für Satelliten
PULSE
Im Projekt PULSE entwickeln Forschende des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik ein modulares Batteriesystem, das verschiedene Zellchemien und Systemarchitekturen in einem gemeinsamen Aufbau vereint. Ziel ist es, flexible Elektronik und autonome Software sowie skalierbare Struktur ein vielseitiges Energiesystem für Raumfahrtanwendungen im Bereich der CubeSats und Kleinsatelliten zu schaffen.
Ein zentrales Element ist die Entwicklung fortschrittlicher Algorithmen zur Bestimmung des Ladezustands (State of Charge, SoC) und des Gesundheitszustands (State of Health, SoH), die eine präzise und robuste Überwachung der Batterie im Betrieb ermöglichen. Im Fokus steht die Lithium-Schwefel-Technologie, die eine deutlich höhere Energiedichte und geringeres Gewicht als heutige Lithium-Ionen-Zellen bietet.
PULSE modulares Batterie-System
Variationen des modularen und skalierbaren PULSE Batteriesystems mit Struktur, Elektronik und Batteriezellen
Modulares Batteriesystem mit zylindrischen Zellen und integrierter Elektronik
Das Exponat zeigt ein Batteriesystem im CubeSat-Formfaktor mit zylindrischen Zellen, strukturierter Aluminiumrahmenkonstruktion und integrierter Elektronik. Diese Bauweise erlaubt die flexible Integration unterschiedlicher Zelltypen und Betriebsstrategien.
Die Entwicklung umfasst sowohl elektrische und thermische Modellierung als auch Tests in realistischen Umgebungen, um Verhalten und Zuverlässigkeit neuer Zellchemien zu untersuchen.
Multi-Chemie-Fähigkeit: Eine Plattform für die Batterien der Zukunft
Das PULSE-System wurde so konzipiert, dass es Zellchemien von klassischen Lithium-Ionen bis zu Post-Lithium-Systemen wie Lithium-Schwefel oder Festkörperzellen unterstützt.
Durch modulare Schnittstellen können Hardware und Software schnell angepasst werden, ohne das Gesamtsystem zu verändern. Die integrierte Softwareplattform ermöglicht eine autonome Zustandsüberwachung und die Implementierung von SoC-/SoH-Algorithmen, um den Gesundheitszustand der Batterie in Echtzeit zu erfassen. So lassen sich neue Zelltypen mit minimalem Integrationsaufwand testen und charakterisieren.
Zukunftsperspektive: Skalierbare Architektur für Raumfahrt und darüber hinaus
Das im PULSE-Projekt entwickelte modulare Konzept dient als Grundlage für zukünftige satelliten- und missionsspezifische Batteriesysteme.
Langfristig soll die Technologie in skalierte Systeme überführt werden – für größere Satellitenplattformen, Luftfahrtanwendungen oder bodengebundene Energiespeicher.
Mit seiner Kombination aus modularer Hardware, intelligenter Software und fortschrittlichen Zustandsalgorithmen leistet PULSE einen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger, hochleistungsfähiger Energiespeicher „Made in Europe“.
Zukunft der Batteriezellen - Übersicht möglicher Entwicklungen verschiedener Batteriechemien mit den zu erwartenden Energiedichten für jeden Typ
Edited [3] T. Placke, R. Kloepsch, S. Dühnen, and M. Winter, ‘Lithium ion, lithium metal, and alternative rechargeable battery technologies: the odyssey for high energy density’, J Solid State Electrochem, vol. 21, no. 7, pp. 1939–1964, Jul. 2017, doi: https://link.springer.com/article/10.1007/s10008-017-3610-7
Die Arbeiten im Projekt PULSE sind vorbereitende Schritte hin zu modularen Batteriesystemen, die den Einsatz neuartiger Post-Lithium-Zellen in Raumfahrtanwendungen ermöglichen. Durch intelligente Software und fortschrittliche Zustandsbestimmungsmethoden sollen künftig autonome und sichere Batteriesysteme für Satelliten realisiert werden.
PULSE auf einen Blick
Projekt
PULSE – Post-Lithium Ultra Capacity Spacecraft Energy System
