Battery Management System and Active Thermal Control of Aircraft Batteries for Aerospace Applications in Cold Temperature

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Batteries have been used in electric and hybrid electric vehicles for more than a decade, and worldwide utilization is increasing, including the aerospace sector. Lithium-ion batteries are temperature-sensitive devices, which adds a challenge for year-long operation in Canadian weather especially for the aerospace sector with stringent requirements. Low temperature operation reduces the battery capacity, reduces the maximum power available, and induces premature aging. High temperature operation creates a risk of thermal runaway and permanent failure, and reduces battery lifespan. An improvement in both thermal monitoring and thermal management is required in support to the electrification of transportation modes, especially in the aerospace sector. The partnership between Calogy, TriStar Multicopters, the Université de Sherbrooke (2 professors) and the École de technologie supérieure (2 professors) is ideal to support the development of this next generation of battery thermal management system. Calogy owns a unique thermal ground plane (TGP) technology to actively control the thermal conductivity within the battery pack and with the environment based on heat pipes using phase changing materials (liquid to gas). ETS' researchers will develop arrays of printed thermal sensors on the TGP to enhance the thermal monitoring. Finally, Sherbrooke's researchers will optimize the battery pack and use artificial intelligence algorithm on the large data set to identify potential failures in operation. TriStar' small-scale drone for cold climate using lithium-ion battery will serve as a perfect test case for the technology, where in-flight demonstrations are planned. This new battery packaging will demonstrate both an improved performance at cold temperature and improved aging characteristics over the aircraft lifetime.#(cr)#(lf)Les batteries sont utilisées dans les véhicules électriques et hybrides depuis plus d'une décennie, et leur utilisation dans le monde augmente, y compris dans le secteur aérospatial. Les batteries au lithium-ion sont des dispositifs sensibles à la température, ce qui ajoute un défi pour un fonctionnement dans les conditions météorologiques canadiennes, en particulier pour le secteur aérospatial aux exigences strictes. Le fonctionnement à basse température réduit la capacité de la batterie et induit un vieillissement prématuré, en plus de limiter la puissance maximale disponible. Un fonctionnement à haute température crée un risque d'emballement thermique et de défaillance permanente, en plus d'accélérer le vieillissement. Une amélioration de la surveillance thermique et de la gestion thermique est nécessaire en support à l'électrification des transports et l'aéronautique dans un climat nordique. Le partenariat entre Calogy, TriStar Multicopters, l'Université de Sherbrooke (2 professeurs) et l'École de technologie supérieure (2 professeurs) est idéal pour soutenir le développement de cette nouvelle génération de système de gestion thermique de batterie. Calogy possède une technologie unique de « thermal ground plane » (TGP) pour contrôler activement la conductivité thermique dans le bloc-batterie et avec l'environnement en utilisant le principe des caloporteurs avec changement de phase. Les chercheurs de l'ÉTS développeront des réseaux de capteurs thermiques imprimés sur le TGP pour améliorer la connaissance de l'état des cellules. Enfin, les chercheurs de Sherbrooke optimiseront la batterie et utiliseront des algorithmes d'intelligence artificielle sur le grand ensemble de données générées par les modèles numériques et essais expérimentaux pour identifier les anomalies et optimiser la gestion thermique. Le drone à petite échelle de TriStar adapté pour le climat froid utilisant une batterie lithium-ion servira de test pour la technologie, où des vols sont prévus. Cette nouvelle batterie démontrera à la fois une performance améliorée à basse température et des caractéristiques de vieillissement améliorées au cours