Brevet FR3044176A1 — publié le 20170526

La présente invention concerne un système de batterie destiné à être monté dans un aéronef en remplacement d'une batterie. Les batteries sont utilisées dans un aéronef pour assurer diverses fonctions dont on peut citer, par exemple, les démarrages en direct des moteurs et des groupes auxiliaires de puissance (APU : Auxiliary Power Unit), la stabilisation du réseau électrique, l'énergie de secours pour le système avionique, etc. Sont généralement utilisées des batteries au Cadmium-Nickel et, plus récemment, des batteries au Lithium-Ion. Les unes et les autres ont leurs avantages. Dans certaines circonstances, par exemple, en particulier pour des raisons de certification par les autorités de certification, il peut être nécessaire de pouvoir remplacer les batteries d'un type donné prévues pour un type d'avion donné par des batteries d'un autre type. Par exemple, il peut être avantageux de remplacer les batteries au Lithium-Ion originalement prévues pour un type d'avion particulier par des batteries au Cadmium-Nickel standard. Les batteries sont des organes qui incorporent non seulement des cellules électrochimiques pour le stockage de charges électriques mais aussi des composants auxiliaires qui sont prévus pour mesurer la température, pour mesurer la tension et le courant délivrés, pour déterminer les performances de charge et de décharge, pour contrôler la charge, pour déterminer des conditions de fonctionnement hors-norme, etc. Ces composants auxiliaires peuvent également comprendre un ou des fusibles pour empêcher des fonctionnements de la batterie à des intensités de courant trop importantes ainsi qu'un ou des shunts pour permettre des mesures du courant consommé. Le problème qui se pose lorsqu'on souhaite installer dans un aéronef des batteries d'un type donné alors que pour cet aéronef sont prévues des batteries d'un autre type est que les composants auxiliaires des batteries de remplacement ne sont nécessairement les mêmes que ceux des batteries remplacées. On a représenté à la Fig. 1 une batterie 10 qui est du type au Lithium-Ion et qui est reliée à des équipements d'un aéronef par l'intermédiaire de bus appropriés. Plus exactement la batterie 10 alimente un centre de distribution de courant électrique (Electrical Power Distribution Center = EPDC) 20 via un bus d'alimentation 30 et délivre des signaux de contrôle au même centre 20, via un bus de contrôle 40. Il délivre également les signaux de contrôle à un panneau de contrôle (Integrated Control Panel = ICP) 50 généralement placé dans le cockpit de l'aéronef considéré. 3044176 2 D'autres signaux de contrôle, conformes au standard ARINC429, générés par la batterie 10 sont fournis à un concentrateur de données (Common Remote Data Concentrator : CRDC) 60 du système de communication de l'aéronef considéré via un bus de données 70. Enfin, la délivrance des signaux et des données de contrôle par la 5 batterie 10 est fonction de signaux de commande délivrés par l'aéronef, par exemple par une passerelle sécurisée de communication (Secure Communication Interface = SCI) 80 via un bus de commande 90. La batterie 10 incorpore des cellules électrochimiques 11 pour le stockage de charges électriques et pour délivrer une différence de potentiels sur le bus 10 d'alimentation 30. Elle comporte de plus des composants auxiliaires regroupés ici sous une entité 12 qui est appelée "système de gestion de la batterie" ou BMS et qui est prévue pour délivrer des signaux de contrôle sur le bus 40, des données de contrôle sur le bus 70 et pour recevoir et traiter des signaux de commande sur le bus 90. Elle comporte encore un fusible 13 et un shunt 14. 15 Si l'on souhaite remplacer la batterie 10 par une batterie d'un autre type, par exemple une batterie Lithium-Ion par une batterie au Cadmium-Nickel, cette dernière, outre le fait qu'elle délivre une différence de potentiels en lieu et place de la batterie remplacée, peut ne délivrer ni tous les signaux de contrôle ni les données de contrôle délivrés par une batterie au Lithium-Ion et n'est pas commandée par des signaux de 20 commande comme l'est une batterie au Lithium-Ion. Se pose alors un problème car le fonctionnement de la batterie nouvellement installée est interprété par le centre de distribution de courant électrique 20 comme un dysfonctionnement de la batterie de remplacement. De plus, une batterie au Cadmium-Nickel est généralement d'un encombrement 25 différent de celui d'une batterie au Lithium-Ion si bien que le remplacement de celle-ci par celle-là pose également des problèmes d'ordre mécanique. La présente invention a pour objet de proposer un système de batterie qui permette de résoudre les problèmes soulevés ci-dessus. Pour ce faire, la présente invention concerne un système de batterie destiné à 30 être monté dans un aéronef en remplacement d'une batterie, dite batterie d'un premier type, ladite batterie étant prévue pour délivrer, outre une différence de potentiels, des signaux de contrôle et des données de contrôle, ladite délivrance de ladite différence de potentiels, desdits signaux de contrôle et des données de contrôle étant commandée en fonction de signaux de commande dudit aéronef. Ledit système de batterie 3044176 3 comprend, d'une part, une batterie d'un second type différent du premier type prévue pour délivrer une différence de potentiels identique à celle qui serait délivrée par une batterie du premier type, et, d'autre part, une unité de gestion de batterie reliée à ladite batterie et prévue pour engendrer et délivrer des signaux de contrôle et des données de 5 contrôle identiques à ceux qui auraient été délivrés par une batterie du premier type dans les mêmes circonstances et pour piloter la délivrance de ladite différence de potentiels, desdits signaux de contrôle et desdites données de contrôle en fonction desdits signaux de commande de la même manière que ladite batterie du premier type. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, 10 apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : La Fig. 1 montre une batterie, dite de premier type, reliée à des équipements de l'aéronef considéré par l'intermédiaire de bus appropriés, 15 La Fig. 2 montre un système de batterie selon la présente invention qui est relié aux mêmes équipements de l'aéronef considéré qu'à la Fig. 1, La Fig. 3 est une vue en perspective d'un système de batterie conforme à un mode de réalisation de la présente invention, et La Fig. 4 est un schéma synoptique d'une unité de gestion de batterie d'un 20 système de batterie conforme à un mode de réalisation de la présente invention. A La Fig. 2, la batterie 10 de la Fig. 1 a été remplacée par une autre batterie 100, par exemple une batterie au Cadmium-Nickel qui ne délivre pas les mêmes signaux de contrôle que la batterie 10, ne délivre pas de données de contrôle et n'est pas commandée par des signaux de commande à l'instar de la batterie 10. Par ailleurs, elle 25 n'inclut ni un fusible tel que le fusible 13 de la Fig. 1 ni un shunt tel que le shunt 14. Elle inclut par contre un thermocontacteur 110 ainsi qu'un capteur de température 120 qui délivrent respectivement un signal de contrôle de surchauffe SCS actif lorsque la température est supérieure à une valeur seuil prédéterminée, par exemple 71°C, et un signal de contrôle de mesure de température SCTH qui est proportionnel à la 30 température présente à l'intérieur de la batterie 100. Les bornes de ses cellules électrochimiques 111 sont directement connectées au bus d'alimentation 30 pour y délivrer une différence de potentiels. De plus, elle délivre un signal SCT de mesure de cette différence de potentiels. 3044176 4 Le système de batterie comporte, outre la batterie 100, dite batterie de second type, une unité de gestion de batterie 200 laquelle est prévue pour recevoir et traiter les signaux de contrôle délivrés par la batterie 100 de second type, en l'occurrence les signaux de contrôle de surchauffe SCS, de température SCTH et de tension SCT, afin 5 d'engendrer des signaux de contrôle et des données de contrôle identiques à ceux et celles qui seraient délivrés par une batterie de premier type, telle que la batterie 10. Ces signaux de contrôle sont délivrés sur le bus de contrôle 40 et ces données sont délivrées sur le bus de données 70. Elle est également prévue pour piloter la délivrance de ladite différence de potentiels, desdits signaux de contrôle et desdites 10 données de contrôle sur les bus 40 et 70 en fonction de signaux de commande reçus du bus 90 de la même manière que ladite batterie 10 du premier type. Le système de batterie représenté à la Fig. 2 comporte encore un bloc 300 incluant un fusible 310 et un shunt 320 sur la ligne transportant la tension positive du bus d'alimentation 30. Le shunt 320 est branché de manière à mesurer l'intensité du 15 courant débité par ladite batterie 100 et engendre alors un signal de contrôle de mesure de courant SCI qui est délivré à l'unité de gestion de batterie 200. La Fig. 3 est une vue en perspective d'un système de batterie selon la présente invention. En particulier, on voit la batterie 100 qui est montée sur un socle 400 adapté à la batterie 100 et prévu pour être monté en lieu et place de ladite batterie de 20 premier type remplacée. On voit également l'unité de gestion de batterie 200, le bloc 300 avec son fusible 310 et son shunt 320. On voit encore un câble 41 portant les signaux de contrôle SCS, SCTH et SCT et relié, d'une part, à la batterie 100 et, d'autre part, à l'unité de gestion de batterie 200. On voit encore un câble 42 portant les signaux de contrôle et les données délivrés par l'unité de gestion de batterie 200 et 25 fournis sur un connecteur 240 pour la connexion aux équipement électriques dudit aéronef. La différence de potentiels délivrée par la batterie 100 se retrouve sur un connecteur 130 : la polarité négative est portée par un câble 43 jusqu'au fusible 310 puis le shunt 320 ; elle est ensuite portée par un câble 44 jusqu'à un connecteur 250 où elle est disponible. La polarité positive est portée par un câble 45 jusqu'au connecteur 30 250 où elle est disponible. Les connecteurs 240 et 250 sont montés sur un pan 510 rabattu à angle droit d'une platine 500 montée de manière à chapeauter la batterie 100 (des tirants 520 et 530 sont prévus pour assurer la solidarisation du socle 400, de la batterie 100 et de la platine 500). La platine 500 est facilement démontable, ce qui permet à un opérateur 3044176 5 de maintenance d'accéder aisément à la batterie et à ses connecteurs pour réaliser des opérations de maintenance. On a représenté à la Fig. 4 un schéma synoptique de l'unité de gestion de batterie 200, dans un mode de réalisation particulier de la présente invention où la batterie du 5 premier type est une batterie au Lithium-Ion et la batterie du second type est une batterie au Cadmium-Nickel. Une unité d'alimentation 201 est prévue pour alimenter l'ensemble des éléments de l'unité de gestion 200. Elle est commandée pour un interrupteur commandé 202 lui-même piloté par la sortie d'une porte OU 203 dont les entrées reçoivent des signaux de 10 commande portés par le bus 90 (voir Fig. 2), tel qu'un signal de commande BAT PB généré au niveau du panneau de contrôle du cockpit de l'avion considéré, tel que des signaux de commande BAT CTL1 et BAT CTL2 respectivement actifs lors des opérations de ravitaillement et de remorquage de l'avion considéré. L'unité de gestion 200 comprend encore une unité 204 de détection de pannes de 15 batterie qui pilote la fermeture d'interrupteurs numériques 205 lorsqu'une panne de batterie a été détectée. Les signaux de données DATA, portés par le bus de données 70 (voir Fig. 2), sont générés par une unité de messagerie 206 prévue pour générer des données conformes au standard ARINC 429. 20 Dans l'exemple de réalisation représenté à la Fig. 4, deux signaux de contrôle BAT ODD et BAT FAULT, portés par le bus de contrôle 40, sont générés. Le premier est un signal de contrôle signalant une sous-charge de la batterie 100. Quant au second, il s'agit d'un signal de contrôle signalant un dysfonctionnement de la batterie 100. 25 Le signal de contrôle BAT ODD est généré lorsqu'un problème de charge de la batterie a été détecté. La différence de potentiels (signal de contrôle SCT) aux bornes de la batterie 100 est fournie, via un adaptateur 206, à une unité 207 de détection de sous-charge prévue pour délivrer un signal de sous-charge lorsque la valeur du signal de contrôle SCT de la batterie 100 est inférieure à une valeur seuil basse, par exemple 30 21 volts, pendant plus d'un temps prédéterminé, par exemple 10 secondes. Ce signal de sous-charge est délivré, via une porte de verrouillage (latch) 208 et un interrupteur numérique 205, en tant que signal de contrôle BAT ODD. 3044176 6 Le signal de contrôle BAT FAULT est délivré, via un interrupteur numérique 205, par une porte OU 209, laquelle reçoit sur ces entrées respectives des signaux numériques issus de portes de verrouillage 210 à 215. La différence de potentiels SCT aux bornes de la batterie 100 est encore fournie, 5 via l'adaptateur 206, à une unité de détection 216 prévue pour détecter des défauts d'acquisition du signal de contrôle SCT pendant plus d'un temps prédéterminé, par exemple 5 secondes. Le signal de sortie de l'unité de détection 216 est fourni à la porte de verrouillage 210. Le signal de contrôle de surchauffe SCS issu de la batterie 100 est fourni, via 10 une unité 217 de confirmation que ce signal a été activé pendant au moins un temps prédéterminé, par exemple 0,6 seconde, à la porte de verrouillage 211. Le signal de contrôle de température SCTH est fourni, via un adaptateur 218, à une unité 219 de détection de température élevée prévue pour fournir un signal de détection lorsque la température de la batterie 100 est supérieure à une température 15 seuil haute, par exemple 73° C, pendant au moins une durée prédéterminée, par exemple 5 secondes. Ce signal de détection est fourni à la porte de verrouillage 212. Ce signal de contrôle de température SCTH est également fourni, via l'adaptateur 218, à une unité de détection 220 prévue pour détecter des défauts d'acquisition du signal de contrôle de température SCTH pendant plus d'un temps 20 prédéterminé, par exemple 5 secondes. Le signal de sortie de l'unité de détection 220 est fourni à la porte de verrouillage 213. Le signal de contrôle de courant SCI, issu du shunt 320, est fourni, via un adaptateur 221, à une unité 222 de détection de courant fort prévue pour fournir un signal de détection lorsque l'intensité du courant débité par la batterie 100 est 25 supérieur à une valeur seuil haute, par exemple 150 ampères, pendant au moins une durée prédéterminée, par exemple 90 secondes. Ce signal de détection est fourni à la porte de verrouillage 214. Le signal de contrôle de courant SCI est également fourni, via l'adaptateur 221, à une unité de détection 223 prévue pour détecter des défauts d'acquisition du signal de 30 contrôle de courant SCI pendant plus d'un temps prédéterminé, par exemple 5 secondes. Le signal de sortie de l'unité de détection 223 est fourni à la porte de verrouillage 215. Ainsi, lorsque le signal de surchauffe SCS est activé pendant plus d'un temps prédéterminé ou que la différence de potentiels aux bornes de la batterie 100 est 3044176 7 inférieure pendant un temps prédéterminé, à une valeur seuil basse, ou que la température de la batterie 100 est supérieure à une température seuil haute pendant au moins un temps prédéterminé, ou que l'intensité du courant débité par la batterie 100 est supérieure à une valeur seuil haute pendant un temps prédéterminé, ou que des 5 problèmes d'acquisition ont été détectés, une faute a été détectée ce qui a pour effet d'activer le signal de contrôle BAT FAULT. Lorsqu'une condition d'urgence a été activée (un signal EMER COND est alors activé) pendant un temps prédéterminé (condition détectée par une unité de détection 224), toutes les portes de verrouillage 208 et 210 à 215 sont remises à zéro. 10 Lorsqu'une telle condition d'urgence a été activée ou (porte OU 225) lorsqu'un signal de démarrage APU START a été activé pendant un temps prédéterminé (condition détectée par une unité de détection 226), l'unité de détection de décharge 207 est désactivée. Le système de batterie décrit précédemment permet d'installer une batterie au 15 Cadmium-Nickel sur un aéronef initialement prévu pour l'installation d'une batterie au Lithium-Ion, en conservant les interfaces électriques (connecteurs, câblages...) et mécaniques de l'aéronef correspondant à cette batterie au Lithium-Ion. REVENDICATIONS1) Système de batterie destiné à être monté dans un aéronef en remplacement d'une batterie (10), dite batterie d'un premier type, ladite batterie (10) étant prévue pour délivrer, outre une différence de potentiels, des signaux de contrôle et des données de contrôle, ladite délivrance de ladite différence de potentiels, desdits signaux de contrôle et des données de contrôle étant commandée en fonction de signaux de commande dudit aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend: - une batterie (100) d'un second type différent du premier type prévue pour délivrer une différence de potentiels identique à celle qui serait délivrée par une batterie du premier type, et - une unité de gestion de batterie (200) reliée à ladite batterie (100) et prévue pour engendrer et délivrer des signaux de contrôle et des données de contrôle identiques à ceux qui auraient été délivrés par une batterie du premier type dans les mêmes circonstances et pour piloter la délivrance de ladite différence de potentiels, desdits signaux de contrôle et desdites données de contrôle en fonction desdits signaux de commande de la même manière que ladite batterie du premier type. 2) Système de batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite unité de gestion de batterie (200) reçoit de ladite batterie (100) un signal de contrôle de surchauffe (SCS) qui est actif lorsque la température de ladite batterie (100) est supérieure à une valeur seuil prédéterminée et délivre un signal de contrôle (BA FAULT) signalant un dysfonctionnement de ladite batterie (100). 3) Système de batterie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite unité de gestion de batterie (200) reçoit de ladite batterie un signal (SCTH) de mesure de la température de la batterie (100) et délivre un signal de contrôle (BA FAULT) signalant un dysfonctionnement de ladite batterie (100) lorsque ladite température mesurée est supérieure à une température seuil haute pendant au moins une durée prédéterminée. 4) Système de batterie selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite unité de gestion de batterie (200) reçoit d'un shunt (320) branché de manière à mesurer l'intensité du courant débité par ladite batterie (100), un signal 3044176 9 (SCI) de mesure de l'intensité dudit courant débité par ladite batterie (100) et délivre un signal de contrôle (BA FAULT) signalant un dysfonctionnement de ladite batterie (100) lorsque l'intensité dudit courant mesurée est supérieure à une valeur seuil haute pendant une durée prédéterminée. 5 5) Système de batterie selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite unité de gestion de batterie (200) reçoit de ladite batterie (100) un signal (SCT) de mesure de la différence de potentiels à ses bornes et délivre un signal de contrôle (BA FAULT) signalant un dysfonctionnement de ladite batterie (100) 10 lorsque ladite différence de potentiels est inférieure à une valeur seuil haute pendant au moins une durée prédéterminée. 6) Système de batterie selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite unité de gestion de batterie (200) comporte au moins une unité de 15 détection (216, 220, 223) pour détecter l'absence d'acquisition de signaux de contrôle de la batterie (100) pendant au moins une durée prédéterminée. 7) Système de batterie selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite unité de gestion de batterie (200) comporte une unité de messagerie 20 (206) prévue pour générer des données de contrôle conformes au standard ARINC 429. 8) Système de batterie selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite batterie (100) est montée sur un socle (400) adapté à la réception de 25 ladite batterie, ledit socle étant prévu pour être monté en lieu et place d'une batterie (10) de premier type. 9) Système de batterie selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend encore une platine (500) prévue pour chapeauter ladite batterie (100), ladite platine 30 (500) étant prévue pour supporter ladite unité de gestion de batterie (200) ainsi que les connecteurs (240 et 250) pour la connexion aux équipements électriques dudit aéronef