FR2938657A1 - Procede de surveillance de la tension d'un element generateur d'energie electrique d'une batterie - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de surveillance de la tension U d'un élément (1) générateur d'énergie électrique d'une batterie, ledit procédé prévoyant de mesurer la tension U aux bornes dudit élément au moyen d'un montage soustracteur (6) et de réaliser une procédure d'étalonnage. L'invention concerne également un dispositif de surveillance pour la mise en oeuvre de ce procédé, un système de surveillance des tensions des éléments d'une batterie ainsi qu'une batterie électrique comprenant au moins un module formé de plusieurs éléments générateurs d'énergie électrique, ladite batterie comprenant, pour chaque module, un système de surveillance des tensions.

Description

1 L'invention concerne un procédé de surveillance de la tension d'un élément générateur d'énergie électrique d'une batterie, un dispositif de surveillance pour la mise en oeuvre de ce procédé ainsi qu'un système de surveillance des tensions des éléments d'une batterie. L'invention concerne également une batterie électrique comprenant au moins un module formé de plusieurs éléments générateurs d'énergie électrique, ladite batterie comprenant, pour chaque module, un système de surveillance des tensions.

La batterie électrique est notamment destinée à la traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride c'est-à-dire comprenant un moteur électrique d'entraînement des roues motrices combiné avec un moteur thermique d'entraînement de ces roues ou éventuellement d'autres roues motrices.

En particulier, l'invention s'applique pour un haut degré d'hybridation des véhicules thermiques qui peut aller jusqu'à une électrification complète de la chaîne de traction. Dans ce cas, les batteries ne servent plus uniquement à assister les véhicules dans des phases d'accélération mais également à assurer le déplacement du véhicule de manière autonome sur des distances plus ou moins importantes.

La batterie électrique selon l'invention peut également trouver son application dans d'autres domaines techniques, par exemple dans l'électronique portable (ordinateurs, appareils photographiques, baladeurs, ...) ou dans des applications stationnaires telles que les panneaux solaires.

Pour garantir les niveaux de puissance et/ou d'énergie requis pour les applications considérées, il est nécessaire de créer des batteries comprenant une pluralité d'éléments générateurs d'énergie électrique qui sont notamment montés en série.

Pour des raisons de sécurité, il est connu que les éléments générateurs ne doivent en aucun cas être surchargés ou trop déchargés. Ceci est particulièrement vrai lorsque les éléments générateurs comprennent au moins 30 2 une cellule électrochimique, par exemple de type Lithium ù ion ou Lithium ù polymère, qui est formée d'un empilement de couches électro actives agissant successivement comme cathodes et anodes, lesdites couches étant mises en contact par l'intermédiaire d'un électrolyte.

Les chargeurs et autres équipements interfacés à la batterie ont une vision globale de la tension alors que les tensions des éléments ne sont pas forcément homogènes et une certaine dispersion existe entre les tensions de chacun des éléments. Aussi, pour garantir la durée de vie et la sécurité du système, il est important de suivre précisément les tensions les plus faibles et les plus élevées au sein de la batterie.

Par conséquent, de manière à garantir la sécurité et la durée de vie de la batterie, une surveillance précise de la tension des éléments devient indispensable. Cette surveillance des tensions permet de détecter les éventuelles surcharges ou sur décharges et permet d'actionner des dispositifs de sécurité permettant d'éviter l'apparition d'événements redoutés.

Lorsque des éléments sont montés en série, il est également important de mesurer précisément la tension de chacun d'entre eux afin d'assurer leur équilibrage. Cette qualité d'équilibrage participe à l'accroissement de la durée de vie et à la sécurité de la batterie.

La précision de la mesure des tensions est également importante pour le calcul de l'état de charge de la batterie. En effet, l'état de charge de la batterie en décharge est donné par le potentiel de l'élément le plus faible alors, qu'en recharge, c'est l'élément au potentiel le plus fort qui défini l'état de charge.

En particulier, la mesure de la tension des éléments permet de surveiller les risques de surtension avant que n'apparaissent un risque d'emballement thermique, elle contribue par ailleurs à la fiabilisation du système ainsi qu'à l'augmentation de sa durée de vie. Cette mesure doit être particulièrement fiable pendant toute la durée de vie de la batterie. 3 Toutefois, l'acquisition des valeurs de tension devient d'autant plus difficile à réaliser que la taille de la batterie augmente, c'est-à-dire qu'elle comprend un nombre d'éléments important. Différents dispositifs de mesure peuvent être utilisés pour acquérir individuellement chacune des tensions des éléments constituant une batterie fonctionnant à haute tension, notamment de l'ordre de 200-400V.

10 La mesure de chacune des tensions peut être réalisée par rapport à une masse générale commune à l'ensemble du dispositif de surveillance de la batterie. L'inconvénient constaté est que chaque chaîne de mesure doit être capable de faire une mesure haute tension, ce qui entraîne un coût très élevé.

15 L'ajout d'un pont résistif à chacune des chaines de mesure élimine le problème d'acquisition de tension haute, cependant un tel dispositif induit une perte de précision dans la mesure des tensions.

Des relais électromagnétiques peuvent également être utilisés pour prélever 20 successivement la tension aux bornes de chacun des éléments mais le coût de cette solution est très élevé, l'encombrement des relais peut être une réelle source de problème s'agissant des besoins de compacité de la batterie, et surtout un tel dispositif ne permet pas de faire une acquisition de l'ensemble des tensions de la batterie dans des délais raisonnables. 25 Il est également possible d'isoler chaque chaine de mesure par des optocoupleurs, mais cette solution demeure très onéreuse et encombrante. En particulier, l'utilisation d'un nombre important d'optocoupleurs pour séparer galvaniquement chacune des chaines de mesure induit un coût important. Pour améliorer la précision des mesures de tension d'une batterie fonctionnant à haute tension, le brevet US-6 313 637 propose une chaine de mesure dans laquelle l'acquisition des tensions de chacun des éléments est divisée en 30 4 module, la tension de chacun des éléments étant acquise via un amplificateur opérationnel, convertie à l'aide d'un convertisseur analogique / numérique et transmise numériquement à l'aide d'un optocoupleur à un processeur.

Ce principe de mesure des tensions considère que les performances des composants électroniques constituant la chaine d'acquisition sont parfaites et que la source d'erreur est liée à la résistance interne des éléments de batterie qui induit une augmentation des erreurs de mode commun dans le montage soustracteur servant à faire l'acquisition des tensions.

Cette erreur de mode commun devient d'autant plus prononcée que l'on s'éloigne de la référence de tension et le principe de la chaine de mesure selon le document US-6 313 637 consiste à limiter ces effets de mode commun en positionnant la référence de tension au centre du module d'acquisition.

En effet, les amplificateurs différentiels ramènent les mesures de tension à une référence connue, mais apportent une tension de mode commun sur chacune des voies de mesure. Cette tension de mode commun est dépendante de la position de l'élément mesuré, sa valeur augmentant avec la distance par rapport à la référence de tension. Les amplificateurs opérationnels apportent également un offset qui est indépendant de la position de la chaine de mesure par rapport à la masse.

Par ailleurs, les dispositifs électroniques de surveillance des éléments de batterie utilisent des alimentations pour recréer une tension de référence dans les chaines de mesure. Dans le document US-6 313 637, cette source de tension est obtenue à partir du réseau 12V du véhicule.

Par conséquent, les dispositifs de surveillance selon l'art antérieur consomment de l'énergie sur la batterie auxiliaire du véhicule (batterie 12V ou 24V), ce qui peut conduire à une décharge rapide de la batterie auxiliaire lorsque le véhicule n'est pas utilisé pendant plusieurs semaines.

En outre, les réseaux 12V installés sur les véhicules thermiques ne sont pas forcément dimensionnés pour recevoir les consommations supplémentaires que constitue cette électronique de surveillance.

5 Par ailleurs, les références de tension recréées à partir du réseau 12V ne sont pas très stables, elles peuvent être fortement perturbées par les nombreux consommateurs intégrés à la ligne 12V.

L'utilisation de références de tension recréées à partir du réseau 12V peut également conduire à des problèmes de fiabilité. En effet, une panne du réseau 12V (batterie déchargée...) fait que l'on ne surveille plus la batterie de traction.

Comme rappelé ci-dessus, les mesures de tension de chacun des éléments de batterie constituent une réelle fonction de sécurité, et ce d'autant plus que la quantité d'énergie embarquée dans la batterie est élevée. II est donc nécessaire d'avoir des mesures de tension qui soient les plus précises et les plus fiables possibles. Toutefois, les chaines d'acquisition de tension utilisées dans les batteries pour véhicules électriques selon l'art antérieur présentent plusieurs faiblesses.

Tout d'abord, leurs architectures électroniques supposent que les propriétés des composants sont parfaitement fiables et définies. Or il est généralement admis que les propriétés des composants électroniques dérivent dans le temps et/ou évoluent en fonction des conditions d'usage (température...).

Par ailleurs, la précision requise dans la mesure de tension de chacun des éléments de batterie pour obtenir des mesures de l'état de charge de la batterie (SOC) qui soient précises et fiables (surtout pour les éléments de batterie ayant des courbes de polarisation plates ), imposerait d'utiliser des résistances ultra précises (et donc très chères, voir introuvables) dans le montage soustracteur pour l'acquisition des tensions. 6 En outre, en cas de défaillance de la chaine de mesure, des informations erronées de valeurs de tensions peuvent être remontées au système, ce qui pourrait avoir des conséquences dramatiques sur la sécurité de la batterie. Une mesure de tension d'élément surestimée peut conduire le système sur une décharge induite et non détectée (respectivement une mesure sous-estimée, sur une charge induite non détectée).

Les dispositifs de surveillance de tension selon l'art antérieur présentent donc des erreurs liées aux offsets des chaines de mesures, mais également à la présence d'un mode commun qui, étant fonction de la résistance interne des éléments de batterie, est susceptible de fortement évoluer en fonction du vieillissement desdits éléments et de leur température. A ces sources d'imprécision, il convient d'ajouter les erreurs sur le gain de l'amplificateur, l'offset et le gain dépendant essentiellement de la température.

L'étalonnage des chaines de mesure sur les lignes de production ne permet pas de prendre en compte les variations de ces erreurs avec la température et l'âge des éléments, aussi il est crucial de pouvoir réaliser un étalonnage de la chaine avant chaque mesure, afin de compenser ces erreurs et d'éliminer les éventuelles erreurs de non linéarité.

L'invention vise à résoudre les problèmes de l'art antérieur en proposant notamment un dispositif simple et économique de surveillance de la tension d'un élément générateur d'énergie électrique d'une batterie, ledit dispositif présentant un excellent niveau de fiabilité dans la précision des mesures de tension, de sorte à pouvoir accroître la durée de vie, l'autonomie, la précision dans le calcul des états de charge ainsi que la sécurité de la batterie.

A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose un procédé de surveillance de la tension UELT d'un élément générateur d'énergie électrique d'une batterie, ledit procédé prévoyant de mesurer la tension UBRUT aux bornes dudit élément au moyen d'un montage soustracteur et de réaliser une procédure d'étalonnage comprenant les étapes suivantes : 7 - commutation des entrées du montage soustracteur sur la seule borne positive de l'élément et mesure de la tension d'étalonnage UETAL+ délivrée par ledit montage ; commutation des entrées du montage soustracteur sur la seule borne 5 négative de l'élément et mesure de la tension d'étalonnage UETAL- délivrée par ledit montage ; - établissement de la tension de décalage moyenne UCORR définie par la - (UETAL+) + (UETAL-) relation U CORR 2 correction de la tension mesurée UBRUT avec la tension de décalage 10 moyenne UCORR pour déterminer la tension UELT de l'élément avec la relation UELT = UBRUT - UCORR

Selon un deuxième aspect, l'invention propose un dispositif de surveillance de la tension UELT d'un élément générateur d'énergie électrique d'une batterie par 15 mise en oeuvre d'un tel procédé, ledit dispositif comprenant un montage soustracteur réalisé avec des résistances associées à un amplificateur opérationnel, ledit montage soustracteur comprenant en outre deux commutateurs permettant la commutation des entrées de l'amplificateur opérationnel respectivement sur une seule borne de l'élément, ledit dispositif 20 comprenant en outre des moyens de mesure des tensions délivrées par ledit montage et une unité de traitement numérique comprenant des moyens d'établissement de la tension de décalage moyenne UCORR et de correction de la tension mesurée UBRUT.

25 Selon un troisième aspect, l'invention propose un système de surveillance des tensions des éléments d'une batterie électrique, ledit système comprenant, pour chaque élément, un tel dispositif de surveillance, l'unité de traitement numérique ainsi que l'éventuel circuit de création d'au moins une tension de référence étant communs auxdits dispositifs de surveillance, ledit système 30 comprenant en outre un convertisseur analogique numérique des mesures de tension et un optocoupleur de l'unité de traitement numérique avec un système central de gestion de la batterie. 8 Selon un quatrième aspect, l'invention propose une batterie électrique comprenant au moins un module formé de plusieurs éléments générateurs d'énergie électrique, ladite batterie comprenant, pour chaque module, un tel système de surveillance des tensions.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures jointes dans lesquelles : la figure 1 représente un module d'une batterie électrique ainsi que son système de surveillance des tensions des éléments formant ledit module ; - la figure 2 représente le schéma électrique d'un premier mode de réalisation d'un montage soustracteur pour un dispositif de surveillance suivant l'invention ; la figure 3 représente le schéma électrique d'un circuit de création de deux tensions de référence pour alimenter le montage soustracteur selon la figure 2 ; la figure 4 représente le schéma électrique d'un deuxième mode de réalisation d'un montage soustracteur pour un dispositif de surveillance 20 suivant l'invention.

On décrit ci-dessous un mode de réalisation d'une batterie électrique comprenant au moins un module M formé de plusieurs éléments 1 générateurs d'énergie électrique qui sont montés en série. En particulier, la batterie 25 comprend plusieurs modules M qui sont montés en série.

Sur la figure 1, un module M est représenté avec ses branchements aux deux modules adjacents M+1, M-1, ledit module comprenant six éléments 1 qui sont formés chacun avec deux cellules électrochimiques 2 montées en parallèle. 30 Dans un exemple de réalisation, les cellules électrochimiques 2 sont de type Lithium ù ion ou Lithium ù polymère. 9 Le montage des éléments 1 présente un potentiel central û dit OV local û situé entre le troisième et le quatrième élément 1, ledit potentiel central définissant le potentiel nul du module M de part et d'autre duquel les trois éléments supérieurs 1 sont dans une zone de potentiel positif et les trois éléments inférieurs 1 dans une zone de potentiel négatif.

Par rapport à ce potentiel central, la borne du troisième élément haut 1 définit l'alimentation positive +U du module M tandis que l'alimentation négative -U du module M est définie par la borne du troisième élément bas 1. Ainsi, le module M délivre une tension variable qui dépend de l'état de charge des éléments 1. En particulier, chacun des éléments 1 peut être chargé au maximum à 5 V et déchargé au maximum à 1,7 V, de sorte que la tension délivrée par le module soit comprise entre 15 V et 5 V.

La batterie est plus particulièrement destinée à alimenter un moteur électrique de traction d'un véhicule automobile, qu'il s'agisse d'un véhicule électrique ou de type hybride électrique û thermique. Toutefois, la batterie selon l'invention peut également trouver son application pour le stockage d'énergie électrique dans d'autres modes de transport, et notamment en aéronautique. Par ailleurs, dans des applications stationnaires telles que pour des éoliennes, la batterie selon l'invention peut également être utilisée de façon avantageuse.

La batterie comprend en outre, pour chaque module M, un système de surveillance des tensions, ledit système comprenant, pour chaque élément 1, un dispositif de surveillance de la tension dudit élément. Sur la figure 1, la batterie comprend en outre, pour chaque élément, un dispositif de mesure 3 de la température ainsi qu'un dispositif d'équilibrage 4, ainsi qu'un dispositif de mesure 5 de la température ambiante.

Le dispositif de surveillance comprend un montage soustracteur 6 réalisé avec quatre résistances R1-R4 associées à un amplificateur opérationnel 7. En outre, le montage soustracteur 6 comprend deux commutateurs ETAL+, ETAL_ 10 permettant la commutation des entrées de l'amplificateur opérationnel 7 respectivement sur une seule borne de l'élément 1.

Ce dispositif permet la surveillance de la tension d'un élément 1 en prévoyant de mesurer la tension UBRUT aux bornes dudit élément au moyen du montage soustracteur 6. En outre, la surveillance est réalisée en prévoyant une procédure d'étalonnage qui permet d'annuler les erreurs liées au mode commun et à l'offset de la chaine de mesure.

La procédure d'étalonnage comprend les étapes suivantes : - activation du commutateur ETAL+ pour commuter les entrées du montage soustracteur 6 sur la seule borne positive de l'élément 1 et mesure de la tension d'étalonnage UETAL+ délivrée par ledit montage ; - désactivation du commutateur ETAL+ et activation du commutateur ETAL_ pour commuter les entrées du montage soustracteur sur la seule borne négative de l'élément et mesure de la tension d'étalonnage UETAL délivrée par ledit montage ; établissement de la tension de décalage moyenne UCORR définie par la - `UETAL+) + UETAL- ) relation UCORR - - correction de la tension mesurée UBRUT avec la tension de décalage moyenne UCORR pour déterminer la tension UELT de l'élément avec la relation UELT - UBRUT - UCORR Cette procédure d'étalonnage permet de corriger l'offset de l'amplificateur 7.

Pour ce faire, le dispositif de surveillance comprend également des moyens de mesure des tensions délivrées par le montage soustracteur 6 ainsi qu'une unité de traitement numérique 8 comprenant des moyens d'établissement de la tension de décalage moyenne UCORR et de correction de la tension mesurée UBRUT.

En relation avec la figure 1, l'unité de traitement 8 comprend un processeur 9, ladite unité étant commune aux dispositifs de surveillance d'un module M. 2 11 L'unité comprend en outre un convertisseur analogique numérique 10 des mesures de tension et un optocoupleur 11 du processeur 9 avec le système central de gestion de la batterie. En variante non représentée, les composants de l'unité de traitement 8 peuvent être prévus de façon discrète, en particulier le convertisseur 10 peut être dissocié du processeur 9.

Dans le mode de réalisation représenté, la communication entre l'unité 8 et le système central de gestion est réalisée via le bus 12 de liaison numérique du véhicule automobile, l'interface 13 de ce bus 12 étant prévue dans le système de surveillance. Par ailleurs, le système de surveillance comprend également une fonction de remise à zéro 14 entre le processeur 9 et un optocoupleur 15. En outre, l'unité 8 comprend un dispositif 24 de communication avec les dispositifs d'équilibrage 4.

De façon avantageuse, la procédure d'étalonnage est réalisée pour chaque mesure de la tension UBRUT aux bornes de l'élément 1. En outre, la procédure d'étalonnage peut comprendre un test de vérification que la différence entre les tensions déterminée UELT et mesurée UBRUT est inférieure à une tension seuil, un état de défaut de surveillance étant établi lorsque le test est négatif.

Outre l'accroissement de la précision de mesure, une telle vérification permet d'assurer une fonction supplémentaire de sureté de fonctionnement en ce sens que tout dysfonctionnement de la chaine de mesure peut être détecté par comparaison de la valeur UCORR par rapport à une valeur seuil préalablement fixée. En variante, les valeurs UCORR de chaque élément 1 peuvent être comparées entre elles pour détecter une différence significative de correction entre lesdits éléments. En effet, notamment lorsque les chaines de mesures sont réalisées avec un même lot de composants électronique, une telle différence signifie un défaut de surveillance que le test de vérification permet d'établir.

Dans le mode de réalisation représenté, l'entrée négative de l'amplificateur 7 est alimentée par l'intermédiaire d'une résistance R3 avec une tension de 12 référence UREF. La tension de référence UREF est mesurée pour être soustraite de la tension mesurée UBRUT dans la détermination la tension de l'élément UELT.

Pour ce faire, le dispositif de surveillance comprend en outre un circuit 16 de création d'au moins une tension de référence UREF qui alimente le montage soustracteur 6. Sur la figure 1, le système de surveillance comprend un circuit 16 qui est commun aux dispositifs de surveillance d'un module M, l'unité de traitement 8 étant alimentée avec la mesure de la tension de référence UREF par l'intermédiaire du convertisseur 10 de sorte à pouvoir mettre en oeuvre le procédé de surveillance.

L'unité de traitement comprend une alimentation électrique 17 qui est alimentée en électricité par la tension continue variable qui est délivrée par les éléments 1 du module M. Pour ce faire, le circuit d'alimentation présentant un interrupteur 18 qui est commandé par le système central de gestion de la batterie par l'intermédiaire d'une fonction réveil 19 associée à un optocoupleur 20.

Dans le mode de réalisation représenté, l'alimentation est réalisée avec les éléments supérieurs 1 et la batterie intègre un dispositif de compensation 21 de la consommation sur les éléments inférieurs 1 de sorte à maintenir l'équilibrage entre lesdits éléments.

En relation avec les figures 1 et 3, le circuit 16 comprend une référence de tension 22 dont la tension, par exemple 5V, est divisée par un pont résistif comprenant un amplificateur opérationnel 23 et des résistances R5-R8. En particulier, comme représenté sur la figure 1, la référence de tension 22 est alimentée en courant par une alimentation stabilisée 25. En outre, la tension de référence UREF est établie entre la référence de tension 22 et le potentiel central OV local du montage en série des éléments 1.

Pour permettre la mise en oeuvre d'une procédure de vérification, le circuit 16 comprend un sélecteur CDETEST pour délivrer deux tensions de référence différentes. La première (position du sélecteur sur la figure 3), par exemple de 13 l'ordre de 0,2 V, correspond à une tension de contre polarisation avec laquelle la mesure de la tension UBRUT aux bornes de l'élément 1 est réalisée. Ainsi, en prévoyant que la tension de contre polarisation soit supérieure à l'erreur de mesure, on effectue un léger décalage de la tension mesurée UBRUT afin qu'une tension légèrement négative soit lue comme positive au niveau du convertisseur 10.

La deuxième tension dite de vérification UVER peut être supérieure à la tension de contre polarisation pour présenter une valeur comprise entre 80% et 120% de la tension maximal de l'élément 1. Ainsi, la vérification du gain des amplificateurs est réalisée à une tension qui correspond à la plage de mesure.

La procédure de vérification comprend alors les étapes de : - activer le sélecteur CDETEST pour générer la tension de vérification UVER 15 et mesurer ladite tension générée ; alimenter le montage soustracteur 6 avec ladite tension de vérification en tant que tension de référence ; - mesurer une tension d'étalonnage UETAL_VER délivrée par ledit montage ; - effectuer un test de vérification que la différence entre les tensions 20 mesurée UVER et d'étalonnage UETAL VER est inférieure à une tension seuil, un état de défaut de surveillance étant établi lorsque le test est négatif.

En outre, le procédé de surveillance étant itératif, la tension d'étalonnage 25 UETAL_VER peut être corrigée avec une tension de décalage moyenne UCORR définie précédemment, de sorte à bénéficier de l'étalonnage précédent.

En particulier, la procédure de vérification peut être réalisée pour chaque mesure de la tension UBRUT aux bornes de l'élément 1, et la tension de 30 décalage moyenne UCORR utilisée peut correspondre à celle définie pour la mesure précédente de ladite tension. 14 Toujours à fin de sécurisation de la surveillance, la procédure de vérification peut comprendre un test de vérification que la valeur de la tension de vérification UVER est comprise dans une plage donnée, un état de défaut de surveillance étant établi lorsque le test est négatif. En outre, le procédé de surveillance peut prévoir un test de vérification que la valeur de la tension de contre polarisation est comprise dans une plage donnée, un état de défaut de surveillance étant établi lorsque le test est négatif. 10 En relation avec la figure 4, on décrit ci-dessous un montage soustracteur qui permet la mise en oeuvre d'une procédure de compensation de gain dudit montage, ladite procédure prévoyant de : - générer une première tension de test UTEST+ et mesurer ladite tension générée ; 15 - alimenter le montage soustracteur 6 avec ladite tension de test pour déterminer le gain G+ sur l'entrée positive dudit montage ; générer une deuxième tension de test UTEST_ et mesurer ladite tension générée ; alimenter le montage soustracteur 6 avec ladite tension de test pour 20 déterminer le gain G_ sur l'entrée négative dudit montage ; calculer le gain moyen avec la relation G G 2G_ . Mor= + 2 , - compenser la tension déterminée UELT par le gain moyen GMOY avec la relation U - U ELT CORR ELT ù GMO v 25 Pour ce faire, le montage soustracteur comprend deux autres commutateurs TEST+, TEST_ qui sont montés en série avec respectivement un commutateur ETAL+, ETAL_, et le circuit est agencé pour délivrer quatre tensions de référence, respectivement la tension de contre polarisation UREF, la tension de vérification UVER et les deux tensions de test UTEST+, UTEST-• 30 15 L'invention permet d'utiliser des résistances R1-R8 de l'ordre de 100kOhms avec une précision de 0,1% et une variation de 25 ppm/°C et des amplificateurs 7, 23 de type OP747 de Analog Devices, tout en présentant un excellent niveau de fiabilité dans la précision des mesures de tension UBRUT réalisées.

En particulier, l'invention permet de garantir une définition précise de l'état de charge de la batterie. En effet, les courbes de décharges des éléments 1 présentent une évolution de leur tension à vide en fonction de leur capacité résiduelle. La pente de cette courbe de décharge est plus ou moins prononcée en fonction de la composition chimique de l'élément 1 et l'accroissement de la précision de mesure devient d'autant plus critique que la pente devient plate .

Or, en supprimant les erreurs de tension liées à la présence de modes communs, l'invention permet d'obtenir dans la plupart des cas une précision de mesure des tensions inférieure à 4 mV. En outre, l'invention permet de détecter les erreurs sur la mesure et de les compenser, mais également de compenser les dérives dans le temps des performances des composants électroniques, ce qui est un réel atout en terme de sureté de fonctionnement.

En définitive, l'invention permet notamment de cumuler les avantages suivants : accroître la précision de la mesure de tension et de compenser les erreurs de mesure liées à une mauvaise performance ou défaillance de la chaine de mesure ; mettre en oeuvre une chaine de mesure auto calibrée et autotestée, notamment pour les batteries Li-ion ; effacer les imperfections des composants ; effacer les dérives de propriétés des composants dans le temps ; - garantir une excellente qualité d'équilibrage ; - participer à la sûreté de fonctionnement de la batterie ; limiter le nombre d'optocoupleurs (gain économique) ; faire des calculs de SOC précis sur des éléments 1 ayant des courbes de décharges plates ; corriger les dérives en températures des chaines de mesure.

Claims (19)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de surveillance de la tension UELT d'un élément (1) générateur d'énergie électrique d'une batterie, ledit procédé prévoyant de mesurer la tension UBRUT aux bornes dudit élément au moyen d'un montage soustracteur (6) et de réaliser une procédure d'étalonnage comprenant les étapes suivantes : - commutation des entrées du montage soustracteur (6) sur la seule borne positive de l'élément (1) et mesure de la tension d'étalonnage UETAL+ délivrée par ledit montage ; - commutation des entrées du montage soustracteur (6) sur la seule borne négative de l'élément (1) et mesure de la tension d'étalonnage UETAL-délivrée par ledit montage ; - établissement de la tension de décalage moyenne UCORR définie par la `UETAL+) + (UETAL-) . relation UCORR 2 - correction de la tension mesurée UBRUT avec la tension de décalage moyenne UCORR pour déterminer la tension UELT de l'élément (1) avec la relation UELT = UBRUT - UCORR
2. 2. Procédé de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que la procédure d'étalonnage est réalisée pour chaque mesure de la tension UBRUT aux bornes de l'élément (1). 25
3. 3. Procédé de surveillance selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la procédure d'étalonnage comprend un test de vérification que la différence entre les tensions déterminée UELT et mesurée UBRUT est inférieure à une tension seuil, un état de défaut de surveillance étant établi lorsque le test est négatif. 30
4. 4. Procédé de surveillance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le montage soustracteur (6) est alimenté avec une20tension de référence UREF, ladite tension de référence étant mesurée pour être soustraite de la tension mesurée UBRUT dans la détermination la tension UELT de l'élément (1).
5. 5. Procédé de surveillance selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il prévoit une procédure de vérification comprenant les étapes prévoyant de : générer une tension de vérification UVER et mesurer ladite tension générée ; - alimenter le montage soustracteur (6) avec ladite tension de vérification en tant que tension de référence ; - mesurer une tension d'étalonnage UETAL_VER délivrée par ledit montage ; - effectuer un test de vérification que la différence entre les tensions mesurée UVER et d'étalonnage UETAL_VER est inférieure à une tension seuil, un état de défaut de surveillance étant établi lorsque le test est négatif.
6. 6. Procédé de surveillance selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tension d'étalonnage UETAL_VER est corrigée avec une tension de décalage moyenne UCORR définie précédemment.
7. 7. Procédé de surveillance selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la procédure de vérification comprend un test de vérification que la valeur de la tension de vérification UVER est comprise dans une plage donnée, un état de défaut de surveillance étant établi lorsque le test est négatif.
8. 8. Procédé de surveillance selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la procédure de vérification est réalisée pour chaque mesure de la tension UBRUT aux bornes de l'élément (1). 30
9. 9. Procédé de surveillance selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la tension de vérification UVER est supérieure à la tension de référence UREF. 25
10. 10. Procédé de surveillance selon la revendication 9, caractérisé en ce que la tension de vérification UVER présente une valeur comprise entre 80% et 120% de la tension maximale de l'élément (1).
11. 11. Procédé de surveillance selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce qu'il prévoit un test de vérification que la valeur de la tension de référence UREF est comprise dans une plage donnée, un état de défaut de surveillance étant établi lorsque le test est négatif.
12. 12. Procédé de surveillance selon la revendication 4 à 11, caractérisé en ce que l'élément (1) est monté en série avec d'autre éléments pour former un module (M), la tension de référence UREF étant établi entre une référence de tension (22) et le potentiel central dudit montage en série.
13. 13. Procédé de surveillance selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend une procédure de compensation du gain du montage soustracteur (6), ladite procédure prévoyant de : - générer une première tension de test UTEST+ et mesurer ladite tension générée ; - alimenter le montage soustracteur (6) avec ladite tension de test pour déterminer le gain G+ sur l'entrée positive dudit montage ; générer une deuxième tension de test UTEST_ et mesurer ladite tension générée ; alimenter le montage soustracteur (6) avec ladite tension de test pour 25 déterminer le gain G_ sur l'entrée négative dudit montage ; calculer le gain moyen avec la relation GMOY = G+ 2 G_ 2 - compenser la tension déterminée UELT par le gain moyen GMoY avec la relation U _ UELT CORR _ ELT GMOY 30
14. 14. Dispositif de surveillance de la tension UELT d'un élément (1) générateur d'énergie électrique d'une batterie par mise en oeuvre d'un procédé selon l'unequelconque des revendications 1 à 13, ledit dispositif comprenant un montage soustracteur (6) réalisé avec des résistances (R1-R4) associées à un amplificateur opérationnel (7), ledit montage soustracteur comprenant en outre deux commutateurs (ETAL+, ETAL_) permettant la commutation des entrées de l'amplificateur opérationnel (7) respectivement sur une seule borne de l'élément (1), ledit dispositif comprenant en outre des moyens de mesure des tensions délivrées par ledit montage et une unité (8) de traitement numérique comprenant des moyens d'établissement de la tension de décalage moyenne UCORR et de correction de la tension mesurée UBRUT.
15. 15. Dispositif de surveillance selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit (16) de création d'au moins une tension de référence qui alimente le montage soustracteur (6).
16. 16. Dispositif de surveillance selon la revendication 15, caractérisé en ce que le circuit 16 comprend une référence de tension (22) dont la tension est divisée par un pont résistif comprenant un amplificateur opérationnel (23) et des résistances (R5-R8), ledit circuit comprenant en outre un sélecteur (CDETEST) pour délivrer deux tensions de référence différentes.
17. 17. Système de surveillance des tensions des éléments (1) d'une batterie électrique, ledit système comprenant, pour chaque élément (1), un dispositif de surveillance selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, l'unité (8) de traitement numérique ainsi que l'éventuel circuit (16) de création d'au moins une tension de référence étant communs auxdits dispositifs de surveillance, ledit système comprenant en outre un convertisseur analogique numérique (10) des mesures de tension et un optocoupleur (11) de l'unité (8) de traitement numérique avec un système central de gestion de la batterie.
18. 18. Batterie électrique comprenant au moins un module (M) formé de plusieurs éléments (1) générateurs d'énergie électrique, ladite batterie comprenant, pour chaque module (M), un système de surveillance des tensions selon la revendication 17.
19. 19. Batterie électrique selon la revendication 18, caractérisée en ce que le système de surveillance est alimenté en électricité par l'intermédiaire des éléments (1).5