飞机用锂离子电池的地面辅助设备
2017-09-28
锂电世界010“BHDU3924型GSE”的开发
Development of Ground Support Equipment"BHDU3924"
for Lithium - ion Aircraft Battery
内堀卓治 向 井寛 小西大助
吉田浩明 園田輝男 武田浩一
（日本GS汤浅电池株式会社）
摘要：GS汤浅电池公司正在为下一代“波音787”飞机提供“LVP65-8”型锂离子电池。GS汤浅已为飞机的维护开发了GSE“BHDU3924”地面辅助设备。这种设备可用于机上和地面。其功能之一是对电池的状态如电压、温度及输出信号进行初期检测。其他一些功能包括充电、放电、容量检测及荷电态调节。通过各种检测试验已证实这种GSE设备对电池的维护操作既安全又容易。
关键词：GSE(地面辅助设备）；飞机用电池；APU : BMU
Abstract : GS Yuasa Technology Ltd. is providing Li - ion battery "LVP65 - 8" for the next generation aircraft "Boeing 787". GS Yuasa Technology has also developed GSE (ground support equipment) "BHDU3924" for airlines’ battery maintenance. This equipment is applicable for on - and off - board uses. One of its functions is initial check test on the state of battery such as voltage, temperature, and other output signals. The other functions are charging, dis-charging, capacity check test, and SOC adjustment for storage. The GSE is proved to be operable securely and easily for battery maintenance by various verification tests.
Key words : GSE ; Aircraft battery ; APU ; BMU
1 前言
波音公司开发的下一代中型喷气式787型客机预计于2011年9月开始为航空公司交货。787型飞机通过发动机改良、机体轻量化、电气化的推进等进一步地提高了燃油效率，可以说不仅仅是中型飞机，而且大型飞机也实现了续航距离。GS汤浅电池技术公司为航空公司提供客机用的主电池及作为APU(辅助动力装置）蓄电池的“LVP65-8”锂离子电池，本电池为航空公司提供维护。为达到维护的均匀性和容易程度，需要专用的GSE（地面上的辅助装置）。这里针对本装置进行了开发，电池维护装置所必备的功能是对电池电压、电流、温度的检测、电池内设的BMU(电池监测装置）的信号状态的检测及电池的充放电状态的测定。本文对此装置功能的详情和特点等进行报道。
2 装置的概要
2.1 外观
图1所示本装置的外观照片。操作及控制盘设置在装置上部的前侧，右侧配置有风扇和附件接线用端子。另外，电池连接用端子收藏在本装置的下部。
本装置的外形尺寸是386.7（W）×422.6（H）×235.8（D）mm(包括搬运手柄、地脚及突出的部位）。本装置的重量为12.5 kg（含附件导线）。因此，本装置可设置在飞机内的通道，并可搬运。
2.2 功能
本装置作为无外部电源，“内装电源”作为内设（飞机内用），另外，使用DC电源组合“转换器”可作为（维修车间）使用。本装置具有初期确认试验、充电、放电、容量试验、SOC（充电状态）调整的5种试验功能。“内置”“转换”分别适用各自电机，其功能列于表1。
另外，“初期确认试验”是由本装置测定维护的电池电压及温度。另外，启动电池内设的BMU，通过BMU确认电池自身检测的结果，SOC（荷电状态）是指电池的剩余容量。上述试验中电池的电压和电流等的数据可保存在本装置内部，通过计算机提取数据。
图1 飞机用锂离子电池的地面辅助设备GSE“BHDU3924”的外观
2.3 结构
本装置的程序图示于图2，由控制面板、操作开关、显示用LED、显示器、充电转换、放电转换、放电用电阻、冷却风扇、电源电缆及信号连接器等组成。操作开关·显示用LED·显示器的外观示于图3。主要部件的功能如下。
控制板：控制面板功能为电池信号的输出输入、电压·电流·温度的计测、充放电·冷却·显示控制。
电源电缆：通过电池充放电的电流。
信号端子：进行电池信号怕输出输入。
操作开关：进行开启和停止试验用的操作。
显示用LED：显示电池输出信号的状态。
表1 飞机用锂离子电池维护用GWE“BHDU3924”的作用
图2 飞机用锂离子电池维护用GSE“BHDU3924”设备方框图
显示器：显示电压·电流·温度等情报。
充电转换：进行充电电路与电池的连接和切断的操作。
放电转换：进行放电电路与电池的连接和切断的操作。
放电电阻：进行电池的放电。
冷却风扇：冷却放电电阻等的发热部件。
DC电源端子：通过内设控制面板，由外部电源供给本装置电流。
DC电源控制端子：通过内设控制面板由本装置控制外部电源。
USB端子：试验数据自动存入计算机中进行使用。
2.4 电性能
2.4.1
计测精度
本装置的电压·电流·温度的计测精度列于表2。
2.4.2
充放电设定规格
本装置是操纵面板指定的DC电源组合为电池充电。另外，本装置是在内设操控面板的同时，内设电阻，使电池放电。本装置的充放电设定规格示于表3。
2.5 保护功能
本装置内设充电转换、放电转换、保险丝等。本装置监测电池的电压异常、电池及本装置内部的温度异常、充放电异常、电池BMU信号的异常，异常检测时应关闭相应的转换程序，保护本装置和电池。如短路电流的过大电流出现时通过保险丝保护电池。
图3 飞机用锂离子电池维护用的GSE“BHDU3924”的显示操作仪表的外观
另外，本装置应对检出的异常原因选择代码，出现在显示器上，并保存试验结果的数据。通过确认代码找出异常原因所在，进行精准的确认，有效地提高了维护性能。
3 评价试验
在本装置的开发中，如表4所示进行了操作与性能的确认试验、温湿度和振动·碰撞的环境试验及EMC(电磁兼容性）试验等的评价。
在操作性能确认试验中，将DC电源和电子负荷组合进行试验。在确认本装置各试验功能的操作流程的同时，模拟DC电源及电子负荷的电池电压变化的同时确认充放电电流的变化。
另外，在电池组中确认本装置的充电和放电等的各试验功能的操作性确认试验。在此，从本装置记录并保存电池电压和电流等的数据确认电池电压和充放电电流的变化。
表2 飞机用锂离子电池维护用GSE“BHDU3924”的测量精度
在EMC（电磁兼容性）的试验中，对CE标识的EMC指令进行放射试验和抗扰性试验及PCCclass A的放射试验。
对温湿度和振动·碰撞的环境试验应严格考虑本装置的使用条件进行评价与设定。
4 试验结果与考察
4.1 操作性能的确认
本装置与“LVP65-8”电池组合进行操作性能的确认试验。
图4所示，电池具有代表性的充电性能。电池电压32.2V以下时电流保持50A，当电池电压到达32.2V时可确认电流下降CCCV（恒流·恒压）的性能。
图5所示，电池具有代表性的放电性能。放电开始时50A强电流值是随着电池电压下降可确认下降的CR（恒电阻）放电性能 。
图6所示，经过容量试验电池的充放电性能。本装置首先由充电到电池完全充电状态之后，开始放电并推算电池容量，最后进行电池完全充电终了的正规操作。另外，充电时可以确认示出CCCV的性能和放电时CR的性能。
图7所示，SOC调整（充电）具有代表性的充电性能。以CC（恒电流）性能的充电开始后电池电压到达30.0V确认充电结束。
图8所示，电池具有代表性的SOC调整（放电）的放电性能， 以CR性能的放电开始后，电池电压到达29.6V确认放电结束。
如上所述，有关充放电的各项试验功能，与电池组合后可以确认本装置按正式程序进行操作，充放电性能均达到了要求。
4.2
EMC试验
在EMC（电磁兼容性）试验中，进行了CE标识EMC指令的放射试验和抗扰性试验及PCCclass A的辅射试验，本装置在整个试验过程中没有发生异常，其结果实现了CE标识及FCC类A符合要求的承若。
图9是静电试验，图10是传导妨碍试验的全景。
4.3 温湿度·振动·碰撞等环境试验
实施温湿度·振动·碰撞的环境条件等的评价。其结果基本达到了表4中示出试验项目的标准值，可以确认设计符合要求，其性能稳定。
5 结语
使用本装置及指定的DC电源时，不需要准备大的充放电设备和电池信号的监测装置，并可方便安全地对飞机用电池进行检修。另外不仅可以准确地确认电池的故障，而且还可简单容易地进行电池的容量确认和SOC调整的操作。
今后随着世界各地的航空公司购入波音787型客机，同时也会使用本装置。并可明确本装置可以安全简便地对所用电池进行维护，并进一步地期待本装置将安全顺利地运用于商用飞机。
