FR2691019A1 - Interface system between battery accumulator and e.g. electric vehicle - has batteries of accumulators to store electricity and transformers to discharge power for light, heat, movement when required - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention est relative à l'industrie des composants électriques, elle s'adresse à tous les appareils consommateurs d'électricité. Elle vise les applications qui utilisent l'énergie électrique et qui comprennent au moins une unité de stockage d'énergie que l'on appellera par la suite batterie d'accumulateurs ainsi qu'un certain nombre de récepteurs chargés de transformer et/ou de dissiper l'énergie électrique sous forme de mouvement, de lumière, de chaleur. The present invention relates to the electrical components industry, it is intended for all devices consuming electricity. It targets applications which use electrical energy and which include at least one energy storage unit which will be called thereafter a storage battery as well as a certain number of receivers responsible for transforming and / or dissipating. electrical energy in the form of movement, light, heat.
Ainsi l'invention briguera notamment par exemple des retombées dans le domaine des véhicules électriques, aussi bien que dans le domaine d'autres applications grand public ou professionnelles. Thus the invention will in particular aspire for example in the field of electric vehicles, as well as in the field of other consumer or professional applications.
On entend par véhicule électrique, aussi bien les voitures électriques à usage domestique ou professionnel, que les véhicules utilitaires (camionnettes, autobus), les véhicules à usage industriel (transpalettes, gerbeurs, chariots de manutention, chariots filoguidés) ou encore des véhicules particuliers comme les fauteuils roulants pour handicapés ou même des bateaux électriques. Les véhicules comportant deux types de motorisation (véhicules hybrides, avec un moteur thermique complétant ou se substituant au moteur électrique) sont également compris dans cette définition. Electric vehicles are understood to mean electric cars for domestic or professional use, as well as commercial vehicles (vans, buses), vehicles for industrial use (pallet trucks, stackers, handling carts, wire-guided carts) or even private vehicles such as wheelchairs for the disabled or even electric boats. Vehicles with two types of motorization (hybrid vehicles, with a thermal engine supplementing or replacing the electric motor) are also included in this definition.
Tout véhicule de ce type doit permettre à l'utilisateur d'être maître de la quantité réelle d'énergie embarquée. Any vehicle of this type must allow the user to control the actual amount of energy on board.
La plupart de ces engins comprennent une batterie d'accumulateurs qui stocke l'énergie électrique, ces batteries peuvent être très classiquement au plomb, ce dernier pouvant être substitué par des couples cadmium-nickel, nickel-zinc, nickel-fer, sodium-soufre, ou être à base de polymère ou de lithium. Most of these devices include a storage battery which stores electrical energy, these batteries can be very conventionally lead, the latter being able to be replaced by cadmium-nickel, nickel-zinc, nickel-iron, sodium-sulfur couples. , or be based on polymer or lithium.
Néanmoins, ces éléments constituent encore le point faible aujourd'hui ; en effet, l'énergie massique est limitée à quelques dizaines de Wh/kg, comparativement aux plusieurs milliers présents dans les carburants traditionnels. However, these elements still constitute the weak point today; in fact, the mass energy is limited to a few tens of Wh / kg, compared to the several thousand present in traditional fuels.
En traction, l'énergie stockée est envoyée vers une machine électrique ou groupe propulseur, généralement choisi parmi les moteurs à courant continu, asynchrone, synchrone, à reluctance variable. In traction, the stored energy is sent to an electric machine or propulsion unit, generally chosen from DC, asynchronous, synchronous, variable reluctance motors.
En phase de freinage, il est avantageux d'utiliser la machine en génératrice. Celle-ci débite alors sur des résistances (freinage rhéostatique), ou mieux, débite dans la batterie pour la recharger (freinage par récupération). In the braking phase, it is advantageous to use the machine as a generator. This then flows on resistors (rheostatic braking), or better, flows into the battery to recharge it (regenerative braking).
Entre les deux éléments précédents, c'est-à-dire entre la batterie et la machine électrique se trouve la plupart du temps intercalé un dispositif de contrôle de l'énergie qui transmet et adapte l'énergie électrique de la batterie au moteur. Ce dispositif sera appelé par la suite "variateur". Between the two preceding elements, that is to say between the battery and the electric machine, there is most of the time interposed an energy control device which transmits and adapts the electric energy from the battery to the motor. This device will be called hereafter "variator".
De manière classique, l'énergie non dépensée est évaluée par une jauge dont l'indication permet de choisir le moment opportun pour recharger par l'intermédiaire d'un chargeur, qui peut être intégré ou non au véhicule, les batteries d'accumulateur. Les jauges actuelles ne fournissent pas une image fidèle de la quantité d'énergie présente dans les batteries pendant la phase de charge. Conventionally, the energy not spent is evaluated by a gauge, the indication of which makes it possible to choose the opportune moment to recharge via a charger, which may or may not be integrated into the vehicle, the accumulator batteries. Current gauges do not provide a true picture of the amount of energy present in the batteries during the charging phase.
Toutes ces fonctions sont actuellement séparées, leur implantation physique est disséminée au sein du véhicule, le flux d'informations circulant entre les capteurs et les organes de commande sont spécifiques à chaque organe et il n'y a pas de possibilités de mettre en commun ces informations, ni de les utiliser pour améliorer le fonctionnement d'autres organes. All these functions are currently separate, their physical location is scattered within the vehicle, the flow of information circulating between the sensors and the control members is specific to each member and there is no possibility of sharing these information, or use it to improve the functioning of other organs.
On se propose donc de rassembler autour d'un même noyau central, toutes les fonctions, toutes les combinaisons et propriétés préalablement décrites. Cette intégration (que l'on appellera par la suite un monobloc) s'intéressera aussi à organiser et à transmettre l'ensemble des informations, tant au niveau de l'échange capteur-organe fonctionnel qu'entre organes fonctionnels différents. We therefore propose to bring together around the same central core, all the functions, all the combinations and properties previously described. This integration (which will hereinafter be called a monoblock) will also focus on organizing and transmitting all of the information, both at the sensor-functional organ exchange and between different functional organs.
La présente invention a donc pour objet un système d'interface entre une batterie d'accumulateurs et des récepteurs consommateurs d'énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comprend d'une part, en totalité ou en partie, l'ensemble des organes fonctionnels suivants : chargeur, dispositif de contrôle de l'énergie (convertisseur statique, hacheur, onduleur, variateur), contrôleurs principal et secondaires, et d'autre part une architecture de traitement d'informations entre ces différents composants permettant, par une mise en commun et en mémoire des données, en premier lieu d'utiliser des combinaisons d'algorithmes produisant à tout moment (décharge, charge ou repos) des critères images de la quantité réelle d'énergie disponible dans les batteries d'accumulateurs, en deuxième lieu d'autoriser une économie d'organes fonctionnels par une utilisation rationnelle des informations présentes dans le système, et en troisième lieu de profiter du flux de données sur l'état de charge de la batterie pour améliorer le fonctionnement des différents organes fonctionnels. The present invention therefore relates to an interface system between an accumulator battery and receivers consuming electrical energy, characterized in that it comprises on the one hand, in whole or in part, all of the organs following functionalities: charger, energy control device (static converter, chopper, inverter, variator), main and secondary controllers, and on the other hand an information processing architecture between these different components allowing, by setting up common and in memory of the data, firstly to use combinations of algorithms producing at any time (discharge, charge or rest) image criteria of the real amount of energy available in accumulator batteries, secondly to allow an economy of functional organs by a rational use of the information present in the system, and thirdly to take advantage of the data flow on the state of charge of the battery to improve the functioning of the various functional organs.
D'autres caractéristiques et avantages de ce monobloc apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un mode d'élaboration, donné à titre indicatif et non limitatif. Sur les Figures
- La figure 1 est un synoptique du monobloc montrant l'intégration tant physique qu'informationnelle des organes fonctionnels du système,
- La figure 2 représente l'évolution de la tension aux bornes d'une batterie d'accumulateur après arrêt d'un courant de décharge,
- La figure 3 représente l'évolution de la tension aux bornes d'une batterie d'accumulateur après arrêt d'un courant de charge,
- La figure 4 illustre l'échantillonnage et l'extrapolation de la tension aux bornes d'une batterie,
- La figure 5 illustre un exemple de réalisation de décalage de tension par mise en opposition d'une réference,
- La figure 6 illustre un exemple de réalisation d'un décalage par soustraction par résistances,
- La figure 7 illustre un exemple de réalisation de décalage par soustraction par résistances et amplificateur opérationnel,
- La figure 8 illustre un cycle des méthodes utilisées servant à la détermination de l'état de charge d'une batterie d'accumulateur.Other characteristics and advantages of this monoblock will become apparent from the following description of an embodiment, given by way of non-limiting indication. In the Figures
- Figure 1 is a block diagram showing the integration both physical and informational of the functional organs of the system,
FIG. 2 represents the evolution of the voltage across a storage battery after a discharge current has stopped,
FIG. 3 represents the change in the voltage across a storage battery after a charging current has stopped,
- Figure 4 illustrates the sampling and extrapolation of the voltage across a battery,
FIG. 5 illustrates an exemplary embodiment of voltage offset by placing a reference in opposition,
FIG. 6 illustrates an exemplary embodiment of an offset by resistance subtraction,
FIG. 7 illustrates an exemplary embodiment of offset by resistance subtraction and operational amplifier,
- Figure 8 illustrates a cycle of the methods used for determining the state of charge of a storage battery.
La compréhension de la description qui va suivre sera d'autant plus facilitée que l'on se rapportera aux figures 1 à 8. Understanding the description which follows will be all the more facilitated when reference is made to FIGS. 1 to 8.
Cette dernière est basée sur un exemple d'application notamment choisi parmi les véhicules électriques, elle pourra s'appliquer en tous points à n'importe quel consommateur d'énergie électrique. The latter is based on an application example chosen in particular from electric vehicles, it can be applied in all respects to any consumer of electric energy.
Selon un mode préféré de réalisation du système d'interface (ou monobloc), on implante à l'intérieur de puces électroniques et de microprocesseurs des fonctions et algorithmes nécessaires à la gestion de l'énergie disponible dans une batterie d'accumulateurs placée au sein d'un véhicule électrique (cf figure 1). According to a preferred embodiment of the interface system (or monobloc), implanted inside electronic chips and microprocessors functions and algorithms necessary for the management of the energy available in a storage battery placed within of an electric vehicle (see Figure 1).
Le monobloc comprend donc tout d'abord une pluralité d'unités d'intelligence, elles peuvent être soit centrales, soit réparties et dans ce cas associées à chacun des groupes fonctionnels. The monoblock therefore firstly comprises a plurality of intelligence units, they can be either central or distributed and in this case associated with each of the functional groups.
Ces unités contiennent des mémoires vives pour les intermédiaires de calcul, des mémoires réinscriptibles non volatiles pour le stockage des coefficients et paramètres caractéristiques des composants du véhicule. Ces paramètres seront actualisés durant la vie du véhicule, ils évolueront et s'affineront en fonction du vieillissement de la batterie,et des mesures successives pratiquées par les algorithmes à identification de processus et à utilisation des propriétés d'intelligence artificielle, présents dans les unités de mémoires mortes. These units contain random access memories for the computational intermediaries, non-volatile rewritable memories for the storage of the coefficients and parameters characteristic of the vehicle components. These parameters will be updated during the life of the vehicle, they will evolve and be refined as a function of the aging of the battery, and of the successive measurements practiced by the algorithms with identification of process and use of the properties of artificial intelligence, present in the units. of read-only memories.
La mise en commun de toutes les informations circulant au travers de ces réseaux permet d'effectuer une série de mesures qui donneront, par des voies détournées, l'énergie électrique disponible. Parmi ces mesures, on relève notamment
- la mesure de la tension à vide extrapolée ou méthode de l'asymptote, (cf figure 4) ;
- la méthode de la mesure ampèreheuremétrique à recalages ;
- la méthode de la mesure de la tension de repos dynamique;
- la mesure de la résistance interne. The pooling of all the information circulating through these networks makes it possible to carry out a series of measurements which will give, by diverted ways, the available electrical energy. Among these measures, we note in particular
- the extrapolated open-circuit voltage measurement or the asymptote method, (see Figure 4);
- the recalibration ampere-hour measurement method;
- the method of measuring the dynamic resting voltage;
- the measurement of internal resistance.
Les algorithmes inhérents à la réalisation de ces méthodes de mesure d'énergie sont figés au sein des mémoires mortes, les informations nécessaires sont puisées au fur et à mesure sur les différents capteurs et éléments présents eux aussi dans le monobloc, les paramètres ou données transitent au travers de liaisons aussi bien physiques que logicielles entre les divers composants. The algorithms inherent in the realization of these energy measurement methods are frozen in the read-only memories, the necessary information is drawn progressively from the various sensors and elements also present in the monoblock, the parameters or data pass through both physical and software links between the various components.
Dans le monobloc, les méthodes précédemment décrites sont doublement complémentaires : elles interviennent séquentiellement et paramétriquement, à chaque nouvelle utilisation d'une méthode, l'ensemble des mesures fournies par une ou plusieurs des autres méthodes constitue un ensemble de paramètres caractéristiques d'un nouveau point de fonctionnement de la batterie. In the monoblock, the methods described above are doubly complementary: they intervene sequentially and parametrically, with each new use of a method, the set of measurements provided by one or more of the other methods constitutes a set of parameters characteristic of a new battery operating point.
La première technique consiste à mesure la tension à vide de la batterie et ce, après un temps de repos important (de quelques dizaines de minutes à quelques heures) ; cette tension se stabilise autour d'une valeur moyenne, soit en phase de charge ou soit en phase de décharge de la batterie. Cette méthode, qui est connue par ailleurs, possède l'inconvénient majeur que le temps de repos nécessaire à la batterie rend cette mesure quasiment inutilisable en temps réel. The first technique consists in measuring the no-load voltage of the battery and this, after a long rest time (from a few tens of minutes to a few hours); this voltage stabilizes around an average value, either in the charge phase or in the battery discharge phase. This method, which is also known, has the major drawback that the rest time required for the battery makes this measurement almost unusable in real time.
La présente invention se propose de pallier cet inconvénient en reconstituant cette valeur asymptotique par une extrapolation à partir de quelques points de mesure obtenus à courant nul. Le contrôleur principal détecte par un capteur approprié le passage d'un courant nul, il déclenche aussitôt l'échantillonnage à pas périodique ou non de la valeur de la tension à vide aux bornes de la batterie d'accumulateurs. The present invention proposes to overcome this drawback by reconstructing this asymptotic value by extrapolation from a few measurement points obtained at zero current. The main controller detects the passage of a zero current by an appropriate sensor, it immediately triggers the sampling, with periodic steps or not, of the value of the no-load voltage across the terminals of the storage battery.
Un algorithme simple, présent dans l'une des unités de stockage, reconstitue, à partir notamment par exemple d'une loi à variation de croissance ou décroissance exponentielle, la tension à vide au bout d'un temps à l'infini. A simple algorithm, present in one of the storage units, reconstitutes, notably for example from a law with variation of exponential growth or decrease, the no-load voltage after a time at infinity.
Un exemple de cet algorithme pourrait être le suivant - étape 1 : échantillonnage de la tension initiale - étape 2 : mémorisation de cette tension - étape 3 : échantillonnage de la tension au pas suivant - étape 4 : mémorisation de cette tension - étape 5 : calcul de la différence des deux tensions mémorisées - étape 6 : calcul de l'intervalle de temps - étape 7 : calcul du rapport de la différence de tension sur
l'intervalle de temps - étape 8 : calcul de la tension extrapolée - étape 9 : mesure de la température de la batterie - étape 10 : détermination de l'état de charge - étape 11 : passage au pas suivant - étape 12 : retour à l'étape 3.An example of this algorithm could be the following - step 1: sampling of the initial voltage - step 2: storage of this voltage - step 3: sampling of the voltage at the next step - step 4: storage of this voltage - step 5: calculation of the difference of the two stored voltages - step 6: calculation of the time interval - step 7: calculation of the ratio of the voltage difference over
the time interval - stage 8: calculation of the extrapolated voltage - stage 9: measurement of the temperature of the battery - stage 10: determination of the state of charge - stage 11: passage to the following step - stage 12: return to step 3.
Il est bien entendu que cet algorithme reste valable quelque soit l'évolution temporelle de la tension de la batterie. It is understood that this algorithm remains valid whatever the temporal evolution of the battery voltage.
La tension d'une batterie ne fluctue pas énormément en cours d'utilisation normale autour d'une valeur moyenne connue, la variation de tension est faible et le monobloc permet d'effectuer la saisie de ces valeurs de tension autour de cette valeur moyenne. Il propose donc un décalage de tension égal à la tension minimale que l'on désire mesurer. The voltage of a battery does not fluctuate greatly during normal use around a known average value, the voltage variation is small and the monobloc allows the entry of these voltage values around this average value. It therefore proposes a voltage offset equal to the minimum voltage that one wishes to measure.
Cet artifice est réalisé au sein du monobloc par l'un des trois systèmes différents - décalage par référence de tension (utilisation d'une diode
Zener, cf figure 5), - soustraction par résistances (cf figure 6), - soustraction par résistances et amplificateur opérationnel (cf
figure 7),
Cette tension extrapolée est utilisée pour calculer l'état de charge de la batterie au bout de quelques points de mesure, dans un délai qui est court comparé au temps de mise au repos de la batterie ; cette information n'est valable que si elle est réalisée lors d'une annulation du courant, notamment par exemple lors d'une inversion de marche ou de l'arrêt du véhicule.This device is produced within the monoblock by one of the three different systems - offset by voltage reference (use of a diode
Zener, see figure 5), - resistance subtraction (see figure 6), - resistance subtraction and operational amplifier (see
figure 7),
This extrapolated voltage is used to calculate the state of charge of the battery after a few measurement points, in a time which is short compared to the time of resting of the battery; this information is only valid if it is obtained during a power cut, in particular for example during a reverse gear or when the vehicle is stopped.
Le monobloc permet aussi d'appliquer la méthode de la mesure ampèreheuremétrique à recalages, cette technique consiste à mesurer le courant de charge et de décharge de la batterie. Ce courant algébrique est intégré soit par un circuit électronique présent dans le monobloc soit par un algorithme, il donne la charge électrique entrante ou sortante de la batterie. The monoblock also makes it possible to apply the method of ampere-hour measurement with readjustments, this technique consists in measuring the charge and discharge current of the battery. This algebraic current is integrated either by an electronic circuit present in the monobloc or by an algorithm, it gives the incoming or outgoing electric charge of the battery.
Il surveille tous les courants qui sont absorbés dans les organes fonctionnels (tout particulièrement ceux dans le variateur et le chargeur) et les comptabilise par intégration pondérée. It monitors all the currents that are absorbed in the functional components (especially those in the drive and the charger) and records them by weighted integration.
Ces rendements de charge ou de décharge sont fluctuants au cours du temps et dépendent énormément de la température, du niveau et du sens du courant, de l'age de la batterie. Afin de tenir compte de ces insuffisances, on pondère l'intégration en fonction des valeurs de ces grandeurs de plus, on pratique à intervalles réguliers des recalages. These charge or discharge yields fluctuate over time and are very dependent on the temperature, the level and direction of the current, the age of the battery. In order to take these shortcomings into account, the integration is weighted as a function of the values of these additional quantities, recalibrations are carried out at regular intervals.
La capacité totale d'une batterie évolue en effet au fur et à mesure de la vie de cette batterie. L'indication de charge fournie par le monobloc, exprimée en pourcentage, doit donc se rapporter à la capacité totale possible au moment de la charge, et non à la capacité de la même batterie à l'état neuf. Il est donc nécessaire de recaler cette capacité totale réelle par d'autres méthodes, en particulier par la mesure de la résistance interne (exposée ci-dessous) par la mesure de la tension de repos dynamique ou par celle de la tension à vide que l'on vient d'expliciter. The total capacity of a battery in fact changes over the life of this battery. The charge indication provided by the unit, expressed as a percentage, must therefore relate to the total capacity possible at the time of charging, and not to the capacity of the same battery in new condition. It is therefore necessary to readjust this real total capacity by other methods, in particular by measuring the internal resistance (described below) by measuring the dynamic resting voltage or by measuring the no-load voltage that l 'we just explained.
Une troisième technique qui peut être exploitée par le monobloc consiste à mesurer la tension aux bornes de la batterie immédiatement après que le courant qui la traverse soit nul (méthode de mesure de la tension de repos dynamique). On sait qu'instantanément (de l'ordre de quelques millisecondes), la tension évolue très vite vers un palier suivi d'une décroissance beaucoup plus lente, similaire à celle rencontrée dans la méthode de l'extrapolation à vide. Le monobloc acquiert durant ce premier palier un certain nombre de points de mesure qui, après correction en fonction de la température, donnera une image de la charge instantanée de la batterie. En outre, le monobloc offre deux possibilités de mesure : soit au bout d'un temps déterminé, soit après avoir effectué un échantillonnage à pas très serré. Lorsque la tension ne varie quasiment plus, l'acquisition de tension a lieu. A third technique which can be exploited by the monoblock consists in measuring the voltage across the terminals of the battery immediately after the current flowing through it is zero (method of measuring the dynamic resting voltage). We know that instantaneously (of the order of a few milliseconds), the voltage changes very quickly towards a plateau followed by a much slower decrease, similar to that encountered in the vacuum extrapolation method. The monoblock acquires during this first stage a certain number of measurement points which, after correction as a function of the temperature, will give an image of the instantaneous charge of the battery. In addition, the monoblock offers two measurement possibilities: either after a determined time, or after having carried out a sampling with very tight steps. When the voltage hardly changes any more, the acquisition of voltage takes place.
En dernier lieu, le monobloc dispose aussi d'une méthode de mesure de résistance interne de la batterie. Cette mesure associée à celle de l'état de charge instantanée (voir les méthodes précédentes) donne une image très fidèle de l"'âge" de la batterie. Le monobloc permet de boucler cette mesure aux précédentes, en effet la mesure de la résistance interne n'a de sens que si l'état de charge est connu et, réciproquement, la certitude de la mesure de l'état de charge n'est pertinente que si l"'âge" est certain. Finally, the monoblock also has a method of measuring the internal resistance of the battery. This measurement associated with that of the instantaneous state of charge (see the previous methods) gives a very faithful picture of the "age" of the battery. The monoblock makes it possible to complete this measurement with the preceding ones, in fact the measurement of the internal resistance has meaning only if the state of charge is known and, conversely, the certainty of the measurement of the state of charge is relevant only if the "age" is certain.
En parallèle avec les méthodes de mesure de quantité d'énergie, on peut aussi faire une mesure de la température des batteries que celles-ci soient en période d'utilisation ou de non utilisation. La connaissance temporelle (obtenue par la mémorisation de son évolution) de la température permet aussi d'estimer la dégradation de la batterie et donc de son âge. In parallel with the methods for measuring the quantity of energy, it is also possible to measure the temperature of the batteries whether they are in use or not in use. The temporal knowledge (obtained by memorizing its evolution) of the temperature also makes it possible to estimate the degradation of the battery and therefore of its age.
On conçoit aisément qu'à l'origine (batterie neuve) les paramètres principaux (charge maximale, résistance interne) sont connus, et que lors du vieillissement et de l'utilisation ces paramètres ont tendance à dériver. C'est pourquoi le monobloc se charge d'engranger l'évolution de tous ces paramètres à l'intérieur de son système de contrôle et tout particulièrement au sein des mémoires réinscriptibles. It is easy to see that at the origin (new battery) the main parameters (maximum charge, internal resistance) are known, and that during aging and use these parameters tend to drift. This is why the monoblock takes care of storing the evolution of all these parameters within its control system and very particularly within rewritable memories.
Le monobloc exécute une variation de courant et enregistre la variation de tension qui en résulte. Cette variation peut, soit être intentionnelle et liée au contrôleur, soit procéder de la commande de certains organes fonctionnels. Si bien que la variation de courant peut être un accroissement relatif ou une diminution à partir d'une valeur non nulle, ou un passage d'une valeur donnée à zéro, ou vice versa. The monoblock performs a current variation and records the resulting voltage variation. This variation can either be intentional and related to the controller, or proceed from the control of certain functional organs. So the variation in current can be a relative increase or decrease from a non-zero value, or a change from a given value to zero, or vice versa.
De même, ces variations de tension étant de très faibles amplitudes, le monobloc utilise les mêmes artifices de mesure que préalablement décrits (cf méthode de la tension à vide extrapolée). Likewise, these voltage variations being of very small amplitudes, the monoblock uses the same measuring devices as previously described (cf. method of the extrapolated no-load voltage).
Quel que soit le régime de fonctionnement du véhicule électrique, le monobloc, par la variété et la complémentarité des méthodes proposées, connaît en fonction des besoins et en temps réel, l'état de charge de la batterie d'accumulateurs. Whatever the operating regime of the electric vehicle, the monoblock, by the variety and complementarity of the methods offered, knows according to needs and in real time, the state of charge of the accumulator battery.
En effet, on utilise les trois premières méthodes séquentiellement et selon les phases différentes de fonctionnement du véhicule, la méthode de la mesure ampèreheuremétrique (repère 2 sur la figure 8) est utilisée quand le courant est non nul, ceci correspond à une phase de traction ou de freinage ; la méthode de mesure de la tension de repos dynamique (repère 3 sur la figure 8) est utilisée à l'instant où le courant s'annule, ceci correspond à un arrêt de la traction ou de freinage ; enfin, la troisième méthode de la tension à vide extrapolée (repère 1 sur la figure 8) est utilisée lors d'un arrêt plus long du véhicule. Le cycle recommence, par la suite. A chaque utilisation d'une méthode, le monobloc constitue une banque de données dans ses mémoires correspondant à un ensemble de points de fonctionnement connu. Indeed, we use the first three methods sequentially and according to the different phases of vehicle operation, the method of ampere-hour measurement (reference 2 in Figure 8) is used when the current is not zero, this corresponds to a traction phase or braking; the method of measuring the dynamic resting voltage (reference 3 in Figure 8) is used at the moment when the current is canceled, this corresponds to a halt in traction or braking; Finally, the third method of the extrapolated no-load voltage (reference 1 in Figure 8) is used during a longer stop of the vehicle. The cycle begins again, thereafter. Each time a method is used, the monoblock constitutes a database in its memories corresponding to a set of known operating points.
Parallèlement à ces trois méthodes, le monobloc opère une mesure de la résistance interne.In addition to these three methods, the monoblock performs a measurement of internal resistance.
Dans les dispositifs connus, l'indication fournie à l'utilisateur à l'issue d'une phase de charge passe directement à 100 % dès que la tension dépasse une certaine valeur, mais sans que l'utilisateur ne puisse s'assurer que la charge a effectivement été complètement réalisée. L'ensemble des méthodes utilisées par le monobloc permet de fournir une indication beaucoup plus précise, même si la charge n'a été que partielle. In known devices, the indication provided to the user at the end of a charging phase goes directly to 100% as soon as the voltage exceeds a certain value, but without the user being able to ensure that the charge was effectively completed. The set of methods used by the monoblock makes it possible to provide a much more precise indication, even if the load was only partial.
Il fournit à l'utilisateur une information similaire à celle que l'on trouverait sur une jauge classique à essence, mais les indications de cette jauge sont beaucoup plus complètes que celle d'une jauge traditionnelle de véhicule à moteur thermique. It provides the user with information similar to that which would be found on a conventional petrol gauge, but the indications of this gauge are much more complete than that of a traditional petrol engine gauge.
Elle peut indiquer de manière permanente ou tour à tour et sur demande de l'utilisateur
- la capacité (énergie restante) utile dans la batterie exprimée en énergie ou en charge (J,kWh,Ah...) ;
- la même valeur relativement à la charge maximale possible pour la batterie considérée (indication en %)
- la capacité maximale possible pour la batterie (en énergie ou en charge)
- le rapport entre la capacité maximale possible pour la batterie et la capacité de la batterie neuve (indication en %), ce pourcentage indique aussi l"'âge" de la batterie
- l'autonomie estimée restante (exprimée en kWh, ou en temps) en fonction de la charge (ou de l'énergie) restante, de la consommation antérieure. Cette indication peut être modulée par le style de conduite. Ainsi, après une conduite sportive, le passage à une position conduite économique affichée par le conducteur et contrôlée par le monobloc, fera augmenter l'autonomie restante.It can indicate permanently or alternately and at the request of the user
- the capacity (remaining energy) useful in the battery expressed in energy or in charge (J, kWh, Ah ...);
- the same value relative to the maximum possible charge for the battery considered (indication in%)
- the maximum possible capacity for the battery (in energy or in charge)
- the ratio between the maximum possible capacity for the battery and the capacity of the new battery (indication in%), this percentage also indicates the "age" of the battery
- the estimated remaining autonomy (expressed in kWh, or in time) as a function of the charge (or energy) remaining, of the previous consumption. This indication can be modulated by the driving style. Thus, after a sporty driving, the transition to an economical driving position displayed by the driver and controlled by the monoblock, will increase the remaining range.
Etant donné l'intégration de tous les organes fonctionnels au sein d'un même système, il devient possible d'utiliser toutes les informations stockées par ce système à des fins de retour d'informations. Ainsi, le chargeur, par la connaissance de l'état exact de charge de la batterie, peut adapter le temps et le courant de recharge de ces dernières. Par exemple, le chargeur s'informe de la charge restante et en déduit la charge à procurer à la batterie selon son âge" et suivant le cas de figure proposé par l'utilisateur
- utilisateur non pressé, dans ce cas le chargeur impose une stratégie de charge optimale (durée, courant)
- utilisateur pressé, la charge est alors plus rapide et en fonction de la capacité réelle de la batterie, le chargeur évite ainsi une détérioration possible en cas de courant de charge trop important.Given the integration of all the functional organs within the same system, it becomes possible to use all the information stored by this system for the purpose of feedback. Thus, the charger, by knowing the exact state of charge of the battery, can adapt the time and the charging current of the latter. For example, the charger inquires about the remaining charge and deduces therefrom the charge to be given to the battery according to its age "and according to the scenario proposed by the user.
- user not in a hurry, in this case the charger imposes an optimal charging strategy (duration, current)
- user in a hurry, the charge is then faster and according to the actual capacity of the battery, the charger thus avoids possible deterioration in the event of too high charge current.
Le monobloc propose aussi à l'utilisateur de moduler les dépenses énergétiques (par l'intermédiaire du variateur) en fonction des besoins demandés. Ainsi, lorsque la batterie commence à être pratiquement déchargée, le monobloc limite la consommation d'énergie ; si le conducteur a affiché une autonomie importante, le monobloc réduit la puissance maximale instantanée. The monoblock also offers the user to modulate energy expenditure (via the variator) according to the needs requested. Thus, when the battery begins to be practically discharged, the monobloc limits the energy consumption; if the driver has displayed considerable autonomy, the monoblock reduces the maximum instantaneous power.
Enfin, une dernière option est disponible sur le monobloc, il s'agit de la restitution et de l'utilisation des paramètres stockés dans les mémoires du système. Finally, a last option is available on the monoblock, it is about the restitution and the use of the parameters stored in the memories of the system.
Ainsi, la lecture et l'exploitation des données emmagasinées dans le monobloc permet, comme il a déjà été précisé ci-avant,
- de connaître le taux de décharge maximale des batteries.Thus, reading and exploiting the data stored in the monoblock allows, as has already been specified above,
- to know the maximum discharge rate of the batteries.
Ces données sont indispensables pour l'application des clauses de garantie des batteries ; en cas de défaillance prématurée de la batterie, on pourra rechercher la responsabilité de cet état, il sera possible d' incomber cette panne, soit au conducteur (décharge maximale autorisée dépassée), soit au constructeur (dans le cas contraire). Cette faculté n'existe pas sur les véhicules actuels
- d'effectuer des diagnostics de panne ou de pré-panne (fonctionnement aléatoire, début de panne, panne intermittente, mémorisation des incidents...)
- de réaliser des calculs statistiques en vue d'améliorer les modèles de connaissance
L'exploitation de ces données par l'utilisateur peut être faite soit in situ, l'exploitant interroge les mémoires embarquées sur le véhicule par un terminal classique par l'intermédiaire d'une liaison matérielle (prise ou connecteur), soit par une interrogation à distance grâce à une liaison immatérielle (liaison infrarouge, lumineuse, hertzienne, boucle électromagnétique...)
L'architecture du monobloc autorise un certain nombre d'effets techniques visant une augmentation des performances à coût donné ou réduit. En effet, la mise en commun d'informations diminue sensiblement le nombre de capteurs à installer. I1 y a aussi une réduction des coûts indirects, il n'y a plus qu'un seul boîtier mécanique et le câblage électrique à l'intérieur du véhicule se trouve beaucoup moins développé.These data are essential for the application of battery warranty clauses; in the event of premature failure of the battery, responsibility for this condition may be sought, it will be possible to incur this failure, either to the driver (maximum authorized discharge exceeded), or to the manufacturer (if not). This option does not exist on current vehicles
- carry out fault or pre-fault diagnostics (random operation, start of fault, intermittent fault, memorization of incidents, etc.)
- perform statistical calculations in order to improve knowledge models
The exploitation of this data by the user can be done either in situ, the operator interrogates the memories on board the vehicle by a conventional terminal via a hardware link (socket or connector), or by an interrogation remotely thanks to an immaterial link (infrared, light, radio link, electromagnetic loop ...)
The architecture of the monoblock allows a certain number of technical effects aimed at increasing performance at a given or reduced cost. Indeed, the pooling of information significantly reduces the number of sensors to be installed. There is also a reduction in indirect costs, there is only one mechanical box left and the electrical wiring inside the vehicle is much less developed.
Le deuxième effet technique tient à la mise en commun et à la redondance des informations. L'ensemble des méthodes proposées sur le monobloc fusionne les données afin d'améliorer la fiabilité des mesures. Par exemple, la redondance introduite par le monobloc élimine les mesures erronées en supprimant celles dont la mesure est trop éloignée d'une valeur moyenne. The second technical effect is due to the sharing and redundancy of information. All the methods proposed on the monoblock merge the data in order to improve the reliability of the measurements. For example, the redundancy introduced by the monoblock eliminates erroneous measurements by eliminating those whose measurement is too far from an average value.
La mesure de paramètres tels que tension, courant, température, est aisée à mettre en oeuvre comparativement à une mesure de densité d'électrolyte. Measuring parameters such as voltage, current, temperature is easy to carry out compared to a measurement of electrolyte density.
Ces méthodes de quantification de l'état de charge d'une batterie d'accumulateurs basées sur des acquisitions de mesures fiables et précises augmentent considérablement la connaissance de l'autonomie et la durée de vie de la batterie d'un véhicule électrique qui sont liées cependant à la masse de batterie embarquée. These methods of quantifying the state of charge of a storage battery based on acquisitions of reliable and precise measurements considerably increase the knowledge of the autonomy and the lifespan of the battery of an electric vehicle which are linked. however to the mass of the on-board battery.
Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés cidessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes, notamment un monobloc qui ne comprendrait pas tous les organes fonctionnels préalablement décrits, dans ce cas, le système d'interface serait équipé de liaisons électroniques ou informatiques entre les éléments supplémentaires et ce dernier. It remains to be understood that the present invention is not limited to the embodiments described and shown above, but that it encompasses all variants thereof, in particular a monoblock which would not include all the functional organs previously described, in this case, the interface system would be equipped with electronic or computer links between the additional elements and the latter.
Ainsi, le monobloc utilise des informations provenant soit directement des capteurs intégrés dans les organes fonctionnels, soit des organes fonctionnels eux-même qui ont déjà formulé la mesure effectuée par ces capteurs. Cette situation permet d'économiser des capteurs supplémentaires qu'il aurait été nécessaire d'implanter en vue d'obtenir les mêmes informations. Thus, the monoblock uses information coming either directly from the sensors integrated in the functional organs, or from the functional organs themselves which have already formulated the measurement carried out by these sensors. This situation saves additional sensors that would have been necessary to install in order to obtain the same information.
L'invention du monobloc s'intéresse aussi à des applications différentes de l'industrie automobile comme par exemple l'outillage électrodomestique, des articles électroménagers, un éclairage de secours ainsi qu'une alimentation sans coupure pour ordinateur; toutes ces applications requièrent pour des raisons de sécurité et de fonctionnement, la nécessité de batterie d'accumulateurs ou de tout élément de stockage d'énergie électrique, dont il faudra connaître à chaque instant la capacité réelle énergétique encore disponible dans ces dernières. The invention of the monobloc is also interested in different applications of the automobile industry such as for example household electrical tools, household appliances, emergency lighting as well as an uninterruptible power supply for computer; all these applications require, for safety and operational reasons, the need for a storage battery or any element for storing electrical energy, of which the real energy capacity still available in the latter must be known at all times.
Claims (13)
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