EP3130151A1 - Systeme de communication dans une installation electrique comportant des batteries - Google Patents

Systeme de communication dans une installation electrique comportant des batteries

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EP3130151A1
EP3130151A1 EP15712179.9A EP15712179A EP3130151A1 EP 3130151 A1 EP3130151 A1 EP 3130151A1 EP 15712179 A EP15712179 A EP 15712179A EP 3130151 A1 EP3130151 A1 EP 3130151A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power conductors
circuit
signal
battery
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15712179.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jérémie JOUSSE
Nicolas GINOT
Christophe BATARD
Jean-Pierre Belliard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Novea Energies
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Nantes Université
Original Assignee
Novea Energies
Universite de Nantes
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Novea Energies, Universite de Nantes, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Novea Energies
Publication of EP3130151A1 publication Critical patent/EP3130151A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present application relates to the communication of data between management devices in an electrical installation comprising several batteries connected in parallel by a pair of power conductors.
  • a battery is a group of several rechargeable cells (batteries, accumulators, etc.) connected in series and / or in parallel between two nodes or terminals for supplying a DC voltage.
  • a battery is generally associated with a battery management device (BMS), that is to say an electronic circuit adapted to implement various functions such as protection functions. the battery during charging or discharging phases, battery cell balancing functions, battery cell temperature monitoring functions, charge state monitoring functions and / or the aging state of the battery, etc.
  • the management device may be connected to the voltage supply terminals of the battery and / or to internal nodes of the battery.
  • the elementary cells of a battery and the management device associated with this battery are often housed in the same protective housing leaving two lugs respectively connected to the two voltage supply terminals of the battery.
  • the assembly including the protective case, the battery cells, and the battery management device is generally referred to as a "battery pack".
  • EMS global energy management system
  • the EMS must be able to interrogate the BMSs of the different batteries to obtain information on the state of the batteries.
  • the BMS must also be able to communicate with each other and / or with the EMS, for example to exchange power distribution type information, current limiting request, etc.
  • wired communication between the EMS and the BMSs to be interrogated is generally used.
  • a specific connector connected to the BMS of each battery can for example be provided outside each battery pack to achieve this wired connection.
  • a disadvantage therefore lies in the need to provide connectors and / or additional cables (in addition to the power conductors) between the EMS and the battery packs, which can pose various problems, particularly in terms of cost, mechanical robustness, etc.
  • wireless (non-contact) communications between the EMS and the BMS could be used.
  • radio communications also has drawbacks, especially in terms of cost, complexity, energy consumption, etc.
  • an embodiment provides a system comprising: a plurality of batteries each having a plurality of elementary cells (Cl, C2) connected between two terminals (+ vn, vn _, v2 +, v2 _) providing a DC voltage, said batteries being connected in parallel by a pair of first and second power conductors, each battery being connected to a battery management device; an overall system energy management system; a generator adapted to apply a first carrier AC signal to said power conductors; and a plurality of transmit-receive circuits respectively connected to the different management devices, each transmit-receive circuit being connected to said power conductors and being adapted, for transmitting data, to switch between two states its impedance between said power conductors for said first signal, so as to modulate the amplitude of said first signal, and, for receiving data, for detecting whether a value representative of the amplitude of said first signal is greater than or less than a threshold.
  • each battery is connected to said power conductors via a termination inductor.
  • the system further comprises at least one load or source of electrical energy connected to the batteries via the pair of power conductors.
  • the charge or source is connected to the power conductors via a termination inductance.
  • each transmission-reception circuit comprises, between a first connection node of the circuit to the first power conductor and a second connection node of the circuit to the second power conductor, a branch comprising a switch in series with a first resistance, and, in parallel with this branch, a second resistance.
  • each transmission-reception circuit comprises, between the first node and an intermediate node, a decoupling capacitor, the branch and the second resistor being connected between the intermediate node and the second node.
  • each transmission-reception circuit comprises a reception circuit comprising two input terminals connected to the terminals of the second resistor, this reception circuit being adapted to supply, on an output terminal, a binary signal representative of the amplitude level of an AC signal across the second resistor.
  • the generator is connected to the power conductors via a decoupling capacitor.
  • the generator is adapted to apply to the power conductors a periodic signal of frequency such that the wavelength of the periodic signal is greater than eight times the maximum length of said pair of power conductors.
  • the global management device is connected to the generator and is adapted to control the generator for applying an alternating signal on the pair of power conductors only during interrogation phases of the battery management devices, and to keep the generator idle the rest of the time.
  • each transmission-reception circuit is coupled to the management device associated with it via a GAN controller.
  • FIG. 1 schematically represents an example of an embodiment of a system comprising a plurality of batteries connected in parallel by a pair of power conductors, and a device for global management of the energy of the system;
  • FIG. 2 schematically and partially illustrates an example of a known type of communication network
  • FIG. 3 shows in more detail an exemplary embodiment of a transmission-reception circuit of the system of FIG. 1;
  • FIG. 4 shows in more detail an exemplary embodiment of a reception circuit of the transmission-reception circuit of FIG. 3.
  • FIG. 1 schematically shows an example of an embodiment of a system comprising a plurality of batteries connected in parallel by a pair of power conductors.
  • the system comprises two batteries B1 and B2 connected in parallel.
  • the battery Bl includes a plurality of unit cells C connected in series and / or in parallel between positive and negative terminals lv lv + _ for supplying a DC voltage
  • the battery B2 comprises a plurality of elementary cells C2 connected in series and / or in parallel between positive terminals v2 + and negative v2 _ supplying a DC voltage.
  • the positive terminals vl + v2 and the + Bl and B2 batteries are connected together by a power conductor 1 +, and the negative terminals vl and v2 _ _ of batteries Bl and B2 are connected by a power conductor 1 _.
  • the conductors 1 + and 1 _ form a pair of power conductors connecting in parallel the batteries B1 and B2.
  • the conductors 1 + and 1 _ are furthermore respectively connected to positive power supply terminals vL + and negative vL _ of an L load.
  • Each battery of the system of FIG. 1 is coupled to a battery management device or BMS, respectively BMS1 for the battery B1 and BMS2 for the battery B2.
  • the BMS1 management device of battery Bl is connected to the battery Bl only via the voltage supply terminal + vl and vl _ battery Bl
  • BMS2 management device of battery B2 is connected to the battery B2 only via the voltage supply terminals v2 + and v2 _ of the battery B2.
  • the described embodiments are however not limited to this particular case.
  • the BMS associated with each battery may not be connected to the main voltage supply terminals of the battery but only to connection nodes internal to the battery, or may be connected to both the battery supply terminals. main battery voltage and internal connection nodes to the battery, and / or can be connected to the 1+ and 1 ⁇ conductors.
  • the system of Figure 1 further comprises a global energy management device EMS.
  • the global management device EMS is connected to the supply terminals vL + and vL _ of the load L.
  • the described embodiments are not limited to this particular case.
  • the global management system EMS it would be desirable for the global management system EMS to be able to communicate with the management devices BMS1 and BMS2 of the batteries B1 and B2 and / or that the devices BMS1 and BMS2 can communicate with each other or with the device EMS.
  • the system of FIG. 1 comprises a generator 101 of an alternating signal, or carrier generator, adapted to apply an alternating signal on the power conductors 1 + and 1 ⁇ of the system, that is to say to emit, on the power path of the system, an alternating signal (or carrier signal) superimposed on the DC voltage of the batteries.
  • the generator 101 supplies an alternating voltage between terminals vacl and vac2, the terminal vacl being connected to the conductor 1 _ , and the terminal vac2 being connected to the conductor 1+ via a capacitor of isolation or decoupling 103.
  • the role of the capacitor 103 is to let the alternating signal produced by the generator 101 to the power bus 1 + / 1 _ , by preventing the generator 101 from seeing the DC voltage of the batteries.
  • the system of Figure 1 further comprises at the ends of the pair of power conductors 1 + / 1 _ (between the conductors 1 + / 1 _ and the terminals of the batteries B1 and B2 and between the conductors 1 + / 1 _ and the terminals of the load L), termination inductances 105 whose role is to pass the continuous power signals between the batteries B1 and B2 and the load L, and to prevent the passage of the alternating carrier signal of the bus of power 1 + / 1 _ to the batteries B1 and B2 or to the load L, in particular to prevent the carrier signal from being absorbed or attenuated by the batteries B1 and B2 or the load L.
  • a first inductor 105 connects the conductor 1 + to the terminal v1 +
  • a second inductor 105 connects the conductor 1 + to the terminal v2 +
  • a third inductor 105 connects the conductor 1 + to the terminal vL + .
  • the system of FIG. 1 further comprises, connected to each of the EMS management devices, BMS1 and BMS2, a transceiver circuit or modem M (ie three circuits M in the example shown).
  • Each of the transceiver circuits M is connected to the power conductors 1 + and 1 ⁇ , and is adapted, to transmit data, to switch between two values its impedance between the conductors 1 + and 1 _ for the AC component. the signal carried by the conductors 1 + and 1 _ , and, to receive data, to detect whether the amplitude of the AC component of the signal carried by the conductors 1 + and 1 _ is greater than or less than a threshold.
  • FIG. 2 schematically shows an example of a conventional CAN communication network.
  • the physical medium used for the transport of the data is a differential pair, generally called CAN bus, comprising a CAN_H conductor and a CAN_L conductor.
  • termination resistors R can connect the CAN_H and CAN_L conductors as shown in FIG. 2.
  • a plurality of identical transmit-receive circuits 201 can be connected to the differential pair, the various circuits 201 being able to be associated with each other. different equipment (no represented) that can communicate with each other. For the sake of simplicity, only two transmission-reception circuits 201 have been represented in FIG. 2.
  • Each circuit 201 comprises, between a connection node NH of the circuit 201 and the driver GAN_H, and an application node with a potential of high reference V cc , a switch SH, and, between an NL connection node of the circuit 201 to the CAN_L conductor and an application node of a low reference potential GND (which will be considered here arbitrarily as being equal to 0 V), a switch SL.
  • the control nodes of the switches SH and SL of the same circuit 201 are connected to the same application node of a binary control signal CAN_TX.
  • Each circuit 201 further comprises a reception stage 203 adapted to detect whether the voltage between the nodes NH and NL is greater than or less than a threshold, and to provide, on an output node CAN_RX, a binary signal whose state depends on the result of this detection.
  • the operation of the CAN network of FIG. 2 is as follows.
  • the binary information transmitted on the CAN bus is encoded by the potential difference between the CAN_L and CAN_H conductors.
  • the switches SH and SL of all the transceiver circuits 201 connected to the differential pair are in the open (non-conducting) state, the potentials of the conductors CAN_L and CAN_H are set at a median potential equal to V cc / 2 through voltage dividing bridges
  • each circuit 201 is adapted, while simultaneously closing its switches SL and SH, to draw the potentials of the conductors CAN_H and CAN_L respectively at the potential V cc and the potential GND, thus increasing the potential difference between the CAN_H and CAN_L conductors in a detectable way on the whole bus.
  • the potential difference between the conductors CAN_H and CAN_L is at a relatively low level. This is a recessive state, interpreted in the CAN protocol as a high logical level.
  • the potential difference between the conductors CAN_H and CAN_L is at a relatively high level. This is a dominant state, interpreted in the CAN protocol as a low logical level.
  • the switches SH and SL of this circuit are controlled in the open state.
  • the level of the voltage between the CAN_L and CAN_H conductors of the CAN bus can then be compared to a threshold by the reception stage 203, which provides on the output node CAN_RX a binary signal representative of the result of this comparison.
  • the respectively dominant and recessive characters of the low and high logical levels are at the heart of the operation of the CAN protocol, and are notably used for the management of the sharing of the communication channel by several equipments each connected to a circuit 201.
  • a control circuit or CAN controller interfaces between each communicating equipment and the transceiver circuit 201 associated with the equipment.
  • the CAN controller comprises an output pin connected to the CAN_TX input of the circuit 201, and an input pin connected to the CAN_RX output of the circuit 201.
  • the CAN controller is adapted to receive data from the associated equipment and to control the circuit 201 for transmitting these data on the CAN bus, and / or receiving data from the circuit 201 and supplying these data to the associated equipment.
  • the software management of the communications can be carried out by the CAN controller, for example in accordance with the ISO 11898 standard.
  • the communication channel In order to be able to use standard CAN controllers to manage communications in a system of the type described with reference to FIG. 1, the communication channel must have a dominant state, corresponding to a first logical level, and a corresponding recessive state. to a second logical level. This condition is respected in the system of FIG. 1, in particular thanks to the fact that the system comprises a single carrier generator 101 common to several transmission-reception circuits M.
  • FIG. 3 shows in more detail an exemplary embodiment of a transmission-reception circuit M of the system of FIG. 1.
  • all the circuits M of the system of FIG. 1 may be identical or similar.
  • the circuit M comprises a node (or terminal) A + intended to be connected to the conductor 1 + , and a node (or terminal) A- intended to be connected to the conductor 1 _ .
  • the circuit M comprises, between the node A + and a node B, a capacitor 301, and furthermore comprises, in series between the node B and the node A-, a switch SW and a resistor R x ⁇ and in parallel with the branch comprising the switch SW and the resistor 3 ⁇ 4 ⁇ , a resistor R rx connecting the node B to the node A-.
  • x and the switch SW can be part of the same switching element, for example a MOS transistor, the resistor R-
  • the capacitor 301 is an isolation or decoupling capacitor whose role is to let the alternating signal produced by the generator 101 to the node B of the circuit M, by preventing the node B from seeing the DC voltage of the batteries.
  • the switch SW of the circuit M When the switch SW of the circuit M is in the closed (on) state, the impedance of the circuit M between the conductors 1 + and 1 _ , for the AC component of the signal carried by the conductors 1 + and 1 ⁇ , is in a low state, and when the switch SW of the circuit M is in the open (non-conducting) state, the impedance of the circuit M between the conductors 1 + and 1 _ , for the AC component of the signal carried by the 1 + and 1 _ conductors, is in a high state.
  • the control node of the switch SW is connected to an input node CAN_TX of the circuit M, adapted to receive a binary control signal.
  • the circuit M furthermore comprises a circuit of receiving RX connected across the resistor R rx , this circuit being adapted to detect if the amplitude of the AC voltage between the nodes B and A- is greater than or less than a threshold, and to provide on an output node CAN_RX circuit M, a binary signal whose state depends on the result of this comparison.
  • the operation of the communication system of Figure 1 is as follows.
  • the binary information transmitted on the pair of power conductors 1 + / 1 _ or power bus, are encoded by the amplitude of the AC signal carried by the power bus.
  • the switches SW of all the transceiver circuits M connected to the power bus are in the open (non-conducting) state, the amplitude of the AC component of the signal carried by the power bus is at a high level.
  • Each circuit M is adapted, by closing its switch SW, to reduce its impedance between the conductors 1 + and 1 _ for the AC component of the signal carried by the power bus, thus decreasing the amplitude of the AC signal carried by the bus. power detectably across the bus.
  • the amplitude of the AC signal on the power bus is at a relatively high level. This is a recessive state because this state is only obtained when all the devices M are in a state of high impedance. This state can be interpreted as a logical high level.
  • the amplitude of the AC signal on the power bus is at a relatively low level. This is a dominant state because this state is obtained as soon as at least one circuit M is in a state of low impedance. This state can be interpreted as a low logical level.
  • the switch SW of this circuit is controlled in the open state.
  • the amplitude level of the alternating voltage j rx across the resistor R rx of the circuit M can then be compared to a threshold by the RX circuit, which provides on the output node CAN_RX of the circuit M a binary signal representative of the result of this comparison.
  • An advantage of the system of FIG. 1 is that it is compatible with standard CAN controllers, which can for example be connected to interface between the different communicating equipment of the network, namely the EMS, BMS1 and BMS2 management devices in the network. example shown, and the transmission-reception circuits M associated with these equipment.
  • the CAN_TX input and the CAN_RX output of each M circuit can be connected respectively to the output (or transmit pin) and input (or receive pin) pins of a standard CAN controller.
  • CAN controllers (not shown) can be integrated in the management devices EMS, BMS1 and BMS2. The software management of the communications can thus be entirely ensured by the standard CAN management stack integrated with the CAN controllers.
  • a logic reversal circuit may optionally be provided to interface the output of the CAN controller and the CAN_TX input of the circuit M so as to ensure compatibility with the signals from the CAN controller
  • FIG. 4 schematically represents, in the form of blocks, a nonlimiting embodiment of the reception circuit RX of the circuit M of FIG. 3.
  • the RX circuit of Figure 4 comprises a bias stage 401 to be connected across the resistor R rx via nodes or terminals el and e2.
  • the stage 401 participates in the impedance of the circuit M between the conductors 1 + and 1 _ for the alternating carrier signal, and supplies at its output an alternating voltage centered around Vpp / 2, Vpp being a voltage
  • the stage 401 also performs an impedance matching with a follower amplifier so as to limit the impact of the measurement on the channel.
  • the circuit RX of FIG. 4 further comprises, at the output of the stage 401, a filtering stage 403, for example a third-order Butterworth band-pass filter, adapted to filter any parasitic signals located outside the region. frequency band of the carrier signal.
  • the circuit RX of FIG. 4 further comprises, at the output of the stage 403, an amplification stage 405 making it possible to obtain a dynamic that is compatible with the downstream processing stages.
  • the RX circuit of Figure 4 further comprises, at the output of the stage 405, a stage 407 for measuring the power of the alternating signal in the frequency band sampled. The use of a power measurement makes it possible to obtain a logarithmic measurement representative of the amplitude of the alternating signal, which is more sensitive than a simple measurement of peak voltage.
  • the circuit RX of FIG. 4 further comprises, at the output of the stage 407, a comparison stage 409 with a threshold of the power measurement provided by the stage 407. The comparison threshold may be fixed or self-adjusting. .
  • the output of the comparator can be connected to the output CA _RX of the circuit M.
  • the alternating carrier signal propagated on the power bus of the electrical installation suffers local attenuation and / or amplification due to interference. with waves reflected at the ends of the power bus.
  • the alternating signal carried by the power bus then has local maxima and minima distributed over the transmission line at multiple distances of ⁇ / 4, ⁇ being the wavelength of the carrier signal, with V V / / f, where ⁇ / ⁇ is the speed of propagation of the AC signal in the conductor, and f is the frequency of the AC signal.
  • minima and maximas are equivalent to local inversions of the impedance of the transmission line, and locally cause an inversion of dominant and recessive levels of the alternative signal, preventing the reconstruction of the original signal.
  • These phenomena of parasitic reflection are all the more marked as the number of nodes or number of circuits M on the network is important.
  • the inventors have however determined that these parasitic disturbances do not prevent a correct reconstruction of the data signals when the total or maximum length of the power bus used as a data transmission line is less than or equal to ⁇ / 8, where ⁇ is the length of the data signal. wave of the carrier signal.
  • the frequency of the carrier signal should preferably be less than about 6.5 MHz.
  • the frequency f of the carrier signal is chosen such that the difference in signal level between the recessive state and the dominant state is close to a maximum peak, for example equal to 20% close to the frequency with which the signal level difference between the recessive state and the dominant state is maximal. This frequency can for example be determined by simulation from the different characteristics of the system.
  • the termination impedances 105 are dimensioned so as to have a low impedance in DC mode to minimize Joule losses, while having a high impedance at the frequency of the carrier signal, to limit the attenuation of the carrier signal. by the different devices connected to the power bus.
  • a compromise must also be found between the value of the inductances, their size, their series resistance, and their cost. The inventors have determined that, for many applications, termination inductances 105 of value in the range of 10 to 30 ⁇ constitute a satisfactory compromise.
  • An advantage of the proposed system is that it does not need to provide a wire link specifically dedicated to the communication between the different management devices of the electrical installation, and that it does not require either to provide wireless communication modules.
  • the transceiver circuits M are generic, i.e. they do not need to be adapted as the carrier signal frequency changes.
  • the same circuits M may be used in installations with different cable lengths and / or numbers of different communicating equipment. Only the frequency of the carrier signal may have to be modified if the cable length changes significantly.
  • the generator 101 of the carrier signal is connected to the power bus 1 + / 1 _ in the vicinity of the global management device EMS.
  • the generator 101 can be connected at any point on the power bus.
  • the generator 101 can be controlled by the global management device EMS, which can for example choose to control it to transmit a carrier signal on the power bus only when it wishes to interrogate the BMS, and the standby the rest of the time so as to save energy.
  • an additional isolation stage can be added between the transceiver circuits. M and batteries B1 and B2 or charge L.
  • the embodiments described are not limited to a particular waveform for the alternating carrier signal produced by the generator 101.
  • the generator 101 can provide a sinusoidal signal, a triangular signal , a rectangular signal, or any other periodic alternating signal whose fundamental frequency satisfies the aforementioned criteria.
  • the amplitude of the carrier signal is not necessarily voltage-controlled but may, alternatively, be current-servocontrolled.
  • the described embodiments are not limited to the case where the generator 101 emits at a determined fixed frequency before the system is deployed.
  • the generator 101 may be capable of generating a plurality of frequencies, and the system may implement an initialization phase during which a plurality of carrier frequencies are tested to select a frequency for satisfactory communication.
  • the reception circuits RX of the transmission-reception circuits M comprise a frequency filter (as in the example of FIG. 4)
  • the filter may be self-extinguishing so that its bandêt automatically focuses on the fundamental frequency of the carrier signal.
  • the load L can be replaced by a power source. More generally, the proposed solution is compatible with a system comprising one or more charges and / or one or more energy sources connected to the pair of power conductors 1 + / 1 _ .

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Abstract

L'invention concerne un système comportant : une pluralité de batteries (B1, B2) reliées en parallèle par une paire de premier (1+) et second (1_) conducteurs de puissance, chaque batterie étant connectée à un dispositif (BMS1, BMS2) de gestion de la batterie; un dispositif (EMS) de gestion globale de l'énergie; un générateur (101) adapté à appliquer un signal alternatif aux conducteurs de puissance (1+, 1_); et une pluralité de circuits (M) d'émission-réception respectivement connectés aux différents dispositifs de gestion (EMS, BMS1, BMS2), chaque circuit (M) d'émission-réception étant connecté aux conducteurs de puissance (1+, 1_) et étant adapté, pour émettre des données, à faire commuter entre deux états son impédance entre les conducteurs de puissance (1+, 1_), et, pour recevoir des données, à détecter si une valeur représentative de l'amplitude du signal alternatif sur lesdits conducteurs de puissance (1+, 1_) est supérieure ou inférieure à un seuil.

Description

SYSTEME DE COMMUNICATION DANS UNE INSTALLATION ELECTRIQUE
COMPORTANT DES BATTERIES
La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR14/53188 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description.
Domaine
La présente demande concerne la communication de données entre des dispositifs de gestion dans une installation électrique comportant plusieurs batteries reliées en parallèle par une paire de conducteurs de puissance.
Exposé de l'art antérieur
Une batterie est un groupement de plusieurs cellules élémentaires rechargeables (piles, accumulateurs, etc.) reliées en série et/ou en parallèle entre deux noeuds ou bornes de fourniture d'une tension continue. Une batterie est généralement associée à un dispositif de gestion de la batterie ou BMS (de l'anglais "Battery Management System"), c'est-à-dire un circuit électronique adapté à mettre en oeuvre diverses fonctions telles que des fonctions de protection de la batterie pendant des phases de charge ou de décharge, des fonctions d'équilibrage des cellules de la batterie, des fonctions de surveillance de la température des cellules de la batterie, des fonctions de surveillance de l'état de charge et/ou de l'état de vieillissement de la batterie, etc. Le dispositif de gestion peut être connecté aux bornes de fourniture de tension de la batterie et/ou à des noeuds internes de la batterie. Les cellules élémentaires d'une batterie et le dispositif de gestion associé à cette batterie sont souvent logés dans un même boîtier de protection laissant accessibles deux cosses respectivement connectées aux deux bornes de fourniture de tension de la batterie. L'ensemble comprenant le boîtier de protection, les cellules de la batterie, et le dispositif de gestion de la batterie est généralement appelé "pack batterie" .
Dans certaines applications, plusieurs batteries sont reliées en parallèle par une paire de conducteurs de puissance, pour alimenter une charge et/ou en vue d'être chargées par une source d'énergie électrique. Dans de telles applications, un dispositif de gestion globale de l'énergie ou EMS (de l'anglais "Energy Management System") est généralement prévu, notamment pour assurer des fonctions de protection de l'installation et/ou de surveillance de l'état des différentes batteries. L'EMS doit pouvoir interroger les BMS des différentes batteries pour obtenir des informations sur l'état des batteries. Généralement, les BMS doivent en outre pouvoir communiquer les uns avec les autres et/ou avec l'EMS, par exemple pour échanger des informations de type répartition de puissance, demande de limitation de courant, etc.
Pour cela, on utilise généralement une communication filaire entre l'EMS et les BMS à interroger. Un connecteur spécifique relié au BMS de chaque batterie peut par exemple être prévu à l'extérieur de chaque pack batterie pour réaliser cette connexion filaire. Un inconvénient réside alors dans la nécessité de prévoir connecteurs et/ou des câbles supplémentaires (en plus des conducteurs de puissance) entre l'EMS et les packs batterie, ce qui peut poser divers problèmes, notamment en termes de coût, de robustesse mécanique, etc.
Pour éviter les inconvénients d'une communication filaire, on pourrait utiliser des communications par ondes radio (sans contact) entre l'EMS et les BMS. L'utilisation de communications radio présente toutefois aussi des inconvénients, notamment en termes de coût, de complexité, de consommation énergétique, etc.
Il serait souhaitable de pouvoir disposer d'un moyen fiable, simple et peu coûteux permettant à un dispositif de gestion globale d'énergie ou EMS de communiquer avec des dispositifs de gestion de batterie ou BMS, dans un système comportant plusieurs batteries reliées en parallèle par une paire de conducteurs de puissance.
Résumé
Pour cela, un mode de réalisation prévoit un système comportant : une pluralité de batteries comportant chacune une pluralité de cellules élémentaires (Cl, C2) reliées entre deux bornes (vl+, vl_, v2+, v2_) de fourniture d'une tension continue, lesdites batteries étant reliées en parallèle par une paire de premier et second conducteurs de puissance, chaque batterie étant connectée à un dispositif de gestion de la batterie ; un dispositif de gestion globale de l'énergie du système ; un générateur adapté à appliquer un premier signal alternatif porteur auxdits conducteurs de puissance ; et une pluralité de circuits d'émission-réception respectivement connectés aux différents dispositifs de gestion, chaque circuit d'émission-réception étant connecté auxdits conducteurs de puissance et étant adapté, pour émettre des données, à faire commuter entre deux états son impédance entre lesdits conducteurs de puissance pour ledit premier signal, de façon à moduler l'amplitude dudit premier signal, et, pour recevoir des données, à détecter si une valeur représentative de l'amplitude dudit premier signal est supérieure ou inférieure à un seuil.
Selon un mode de réalisation, chaque batterie est reliée auxdits conducteurs de puissance par l'intermédiaire d'une inductance de terminaison.
Selon un mode de réalisation, le système comporte en outre au moins une charge ou source d'énergie électrique reliée aux batteries par l'intermédiaire de la paire de conducteurs de puissance. Selon un mode de réalisation, la charge ou source est reliée aux conducteurs de puissance par l'intermédiaire d'une inductance de terminaison.
Selon un mode de réalisation, chaque circuit d'émission- réception comprend, entre un premier noeud de connexion du circuit au premier conducteur de puissance et un deuxième noeud de connexion du circuit au deuxième conducteur de puissance, une branche comprenant un interrupteur en série avec une première résistance, et, en parallèle de cette branche, une deuxième résistance.
Selon un mode de réalisation, chaque circuit d'émission- réception comprend, entre le premier noeud et un noeud intermédiaire, un condensateur de découplage, la branche et la deuxième résistance étant connectées entre le noeud intermédiaire et le deuxième noeud.
Selon un mode de réalisation, chaque circuit d'émission- réception comprend un circuit de réception comportant deux bornes d'entrée connectées aux bornes de la deuxième résistance, ce circuit de réception étant adapté à fournir, sur une borne de sortie, un signal binaire représentatif du niveau d'amplitude d'un signal alternatif aux bornes de la deuxième résistance.
Selon un mode de réalisation, le générateur est relié aux conducteurs de puissance par l'intermédiaire d'un condensateur de découplage.
Selon un mode de réalisation, le générateur est adapté à appliquer aux conducteurs de puissance un signal périodique de fréquence telle que la longueur d'onde du signal périodique soit supérieure à huit fois la longueur maximale de ladite paire de conducteurs de puissance.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de gestion globale est connecté au générateur et est adapté à commander le générateur pour appliquer un signal alternatif sur la paire de conducteurs de puissance uniquement lors de phases d'interrogation des dispositifs de gestion des batteries, et à maintenir en veille le générateur le reste du temps. Selon un mode de réalisation, chaque circuit d'émission- réception est couplé au dispositif de gestion qui lui est associé par l'intermédiaire d'un contrôleur GAN.
Brève description des dessins
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1 représente de façon schématique un exemple d'un mode de réalisation d'un système comportant plusieurs batteries reliées en parallèle par une paire de conducteurs de puissance, et un dispositif de gestion globale de l'énergie du système ;
la figure 2 illustre de façon schématique et partielle un exemple d'un réseau de communication de type connu ;
la figure 3 représente de façon plus détaillée un exemple de réalisation d'un circuit d'émission-réception du système de la figure 1 ; et
la figure 4 représente de façon plus détaillée un exemple de réalisation d'un circuit de réception du circuit d'émission-réception de la figure 3.
Description détaillée
Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures.
La figure 1 représente de façon schématique un exemple d'un mode de réalisation d'un système comportant plusieurs batteries reliées en parallèle par une paire de conducteurs de puissance. Dans l'exemple représenté, le système comprend deux batteries Bl et B2 reliées en parallèle. L'homme du métier saura toutefois adapter les modes de réalisation décrits à des applications comportant un nombre de batteries en parallèle supérieur à deux. La batterie Bl comprend une pluralité de cellules élémentaires Cl reliées en série et/ou en parallèle entre des bornes positive vl+ et négative vl_ de fourniture d'une tension continue, et la batterie B2 comprend une pluralité de cellules élémentaires C2 reliées en série et/ou en parallèle entre des bornes positive v2+ et négative v2_ de fourniture d'une tension continue. Les bornes positives vl+ et v2+ des batteries Bl et B2 sont reliées ensemble par un conducteur de puissance 1+, et les bornes négatives vl_ et v2_ des batteries Bl et B2 sont reliées ensemble par un conducteur de puissance 1_ . Les conducteurs 1+ et 1_ forment une paire de conducteurs de puissance reliant en parallèle les batteries Bl et B2. Dans cet exemple, les conducteurs 1+ et 1_ sont en outre respectivement reliés à des bornes d'alimentation positive vL+ et négative vL_ d'une charge L.
Chaque batterie du système de la figure 1 est couplée à un dispositif de gestion de la batterie ou BMS, respectivement BMS1 pour la batterie Bl et BMS2 pour la batterie B2. Dans l'exemple représenté, le dispositif de gestion BMS1 de la batterie Bl est connecté à la batterie Bl uniquement via les bornes de fourniture de tension vl+ et vl_ de la batterie Bl, et le dispositif de gestion BMS2 de la batterie B2 est connecté à la batterie B2 uniquement via les bornes de fourniture de tension v2+ et v2_ de la batterie B2. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier. A titre de variante, le BMS associé à chaque batterie peut ne pas être connecté aux bornes de fourniture de tension principales de la batterie mais seulement à des noeuds de connexion internes à la batterie, ou peut être connecté à la fois aux bornes de fourniture de tension principales de la batterie et à des noeuds de connexion internes à la batterie, et/ou peut être connecté aux conducteurs 1+ et 1~.
Le système de la figure 1 comprend en outre un dispositif de gestion globale de l'énergie EMS. Dans l'exemple représenté, le dispositif de gestion globale EMS est connecté aux bornes d'alimentation vL+ et vL_ de la charge L. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier.
Comme cela a été expliqué ci-dessus, il serait souhaitable que le dispositif de gestion globale EMS puisse communiquer avec les dispositifs de gestion BMSl et BMS2 des batteries Bl et B2 et/ou que les dispositifs BMSl et BMS2 puissent communiquer entre eux ou avec le dispositif EMS .
Selon un aspect des modes de réalisation décrits, on prévoit d'utiliser le bus de puissance formé par la paire de conducteurs 1+ et 1_, présent de manière inhérente dans toute installation électrique comportant des batteries reliées en parallèle, pour transporter des données.
Pour cela, le système de la figure 1 comprend un générateur 101 d'un signal alternatif, ou générateur de porteuse, adapté à appliquer un signal alternatif sur les conducteurs de puissance 1+ et 1~ du système, c'est-à-dire à émettre, sur le chemin de puissance du système, un signal alternatif (ou signal porteur) se superposant à la tension continue des batteries. Dans l'exemple représenté, le générateur 101 fournit une tension alternative entre des bornes vacl et vac2, la borne vacl étant connectée au conducteur 1_, et la borne vac2 étant reliée au conducteur 1+ par l'intermédiaire d'un condensateur d'isolation ou de découplage 103. Le rôle du condensateur 103 est de laisser passer le signal alternatif produit par le générateur 101 vers le bus de puissance 1+/1_, en empêchant que le générateur 101 ne voie la tension continue des batteries.
Le système de la figure 1 comprend en outre, aux extrémités de la paire de conducteurs de puissance 1+/1_ (entre les conducteurs 1+/1_ et les bornes des batteries Bl et B2 et entre les conducteurs 1+/1_ et les bornes de la charge L) , des inductances de terminaison 105 dont le rôle est de laisser passer les signaux de puissance continus entre les batteries Bl et B2 et la charge L, et d'empêcher le passage du signal porteur alternatif du bus de puissance 1+/1_ vers les batteries Bl et B2 ou vers la charge L, notamment pour éviter que le signal porteur ne soit absorbé ou atténué par les batteries Bl et B2 ou par la charge L. Plus particulièrement, dans l'exemple représenté, une première inductance 105 relie le conducteur 1+ a la borne vl+, une deuxième inductance 105 relie le conducteur 1+ à la borne v2+, et une troisième inductance 105 relie le conducteur 1+ à la borne vL+.
Le système de la figure 1 comprend en outre, connecté à chacun des dispositifs de gestion EMS, BMS1 et BMS2, un circuit d'émission-réception ou modem M (soit trois circuit M dans l'exemple représenté) . Chacun des circuits d'émission-réception M est connecté aux conducteurs de puissance 1+ et 1~, et est adapté, pour émettre des données, à faire commuter entre deux valeurs son impédance entre les conducteurs 1+ et 1_ pour la composante alternative du signal porté par les conducteurs 1+ et 1_, et, pour recevoir des données, à détecter si l'amplitude de la composante alternative du signal porté par les conducteurs 1+ et 1_ est supérieure ou inférieure à un seuil .
Il serait par ailleurs souhaitable de pouvoir disposer d'un système de communication entre les BMS et le dispositif de gestion globale EMS compatible avec le protocole de communication CAN (de l'anglais "Controller Area Network" - réseau de contrôleurs de zone) , décrit notamment dans la norme ISO 11898, de façon que le système puisse être implémenté en utilisant des contrôleurs CAN standard pour la gestion des communications entre le dispositif de gestion globale EMS et les BMS.
Pour que le système de la figure 1 soit compatible avec le protocole de communication CAN, de façon notamment à pouvoir utiliser des contrôleurs CAN standard pour la gestion des communications, certaines contraintes sont à respecter.
La figure 2 représente de façon schématique un exemple d'un réseau de communication CAN classique. Dans un tel réseau, le support physique utilisé pour le transport des données est une paire différentielle, généralement appelée bus CAN, comportant un conducteur CAN_H et un conducteur CAN_L. Aux extrémités de la paire différentielle, des résistances de terminaison R peuvent relier les conducteurs CAN_H et CAN_L comme représenté en figure 2. Plusieurs circuits d'émission-réception identiques 201 peuvent être connectés à la paire différentielle, les différents circuits 201 pouvant être associés à différents équipements (non représentés) susceptibles de communiquer les uns avec les autres. Par souci de simplification, seuls deux circuits d'émission- réception 201 ont été représentés sur la figure 2. Chaque circuit 201 comprend, entre un noeud NH de connexion du circuit 201 au conducteur GAN_H et un noeud d'application d'un potentiel de référence haut Vcc, un interrupteur SH, et, entre un noeud NL de connexion du circuit 201 au conducteur CAN_L et un noeud d'application d'un potentiel de référence bas GND (que l'on considérera ici arbitrairement comme étant égal à 0 V) , un interrupteur SL. Les noeuds de commande des interrupteurs SH et SL d'un même circuit 201 sont connectés à un même noeud d'application d'un signal de commande binaire CAN_TX. Chaque circuit 201 comprend en outre un étage de réception 203 adapté à détecter si la tension entre les noeuds NH et NL est supérieure ou inférieure à un seuil, et à fournir, sur un noeud de sortie CAN_RX, un signal binaire dont l'état dépend du résultat de cette détection.
Le fonctionnement du réseau CAN de la figure 2 est le suivant. Les informations binaires transmises sur le bus CAN sont encodées par la différence de potentiel entre les conducteurs CAN_L et CAN_H. Lorsque les interrupteurs SH et SL de tous les circuits d'émission-réception 201 connectés à la paire différentielle sont à l'état ouvert (non passant), les potentiels des conducteurs CAN_L et CAN_H sont fixés à un potentiel médian égal à Vcc/2 par l'intermédiaire de ponts diviseurs de tension
(non représentés) internes aux circuits 201. La différence de potentiel entre les conducteurs CAN_L et CAN_H est donc approximativement nulle. Chaque circuit 201 est adapté, en fermant simultanément ses interrupteurs SL et SH, à tirer les potentiels des conducteurs CAN_H et CAN_L respectivement au potentiel Vcc et au potentiel GND, augmentant ainsi la différence de potentiel entre les conducteurs CAN_H et CAN_L de façon détectable sur l'ensemble du bus. Lorsque le canal est au repos (les interrupteurs SL et SH des différents circuits 201 sont à l'état ouvert) , la différence de potentiel entre les conducteurs CAN_H et CAN_L est à un niveau relativement faible. Il s'agit d'un état récessif, interprété dans le protocole CAN comme un niveau logique haut. Lorsqu'au moins un circuit 201 a ses interrupteurs SL et SH à l'état fermé, la différence de potentiel entre les conducteurs CAN_H et CAN_L est à un niveau relativement élevé. Il s'agit d'un état dominant, interprété dans le protocole CAN comme un niveau logique bas. Lors d'une phase de lecture de données sur le bus CAN par un circuit 201, les interrupteurs SH et SL de ce circuit sont commandés à l'état ouvert. Le niveau de la tension entre les conducteurs CAN_L et CAN_H du bus CAN peut alors être comparé à un seuil par l'étage de réception 203, qui fournit sur le noeud de sortie CAN_RX un signal binaire représentatif du résultat de cette comparaison.
Les caractères respectivement dominant et récessif des niveaux logiques bas et haut sont au coeur du fonctionnement du protocole CAN, et sont notamment exploités pour la gestion du partage du canal de communication par plusieurs équipements reliés chacun à un circuit 201.
En pratique, un circuit de contrôle ou contrôleur CAN fait interface entre chaque équipement communiquant et le circuit d'émission-réception 201 associé à l'équipement. Le contrôleur CAN comprend une broche de sortie connectée à 1 ' entrée CAN_TX du circuit 201, et une broche d'entrée connectée à la sortie CAN_RX du circuit 201. Le contrôleur CAN est adapté à recevoir des données de l'équipement associé et à commander le circuit 201 pour transmettre ces données sur le bus CAN, et/ou à recevoir des données du circuit 201 et à fournir ces données à l'équipement associé. La gestion logicielle des communications peut être effectuée par le contrôleur CAN, par exemple conformément à la norme ISO 11898.
Pour pouvoir utiliser des contrôleurs CAN standard pour gérer des communications dans un système du type décrit en relation avec la figure 1, il faut que le canal de communication puisse présenter un état dominant, correspondant à un premier niveau logique, et un état récessif, correspondant à un second niveau logique. Cette condition est respectée dans le système de la figure 1, notamment grâce au fait que le système comprend un unique générateur de porteuse 101 commun à plusieurs circuits d'émission-réception M.
La figure 3 représente de façon plus détaillée un exemple de réalisation d'un circuit d'émission-réception M du système de la figure 1. En pratique, tous les circuits M du système de la figure 1 peuvent être identiques ou similaires.
Le circuit M comprend un noeud (ou borne) A+ destiné à être connecté au conducteur 1+, et un noeud (ou borne) A- destiné à être connecté au conducteur 1_ . Dans cet exemple, le circuit M comprend, entre le noeud A+ et un noeud B, un condensateur 301, et comprend en outre, en série entre le noeud B et le noeud A-, un interrupteur SW et une résistance R x^ et, en parallèle de la branche comportant l'interrupteur SW et la résistance ¾χ, une résistance Rrx reliant le noeud B au noeud A-. A titre d'exemple non limitatif, la résistance R-|-x et l'interrupteur SW peuvent faire partie d'un même élément de commutation, par exemple un transistor MOS, la résistance R-|-x étant alors la résistance interne à l'état passant du transistor MOS. Le condensateur 301 est un condensateur d'isolation ou de découplage dont le rôle est de laisser passer le signal alternatif produit par le générateur 101 vers le noeud B du circuit M, en empêchant que le noeud B ne voie la tension continue des batteries.
Lorsque l'interrupteur SW du circuit M est à l'état fermé (passant), l'impédance du circuit M entre les conducteurs 1+ et 1_, pour la composante alternative du signal porté par les conducteurs 1+ et 1~, est à un état bas, et, lorsque l'interrupteur SW du circuit M est à l'état ouvert (non passant), l'impédance du circuit M entre les conducteurs 1+ et 1_, pour la composante alternative du signal porté par les conducteurs 1+ et 1_, est à un état haut .
Le noeud de commande de l'interrupteur SW est relié à un noeud d'entrée CAN_TX du circuit M, adapté à recevoir un signal de commande binaire. Le circuit M comprend en outre un circuit de réception RX connecté aux bornes de la résistance Rrx, ce circuit étant adapté à détecter si l'amplitude de la tension alternative entre les noeuds B et A- est supérieure ou inférieure à un seuil, et à fournir, sur un noeud de sortie CAN_RX du circuit M, un signal binaire dont l'état dépend du résultat de cette comparaison.
Le fonctionnement du système de communication de la figure 1 est le suivant. Les informations binaires transmises sur la paire de conducteurs de puissance 1+/1_ ou bus de puissance, sont encodées par l'amplitude du signal alternatif porté par le bus de puissance. Lorsque les interrupteurs SW de tous les circuits d'émission-réception M connectés au bus de puissance sont à l'état ouvert (non passant), l'amplitude de la composante alternative du signal porté par le bus de puissance est à un niveau haut. Chaque circuit M est adapté, en fermant son interrupteur SW, à diminuer son impédance entre les conducteurs 1+ et 1_ pour la composante alternative du signal porté par le bus de puissance, diminuant ainsi l'amplitude du signal alternatif porté par le bus de puissance de façon détectable sur l'ensemble du bus. Lorsque le canal est au repos (les interrupteurs SW des différents circuits M sont ouverts), l'amplitude du signal alternatif sur le bus de puissance est à un niveau relativement élevé. Il s'agit d'un état récessif car cet état n'est obtenu que lorsque tous les dispositifs M sont à un état de haute impédance. Cet état peut être interprété comme un niveau logique haut.
Lorsqu'au moins un circuit M a son interrupteur SW fermé, l'amplitude du signal alternatif sur le bus de puissance est à un niveau relativement faible. Il s'agit d'un état dominant car cet état est obtenu dès qu'au moins un circuit M est à un état de basse impédance. Cet état peut être interprété comme un niveau logique bas. Lors d'une phase de lecture de données sur le bus de puissance par un circuit M, l'interrupteur SW de ce circuit est commandé à l'état ouvert. Le niveau d'amplitude de la tension alternative j^rx aux bornes de la résistance Rrx du circuit M, représentatif du niveau d'amplitude du signal porteur sur le bus de puissance, peut alors être comparé à un seuil par le circuit RX, qui fournit sur le noeud de sortie CAN_RX du circuit M un signal binaire représentatif du résultat de cette comparaison.
Ainsi, on retrouve dans le comportement du système de la figure 1 les caractères respectivement dominant et récessif des niveaux logiques haut et bas, tels qu'ils existent dans un réseau CAN du type décrit en relation avec la figure 2.
Un avantage du système de la figure 1 est qu'il est compatible avec des contrôleurs CAN standard, qui peuvent par exemple être connectés pour faire interface entre les différents équipements communiquant du réseau, à savoir les dispositifs de gestion EMS, BMS1 et BMS2 dans l'exemple représenté, et les circuits d'émission-réception M associés à ces équipements. A titre d'exemple, l'entrée CAN_TX et la sortie CAN_RX de chaque circuit M peuvent être connectées respectivement à des broches de sortie (ou broche d'émission) et d'entrée (ou broche de réception) d'un contrôleur CAN standard. A titre d'exemple non limitatif, des contrôleurs CAN (non représentés) peuvent être intégrés dans les dispositifs de gestion EMS, BMS1 et BMS2. La gestion logicielle des communications peut donc être entièrement assurée par la pile de gestion CAN standard intégrée aux contrôleurs CAN. On notera qu'un circuit d'inversion logique, non représenté, peut éventuellement être prévu pour faire interface entre la sortie du contrôleur CAN et l'entrée CAN_TX du circuit M de façon à assurer la compatibilité avec les signaux issus du contrôleur CAN
(notamment en fonction du type d'interrupteur SW utilisé) .
La figure 4 représente schématiquement, sous forme de blocs, un exemple non limitatif de réalisation du circuit de réception RX du circuit M de la figure 3.
Le circuit RX de la figure 4 comprend un étage de polarisation 401 destiné à être connecté aux bornes de la résistance Rrx via des noeuds ou bornes el et e2. L'étage 401 participe à 1 ' impédance du circuit M entre les conducteurs 1+ et 1_ pour le signal porteur alternatif, et fournit à sa sortie une tension alternative centrée autour de Vpp/2, Vpp étant une tension locale d'alimentation du circuit M. L'étage 401 effectue en outre une adaptation d'impédance avec un amplificateur suiveur de façon à limiter l'impact de la mesure sur le canal. Le circuit RX de la figure 4 comprend en outre, en sortie de l'étage 401, un étage de filtrage 403, par exemple un filtre passe-bande Butterworth du troisième ordre, adapté à filtrer d'éventuels signaux parasites situés en dehors de la bande de fréquence du signal porteur. Le circuit RX de la figure 4 comprend en outre, en sortie de l'étage 403, un étage 405 d'amplification permettant d'obtenir une dynamique compatible avec les étages de traitement avals. Le circuit RX de la figure 4 comprend en outre, en sortie de l'étage 405, un étage 407 de mesure de la puissance du signal alternatif dans la bande fréquentielle prélevée. L'utilisation d'une mesure de puissance permet en effet d'obtenir une mesure logarithmique représentative de l'amplitude du signal alternatif, plus sensible qu'une simple mesure de tension crête. Le circuit RX de la figure 4 comprend en outre, en sortie de l'étage 407, un étage 409 de comparaison à un seuil de la mesure de puissance fournie par l'étage 407. Le seuil de comparaison peut être fixe ou auto- ajustable. La sortie du comparateur peut être connectée à la sortie CA _RX du circuit M.
Les essais réalisés par les inventeurs ont montré que, dans un système du type décrit en relation avec la figure 1, le signal porteur alternatif propagé sur le bus de puissance de l'installation électrique subit des atténuations et/ou amplifications locales dues à des interférences avec des ondes réfléchies aux extrémités du bus de puissance. Le signal alternatif porté par le bus de puissance présente alors des maximas et des minimas locaux répartis sur la ligne de transmission à des distances multiples de λ/4, λ étant la longueur d'onde du signal porteur, avec =V^/f, où λ/φ est la vitesse de propagation du signal alternatif dans le conducteur, et f la fréquence du signal alternatif. Ces minimas et maximas sont équivalents à des inversions locales de l'impédance de la ligne de transmission, et provoquent localement une inversion des niveaux dominant et récessif du signal alternatif, empêchant la reconstruction du signal original. Ces phénomènes de réflexion parasite sont d'autant plus marqués que le nombre de noeuds ou nombre de circuits M sur le réseau est important.
Les inventeurs ont toutefois déterminé que ces perturbations parasites n'empêchent pas une reconstruction correcte des signaux de données lorsque la longueur totale ou maximale du bus de puissance utilisée comme ligne de transmission de données est inférieure ou égale λ/8, λ étant la longueur d'onde du signal porteur.
A titre d'exemple non limitatif, dans un système dans lequel la longueur totale du bus de puissance est de 3 mètres, et pour une vitesse de phase νφ=155*10^ m. s--'-, on obtient que la fréquence du signal porteur doit de préférence être inférieure à environ 6.5 MHz. En pratique, la fréquence f du signal porteur est choisie telle que la différence de niveau de signal entre l'état récessif et l'état dominant soit voisine d'un pic maximal, par exemple égale à 20% près à la fréquence à laquelle la différence de niveau de signal entre l'état récessif et l'état dominant est maximale. Cette fréquence peut par exemple être déterminée par simulation à partir des différentes caractéristiques du système.
Comme indiqué précédemment, les impédances de terminaison 105 sont dimensionnées de façon à présenter une faible impédance en régime DC pour minimiser les pertes par effet Joule, tout en présentant une forte impédance à la fréquence du signal porteur, pour limiter l'atténuation du signal porteur par les différents équipements connectés au bus de puissance. Un compromis doit en outre être trouvé entre la valeur des inductances, leur encombrement, leur résistance série, et leur coût. Les inventeurs ont déterminé que, pour de nombreuses applications, des inductances de terminaison 105 de valeur comprise dans la plage allant de 10 à 30 μΗ constituent un compromis satisfaisant.
Un avantage du système proposé est qu'il ne nécessite pas de prévoir une liaison filaire spécifiquement dédiée à la communication entre les différents dispositifs de gestion de l'installation électrique, et qu'il ne nécessite pas non plus de prévoir des modules de communication sans fil.
Un autre avantage est que ce système est compatible avec des contrôleurs CAN standard, comme cela a été expliqué ci-dessus .
En outre, dans le système proposé, les circuits d'émission-réception M sont génériques, c'est-à-dire qu'ils n'ont pas besoin d'être adaptés lorsque la fréquence du signal porteur change. Ainsi, les mêmes circuits M pourront être utilisés dans des installations présentant des longueurs de câble différentes et/ou des nombres d'équipements communicants différents. Seule la fréquence du signal porteur devra éventuellement être modifiée si la longueur de câble change de façon significative.
Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art.
En particulier, dans l'exemple représenté en figure 1, le générateur 101 du signal porteur est connecté au bus de puissance 1+/1_ au voisinage du dispositif de gestion globale EMS . Les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à ce cas particulier. Plus généralement, le générateur 101 peut être connecté en tout point du bus de puissance. De façon avantageuse mais non limitative, le générateur 101 peut être piloté par le dispositif de gestion globale EMS, qui peut par exemple choisir de le commander pour émettre un signal porteur sur le bus de puissance uniquement lorsqu'il souhaite interroger les BMS, et le maintenir en veille le reste du temps de façon à économiser de 1 ' énergie .
De plus, pour certaines applications de forte puissance utilisant des tensions continues élevées sur le bus de puissance, un étage d'isolation supplémentaire (transformateur, liaison capacitive, opto-coupleur, etc.) peut être ajouté entre les circuits d'émission-réception M et les batteries Bl et B2 ou la charge L. Par ailleurs, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à une forme d'onde particulière pour le signal porteur alternatif produit par le générateur 101. A titre d'exemples non limitatifs, le générateur 101 peut fournir un signal sinusoïdal, un signal triangulaire, un signal rectangulaire, ou tout autre signal alternatif périodique dont la fréquence fondamentale répond aux critères susmentionnés .
De plus, l'amplitude du signal porteur n'est pas nécessairement asservie en tension mais peut, à titre de variante, être asservie en courant.
En outre, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas au cas où le générateur 101 émet à une fréquence f fixe déterminée avant le déploiement du système. A titre de variante, le générateur 101 peut être capable de générer plusieurs fréquences, et le système peut mettre en oeuvre une phase d'initialisation pendant laquelle plusieurs fréquences porteuses sont testées pour sélectionner une fréquence permettant une communication satisfaisante. De même, dans le cas où les circuits de réception RX des circuits d'émission-réception M comportent un filtre fréquentiel (tel que dans l'exemple de la figure 4), le filtre peut être auto-a ustable de façon que sa bande passante se centre automatiquement sur la fréquence fondamentale du signal porteur.
On notera en outre que dans l'exemple de la figure 1, la charge L peut être remplacée par une source d'énergie. Plus généralement, la solution proposée est compatible avec un système comportant une ou plusieurs charges et/ou une ou plusieurs sources d'énergie connectées à la paire de conducteurs de puissance 1+/1_.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système comportant :
une pluralité de batteries (Bl, B2) comportant chacune une pluralité de cellules élémentaires (Cl, C2) reliées entre deux bornes (vl+, vl_, v2+, v2_) de fourniture d'une tension continue, lesdites batteries étant reliées en parallèle par une paire de premier (1+) et second (1_) conducteurs de puissance, chaque batterie étant connectée à un dispositif (BMS1, BMS2) de gestion de la batterie ;
un dispositif (EMS) de gestion globale de l'énergie du système ;
un générateur (101) adapté à appliquer un premier signal alternatif porteur auxdits conducteurs de puissance (1+, 1~) ; et une pluralité de circuits (M) d'émission-réception respectivement connectés aux différents dispositifs de gestion (EMS, BMS1, BMS2), chaque circuit (M) d'émission-réception étant connecté auxdits conducteurs de puissance (1+, 1~) et étant adapté, pour émettre des données, à faire commuter entre deux états son impédance entre lesdits conducteurs de puissance (1+, 1_) pour ledit premier signal, de façon à moduler l'amplitude dudit premier signal , et, pour recevoir des données, à détecter si une valeur représentative de l'amplitude dudit premier signal est supérieure ou inférieure à un seuil.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel chaque batterie (Bl, B2) est reliée auxdits conducteurs de puissance (1+, 1_) par l'intermédiaire d'une inductance de terminaison (105).
3. Système selon la revendication 1 ou 2, comportant en outre au moins une charge (L) ou source d'énergie électrique reliée aux batteries (Bl, B2) par l'intermédiaire de la paire de conducteurs de puissance (1+, 1~) .
4. Système selon la revendication 3, dans lequel ladite au moins une charge (L) ou source est reliée auxdits conducteurs de puissance (1+, 1_) par l'intermédiaire d'une inductance de terminaison (105) .
5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque circuit (M) d'émission-réception comprend, entre un premier noeud (A+) de connexion du circuit au premier conducteur de puissance (1+) et un deuxième noeud (A-) de connexion du circuit au deuxième conducteur de puissance (1_) , une branche comprenant un interrupteur (SW) en série avec une première résistance (Rtx) e"t, en parallèle de cette branche, une deuxième résistance (Rrx) .
6. Système selon la revendication 5, dans lequel chaque circuit (M) d'émission-réception comprend, entre le premier noeud
(A+) et un noeud intermédiaire (B) , un condensateur (301) de découplage, ladite branche (SW, R-^χ ) et ladite deuxième résistance (Rrx) étant connectées entre le noeud intermédiaire (B) et le deuxième noeud (A-) .
7. Système selon la revendication 5 ou 6, dans lequel chaque circuit (M) d'émission-réception comprend un circuit de réception (RX) comportant deux bornes d'entrée (el, e2) connectées aux bornes de la deuxième résistance ( rx) > ce circuit de réception (RX) étant adapté à fournir, sur une borne de sortie (CAN_RX) , un signal binaire représentatif du niveau d'amplitude d'un signal alternatif aux bornes de la deuxième résistance (Rrx) ·
8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le générateur (101) est relié auxdits conducteurs de puissance (1+, 1_) par l'intermédiaire d'un condensateur de découplage (103) .
9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le générateur (101) est adapté à appliquer auxdits conducteurs de puissance (1+, 1_) un signal périodique de fréquence telle que la longueur d'onde (λ) du signal périodique soit supérieure à huit fois la longueur maximale de ladite paire de conducteurs de puissance (1+, 1~) .
10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le dispositif de gestion globale (EMS) est connecté au générateur (101) et est adapté à commander le générateur (101) pour appliquer un signal alternatif sur la paire de conducteurs de puissance (1+, l-) uniquement lors de phases d'interrogation des dispositifs de gestion des batteries (BMS1, BMS2) , et à maintenir en veille le générateur (101) le reste du temps .
11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel chaque circuit (M) d'émission-réception est couplé au dispositif de gestion (EMS, BMS1, BMS2) qui lui est associé par l'intermédiaire d'un contrôleur GAN.
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