EP4684443A1 - Procede de detection d'un desserrage d'une liaison electrique vissee dans une batterie electrique - Google Patents

Procede de detection d'un desserrage d'une liaison electrique vissee dans une batterie electrique

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EP4684443A1
EP4684443A1 EP24707606.0A EP24707606A EP4684443A1 EP 4684443 A1 EP4684443 A1 EP 4684443A1 EP 24707606 A EP24707606 A EP 24707606A EP 4684443 A1 EP4684443 A1 EP 4684443A1
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EP
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assembly
modules
tneg
tpos
module
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EP24707606.0A
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Stephane Guerin
Faycal Souidi
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Stellantis Auto SAS
Original Assignee
Stellantis Auto SAS
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Definitions

  • the invention relates to a method and a system for monitoring a screwed electrical connection and detecting a loosening thereof in a battery pack, i.e. an assembly formed as a series assembly of a plurality of electrical energy storage modules.
  • a battery pack comprises a series of modules connected together by a system of connecting elements called bus bars (or bus bars or ‘busbars’) in the trade, generally screwed to each electrical terminal of the modules.
  • the term “electrical energy storage module”, otherwise known as “battery module”, designates an electrochemical cell or several electrochemical cells connected together. Each electrochemical cell can store electrical energy and can generate current by chemical reaction.
  • the electrochemical cell can be, for example, of the lithium-ion (or Li-ion) type, of the Ni-Mh, or Ni-Cd type, without excluding lead.
  • Screwing contributes to the mechanical maintenance of the modules, but also contributes to good electrical contact between the terminal and the bus bar system, the screwing ensuring the lowest possible electrical contact resistance.
  • the invention thus relates, in its broadest sense, to a method implemented in a system comprising an assembly formed as an assembly of a plurality of N modules (M(k)) for storing electrical energy, each module comprising a positive terminal and a negative terminal, the modules being connected to each other in series by screwed connections, the system comprising sensors for determining a temperature denoted TPos(k) prevailing at the location of each of the positive terminals of the modules (M(k)), and a temperature denoted TNeg(k) prevailing at the location of each of the negative terminals of the modules (M(k)), the method being characterized in that it comprises a step of recurrent acquisition of temperature values TPos(k) and TNeg(k) for each module M(k) of rank k, and in that it generates an alert in the event that one of the following conditions [C1] or [C2] becomes true:
  • condition C1 becomes true, for a given index k then it is the negative terminal of the module of index k which is suspected of a loosening of its screwed connection.
  • condition C2 becomes true, for a given index k then it is the positive terminal of the module of index k which is suspected of a loosening of its screwed connection.
  • the first difference term measures the temperature difference between the 2 terminals of the same module while the second difference term between two neighboring terminals belonging to two neighboring modules connected by an electrical connection element which participates in two screwed electrical connections.
  • said 'assembly comprising the plurality of N modules' is called in the art 'battery pack'. It is noted that several battery packs can be connected in parallel to form a complete battery. [022] If an alert is generated for a vehicle, it is communicated to the driver or maintenance manager of the vehicle in which the battery pack is located. This is an incentive to repair or to go to the garage for checking and possible tightening of the screw connection. It is noted that the index of the module on which the failure occurs, as well as the positive or negative terminal, can be memorized and returned to the maintenance agent who will work on the vehicle, which facilitates the checking and, if necessary, the repair.
  • the method can further comprise a step of disconnecting the assembly following the generation of an alert. It is thus possible to isolate the assembly (the battery pack) in question and allow the other battery packs to operate normally. As in practice, there are several battery packs in parallel, the supply of energy can continue all the same.
  • the method can further comprise a step of inhibiting the assembly following the generation of an alert.
  • the battery pack is set aside until a repair is validated, and it is avoided to request it again before verification or repair.
  • the first temperature threshold SL1 has a value of 4°C. This threshold is small enough to cause early detection. And at the same time the inventors have noticed that it is large enough to be indicative of a degradation of a screwing on one of the terminals of a module. A temperature difference between the two ends of an electrical connection element is indicative of a tightening/screwing imbalance between the two ends and consequently a degraded tightening/screwing can be detected thanks to the threshold SL1.
  • the second temperature threshold SL2 has a value of 2 °C. According to this condition also, the detection is early, and the threshold SL2 is sufficiently large to be indicative of a deterioration of a screw connection on one of the screw terminals. A temperature difference between the two ends of an electrical connection element is indicative of a tightening/screwing imbalance between the two ends and consequently a degraded tightening/screwing can be detected using the threshold SL2.
  • the invention also relates to an assembly forming part of a battery of an electric or hybrid motor vehicle, the assembly being formed as a series mode assembly of a plurality of N modules (M(k)) for storing electrical energy, each module comprising a positive terminal and a negative terminal, the modules being connected to each other in series by screwed connections, the assembly comprising sensors for determining a temperature denoted TPos(k) prevailing at the location of each of the positive terminals of the modules and a temperature denoted TNeg(k) prevailing at the location of each of the negative terminals of the modules, the assembly further comprising a calculator configured to implement the monitoring method as described above, in order to detect a loosening of a screwed connection.
  • M(k) N modules
  • the assembly comprises a first end module forming a first end of the assembly, a second end module forming a second end of the assembly and intermediate modules, the positive terminal of each intermediate module M(k) being electrically connected to the negative terminal of one of its two neighbors by a connecting element fixed by screwing, the negative terminal of each intermediate module M(k) being electrically connected to the positive terminal of the other of its two neighbors by another connecting element fixed by screwing, said connecting elements each being formed as a perforated metal strip.
  • connection element formed as a perforated metal strip has a very low electrical resistance of the order of a few micro-ohms, given its cross section and its very good conductive material.
  • connection element can also be described as a flat bar, hence the name bus bar.
  • the sensors intended to determine a temperature comprise, for each positive connection terminal of the modules and each negative connection terminal of the modules, a thermistor or a thermocouple in intimate thermal coupling with said connection terminal and connected to the computer.
  • the thermistor or thermocouple may be attached directly to the terminal. Alternatively, it may be attached to the electrical connection element in the immediate vicinity of the terminal.
  • the assembly further comprises a power switch arranged in series on a conductive element for connecting the assembly to a network.
  • the invention also relates to an electric or hybrid motor vehicle, comprising at least one assembly forming part of a battery, the assembly being as described above.
  • FIG.1 schematically and partially illustrates, in elevation, battery modules connected together and forming part of an assembly called a ‘battery pack’ in which the present invention is implemented;
  • FIG.2 schematically illustrates in top view a bolted connecting element linking two neighboring modules
  • FIG.3 schematically illustrates a battery pack system with modules and a computer configured to implement the method.
  • FIG.4 illustrates in perspective an electrical connection element
  • FIG.5 schematically illustrates a temperature profile along a module assembly in the case of a negative terminal with a loosening
  • FIG. 3 there is shown a battery pack 1 which comprises a series of modules connected together by a system of electrical connection elements 2.
  • a module is an electrical energy storage module, otherwise called a battery module.
  • Each module comprises one or several electrochemical cell(s).
  • the modules are identical, they are generally identified M(k), k being a rank or naming index. With a number N of modules, k varies from 1 to N.
  • N 8 the modules M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8 are arranged next to each other, in a line.
  • N 8 the modules M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8 are arranged next to each other, in a line.
  • the present invention works even with a very large number N of modules.
  • each module M(k) comprises a positive terminal BP and a negative terminal BN.
  • each intermediate module M(k) is electrically connected to the negative terminal BN of one of its neighbors (here the one on the right M(k+1 )) by a connecting element 2
  • the negative terminal BN of each intermediate module M(k) is electrically connected to the positive terminal BP of the other of its neighbors (here the one on the left M(k-1 )) by another connecting element 2.
  • the negative terminal BN of module M2 is connected to the positive terminal BP of module M1 and the positive terminal BP of module M2 is connected to the negative terminal BN of module M3.
  • the same logic applies mutatis mutandis to the other modules.
  • the assembly comprises an intermediary electrically connected on either side to its two immediate neighbors.
  • Each connecting element 2 is in the form of a flat bar, also a metal strip, for example obtained by press cutting.
  • the thickness E2 of such a metal strip is generally uniform, between 1 mm and 4 mm.
  • the width W is between 10 mm and 20 mm.
  • the length L is between 50 mm and 100 mm.
  • the material constituting each connecting element 2 is metallic, for example an aluminum or copper alloy, or else a steel alloy.
  • Each connecting element 2 comprises a first end 21 with a first hole 23, and a second end 22 with a second hole 24.
  • each connecting element 2 is a perforated metal strip. It is fixed by screwing to the terminals of the modules. [047] More precisely, the first hole 23 receives the rod 4 of a terminal of a module and the second hole 24 receives the rod 4 of another terminal of a module.
  • the inner diameter D of each hole may be between 6 mm and 16 mm. Preferably, an inner diameter between 8 mm and 12 mm may be chosen.
  • a nut 3 is screwed onto each terminal rod.
  • the rod 4 may comprise an external thread forming a counterpart to the internal thread of the nut.
  • a conical sleeve may be provided, with an external thread on the sleeve and radially internal teeth for hooking onto the rod 4.
  • a washer 41 for example a Grower type washer, may be provided between the nut 3 and the connecting element 2.
  • Each connecting element 2 bears on a shoulder 42 of the terminal to which it is screwed.
  • connection elements could however have a different shape while fulfilling the same function.
  • Each connecting element 2 participates in two screwed connections, namely a first screwed connection at the location of the negative terminal and a second screwed connection at the location of the positive terminal.
  • the screwed connection itself comprises the rod 4 of the terminal, the end zone of the connecting element 2 with the corresponding hole and the nut 3.
  • the nut 3 tightens the end zone of the connecting element on the terminal.
  • the assembly comprises sensors 11, 12 for determining a current temperature denoted TPos(k) prevailing at the location of each of the positive terminals of the modules and a current temperature denoted TNeg(k) prevailing at the location of each of the negative terminals of the modules.
  • a capture element 11 is provided on each positive connection terminal BP of each module of each module, and a capture element 12 on each negative connection terminal BN of each module of each module.
  • the sensing element one can choose in particular a thermocouple, a variable resistor with a positive coefficient (PTC) or a variable resistor with a negative coefficient (NTC).
  • Each thermistor is connected to a computer 5, by a pair of conductors 28.
  • a single wire may be sufficient to connect a thermistor to the computer if the other pole of the thermistor can be connected locally to the ground of the vehicle.
  • the calculator 5 can be called a BMS (‘Battery Management System’).
  • the calculator 5 carries out the recurrent acquisition of the temperature values TPos(k) and TNeg(k).
  • the calculator 5 performs the calculations in a recurring manner of the following four differences:
  • the calculator 5 compares these four differences to configurable thresholds SL1 and SL2, and generates an alert in the event that one of the following conditions [C1] or [C2] becomes true.
  • the logic implemented in the calculator deduces that the negative terminal BN of the module of index k, namely M(k), may be the site of a loosening of the screw connection.
  • the logic implemented in the calculator deduces that the negative terminal BN of the module of index k, namely M(k), may be the site of a loosening of the screw connection.
  • condition C1 As for condition C1, it is not verified, and this is the case for all the Mk modules illustrated.
  • the assembly further comprises a power switch 82 arranged in series on the negative collector bus bar 80 for connection to an external network.
  • the method comprises a step of disconnecting the battery pack presenting a suspected defect.
  • the battery pack showing a suspected defect is inhibited for the following operating cycles until validation of the repair or verification of adequate tightening.
  • the assembly further comprises a fuse 83, in particular to protect the battery pack from a charging short circuit at the output.
  • the method promoted here can be used for a battery pack in a stationary configuration, for example a buffer battery coupled to an intermittent renewable energy capture system (solar or wind).
  • an intermittent renewable energy capture system solar or wind

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Abstract

Procédé de surveillance mis en œuvre dans un système comprenant un ensemble formé comme un assemblage d'une pluralité de N modules (M(k)) de stockage d'énergie électrique, chaque module comprenant une borne positive (BP) et une borne négative (BN), le système comprenant des capteurs pour déterminer une température notée TPos(k) régnant à l'endroit de chacune des bornes positives, et une température notée TNeg(k) régnant à l'endroit de chacune des bornes négatives, le procédé étant comprenant une étape d'acquisition de valeurs de températures courantes TPos(k) et TNeg(k) pour chaque module M(k) de rang k, avec une génération d'une alerte dans le cas où l'une conditions suivantes [C1] ou (C2] devient vraie [C1] : (TPos(k) – TNeg(k)) > SL1 et (TNeg(k+1) - TNeg(k)) > SL2, SL1 et SL2 étant des seuils de température, et [C2] : (TNeg(k) – TNPos(k)) > SL1 et (TPos(k-1) - TPos(k)) > SL2.

Description

DESCRIPTION
TITRE DE L’INVENTION : PROCEDE DE DETECTION D’UN DESSERRAGE D’UNE LIAISON ELECTRIQUE VISSEE DANS UNE BATTERIE ELECTRIQUE
[001] La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2302678 déposée le 22.03.2023 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[002] L’invention se rapporte à un procédé et à un système, pour surveiller une liaison électrique vissée et en détecter un desserrage dans un pack batterie, i.e. un ensemble formé comme un assemblage série d’une pluralité de modules de stockage d’énergie électrique.
[003] Un pack batterie comprend une série de modules connectés entre-deux par un système d’éléments de liaisons appelés dans le métier des barres omnibus (ou bus barre ou encore ‘busbars’) généralement vissé à chaque borne électrique des modules.
[004] Par ailleurs, dans tout le texte de ce document, le terme « module de stockage d’énergie électrique >>, autrement nommé « module batterie >> désigne une cellule électrochimique ou plusieurs cellule(s) électrochimique(s) reliées entre elles. Chaque cellule électrochimique peut stocker de l’énergie électrique et peut générer du courant par réaction chimique. La cellule électrochimique peut être par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd, sans exclure le plomb.
[005] Le vissage participe au maintien mécanique des modules, mais contribue également au bon contact électrique entre la borne et le système de bus barre, le vissage assurant une résistance de contact électrique la plus petite possible.
[006] Dans la pratique, il arrive que ce vissage se desserre, par exemple à cause de vibrations transmises à la batterie. Ainsi la résistance de contact électrique entre la borne et le système de bus barre augmente. Ceci est très néfaste car, avec le courant important qui traverse cette résistance de contact, il peut apparaître une élévation de température allant jusqu’à créer un point chaud indésirable ce qui peut engendrer localement des dégradations de matériaux, pouvant même aller jusqu’à un début de combustion. [007] Il est par conséquent souhaitable de pouvoir détecter un desserrage d’une liaison vissée telle que considérée ici. La détection doit être de préférence précoce et fiable. Il convient aussi d’éviter de fausses détections ou une absence de détection.
[008] Il est connu du document FR3115607 de mesurer des différences de potentiel entre plusieurs parties des modules constituant le pack batteries, afin d’un déduire un desserrage. Les mesures de différences de potentiel sont toutefois sujettes aux parasites électriques et aux écarts de masse sous courant fort ce qui perturbe les mesures.
[009] Les inventeurs ont cherché à mettre au point une autre solution pour détecter un desserrage avec une bonne fiabilité.
[010] Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acception la plus large, à un procédé mis en oeuvre dans un système comprenant un ensemble formé comme un assemblage d’une pluralité de N modules (M(k)) de stockage d’énergie électrique, chaque module comprenant une borne positive et une borne négative, les modules étant raccordés les uns aux autres en série par des liaisons vissées, le système comprenant des capteurs pour déterminer une température notée TPos(k) régnant à l’endroit de chacune des bornes positives des modules (M(k)), et une température notée TNeg(k) régnant à l’endroit de chacune des bornes négatives des modules (M(k)), le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’acquisition récurrente de valeurs de températures TPos(k) et TNeg(k) pour chaque module M(k) de rang k, et en ce qu’il génère une alerte dans le cas où l’une conditions suivantes [C1 ] ou [C2] devient vraie :
[C1] : (TPos(k) - TNeg(k)) > SL1 et (TNeg(k+1 ) - TNeg(k)) > SL2, pour k de 1 à N-1 , SL1 étant un premier seuil de température prédéfini, SL2 étant un deuxième seuil de température prédéfini,
[C2] : (TNeg(k) - TNPos(k)) > SL1 et (TPos(k-1 ) - TPos(k)) > SL2, pour k de 2 à N, ladite alerte étant représentative d’un desserrage d’une liaison vissée.
[011] Grâce à ces dispositions, en s’intéressant à des écarts de températures entre bornes voisines, on s’affranchit des évolutions générales de température. Dit autrement, on travaille en mode différentiel local et les valeurs absolues de température n’ont pas d’influence sur les conditions qui déclenchent l’alerte.
[012] Selon la première condition C1 , on s'intéresse à un écart de température concernant une borne négative.
[013] Selon la deuxième condition C2, on s'intéresse à un écart de température concernant une borne positive.
[014] Le déclenchement d’une alerte suite à la survenance d'un résultat vrai sur l'une des conditions C1 ou C2 permet d'identifier sans ambiguïté la borne de connexion suspecte.
[015] Plus précisément, si la condition C1 devient vraie, pour un indice k donné alors c'est la borne négative du module d'indice k qui est suspecte d'un desserrage de sa liaison vissée. A l'inverse, de manière similaire, si la condition C2 devient vraie, pour un indice k donné alors c'est la borne positive du module d'indice k qui est suspecte d'un desserrage de sa liaison vissée.
[016] On mémorise cette information pour une intervention de maintenance ultérieure.
[017] On remarque que dans chaque condition C1 ou C2, le premier terme de différence mesure la différence de température les 2 bornes d'un même module alors que le deuxième terme de différence entre deux bornes voisines appartenant à deux modules voisins reliés par un élément de liaison électrique qui participe à deux liaisons électriques vissées.
[018] Dans un fonctionnement nominal, des bornes voisines présentent des températures très proches, quelles que soient les conditions de température extérieure et l'évolution au cours du temps des températures extérieures.
[019] Si un élément de liaison contribuant à deux liaisons vissées connaît un desserrage, alors les deux bornes en contact thermique avec cet élément de liaison voient leur température augmenter par rapport à la température des autres bornes du pack batterie en question.
[020] Les deux liaisons vissées d’un élément de liaison sont plus chaudes que les voisines et celle qui est desserrée est plus chaude que l’autre appartenant au même élément de liaison.
[021] On note que ledit ‘ensemble comprenant la pluralité de N modules’ est appelé dans le métier ‘pack batterie’. On note que plusieurs packs batterie peuvent être raccordés en parallèle pour former une batterie complète. [022] Si une alerte est générée pour un véhicule, elle est communiquée au conducteur ou au gestionnaire de maintenance du véhicule dans lequel le pack batterie se trouve. Il s'agit d'une incitation à réparer ou à passer au garage pour vérification et resserrage éventuel de liaison vissée. On relève que l’indice du module sur lequel se produit la défaillance, ainsi que la borne positive ou négative, peuvent être mémorisés et restitués à l'agent de maintenance qui interviendra sur le véhicule, ce qui facilite la vérification et le cas échéant la réparation.
[023] Avantageusement, le procédé peut en outre comprendre une étape de déconnexion de l’ensemble suite à la génération d’une alerte. On peut ainsi isoler l’ensemble (le pack batterie) en question et laisser les autres packs batterie fonctionner normalement. Comme dans la pratique, il y a plusieurs packs batteries en parallèle, la fourniture d'énergie peut se poursuivre tout de même.
[024] Avantageusement, selon une option, le procédé peut en outre comprendre une étape d’inhibition de l’ensemble suite à la génération d’une alerte. On écarte le pack batterie jusqu'à validation d'une réparation, et on évite de le solliciter à nouveau avant vérification ou réparation.
[025] Selon une option, il peut être prévu que le premier seuil de température SL1 ait une valeur de 4°C. Ce seuil est suffisamment petit pour provoquer une détection précoce. Et en même temps les inventeurs ont remarqué qu'il était suffisamment grand pour être révélateur d'une dégradation d'un vissage sur l'une des bornes d'un module. Une différence de températures entre les deux extrémités d'un élément de liaison électrique est révélatrice donne déséquilibre de serrage/vissage entre les deux extrémités et par conséquent on peut détecter un serrage/vissage dégradé grâce au seuil SL1 .
[026] Selon une option, il peut être prévu que le deuxième seuil de température SL2 ait une valeur de 2 °C. Selon cette condition également, la détection est précoce, et le seuil SL2 il suffisamment grand pour être révélateur d'une dégradation d'un vissage sur l'une des bornes vissées. Une différence de températures entre les deux extrémités d'un élément de liaison électrique est révélatrice donne déséquilibre de serrage/vissage entre les deux extrémités et par conséquent on peut détecter un serrage/vissage dégradé grâce au seuil SL2. [027] L'invention vise aussi un ensemble formant partie d’une batterie d’un véhicule automobile électrique ou hybride, l’ensemble étant formé comme un assemblage en mode série d’une pluralité de N modules (M(k)) de stockage d’énergie électrique, chaque module comprenant une borne positive et une borne négative, les modules étant raccordés les uns aux autres en série par des liaisons vissées, l’ensemble comprenant des capteurs pour déterminer une température notée TPos(k) régnant à l’endroit de chacune des bornes positives des modules et une température notée TNeg(k) régnant à l’endroit de chacune des bornes négatives des modules, l’ensemble comprenant en outre un calculateur configuré pour mettre en oeuvre le procédé de surveillance tel que décrit ci-dessus, afin de détecter un desserrage d’une liaison vissée.
[028] Selon une option, l’ensemble comprend un premier module d’extrémité formant une première extrémité de l’assemblage, un deuxième module d’extrémité formant une deuxième extrémité de l’assemblage et des modules intermédiaires, la borne positive de chaque module intermédiaire M(k) étant reliée électriquement à la borne négative d’un de ses deux voisins par un élément de liaison fixé par vissage, la borne négative de chaque module intermédiaire M(k) étant reliée électriquement à la borne positive de l’autre de ses deux voisins par un autre élément de liaison fixé par vissage, lesdits éléments de liaison étant chacun formé comme une bande métallique trouée.
[029] L'assemblage des modules forme ainsi une chaîne, les modules en étant les maillons reliés entre eux par les éléments de liaison électrique. L'élément de liaison formé comme une bande métallique trouée présente une résistance électrique très faible de l'ordre de quelques micro-ohms, au vu de sa section transversale et de son matériau très bon conducteur. On peut aussi qualifier l'élément de liaison de barre plate d'où l'appellation bus barre.
[030] Selon une option, les capteurs destinés à déterminer une température comprennent, pour chaque borne de connexion positive des modules et chaque borne de connexion négative des modules, une thermistance ou un thermocouple en couplage thermique intime avec ladite borne de connexion et relié au calculateur. [031] La thermistance ou le thermocouple peut être fixé directement sur la borne. En alternative, il peut être fixé sur l'élément de liaison électrique à proximité immédiate de la borne.
[032] Selon une option, l’ensemble comprend en outre un interrupteur de puissance agencé en série sur un élément conducteur de raccordement de l’ensemble à un réseau.
[033] Il est ainsi possible d'isoler le pack batterie défaillant concerné et laisser les autres packs batterie fonctionner normalement.
[034] L'invention vise aussi un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant au moins ensemble formant partie d’une batterie, l’ensemble étant tel que décrit ci -dessus.
[035] L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles :
- [Fig.1] illustre schématiquement et partiellement, en élévation, des modules de batteries reliés entre eux et faisant partie d’un ensemble appelé ‘pack batterie’ dans lequel la présente invention est mise en oeuvre ;
- [Fig.2] illustre schématiquement en vue de dessus un élément de liaison boulonné reliant deux modules voisins ;
- [Fig.3] illustre schématiquement un système de pack batterie avec des modules et un calculateur configuré pour mettre en oeuvre le procédé.
- [Fig.4] illustre en perspective un élément de liaison électrique ;
- [Fig.5] illustre schématiquement un profil de température le long d’un assemblage de module dans le cas d’une borne négative avec un desserrage ;
[036] Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Pour des raisons de clarté de l'exposé, certains éléments ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle.
[037] En référence à la figure 3, il est représenté un pack batterie 1 qui comprend une série de modules connectés entre-deux par un système d’éléments de liaison électrique 2.
[038] Ici un module est un module de stockage d’énergie électrique, autrement nommé module batterie. Chaque module comprend une ou plusieurs cellule(s) électrochimique(s). Les modules sont identiques, ils sont repérés généralement M(k), k étant un rang ou indice de nommage. Avec un nombre N de modules, k varie de 1 à N.
[039] Dans l'exemple illustré, N=8, les modules M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8 sont disposés les uns à côté des autres, en ligne. Il n'y a pas de limitation sur le nombre de modules N, la présente invention fonctionne même avec un nombre N très important de modules.
[040] En référence aux figures 1 et 3, chaque module M(k) comprend une borne positive BP et une borne négative BN.
[041] Les N modules sont raccordé électriquement en configuration série, la borne positive BP de chaque module intermédiaire M(k) est reliée électriquement à la borne négative BN d’un de ses voisins (ici celui de droite M(k+1 )) par un élément de liaison 2, la borne négative BN de chaque module intermédiaire M(k) est reliée électriquement à la borne positive BP de l’autre de ses voisins (ici celui de gauche M(k-1 )) par un autre élément de liaison 2.
[042] Par exemple, la borne négative BN module M2 est raccordé à la borne positive BP du module M1 et la borne positive BP du module M2 est raccordé à la borne négative BN du module M3. La même logique s’applique mutatis mutandis aux autres modules.
[043] L’ensemble comprend un intermédiaire est relié électriquement de part et d'autre à ses deux voisins immédiats.
[044] Chaque élément de liaison 2 se présente comme une barre plate, aussi bande métallique, par exemple obtenue par découpage à la presse. En référence à la figure 4, L’épaisseur E2 d’une telle bande métallique est généralement homogène, comprise entre 1 mm et 4mm. Par exemple, la largeur W est comprise entre 10mm et 20mm. Par exemple, la longueur L est comprise entre 50mm et 100mm. Le matériau constituant chaque élément de liaison 2 est métallique, par exemple un alliage d’aluminium ou de cuivre, ou bien en alliage d’acier.
[045] Chaque élément de liaison 2 comprend une première extrémité 21 avec un premier trou 23, et une deuxième extrémité 22 avec un deuxième trou 24.
[046] Dit autrement, chaque élément de liaison 2 est une bande métallique trouée. Elle est fixée par vissage aux bornes des modules. [047] Plus précisément, le premier trou 23 reçoit la tige 4 d’une borne d’un module et le deuxième trou 24 reçoit la tige 4 d’une autre borne d’un module.
[048] Le diamètre intérieur D de chaque trou peut être compris entre 6 mm et 16 mm. De préférence, on peut choisir un diamètre intérieur compris entre 8 mm et 12 mm.
[049] Un écrou 3 est vissé sur chaque tige de borne. La tige 4 peut comprendre un filetage extérieur formant contrepartie du filetage intérieur de l’écrou. En alternative, il peut être prévu une douille conique, avec un filetage extérieur sur la douille et des dents radialement intérieures pour accrocher sur la tige 4.
[050] Il peut être prévu une rondelle 41 , par exemple une rondelle de type Grower, interposée entre l'écrou 3 et l'élément de liaison 2.
[051] Chaque élément de liaison 2 porte sur un épaulement 42 de la borne à laquelle il est vissé.
[052] Les éléments de liaison électrique pourraient toutefois avoir une forme différente tout en remplissant la même fonction
[053] En complément de l'exemple présenté ici, on note plus généralement que tout autre moyen de vissage peut convenir.
[054] Chaque élément de liaison 2 participe à deux liaisons vissées, à savoir une première liaison vissée à l’endroit de la borne négative et une deuxième liaison vissée à l’endroit de la borne positive. La liaison vissée proprement dite comprend la tige 4 de la borne, la zone d’extrémité de l’élément de liaison 2 avec le trou correspondant et l’écrou 3. L’écrou 3 vient serrer la zone d’extrémité de l’élément de liaison sur la borne.
[055] Il est prévu des capteurs pour mesurer des températures.
[056] De manière générale, l’ensemble comprend des capteurs 11 , 12 pour déterminer une température courante notée TPos(k) régnant à l’endroit de chacune des bornes positives des modules et une température courante notée TNeg(k) régnant à l’endroit de chacune des bornes négatives des modules.
[057] Plus précisément, il est prévu un élément de captage 11 sur chaque borne de connexion positive BP de chaque module de chaque module, et un élément de captage 12 sur chaque borne de connexion négative BN de chaque module de chaque module. [058] S’agissant de l’élément de captage, on peut choisir en particulier un thermocouple, une résistance variable un coefficient positif (CTP) ou une résistance variable à coefficient négatif (CTN).
[059] Chaque thermistance est reliée à un calculateur 5, par une paire de conducteurs 28. En variante, un seul fil peut suffire pour relier une thermistance au calculateur si l'autre pôle de la thermistance peut être relié localement à la masse du véhicule.
[060] Le calculateur 5 peut être qualifié de BMS (‘Battery Management System’).
[061] Le calculateur 5 procède à l’acquisition récurrente des valeurs de température TPos(k) et TNeg(k).
[062] Le calculateur 5 procède aux calculs de manière récurrente des quatre différences suivantes :
(TPos(k) - TNeg(k)), pour k de 1 à N
(TNeg(k+1 ) - TNeg(k)), pour k de 1 à N-1
(TNeg(k) - TNPos(k)) pour k de 1 à N
(TPos(k-1 ) - TPos(k)) pour k de 2 à N.
[063] Le calculateur 5 compare ces quatre différences à des seuils paramétrables SL1 et SL2, et génère une alerte dans le cas où l’une conditions suivantes [C1 ] ou [C2] devient vraie.
[064] [C1] : (TPos(k) - TNeg(k)) > SL1 et (TNeg(k+1 ) - TNeg(k)) > SL2,
[065] [C2] : (TNeg(k) - TNPos(k)) > SL1 et (TPos(k-1 ) - TPos(k)) > SL2
[066] Si la première condition C1 devient vraie, la logique mise en oeuvre dans le calculateur en déduit que la borne négative BN du module d’indice k à savoir M(k) peut être le siège d’un desserrage de la liaison vissée.
[067] Si la première condition C2 devient vraie, la logique mise en oeuvre dans le calculateur en déduit que la borne négative BN du module d’indice k à savoir M(k) peut être le siège d’un desserrage de la liaison vissée.
[068] On note qu’il est très peu probable statistiquement que deux liaisons vissées se desserrent en même temps.
[069] On met à profit la petite longueur et la bonne conductivité thermique des éléments de liaison pour supposer que la liaison vissée qui n’est pas desserrée subit aussi une augmentation de température. [070] En se tournant vers la figure 5, on constate que la borne négative BN du module k, i.e. TNeg(k) dépasse TPos(k) d’un écart supérieur au premier seuil SL1 , donc la première moitié de la condition C2 est vraie. De plus on voit que TPos(k-1 ) dépasse TPos(k) d’un écart supérieur au premier seuil SL2. La condition C2 est donc vraie pour l’indice k. En revanche la condition C2 reste fausse pour l’indice k-1 et pour l’indice k+1. IL en est déduit que la borne TNeg(k) est suspectée de desserrage.
[071] Du côté de la condition C1, elle n’est pas vérifiée, et ceci pour tous les modules Mk illustrés.
[072] On remarque aussi qu’une évolution lente des températures le long de la série des modules comme illustré sur la partie droite de la figure 5, ne conduit pas à la vérification de la condition C1 ou C2, on évite ainsi une détection intempestive. A chaque calcul, la référence prise est locale, on utilise un calcul différentiel qui permet d’accepter un certain gradient spatial, lequel gradient spatial pouvant être occasionné par les organes environnant le pack batterie.
[073] Selon une option avantageuse, l’ensemble comprend en outre un interrupteur de puissance 82 agencé en série sur le bus barre collecteur négatif 80 de raccordement à un réseau externe.
[074] Optionnellement, il est prévu que le procédé comprenne une étape de déconnexion du pack batterie présentant une suspicion de défaut.
[075] Optionnellement, il est prévu en outre que le pack batterie présentant une suspicion de défaut soit inhibé pour les cycles d'opération suivants jusqu'à la validation de la réparation ou de la vérification du serrage adéquat.
[076] Selon une option avantageuse, l’ensemble comprend en outre un fusible 83, notamment pour protéger le pack batterie d’un court-circuit de chargement en sortie.
[077] Il faut remarquer que le procédé promu ici peut être utilisé pour un pack batterie dans une configuration stationnaire, par exemple une batterie tampon couplée à un système de captation d'énergie renouvelable intermittent (solaire ou éolien).

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de surveillance mis en œuvre dans un système comprenant un ensemble formé comme un assemblage d’une pluralité de N modules (M(k)) de stockage d’énergie électrique, chaque module comprenant une borne positive (BP) et une borne négative (BN), les modules étant raccordés les uns aux autres en série par des liaisons vissées, le système comprenant des capteurs pour déterminer une température notée TPos(k) régnant à l’endroit de chacune des bornes positives des modules (M(k)), et une température notée TNeg(k) régnant à l’endroit de chacune des bornes négatives des modules (M(k)), le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’acquisition récurrente de valeurs de températures TPos(k) et TNeg(k) pour chaque module M(k) de rang k, et en ce qu’il génère une alerte dans le cas où l’une conditions suivantes [C1] ou [C2] devient vraie :
[C1] : (TPos(k) - TNeg(k)) > SL1 et (TNeg(k+1 ) - TNeg(k)) > SL2, pour k de 1 à N-1 , SL1 étant un premier seuil de température prédéfini, SL2 étant un deuxième seuil de température prédéfini
[C2] : (TNeg(k) - TNPos(k)) > SL1 et (TPos(k-1 ) - TPos(k)) > SL2, pour k de 2 à N, ladite alerte étant représentative d’un desserrage d’une liaison vissée.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en qu’il comprend en outre une étape de déconnexion de l’ensemble suite à la génération d’une alerte.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en qu’il comprend en outre une étape d’inhibition de l’ensemble suite à la génération d’une alerte, l’ensemble étant écarté jusqu'à validation d'une réparation.
4. Procédé l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier seuil de température SL1 a une valeur de 4 °C.
5. Procédé l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le deuxième seuil de température SL2 a une valeur de 2 °C.
6. Ensemble formant partie d’une batterie d’un véhicule automobile électrique ou hybride, l’ensemble étant formé comme un assemblage en mode série d’une pluralité de N modules (M(k)) de stockage d’énergie électrique, chaque module comprenant une borne positive (BP) et une borne négative, les modules étant raccordés les uns aux autres en série par des liaisons vissées, l’ensemble comprenant des capteurs pour déterminer une température notée TPos(k) régnant à l’endroit de chacune des bornes positives des modules et une température notée TNeg(k) régnant à l’endroit de chacune des bornes négatives des modules, l’ensemble comprenant en outre un calculateur (5) configuré pour mettre en oeuvre le procédé de surveillance selon l’une des revendications 1 à 5, afin de détecter un desserrage d’une liaison vissée.
7. Ensemble selon la revendication 6, l’ensemble comprenant un premier module d’extrémité (M(1 )) formant une première extrémité de l’assemblage, un deuxième module d’extrémité (M(N)) formant une deuxième extrémité de l’assemblage et des modules intermédiaires, la borne positive (BP) de chaque module intermédiaire M(k) étant reliée électriquement à la borne négative d’un de ses deux voisins par un élément de liaison (2) fixé par vissage, la borne négative (BN) de chaque module intermédiaire M(k) étant reliée électriquement à la borne positive de l’autre de ses deux voisins par un autre élément de liaison (2) fixé par vissage, lesdits éléments de liaison étant chacun formé comme une bande métallique trouée.
8. Ensemble selon l’une des revendications 6 à 7, dans lequel les capteurs destinés à déterminer une température comprennent, pour chaque borne de connexion positive (BP) des modules et chaque borne de connexion négative (BN) des modules, une thermistance ou un thermocouple en couplage thermique avec ladite borne de connexion et relié au calculateur.
9. Ensemble selon l’une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l’ensemble comprend en outre un interrupteur de puissance agencé en série sur un élément conducteur de raccordement de l’ensemble à un réseau.
10. Véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant au moins ensemble formant partie d’une batterie, l’ensemble étant conforme à l’une des revendications 6 à 9.
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