EP4731470A1 - Système sans fil de gestion de batterie et procédé associé - Google Patents

Système sans fil de gestion de batterie et procédé associé

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EP4731470A1
EP4731470A1 EP24732547.5A EP24732547A EP4731470A1 EP 4731470 A1 EP4731470 A1 EP 4731470A1 EP 24732547 A EP24732547 A EP 24732547A EP 4731470 A1 EP4731470 A1 EP 4731470A1
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Samuel Cregut
Fabian-Antonio RINCON-VIJA
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Ampere SAS
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Ampere SAS
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Abstract

Ce système ( 1 ) sans fil de gestion de batterie comprend des modules de gestion esclaves (3) couplés de façon biunivoque à des modules de batterie (2), et un module de gestion maître (5) associé auxdits modules de gestion esclaves (3). Le module de gestion maître (5) comprend un calculateur (6) configuré pour fonctionner dans un mode actif et dans un mode de veille, et un dispositif de commande (7) configuré pour communiquer sans fil avec chaque module de gestion esclave (3). Le dispositif de commande (7) est configuré pour calculer une valeur du temps écoulé durant le mode de veille dudit calculateur (6).

Description

TITRE : Système sans fil de gestion de batterie et procédé associé
Domaine technique
L’invention concerne le domaine technique des batteries d’ alimentation de véhicules à traction électrique ou hybride, et en particulier les systèmes de gestion de telles batteries, notamment les systèmes de gestion sans fil .
Techniques antérieures
Les véhicules à traction électrique ou hybride utilisent des batteries de traction pour le stockage de l ’ énergie électrique nécessaire à leur fonctionnement.
Il est courant d’utiliser des systèmes de gestion des batteries afin de contrôler l ’ état des batteries de ces véhicules. Classiquement, ces systèmes de gestion nécessitent une quantité importante de câbles de raccordement électrique pour le raccordement aux batteries. L’utilisation de câbles augmente le poids et le coût des véhicules et impose des contraintes liées à la fiabilité des raccordements et à la conception des batteries.
Des systèmes de gestion sans fil ont été mis au point permettant d’ éviter les inconvénients engendrés par l ’utilisation de câbles.
Les systèmes de gestion des batteries sont configurés pour réaliser des estimations du vieillissement calendaire des batteries, par exemple des estimations de la perte de capacité et de l ’ augmentation de la résistance interne en fonction du temps écoulé depuis une première utilisation.
Pour obtenir le temps écoulé, il existe principalement deux méthodes.
Une première méthode consiste à intégrer dans le système de gestion des batteries un composant électronique dédié tel qu’une horloge temps réel ou RTC ou « Real Time Clock » en anglai s, qui donne le temps réel . Cette solution engendre un coût non négligeable.
Une deuxième méthode consiste à obtenir le temps réel à partir d’un calculateur équipé d’un RTC et qui transmet cette information à des intervalles réguliers au système de gestion des batteries par un bus CAN ou « Controller Area Network » en anglais. Cependant, tout retard dans la transmission de cette information au système de gestion peut engendrer des dysfonctionnements. Par ailleurs, cette solution peut engendrer une surconsommation importante d’ énergie électrique, car il est nécessaire de réveiller le calculateur équipé du RTC pour obtenir le temps réel et car la transmission par bus CAN réveille automatiquement tous les calculateurs branchés sur ce bus.
Exposé de l’ invention
L’invention a pour obj ectif de fournir une système de gestion de batterie apte à déterminer le temps écoulé depuis une première utilisation, qui soit économe en énergie électrique et sans faire appel à des composants électroniques dédiés tels que les RTC .
A cet effet, l ’ invention a pour obj et un système sans fil de gestion de batterie comprenant des modules de gestion esclaves couplés de façon biunivoque à des modules de batterie, et un module de gestion maître associé aux modules de gestion esclaves.
Le module de gestion maître comprend un calculateur configuré pour fonctionner dans un mode actif et dans un mode de veille, et un dispositif de commande configuré pour communiquer sans fil avec chaque module de gestion esclave.
Le dispositif de commande est configuré pour calculer une valeur du temps écoulé dans le mode de veille du calculateur.
Avantageusement, le dispositif de commande est muni d’une sortie logique à laquelle est connecté le calculateur, de manière à permettre le passage du calculateur d’un mode de veille à un mode actif lorsqu’un niveau de tension de ladite sortie logique est fixé à une valeur haute de tension prédéterminée.
Par exemple, le niveau de tension de la sortie logique est fixé à la valeur haute de tension prédéterminée lorsque la valeur du temps écoulé dépasse une première valeur de temps prédéterminée. Selon une caractéristique, le calculateur et le dispositif de commande sont configurés pour communiquer l ’un avec l ’ autre à travers une liaison de type série.
De préférence, chaque module de batterie est configuré pour permettre un équilibrage de la tension électrique aux bornes des cellules des modules, en fonction d’un signal de commande issu du dispositif de commande lorsque la valeur du temps écoulé dépasse une deuxième valeur de temps prédéterminée.
Selon un autre aspect, l ’ invention a pour obj et un procédé de gestion de batterie comprenant des étapes de :
- transmission d’une valeur du temps de référence d’un calculateur du système sans fil de gestion de batterie correspondant au moment du passage vers un mode de veille dudit calculateur, stockage de la valeur du temps de référence, et calcul d’une valeur du temps écoulé depuis le passage en mode de veille du calculateur en fonction d’une différence entre une valeur de temps courant et la valeur du temps de référence stockée.
Par exemple, le procédé comprend une étape supplémentaire de commande de passage du calculateur vers un mode actif réalisée lorsque ladite valeur du temps écoulé dépasse une première valeur de temps prédéterminée.
Avantageusement, le procédé comprend une étape supplémentaire de mise à j our de la valeur du temps de référence du calculateur réalisée au moment du passage vers un mode actif du calculateur en fonction de ladite valeur du temps écoulé.
De préférence, le procédé comprend une étape supplémentaire de commande d’ équilibrage de la tension d’ au moins un module de batterie, réalisée lorsque la valeur du temps écoulé dépasse une deuxième valeur de temps prédéterminée.
Selon un autre aspect, l ’ invention a pour obj et un véhicule hybride ou électrique comprenant un système sans fil de gestion de batterie ou mettant en œuvre un procédé de gestion de batterie tels que décrits ci-dessus.
Brève description des dessins
D’ autres buts, caractéristiques et avantages de l ’ invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’ exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[Fig 1 ] est une vue schématique d’un système sans fil de gestion de batterie selon un mode de réalisation de l ’ invention ; et
[Fig 2] est un organigramme d’un procédé de gestion de batteri e selon un mode de réalisation de l ’invention.
Exposé détaillé d’ au moins un mode de réalisation
La figure 1 est une vue schématique d’un système 1 sans fil de gestion de batterie selon un mode de réalisation de l ’ invention.
Le système 1 sans fil de gestion de batterie comprend des modules de gestion esclaves 3 couplés de façon biunivoque à des modules de batterie 2. Autrement dit, à chaque module de gestion esclave 3 correspond un seul module de batterie 2 et à chaque modul e de batterie 2 correspond un seul module de gestion esclave 3. Chaque module de batterie 2 comprend un ou plusieurs accumulateurs électriques (non représentés), les modules de batterie 2 étant reliés en série et/ou en parallèle pour former une batterie 4. La batterie 4 constitue une source d’ énergie électrique apte par exemple à alimenter un moteur électrique qui assure au moins en partie la traction d’un véhicule. L’utilisation de l ’ invention n’ est pas limitée à la traction de véhicules électriques et est envisageable également dans le cas des applications stationnaires.
Chaque module de gestion esclave 3 est configuré pour communiquer avec le module de batterie 2 qui lui est associé. Cette communication est réali sée par des moyens filaires.
Les modules de gestion esclaves 3 sont adaptés pour la réception de données relatives à la tension électrique et/ou à la température des modules électriques 2 associés. Chaque module de batterie 2 est configuré pour permettre un équilibrage de la tension électrique. L’ équilibrage de la tension électrique se fait de préférence par dissipation à travers une résistance électrique (non représentée) associé à chaque module de batterie 2, de manière à équilibrer les tensions électriques entre les différents modules de batterie 2.
Le système 1 comprend également un module de gestion maître
5 associé aux modules de gestion esclaves 3. Le module de gestion maître 5 supervise l ’ état de la batterie 4 notamment par rapport aux valeurs de tension et/ou de température de chaque module de batterie 2.
Le module de gestion maître 5 comprend un calculateur 6 et un dispositif 7 de commande. Le dispositif 7 de commande et le calculateur
6 sont configurés pour communiquer l ’un avec l ’ autre à travers une liaison 8 de type série.
Le dispositif 7 de commande est configuré pour commander chaque module de gestion esclave 3. De préférence, la commande est effectuée sans fil . Les modules de gestion esclaves 3 sont également adaptés pour la transmission de signaux de commande issus du dispositif
7 aux modules de batterie 2. Ainsi, le dispositif 7 de commande est configuré pour commander chaque module de batterie 2 à travers le module de gestion esclave 3 associé.
Le dispositif 7 de commande comprend un module de calcul 7a, un module de mémoire 7b et un module de communication sans fil 7c.
Le calculateur 6 réalise des estimations du vieillissement de la batterie 4, notamment en termes de perte de capacité et d’ augmentation de la résistance interne. Pour effectuer ces estimations le calculateur utilise le temps écoulé depuis un temps de référence, par exemple le temps écoulé depuis un premier démarrage ou une première utilisation du système 1. Ce temps de référence est connu et stocké dans une mémoire du calculateur 6. Le temps de référence est périodiquement mi s à j our pour tenir compte du passage du temps calendaire.
La batterie 4 assure l ’ alimentation en énergie électrique du système 1. Afin de préserver l ’ autonomie de la batterie 4, le calculateur 6 est configuré pour fonctionner dans un mode actif et dans un mode de veille. Le mode actif est un mode consommateur d’ énergie électrique dans lequel le calculateur 6 est activé. Le mode de veille est un mode peu consommateur d’ énergie électrique dans lequel le calculateur 6 est désactivé. Le calculateur 6 est configuré pour effectuer un passage d’un mode actif vers un mode de veille lorsqu’ il reçoit une instruction i ssue d’une unité de commande de haut niveau (non référencée).
Le calculateur 6 comprend un chronomètre 6a. Lorsque le calculateur 6 fonctionne dans un mode actif, le chronomètre 6a mesure le passage du temps calendaire et le calculateur 6 met à j our le temps de référence en fonction de la valeur de temps mesurée par le chronomètre 6a. La périodicité de la mise à j our dans un mode actif du calculateur 6 a une valeur prédéterminée et est par exemple égale à une minute.
Lorsque le calculateur 6 fonctionne dans un mode de veille, le chronomètre 6a est désactivé et ne peut pas être utilisé pour la mise à j our du temps de référence.
Le dispositif 7 de commande est configuré pour calculer une valeur du temps écoulé depuis un passage en mode de veille du calculateur 6. A cet effet, le module de calcul 7a est adapté pour déterminer une valeur de temps courant. Le module de calcul 7a incrémente un compteur (ou « timestamp » en anglais), par exemple en l ’ augmentant de 1 toutes les millisecondes.
Le dispositif 7 de commande est muni d’une sortie logique 9 à laquelle est connecté le calculateur 6, de manière à permettre le passage du calculateur 6 d’un mode de veille à un mode actif lorsqu’un niveau de tension de la sortie logique est fixé à une valeur haute de tension prédéterminée.
Le dispositif 7 de commande est configuré pour fixer le niveau de tension de la sortie logique 9 à la valeur haute de tension prédéterminée lorsque la valeur du temps écoulé dépasse une première valeur de temps prédéterminée. Avec un tel système de gestion de batterie, il est donc possible de commander le réveil du calculateur 6 à travers le dispositif 7. En d’ autres termes, il devient possible de programmer à l ’ avance les réveil s du calculateur 6 en limitant la durée passée en mode de veille, par l ’ intermédiaire du dispositif 7.
Tel qu’ indiqué précédemment, on peut avantageusement profiter de ces phases de réveil pour mettre à j our les consignes de balancing dans le dispositif 7 et ainsi, chaque module de batterie 2 est configuré pour permettre un équilibrage de la tension électrique.
Le dispositif 7 de commande est configuré pour commander un équilibrage de la tension électrique des modules de batterie 2 par un signal de commande émis lorsque la valeur du temps écoulé dépasse une deuxième valeur de temps prédéterminée. Avec un tel système de gestion de batterie, il devient possible de commander l ’ équilibrage de la tension électrique des cellules de la batterie 2 par l ’intermédiaire du dispositif 7 et ce même lorsque le calculateur 6 fonctionne dans un mode de veille.
Par exemple, la première valeur de temps peut prendre une valeur entre 6h et 8h. De préférence, la deuxième valeur de temps prédéterminée est inférieure à la première. Par exemple, la deuxième valeur de temps prédéterminée peut prendre une valeur entre 2 et 4 heures. Il reste cependant possible que la deuxième valeur de temps prédéterminée soit égale à la première.
La figure 2 est un organigramme d’un procédé de gestion de batterie selon un mode de réalisation de l ’ invention.
Le procédé commence par une étape 10 préalable de détection d’une instruction de passage en mode de veille d’un calculateur 6 d’un système 1 sans fil de gestion d’une batterie 4.
Suivant cette instruction, le calculateur 6 transmet au dispositif 7 la valeur du temps de référence correspondant au moment du passage vers un mode de veille (étape 1 1 ).
Le procédé se poursuit par une étape 12 de stockage de la valeur du temps de référence dans le module de mémoire 7b du dispositif 7 de commande.
Le module de calcul 7a réalise ensuite le calcul d’une valeur du temps écoulé depuis le passage en mode de veille du calculateur 6. Le calcul est réalisé en fonction de la différence entre une valeur de temps courant déterminée par le module de calcul 7a et la valeur du temps de référence disponible depuis le module de mémoire 7b (étape 13). Par exemple, la valeur du temps de référence peut être issue d’un horloge temps réel connecté au dispositif 7 de commande.
Le procédé se poursuit par une étape 13 de commande d’ équilibrage de la tension d’ au moins un module de batterie 2. L’ étape 13 de commande d’ équilibrage est réalisée lorsque la valeur du temps écoulé dépasse une deuxième valeur de temps prédéterminée.
Le dispositif 7 de commande fixe le niveau de tension de la sorti e logique 9 à la valeur haute de tension prédéterminée lorsque la valeur du temps écoulé dépasse une première valeur de temps prédéterminée, de manière à provoquer le passage du calculateur 6 vers un mode actif (étape 14).
Lors de l ’ étape 15 de mise à j our suivante, le calculateur 6 effectue une mi se à j our de la valeur du temps de référence en fonction de la valeur du temps écoulé. Ainsi, la valeur du temps de référence est mise à j our en additionnant la valeur du temps de référence préalablement stockée dans une mémoire du calculateur 6 et la valeur du temps écoulé calculée par le dispositif 7.
Il est à noter que l ’ étape 15 de mise à j our est réalisée après le passage du calculateur 6 vers un mode actif, aussi appelé réveil, mais qu’ il n’ est pas nécessaire que ce réveil soit commandé par le dispositif 7. Par exemple, il est possible d’ effectuer l ’ étape 15 de mise à j our après un réveil du calculateur 6 commandé par une unité de commande de haut niveau à la suite d’un démarrage effectué par un utilisateur.
Dans une variante de réalisation possible, le procédé ne comprend pas d’ étape 13 de commande d’ équilibrage et l ’ étape 14 de commande de passage du calculateur vers un mode actif est réalisée directement après l ’ étape 12 de stockage.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système ( 1 ) sans fil de gestion de batterie comprenant des modules de gestion esclaves (3) couplés de façon biunivoque à des modules de batterie (2), et un module de gestion maître (5) associé auxdits modules de gestion esclaves (3), ledit module de gestion maître (5) comprenant un calculateur (6) configuré pour fonctionner dans un mode actif et dans un mode de veille, et un dispositif de commande (7) configuré pour communiquer sans fil avec chaque module de gestion esclave (3), caractérisé en ce que ledit dispositif de commande (7) est configuré pour calculer une valeur du temps écoulé dans le mode de veille dudit calculateur (6).
2. Système selon la revendication 1 , dans lequel ledit dispositif de commande (7) est muni d’une sortie logique (9) à laquelle est connecté ledit calculateur (6), de manière à permettre le passage du calculateur (6) d’un mode de veille à un mode actif lorsqu’un niveau de tension de ladite sortie logique (9) est fixé à une valeur haute de tension prédéterminée.
3. Système selon la revendication 2, dans lequel le niveau de tension de la sortie logique (9) est fixé à la valeur haute de tension prédéterminée lorsque la valeur du temps écoulé dépasse une première valeur de temps prédéterminée.
4. Système selon Tune quelconque des revendications 1 à 3 , dans lequel ledit calculateur (6) et ledit dispositif (7) de commande sont configurés pour communiquer l ’un avec l ’ autre à travers une liaison de type série (8).
5. Système selon Tune quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque module de batterie (2) est configuré pour permettre un équilibrage de la tension électrique aux bornes des cellules desdits modules, en fonction d’un signal de commande issu du dispositif de commande (7) lorsque la valeur du temps écoulé dépasse une deuxième valeur de temps prédéterminée.
6. Procédé de gestion de batterie mis en œuvre par un système selon l ’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant des étapes de :
- transmission d’une valeur du temps de référence d’un calculateur (6) du système ( 1 ) sans fil de gestion de batterie correspondant au moment du passage vers un mode de veille dudit calculateur (6), stockage de la valeur du temps de référence, et calcul d’une valeur du temps écoulé depuis le passage en mode de veille dudit calculateur en fonction d’une différence entre une valeur de temps courant et la valeur du temps de référence stockée.
7. Procédé selon la revendication 6, comprenant une étape supplémentaire de commande de passage du calculateur (6) vers un mode actif réalisée lorsque ladite valeur du temps écoulé dépasse une première valeur de temps prédéterminée.
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, comprenant une étape supplémentaire de mise à j our de la valeur du temps de référence du calculateur (6) réalisée au moment du passage vers un mode actif du calculateur (6) en fonction de ladite valeur du temps écoulé.
9. Procédé selon la revendication 6, comprenant une étape supplémentaire de commande d’ équilibrage de la tension d’ au moins un module de batterie (2), réalisée lorsque la valeur du temps écoulé dépasse une deuxième valeur de temps prédéterminée.
10. Véhicule hybride ou électrique comprenant un système sans fil de gestion de batterie selon l ’une quelconque des revendications 1 à 5 ou mettant en œuvre un procédé selon l ’une quelconque des revendications 6 à 9.
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