CN110999018A

CN110999018A - 为飞行器的电池充电的方法和用于存储电能的系统

Info

Publication number: CN110999018A
Application number: CN201880039093.5A
Authority: CN
Inventors: 安东尼·克里姆; 纪尧姆·切尔诺贝利
Original assignee: Zodiac Aero Electric SAS
Current assignee: Safran Electrical and Power SAS
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2038-06-07
Also published as: WO2018228908A1; US20210151994A1; FR3067878B1; FR3067878A1; CN110999018B; EP3639344A1

Abstract

本发明涉及一种为飞行器的电池充电的方法(101)，其包括多个步骤；还涉及一种用于存储电能的系统，其包括通过本发明的充电方法(101)进行充电的电池组。

Description

为飞行器的电池充电的方法和用于存储电能的系统

技术领域

本发明涉及一种用于飞行器的电池充电方法、以及一种用于飞行器的包括电池组的电能存储系统。

背景技术

电池通常由一个或多个能够存储和输送电能的单电池形成。

已知的做法是对多个电池串联充电。然而，这种类型的配置通常为这样的电池，即，在属于一个电池的最高电量单电池和最低电量单电池之间，该电池的开路电压要求所有单电池之间的均衡，包括在其他电池的单电池上。

此外，取决于要充电的串联电池的数量和所要求的开路电压，有时对于每个期望的开路电压水平都必须具有专用的充电器。这大大增加了开发成本。

已经提出了另一种配置，其中电池彼此并联连接。

对于这种类型的配置，已知的做法是首先执行电池的连接，然后对所述电池充电，直到整个电池或该电池的单电池被充电为止。

但是，所述电池的充电不是单独地和独立地控制的。因此，在于充电电池的单个单电池完全充满电后中断对电池组的充电时，可能无法将电池充电至最高电量。

相反地，可以继续充电，导致对一个或多个电量最高电池的单电池过度充电。这导致所述单电池的最终劣化和安全性问题。

因此，需要提供一种用于飞行器的电池充电方法，该方法是有效的，并且没有上述缺点。

发明内容

根据第一方面，本发明的主题是一种用于飞行器的电池充电方法，包括以下步骤：

步骤A–设置并联电池组，其中每个电池具有特定的最高充电电压，该电池组连接到单个电池充电器；

步骤B–将第一电池连接到电池充电器，该第一电池具有该电池组的开路电压中的最低开路电压；

步骤C–将电流设定值发送到第一电池，以升高第一电池的开路电压，直到其基本上等于第二电池的开路电压，该第二电池的开路电压是该电池组的开路电压中的最低开路电压；

步骤D–将第二电池连接到充电器；

步骤E–将第二电流设定值发送到第一和第二电池，以升高第一和第二电池的开路电压，直到其基本上等于另一电池的开路电压，该另一电池的开路电压是该电池组的开路电压中的最低开路电压；

步骤F–重复步骤D和E，直到每个电池达到该电池的特定最高充电电压为止；

步骤G–将新电压高于该电池的特定最高电压的每个电池与充电器断开连接。

通过本发明，电池组中的所有单电池都用单个充电器充电，这降低了成本。实际上，可以使用标准充电器。

此外，由于一个电池一个电池地对每个电池的单电池充电，使得保护级别对应于单个电池充电的保护级别。因此，维持了电池组的充电安全性。

此外，电池组的充电时间接近于单个电池的充电时间，因为每个电池的单电池从开路电压中的最低开路电压被充电到开路电压中的最高特定开路电压。

本发明还能够节省时间，同时在连接具有不同开路电压的两个电池的情况下，限制了初始连接时的电流峰值。总体而言，更好地控制了每个电池中的电流的管理。

仅有一个充电器的事实也使得限制每个电池上的连接数量成为可能，从而节省了电池成本并减轻了重量。

根据本发明的特定实施例，本发明的方法可以包括以下一个或多个特征，这些特征是单独地或根据所有可能的组合而采用的：

-在步骤A之前或期间，确定每个电池的开路电压；

–该电池组的开路电压相同；

–该电池组包括相同或不同的电池；

-通信元件能够在该电池组和充电器之间建立通信接口；

-通信元件是属于电池或在该电池组外部的电子电路板；

-使用专用于所述电池的开关执行对每个电池的连接和断开操作；

-在步骤C中，电流设定值是在预定时间间隔内的恒定值，或者是在第一时间间隔内增加、然后在第二时间间隔内恒定的值；

-步骤G在步骤E的结尾执行。

本发明的另一个主题是一种用于飞行器的电能存储系统，其包括并联电池组，其中每个电池包括多个单电池并与专用的开关相关联，充电器通过所述开关和用于确保电池与充电器之间的通信的通信元件连接到每个电池，所述电池中的所述单电池通过根据本发明的充电方法进行充电。

附图说明

通过阅读以下纯粹作为非限制性示例并参考附图给出的描述，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见。

-图1是根据本发明的方法的实施例的图；

-图2是根据本发明的存储组件的第一实施例的图，其中，电池最初被配置成用于并联充电；

-图3是根据本发明的存储组件的第二实施例的图，其中，锂离子类型的电池最初不被配置成用于并联充电。

-图4是在本发明的方法中采用的电流设定值曲线的第一示例的示意图；

-图5是在本发明的方法中采用的电流设定值曲线的第二示例的示意图。

具体实施方式

本发明的电能存储系统使得可以存储电能，以向飞行器中的负载供电。

如图所示，本发明的系统1包括并联电池组3，其中每个电池5与特定的开关7相关联，充电器9经由所述开关7和用于确保电池5与充电器9之间的通信的通信元件连接到每个电池5，所述电池5包括一个或多个通过根据本发明的充电方法进行充电的单电池，该充电方法在下面的描述中详细描述。

该电池组3可以有利地包括具有相同或不同的单电池——即，相同或不同性质的单电池、和/或相同或不同数量的单电池——的电池5。

充电器9可以是标准CHAdeMO协议充电器。所述协议包括模拟(系统)和CAN通信以及专用的操作序列。

通信元件能够在该电池组3和充电器9之间建立通信接口。因此，所述通信元件使得能够从电池5、特别是从属于每个电池的单电池获得对充电器9有用的所有信息，以将全部信息、甚至请求提供给所述充电器9。

为此，通信元件可以是属于电池的电子电路板(参见图2)。在这种情况下，充电器9如箭头13所示与该电池组中的单个电池5通信。所述单个电池和其他电池也能够彼此通信，如箭头15所示，以与充电器9交换每个电池的充电状态数据，特别是开路电压值水平。

根据一种变型，通信元件可以是该电池组3外部的电子电路板21。在所使用的电池都不能够与其他电池直接通信的情况下，特别是对于并非设计用于并联充电的电池而言，这是特别有利的。电子电路板21和每个电池5可以通过诸如通信总线之类的通信电缆相链接，或者，如果电池不配备有通信总线，则可以通过一组模拟电压和对开关部件7的控制器相链接。

在这种情况下，所述板21能够如箭头23所示与每个电池5通信，以将每个电池5的充电状态数据、特别是与开路电压水平相关的数据提供给充电器9。

可以使用特定的开关7来执行每个电池5与充电器9之间的连接和断开。可以采用的开关7的示例包括接触器、被称为“SSPC”的固态功率控制器、或继电器。

每个电池5还可以有利地包括控制器17，以连接或断开开关7。

控制器17可以采取如下算法的形式，即，该算法允许通过相对于充电器9连接或隔离每个电池5来优化对该电池组3的充电。因此，数据可以与充电器9实时通信，如充电电流值。

每个电池都可以管理自己的保护，从而能够节省逻辑操作。如果其中一个电池出现异常，则该电池可以自行断开连接，因此不会阻止其他电池完成充电周期。

本发明的方法101是一种对本发明的系统的电池进行充电的方法，包括以下步骤：

步骤A 103–设置并联电池组3，其中每个电池5具有特定的最高充电电压，所述电池组3链接到单个电池充电器9；

步骤B 105–将第一电池5连接到电池充电器9，所述电池5具有该电池组3的开路电压中的最低开路电压；

步骤C 107–将电流设定值发送到第一电池5，以升高该电池5的开路电压，直到其基本上等于第二电池5的开路电压——其为该电池组3的开路电压中的最低开路电压；

步骤D 109–将第二电池5连接到充电器9；

步骤E 111–将第二电流设定值发送到第一和第二电池5，以升高该电池5的开路电压，直到其基本上等于另一电池5的开路电压——其为该电池组的开路电压中的最低开路电压；

步骤F 113–重复步骤D和E，直到每个电池都达到该电池的特定最高电压为止；

步骤G 115–将新电压高于该电池的特定最高电压的每个电池5与充电器9断开连接。

如果不施加持续长时间的电流约束，则每个电池的开路电压对应于单电池的电压。

根据一个实施例，电池组3的特定开路电压是相同的。因此，可以使用具有不同性质、但具有相同特定开路电压的电池。

在步骤A 103期间，设置并联电池组3，其中每个电池5具有特定的最高充电电压，所述电池组3连接到单个电池充电器9。

优选地，在步骤A 103之前或期间，可以确定每个电池5的开路电压，以便估计单电池的充电水平、并从而确定电池5是否充电。还可以根据开路电压值来确定要连接到充电器9的电池5的顺序。可以使用BMS或“电池管理系统”来进行确定。

在步骤B 105中，第一电池5连接到电池充电器9，该第一电池5具有该电池组3的开路电压中的最低开路电压。

所述第一电池5可以与所述充电器9通信，以便遵循/顺应开路电压。

在步骤C 107期间，将电流设定值发送到第一电池5，以升高电池5的开路电压，直到其基本上等于第二电池5的开路电压为止，该第二电池5的开路电压是该电池组3的开路电压中的最低开路电压。

因此，第一和第二电池5具有基本相同的开路电压，该开路电压已经变成在步骤A103之前或期间确定的开路电压中的最低开路电压。借助通信元件，充电器9被告知第一电池5的新的开路电压值。

根据图4所示的实施例，在步骤C107期间，电流设定值在预定的时间间隔内具有恒定值。

作为示例，电流设定值可以是：最多基本上等于每个所连接电池的电池容量的100％或1C的电流，其最长时间基本上等于1小时。

根据图5所示的变型，电流设定值可以在第一时间间隔内增加，然后在第二时间间隔内恒定。

因此，电流设定值可以是这样的电流：从基本上等于每个所连接电池的电池容量的80％或0.8C的值开始，在基本上等于数分钟的第一时间后，到达到基本上等于每个所连接电池的电池容量的100％或1C的值，然后是在基本上等于1小时的时间内基本上等于每个所连接电池的电池容量或1C。

在步骤D 109期间，将第二电池5连接到充电器9。为此，可以闭合专用于第二电池5的开关7。因此，连接到充电器9的第一和第二电池5具有基本相同的开路电压。

在步骤E 111期间，将第二电流设定值发送到第一和第二电池5，以升高电池5的开路电压，直到其基本上等于另一电池5的开路电压为止，该另一电池5的开路电压是该电池组的开路电压中的最低开路电压。

因此，在步骤E111结束时，第一和第二电池5具有与另一电池5基本相同的开路电压，此开路电压已经变成在步骤A103之前或期间确定的开路电压中的最低开路电压。该信息可以通过通信元件提供给充电器9。

如前所述，在步骤E111期间发送的电流设定值在预定时间间隔内为恒定值(图4)，或者在第一时间间隔内增加、然后在第二时间间隔内保持恒定(图5)。当电池5的内部电阻不平衡时，后一设定值曲线特别有利。因此，对斜率进行选择，以发送稍微低于最终最高电流设定值的电流设定值，该最终最高电流设定值将在预定时间间隔内保持恒定。

可以根据连接到所述充电器9的电池5的数量、以及根据在一个或多个所述电池5完成充电期间所进行的循环的次数来预先确定或调整电流设定值。

在步骤F 113期间，重新开始步骤D109和E111，直到每个电池5达到特定最高电压为止。

在步骤G 115期间，将其中至少一个单电池已经达到其特定最高电压的每个电池5与充电器9断开连接。因此，有利地，确保将每个电池的单电池充电至这样的开路电压——其保持低于或等于该单电池能够接受但不会损坏该单电池的电压。

开路电压用于每个电池的首次连接。随后，所使用的电压是直接测量的电压。

可以通过打开要断开的一个或多个电池的一个或多个开关7来实现断开。

断开的效果是：能够平衡每个断开的电池5，特别是该电池的各元件，例如电池的每个串联分支。一个或多个电池5独立地被平衡。因此，可以有利地使用已知的或专用的均衡算法，而不必修改本发明的系统1或充电器9的架构。

为此，使电池与充电器9断开连接，而没有用于所述电池的充电电流。尚未开始平衡阶段的其他电池继续被充电。

可以在步骤E的结尾执行步骤G。换句话说，一个或多个电池5与充电器9的断开可以通过同时断开所有开关7在不同电流设定值发送周期之间进行、或者在电池组3充电过程结束时执行。

因此，本发明使得能够：

–顺序地管理电池，并因此通过在每个电池中更好地分配电流和优化充电时间来限制每个电池的老化；

-对于电池组仅使用单个充电器，该充电器可以是标准充电器，以便同时对本发明的系统的电池进行充电，同时对单个电池充电保持相同的保护水平；

-节省时间，在连接两个具有不同电压的电池的情况下通过限制电池中的电流峰值来管理初始连接，以及管理每个电池中的电流；

-限制连接的数量，并因此节省成本和减轻重量。

Claims

1.一种用于为飞行器的电池充电的方法(101)，包括以下步骤：

步骤A(103)–设置并联电池组(3)，其中每个电池(5)具有特定最高充电电压，所述电池组(3)连接到单个电池充电器(9)；

步骤B(105)–将第一电池(5)连接到电池充电器(9)，所述第一电池(5)具有电池组(3)的开路电压中的最低开路电压；

步骤C(107)–将一电流设定值发送到第一电池(5)，以升高第一电池(5)的开路电压，直到其基本上等于第二电池(5)的开路电压，该第二电池(5)的开路电压是电池组(3)的开路电压中的最低开路电压；

步骤D(109)–将第二电池(5)连接到充电器(9)；

步骤E(111)–将第二电流设定值发送到第一和第二电池(5)，以升高第一和第二电池(5)的开路电压，直到其基本上等于另一电池(5)的开路电压，该另一电池(5)的开路电压是电池组(3)的开路电压中的最低开路电压；

步骤F(113)–重复步骤D(109)和E(111)，直到每个电池都达到该电池的特定最高电压；

步骤G(115)–将新电压高于该电池(5)的特定最高电压的每个电池(5)与充电器(9)断开连接。

2.根据前一权利要求所述的方法(101)，其中，在步骤A(103)之前或期间，确定每个电池(5)的开路电压。

3.根据权利要求1或2所述的方法(101)，其中，所述电池组(3)的开路电压是相同的。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(101)，其中，通信元件能够在所述电池组(3)与所述充电器(9)之间建立通信接口。

5.根据前一权利要求所述的方法(101)，其中，所述通信元件是属于电池(5)的电子电路板、或位于所述电池组(3)外部的电子电路板。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(101)，其中，使用专用于该电池(5)的开关来执行每个电池(5)的连接和断开。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(101)，其中，在步骤C(107)期间，电流设定值是在预定时间间隔内的恒定值，或者是这样的值：在第一时间间隔内增加、然后在第二时间间隔内恒定。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法(101)，其中，在步骤E(111)的结尾执行步骤G(115)。

9.一种用于飞行器的电能存储系统(1)，包括并联电池组(3)，其中每个电池包括多个单电池并与一专用的开关(7)相联，充电器(9)经由所述开关(7)和用于确保电池(5)与充电器(9)之间的通信的通信元件连接至每个电池(5)，所述电池(5)的单电池通过如前述权利要求中任一项所述的充电方法(101)进行充电。