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WO2025056763A1 - Dispositif de mémorisation pour système de gestion des accumulateurs de batterie et systeme de gestion des accumulateurs de batterie equipe d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de mémorisation pour système de gestion des accumulateurs de batterie et systeme de gestion des accumulateurs de batterie equipe d'un tel dispositif Download PDF

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Publication number
WO2025056763A1
WO2025056763A1 PCT/EP2024/075654 EP2024075654W WO2025056763A1 WO 2025056763 A1 WO2025056763 A1 WO 2025056763A1 EP 2024075654 W EP2024075654 W EP 2024075654W WO 2025056763 A1 WO2025056763 A1 WO 2025056763A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
management system
discharge state
relay
threshold value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2024/075654
Other languages
English (en)
Inventor
Luc POUYADOU
Florence Robin
Maxime DI MEGLIO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Limatech SAS
Original Assignee
Limatech SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Limatech SAS filed Critical Limatech SAS
Publication of WO2025056763A1 publication Critical patent/WO2025056763A1/fr
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306—Overdischarge protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0069—Charging or discharging for charge maintenance, battery initiation or rejuvenation

Definitions

  • the technical context of the present invention is that of electric batteries, and in particular batteries with high electric current, in particular a current greater than 50 A, and preferably greater than 500 A, for example for aeronautical and/or aerospace applications.
  • a battery generally comprises several battery modules forming a set which can also be connected to an external bus allowing data to be sent to a monitoring system, a system generally referred to as a battery accumulator management system (or “Battery Management System” in English).
  • the battery accumulator management system is notably configured to measure various physical quantities relating to the battery, and to the battery modules, such as voltages, currents, temperatures, internal resistances, etc., but also includes protection circuits to prevent the battery from operating under abnormal operating conditions, conditions which may damage the battery and cause human and/or material damage.
  • current batteries and more particularly their accumulator management system, are configured to store data, physical quantities, etc., in volatile (or live or non-permanent) memories, data indicative of a physical or electrical state of the battery, but this data is generally lost when the battery is completely discharged and is no longer able to supply electricity to the memory(s) of said accumulator management system intended for storing this state.
  • the present invention thus proposes to remedy at least one of the aforementioned drawbacks by proposing a new type of device for storing a deep discharge state of a battery for a battery accumulator management system, said device comprising at least one bistable relay configured to take a first position and a second position, said bistable relay being configured to switch:
  • bistable relay being configured to regulate, depending on its position, the value of the charging current to said battery.
  • Such a storage device allows the storage, via the bistable relay, and in particular its position, of a deep discharge state of the battery, permanent and modifiable (or rewritable) storage, this independently of the power supply of said bistable relay.
  • said bistable relay advantageously allows the battery charging current to be regulated, for example to limit the value of the charging current as long as the battery can be considered in a deep discharge state.
  • This type of storage device also has the advantage of being robust, inexpensive, energy-efficient and suitable for aeronautical or aerospace applications.
  • said bistable relay is configured to maintain its position, therefore the first position or the second position, in the absence of electrical power, for example when the battery is in a discharged state and can no longer supply power to the battery accumulator management system, and therefore said bistable relay.
  • the position of the bistable relay is advantageously retained regardless of the state of the battery and/or the battery accumulator management system (no loss of state therefore), thus making it possible to retain information over time relating to a state of the battery, such as here a deep discharge state of the battery.
  • said device comprises an H-bridge assembly configured to control the polarity at the terminals of the bistable relay so as to switch said bistable relay from the first position to the second position and vice versa.
  • An H-bridge assembly is a simple assembly allowing easy and efficient control of the bistable relay, and in particular the switching of said relay.
  • said H-bridge assembly comprises four switching elements.
  • Said switching elements such as switches, allow by their opening and closing to switch said relay from a first position to a second position and vice versa.
  • said switching elements are transistors.
  • Said switching elements are advantageously transistors, for example field effect transistors, operating for example in linear mode, and acting as a switch, the opening and closing of which is controlled by a voltage.
  • said transistors are MOSFET type transistors which each have a gate, a source and a drain. Said transistors are for example N-channel and/or P-channel MOSFET transistors.
  • said device comprises four Schottky diodes, each associated with one of said transistors acting as a switching element.
  • Each of the Schottky diodes is therefore connected to the drain-source terminals of one of said transistors, in particular to play the role of freewheel diode (and therefore protect the transistor against destructive overvoltages).
  • Schottky diodes have a cathode and an anode, with the cathode of the Schottky diode connected to the source of the transistor, and the anode of the Schottky diode connected to the drain of the transistor.
  • said device comprises at least two logic gates respectively supplied at input by a voltage value indicative of a deep discharge state of the battery, each of said logic gates being connected to at least one switching element.
  • the first and second threshold values may be different or identical, for example for six 3.3 V cells connected in series, it is considered that there is a deep discharge when the voltage across this set of cells is less than or equal to 14 V, while the deep discharge output voltage is greater than or equal to 13.5 V.
  • said switching elements are closed when said logic gates are supplied at the input with voltage values respectively less than or equal to the first threshold value and greater than the second threshold value.
  • said bistable relay limits the charging current of the battery to a predetermined current value, for example a charging current value of approximately 0.5 A.
  • the device according to the invention is configured to limit the value of the charging current intended to charge said battery, if the latter is in a deep discharge state, as soon as the battery has left this deep discharge state, the relay switches to the second position, and there is then no longer any limitation of the charging current (subject to the physical properties of the electronic components).
  • the invention also relates to a battery accumulator management system, characterized in that said system comprises a locking control device as defined above.
  • the invention further relates to an electric battery, advantageously for aeronautical applications, characterized in that said battery comprises a battery accumulator management system as defined above.
  • FIG.1 illustrates a very schematic side view of an electric battery according to the invention equipped with a battery accumulator management system
  • FIG.2 illustrates a schematic view of a device for storing a deep discharge state of a battery intended to be integrated into the management system of [Fig. 1],
  • FIG. 1 illustrates a very schematic and functional view of an electric battery 1, for example a lithium-ion battery advantageously intended for aeronautical or aerospace applications, which comprises battery accumulators 2, a battery accumulator management system 3 connected to said accumulators, system 3 also designated by the English acronym “BMS” for “Battery Management System”, as well as a communication circuit 4 connected to said management system 3 and configured to exchange information with the outside (information relating to the environment, the battery, the aircraft, etc.)
  • BMS Battery Management System
  • Said management system 3 is generally integrated into said battery 1, in order to monitor the various physical or electrical quantities characteristic of a battery 1, and/or of its accumulators 2, for example a voltage, an internal resistance, etc.
  • Said management system 3 is also configured to prevent the operation of the battery 1 outside its nominal range of operation, that is to say that the system is configured to detect abnormal operating conditions of the battery (or its modules), such as overcurrent, overvoltage (in particular when charging), undervoltage (in particular when discharging), overheating, etc.
  • Such a system 3 may also comprise a locking circuit (not shown) configured to prevent the use of the battery 1, and therefore its operation, in particular if an abnormal operating condition has previously occurred.
  • a locking circuit (not shown) configured to prevent the use of the battery 1, and therefore its operation, in particular if an abnormal operating condition has previously occurred.
  • FIG. 2 thus illustrates a very schematic view of a device 6 for storing a deep discharge state of a battery according to the invention intended to be integrated into said battery accumulator management system 3.
  • Said storage device 6 thus comprises at least one bistable relay R configured to take a first position and a second position, said bistable relay R being configured to switch:
  • first Vsi and the second Vs2 threshold value may be different or identical.
  • said bistable relay R is configured to regulate, depending on its position, the value of the charging current to said battery 1.
  • said device 6 advantageously comprises an H-bridge assembly, assembly referenced 8, configured to control the polarity at the terminals of the bistable relay R so as to switch said bistable relay R from the first position to the second position and vice versa.
  • said assembly 8 comprises at least:
  • switching elements T1 to T4 respectively designated first, second, third and fourth transistor, these acting as switches, whose opening and closing (or on/off state) are controlled by a voltage;
  • the said transistors are, for example, MOSFET type field effect transistors (English acronym for “Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”, i.e. an insulated gate field effect transistor).
  • the first branch 81 thus comprises the first transistor T1 and the fourth transistor T4.
  • the first and fourth transistors T1 and T4 are connected in series between two contact points Ni and N2 connected respectively to the battery (or to an electronic card of the system 3) and to an electrical ground G.
  • the first and fourth transistors T1 and T4 of the first branch 81 are further connected to each other at a first midpoint M1 of the H-bridge assembly 8.
  • the second branch 82 comprises the second transistor T2 and the third transistor T3.
  • the second and third transistors T2 and T3 are connected in series between two contact points Ni and N2 connected respectively to the battery (or to an electronic card of the system 3) and to an electrical ground G.
  • the second and third transistors T2 and T3 of the second branch 82 are further connected to each other at a second midpoint M2 of the H-bridge assembly 8.
  • Said bistable relay R is connected to the first and second midpoints M1 and M2 of the first and second branches 81 and 82 of the H-bridge 8. Furthermore, each of said transistors T1 to T4 comprises (or has) a gate, a source and a drain. Furthermore, each of said Schottky diodes D1 to D4 comprises (or has) a cathode and an anode.
  • the respective sources of the second and fourth transistors T2 and T4 are connected to the contact point N2 which is connected to the electrical ground G, while the drains of the second and fourth transistors T2 and T4 are connected respectively to the second and first midpoint M2 and M1.
  • the respective sources of the first and third transistors T1 and T3 are connected respectively to the first and second midpoints M1 and M2, while the drains of the first and third transistors Ti and T3 are connected to the contact point Ni connected to the battery 1.
  • the first, second, third and fourth Schottky diodes D1 to D4 are thus connected respectively to the terminals of the first, second, third and fourth transistor T1 to T4, respectively the anode of the diode D1, D2, D3 or D4 being connected to the source of the transistor T1, T2, T3 or T4, and the cathode of the diode Di, D2, D3 or D4 being connected to the drain of the transistor T1, T2, T3 or T4.
  • Each of the Schottky diodes D1 to D4 is therefore associated with one of said transistors T1, T2, T3 or T4 acting as a switching element, in order to play the role of freewheel diode.
  • Said device 6 further comprises at least two logic gates LG1 and LG2, respectively designated first and second logic gate, supplied respectively at input by a voltage V1 and V2 indicative of a state of the battery 1, in particular whether the latter is in a deep discharge state or not, each of said logic gates being connected to at least one transistor T1 or T2.
  • the first voltage V1 indicative of a state of the battery 1 supplies the first logic gate LG1, at its input, and the second transistor T2, at its gate. While the second voltage V2 indicative of a state of the battery 1 supplies the second logic gate LG2, at its input, and the fourth transistor T4, at its gate.
  • the outputs of the first and second logic gates LG1 and LG2 are, for their part, respectively connected to the gate of the first transistor T1 and to the gate of the third transistor T3. Said logic gates LG1 and LG2 are therefore configured to open or close respectively the first and third transistors T1 and T3 acting here as a switching element (or switch) according to their value of the input voltages V1 and V2.
  • the logic gates LG1 and LG2 are for example logic gates of the inverter type configured to respectively supply the gate of the first transistor T1 and third transistor T3 which are advantageously P-channel type transistors.
  • the logic gates LG1 and LG2 are configured to supply the gate of the transistors T1 and Ts with a positive voltage, for example of approximately 1V, to make said transistors conductive (i.e. acting as (closed switches).
  • Logic gates LGi and LG2 deliver a positive voltage at the output, only when the voltage at their respective input indicates a deep discharge state of the battery, or a deep discharge output.
  • device 6 includes:
  • the first capacitor Ci is connected, on the one hand, to the output of the first logic gate LG1 and to the gate of the first transistor T1, and on the other hand, to ground G.
  • the third capacitor C3 is, for its part, connected, on the one hand, to the output of the second logic gate LG2 and to the gate of the third transistor T3, and on the other hand, to ground G.
  • the first resistor Ri and the second capacitor C2 are, for their part, mounted to form a first parallel RC circuit connected, on the one hand, to the gate of the second transistor T2 and, on the other hand, to the ground G.
  • the second resistor R2 and the fourth capacitor C4 are, for their part, mounted to form a second parallel RC circuit connected, on the one hand, to the gate of the fourth transistor T4 and, on the other hand, to the ground G.
  • the first and second parallel RC circuits are configured to limit the occurrence of overvoltage at the gate of the transistor, respectively the second and fourth transistors T2 and T4, but also to allow the transient closing of the transistor T2 or T4 when the voltage value V1 or V2 is lower or higher than predetermined values. More particularly, the first and second resistors Ri and R2 allow in particular the closing of the second and fourth transistors T2 and T4 respectively. While the second and fourth capacitors C2 and C4 make it possible to dampen, or even avoid, the occurrence of oscillation of the voltage at the gate of the transistor T2 and T4.
  • the first logic gate LGi is configured to control the closing, or turning on, of the first and second transistors Ti and T2 (the third and fourth transistors Tset T4 being open or non-conducting), this causing the switching of the bistable relay R to the first position.
  • the switching of relay R to the first position occurs when the voltage value V1 is less than or equal to a predetermined value (for example the first threshold value Vsi), a predetermined value which is indicative that said battery 1 is in a state of deep discharge.
  • a predetermined value for example the first threshold value Vsi
  • the second logic gate LG2 is configured to control the closing, or turning on, of the third and fourth transistors T3 and T4 (the first and second transistors Ts and T4 being open or non-conducting), this causing the bistable relay R to switch to the second position.
  • the switching of relay R into the second position occurs when the voltage value V2 is greater than a predetermined value (for example the second threshold value Vs2), a predetermined value indicating that said battery 1 is not or no longer in a state of deep discharge.
  • a predetermined value for example the second threshold value Vs2
  • said relay R is advantageously configured to limit the charging current of the battery 1 to a predetermined current value, for example less than or equal to 0.5 A, when said relay R is in the first position.
  • a predetermined current value for example less than or equal to 0.5 A
  • said battery 1 can be recharged via its power terminals, therefore at high current values.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif de mémorisation (6) d'un état de décharge profonde de batterie pour un système de gestion des accumulateurs de batterie, ledit dispositif (6) comprenant au moins un relais (R) bistable configuré pour prendre une première position et une deuxième position, ledit relais (R) bistable étant configuré pour commuter : – dans la première position si une valeur de tension (V1) indicative d'un état de décharge profonde de batterie est inférieure ou égale à une première valeur seuil ; – dans la deuxième position si une valeur de tension (V2) indicative d'un état de décharge profonde de batterie est supérieure à une deuxième valeur seuil ; ledit relais (R) bistable étant configuré pour réguler, en fonction de sa position, la valeur du courant de charge à destination de ladite batterie.

Description

DISPOSITIF DE MÉMORISATION POUR SYSTÈME DE GESTION DES ACCUMULATEURS DE BATTERIE ET SYSTÈME DE GESTION DES ACCUMULATEURS DE BATTERIE ÉQUIPÉ D’UN TEL DISPOSITIF
[1 ] [Le contexte technique de la présente invention est celui des batteries électriques, et notamment des batteries à fort courant électrique, notamment un courant supérieur à 50 A, et préférentiellement supérieur à 500 A, par exemple pour des applications aéronautiques et/ou aérospatiales.
[2] Une batterie comprend généralement plusieurs modules de batterie formant un ensemble qui peut par ailleurs être relié à un bus externe permettant la remontée des données vers un système de supervision, système généralement désigné sous le terme de système de gestion d’accumulateurs de batterie (ou « Battery Management System » en langue anglaise).
[3] Le système de gestion d’accumulateurs de batterie est notamment configuré pour mesurer diverses grandeurs physiques relatives à la batterie, et aux modules de batterie, telles que des tensions, courants, températures, résistances internes, etc., mais comprend aussi des circuits de protection pour éviter que la batterie ne fonctionne dans des conditions anormales de fonctionnement, conditions qui peuvent endommager la batterie et causer des dégâts humains et/ou matériels.
[4] On entend généralement par conditions anormales de fonctionnement : les surtensions, les surintensités, les sous-tensions, une température trop élevée de la batterie, des courts-circuits, etc. c’est-à-dire l’ensemble des paramètres ne correspondant pas à une plage nominale de fonctionnement de la batterie.
[5] Les systèmes de gestion d’accumulateurs comprennent ainsi des dispositifs de sécurité, tels qu’un dispositif de disjonction configuré pour couper les liaisons électriques de la batterie avec l’extérieur (et donc l’isoler électriquement) dans le cas où surviennent ces conditions anormales de fonctionnement.
[6] Une autre des problématiques liées aux batteries électriques est le fait que celles- ci peuvent présenter un état de « décharge profonde », c’est-à-dire lorsque la batterie est complètement déchargée, ou chargée à moins de 10%, les cellules ou accumulateurs de la batterie présentant alors une tension très faible à leurs bornes, par exemple inférieure à 1 Volt.
[7] Dans cet état de décharge profonde, il y a un risque de réduction de la capacité de la batterie, mais également d’une dégradation de ses électrodes, et un risque lié au fait que la batterie puisse prendre feu, voire exploser, lorsqu’on recharge celle- ci avec un courant de charge trop important et/ou dans des conditions de températures inadéquates (par exemple inférieure à 10°C ou supérieure à 60°C).
[8] Ainsi, les batteries actuelles, et plus particulièrement leur système de gestion des accumulateurs, sont configurées pour mémoriser des données, grandeurs physiques, etc., dans des mémoires volatiles (ou encore vives ou non- permanentes), données indicatives d’un état physique ou électrique de la batterie, mais ces données sont généralement perdues lorsque la batterie est complètement déchargée et que celle-ci n’est plus en mesure d’alimenter en électricité la ou les mémoires dudit système de gestion des accumulateurs destinées à la mémorisation de cet état.
[9] Cette perte d’information est donc dangereuse, car la réactivation et la recharge d’une batterie en état de décharge profonde nécessitent des précautions particulières, d’autant plus qu’une batterie peut se décharger de façon imprévue, par exemple suite à la non-déconnexion d’un appareil électrique, et il n’y a donc aucun moyen de savoir si la batterie est en état de décharge profonde.
[10] La présente invention se propose ainsi de remédier à au moins un des inconvénients précités en proposant un nouveau type de dispositif de mémorisation d’un état de décharge profonde de batterie pour un système de gestion des accumulateurs de batterie, ledit dispositif comprenant au moins un relais bistable configuré pour prendre une première position et une deuxième position, ledit relais bistable étant configuré pour commuter :
- dans la première position si une valeur de tension indicative d’un état de décharge profonde de batterie est inférieure ou égale à une première valeur seuil ;
- dans la deuxième position si une valeur de tension indicative d’un état de décharge profonde de batterie est supérieure à une deuxième valeur seuil ; ledit relais bistable étant configuré pour réguler, en fonction de sa position, la valeur du courant de charge à destination de ladite batterie.
[11 ] Un tel dispositif de mémorisation permet la mémorisation par l’intermédiaire du relais bistable, et notamment sa position, d’un état de décharge profonde de la batterie, mémorisation permanente et modifiable (ou réinscriptible), ceci indépendamment de l’alimentation électrique dudit relais bistable. De plus, ledit relais bistable permet avantageusement de réguler le courant de charge de la batterie, par exemple pour limiter la valeur du courant de charge tant que la batterie peut être considérée dans un état de décharge profonde.
Ce type de dispositif de mémorisation présente également l’avantage d’être robuste, peu onéreux, peu énergivore et adapté à des applications aéronautiques ou aérospatiales.
[12] Selon une caractéristique possible, ledit relais bistable est configuré pour conserve sa position, donc la première position ou la deuxième position, en absence d’alimentation électrique, ceci par exemple lorsque la batterie est dans un état déchargé et ne peut plus alimenter le système de gestion des accumulateurs de batterie, et donc ledit relais bistable.
La position du relais bistable est avantageusement conservée quel que soit l’état de la batterie et/ou du système de gestion des accumulateurs de batterie (pas de perte d’état donc), permettant ainsi de conserver dans le temps une information relative à un état de la batterie, tel qu’ici un état de décharge profonde de la batterie.
[13] Selon une autre caractéristique possible, ledit dispositif comprend un montage pont en H configuré pour contrôler la polarité aux bornes du relais bistable de façon à faire commuter ledit relais bistable de la première position à la deuxième position et inversement.
Un montage pont en H est un montage simple permettant un contrôle facile et efficace du relais bistable, et notamment de la commutation dudit relais.
[14] Selon une autre caractéristique possible, ledit montage pont en H comprend quatre éléments de commutation.
Lesdits éléments commutations, tels que des interrupteurs, permettent par leur ouverture et fermeture de faire commuter ledit relais d’une première position vers une deuxième position et inversement.
[15] Selon une autre caractéristique possible, lesdits éléments de commutation sont des transistors.
Lesdits éléments de commutation sont avantageusement des transistors, par exemple des transistors à effet de champs, fonctionnant par exemple en régime linéaire, et faisant office d’interrupteur, dont l’ouverture et la fermeture est commandée par une tension.
[16] Selon une autre caractéristique possible, lesdits transistors sont des transistors de type MOSFET qui présentent chacun une grille, une source et un drain. Lesdits transistors sont par exemple des transistors MOSFET à canal N et/ou à canal P.
[17] Selon une autre caractéristique possible, ledit dispositif comprend quatre diodes Schottky, chacune associée à l’un desdits transistors faisant office d’élément de commutation.
Chacune des diodes Schottky est donc connectée aux bornes drain-source d’un desdits transistors, afin notamment pour jouer le rôle de diode de roue libre (et donc protéger le transistor contre des surtensions destructrices).
Plus particulièrement, les diodes Schottky présentent une cathode et une anode, la cathode de la diode Schottky étant connectée à la source du transistor, et l’anode de la diode Schottky étant connectée au drain du transistor.
[18] Selon une autre caractéristique possible, ledit dispositif comprend au moins deux portes logiques alimentées respectivement en entrée par une valeur de tension indicative d’un état de décharge profonde de batterie, chacune desdites portes logiques étant reliée à au moins un élément de commutation.
Lesdites portes logiques sont avantageusement reliées à la grille d’un transistor faisant office d’élément de commutation, et sont donc configurées pour ouvrir ou fermer ledit interrupteur en fonction de leur valeur de tension d’entrée. Lesdites portes logiques présentent par ailleurs l’avantage d’avoir une consommation électrique statique très faible (de l’ordre de quelques microwatts).
[19] Selon une autre caractéristique possible, une desdites portes logiques est configurée pour permettre la fermeture d’au moins un élément de commutation lorsque la valeur de tension indicative d’un état de décharge profonde de batterie est inférieure ou égale à une première valeur seuil et faire commuter le relais dans la première position, tandis que l’autre porte logique est configurée pour permettre la fermeture d’au moins un autre élément de commutation lorsque la valeur de tension indicative d’un état de décharge profonde de batterie est supérieure à une deuxième valeur seuil et faire commuter le relais dans la deuxième position.
La première et la deuxième valeur seuil peuvent être différentes ou identiques, par exemple pour six cellules de 3,3 V montées en série, on considère qu’il y a décharge profonde lorsque la tension aux bornes de cet ensemble de cellules est inférieure ou égale à 14 V, tandis que la tension de sortie de décharge profonde est supérieure ou égale à 13,5 V.
[20] Selon une autre caractéristique possible, lesdits éléments de commutation sont fermés lorsque lesdites portes logiques sont alimentées en entrée par des valeurs de tension respectivement inférieure ou égale à la première valeur seuil et supérieure à la deuxième valeur seuil.
[21 ] Selon une autre caractéristique possible, dans la première position, ledit relais bistable limite le courant de charge de la batterie à une valeur de courant prédéterminée, par exemple une valeur de courant de charge d’environ 0,5 A.
Avantageusement, le dispositif selon l’invention est configuré pour limiter la valeur du courant de charge destiné à charger ladite batterie, si celle-ci est dans un état de décharge profonde, dés que la batterie est sortie de cet état de décharge profonde, le relais bascule dans la deuxième position, et il n’y a alors plus de limitation du courant de charge (sous réserve des propriétés physiques des composants électroniques).
[22] L’invention se rapporte également à un système de gestion des accumulateurs de batterie, caractérisé en ce que ledit système comprend un dispositif de commande de verrouillage tel que défini ci-dessus.
[23] L’invention concerne en outre une batterie électrique, avantageusement pour les applications aéronautiques, caractérisée en ce que ladite batterie comprend un système de gestion des accumulateurs de batterie tel que défini ci-dessus.
[24] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
- la [Fig.1 ] illustre une vue très schématique et de côté d’une batterie électrique selon l’invention équipée d’un système de gestion des accumulateurs de batterie ;
- la [Fig.2] illustre une vue schématique d’un dispositif de mémorisation d’un état de décharge profonde de batterie destiné à être intégré au système de gestion de la [Fig. 1 ],
[25] Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
[26] En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique. Par ailleurs, sur les différentes figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
[27] La [Fig. 1] illustre une vue très schématique et fonctionnelle d’une batterie 1 électrique, par exemple une batterie lithium-ion avantageusement destinée à des applications aéronautiques ou aérospatiales, qui comprend des accumulateurs 2 de batterie, un système de gestion 3 des accumulateurs de batterie relié auxdits accumulateurs, système 3 également désigné sous l’acronyme anglais « BMS » pour « Battery Management System », ainsi qu’un circuit de communication 4 relié audit système de gestion 3 et configuré pour échanger des informations avec l’extérieur (informations relatives à l’environnement, à la batterie, à l’avion, etc.)
[28] Ledit système de gestion 3 de gestion est généralement intégré à ladite batterie 1 , afin de surveiller les différentes grandeurs physiques ou électriques caractéristiques d’une batterie 1 , et/ou de ses accumulateurs 2, par exemple une tension, une résistance interne, etc.
[29] Ledit système 3 de gestion est également configuré pour empêcher le fonctionnement de la batterie 1 en dehors de sa plage nominale de fonctionnement, c’est-à-dire que le système est configuré pour détecter des conditions anormales de fonctionnement de la batterie (ou de ses modules), telles qu’une surintensité, une surtension (notamment lors de sa charge), une sous- tension (notamment lors de sa décharge), une surchauffe, etc.
[30] Un tel système 3 peut également comprendre un circuit de verrouillage (non représenté) configuré pour empêcher l’utilisation de la batterie 1 , et donc son fonctionnement, notamment si une condition anormale de fonctionnement est précédemment survenue.
[31 ] La [Fig. 2] illustre ainsi une vue très schématique d’un dispositif de mémorisation 6 d’un état de décharge profonde de batterie selon l’invention destiné à être intégré audit système de gestion 3 des accumulateurs de batterie.
[32] Ledit dispositif 6 de mémorisation comprend ainsi au moins un relais R bistable configuré pour prendre une première position et une deuxième position, ledit relais R bistable étant configuré pour commuter :
- dans la première position si une valeur de tension Vi indicative d’un état de décharge profonde de batterie 1 est inférieure ou égale à une première valeur seuil Vsi ;
- dans la deuxième position si une valeur de tension V2 indicative d’un état de décharge profonde de batterie 1 est supérieure à une deuxième valeur seuil Vs2.
[33] On notera que la première Vsi et la deuxième Vs2 valeur seuil peuvent être différentes ou identiques. De plus, ledit relais R bistable est configuré pour réguler, en fonction de sa position, la valeur du courant de charge à destination de ladite batterie 1 .
[34] Par ailleurs, ledit dispositif 6 comprend avantageusement un montage pont en H, montage référencé 8, configuré pour contrôler la polarité aux bornes du relais R bistable de façon à faire commuter ledit relais R bistable de la première position à la deuxième position et inversement.
[35] Plus particulièrement ledit montage 8 comprend au moins :
- une première branche 81 et une seconde branche 82 connectée en parallèle l’une de l’autre ;
- quatre éléments de commutation T1 à T4, respectivement désignés premier, deuxième, troisième et quatrième transistor, ceux-ci faisant office d’interrupteur, dont l’ouverture et la fermeture (ou état passant/non-passant) sont commandées par une tension ;
- quatre diodes Schottky Di à D4, respectivement désignées première, deuxième, troisième et quatrième diode, chacune étant connectée aux bornes d’un desdits transistors T1 à T4.
[36] On notera que lesdits transistors sont par exemple des transistors à effet de champs de type MOSFET (acronyme anglais pour « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor », c’est-à-dire un transistor à effet de champ à grille isolé).
[37] La première branche 81 comporte ainsi le premier transistor T1 et le quatrième transistor T4. Les premier et quatrième transistors T1 et T4 sont montés en série entre deux points de contact Ni et N2 reliés respectivement à la batterie (ou à une carte électronique du système 3) et à une masse électrique G. Les premier et quatrième transistors T1 et T4 de la première branche 81 sont en outre reliés entre eux en un premier point milieu M1 du montage pont en H 8.
[38] La seconde branche 82 comporte le deuxième transistor T2 et le troisième transistor T3. Les deuxième et troisième transistors T2 et T3 sont montés en série entre deux points de contact Ni et N2 reliés respectivement à la batterie (ou à une carte électronique du système 3) et à une masse électrique G. Les deuxième et troisième transistors T2 et T3 de la seconde branche 82 sont en outre reliés entre eux en un second point milieu M2 du montage pont en H 8.
[39] Ledit relais R bistable est relié aux premier et second points milieux M1 et M2 des première et seconde branches 81 et 82 du pont en H 8. Par ailleurs, chacun desdits transistors T1 à T4 comprend (ou présente) une grille, une source et un drain. En outre, chacune desdites diodes Schottky D1 à D4 comprend (ou présente) une cathode et une anode.
[40] Ainsi, les sources respectives des deuxième et quatrième transistors T2 et T4 sont connectées au point de contact N2 qui est relié à la masse électrique G, tandis que les drains des deuxième et quatrième transistors T2 et T4 sont connectés respectivement au deuxième et au premier point milieu M2 et M1.
[41 ] De plus, les sources respectives des premier et troisième transistors T1 et T3 sont connectées respectivement au premier et au deuxième point milieu M1 et M2, tandis que les drains des premier et troisième transistors Ti et T3 sont connectés au point de contact Ni relié à la batterie 1 .
[42] Les première, deuxième, troisième et quatrième diodes Schottky D1 à D4 sont ainsi connectées respectivement aux bornes du premier, deuxième, troisième et quatrième transistor T1 à T4, respectivement l’anode de la diode D1 , D2, D3 ou D4 étant connectée à la source du transistor T1 , T2, T3 ou T4, et la cathode de la diode Di, D2, D3 ou D4 étant connectée au drain du transistor T1 , T2, T3 ou T4.
[43] Chacune des diodes Schottky D1 à D4 est donc associée à l’un desdits transistors T1 , T2, T3 ou T4 faisant office d’élément de commutation, afin jouer le rôle de diode de roue libre.
[44] Ledit dispositif 6 comprend en outre au moins deux portes logiques LG1 et LG2, respectivement désignées première et deuxième porte logique, alimentées respectivement en entrée par une tension V1 et V2 indicative d’un état de la batterie 1 , notamment si celle-ci présente un état de décharge profonde ou non, chacune desdites portes logiques étant reliée à au moins un transistor T1 ou T2.
[45] Plus particulièrement, la première tension V1 indicative d’un état de la batterie 1 alimente la première porte logique LG1, au niveau de son entrée, et le deuxième transistor T2, au niveau de sa grille. Tandis que la deuxième tension V2 indicative d’un état de la batterie 1 alimente la deuxième porte logique LG2, au niveau de son entrée, et le quatrième transistor T4, au niveau de sa grille.
[46] Les sorties des première et deuxième portes logiques LG1 et LG2 sont, quant à elles, respectivement connectées à la grille du premier transistor T1 et à la grille du troisième transistor T3. Lesdites portes logiques LG1 et LG2 sont donc configurées pour ouvrir ou fermer respectivement le premier et le troisième transistor T1 et T3 faisant ici office d’élément de commutation (ou d’interrupteur) en fonction de leur valeur des tensions d’entrée V1 et V2.
[47] Les portes logiques LG1 et LG2 sont par exemple des portes logiques du type inverseuse configurées pour alimenter respectivement la grille du premier transistor T1 et troisième transistor T3 qui sont avantageusement des transistors de type canal P. Ainsi, les portes logiques LG1 et LG2 sont configurées pour alimenter la grille des transistors T1 et Ts avec une tension positive, par exemple d’environ 1V, pour rendre lesdits transistors passants (c’est-à-dire faisant office d’interrupteurs fermés). Les portes logiques LGi et LG2 délivrent une tension positive en sortie, seulement lorsque la tension au niveau de leur entrée respective indique un état de décharge profonde de la batterie, ou une sortie de décharge profonde.
[48] On notera par ailleurs que le dispositif 6 comprend :
- au moins quatre condensateurs Ci à C4, respectivement désignés premier, deuxième, troisième et quatrième condensateur ;
- au moins deux résistances Ri et R2, respectivement désignées première et deuxième résistance.
[49] Le premier condensateur Ci est connecté, d’une part, à la sortie de la première porte logique LG1 et à la grille du premier transistor T1 , et d’autre part, à la masse G. Le troisième condensateur C3 est, quant à lui, connecté, d’une part, à la sortie de la deuxième porte logique LG2 et à la grille du troisième transistor T3, et d’autre part, à la masse G. Ces condensateurs Ci et C3 permettent de limiter, voire éviter, une montée trop rapide de la tension au niveau de la grille du transistor, respectivement du premier et du troisième transistor T1 et T3.
[50] La première résistance Ri et le deuxième condensateur C2 sont, quant à eux, montés pour former un premier circuit RC parallèle connecté, d’une part, à la grille du deuxième transistor T2 et, d’autre part, à la masse G. La deuxième résistance R2 et le quatrième condensateur C4 sont, quant à eux, montés pour former un deuxième circuit RC parallèle connecté, d’une part, à la grille du quatrième transistor T4 et, d’autre part, à la masse G.
[51 ] Les premier et deuxième circuits RC parallèle sont configurés pour limiter l’apparition de surtension au niveau de la grille du transistor, respectivement le deuxième et le quatrième transistor T2 et T4, mais également permettre la fermeture transitoire du transistor T2 ou T4 lorsque la valeur de tension V1 ou V2 est inférieure ou supérieure à des valeurs prédéterminées. Plus particulièrement, la première et la deuxième résistance Ri et R2 permettent notamment la fermeture respectivement du deuxième et quatrième transistor T2 et T4. Tandis que le deuxième et le quatrième condensateur C2 et C4 permettent d’amortir, voire d’éviter, l’apparition d’oscillation de la tension au niveau de la grille du transistor T2 et T4. [52] Ainsi, lorsque la tension Vi est inférieure ou égale à une valeur seuil Vsi, la première porte logique LGi est configurée pour commander la fermeture, ou rendre passant, les premier et deuxième transistors Ti et T2 (les troisième et quatrième transistors Tset T4 étant ouverts ou non-passants), cela entraînant la commutation du relais R bistable dans la première position.
[53] La commutation du relais R dans la première position s’opère lorsque la valeur de tension V1 est inférieure ou égale à une valeur prédéterminée (par exemple la première valeur seuil Vsi), valeur prédéterminée qui est indicative que ladite batterie 1 est dans un état de décharge profonde.
[54] De plus, lorsque la tension V2 est supérieure à une valeur seuil Vs2, la deuxième porte logique LG2 est configurée pour commander la fermeture, ou rendre passant, les troisième et quatrième transistors T3 et T4 (les premier et deuxième transistors Ts et T4 étant ouverts ou non-passants), cela entraînant la commutation du relais R bistable dans la deuxième position.
[55] La commutation du relais R dans la deuxième position s’opère lorsque la valeur de tension V2 est supérieure à une valeur prédéterminée (par exemple la deuxième valeur seuil Vs2), valeur prédéterminée indicative que ladite batterie 1 n’est pas ou plus dans un état de décharge profonde.
[56] On notera également que lorsque ces conditions sur les valeurs de tension V1 et V2 qui alimentent le montage pont en H 6 ne sont pas respectées, les différents transistors T1 à T4 sont ouverts, c’est-à-dire non passants, et qu’il ne peut y avoir commutation dudit relais R d’une position à une autre. Par ailleurs, en l’absence d’alimentation électrique, le relais R est dans un état statique, la dernière position dans laquelle est commuté le relais R est conservée jusqu’à ce que ledit relais R soit alimenté d’une des manières adéquates décrite ci-avant.
[57] Par ailleurs, ledit relais R est avantageusement configuré pour limiter le courant de charge de la batterie 1 à une valeur de courant prédéterminée, par exemple inférieure ou égale à 0,5 A, lorsque ledit relais R est dans la première position. Néanmoins, lorsque ledit relais R est dans la deuxième position, ladite batterie 1 peut être rechargée par l’intermédiaire de ses bornes de puissances, donc à des valeurs de courant élevées.

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] [Dispositif de mémorisation (6) d’un état de décharge profonde de batterie pour un système de gestion des accumulateurs de batterie, ledit dispositif (6) comprenant au moins un relais (R) bistable configuré pour prendre une première position et une deuxième position, ledit relais (R) bistable étant configuré pour commuter :
- dans la première position si une valeur de tension (Vi) indicative d’un état de décharge profonde de batterie est inférieure ou égale à une première valeur seuil (Vsi) ;
- dans la deuxième position si une valeur de tension (V2) indicative d’un état de décharge profonde de batterie est supérieure à une deuxième valeur seuil (VS2) ; ledit relais (R) bistable étant configuré pour réguler, en fonction de sa position, la valeur du courant de charge à destination de ladite batterie.
[Revendication 2] Dispositif (6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit dispositif (6) comprend un montage pont en H (8) configuré pour contrôler la polarité aux bornes du relais (R) bistable de façon à faire commuter ledit relais (R) bistable de la première position à la deuxième position et inversement.
[Revendication 3] Dispositif (6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit montage pont en H (8) comprend quatre éléments de commutation (T1-T4).
[Revendication 4] Dispositif (6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits éléments de commutation (T1-T4) sont des transistors.
[Revendication 5] Dispositif (6) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend au moins deux portes logiques (LG1, LG2) alimentées respectivement en entrée par une valeur de tension indicative d’un état de décharge profonde de batterie, chacune desdites portes logiques (LG1, LG2) étant reliée à au moins un d’élément de commutation (T1 , T3). [Revendication 6] Dispositif
(6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’une desdites portes logiques (LGi) est configurée pour fermer au moins un élément de commutation (Ti) lorsque la valeur de tension (Vi) indicative d’un état de décharge profonde de batterie est inférieure ou égale à une valeur seuil (Vsi) et faire commuter le relais (R) dans la première position, tandis que l’autre porte logique (LG2) est configurée pour fermer un autre élément de commutation (T3) lorsque la valeur de tension (V2) indicative d’un état de décharge profonde de batterie est supérieure à une valeur seuil (Vsi) et faire commuter le relais dans la deuxième position.
[Revendication 7] Dispositif (6) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdits éléments de commutation (T1-T4) sont fermés lorsque lesdites portes logiques (LG1, LG2) sont alimentées en entrée par des valeurs de tension (V1 , V2) respectivement inférieure ou égale à la première valeur seuil et supérieure à la deuxième valeur seuil (Vsi, Vs2).
[Revendication 8] Dispositif (6) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans la première position, ledit relais (R) bistable limite le courant de charge de la batterie à une valeur de courant prédéterminée.
[Revendication 9] Système de gestion (3) des accumulateurs de batterie, caractérisé en ce que ledit système (3) comprend un dispositif (6) de mémorisation d’un état de décharge profonde de batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes.
[Revendication 10] Batterie électrique (1 ), caractérisée en ce que ladite batterie (1 ) comprend un système de gestion (3) des accumulateurs de batterie selon la revendication précédente.]
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