FR2959066A1 - Electronic management system for rechargeable battery, has measuring circuit measuring parameter, determining variation of parameter, transmitting data to electronic processing unit if variation is higher than predetermined threshold - Google Patents
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Abstract
Description
SYSTEME ET PROCEDE DE GESTION ELECTRONIQUE D'UNE BATTERIE RECHARGEABLE. SYSTEM AND METHOD FOR ELECTRONIC MANAGEMENT OF A RECHARGEABLE BATTERY.
L'invention concerne un procédé et un système de gestion électronique de batteries rechargeables. Typiquement une batterie comprend une pluralité d'accumulateurs appelés aussi générateurs électrochimiques, cellules ou éléments. Les accumulateurs sont reliés entre eux en série et/ou en parallèle par une ligne de puissance. Chaque accumulateur se décharge en fournissant de l'énergie électrique à une application donnée. La batterie peut être chargée par un chargeur qui fournit de l'énergie électrique aux bornes de la batterie pour augmenter la quantité d'énergie électrique stockée dans chaque accumulateur. Le chargeur charge la batterie en appliquant à ses bornes une tension supérieure à celle de la batterie. Il est connu de stopper la charge de la batterie en activant un organe de protection lorsque la tension aux bornes d'un des accumulateurs est supérieure à une valeur prédéterminée appelée tension de seuil maximum. Les accumulateurs d'une même batterie, qui sont couramment prévus identiques, peuvent cependant présenter des caractéristiques différentes tels que le rendement faradique ou l'autodécharge et en conséquence des performances différentes. On appelle autodécharge, la baisse de l'état de charge de l'accumulateur, alors que celui-ci est simplement stocké, et ne débite aucun courant à travers un dispositif consommateur de courant. On appelle rendement faradique, le rapport entre la quantité d'électricité débitée à la décharge et la quantité d'électricité fournie lors de la charge. Ainsi, lorsque la batterie est en charge, les accumulateurs ne se chargent pas tous à la même vitesse. Afin d'optimiser la charge et donc l'état de charge (SOC=State Of Charge) d'une batterie, il est connu de réaliser un équilibrage des accumulateurs de la batterie. L'équilibrage d'une batterie consiste à ajuster la tension aux bornes de chaque accumulateur à une même tension ou dans une même plage de tension. Ainsi, lorsque la tension aux bornes d'un accumulateur atteint la tension de seuil maximum, un circuit de dérivation permet de ralentir ou stopper la charge de cet accumulateur sans que la charge des autres accumulateurs soit interrompue. Une batterie est donc typiquement associée à un système électronique de gestion. Un tel système de gestion, souvent désigné sous l'acronyme BMS pour « Battery Managment System » en anglais, contrôle l'état de charge de la batterie, et peut également contrôler la température et/ou le courant dans chaque accumulateur ou dans la batterie. A cet effet, des circuits de mesure sont prévus, soit au niveau de R.A31200A31239 SAFT:31239ù100413-texte depot.doc - 16/04/10 - 10:04 - 1/15 la batterie, soit au niveau de chaque accumulateur. Les mesures des paramètres à contrôler û tension, courant, température notamment û sont transmises à une unité électronique, dédiée à chaque accumulateur ou commune à l'ensemble de la batterie. Les documents EP-A-O 678 753, EP-A-O 855 780 et EP-A-1 018 652 décrivent des systèmes et procédés de gestion électronique d'un ensemble de générateurs électrochimiques comportant une Iogique commune et une pluralité d'interfaces de mesure associées à chaque accumulateur. La logique commune est intégrée dans un calculateur maître de la batterie recueillant les mesures provenant de chaque interface de mesure agissant comme des parties esclaves. Le calculateur maître commande un ou des organes de protection selon les mesures fournies par les interfaces esclaves. Le document FR-A-2 889 742 décrit un système et procédé de gestion électronique d'une batterie. Ce document propose de supprimer le calculateur maître. Un circuit de contrôle est associé à chaque générateur électrochimique. Chaque circuit de contrôles commande un organe de protection pour stopper la charge ou la décharge. Quelle que soit l'architecture du système électronique de gestion de la batterie, des circuits de mesure sont prévus. Ces circuits de mesure comportent typiquement un capteur et un convertisseur analogique numérique. Afin de permettre une gestion dynamique de la batterie, les mesures sont réalisées continuellement (avec un échantillonnage plus ou moins important) et le système de gestion électronique BMS opère continûment. Le système de gestion électronique consomme donc beaucoup d'énergie. La consommation électrique du système de gestion entame donc l'énergie disponible pour l'application à laquelle la batterie est destinée. On a donc cherché à limiter la consommation électrique du système de gestion électronique de la batterie. The invention relates to a method and an electronic management system for rechargeable batteries. Typically a battery comprises a plurality of accumulators also called electrochemical generators, cells or elements. The accumulators are interconnected in series and / or in parallel by a power line. Each battery discharges by supplying electrical power to a given application. The battery can be charged by a charger that provides electrical power to the battery terminals to increase the amount of electrical energy stored in each battery. The charger charges the battery by applying to its terminals a voltage higher than that of the battery. It is known to stop the charge of the battery by activating a protection member when the voltage across one of the accumulators is greater than a predetermined value called maximum threshold voltage. Accumulators of the same battery, which are commonly expected identical, however, may have different characteristics such as faradic efficiency or self discharge and therefore different performance. It is called self-discharge, the decline in the state of charge of the battery, while it is simply stored, and no current flows through a consumer device current. Faradic efficiency is the ratio of the amount of electricity discharged to the landfill and the amount of electricity supplied during the load. Thus, when the battery is charging, the accumulators do not all load at the same speed. In order to optimize the charge and therefore the state of charge (SOC = State Of Charge) of a battery, it is known to achieve a balancing of the accumulators of the battery. The balancing of a battery consists in adjusting the voltage across each battery at the same voltage or in the same voltage range. Thus, when the voltage at the terminals of an accumulator reaches the maximum threshold voltage, a bypass circuit makes it possible to slow down or stop the charging of this accumulator without the charge of the other accumulators being interrupted. A battery is therefore typically associated with an electronic management system. Such a management system, often referred to by the acronym BMS for "Battery Managment System" in English, monitors the state of charge of the battery, and can also control the temperature and / or the current in each battery or in the battery . For this purpose, measuring circuits are provided, either at the battery or at each accumulator. The measurements of the parameters to be controlled - voltage, current, temperature in particular - are transmitted to an electronic unit, dedicated to each accumulator or common to the entire battery. EP-A-0 678 753, EP-A-0 855 780 and EP-A-1 018 652 describe systems and methods for the electronic management of a set of electrochemical generators comprising a common logic and a plurality of measurement interfaces associated with each accumulator. The common logic is built into a battery master computer that collects measurements from each measurement interface acting as slave parts. The master computer controls one or more protection devices according to the measurements provided by the slave interfaces. Document FR-A-2 889 742 describes a system and method for the electronic management of a battery. This document proposes to delete the master calculator. A control circuit is associated with each electrochemical generator. Each control circuit controls a protection device to stop charging or discharging. Whatever the architecture of the electronic system for managing the battery, measurement circuits are provided. These measurement circuits typically comprise a sensor and an analog digital converter. In order to allow dynamic management of the battery, measurements are made continuously (with more or less sampling) and the BMS electronic management system operates continuously. The electronic management system therefore consumes a lot of energy. The power consumption of the management system therefore starts the energy available for the application for which the battery is intended. It has therefore sought to limit the power consumption of the electronic management system of the battery.
Le document JP-A-2008/139261 propose d'inhiber toute prise de mesures pendant des périodes de veille. Le système de gestion est donc complètement aveugle pendant ces périodes de veille. L'état de veille ou l'état actif du système de gestion électronique est commandé extérieurement. Les documents JP-A-2007/078443, JPA-11283677 ou JP-A-2007/276654 proposent de réduire la fréquence d'acquisition des mesures pendant des périodes de veille. L'état de veille ou l'état actif du système de gestion électronique est déterminé par rapport à des seuils de courant de la batterie. Les documents DE-A-10214868 ou CN-A-10 1192688 proposent d'inhiber toute prise de mesures pendant des périodes de veille. Le réveil du système de gestion électronique est commandé par une horloge. Le document US-A- 2009/111006 propose d'inhiber toute prise de mesures pendant des périodes de veille. Le passage d'un état de veille à un état actif du système de gestion électronique est commandé par une clé actionnée par un utilisateur. Le document US-A-6 850 034 propose de sortir un système de gestion électronique d'une batterie R:\ 31200\31239 SAFT\31239--1004134exte depot.doc - 16/04/IO- 10:04 - 2115 de voiture de son état de veille lorsqu'un courant supérieur à un seuil est appelé en décharge. Les solutions connues décrites ci-dessus pour réduire la consommation d'un système de gestion électronique d'une batterie ne sont pas satisfaisantes. En effet, les solutions connues ne permettent pas au système de gestion de surveiller les paramètres à contrôler sur toute leur gamme d'évolution, ce qui peut conduire à des utilisations hors plage de la batterie. Il existe donc un besoin pour un système et procédé de gestion électronique d'une batterie qui permettent de limiter la consommation électrique du système de gestion tout en garantissant une surveillance continue des paramètres à contrôler. A cet effet, l'invention propose un système de gestion électronique d'une batterie rechargeable comportant au moins un accumulateur électrochimique, le système comprenant : - au moins un circuit de mesure d'au moins un paramètre de la batterie; 15 - une unité de traitement électronique; - une ligne de communication entre le circuit de mesure et l'unité de traitement électronique, dans lequel le circuit de mesure est adapté à mesurer continuellement ledit au moins un paramètre et à déterminer une variation dudit au moins un paramètre, le 20 circuit de mesure transmettant des données à l'unité de traitement électronique si et seulement si la variation est supérieure à un seuil prédéterminé. Selon les modes de réalisation, le système selon l'invention peut comprendre en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le circuit de mesure comprend au moins un convertisseur analogique 25 numérique ; - le seuil prédéterminé est fonction de la valeur du paramètre mesuré ; - une pluralité de paramètres est mesurée, un seuil prédéterminé étant associé à chaque paramètre mesuré ; - le circuit de mesure mesure continuellement ledit au moins un paramètre 30 avec un pas temporel choisi entre 1 ms et 1 s ; le circuit de mesure est associé à un filtre passe bas dont la fréquence de Nyquist est fonction du paramètre mesuré ; - les données transmises par le circuit de mesure comprennent la valeur du paramètre mesuré et/ou la variation du paramètre mesuré et/ou le temps 35 écoulé depuis la précédente transmission ; - l'unité de traitement électronique est placée en mode de veille après un temps d'inactivité sur la ligne de communication entre le circuit de mesure R:\31200\ 31239 SAFT31239--1004134exte depot,doc - 16/04/10 - 10:04 - 3/15 et l'unité de traitement électronique supérieur à un seuil temporel prédéterminé ; l'unité de traitement électronique est sortie d'un mode de veille par activation de la ligne de communication entre le circuit de mesure et 5 l'unité de traitement électronique ; - le système comprend un circuit de mesure associé à chaque accumulateur de la batterie ; - le système comprend un circuit de mesure par paramètre à mesurer ; - le système comprend en outre une unité de communication, une ligne de 10 communication entre l'unité de traitement électronique et l'unité de communication et une ligne de communication externe. L'invention concerne aussi une batterie rechargeable comportant au moins un accumulateur électrochimique et un système de gestion électronique selon l'invention. 15 L'invention concerne également une batterie modulaire rechargeable comportant une pluralité de modules, chaque module comprenant au moins un accumulateur électrochimique et chaque module étant associé à un système de gestion électronique selon l'invention. Selon un mode de réalisation, l'un des systèmes de gestion électronique est un 20 système maître adapté à communiquer avec les autres systèmes de gestion électronique par la ligne de communication externe. Selon un autre mode de réalisation, la batterie comprend en outre un système central de gestion électronique adapté à communiquer avec chaque système de gestion électronique associé à un module par la ligne de communication externe. 25 L'invention propose en outre un procédé de gestion électronique d'une batterie rechargeable comportant au moins un accumulateur électrochimique, le procédé comprenant les étapes consistant à : - mesurer continuellement au moins un paramètre de la batterie; - déterminer une variation dudit au moins un paramètre ; 30 - transmettre des données à une unité de traitement électronique si et seulement si la variation est supérieure à un seuil prédéterminé. Selon les modes de réalisation, le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le seuil prédéterminé est fonction de la valeur du paramètre mesuré ; 35 - une pluralité de paramètres est mesurée, un seuil prédéterminé étant associé à chaque paramètre mesuré ; - la mesure continuelle dudit au moins un paramètre est réalisée avec un pas temporel choisi entre 1 ms et 1 s ; R:\ 31200\31239 SAFT\31239--100413-texte depol.doc - 16/04/10 - 10:04 - 4/15 - le procédé comprend en outre une étape consistant à placer l'unité de traitement électronique en mode de veille lorsque aucune donnée n'a été transmise après un temps prédéterminé ; - le procédé comprend en outre une étape consistant à sortir l'unité de 5 traitement électronique d'un mode de veille lorsque des données sont transmises. JP-A-2008/139261 proposes to inhibit any measurement during waking periods. The management system is completely blind during these waking periods. The standby state or the active state of the electronic management system is externally controlled. JP-A-2007/078443, JPA-11283677 or JP-A-2007/276654 propose to reduce the frequency of acquisition of measurements during waking periods. The standby state or the active state of the electronic management system is determined with respect to current thresholds of the battery. Documents DE-A-10214868 or CN-A-10 1192688 propose to inhibit any measurement during waking periods. The alarm clock of the electronic management system is controlled by a clock. US-A-2009/111006 proposes to inhibit any measurement during waking periods. The transition from a standby state to an active state of the electronic management system is controlled by a key operated by a user. Document US-A-6,850,034 proposes to release an electronic management system for a car battery R: \ 31200 \ 31239 SAFT \ 31239--1004134exte depot.doc - 16/04 / IO- 10:04 - 2115 its standby state when a current greater than a threshold is called in discharge. The known solutions described above to reduce the consumption of an electronic battery management system are unsatisfactory. Indeed, the known solutions do not allow the management system to monitor the parameters to be controlled over their entire range of evolution, which can lead to uses out of range of the battery. There is therefore a need for a system and method for electronic management of a battery that limit the power consumption of the management system while ensuring continuous monitoring of the parameters to be controlled. For this purpose, the invention proposes an electronic management system of a rechargeable battery comprising at least one electrochemical accumulator, the system comprising: at least one circuit for measuring at least one parameter of the battery; An electronic processing unit; a communication line between the measuring circuit and the electronic processing unit, in which the measurement circuit is adapted to continuously measure said at least one parameter and to determine a variation of said at least one parameter, the measurement circuit; transmitting data to the electronic processing unit if and only if the variation is greater than a predetermined threshold. According to the embodiments, the system according to the invention may furthermore comprise one or more of the following characteristics: the measuring circuit comprises at least one digital analog converter; the predetermined threshold is a function of the value of the parameter measured; a plurality of parameters is measured, a predetermined threshold being associated with each measured parameter; the measurement circuit continually measures said at least one parameter with a time step chosen between 1 ms and 1 s; the measuring circuit is associated with a low-pass filter whose Nyquist frequency is a function of the measured parameter; the data transmitted by the measuring circuit comprise the value of the parameter measured and / or the variation of the parameter measured and / or the time elapsed since the previous transmission; - the electronic processing unit is placed in standby mode after a period of inactivity on the communication line between the measuring circuit R: \ 31200 \ 31239 SAFT31239--1004134exte depot, doc - 16/04/10 - 10 : 04 - 3/15 and the electronic processing unit above a predetermined time threshold; the electronic processing unit is output from a standby mode by activating the communication line between the measuring circuit and the electronic processing unit; the system comprises a measurement circuit associated with each battery of the battery; the system comprises a measurement circuit per parameter to be measured; the system further comprises a communication unit, a communication line between the electronic processing unit and the communication unit and an external communication line. The invention also relates to a rechargeable battery comprising at least one electrochemical accumulator and an electronic management system according to the invention. The invention also relates to a rechargeable modular battery comprising a plurality of modules, each module comprising at least one electrochemical accumulator and each module being associated with an electronic management system according to the invention. According to one embodiment, one of the electronic management systems is a master system adapted to communicate with the other electronic management systems via the external communication line. According to another embodiment, the battery further comprises a central electronic management system adapted to communicate with each electronic management system associated with a module by the external communication line. The invention further provides a method of electronically managing a rechargeable battery having at least one electrochemical accumulator, the method comprising the steps of: continuously measuring at least one parameter of the battery; - determining a variation of said at least one parameter; Transmitting data to an electronic processing unit if and only if the variation is greater than a predetermined threshold. According to the embodiments, the method according to the invention may furthermore comprise one or more of the following characteristics: the predetermined threshold is a function of the value of the parameter measured; A plurality of parameters is measured, a predetermined threshold being associated with each measured parameter; the continuous measurement of said at least one parameter is carried out with a time step chosen between 1 ms and 1 s; R: \ 31200 \ 31239 SAFT \ 31239--100413-text depol.doc - 16/04/10 - 10:04 - 4/15 - the method further comprises a step of placing the electronic processing unit in standby when no data has been transmitted after a predetermined time; the method further comprises a step of outputting the electronic processing unit from a sleep mode when data is transmitted.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit. Cette description est donnée à titre d'exemple 10 uniquement et en référence aux figures annexées qui montrent - figure 1, un schéma d'une batterie comprenant un système de gestion électronique selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - figure 2, un graphe illustrant schématiquement la mesure d'un paramètre X(t) et la transmission de mesures dès que la variation du paramètre 15 dépasse un seuil prédéterminé ; - figure 3, des graphes de charge / décharge d'un accumulateur de type Li-Ion ; - figure 4, un schéma d'un modèle de détermination de seuil variable pour un système de gestion électronique selon l'invention ; 20 - figure 5, un schéma d'une batterie comprenant un système de gestion électronique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - figure 6, un schéma d'une batterie comprenant un système de gestion électronique selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - figure 7, un schéma d'une batterie comprenant un système de gestion 25 électronique selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ; - figure 8, un graphe illustrant l'appel de courant aux bornes d'une batterie selon l'invention ; - figure 9, un graphe de la tension aux bornes de la batterie correspondant à la sollicitation de la figure 8 ; 30 - figure 10, un graphe illustrant les mesures de la tension transmises par un circuit de mesure du système de gestion selon l'invention ; - figure 11, un graphe illustrant les états de veille et d'activité d'une unité de traitement du système de gestion selon l'invention. Other features and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows. This description is given by way of example only and with reference to the appended figures which show - FIG. 1, a diagram of a battery comprising an electronic management system according to a first embodiment of the invention; FIG. 2, a graph illustrating schematically the measurement of a parameter X (t) and the transmission of measurements as soon as the variation of the parameter exceeds a predetermined threshold; FIG. 3, charge / discharge graphs of a Li-Ion type accumulator; FIG. 4, a diagram of a variable threshold determination model for an electronic management system according to the invention; FIG. 5 is a diagram of a battery comprising an electronic management system according to a second embodiment of the invention; FIG. 6, a diagram of a battery comprising an electronic management system according to a third embodiment of the invention; FIG. 7, a diagram of a battery comprising an electronic management system according to a fourth embodiment of the invention; FIG. 8, a graph illustrating the current draw at the terminals of a battery according to the invention; - Figure 9, a graph of the voltage across the battery corresponding to the bias of Figure 8; FIG. 10 is a graph illustrating the measurements of the voltage transmitted by a measurement circuit of the management system according to the invention; FIG. 11, a graph illustrating the states of standby and activity of a processing unit of the management system according to the invention.
35 L'invention se rapporte à un système de gestion électronique d'une batterie rechargeable. Le système comprend au moins un circuit de mesure et une unité de traitement électronique ainsi qu'une ligne de communication entre le circuit de mesure et l'unité de traitement électronique. Selon l'invention, le circuit de mesure R:A31200A31239 SAF7A31239--1004134exte depoldoc - 16/04/10 - 10:04 - 5/15 est adapté à mesurer continuellement ledit au moins un paramètre et à déterminer une variation dudit au moins un paramètre. Le circuit de mesure transmet alors des données à l'unité de traitement électronique si et seulement si la variation du paramètre mesuré est supérieure à un seuil prédéterminé. The invention relates to an electronic management system of a rechargeable battery. The system comprises at least one measuring circuit and an electronic processing unit as well as a communication line between the measuring circuit and the electronic processing unit. According to the invention, the measuring circuit R: A31200A31239 SAF7A31239--1004134extid depoldoc - 16/04/10 - 10:04 - 5/15 is adapted to continuously measure said at least one parameter and to determine a variation of said at least one parameter. The measurement circuit then transmits data to the electronic processing unit if and only if the variation of the measured parameter is greater than a predetermined threshold.
L'unité électronique ne reçoit des données à traiter que si celles-ci diffèrent des précédentes. L'unité électronique peut donc être placée en mode de veille, permettant ainsi une réduction de la consommation. Malgré la veille de l'unité électronique, les paramètres à surveiller sont toujours mesurés. Ainsi, l'unité électronique peut être sortie du mode veille sans perdre d'information sur les paramètres à contrôler, permettant ainsi une gestion fiable de la batterie. L'invention permet de cumuler les avantages d'une surveillance continue, par une mesure continue des paramètres, et d'une réduction de consommation d'énergie, par une mise en veille de l'unité de traitement et/ou une diminution du nombre de calculs à effectuer dès que les paramètres ne varient plus ou peu. The electronic unit receives data to be processed only if they differ from the previous ones. The electronic unit can therefore be placed in standby mode, thus allowing a reduction in consumption. Despite the eve of the electronic unit, the parameters to be monitored are always measured. Thus, the electronic unit can be out of standby mode without losing information on the parameters to be controlled, thus allowing reliable management of the battery. The invention makes it possible to cumulate the advantages of a continuous monitoring, by a continuous measurement of the parameters, and of a reduction of energy consumption, by a standby of the processing unit and / or a decrease of the number calculations to be made as soon as the parameters do not vary anymore or little.
On entend par les expressions « mesure continue » ou « mesurer continuellement », une mesure avec un pas temporel faible vis-à-vis des constantes de temps des variations du phénomène physico-chimique que l'on cherche à observer, typiquement inférieur à 1 seconde. Le pas temporel peut être compris entre 1 ms et 1 s, par exemple 100 ms. The expression "continuous measurement" or "continuous measurement" is understood to mean a measurement with a small time step with respect to the time constants of the variations of the physicochemical phenomenon that one seeks to observe, typically less than 1 second. The time step can be between 1 ms and 1 s, for example 100 ms.
Un premier mode de réalisation du système de gestion électronique selon l'invention est décrit en référence à la figure 1. La figure 1 montre une batterie 10 ayant deux bornes, positive et négative, destinées à être connectées à une application ou à un chargeur de manière connue en soi. La batterie 10 comporte une pluralité d'accumulateurs électrochimiques 15 montés en série et reliés par une ligne de puissance. Il est entendu que le système de gestion électronique selon l'invention s'applique également à une batterie comprenant des accumulateurs reliés en parallèle. La figure 1 montre aussi un système de gestion 100 comprenant un circuit de mesure 1. Ce circuit de mesure 1 est conçu pour mesurer au moins un paramètre de la batterie, tel que la tension de la batterie et/ou la tension de chaque accumulateur et/ou le courant de la batterie et/ou le courant de chaque branche parallèle de la batterie le cas échéant et/ou la température de la batterie et/ou la température de chaque accumulateur ou autre. Les paramètres à mesurer dépendent du contrôle que doit effectuer le système de gestion 100, i.e. contrôle de l'équilibrage et/ou de l'état de charge et/ou de sécurité ou autre. Sur la figure 1, un seul circuit de mesure 1 est représenté. Le circuit de mesure 1 comprend au moins un convertisseur analogique numérique et éventuellement un ou des capteurs selon les paramètres à mesurer. Selon les modes de réalisation, on R:\31200\31239 SAFT\31239--100413-texte depot.doc - 16/04/10 - 10:04 - 6/15 peut envisager un circuit de mesure par accumulateur et/ou un circuit de mesure par paramètre à mesurer. Un unique circuit peut également intégrer plusieurs capteurs et assurer différentes mesures de différents paramètres. Un unique circuit peut également comprendre plusieurs capteurs reliés à différents accumulateurs. Par exemple on peut utiliser un multiplexeur pour n'utiliser qu'un seul circuit pour réaliser la mesure de toutes les tensions des accumulateurs de la batterie, chaque tension étant mesurée par un convertisseur analogique numérique. Le circuit de mesure peut comprendre un convertisseur analogique numérique associé à chaque capteur ou un unique convertisseur analogique numérique associé à un multiplexeur pour un ensemble de capteurs, par exemple des capteurs de température. Pour simplifier l'exposé qui suit, on parlera d'un circuit de mesure, étant entendu qu'il peut être multiplié selon les besoins. La figure 1 montre aussi que le système de gestion 100 comprend en outre une unité de traitement électronique 3 reliée au circuit de mesure 1 par une ligne de communication 2. La ligne de communication 2 peut être un bus de communication, tel qu'un bus CAN (Controller Area Network ; réseau local de contrôle), un bus SPI (Serial Peripheral Interface, interface périphérique série) ou autre. L'unité électronique 3 est un processeur adapté à recevoir des données numériques, à les traiter et à commander une action fonction de son traitement. Par exemple, si le système de gestion électronique 100 est destiné à gérer l'équilibrage des accumulateurs de la batterie, il recevra des données relatives au courant de charge et aux tensions aux bornes de chaque accumulateur ; et il sera adapté pour calculer un état de charge SOC et pour commander une dérivation du courant et/ou un arrêt de la charge. Le système de gestion 100 peut cumuler plusieurs fonctions de sécurité (i.e. arrêt de la charge ou de la décharge en conditions limites par exemple) ou de gestion du fonctionnement de la batterie (i.e. calcul du SOC, détermination du SOH, équilibrage par exemple) selon les applications et les besoins. Le circuit de mesure 1 est adapté à mesurer continuellement au moins un paramètre et à déterminer une variation dudit paramètre. En revanche, le circuit de mesure 1 ne transmet des données à l'unité de traitement électronique 3 que si la variation du paramètre mesuré est supérieure à un seuil prédéterminé. La figure 2 illustre très schématiquement ce principe d'une transmission de données lorsque la variation du paramètre mesuré est supérieure à un seuil. La figure 2 est donnée pour un paramètre quelconque X. Le circuit de mesure 1 du système de gestion électronique selon l'invention mesure continuellement ce paramètre. Comme indiqué précédemment, la mesure continue est en réalité une mesure avec un pas temporel très faible vis-à-vis des constantes de temps des variations du phénomène physico-chimique que l'on cherche à observer. Par exemple, il peut être choisi entre R:\31200`31239 SAFT\31239--100413-texte depot.doc - 16/04/10 - 10:04 - 7/15 1 ms et 1s. Le circuit de mesure 1 peut donc suivre la valeur du paramètre mesuré dans le temps X(t) et déterminer sa variation. Lorsque cette variation devient supérieure à un seuil prédéterminé, désigné q sur la figure 2, la valeur mesurée est convertie en donnée numérique et transmise à l'unité de traitement 3 par la ligne de communication 2. Les points de la figure 2 montre donc les valeurs transmises du paramètre X mesuré dans le temps. On remarque immédiatement que les valeurs Xä ne sont pas transmises régulièrement dans le temps, i.e. le temps écoulé dtr, entre deux transmissions consécutives )(ni et Xä n'est pas constant. En effet, selon l'invention, le circuit de mesure 2 ne transmet des données à l'unité de traitement 3 que si le paramètre mesuré varie au-delà d'un seuil prédéterminé. Ce seuil dépend du paramètre mesuré. Par exemple, on pourra avoir un seuil pour la mesure du courant batterie, un autre seuil pour la mesure des tensions des accumulateurs et un autre seuil pour la mesure de la tension de la batterie. Ce seuil peut cumuler les variations positives et les variations négatives du paramètre comme illustré sur la figure 2. Ce seuil peut aussi dépendre de la valeur du paramètre mesuré. En effet, selon les applications et selon le paramètre à contrôler, Ies variations peuvent être plus ou moins fortes et surtout plus ou moins cruciales à détecter en fonction de la valeur même du paramètre. A first embodiment of the electronic management system according to the invention is described with reference to FIG. 1. FIG. 1 shows a battery 10 having two terminals, positive and negative, intended to be connected to an application or to a charger. known manner in itself. The battery 10 comprises a plurality of electrochemical accumulators 15 connected in series and connected by a power line. It is understood that the electronic management system according to the invention also applies to a battery comprising accumulators connected in parallel. FIG. 1 also shows a management system 100 comprising a measurement circuit 1. This measurement circuit 1 is designed to measure at least one parameter of the battery, such as the battery voltage and / or the voltage of each battery and / or the current of the battery and / or the current of each parallel branch of the battery if appropriate and / or the temperature of the battery and / or the temperature of each battery or other. The parameters to be measured depend on the control to be performed by the management system 100, i.e. control balancing and / or the state of charge and / or security or other. In Figure 1, a single measuring circuit 1 is shown. The measuring circuit 1 comprises at least one digital analog converter and optionally one or more sensors according to the parameters to be measured. According to the embodiments, it is possible to envisage an accumulator measurement circuit and / or a measuring circuit per parameter to be measured. A single circuit can also integrate multiple sensors and provide different measurements of different parameters. A single circuit may also include several sensors connected to different accumulators. For example, a multiplexer can be used to use only one circuit to measure all the battery voltages of the battery, each voltage being measured by an analog-to-digital converter. The measurement circuit may comprise an analog digital converter associated with each sensor or a single digital analog converter associated with a multiplexer for a set of sensors, for example temperature sensors. To simplify the following discussion, we will speak of a measuring circuit, it being understood that it can be multiplied according to needs. FIG. 1 also shows that the management system 100 furthermore comprises an electronic processing unit 3 connected to the measuring circuit 1 by a communication line 2. The communication line 2 can be a communication bus, such as a bus CAN (Controller Area Network), Serial Peripheral Interface (SPI) bus, or other. The electronic unit 3 is a processor adapted to receive digital data, to process them and to control an action according to its processing. For example, if the electronic management system 100 is intended to manage the balancing of the accumulators of the battery, it will receive data relating to the charging current and the voltages at the terminals of each accumulator; and it will be adapted to calculate a state of charge SOC and to control a current bypass and / or a stop of the load. The management system 100 can combine several security functions (ie stop the load or the discharge in limit conditions for example) or management of the battery operation (ie calculation of the SOC, determination of the SOH, balancing for example) according to applications and needs. The measuring circuit 1 is adapted to continuously measure at least one parameter and to determine a variation of said parameter. In contrast, the measuring circuit 1 transmits data to the electronic processing unit 3 only if the variation of the measured parameter is greater than a predetermined threshold. FIG. 2 very schematically illustrates this principle of a data transmission when the variation of the measured parameter is greater than a threshold. FIG. 2 is given for any parameter X. The measuring circuit 1 of the electronic management system according to the invention continuously measures this parameter. As indicated above, the continuous measurement is in fact a measurement with a very small time step with respect to the time constants of the variations of the physicochemical phenomenon that one seeks to observe. For example, it can be chosen between R: \ 31200`31239 SAFT \ 31239--100413-text depot.doc - 16/04/10 - 10:04 - 7/15 1 ms and 1s. The measuring circuit 1 can therefore follow the value of the parameter measured in the time X (t) and determine its variation. When this variation becomes greater than a predetermined threshold, designated q in FIG. 2, the measured value is converted into digital data and transmitted to the processing unit 3 by the communication line 2. The points of FIG. transmitted values of parameter X measured over time. It should be noted immediately that the values Xa are not transmitted regularly over time, ie the elapsed time dtr between two consecutive transmissions) (n1 and Xa is not constant, since, according to the invention, the measurement circuit 2 transmits data to the processing unit 3 only if the measured parameter varies beyond a predetermined threshold, this threshold depends on the measured parameter, for example, there may be a threshold for measuring the battery current, another threshold for the measurement of the accumulator voltages and another threshold for the measurement of the voltage of the battery This threshold can cumulate the positive variations and the negative variations of the parameter as illustrated in Figure 2. This threshold can also depend on the value of the measured parameter, according to the applications and the parameter to be controlled, the variations can be more or less strong and above all more or less crucial to detect according to the value m I parameter.
Les figures 3 et 4 illustrent un tel exemple dans le cas d'une batterie du type Li-Ion. La figure 3 montre les courbes de décharge d'une batterie Li-Ion pour quatre régimes de décharge à 25°C à courant constant. A toutes fins utiles, on rappelle que le régime de décharge est le courant électrique auquel est déchargé une batterie, calculé en divisant la capacité assignée déclarée par le fabricant par le temps de décharge. Dans l'exemple considéré, pour un régime de 1C, le courant électrique de décharge est de 34 A ; pour un régime de 5C, le courant électrique est de 170 A ; pour un régime de 10C, le courant électrique est de 340 A et pour un régime de 15C, le courant électrique est de 510 A. On remarque que ce type de batterie présente une courbe de décharge (ou de charge) caractéristique, avec trois zones remarquables. Figures 3 and 4 illustrate such an example in the case of a battery type Li-Ion. Figure 3 shows the discharge curves of a Li-Ion battery for four discharge regimes at 25 ° C constant current. For all practical purposes, it is recalled that the discharge regime is the electric current to which a battery is discharged, calculated by dividing the rated capacity declared by the manufacturer by the discharge time. In the example under consideration, for a regime of 1C, the discharge electric current is 34 A; for a regime of 5C, the electric current is 170 A; for a regime of 10C, the electric current is 340 A and for a regime of 15C, the electric current is 510 A. Note that this type of battery has a characteristic discharge curve (or load), with three zones remarkable.
Une première zone « Zone 1 » en fin de décharge dans laquelle la variation de tension en fonction du régime de décharge est très forte ; une deuxième zone « Zone 2 » correspondant à un état de charge intermédiaire et dans laquelle la variation de tension en fonction du régime de décharge est relativement faible ; puis une troisième zone « Zone 3 » en fin de charge dans laquelle la variation de tension en fonction du régime de charge est très forte. Le système de gestion électronique selon l'invention peut comprendre un circuit de mesure 2 adapté à mesurer la tension aux bornes d'une batterie de type Li-Ion. Le circuit de mesure peut inclure un modèle selon lequel le seuil de variation à R:\31200\31239 SA FT31239--100413-texte depot.doc - 16/04/10 - 10:04 - 8/15 partir duquel la valeur de tension mesurée est transmise à l'unité de traitement 3 dépend de la valeur de la tension. La figure 4 donne un exemple d'un tel modèle. Dans l'exemple de la figure 4, la Zone 1 est comprise entre 5V et 3,9V, la Zone 2 est comprise entre 3,9V et 3,3V et la Zone 3 est comprise entre 3.3V et 0V. Les limites des zones sont choisies pour être valables quel que soit le régime de charge ou de décharge auquel est soumis la batterie (voir la figure 3). La variation du paramètre « tension » en fonction du régime de charge ou décharge étant très forte dans les Zone 1 et Zone 3, on peut choisir un seuil relativement élevé ; par exemple un seuil à 5 mV, alors que la variation du paramètre « tension » en fonction du régime de charge ou décharge étant assez faible dans la Zone 2, on peut choisir un seuil plus bas ; par exemple un seuil à 1,2 mV. Un tel modèle permet de limiter la quantité de données transmises à l'unité de traitement. En l'absence d'un tel modèle, le circuit de mesure se réfère à un seuil fixe qui sera celui le plus bas nécessaire au contrôle du paramètre sur l'ensemble de la gamme. Dans le cas d'un seuil fixe, une plus grande quantité de données sera transmise entraînant une plus forte consommation d'énergie. Le circuit de mesure 1 transmet donc des données à l'unité de traitement 3 lorsque la variation du paramètre mesuré est supérieure à un seuil prédéfini, que ce seuil soit fixe sur toute la gamme ou qu'il dépende de la valeur du paramètre mesuré. A first "Zone 1" zone at the end of the discharge in which the variation of voltage as a function of the discharge regime is very strong; a second "Zone 2" zone corresponding to an intermediate state of charge and in which the voltage variation as a function of the discharge regime is relatively low; then a third "Zone 3" zone at the end of charging in which the voltage variation as a function of the charging regime is very high. The electronic management system according to the invention may comprise a measuring circuit 2 adapted to measure the voltage across a Li-Ion type battery. The measuring circuit may include a model according to which the threshold of variation at R: \ 31200 \ 31239 SA FT31239--100413-text depot.doc - 16/04/10 - 10:04 - 8/15 from which the value of measured voltage is transmitted to the processing unit 3 depends on the value of the voltage. Figure 4 gives an example of such a model. In the example of Figure 4, Zone 1 is between 5V and 3.9V, Zone 2 is between 3.9V and 3.3V and Zone 3 is between 3.3V and 0V. Zone limits are chosen to be valid regardless of the charging or discharging regime of the battery (see Figure 3). Since the variation of the "voltage" parameter as a function of the charging or discharging regime is very strong in Zone 1 and Zone 3, a relatively high threshold may be chosen; for example a threshold at 5 mV, while the variation of the parameter "voltage" as a function of the charging or discharging regime is rather low in Zone 2, a lower threshold can be chosen; for example a threshold at 1.2 mV. Such a model makes it possible to limit the quantity of data transmitted to the processing unit. In the absence of such a model, the measurement circuit refers to a fixed threshold which will be the lowest one needed to control the parameter over the entire range. In the case of a fixed threshold, more data will be transmitted resulting in higher energy consumption. The measurement circuit 1 therefore transmits data to the processing unit 3 when the variation of the measured parameter is greater than a predefined threshold, whether this threshold is fixed over the entire range or depends on the value of the measured parameter.
Les données transmises peuvent comprendre la valeur du paramètre mesuré, c'est-à-dire la valeur Xä illustré sur la figure 2, et/ou la variation du paramètre mesuré, c'est-à-dire la valeur de (Xn ù Xni) illustré sur la figure 2, et/ou le temps écoulé depuis la précédente transmission, c'est-à-dire la valeur dtn illustré sur la figure 2. Afin de ne pas transmettre des données erronées, le circuit de mesure I doit déterminer avec précision la variation du paramètre mesuré. A cet effet, il peut être associé à un filtre passe bas 4 dont la fréquence de Nyquist est fonction du paramètre mesuré. Si un même circuit de mesure 1 mesure plusieurs paramètres différents, on associera un filtre passe bas à chaque capteur. Le circuit de mesure 1 transmet des données à l'unité de traitement 3 lorsque la variation du paramètre mesuré est supérieure à un seuil prédéfini. L'unité de traitement 3 peut donc se placer en mode veille dès que le(s) paramètre(s) mesuré(s) ne varie(nt) plus ou peu. Après un certain laps de temps At d'inactivité sur la ligne de communication 2, l'unité de traitement 3 peut être mise en veille. Le seuil temporel At à partir duquel l'unité de traitement 3 peut être mise en veille peut être de l'ordre de 20 secondes. L'unité de traitement électronique 3 est cependant sortie de son mode veille dès qu'une activité reprend sur la ligne de transmission 2. L'activation de la ligne de communication est due à une transmission de données depuis le circuit de mesure 1, R:A31200A31239 SAFT\31239ù100413-texte depot.doc - 16/04/10 - 10:04 - 9/15 c'est-à-dire à une variation du paramètre mesuré supérieure au seuil prédéfini. Ainsi, le système de gestion électronique 100 selon l'invention permet une mise en veille de l'unité de traitement 3 sans pour autant cesser la surveillance du paramètre à contrôler. Une baisse de la consommation est possible sans diminution de la continuité de la surveillance. Ceci peut être réalisé grâce à la mise en veille de l'unité de traitement 3, mais aussi grâce à une diminution du nombre de données à traiter par l'unité de traitement 3 lorsque cette unité est réveillée et que le paramètre mesuré varie lentement. La figure 5 illustre un autre mode de réalisation dans lequel le système de gestion électronique 100 selon l'invention comprend en outre une unité de communication 6 avec une ligne de communication 5 entre l'unité de traitement électronique 3 et l'unité de communication 6. Une Iigne de communication externe 7 est également prévue. La ligne de communication 5 entre l'unité de traitement électronique 3 et l'unité de communication 6 peut être un bus de type CAN ou SPI décrit plus haut. La ligne de communication externe 7 peut aussi être un bus de type précité ou un bus de communication Ethernet ou être un réseau de communication radiofréquence de type Wifi, bluthooth, ZigBee ou autre. Selon ce mode de réalisation, toute ou partie des données reçues par l'unité de traitement 3 peuvent être transmises vers une application extérieure par l'unité de communication 6. Il est ainsi possible de gérer indépendamment le traitement des données et leur transmission vers l'application extérieure à la batterie. On peut donc placer en mode de veille l'une ou l'autre de ces unités. La figure 6 illustre un mode de réalisation dans lequel la batterie comprend une pluralité de modules 12, chaque module comprenant au moins un accumulateur électrochimique 15 et chaque module étant associé à un système de gestion électronique 100 selon l'invention. Les systèmes de gestion électronique de chaque module de batterie peuvent communiquer entre eux et vers l'extérieur par la ligne de communication externe 7 décrite au-dessus. L'un des systèmes de gestion électronique peut être désigné comme système maître. Il reçoit des données des autres systèmes de gestion électronique par la ligne de communication externe 7 et peut commander des actions dans les unités de traitement des autres systèmes de gestion. Le système de gestion maître gère également la communication vers l'application extérieure à la batterie. La figure 7 illustre encore un autre mode de réalisation dans lequel la batterie comprend en outre un système central de gestion électronique 200 adapté à communiquer par la ligne de communication externe 7 avec chacun des systèmes de gestion électronique 100 associé à un module 12. Ce système central de gestion électronique 200 comprend une première unité de communication 8 reliée à la ligne R:A31200A31239 SAFT31239--100413-texte depot.doc - 16/04/10 - 10:04 - 10115 de communication externe 7 des systèmes de gestion électronique 100 de chaque module 12. Le système central de gestion électronique 200 comprend aussi une deuxième unité de communication 9 reliée à une application extérieure. Les deux unités de communications 8, 9 sont aussi reliées à une unité de traitement 1 I qui reçoit les données de chacun des systèmes de gestion électronique 100 associé à un module 12 de la batterie et qui gère le fonctionnement global de la batterie. Quel que soit le mode de réalisation, c'est-à-dire que la batterie comprenne une pluralité de systèmes de gestion électronique 100, avec ou sans système central de gestion électronique 200, ou un seul système de gestion électronique 100, la ou les unités de traitement électroniques peuvent être mises en veille rapidement sans pour autant diminuer la fiabilité du contrôle puisque chaque unité de traitement sera éveillée par l'activation de la ligne de communication lui transmettant des données. Une réduction notable de la consommation peut être obtenue sans perte d'information. The transmitted data may include the value of the measured parameter, i.e. the value Xa shown in Fig. 2, and / or the variation of the measured parameter, i.e., the value of (Xn × Xni 2), and / or the time elapsed since the previous transmission, that is to say the value dtn illustrated in FIG. 2. In order not to transmit erroneous data, the measurement circuit I must determine precisely the variation of the measured parameter. For this purpose, it can be associated with a low-pass filter 4 whose Nyquist frequency is a function of the measured parameter. If the same measurement circuit 1 measures several different parameters, a low pass filter will be associated with each sensor. The measuring circuit 1 transmits data to the processing unit 3 when the variation of the measured parameter is greater than a predefined threshold. The processing unit 3 can therefore be placed in standby mode as soon as the parameter (s) measured varies (s) more or less. After a certain time of inactivity on the communication line 2, the processing unit 3 can be put on standby. The time threshold At from which the processing unit 3 can be put to sleep can be of the order of 20 seconds. The electronic processing unit 3, however, is out of its standby mode as soon as activity resumes on the transmission line 2. The activation of the communication line is due to a data transmission from the measurement circuit 1, R : A31200A31239 SAFT \ 31239u100413-text depot.doc - 16/04/10 - 10:04 - 9/15 that is to say to a variation of the measured parameter higher than the predefined threshold. Thus, the electronic management system 100 according to the invention allows a standby of the processing unit 3 without ceasing the monitoring of the parameter to be controlled. A decrease in consumption is possible without reducing the continuity of surveillance. This can be achieved by the standby of the processing unit 3, but also by a decrease in the number of data to be processed by the processing unit 3 when the unit is awake and the measured parameter varies slowly. FIG. 5 illustrates another embodiment in which the electronic management system 100 according to the invention further comprises a communication unit 6 with a communication line 5 between the electronic processing unit 3 and the communication unit 6 An external communication line 7 is also provided. The communication line 5 between the electronic processing unit 3 and the communication unit 6 may be a bus of CAN or SPI type described above. The external communication line 7 can also be a bus of the aforementioned type or an Ethernet communication bus or be a radio frequency communication network type Wifi, bluthooth, ZigBee or other. According to this embodiment, all or part of the data received by the processing unit 3 can be transmitted to an external application by the communication unit 6. It is thus possible to independently manage the processing of the data and their transmission to the computer. external application to the battery. So we can put in standby mode one or the other of these units. FIG. 6 illustrates an embodiment in which the battery comprises a plurality of modules 12, each module comprising at least one electrochemical accumulator 15 and each module being associated with an electronic management system 100 according to the invention. The electronic management systems of each battery module can communicate with each other and to the outside via the external communication line 7 described above. One of the electronic management systems can be designated as the master system. It receives data from other electronic management systems via the external communication line 7 and can control actions in the processing units of the other management systems. The master management system also manages the communication to the application outside the battery. FIG. 7 illustrates yet another embodiment in which the battery further comprises a central electronic management system 200 adapted to communicate via the external communication line 7 with each of the electronic management systems 100 associated with a module 12. This system central electronic management 200 includes a first communication unit 8 connected to the line R: A31200A31239 SAFT31239--100413-text depot.doc - 16/04/10 - 10:04 - 10115 external communication 7 electronic management systems 100 of each module 12. The central electronic management system 200 also comprises a second communication unit 9 connected to an external application. The two communication units 8, 9 are also connected to a processing unit 11 which receives the data from each of the electronic management systems 100 associated with a module 12 of the battery and which manages the overall operation of the battery. Whatever the embodiment, that is to say that the battery comprises a plurality of electronic management systems 100, with or without a central electronic management system 200, or a single electronic management system 100, the one or more Electronic processing units can be put to sleep quickly without reducing the reliability of the control since each processing unit will be awakened by the activation of the communication line transmitting data. A significant reduction in consumption can be achieved without loss of information.
Dans un exemple de mise en oeuvre, un accumulateur de type Li-Ion d'une batterie VL30P de la demanderesse a été considérée avec une application requérant de l'énergie selon le schéma de la figure 8 qui illustre l'appel de courant aux bornes de la batterie. La figure 9 montre la tension aux bornes de la batterie correspondant à la sollicitation de la figure 8. In an exemplary implementation, a Li-Ion type battery of a VL30P battery of the applicant was considered with an application requiring energy according to the diagram of Figure 8 which illustrates the current draw at the terminals drums. FIG. 9 shows the voltage at the terminals of the battery corresponding to the biasing of FIG. 8.
Avec un système de gestion classique comprenant un circuit de mesure avec un convertisseur analogique numérique de type SAR 12-bit avec une fréquence d'échantillonnage de 1 kHz, il en résulterait 700x103 échantillons de mesure à traiter par le processeur. Dans un système de gestion selon l'invention, les mesures de tension transmises par le circuit de mesure 1 sont reportées sur la figure 10 et la figure 1I illustre le profile électrique de l'unité de traitement 3. En appliquant la comparaison de la variation de la tension par rapport à un seuil, le circuit de mesure du système selon l'invention n'a transmis que 271 échantillons à l'unité de traitement 3 qui a pu passer plusieurs fois en mode veille sans que la surveillance de la tension ne cesse. With a conventional management system comprising a measuring circuit with a 12-bit SAR analogue digital converter with a sampling frequency of 1 kHz, 700x103 measurement samples would be produced by the processor. In a management system according to the invention, the voltage measurements transmitted by the measuring circuit 1 are shown in FIG. 10 and FIG. 11 illustrates the electrical profile of the processing unit 3. By applying the comparison of the variation of the voltage with respect to a threshold, the measuring circuit of the system according to the invention transmitted only 271 samples to the processing unit 3 which could pass several times in standby mode without the voltage monitoring stops.
R:\ 31200\31239 SA FT31239--100413-texte depot.doc - 16/04/10 - 10:04 - 11/15 R: \ 31200 \ 31239 SA FT31239--100413-text filing.doc - 16/04/10 - 10:04 - 11/15
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