FR2916578A1

FR2916578A1 - Systeme electronique pour batterie.

Info

Publication number: FR2916578A1
Application number: FR0703713A
Authority: FR
Inventors: Philippe Genin; Christophe Morin
Original assignee: Saft Groupe SAS
Current assignee: Saft Groupe SAS
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2008-11-28
Anticipated expiration: 2027-05-25
Also published as: US20080290837A1; FR2916578B1; US7834590B2

Abstract

Un système électronique pour batterie comprend un circuit de charge (20) de la batterie relié à un connecteur d'alimentation (15), un circuit de contrôle (30) du fonctionnement de la batterie et un circuit de décharge relié à des connecteurs de puissance (2) de la batterie. Le circuit de contrôle (30) interrompt la charge de la batterie lorsque du courant est appelé à travers les connecteurs de puissance (2) de la batterie.L'invention s'applique aux batteries de secours.

Description

SYSTEME ELECTRONIQUE POUR BATTERIE.

La présente invention se rapporte à un système électronique pour batterie comprenant au moins un accumulateur étanche.

Un générateur électrochimique ou accumulateur (ces deux termes sont équivalents) est un dispositif de production d'électricité dans lequel de l'énergie chimique est convertie en énergie électrique. L'énergie chimique est constituée par des composés électrochimiquement actifs déposés sur au moins une face d'électrodes disposées dans l'accumulateur. L'énergie électrique est produite par des réactions l0 électrochimiques au cours d'une décharge de l'accumulateur. Les électrodes, disposées dans un conteneur, sont connectées électriquement à des bornes de sortie de courant qui assurent une continuité électrique entre les électrodes et un consommateur électrique auquel l'accumulateur est associé. La batterie est destinée à fournir de l'énergie électrique à une application 15 extérieure ; un circuit de charge est donc généralement prévu auquel la batterie peut être branchée pour recharger les accumulateurs. Afin d'augmenter la puissance délivrée, il est connu d'associer plusieurs accumulateurs étanches entre eux pour former une batterie. La batterie comporte alors une ou plusieurs branches parallèles d'accumulateurs reliés en série. La gestion de la charge et de la décharge de la 20 batterie peut alors être organisée et contrôlée pour équilibrer la charge et décharge des différents accumulateurs les uns par rapport aux autres. Un circuit de contrôle, plus ou moins évolué selon les applications, est généralement prévu pour être associé à la batterie. Pour des applications à des batteries de secours, il est important que les 25 accumulateurs soient chargés à leur pleine capacité avant leur utilisation qui peut survenir à tout instant. Or, les batteries sont généralement branchées à un chargeur puis débranchées du chargeur pour être connectées à l'application à laquelle elles sont destinées. Ainsi, une batterie de secours peut être partiellement déchargée lorsqu'elle est sollicitée. Dans une application aux aéronefs et en particulier aux 30 drones, il est souhaitable que la batterie de secours soit opérationnelle à sa pleine capacité en cas de besoin. En outre, il est souhaitable qu'une batterie de secours puisse délivrer de l'énergie électrique à l'application à laquelle elle est destinée de manière rapide et fiable lorsque l'alimentation principale de l'application est défaillante. 35 Il existe donc un besoin pour une batterie de secours qui puisse être chargée en permanence tant qu'elle n'est pas sollicitée par l'application extérieure et qui puisse fournir de l'énergie électrique de manière fiable et immédiate lorsqu'elle est sollicitée. R:ABrevets\26500A26528--070515-texte dep.x dot: 2 A cet effet, l'invention propose un système électronique pour batterie qui comprend un circuit de charge indépendant du circuit de décharge de la batterie. Aucun commutateur ne fait basculer le système électronique d'un état de charge à un état de décharge. La fiabilité et la rapidité de la fourniture de courant par la batterie de secours sont ainsi améliorées. Le circuit de charge est relié à un connecteur d'alimentation distinct des connecteurs de puissance de la batterie. La batterie peut ainsi être chargée en permanence où qu'elle se trouve. Notamment, l'application extérieure peut charger la batterie de secours tant que l'alimentation principale est opérationnelle.

Plus particulièrement, l'invention concerne un système électronique pour batterie comprenant : - un circuit de charge de la batterie relié à un connecteur d'alimentation ; - un circuit de contrôle du fonctionnement de la batterie ; - un circuit de décharge relié à des connecteurs de puissance de la batterie ; le circuit de contrôle interrompant la charge de la batterie lorsque du courant est appelé à travers les connecteurs de puissance de la batterie. Selon les modes de réalisation, le système électronique selon l'invention peut comprendre en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le circuit de charge et le circuit de contrôle sont intégrés sur une même carte de circuit imprimé ; - le circuit de contrôle régule la charge de chaque accumulateur de la batterie tant qu'aucun courant n'est appelé à travers les connecteurs de puissance de la batterie ; - le circuit de contrôle reçoit des données provenant de capteurs disposés dans la batterie ; - le circuit de contrôle commande des éléments chauffants disposés dans la batterie ; - le connecteur d'alimentation du circuit de charge de la batterie comprend en outre un connecteur à un bus de données ; L'invention concerne aussi une batterie de secours comprenant : - au moins un accumulateur électrochimique étanche placé dans un conteneur ; - des connecteurs de puissance destinés à alimenter en courant une application extérieure ; - un connecteur d'interface avec l'application extérieure ; - un système électronique selon l'invention, le connecteur d'interface assurant l'alimentation du circuit de charge de la batterie. R-\3revets\26500 \265~R--070515-texte depot doc. 3 Selon un mode de réalisation, le connecteur d'interface assure un transfert de données entre le circuit de contrôle de la batterie et l'application extérieure. Selon un mode de réalisation, le système électronique et le connecteur d'interface sont intégrés dans un même un boîtier fixé au conteneur.

L'invention s'applique à une utilisation d'une telle batterie de secours pour un aéronef, par exemple pour un drone.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et en référence aux figures qui montrent : - Figure 1, une vue schématique du système électronique selon l'invention ; - Figure 2, une vue en perspective d'une batterie associée à un système électronique selon l'invention.

L'invention s'applique à une batterie de secours, c'est-à-dire une batterie destinée à fournir de l'énergie électrique à une application extérieure en cas de défaillance de l'alimentation principale. L'invention propose un système électronique avec un circuit de charge indépendant du circuit de décharge de la batterie. Le circuit de charge est relié à un connecteur d'alimentation en puissance électrique qui est distinct des connecteurs de puissance de la batterie par lesquels la batterie délivre une énergie électrique à l'application extérieure. La batterie de secours selon l'invention peut ainsi être chargée à pleine capacité en permanence, à partir d'une alimentation fixe ou à partir de l'alimentation principale de l'application, tant qu'elle n'est pas sollicitée dans sa fonction de secours. Une application particulière d'une telle batterie de secours peut être envisagée pour des aéronefs et notamment pour des drones de grande envergure qui requiert une grande capacité ; la batterie de secours peut être chargée par une alimentation au sol ou par l'alimentation principale de l'aéronef tant que celle-ci est opérationnelle et peut délivrer une énergie électrique à l'aéronef dès que nécessaire sans commutation des connexions électriques.

La figure 1 montre un schéma électrique simplifié du système électronique selon l'invention. Un trait vertical pointillé sépare de manière schématique les lignes électriques de la batterie (côté B) des lignes électriques de l'application (côté A). La batterie comprend au moins un accumulateur étanche ; sur la figure 1, une branche de sept accumulateurs 7 en série est illustrée mais il est entendu que plusieurs branches parallèles d'accumulateurs en série peuvent être prévues. Un circuit de contrôle 30 supervise le fonctionnement de la batterie afin d'équilibrer la charge et la décharge des accumulateurs les uns par rapport aux autres. Un tel circuit de contrôle 30 reçoit: des informations provenant de capteurs disposés dans la R:ABrevetsV26500V26528--070515-texte dep'...doc batterie, par exemple des informations de tension, courant et température de chaque accumulateur 7. Les accumulateurs 7 présentent des terminaux de sortie de courant +V et ùV reliés à des connecteurs de puissance 2. La batterie peut ainsi fournir de l'énergie électrique à l'application extérieure via ses connecteurs de puissance 2. Un circuit de décharge de la batterie est ainsi composé de liaisons électrique +V, -V entre les terminaux de sortie de courant des accumulateurs électrochimiques 7 et les connecteurs de puissance 2 de la batterie. Le système électronique de l'invention comprend aussi un circuit de charge 20 qui est relié à un connecteur d'alimentation 15 distinct des connecteurs de puissance l0 2 de la batterie. Le circuit de charge 20 peut être intégré sur une même carte de circuit imprimé que le circuit de contrôle 30 ou constituer un circuit distinct ; le circuit de charge 20 est cependant intégré à la batterie qui peut ainsi être chargée en permanence où qu'elle se trouve. Le connecteur d'alimentation 15 constitue une interface entre la batterie et 15 l'application extérieure ; il comprend un connecteur de puissance pour permettre un passage de courant de charge et il peut aussi comprendre un connecteur de données pour un raccord avec un bus de données extérieur. Tant que l'alimentation principale de l'application, un drone par exemple, est opérationnelle le connecteur d'interface 15 assure un passage de courant depuis l'alimentation principale (+28V, GND) vers 20 le circuit de charge 20. La charge de la batterie de secours est ainsi assurée en permanence tant que l'alimentation principale de l'application est opérationnelle et la batterie pourra être disponible à sa pleine capacité en cas de secours. Le circuit de contrôle 30 commande le circuit de charge 20. Notamment, le circuit de contrôle 30 régule la charge de chaque accumulateur 7 et évite toute 25 surcharge de la batterie. En effet, comme le circuit de charge 20 est en permanence relié au connecteur d'alimentation 15 et reçoit donc de manière continu un courant électrique provenant de l'alimentation principale de l'application, c'est au circuit de contrôle 30 d'interrompre la charge de la batterie. Cette interruption de charge n'est pas commandée par l'application mais par la batterie elle-même, par exemple via un 30 transistor de sécurité de type MOS qui ouvre la liaison électrique entre le circuit de charge 20 et un terminal de la branche d'accumulateurs 7. Par ailleurs, le connecteur d'interface 15 peut aussi permettre un échange d'informations entre la batterie et l'application extérieure en plus d'un passage de courant. Ces informations échangées peuvent comprendre les informations des 35 capteurs transmises au circuit de contrôle 30 de la batterie et qui sont également transmise à une unité électronique de l'application via le connecteur d'interface 15 ; ces informations peuvent également consister en des informations déjà traitées par le circuit de contrôle 30 de la batterie, tels que des états de charge des accumulateurs, R:ABrevets~265IX) 265 28ù070515 -texte delxtt doc. des états de fonctionnement des alarmes ou autre. Les informations échangées peuvent aussi comprendre des informations relatives à l'application elle-même, telle que des mesures de température, altitude, tension dans le drone. La batterie peut comprendre en outre des éléments chauffants 40 qui peuvent 5 être disposés entre les accumulateurs de la batterie. Le circuit de contrôle 30 commande l'alimentation de ces éléments chauffants 40 qui est assurée par le connecteur d'interface 15 et un circuit de commande 35 indépendant peut être prévu pour éviter la surchauffe des éléments. Le circuit de contrôle 30 de la batterie peut recevoir, via le connecteur d'interface 15, des informations relatives aux accumulateurs de la batterie (par les capteurs disposés dans la batterie) et relatives à l'application elle-même ; il peut ainsi commander l'activation des éléments chauffants par exemple si la température dans le drone est inférieure à une valeur donnée du fait de l'altitude. En outre, le circuit de contrôle 30 peut être paramétré depuis le connecteur d'interface 15, c'est-à-dire peut être paramétré par une unité centrale de l'application. La batterie de secours peut ainsi être spécifiquement paramétrée ou reparamétrée par l'application à laquelle elle est associée. Le système électronique selon l'invention fonctionne de la manière suivante. Tant que l'alimentation principale de l'application est opérationnelle, un contacteur 50 situé dans le circuit de l'application empêche la délivrance de courant depuis la batterie de secours. En revanche, le connecteur d'interface 15 assure un passage de courant depuis l'alimentation principale de l'application vers les éléments électronique de la batterie, ce qui permet notamment la charge permanente de la batterie de secours via le circuit de charge 20. En outre, le connecteur d'interface 15 assure un échange de données entre le circuit de contrôle 30 de la batterie et une unité centrale de l'application extérieure. En cas de défaillance de l'alimentation principale, le contacteur 50 est activé par l'unité centrale de l'application afin de solliciter la batterie de secours. Un courant est alors immédiatement délivré à l'application via le circuit de décharge de la batterie qui relie les accumulateurs 7 aux connecteurs de puissance 2 sans que le circuit de charge 20 soit concerné. Le circuit de contrôle 30 va commander l'interruption de la charge de la batterie dès qu'il est informé d'un passage de courant à travers les connecteurs de puissance 2, mais un courant aura néanmoins déjà été délivré à l'application sans retard. Par exemple, des capteurs de courant peuvent être placés dans les connecteurs de puissance 2 et transmettent leurs mesures au circuit de contrôle 30. Ce dernier peut alors commander l'ouverture de la liaison électrique entre le circuit de charge 20 et un terminal de la branche d'accumulateurs 7 lorsque R:ABrevets\26500\2652S- 070515-teste deEnn.doc 6 du courant est appelé à travers les connecteurs de puissance 2 par la seule fermeture du contacteur 50 de l'application. Le système électronique selon I'invention assure ainsi que la batterie de secours est fiable. La batterie de secours est en effet chargée à sa pleine capacité avant d'être sollicité et l'indépendance des circuits de charge et de décharge permet une décharge vers l'application sans commutation d'un circuit à l'autre, ce qui peut être source de défaillance. La décharge de la batterie de secours peut notamment intervenir avant même que la charge ne soit interrompue afin que l'application ne subisse aucune détérioration.

Selon un mode de réalisation, le circuit de contrôle de la batterie de secours peut être doublé d'un circuit de contrôle situé dans l'application à laquelle la batterie est destinée. Ainsi, si le circuit de contrôle de la batterie devient défaillant, le circuit de l'application peut suppléer au circuit de contrôle en échangeant toutes les données et commandes nécessaires via le connecteur d'interface 15.

La figure 2 montre un exemple d'une batterie 1 selon l'invention. La figure 2 montre un conteneur 11 recouvert d'un boîtier 10 qui intègre le système électronique selon l'invention. Les connecteurs de puissance 2 sont disposés sur une paroi latérale du conteneur 11, distincts du connecteur d'interface 15 intégré au boîtier 10 de couvercle.

Les modes de réalisation décrits ci-dessus et les figures doivent être considérés comme ayant été présentés à titre illustratif et non restrictif, et l'invention n'est pas censée être limitée aux détails fournis ici mais peut être modifiée en restant dans le cadre de la portée des revendications annexées. En particulier, l'invention concerne tout type d'accumulateur de batterie, qu'il soit prismatique, cylindrique ou concentrique ; ou qu'il soit du type lithium-ion, nickel cadmium ou nickel métal hydrure. R \Brevets\265001'_6528ù070515-texte depoi_doc

Claims

REVENDICATIONS

1. Système électronique pour batterie (1) comprenant: - un circuit de charge (20) de la batterie relié à un connecteur d'alimentation (15) ; 5 -un circuit de contrôle (30) du fonctionnement de la batterie ; - un circuit de décharge relié à des connecteurs de puissance (2) de la batterie ; le circuit de contrôle (30) interrompant la charge de la batterie lorsque du courant est appelé à travers les connecteurs de puissance (2) de la batterie.

2. Système électronique selon la revendication 1, dans lequel le circuit de charge et 10 le circuit de contrôle sont intégrés sur une même carte de circuit imprimé.

3. Système électronique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le circuit de contrôle (30) régule la charge de chaque accumulateur (7) de la batterie tant qu'aucun courant n'est appelé à travers les connecteurs de puissance (2) de la batterie. 15

4. Système électronique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le circuit de contrôle (30) reçoit des données provenant de capteurs disposés dans la batterie.

5. Système électronique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le circuit de contrôle (30) commande des éléments chauffants disposés dans la batterie.

6. Système électronique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le 20 connecteur (15) d'alimentation du circuit de charge de la batterie comprend en outre un connecteur à un bus de données.

7. Batterie (1) de secours comprenant : - au moins un accumulateur électrochimique étanche (7) placé dans un conteneur (Il); 25 - des connecteurs de puissance (2) destinés à alimenter en courant une application extérieure ; - un connecteur d'interface (15) avec l'application extérieure ; - un système électronique selon l'une des revendications 1 à 6, le connecteur d'interface (15) assurant l'alimentation du circuit de charge (20) de la batterie. R:'Breeets\26500A26528û070515-lexie depi t.iic

8. Batterie selon la revendication 7, dans laquelle le connecteur d'interface (15) assure un transfert de données entre le circuit de contrôle (30) de la batterie et l'application extérieure.

9. Batterie selon la revendication 7 ou 8, dans laquelle le système électronique et le 5 connecteur d'interface (15) sont intégrés dans un même un boîtier (10) fixé au conteneur (11).

10. Utilisation de la batterie de secours de l'une des revendications 7 à 9 pour un aéronef.

11. Utilisation de la batterie de secours de l'une des revendications 7 à 9 pour un 10 drone. R VBrevets\ 26500A 26528û070515-texte depot.doc