BR112019025136A2

BR112019025136A2 - sistema de armazenamento de energia elétrica e conjunto de distribuição de energia elétrica

Info

Publication number: BR112019025136A2
Application number: BR112019025136-7A
Authority: BR
Inventors: Olivier Deshayes
Original assignee: Zodiac Aero Electric
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2020-07-21
Also published as: FR3067531B1; FR3067531A1; EP3639345A1; JP2020523972A; WO2018229422A1; CN110999017A

Abstract

A invenção se refere a um sistema de armazenamento de energia elétrica (3) para uma aeronave que compreende pelo menos uma bateria que tem uma pluralidade de módulos (11) de células de bateria interconectadas por meio de um elemento secundário de disjuntor (13) específico para cada módulo (11) para formar a pelo menos uma bateria. A invenção também se refere a um conjunto de distribuição de energia elétrica (1) que inclui, em particular, pelo menos um sistema de armazenamento (3) de acordo com a invenção.

Description

U7 “SISTEMA DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA E CONJUNTO DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA”

[001] A invenção se refere a um sistema de armazenamento de energia elétrica para uma aeronave e um conjunto de distribuição de energia elétrica que compreende tal sistema.

[002] Uma aeronave tem, em geral, um sistema elétrico que compreende um circuito primário de distribuição de energia elétrica e um circuito secundário de distribuição de energia elétrica. Os ditos circuitos primário e secundário de distribuição, também chamados de “caixas de distribuição primária e secundária”, fornecem proteção e distribuição da potência elétrica que advém de fontes internas, como geradores ou baterias, ou de fontes externas, como unidades de potência, para cargas úteis ou para outras caixas de distribuição da aeronave.

[003] Fontes internas são, desse modo, conhecidas por compreender baterias de Li-íon que compreendem placas eletrônicas, elementos de disjuntor, como contatores e fusíveis.

[004] Um elemento de disjuntor, como um contator, conectado à bateria fornece proteção à dita bateria isolando-se eletricamente a mesma.

[005] No entanto, tal arquitetura não fornece otimização do gerenciamento de bateria e, geralmente, do sistema de armazenamento de energia elétrica.

[006] Portanto, há uma necessidade de fornecer um sistema de armazenamento de energia elétrica para uma aeronave que seja eficaz e não exiba as desvantagens mencionadas acima.

[007] De acordo com um primeiro aspecto, um objeto da invenção é um sistema de armazenamento de energia elétrica para uma aeronave que compreende pelo menos uma bateria que inclui uma pluralidade de módulos de células de bateria interconectadas por meio de um elemento de disjuntor secundário específico a cada módulo de modo a formar a pelo menos uma bateria.

[008] Em virtude da invenção, o gerenciamento da pelo menos uma bateria é otimizado.

[009] Especificamente, o gerenciamento da bateria é realizado gerenciando-se todos os módulos que formam a bateria. Desse modo, as etapas de manutenção e reparo são simplificadas em virtude do aspecto modular da invenção que produz uma economia de custo. A segurança é reforçada visto que a bateria pode continuar a operar isolando-se qualquer módulo que exiba uma falha. O carregamento e pré-carregamento de cada módulo também é otimizado. É ainda possível remover a etapa para pré- carregamento dos módulos.

[010] De acordo com modos particulares da invenção, o sistema da invenção pode compreender uma ou mais das características a seguir tomadas sozinhas ou em todas as combinações possíveis: - pelo menos um dos elementos de disjuntor é um contator de SSPC; - pelo menos um dos elementos de disjuntor é disposto no módulo de bateria específico para o dito elemento de disjuntor; - pelo menos um módulo é protegido por um elemento de fusível; - o sistema da invenção compreende um meio de comunicação configurado para enviar uma indicação de liberação fora do sistema de armazenamento quando pelo menos um módulo é carregado; - o sistema da invenção compreende pelo menos um elemento de ligação que tem um corte transversal para que a razão da corrente de carregamento como uma função do número de módulos seja otimizada.

[011] Outro objeto da invenção é um conjunto de distribuição de energia elétrica que compreende pelo menos um sistema de armazenamento de energia elétrica de acordo com a invenção e pelo menos um elemento de disjuntor principal adequado para isolar eletricamente o dito sistema.

[012] Vantajosamente, o sistema de armazenamento é conectado a um carregador.

[013] Vantajosamente, o carregador é conectado em paralelo com o elemento de disjuntor principal.

[014] Outros objetivos, recursos e vantagens da invenção surgirão a partir da leitura da descrição a seguir, fornecida apenas a título de exemplo não limitante, e em referência aos desenhos anexos, nos quais: - a Figura 1 é um diagrama de uma realização de um conjunto de distribuição de acordo com a invenção; - a Figura 2 é um diagrama de outra realização de um conjunto de acordo com a invenção.

[015] Como ilustrado nos desenhos, o conjunto de distribuição de energia elétrica da invenção 1 compreende pelo menos um sistema de armazenamento de energia elétrica 3 e pelo menos um elemento de disjuntor principal 5 adequado para isolar eletricamente o dito sistema 3.

[016] O elemento ou elementos de disjuntor principal 5 fornece gerenciamento das proteções e do isolamento elétrico do sistema de armazenamento 3. Em particular, o elemento ou elementos de disjuntor fornece proteção aos elementos de ligação, como os cabos que interconectam os elementos do conjunto da invenção 1, de um curto-circuito.

[017] O elemento ou elementos de disjuntor principal 5 podem ser dimensionados para as correntes normais que fluem através do sistema de armazenamento 3.

[018] Vantajosamente, o elemento ou elementos de disjuntor pode ter um ou mais contatores do tipo Controlador de Potência de Estado Sólido, ou “SSPC”. Os ditos um ou mais SSPC contatores podem ser integrados e gerenciados por uma placa eletrônica chamada de “principal” com capacidade de gerenciar outras funções do conjunto da invenção 1.

[019] Um dos elementos de disjuntor 5 pode ser associado a um elemento de fusível 9. O dito elemento de fusível 9 pode ser considerado para proteger o sistema de armazenamento 3 da invenção de um curto-circuito.

[020] O sistema de armazenamento 3 da invenção pode ser conectado a um carregador 7 ou a diversos carregadores destinados a carregar eletricamente o dito sistema de armazenamento 3.

[021] O carregador 7 pode ser vantajosamente conectado em paralelo a um elemento de disjuntor principal 5.

[022] O sistema de armazenamento 3 da invenção fornece armazenamento de energia elétrica para alimentar cargas (não representadas) em uma aeronave (não representada) por meio do conjunto do sistema.

[023] O sistema de armazenamento 3 da invenção, desse modo, compreende pelo menos uma bateria que inclui uma pluralidade de módulos 11 que compreendem células de bateria interconectadas por meio de um elemento de disjuntor secundário 13 específico a cada módulo 11 de modo a formar a pelo menos uma bateria.

[024] Os módulos 11 podem ser interconectados em série e/ou em paralelo. De acordo com a arquitetura escolhida, é vantajosamente possível realizar o voo com um conjunto de distribuição da invenção 1 que exibe um número diferente de módulos 11 se a energia necessária para o dito voo for menor que a capacidade máxima do sistema 3 da invenção. Portanto, é possível reduzir a massa da aeronave a fim de ter melhor desempenho. A invenção, portanto, exibe a vantagem de modularidade com capacidade para ser alcançada de modo simples e eficaz.

[025] Vantajosamente, o sistema 3 da invenção pode limitar a corrente de fluido desconectando-se um ou mais módulos 11.

[026] Para tal, o sistema 3 da invenção pode compreender um comutador para desconectar o módulo por módulo ou uso do elemento de disjuntor principal 5 para desconectar todos os módulos.

[027] Vantajosamente, pelo menos um dos elementos de disjuntor 13 é um contator de Controlador de Potência de Estado Sólido, ou “SSPC”. O dito contator de SSPC não fornece corte da corrente que entra no módulo. O mesmo fornece conexão aos módulos não carregados 11 antes de o sistema 3 da invenção ser comutado pelo elemento ou elementos de disjuntor principal 5. Desse modo, vantajosamente, os elementos secundários de disjuntor 13 são dimensionados para as correntes normais que fluem através dos ditos módulos 11.

[028] Ademais, durante a operação de carregamento, um contator de SSPC através de sua resistência interna fornece gerenciamento da corrente que flui através do módulo. Isso possibilita um ganho em tempo de carregamento do sistema da invenção, uma redução do envelhecimento do módulo e uma redução na degradação das células. O desempenho, custo e segurança do sistema da invenção são, dessa maneira, aprimorados.

[029] De preferência, pelo menos um dos elementos de disjuntor 13 é disposto no módulo 11 específico para o dito elemento de disjuntor 13. Com tal configuração, uma etapa de manutenção é realizada de modo mais seguro pelo operador. A segurança é, desse modo, aprimorada.

[030] De preferência, o sistema 3 da invenção compreende um meio para comunicar ou enviar informações (não representadas) configuradas para enviar uma indicação de liberação fora do sistema 3 da invenção quando pelo menos um módulo 11 é carregado ou sobrecarregado. Essa fornece a redução do consumo do dito sistema 3 da invenção.

[031] Como representado na Figura 2, pelo menos um módulo 11 é protegido por um elemento de fusível 19.

[032] Os elementos de fusível 19 podem ser dispostos em série com todos os módulos 11 dispostos em paralelo a fim de proteger todo o sistema de armazenamento 3.

[033] O dito elemento de fusível 19 pode ser tipicamente um cabo, para conectar o dito sistema 3 da invenção a outros elementos do conjunto da invenção 1.

[034] O dito elemento de fusível 19 pode ser classificado na potência do módulo 11 e em um elemento de ligação escolhido 21, tipicamente um cabo, para conectar o dito sistema 3 da invenção a outros elementos do conjunto da invenção 1. O dito elemento de fusível 19, desse modo, protege cada módulo 11. O conjunto formado pelo elemento de fusível 19, pelos módulos 11 e pelo elemento de disjuntor 13 disposto em série é montado em paralelo a fim de produzir o sistema de armazenamento 3. O número de conexões em paralelo pode depender da potência esperada.

[035] De preferência, o sistema 3 da invenção compreende pelo menos um elemento de ligação 21 que tem um corte transversal para que a razão da corrente de carregamento como uma função do número de módulos seja otimizada. Em outras palavras, o elemento de ligação 19 de cada módulo pode ser calibrado para o máximo do perfil de corrente da carga e do número de módulos.

[036] Desse modo, vantajosamente, o corte transversal dos elementos de ligação de cada módulo é reduzido. Isso significa que os custos são reduzidos reduzindo-se o corte transversal do elemento de ligação e a classificação de fusível, para facilitar a integração dos elementos de ligação e, portanto, da aeronave e para limitar a massa. Ademais, no caso de liberação de carga, cortes de potência são evitados.

[037] Em operação, durante o pré-carregamento, o sistema 3 da invenção pode conectar apenas um módulo 11. As capacidades dos outros módulos, consequentemente, carregam em uma corrente limitada por meio do dito único módulo.

[038] Os outros módulos carregados são comutados em uma corrente substancialmente zero. Desse modo, o pré-carregamento de todos os módulos pode ser vantajosamente removido ao fornecer um ganho de massa e custo.

[039] Do mesmo modo, na operação de carregamento, o sistema da invenção pode otimizar o carregamento dos módulos carregando-se módulo por módulo. Desse modo, o sistema da invenção pode escolher iniciar o carregamento com o módulo mais descarregado, o módulo menos descarregado ou o módulo em paralelo.

[040] Durante a manutenção de um módulo, o sistema da invenção pode realizar o carregamento simplesmente no módulo ou módulos carregados.

[041] Ademais, o dito sistema da invenção fornece teste por unidade e para isolar um módulo com falha.

[042] Com essa finalidade, no caso de uma falha detectada em operação, uma interrupção por um elemento de disjuntor principal é necessária para desconectar o dito módulo com falha. Tal comutação rápida fornece realização dessa ação sem impactar a operação da aeronave, visto que o sistema da invenção pode continuar a operar independente da desconexão do dito módulo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. SISTEMADE — ARMAZENAMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA (3) para uma aeronave caracterizado por compreender pelo menos uma bateria que inclui uma pluralidade de módulos (11) de células de bateria interconectadas por meio de um elemento de disjuntor secundário (13) específico para cada módulo (11) de modo a formar a pelo menos uma bateria.

2. SISTEMA (3) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos um dos elementos de disjuntor (13) ser um contator de SSPC.

3. SISTEMA (3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por pelo menos um dos elementos de disjuntor (13) ser disposto no módulo de bateria (11) específico para o dito elemento de disjuntor (13).

4. SISTEMA (3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por pelo menos um módulo (11) ser protegido por um elemento de fusível (19).

5. SISTEMA (3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender um meio de comunicação configurado para enviar uma indicação de liberação fora do sistema de armazenamento (3) quando pelo menos um módulo (11) é carregado.

6. SISTEMA (3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender pelo menos um elemento de ligação (21) que tem um corte transversal para que a razão da corrente de carregamento como uma função do número de módulos seja otimizada.

7. CONJUNTO DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA (1) caracterizado por compreender pelo menos um sistema de armazenamento de energia elétrica (3), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, e pelo menos um elemento de disjuntor principal (5) adequado para isolar eletricamente o dito sistema (3).

8. CONJUNTO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo sistema de armazenamento (3) ser conectado a um carregador (7).

9. CONJUNTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo carregador (7) ser conectado em paralelo com o elemento de disjuntor principal (5).

o

A

QNANANEANANEANS

NNSSSSSSO

ANANAVAVANAN

VS QIITNLRLALA, SNS AS ANÃO)

SS

NESSAS

NAAS

NESSAS QRAVATALALA, | = CSS Tr

NAAS u AM | | 187 [LL SW SAE so WI: Ro | [e>)

o es

CSAANANANANS

SS

NAAS

COS

ECNANEANEANANAD

SS

NAAS Q QI, — o COI : A ATATATATAS u. Lo o mm

NBSP E o

ResuMO “SISTEMA DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA E CONJUNTO DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA”

A invenção se refere a um sistema de armazenamento de energia elétrica (3) para uma aeronave que compreende pelo menos uma bateria que tem uma pluralidade de módulos (11) de células de bateria interconectadas por meio de um elemento secundário de disjuntor (13) específico para cada módulo (11) para formar a pelo menos uma bateria.

A invenção também se refere a um conjunto de distribuição de energia elétrica (1) que inclui, em particular, pelo menos um sistema de armazenamento (3) de acordo com a invenção.