EP4590543A1 - Estimation précise de la puissance maximale de fonctionnement d'une batterie cellulaire d'un véhicule - Google Patents

Estimation précise de la puissance maximale de fonctionnement d'une batterie cellulaire d'un véhicule

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EP4590543A1
EP4590543A1 EP23753936.6A EP23753936A EP4590543A1 EP 4590543 A1 EP4590543 A1 EP 4590543A1 EP 23753936 A EP23753936 A EP 23753936A EP 4590543 A1 EP4590543 A1 EP 4590543A1
Authority
EP
European Patent Office
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voltage
cellular
battery
extreme
estimated
Prior art date
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Pending
Application number
EP23753936.6A
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German (de)
English (en)
Inventor
Akram EDDAHECH
Zhihao SHI
Kodjo Senou Rodolphe MAWONOU
Konstantinos FATISIS
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Stellantis Auto SAS
Original Assignee
Stellantis Auto SAS
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4590543A1 publication Critical patent/EP4590543A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/12—Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
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    • B60L58/16—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to battery ageing, e.g. to the number of charging cycles or the state of health [SoH]
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    • G01R31/374—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] with means for correcting the measurement for temperature or ageing

Definitions

  • the invention concerns vehicles comprising a rechargeable cellular battery, and more precisely the estimation of the maximum operating power of such a cellular battery.
  • Certain vehicles possibly of the automobile type, include a rechargeable cellular battery, generally called “main” (or traction) because it is responsible for electrically supplying a main electrical circuit (sometimes called “high voltage”) to which at least one electric motor of their powertrain (or GMP) is connected.
  • main or traction
  • GMP powertrain
  • a maximum operating electrical power of the cellular battery is estimated to prevent it from being subject to undervoltage, overvoltage or excessive temperature.
  • a battery calculator (associated with the latter) estimates the maximum electrical power that the cellular battery is authorized to provide to the main electrical circuit, and in each phase recharge (or “regeneration”) of the cellular (main) battery this battery calculator estimates the maximum electrical power that the cellular battery is allowed to receive from the main electrical circuit.
  • This maximum operating electrical power is generally a maximum primary (or raw) power which is simply estimated as a function of the internal temperature of the cellular battery and the state of charge (or “state of charge”) of this last.
  • the battery calculator generally includes a correspondence table (or map) establishing a correspondence between pairs of internal temperature and state of charge and primary maximum powers.
  • a first limitation technique consists of managing the adaptation of the primary maximum power by means of a time delay.
  • a disadvantage of this first limitation technique lies in the fact that the duration of the time delay cannot be calibrated in order to correspond to all possible cases of stress on the cellular battery (polarization profile, internal temperature, aging, etc.).
  • a second limitation technique consists of using numerous correspondence tables (or maps) corresponding respectively to different internal temperatures, so as to take into account the effective internal temperature at the instant considered.
  • a disadvantage of this second limitation technique lies in the fact that it requires a very large memory to store all the correspondence tables (or maps), which is considered too expensive for a production vehicle.
  • a third limitation technique notably described in patent document KR-A-20200066476, consists of carrying out open-loop limitation by imposing a reduction of xkW/second on the primary maximum power.
  • a disadvantage of this third limitation technique lies in the fact that it does not take into account the usage limit voltage (or cut-off voltage), which also varies as a function of the internal temperature.
  • the invention therefore aims in particular to improve the situation.
  • an estimation method on the one hand, intended to be implemented in a vehicle comprising a cellular battery comprising N cells each having a cellular voltage, with N > 2, and, d on the other hand, comprising a step in which a maximum operating power of the cellular battery is estimated by multiplying an estimated primary maximum power by an estimated limitation coefficient.
  • This estimation method is characterized by the fact that in its step the limitation coefficient is estimated by means of a chosen function and having a parameter independent of an internal temperature in the cellular battery and defined by a ratio between a first difference, between an extreme cellular voltage of the cells and a usage limit voltage, and a second difference, between a limiting start-up voltage and the usage limit voltage.
  • the estimation method according to the invention may include other characteristics which can be taken separately or in combination, and in particular:
  • the extreme cell voltage can be either a minimum cell voltage when the cell battery is in a discharge phase, or a maximum cell voltage when the cell battery is in a recharge phase;
  • a linear function can be chosen when the second difference is less than or equal to a chosen threshold
  • a non-linear function can be chosen when the second difference is greater than a chosen threshold
  • the maximum operating power can be maintained at a constant value, i.e. when in a discharge phase of the cellular battery the extreme cellular voltage begins to increase again after a decreasing phase and remains lower than a voltage of chosen recovery, i.e. when in a recharge phase of the cellular battery the cellular voltage extreme begins to decrease again after a growth phase and remains higher than the chosen recovery voltage;
  • the second decrease in the presence of the last option, in its stage, can vary in a non-linear manner when the third difference decreases.
  • the invention also proposes a computer program product comprising a set of instructions which, when executed by processing means, is capable of implementing an estimation method of the type presented below. -before, in a vehicle comprising a cellular battery comprising N cells each having a cellular voltage, with N > 2, to estimate a maximum operating power for this cellular battery.
  • the invention also proposes an estimation device, on the one hand, intended to equip a vehicle comprising a cellular battery comprising N cells each having a cellular voltage, with N > 2, and, on the other hand, comprising at least one processor and at least one memory arranged to perform the operations consisting of estimating a maximum operating power of the cellular battery by multiplying an estimated primary maximum power by an estimated limitation coefficient.
  • This estimation device is characterized by the fact that its processor and memory are also arranged to carry out the operations consisting of estimating the limitation coefficient by means of a chosen function and having a parameter independent of an internal temperature in the cellular battery and defined by a ratio between a first difference, between an extreme cellular voltage of the cells and a usage limit voltage, and a second difference, between a limiting start-up voltage and this usage limit voltage.
  • the invention also proposes a vehicle, possibly of automobile type, and comprising, on the one hand, a cellular battery comprising N cells each having a cellular voltage, with N > 2, and, on the other hand, a device estimation of the type presented above.
  • FIG. 1 illustrates schematically and functionally an exemplary embodiment of a vehicle comprising a powertrain, with an electric motor connected to a main electrical circuit to which a cellular battery is connected, and an estimation device according to the invention
  • FIG. 2 schematically and functionally illustrates an exemplary embodiment of a battery calculator comprising an exemplary embodiment of an estimation device according to the invention
  • FIG. 3 schematically illustrates an example of an algorithm implementing an estimation method according to the invention
  • FIG. 4 schematically illustrates within a diagram two examples of curves of evolution of limitation coefficients respectively linear (c1) and non-linear (c2) as a function of the parameter equal to the ratio between the first and second differences, and to the left of diagram of the respective positions of particular tensions involved in the invention
  • FIG. 5 illustrates schematically within a first diagram (upper) an example of a curve of temporal evolution of the extreme cellular voltage in a discharge phase, and within a second diagram (lower) two examples of curves of temporal evolution of the maximum operating power respectively in the absence (c3) and in the presence (c4) of the limiting coefficient, in the discharge phase corresponding to the first diagram, and
  • FIG. 6 schematically illustrates in a diagram an example of a curve of evolution of the maximum operating power as a function of the extreme cellular voltage, in a discharge phase.
  • the invention aims in particular to propose an estimation method, and an associated DE estimation device, intended to allow a precise and reliable estimation of the maximum operating power pmf of a cellular battery BC of a vehicle V.
  • the vehicle V is of the automobile type. This is for example a car, as illustrated in Figure 1. But the invention is not limited to this type of vehicle. It concerns any type of vehicle comprising a cellular battery connected to a main electrical circuit (or “high voltage”) and capable of supplying or receiving electrical power. Thus, it concerns, for example, land vehicles (utility vehicles, motorhomes, minibuses, coaches, trucks, motorcycles, road machinery, construction machinery, agricultural machinery, leisure machinery (snowmobile, kart), and road machinery. caterpillar(s), for example), boats and aircraft.
  • the vehicle V comprises a powertrain (or GMP) of all-electric type (and therefore whose traction is ensured exclusively by at least one electric driving machine MME).
  • GMP powertrain
  • the GMP could be of hybrid type (thermal and electric).
  • FIG. 1 shows schematically a vehicle V comprising an electric GMP transmission chain, an on-board network RB, a main electrical circuit CEP, a cellular battery BC, a CV converter, a utility battery BS, and a DE estimation device according to the invention.
  • the on-board network RB is an electrical supply network to which electrical (or electronic) equipment (or components) which consume electrical energy are coupled.
  • the utility battery BS is responsible for supplying electrical energy to the on-board network RB, in addition to that supplied by the CV converter supplied by the cellular battery BC via the main electrical circuit CEP, and sometimes instead of this CV converter.
  • this BS utility battery can be arranged in the form of a very low voltage type battery (typically 12 V, 24 V or 48 V). It is rechargeable at least via the CV current converter.
  • the BS utility battery is of the 12 V Lithium-ion type.
  • the main (or high voltage) electrical circuit CEP is connected, on the one hand, to the cellular battery BC, and, on the other hand, to electronic equipment, such as for example the CV converter and the electric motor machine MRS. It also allows the recharging of the cellular battery BC by an external power source and temporarily coupled to a CR charging connector of the vehicle V.
  • the transmission chain has a GMP which is, here, purely electric and therefore which includes, in particular, an electric driving machine MME.
  • electric driving machine an electric machine arranged so as to provide torque to move the vehicle V when supplied with electrical energy, as well as possibly recovering torque in the transmission chain.
  • the electric driving machine MME (here an electric motor) is here coupled to the cellular battery BC via the main electrical circuit CEP, in order to be supplied with electrical energy, as well as to supply this cellular battery BC with electrical energy , for example during a regenerative braking phase.
  • this electric motor machine MME is coupled to a motor shaft, to provide it with torque by rotational drive.
  • the motor shaft is coupled to a transmission shaft via a reduction gear RD, and this transmission shaft is coupled to a first train T1 (here of wheels), preferably via a DF differential.
  • This first train T1 is here located in the front part PW of the vehicle V. But in a variant this first train T1 could be the one which is here referenced T2 and which is located in the rear part PRV of the vehicle V.
  • the operation of the electric driving machine MME is controlled by an associated machine computer CM and which in particular receives each torque setpoint defined by the supervision computer CS and defining the output torque that must be provided by the electric driving machine MME or the input torque that the MME electric driving machine must recover.
  • the cellular battery BC here powers the electric motor machine MME. It is therefore called main (or traction). It comprises N electrical energy storage cells CE, with N > 2.
  • Each (electrical energy storage) cell CE has a measurable cell voltage ucm and is possibly electrochemical (in this case it can, for example, be lithium-ion (or Li-ion) or Ni-Mh or Ni-Cd type).
  • the cellular battery BC can be of the low voltage type (typically 450 V for illustration purposes). But it could be medium voltage or high voltage. Note, as illustrated without limitation in Figure 1, that the CE cells can possibly be part of MC module(s).
  • the cellular battery BC is (here) associated with a battery box BB which includes means for measuring internal voltage/current/temperature tib (not shown), and a battery calculator CB.
  • This CB battery calculator centralizes current measurements, voltage measurements and internal temperature measurements tib (inside the BC cellular battery), and determines parameters of the BC cellular battery based on these measurements, and in particular its internal resistance, its minimum voltage and its current state of charge (or SOC (“State Of Charge”)).
  • the CV converter can be part of a charger CH electrically connected to the charging connector CR and comprising the AC charging calculator loaded within its vehicle V of at least control the recharging of the BC cellular battery, whatever the mode.
  • the vehicle V also includes a distribution box BD to which the utility battery BS, the CV converter and the on-board network RB are coupled.
  • This distribution box BD is responsible for distributing in the on-board network RB the electrical energy stored in the utility battery BS or produced by the converter CV, for powering the electrical components (or equipment) coupled to the on-board network RB depending on power requests received (in particular from the GMP CS supervision computer).
  • the invention proposes in particular an estimation method intended to allow precise and reliable estimation of the maximum operating power pmf of the BC cellular battery.
  • This (estimation) method can be implemented at least partially by the estimation device DE (illustrated at least partially in Figures 1 and 2) which comprises for this purpose at least one processor PR1, for example digital signal processor (or DSP (“Digital Signal Processor”)), and at least one MD memory.
  • This DE estimation device can therefore be produced in the form of a combination of electrical or electronic circuits or components (or “hardware”) and software modules (or “software”). For example, it can be a microcontroller.
  • the memory MD is live in order to store instructions for the implementation by the processor PR1 of at least part of the estimation process.
  • the processor PR1 may include integrated (or printed) circuits, or several integrated (or printed) circuits connected by wired or non-wired connections.
  • integrated (or printed) circuit we mean any type of device capable of performing at least one electrical or electronic operation.
  • the estimation device DE is part of the battery calculator CB. This is advantageous because it is the latter (CB) which controls the electrical power which is supplied by the cellular battery BC during a discharge phase and the electrical power which the cellular battery BC receives during a recharge (or regenerative) phase. But this is not obligatory. Indeed, the estimation device DE could include its own dedicated calculator, which is then coupled to the battery calculator CB, or could be part of another on-board calculator than the latter (CB), such as for example the battery calculator. CS supervision.
  • the (monitoring) method comprises a step 10-30 which is implemented when the vehicle V is awakened and therefore its cellular battery BC is capable of supplying the main electrical circuit CEP with electrical power (discharge phase) or receiving electrical power from the main electrical circuit CEP (recharging phase).
  • Step 10-30 of the method comprises a sub-step 20 in which (the estimation device DE) estimates the maximum operating power pmf of the cellular battery BC by multiplying a maximum primary power pmp estimated by a limitation coefficient cl which is estimated by means of a function f chosen and having a parameter pn which is independent of the internal temperature tib in the cellular battery BC.
  • the maximum primary power pmp is, for example, estimated by the battery calculator CB as a function of at least the internal temperature tib of the cellular battery BC and the state of charge of the latter (BC). But in a variant embodiment, the primary maximum power pmp could be estimated by the estimation device DE in a preliminary sub-step.
  • the extreme cellular tension uce is chosen from all the cellular tensions measured ucm.
  • this extreme cellular voltage uce can be either the smallest of all the measured cellular voltages ucm (and therefore the minimum cellular voltage ucm at the instant considered) when the cellular battery BC is in a discharge phase, or the most large of all the measured cellular voltages ucm (and therefore the maximum cellular voltage ucm at the instant considered) when the cellular battery BC is in a recharge phase.
  • the usage limit voltage ulu is a minimum (discharging) or maximum (recharging) cellular voltage that we are authorized to reach, but which can nevertheless be exceeded by a lower value (in discharging) or by higher value (in recharging) without risk of damage.
  • the limiting start voltage udl is a cellular voltage from which it is decided to start limiting the maximum primary power pmp estimated by the limitation coefficient cl.
  • a discharge phase we begin to limit the maximum primary power pmp estimated by the limitation coefficient cl when the smallest (and therefore extreme) cell voltage uce becomes less than or equal to the starting voltage of limitation (discharge) udl.
  • a limitation coefficient cl equal to one (1) is used. , which amounts to having a maximum operating power pmf equal to the estimated maximum primary power pmp.
  • the limitation coefficient cl is calibrated in a generic and optimized manner as a function of the internal temperature tib due to the fact that the parameter pn includes a numerator ud1 which is a first difference or distance between voltages (uce - ulu) normalized by a denominator ud2 which is a second difference or distance between voltages (udl - ulu).
  • step 10-30 may comprise a sub-step 10 in which (the estimation device DE) determines the parameter pn, then estimates the coefficient of limitation cl as a function of this determined parameter pn and the function f.
  • the estimation device DE can choose a function f which is linear when the second difference ud2 is less than or equal to a chosen threshold.
  • the estimation device DE can choose a function f which is non-linear when the second difference ud2 is greater than a chosen threshold.
  • a chosen threshold is preferably the same as that mentioned in the previous paragraph.
  • this threshold can possibly vary depending on whether we are in a discharge phase or in a recharge phase.
  • each threshold can be determined in the laboratory in a phase of development of a vehicle similar to vehicle V.
  • a first example c1 of an evolution curve of a linear limitation coefficient cl as a function of the parameter pn and a second example c2 of a temporal evolution curve of a non-linear limitation coefficient cl as a function of the parameter pn.
  • the limitation coefficient cl has a value which varies between zero (0) and one (1).
  • the parameter pn has a value which varies between zero (0) and one (1).
  • step 10-30 may include a sub-step 30 in which the maximum operating power is maintained (the estimation device DE triggers the maintenance of) pmf at a constant value in the presence of a particular evolution of the extreme cellular voltage uce and depending on whether we are in a discharge phase or a recharge phase.
  • the first (upper) diagram includes an example of a temporal evolution curve of the extreme cellular voltage uce.
  • the second (lower) diagram includes:
  • This hysteresis mechanism is introduced up to above the limiting starting voltage udl in discharge to avoid oscillations coming from an immediate recovery of the power following the application of a coefficient of cl limitation less than one (1). This improves the robustness of the power limitation estimation. Indeed, the maximum operating power pmf only recovers once the extreme cell voltage uce passes above the recovery voltage ur in discharge.
  • the second decrease p2 can vary non-linearly when the third difference ud3 decreases.
  • the basic mode of operation (or preventive php) between udl and ulu, and the specific mode of operation (or curative phc) between ulu and uli, are schematically illustrated in the diagram in Figure 6.
  • the basic operating mode (or preventive php) we impose on the primary maximum power pmp a first constant decrease p1 (via the limitation coefficient cl), for example equal to 4 kW/second, between the starting voltage limitation udl and the usage limit voltage ulu.
  • a first constant decrease p1 via the limitation coefficient cl
  • the battery calculator CB (or the calculator of the estimation device DE) can also include a mass memory MM1, in particular for storing the extreme cell voltage uce current and any estimated maximum primary power pmp and current internal temperature tib, as well as any intermediate data involved in all its calculations and processing.
  • this battery calculator CB (or the calculator of the estimation device DE) can also include an input interface IE for receiving at least the current extreme cell voltage uce and any maximum power estimated primary pmp and internal temperature tib in progress, to use them in calculations or processing, possibly after having formatted and/or demodulated and/or amplified them, in a manner known per se, by means of a digital signal processor PR2.
  • this battery calculator CB (or the calculator of the estimation device DE) can also include an output interface IS, in particular to deliver the maximum operating power pmf.
  • the invention also proposes a computer program product (or computer program) comprising a set of instructions which, when executed by processing means of the electronic circuit (or hardware) type, such as for example the processor PR1, is capable of implementing the estimation method described above to precisely and reliably estimate the maximum operating power pmf of the cellular battery BC of the vehicle V.
  • the invention offers several advantages, including:

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Abstract

Un procédé d'estimation est mis en œuvre dans un véhicule comprenant une batterie cellulaire comportant N cellules ayant chacune une tension cellulaire, avec N ≥ 2. Ce procédé d'estimation comprend une étape (10-30) dans laquelle on estime la puissance maximale de fonctionnement de la batterie cellulaire en multipliant une puissance maximale primaire estimée par un coefficient de limitation estimé au moyen d'une fonction choisie et ayant un paramètre indépendant d'une température interne dans la batterie cellulaire et défini par un rapport entre une première différence, entre une tension cellulaire extrêmale des cellules et une tension limite d'usage, et une seconde différence, entre une tension de démarrage de limitation et cette tension limite d'usage.

Description

DESCRIPTION
TITRE : ESTIMATION PRÉCISE DE LA PUISSANCE MAXIMALE DE FONCTIONNEMENT D’UNE BATTERIE CELLULAIRE D’UN VÉHICULE
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2209430 déposée le 19.09.2022 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
Domaine technique de l’invention
[0002] L’invention concerne les véhicules comprenant une batterie cellulaire rechargeable, et plus précisément l’estimation de la puissance maximale de fonctionnement d’une telle batterie cellulaire.
Etat de la technique
[0003] Certains véhicules, éventuellement de type automobile, comprennent une batterie cellulaire rechargeable, généralement dite « principale » (ou de traction) du fait qu’elle est chargée d’alimenter électriquement un circuit électrique principal (parfois dit « haute tension ») auquel est connectée au moins une machine motrice électrique de leur groupe motopropulseur (ou GMP).
[0004] Dans certains des véhicules précités, on estime une puissance électrique maximale de fonctionnement de la batterie cellulaire pour éviter qu’elle ne fasse l’objet d’une sous-tension, d’une surtension ou d’une température excessive. En d’autres termes, dans chaque phase de décharge de la batterie cellulaire (principale) un calculateur de batterie (associé à cette dernière) estime la puissance électrique maximale que la batterie cellulaire est autorisée à fournir au circuit électrique principal, et dans chaque phase de recharge (ou « régénération ») de la batterie cellulaire (principale) ce calculateur de batterie estime la puissance électrique maximale que la batterie cellulaire est autorisée à recevoir du circuit électrique principal. [0005] Cette puissance électrique maximale de fonctionnement est généralement une puissance maximale primaire (ou brute) qui est simplement estimée en fonction de la température interne de la batterie cellulaire et de l’état de charge (ou « state of charge ») de cette dernière. Dans ce cas, le calculateur de batterie comprend généralement une table de correspondance (ou cartographie) établissant une correspondance entre des couples de température interne et état de charge et des puissances maximales primaires.
[0006] Afin de tenter d’empêcher que les tensions des cellules deviennent inférieures à une tension limite d’usage (ou « cut-off voltage »), il a été proposé de limiter la puissance maximale primaire estimée en la multipliant par un coefficient de limitation dont la valeur varie entre zéro et un. Cette technique de limitation est appelée en anglais « derating ».
[0007] Il existe plusieurs techniques de limitation connues.
[0008] Une première technique de limitation consiste à gérer l’adaptation de la puissance maximale primaire au moyen d’une temporisation. Un inconvénient de cette première technique de limitation réside dans le fait que la durée de la temporisation ne peut pas être calibrée afin de correspondre à tous les cas possibles de sollicitation de la batterie cellulaire (profil de polarisation, température interne, vieillissement, etc).
[0009] Une deuxième technique de limitation consiste à utiliser de nombreuses tables de correspondance (ou cartographies) correspondant respectivement à des températures internes différentes, de manière à tenir compte de la température interne effective à l’instant considéré. Un inconvénient de cette deuxième technique de limitation réside dans le fait qu’elle nécessite une mémoire très importante pour stocker toutes les tables de correspondance (ou cartographies), ce qui est estimé trop onéreux pour un véhicule de série. [0010] Une troisième technique de limitation, notamment décrite dans le document brevet KR-A-20200066476, consiste à effectuer une limitation en boucle ouverte en imposant une réduction de xkW/seconde à la puissance maximale primaire. Un inconvénient de cette troisième technique de limitation réside dans le fait qu’elle ne tient pas compte de la tension limite d’usage (ou cut-off voltage), qui de surcroît varie en fonction de la température interne. Par conséquent, elle n’est pas précise, et donc ne peut pas protéger contre les risques de sous-tension et surtension qui conduisent à des ouvertures intempestives de contacteurs (ou interrupteurs) du dispositif d’isolement qui est associé à la batterie cellulaire et chargé de l’isoler du circuit électrique principal (ou haute tension).
[0011] Il existe donc un réel besoin de rendre plus précise et plus fiable l’estimation du coefficient de limitation, notamment quand la puissance disponible dans la batterie cellulaire est importante. En effet, dans ce cas le GMP croît qu’il peut utiliser toute cette puissance, mais quand la tension cellulaire extrêmale (minimale) baisse très vite en décharge elle va s’écrouler après le passage sous la tension limite d’usage. De même, en décharge quand la tension cellulaire extrêmale (maximale) augmente très vite elle va croître encore plus vite après le passage au-dessus de la tension limite d’usage. Plus la batterie cellulaire est vieille, plus ce phénomène est accru car plus on surestime la puissance effectivement disponible.
[0012] L'invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation.
Présentation de l’invention
[0013] Elle propose notamment à cet effet un procédé d’estimation, d’une part, destiné à être mis en œuvre dans un véhicule comprenant une batterie cellulaire comportant N cellules ayant chacune une tension cellulaire, avec N > 2, et, d’autre part, comprenant une étape dans laquelle on estime une puissance maximale de fonctionnement de la batterie cellulaire en multipliant une puissance maximale primaire estimée par un coefficient de limitation estimé. [0014] Ce procédé d’estimation se caractérise par le fait que dans son étape on estime le coefficient de limitation au moyen d’une fonction choisie et ayant un paramètre indépendant d’une température interne dans la batterie cellulaire et défini par un rapport entre une première différence, entre une tension cellulaire extrêmale des cellules et une tension limite d’usage, et une deuxième différence, entre une tension de démarrage de limitation et la tension limite d’usage.
[0015] Grâce à l’invention, on dispose désormais d’un coefficient de limitation qui est calibré de façon générique et optimisée en fonction de la température interne, ce qui évite d’avoir à utiliser une mémoire très importante pour stocker une multitude de tables de correspondance (ou cartographies) pour une multitude de températures internes différentes, et permet une protection contre les risques de sous-tension et surtension.
[0016] Le procédé d’estimation selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :
[0017] - dans son étape, la tension cellulaire extrêmale peut être soit une tension cellulaire minimale lorsque la batterie cellulaire est dans une phase de décharge, soit une tension cellulaire maximale lorsque la batterie cellulaire est dans une phase de recharge ;
[0018] - dans son étape, on peut choisir une fonction linéaire lorsque la deuxième différence est inférieure ou égale à un seuil choisi ;
[0019] - dans son étape, on peut choisir une fonction non linéaire lorsque la deuxième différence est supérieure à un seuil choisi ;
[0020] - dans son étape, on peut maintenir la puissance maximale de fonctionnement à une valeur constante soit lorsque dans une phase de décharge de la batterie cellulaire la tension cellulaire extrêmale recommence à croître après une phase de décroissance et demeure inférieure à une tension de récupération choisie, soit lorsque dans une phase de recharge de la batterie cellulaire la tension cellulaire extrêmale recommence à décroître après une phase de croissance et demeure supérieure à la tension de récupération choisie ;
[0021] - dans son étape, on peut estimer un coefficient de limitation qui impose soit une première décroissance constante de la puissance maximale de fonctionnement tant que la tension cellulaire extrêmale est inférieure à la tension limite d’usage, soit une deuxième décroissance strictement supérieure à la première décroissance et augmentant lorsque décroît une troisième différence entre la tension cellulaire extrêmale et une tension limite interdite ;
[0022] - en présence de la dernière option, dans son étape, la deuxième décroissance peut varier de façon non linéaire lorsque la troisième différence décroît.
[0023] L’invention propose également un produit programme d’ordinateur comprenant un jeu d’instructions qui, lorsqu’il est exécuté par des moyens de traitement, est propre à mettre en œuvre un procédé d’estimation du type de celui présenté ci-avant, dans un véhicule comprenant une batterie cellulaire comportant N cellules ayant chacune une tension cellulaire, avec N > 2, pour estimer une puissance maximale de fonctionnement pour cette batterie cellulaire.
[0024] L’invention propose également un dispositif d’estimation, d’une part, destiné à équiper un véhicule comprenant une batterie cellulaire comportant N cellules ayant chacune une tension cellulaire, avec N > 2, et, d’autre part, comprenant au moins un processeur et au moins une mémoire agencés pour effectuer les opérations consistant à estimer une puissance maximale de fonctionnement de la batterie cellulaire en multipliant une puissance maximale primaire estimée par un coefficient de limitation estimé.
[0025] Ce dispositif d’estimation se caractérise par le fait que ses processeur et mémoire sont aussi agencés pour effectuer les opérations consistant à estimer le coefficient de limitation au moyen d'une fonction choisie et ayant un paramètre indépendant d'une température interne dans la batterie cellulaire et défini par un rapport entre une première différence, entre une tension cellulaire extrêmale des cellules et une tension limite d’usage, et une seconde différence, entre une tension de démarrage de limitation et cette tension limite d’usage.
[0026] L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant, d’une part, une batterie cellulaire comportant N cellules ayant chacune une tension cellulaire, avec N > 2, et, d’autre part, un dispositif d'estimation du type de celui présenté ci-avant.
Brève description des figures
[0027] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :
[0028] [Fig. 1] illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d’un véhicule comprenant un groupe motopropulseur, à machine motrice électrique connectée à un circuit électrique principal auquel est connectée une batterie cellulaire, et un dispositif d’estimation selon l’invention,
[0029] [Fig. 2] illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d’un calculateur de batterie comprenant un exemple de réalisation d’un dispositif d’estimation selon l’invention,
[0030] [Fig. 3] illustre schématiquement un exemple d’algorithme mettant en œuvre un procédé d'estimation selon l’invention,
[0031] [Fig. 4] illustre schématiquement au sein d’un diagramme deux exemples de courbes d’évolution de coefficients de limitation respectivement linéaire (c1 ) et non linéaire (c2) en fonction du paramètre égal au rapport entre les première et deuxième différences, et à gauche du diagramme des positions respectives de tensions particulières intervenant dans l’invention, [0032] [Fig. 5] illustre schématiquement au sein d’un premier diagramme (supérieur) un exemple de courbe d’évolution temporelle de la tension cellulaire extrêmale dans une phase de décharge, et au sein d'un second diagramme (inférieur) deux exemples de courbes d'évolution temporelle de la puissance maximale de fonctionnement respectivement en l’absence (c3) et en présence (c4) du coefficient de limitation, dans la phase de décharge correspondant au premier diagramme, et
[0033] [Fig. 6] illustre schématiquement au sein d’un diagramme un exemple de courbe d’évolution de la puissance maximale de fonctionnement en fonction de la tension cellulaire extrêmale, dans une phase de décharge.
Description détaillée de l’invention
[0034] L’invention a notamment pour but de proposer un procédé d’estimation, et un dispositif d’estimation DE associé, destinés à permettre une estimation précise et fiable de la puissance maximale de fonctionnement pmf d’une batterie cellulaire BC d’un véhicule V.
[0035] Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule V est de type automobile. Il s’agit par exemple d’une voiture, comme illustré sur la figure 1 . Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout type de véhicule comprenant une batterie cellulaire connectée à un circuit électrique principal (ou « haute tension ») et pouvant fournir ou recevoir de la puissance électrique. Ainsi, elle concerne, par exemple, les véhicules terrestres (véhicules utilitaires, camping-cars, minibus, cars, camions, motocyclettes, engins de voirie, engins de chantier, engins agricoles, engins de loisir (motoneige, kart), et engins à chenille(s), par exemple), les bateaux et les aéronefs.
[0036] Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule V comprend un groupe motopropulseur (ou GMP) de type tout électrique (et donc dont la motricité est assurée exclusivement par au moins une machine motrice électrique MME). Mais le GMP pourrait être de type hybride (thermique et électrique).
[0037] On a schématiquement représenté sur la figure 1 un véhicule V comprenant une chaîne de transmission à GMP électrique, un réseau de bord RB, un circuit électrique principal CEP, une batterie cellulaire BC, un convertisseur CV, une batterie de servitude BS, et un dispositif d’estimation DE selon l’invention.
[0038] Le réseau de bord RB est un réseau d’alimentation électrique auquel sont couplés des équipements (ou organes) électriques (ou électroniques) qui consomment de l’énergie électrique.
[0039] La batterie de servitude BS est chargée de fournir de l’énergie électrique au réseau de bord RB, en complément de celle fournie par le convertisseur CV alimenté par la batterie cellulaire BC via le circuit électrique principal CEP, et parfois à la place de ce convertisseur CV. Par exemple, cette batterie de servitude BS peut être agencée sous la forme d’une batterie de type très basse tension (typiquement 12 V, 24 V ou 48 V). Elle est rechargeable au moins par le convertisseur de courant CV. On considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que la batterie de servitude BS est de type Lithium-ion 12 V.
[0040] Le circuit électrique principal (ou haute tension) CEP est connecté, d’une part, à la batterie cellulaire BC, et, d’autre part, à des équipements électroniques, comme par exemple le convertisseur CV et la machine motrice électrique MME. Il permet aussi la recharge de la batterie cellulaire BC par une source d’alimentation externe et temporairement couplée à un connecteur de recharge CR du véhicule V.
[0041] La chaîne de transmission a un GMP qui est, ici, purement électrique et donc qui comprend, notamment, une machine motrice électrique MME. On entend ici par « machine motrice électrique » une machine électrique agencée de manière à fournir du couple pour déplacer le véhicule V lorsqu’elle est alimentée en énergie électrique, ainsi qu’éventuellement à récupérer du couple dans la chaîne de transmission.
[0042] Le fonctionnement de la chaîne de transmission (et donc du GMP) est supervisé par un calculateur de supervision CS.
[0043] La machine motrice électrique MME (ici un moteur électrique) est ici couplée à la batterie cellulaire BC via le circuit électrique principal CEP, afin d’être alimentée en énergie électrique, ainsi que d’alimenter cette batterie cellulaire BC en énergie électrique, par exemple lors d’une phase de freinage récupératif.
[0044] Par ailleurs, cette machine motrice électrique MME est couplée à un arbre moteur, pour lui fournir du couple par entraînement en rotation. Ici, l’arbre moteur est couplé à un arbre de transmission via un réducteur RD, et cet arbre de transmission est couplé à un premier train T1 (ici de roues), de préférence via un différentiel DF.
[0045] Ce premier train T1 est ici situé dans la partie avant PW du véhicule V. Mais dans une variante ce premier train T1 pourrait être celui qui est ici référencé T2 et qui est situé dans la partie arrière PRV du véhicule V.
[0046] Le fonctionnement de la machine motrice électrique MME est contrôlé par un calculateur de machine CM associé et qui reçoit notamment chaque consigne de couple définie par le calculateur de supervision CS et définissant le couple de sortie que doit fournir la machine motrice électrique MME ou le couple d’entrée que doit récupérer la machine motrice électrique MME.
[0047] La batterie cellulaire BC alimente ici la machine motrice électrique MME. Elle est donc dite principale (ou de traction). Elle comprend N cellules de stockage d'énergie électrique CE, avec N > 2. Chaque cellule (de stockage d’énergie électrique) CE a une tension cellulaire ucm mesurable et est éventuellement électrochimique (dans ce cas elle peut, par exemple, être de type lithium-ion (ou Li-ion) ou Ni-Mh ou Ni-Cd). Egalement par exemple, la batterie cellulaire BC peut être de type basse tension (typiquement 450 V à titre illustratif). Mais elle pourrait être de type moyenne tension ou haute tension. On notera, comme illustré non limitativement sur la figure 1 , que les cellules CE peuvent éventuellement faire partie de module(s) MC.
[0048] Par ailleurs, la batterie cellulaire BC est (ici) associée à un boîtier de batterie BB qui comprend des moyens de mesure de tension/courant/température interne tib (non illustrés), et un calculateur de batterie CB. Ce calculateur de batterie CB centralise les mesures de courant, les mesures de tension et les mesures de température interne tib (à l’intérieur de la batterie cellulaire BC), et détermine des paramètres de la batterie cellulaire BC en fonction de ces mesures, et notamment sa résistance interne, sa tension minimale et son état de charge en cours (ou SOC (« State Of Charge »)).
[0049] On notera, comme illustré non limitativement sur la figure 1 , que le convertisseur CV peut faire partie d’un chargeur CH connecté électriquement au connecteur de recharge CR et comprenant le calculateur de recharge CA chargé au sein de son véhicule V d‘au moins contrôler la recharge de la batterie cellulaire BC, quel qu'en soit le mode.
[0050] On notera également que dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 1 le véhicule V comprend aussi un boîtier de distribution BD auquel sont couplés la batterie de servitude BS, le convertisseur CV et le réseau de bord RB. Ce boîtier de distribution BD est chargé de distribuer dans le réseau de bord RB l’énergie électrique stockée dans la batterie de servitude BS ou produite par le convertisseur CV, pour l’alimentation des organes (ou équipements) électriques couplés au réseau de bord RB en fonction de demandes d’alimentation reçues (notamment du calculateur de supervision CS du GMP).
[0051] Comme évoqué plus haut, l’invention propose notamment un procédé d’estimation destiné à permettre l’estimation précise et fiable de la puissance maximale de fonctionnement pmf de la batterie cellulaire BC.
[0052] Ce procédé (d’estimation) peut être mis en œuvre au moins partiellement par le dispositif d’estimation DE (illustré au moins partiellement sur les figures 1 et 2) qui comprend à cet effet au moins un processeur PR1 , par exemple de signal numérique (ou DSP (« Digital Signal Processor »)), et au moins une mémoire MD. Ce dispositif d’estimation DE peut donc être réalisé sous la forme d’une combinaison de circuits ou composants électriques ou électroniques (ou « hardware ») et de modules logiciels (ou « software »). A titre d’exemple, il peut s’agir d’un microcontrôleur.
[0053] La mémoire MD est vive afin de stocker des instructions pour la mise en œuvre par le processeur PR1 d’une partie au moins du procédé d’estimation. Le processeur PR1 peut comprendre des circuits intégrés (ou imprimés), ou bien plusieurs circuits intégrés (ou imprimés) reliés par des connections filaires ou non filaires. On entend par circuit intégré (ou imprimé) tout type de dispositif apte à effectuer au moins une opération électrique ou électronique.
[0054] Dans l’exemple illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, le dispositif d’estimation DE fait partie du calculateur de batterie CB. Cela est avantageux car c’est ce dernier (CB) qui contrôle la puissance électrique qui est fournie par la batterie cellulaire BC pendant une phase de décharge et la puissance électrique que reçoit la batterie cellulaire BC pendant une phase de recharge (ou régénérative). Mais cela n’est pas obligatoire. En effet, le dispositif d’estimation DE pourrait comprendre son propre calculateur dédié, lequel est alors couplé au calculateur de batterie CB, ou bien pourrait faire partie d’un autre calculateur embarqué que ce dernier (CB), comme par exemple le calculateur de supervision CS.
[0055] Comme illustré non limitativement sur la figure 3, le procédé (de surveillance), selon l’invention, comprend une étape 10-30 qui est mise en œuvre lorsque le véhicule V est réveillé et donc que sa batterie cellulaire BC est en capacité de fournir au circuit électrique principal CEP de la puissance électrique (phase de décharge) ou de recevoir du circuit électrique principal CEP de la puissance électrique (phase de recharge).
[0056] L’étape 10-30 du procédé comprend une sous-étape 20 dans laquelle on (le dispositif d’estimation DE) estime la puissance maximale de fonctionnement pmf de la batterie cellulaire BC en multipliant une puissance maximale primaire pmp estimée par un coefficient de limitation cl qui est estimé au moyen d’une fonction f choisie et ayant un paramètre pn qui est indépendant de la température interne tib dans la batterie cellulaire BC. Ce paramètre pn est défini par un rapport entre des première du1 et deuxième du2 différences, soit pn = du1/du2.
[0057] La puissance maximale primaire pmp est, par exemple, estimée par le calculateur de batterie CB en fonction d’au moins la température interne tib de la batterie cellulaire BC et de l’état de charge de cette dernière (BC). Mais dans une variante de réalisation, la puissance maximale primaire pmp pourrait être estimée par le dispositif d’estimation DE dans une sous-étape préliminaire.
[0058] La première différence du1 est le résultat de la soustraction entre une tension cellulaire extrêmale uce des cellules CE et une tension limite d'usage (ou en anglais cut-off voltage) ulu, soit du1 = uce - ulu.
[0059] La tension cellulaire extrêmale uce est choisie parmi toutes les tensions cellulaires mesurées ucm. Par exemple, cette tension cellulaire extrêmale uce peut être soit la plus petite de toutes les tensions cellulaires mesurées ucm (et donc la tension cellulaire ucm minimale à l’instant considéré) lorsque la batterie cellulaire BC est dans une phase de décharge, soit la plus grande de toutes les tensions cellulaires mesurées ucm (et donc la tension cellulaire ucm maximale à l’instant considéré) lorsque la batterie cellulaire BC est dans une phase de recharge. [0060] La tension limite d’usage ulu est une tension cellulaire minimale (en décharge) ou maximale (en recharge) que l’on est autorisé à atteindre, mais qui peut malgré tout être dépassée par valeur inférieure (en décharge) ou par valeur supérieure (en recharge) sans risque d’endommagement.
[0061] La deuxième différence du2 est le résultat de la soustraction entre une tension de démarrage de limitation (ou en anglais « derating voltage ») udl et la tension limite d'usage ulu, soit du2 = udl - ulu.
[0062] La tension de démarrage de limitation udl est une tension cellulaire à partir de laquelle on décide de commencer à limiter la puissance maximale primaire pmp estimée par le coefficient de limitation cl. En d’autres termes, dans une phase de décharge on commence à limiter la puissance maximale primaire pmp estimée par le coefficient de limitation cl lorsque la tension cellulaire la plus petite (et donc extrêmale) uce devient inférieure ou égale à la tension de démarrage de limitation (de décharge) udl. On notera que dans une phase de décharge tant que la tension cellulaire la plus petite (et donc extrêmale) uce est supérieure à la tension de démarrage de limitation (de décharge) udl, on utilise un coefficient de limitation cl égal à un (1 ), ce qui revient à avoir une puissance maximale de fonctionnement pmf égale à la puissance maximale primaire pmp estimée.
[0063] Dans une phase de recharge on commence à limiter la puissance maximale primaire pmp estimée par le coefficient de limitation cl lorsque la tension cellulaire la plus grande (et donc extrêmale) uce devient supérieure ou égale à la tension de démarrage de limitation (de recharge) udl. On notera que dans une phase de recharge tant que la tension cellulaire la plus grande (et donc extrêmale) uce est inférieure à la tension de démarrage de limitation (de recharge) udl, on utilise un coefficient de limitation cl égal à un (1 ), ce qui revient à avoir une puissance maximale de fonctionnement pmf égale à la puissance maximale primaire pmp estimée. [0064] On comprendra que le paramètre pn (= du1/du2 = (uce - ulu)/(udl - ulu)) est indépendant de la température interne tib du fait que les variables uce, udl et ulu varient toutes en fonction de cette température interne tib. On comprendra également que le coefficient de limitation cl est calibré de façon générique et optimisée en fonction de la température interne tib du fait que le paramètre pn comprend un numérateur ud1 qui est une première différence ou distance inter tensions (uce - ulu) normalisée par un dénominateur ud2 qui est une deuxième différence ou distance inter tensions (udl - ulu). Ainsi, on n’a plus besoin d’utiliser une mémoire très importante pour stocker une multitude de tables de correspondance (ou cartographies) pour une multitude de températures internes tib différentes, tout comme on ne fonctionne pas en boucle ouverte sans tenir compte de la tension limite d’usage ulu. Cela permet d’obtenir une estimation précise et fiable du coefficient de limitation cl permettant de se protéger contre les risques de sous-tension et surtension, sans que cela n’induise un surcoût du véhicule V.
[0065] Par exemple, et comme illustré non limitativement sur la figure 3, l’étape 10-30 peut comprendre une sous-étape 10 dans laquelle on (le dispositif d’estimation DE) détermine le paramètre pn, puis estime le coefficient de limitation cl en fonction de ce paramètre pn déterminé et de la fonction f.
[0066] Par exemple, dans la sous-étape 10 de l’étape 10-30 on (le dispositif d’estimation DE) peut choisir une fonction f qui est linéaire lorsque la deuxième différence ud2 est inférieure ou égale à un seuil choisi.
[0067] Egalement par exemple, dans la sous-étape 10 de l’étape 10- 30 on (le dispositif d’estimation DE) peut choisir une fonction f qui est non linéaire lorsque la deuxième différence ud2 est supérieure à un seuil choisi. Ce dernier est de préférence le même que celui mentionné dans le paragraphe précédent. Dans ce cas, on peut utiliser une fonction f linéaire lorsque la deuxième différence ud2 est inférieure ou égale au seuil choisi et une fonction f non linéaire lorsque la deuxième différence ud2 est supérieure à ce seuil choisi.
[0068] On notera que ce seuil peut éventuellement varier selon que l’on est dans une phase de décharge ou dans une phase de recharge.
[0069] La valeur du (de chaque) seuil peut être déterminée en laboratoire dans une phase de mise au point d’un véhicule similaire au véhicule V.
[0070] On a schématiquement illustré dans le diagramme de la figure 4 un premier exemple c1 de courbe d’évolution d’un coefficient de limitation cl linéaire en fonction du paramètre pn, et un second exemple c2 de courbe d'évolution temporelle d’un coefficient de limitation cl non linéaire en fonction du paramètre pn. Ici, le coefficient de limitation cl a une valeur qui varie entre zéro (0) et un (1 ). De même, compte tenu de son expression le paramètre pn a une valeur qui varie entre zéro (0) et un (1 ).
[0071] On notera qu’apparaissent aussi sur la gauche de ce diagramme de la figure 4 des exemples de positions respectives des tensions uce, udl, ulu et ur, intervenant dans l’invention, et dans le cas d’une phase de décharge. La tension ur est une tension de récupération (ou en anglais « healing voltage ») choisie. On a donc ici ulu < uce < udl < ur (en considérant que uce (qui est la plus petite des tensions cellulaires) n’est pas encore passée en-dessous de ulu).
[0072] Par exemple, et comme illustré non limitativement sur la figure 3, l’étape 10-30 peut comprendre une sous-étape 30 dans laquelle on maintient (le dispositif d’estimation DE déclenche le maintien de) la puissance maximale de fonctionnement pmf à une valeur constante en présence d’une évolution particulière de la tension cellulaire extrêmale uce et selon que l’on est dans une phase de décharge ou une phase de recharge.
[0073] Lorsque l’on est dans une phase de décharge, on maintient (le dispositif d’estimation DE déclenche le maintien de) la puissance maximale de fonctionnement pmf à une valeur constante quand la tension cellulaire extrêmale (ici minimale) uce recommence à croître après une phase de décroissance et demeure inférieure à la tension de récupération ur choisie.
[0074] Lorsque l’on est dans une phase de recharge, on maintient (le dispositif d’estimation DE déclenche le maintien de) la puissance maximale de fonctionnement pmf à une valeur constante quand la tension cellulaire extrêmale (ici maximale) uce recommence à décroître après une phase de croissance et demeure supérieure à la tension de récupération ur choisie.
[0075] Le mode de fonctionnement optionnel décrit ci-avant et pouvant être mis en œuvre dans une phase de décharge, et que l’on peut qualifier d’hystérésis, est schématiquement illustré par les deux diagrammes de la figure 5 qui se correspondent.
[0076] Le premier diagramme (supérieur) comprend un exemple de courbe d'évolution temporelle de la tension cellulaire extrêmale uce.
[0077] Le second diagramme (inférieur) comprend :
[0078] - un premier exemple de courbe c3 d’évolution temporelle de la puissance maximale de fonctionnement pmf lorsque l’on n’utilise pas le coefficient de limitation cl (ou qu’il est égal à un (1 )), et en présence de révolution temporelle de la tension cellulaire extrêmale uce du premier diagramme, et
[0079] - un second exemple de courbe c4 d’évolution temporelle de la puissance maximale de fonctionnement pmf lorsque l’on utilise le coefficient de limitation cl, et en présence de l’évolution temporelle de la tension cellulaire extrêmale uce du premier diagramme.
[0080] Dans cet exemple illustratif, dès que la tension cellulaire extrêmale (ici minimale) uce passe en dessous de la tension de démarrage de limitation (de décharge) udl, on utilise un coefficient de limitation cl inférieur à un (1), ce qui provoque une décroissance constante (de xkW/seconde) de la puissance maximale de fonctionnement pmf. Puis, lorsque la tension cellulaire extrêmale (ici minimale) uce atteint un minimum local et recommence à croître, on maintient constante la puissance maximale de fonctionnement pmf. Puis, lorsque la tension cellulaire extrêmale (ici minimale) uce passe au-dessus de la tension de récupération ur, on relâche la contrainte sur la puissance maximale de fonctionnement pmf, ce qui fait tendre cette dernière (pmf) vers la puissance maximale primaire pmp. Puis, lorsque la tension cellulaire extrêmale (ici minimale) uce repasse en- dessous de la tension de démarrage de limitation (de décharge) udl, on utilise de nouveau un coefficient de limitation cl inférieur à un (1 ), ce qui provoque une nouvelle décroissance constante (de xkW/seconde) de la puissance maximale de fonctionnement pmf. Puis, lorsque la tension cellulaire extrêmale (ici minimale) uce atteint de nouveau un minimum local et recommence à croître, on maintient constante la puissance maximale de fonctionnement pmf. Puis, si la tension cellulaire extrêmale (ici minimale) uce se remet à décroître et repasse en-dessous du dernier minimum local, on utilise de nouveau un coefficient de limitation cl inférieur à un (1 ), ce qui provoque une nouvelle décroissance constante (de xkW/seconde) de la puissance maximale de fonctionnement pmf, cette fois vers la valeur nulle (0 kW) pour éviter d'aller dans une zone de sécurité et ainsi éviter tout risque d’échauffement (voire d’incendie) de la batterie cellulaire BC.
[0081] Ce mécanisme d’hystérésis est introduit jusqu’au-dessus de la tension de démarrage de limitation udl en décharge pour éviter des oscillations venant d’une récupération immédiate de la puissance à la suite de l’application d’un coefficient de limitation cl inférieur à un (1 ). Cela permet d’améliorer la robustesse de l’estimation de la limitation de puissance. En effet, la puissance maximale de fonctionnement pmf ne récupère qu'une fois que la tension cellulaire extrêmale uce passe au-dessus de la tension de récupération ur en décharge.
[0082] L'homme de l’art déduira immédiatement des deux diagrammes de la figure 5 les deux diagrammes correspondant au mode de fonctionnement avec hystérésis, optionnel, pouvant être mis en œuvre dans une phase de recharge, en effectuant une symétrie miroir horizontale. [0083] Par exemple, et comme illustré non limitativement sur la figure 3, dans la sous-étape 10 de l’étape 10-30 on (le dispositif d’estimation DE) peut estimer un coefficient de limitation cl qui impose :
[0084] - soit une première décroissance p1 constante de la puissance maximale de fonctionnement pmf tant que la tension cellulaire extrêmale uce est inférieure à la tension limite d’usage ulu (mode de fonctionnement de base que l’on pourrait qualifier de « préventif » (php) et qui est mis en œuvre entre udl et ulu),
[0085] - soit une deuxième décroissance p2 strictement supérieure à la première décroissance p1 et augmentant lorsque décroît une troisième différence ud3 entre la tension cellulaire extrêmale uce et une tension limite interdite uli (mode de fonctionnement spécifique que l’on pourrait qualifier de « curatif » (phc) et qui est mis en œuvre entre ulu et uli).
[0086] Par exemple, dans la sous-étape 30 de l’étape 10-30 la deuxième décroissance p2 peut varier de façon non linéaire lorsque la troisième différence ud3 décroît.
[0087] Ce mode de fonctionnement curatif optionnel résulte du constat suivant. Théoriquement, sans erreur d’estimation de l’état de charge et sans un fort gradient de température interne tib au sein des modules MC, la puissance maximale primaire pmp estimée doit être nulle lorsque la tension cellulaire extrêmale uce atteint la tension limite d’usage ulu (surtout si la limitation de puissance est activée au bon niveau). Cependant, même si on cherche à avoir une puissance maximale de fonctionnement pmf nulle lorsque la puissance maximale de fonctionnement pmf atteint la tension limite d’usage ulu, une puissance résiduelle pourrait être toujours disponible à des niveaux bas de tension cellulaire ucm en décharge (respectivement haut en recharge) à cause des pentes de variation de puissance (xkW/seconde) de la puissance réelle imposées par le calculateur de supervision CS et certains retards de communication avec le calculateur de batterie CB. Il est donc avantageux, en cas de franchissement de la tension limite d'usage ulu d’augmenter notablement les pentes de variations de puissance (xkW/seconde) pour tendre le plus rapidement possible vers la puissance maximale de fonctionnement pmf nulle.
[0088] Le mode de fonctionnement de base (ou préventif php) entre udl et ulu, et le mode de fonctionnement spécifique (ou curatif phc) entre ulu et uli, sont schématiquement illustrés dans le diagramme de la figure 6. Comme on peut le constater, dans le mode de fonctionnement de base (ou préventif php) on impose à la puissance maximale primaire pmp une première décroissance constante p1 (via le coefficient de limitation cl), par exemple égale à 4 kW/seconde, entre la tension de démarrage de limitation udl et la tension limite d’usage ulu. Puis, on instaure le mode de fonctionnement spécifique (ou curatif phc) entre la tension limite d’usage ulu et la tension limite interdite uli. Par exemple, on peut imposer une deuxième décroissance p2 (> p1 ) de type exponentiel, lorsque l’on se rapproche de la tension limite interdite uli. Par exemple, très près de la tension limite interdite uli on peut imposer une troisième décroissance p3 (sous-partie de p2) comprise entre 100 kW/seconde et 200 kW/seconde. Au lieu d’utiliser une deuxième décroissance p2 de type exponentiel, on pourrait utiliser une table de correspondance (ou cartographie).
[0089] On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 2, que le calculateur de batterie CB (ou le calculateur du dispositif d’estimation DE) peut aussi comprendre une mémoire de masse MM1 , notamment pour stocker la tension cellulaire extrêmale uce en cours et les éventuelles puissance maximale primaire pmp estimée et température interne tib en cours, ainsi que d’éventuelles données intermédiaires intervenant dans tous ses calculs et traitements. Par ailleurs, ce calculateur de batterie CB (ou le calculateur du dispositif d’estimation DE) peut aussi comprendre une interface d’entrée IE pour la réception d’au moins la tension cellulaire extrêmale uce en cours et les éventuelles puissance maximale primaire pmp estimée et température interne tib en cours, pour les utiliser dans des calculs ou traitements, éventuellement après les avoir mises en forme et/ou démodulées et/ou amplifiées, de façon connue en soi, au moyen d’un processeur de signal numérique PR2. De plus, ce calculateur de batterie CB (ou le calculateur du dispositif d’estimation DE) peut aussi comprendre une interface de sortie IS, notamment pour délivrer la puissance maximale de fonctionnement pmf.
[0090] On notera également que l’invention propose aussi un produit programme d’ordinateur (ou programme informatique) comprenant un jeu d’instructions qui, lorsqu’il est exécuté par des moyens de traitement de type circuits électroniques (ou hardware), comme par exemple le processeur PR1 , est propre à mettre en œuvre le procédé d’estimation décrit ci-avant pour estimer précisément et de façon fiable la puissance maximale de fonctionnement pmf de la batterie cellulaire BC du véhicule V.
[0091] L'invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels :
[0092] - la protection de la batterie cellulaire BC du fait de l’évitement de ses sous-décharges et surcharges,
[0093] - la protection contre les défaillances du calculateur de batterie CB et la minimisation des occurrences d’ouverture des contacteurs (ou interrupteurs) du dispositif d’isolement associé à la batterie cellulaire BC,
[0094] - un évitement du vieillissement prématuré de la batterie cellulaire BC du fait de la réduction de l’occurrence de passage entre la tension limite d’usage ulu et la tension limite interdite uli,
[0095] - un meilleur respect de la durée de vie des composants électroniques et chimiques,
[0096] - une importante réduction des coûts de calibration.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Procédé d’estimation d’une puissance maximale de fonctionnement pour une batterie cellulaire (BC) d’un véhicule (V) comportant N cellules (CE) ayant chacune une tension cellulaire, avec N > 2, ledit procédé comprenant une étape (10-30) dans laquelle on estime ladite puissance maximale de fonctionnement en multipliant une puissance maximale primaire estimée par un coefficient de limitation estimé, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-30) on estime ledit coefficient de limitation au moyen d’une fonction choisie et ayant un paramètre indépendant d’une température interne dans ladite batterie cellulaire (BC) et défini par un rapport entre une première différence, entre une tension cellulaire extrêmale desdites cellules (CE) et une tension limite d’usage, et une deuxième différence, entre une tension de démarrage de limitation et ladite tension limite d’usage.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que dans ladite étape (10-30) ladite tension cellulaire extrêmale est soit une tension cellulaire minimale lorsque ladite batterie cellulaire (BC) est dans une phase de décharge, soit une tension cellulaire maximale lorsque ladite batterie cellulaire (BC) est dans une phase de recharge.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-30) on choisit une fonction linéaire lorsque ladite deuxième différence est inférieure ou égale à un seuil choisi.
[Revendication 4] Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-30) on choisit une fonction non linéaire lorsque ladite deuxième différence est supérieure à un seuil choisi.
[Revendication 5] Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-30) on maintient ladite puissance maximale de fonctionnement à une valeur constante soit lorsque dans une phase de décharge de ladite batterie cellulaire (BC) ladite tension cellulaire extrêmale recommence à croître après une phase de décroissance et demeure inférieure à une tension de récupération choisie, soit lorsque dans une phase de recharge de ladite batterie cellulaire (BC) ladite tension cellulaire extrêmale recommence à décroître après une phase de croissance et demeure supérieure à ladite tension de récupération choisie.
[Revendication 6] Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-30) on estime un coefficient de limitation imposant soit une première décroissance constante de ladite puissance maximale de fonctionnement tant que ladite tension cellulaire extrêmale est inférieure à ladite tension limite d'usage, soit une deuxième décroissance strictement supérieure à ladite première décroissance et augmentant lorsque décroît une troisième différence entre ladite tension cellulaire extrêmale et une tension limite interdite.
[Revendication 7] Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-30) ladite deuxième décroissance varie de façon non linéaire lorsque ladite troisième différence décroît.
[Revendication 8] Produit programme d’ordinateur comprenant un jeu d’instructions qui, lorsqu’il est exécuté par des moyens de traitement, est propre à mettre en œuvre le procédé d’estimation selon l’une des revendications 1 à 7, dans un véhicule (V) comprenant une batterie cellulaire (BC) comportant N cellules (CE) ayant chacune une tension cellulaire, avec N > 2, pour estimer une puissance maximale de fonctionnement pour ladite batterie cellulaire (BC).
[Revendication 9] Dispositif d’estimation (DE) pour un véhicule (V) comprenant une batterie cellulaire (BC) comportant N cellules (CE) ayant chacune une tension cellulaire, avec N > 2, ledit dispositif d’estimation (DE) comprenant au moins un processeur (PR1 ) et au moins une mémoire (MD) agencés pour effectuer les opérations consistant à estimer une puissance maximale de fonctionnement pour ladite batterie cellulaire (BC) en multipliant une puissance maximale primaire estimée par un coefficient de limitation estimé, caractérisé en ce que lesdits processeur (PR1 ) et mémoire (MD) sont en outre agencés pour effectuer les opérations consistant à estimer ledit coefficient de limitation au moyen d’une fonction choisie et ayant un paramètre indépendant d’une température interne dans ladite batterie cellulaire (BC) et défini par un rapport entre une première différence, entre une tension cellulaire extrêmale desdites cellules (CE) et une tension limite d’usage, et une seconde différence, entre une tension de démarrage de limitation et ladite tension limite d'usage.
[Revendication 10] Véhicule (V) comprenant une batterie cellulaire (BC) comportant N cellules (CE) ayant chacune une tension cellulaire, avec N > 2, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif d’estimation (DE) selon la revendication 9.
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