FR2964196A1

FR2964196A1 - Dispositif de determination de grandeur(s) d'une batterie a cellules en serie

Info

Publication number: FR2964196A1
Application number: FR1056773A
Authority: FR
Inventors: Franck Guillemard; Denis Porcellato; Karim Ouaksel; Cedric Nouillant; Jocelyn Sabatier; Mathieu Merveillaut
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2012-03-02
Anticipated expiration: 2030-08-25
Also published as: FR2964196B1

Abstract

Un dispositif (D) est dédié à la détermination de grandeur(s) d'une batterie (BA) comprenant N cellules (C1-CN) de stockage d'énergie montées en série, traversées par un courant l(k) mesurable et devant être compris entre des courants minimum l et maximum I , et devant présenter à leurs bornes respectives une tension mesurable et devant être comprise entre des tensions minimale V et maximale V Ce dispositif (D) comprend des premiers moyens de calcul (MC1) agencés pour estimer au moins un courant limite llimj(k) admissible pour la batterie (BA) en fonction du courant mesuré l(k), du courant minimum l et/ou du courant maximum I de la tension minimale V et/ou de la tension maximale V et des tensions mesurées Vi(k), ces dernières étant chacune considérées comme la somme d'une première partie P1i (k), dite instantanée et proportionnelle au courant mesuré l(k), et d'une seconde partie P2i(k), dite lente et présentant des variations non significatives entre deux mesures successives.

Description

DISPOSITIF DE DÉTERMINATION DE GRANDEUR(S) D'UNE BATTERIE À CELLULES EN SÉRIE L'invention concerne le domaine des batteries, et plus précisément la détermination en temps réel de grandeur(s) relatives à des batteries en vue d'optimiser leur fonctionnement et/ou leur durée de vie. On entend ici par "batterie" un moyen de stockage d'énergie électrique, constitué de N cellules de stockage, identiques ou non, montées 1 o en série (avec N 2), et éventuellement de type Li-ion. Par ailleurs, on entend ici par "grandeur" une grandeur physique de type courant limite admissible en phase de charge ou de décharge, ainsi qu'éventuellement une puissance limite délivrable et/ou un courant de fonctionnement autorisé (c'est-à-dire le courant de consigne qui est appliqué à 15 la batterie après vérification du fait qu'il respecte les limites de tension et de courant de chaque cellule). Comme le sait l'homme de l'art, le courant limite et la puissance limite, que peut fournir une batterie multicellulaire en (phase de) charge et en (phase de) décharge, sont des grandeurs physiques instantanées qui 20 dépendent de ses limites de fonctionnement, et plus précisément des courants minimum et maximum et tensions minimales et maximales, en charge et en décharge, que peut supporter chaque cellule, et qui évoluent en fonction de l'état interne des cellules. Or, la plupart des dispositifs connus, utilisés pour déterminer les 25 grandeurs physiques précitées, n'offrent pas une entière satisfaction. En effet, certains d'entre eux effectuent une détermination des grandeurs en fonction d'une cartographie cellulaire qui est paramétrée par la température de la batterie. Pour chaque température possible de la batterie, cette cartographie fournit des premier et second courants limites qui ne 30 doivent pas être dépassés en charge et en décharge, respectivement. Une telle cartographie ne tient donc pas compte de l'état instantané effectif de la batterie, et en particulier de l'état de charge courant de chaque cellule, alors même que cet état de charge intervient dans l'évaluation du courant limite et de la puissance limite que peut fournir la batterie en charge et en décharge. On peut alors se retrouver dans l'une des deux situations suivantes: - si le courant limite et/ou la puissance limite fourni(e)(s) par la cartographie est/sont optimistes, en charge et/ou en décharge, les tensions aux bornes des cellules peuvent se retrouver en dehors de la plage d'utilisation préconisée, ce qui peut favoriser des réactions chimiques indésirables et donc induire un vieillissement prématuré des cellules dans le meilleur des cas, et un arrêt du véhicule, voire un incendie, lié au sur-échauffement des cellules dans le pire des cas, si le courant limite et/ou la puissance limite fourni(e)(s) par la cartographie est/sont pessimistes, en charge et/ou en décharge, la batterie n'est pas pleinement utilisée, ce qui peut nécessiter un surdimensionnement de la batterie et donc un coût supplémentaire.

D'autres dispositifs, comme par exemple ceux qui sont décrits dans les documents brevet US 2008/007224 et US 2009/315519, proposent d'utiliser des modèles de batterie pour calculer les courants limites. Ces modèles sont basés sur l'utilisation d'une tension à vide de la batterie, et ne prennent pas en compte, notamment, l'effet dit de diffusion qui survient dans chaque cellule au niveau des électrodes. Il en résulte une réelle imprécision des estimations des courants limites et des puissances limites, tant en charge qu'en décharge. L'invention a donc pour but d'améliorer la situation, en prenant en compte, en temps réel, l'état courant de la batterie pour déterminer au moins les courants limites, ainsi qu'éventuellement pour limiter le courant de la batterie afin qu'il ne dépasse pas un courant maximum. Elle propose plus précisément à cet effet un dispositif, dédié à la détermination de grandeur(s) d'une batterie comprenant N cellules de stockage d'énergie montées en série, traversées par un courant I(k) mesurable qui doit être compris entre des courants minimum Iman et maximum Imax, et devant présenter à leurs bornes respectives une tension mesurable comprise entre des tensions minimale Vmin et maximale Vmax, et comprenant des premiers moyens de calcul agencés pour estimer au moins un courant limite Iiimj(k) admissible pour la batterie en fonction du courant mesuré I(k), du courant minimum Imin et/ou du courant maximum Imax, de la tension minimale Vmin et/ou de la tension maximale Vmax, et des tensions mesurées Vi(k), ces dernières étant chacune considérées comme la somme d'une première partie P1 ii(k), dite instantanée et proportionnelle au courant mesuré I(k), et d'une seconde partie P2i(k), dite lente et présentant des variations non significatives entre deux mesures successives. Le dispositif selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - chaque tension mesurée Vi(k) peut être considérée comme la somme d'une première partie P1 ii(k) égale à -Rii(k)*I(k), où Rii(k) est une valeur de résistance en cours dans la cellule considérée, et d'une seconde partie P2i(k) égale à une tension intrinsèque Viint(k); ses premiers moyens de calcul peuvent comprendre des premiers sous- moyens agencés pour estimer un courant limite de charge Iiim1(k) pour la batterie, et des seconds sous-moyens agencés pour estimer un courant limite de décharge Iiim2(k) pour la batterie; - les premiers moyens de calcul peuvent être agencés pour estimer un courant limite de charge lliml(k) égal à la valeur maximale entre le courant minimum Imin et le résultat de la somme du courant mesuré I(k) et d'un terme cellulaire de charge AIiim1(k) égal à la valeur maximale de rapports [(Vi(k) - Vmax) / Ri1(k)] qui ont été estimés pour les différentes cellules, où Ri1(k) est la valeur de résistance de charge en cours dans la cellule considérée; - les premiers moyens de calcul peuvent être agencés pour estimer un courant limite de décharge Iiim2(k) égal à la valeur minimale entre le courant maximum Imax et le résultat de la somme du courant mesuré I(k) et d'un terme cellulaire de décharge AIiim2(k) égal à la valeur minimale de rapports [(Vi(k) - Vmin) / Ri2(k)] estimés pour les différentes cellules, où Ri2(k) est la valeur de résistance de décharge en cours dans la cellule considérée; - il peut comprendre des moyens de comparaison agencés, en présence d'une consigne de courant lc(k+l) souhaitée pour un instant k+1 qui suit un instant k en cours, pour comparer la consigne de courant Ic(k+1) souhaitée aux courant limite de charge Ilim1(k) et courant limite de décharge Ilim2(k) estimés pour l'instant k en cours, de manière à autoriser pour le prochain instant k+1 un courant IA(k+1) qui est égal soit au courant limite de charge liim1(k) lorsque la consigne de courant Ic(k+1) souhaitée est inférieure au courant limite de charge lliml(k), soit au courant limite de décharge Ilim2(k) lorsque la consigne de courant Ic(k+1) souhaitée est supérieure au courant limite de décharge Ilim2(k), soit encore à la consigne de courant Ic(k+1) souhaitée lorsque cette dernière est comprise entre le courant limite de charge liim1(k) et le courant limite de décharge Ilim2(k); il peut comprendre des seconds moyens de calcul agencés pour estimer au moins une puissance limite Plimi(k) délivrable par la batterie en fonction des courant mesuré I(k), courant(s) limite(s) Ilimi(k) et tensions mesurées Vi(k); - les seconds moyens de calcul peuvent comprendre des premiers sous-moyens agencés pour estimer une puissance limite de charge P1im1(k) délivrable par la batterie, et des seconds sous-moyens agencés pour estimer une puissance limite de décharge Plim2(k) délivrable par la batterie; - les seconds moyens de calcul peuvent être agencés pour estimer une puissance limite de charge P1im1(k) qui est égale au résultat du produit entre le courant limite de charge I1im1(k) et la somme de tensions de charge cellulaires Vi1(k) pour les différentes cellules, chaque tension de charge cellulaire Vi1(k) étant considérée comme la somme d'une première partie P'1i1(k), dite instantanée et proportionnelle audit courant limite de charge I1im1(k), et de la seconde partie P2i(k); o chaque première partie P'1i1(k) peut être égale à -Ri1(k)*Ilim1(k), où Ri1(k) est la valeur de résistance de charge en cours dans la cellule considérée; - les seconds moyens de calcul peuvent être agencés pour estimer une puissance limite de décharge Plim2(k) qui est égale au résultat du produit entre le courant limite de décharge Ilim2(k) et la somme de tensions de décharge cellulaires Vi2(k) pour les différentes cellules, chaque tension de décharge cellulaire Vi2(k) étant considérée comme la somme d'une première partie P'1 i2(k), dite instantanée et proportionnelle au courant limite de décharge I1im2(k), et de la seconde partie P2i(k); o chaque première partie P'1 i2(k) peut être égale à -Ri2(k)*I11m2(k), où Ri2(k) est la valeur de résistance de décharge en cours dans la cellule considérée; - il peut être agencé pour déterminer chaque résistance Rii(k) d'une cellule en fonction d'une mesure de la température en cours de cette cellule, d'une estimée de l'état de charge en cours de cette cellule, et du vieillissement de cette cellule; - il peut comprendre des premiers moyens de mesure agencés pour mesurer le courant I(k); - il peut comprendre des deuxièmes moyens de mesure agencés pour mesurer la tension Vi(k) aux bornes de chaque cellule. L'invention est bien adaptée, bien que non limitativement, aux véhicules, éventuellement de type automobile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement une batterie couplée à un exemple de réalisation de dispositif de détermination de grandeur(s) selon l'invention, - la figure 2 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d'un premier sous-module des premiers moyens de calcul du dispositif de détermination de grandeur(s) de la figure 1, - la figure 3 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d'un second sous-module des premiers moyens de calcul du dispositif de détermination de grandeur(s) de la figure 1, - la figure 4 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d'un premier sous-module des seconds moyens de calcul du dispositif de détermination de grandeur(s) de la figure 1, et la figure 5 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d'un second sous-module des seconds moyens de calcul du dispositif de détermination de grandeur(s) de la figure 1.

Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. Comme indiqué précédemment, l'invention propose de coupler un dispositif de détermination de grandeur(s) (D) à une batterie (BA) de type multicellulaire.

Comme illustré non limitativement sur la figure 1, on entend ici par "batterie multicellulaire BA" un équipement comportant N cellules de stockage d'énergie électrique Ci (i = 1 à N, avec N 2), identiques ou non, montées en série, traversées par un courant I(k) qui est mesurable et qui doit être compris entre des courants minimum Iman et maximum Imax, et devant présenter à leurs bornes respectives une tension mesurable Vi qui doit être comprise entre des tensions minimale Vmin et maximale Vmax. Dans ce qui suit, on considère à titre d'exemple non limitatif que la batterie (BA) fait partie d'un véhicule, éventuellement de type automobile. Mais, l'invention n'est pas limitée à cette application. Elle concerne en effet tout type de batterie multicellulaire, quel que soit son domaine technique d'utilisation. Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif que les cellules (Ci) sont de type Li-ion. Mais, l'invention n'est pas limitée à ce type de cellule. Elle concerne en effet tout type de cellule capable de stocker de l'énergie électrique en vue de la restituer. Ainsi, les cellules pourront être également de type Ni-Mh ou plomb, par exemple. Comme illustré non limitativement sur la figure 1, un dispositif (de détermination de grandeur(s)) D selon l'invention comprend au moins des premiers moyens de calcul MC1 qui sont agencés (ou conçus) pour estimer en temps réel au moins un courant limite Ilimj(k) admissible pour la batterie BA. L'indice k représente ici le temps. L'indice j représente ici soit une phase de charge (j = 1), soit une phase de décharge (j = 2).

On comprendra que chaque courant limite liimj(k) constitue une grandeur physique qui est déterminée (ou estimée) par le dispositif D. Selon l'invention, l'estimation précitée se fait en fonction du courant mesuré I(k) (qui circule effectivement à l'instant k dans la batterie BA), du courant minimum Imin et/ou du courant maximum Imax, de la tension minimale Vmin et/ou de la tension maximale Vmax, et des tensions mesurées Vi(k) (qui sont respectivement et effectivement présentes à l'instant k au niveau des bornes des différentes cellules Ci). Toujours selon l'invention, chaque tension mesurée Vi(k) est considérée comme la somme d'une première partie P1 ii(k), qui est dite instantanée et qui est proportionnelle au courant mesuré I(k), et d'une seconde partie P2i(k), qui est dite lente et qui présente des variations non significatives entre deux mesures successives de courant I(k) et de tensions Vi(k) (c'est-à-dire effectuées à des instants (d'échantillonnage) successifs k et k+1). On a donc la relation Vi(k) = P1 ii(k) + P2i(k). Par exemple, la première partie P1 ii(k) peut être choisie égale à - Rij(k)*I(k), où Rii(k) est la valeur d'une résistance qui est en cours à l'instant k dans la cellule Ci considérée. On comprendra que la résistance Ri1(k) désigne la résistance de charge de la cellule Ci à l'instant k, tandis que la résistance Ri2(k) désigne la résistance de décharge de cette même cellule Ci à l'instant k. Cette résistance (instantanée) est représentative des différents phénomènes résistifs qui surviennent dans une cellule Ci, comme par exemple les réactions chimiques sur les électrodes, la résistance de surface entre les électrodes et l'électrolyte, et la résistance de l'électrolyte.

On peut par exemple considérer que chaque résistance Rii(k) évolue en fonction de la température Ti de la cellule Ci considérée, de l'état de charge de la cellule Ci considérée et du niveau de vieillissement de la cellule Ci considérée. Afin de tenir compte de ces paramètres influents, on peut, par exemple, utiliser une cartographie prédéfinie offrant une correspondance entre la valeur de la résistance en charge ou en décharge de chaque cellule Ci et sa température Ti, son état de charge et son vieillissement. La mesure de la température Ti de chaque cellule Ci pourra être effectuée par toute technique connue de l'homme de l'art, et notamment au moyen de (troisièmes) moyens de mesure MM3. Ces derniers (MM3) peuvent, comme illustré non limitativement, faire partie du dispositif D. Mais, ils pourraient faire partie de ce que l'homme de l'art appelle parfois le boîtier d'état de charge de la batterie (ou BECB), lequel est généralement chargé de mesurer le courant I(k) en entrée ou en sortie de la batterie BA et la tension de la batterie BA, ainsi qu'éventuellement la température Ti de chaque cellule Ci, pour au moins un autre équipement du véhicule, comme par exemple un calculateur de supervision. On notera que pour les batteries de puissance, on utilise parfois un équipement appelé BMS ("Battery Management System") au lieu d'un équipement de type BECB. Ce BMS communique généralement avec d'autres calculateurs via un réseau embarqué de type CAN (par exemple), et en particulier avec le calculateur de la chaîne de traction électrique ou hybride. Le calcul de l'état de charge de chaque cellule Ci pourra être effectué par toute technique connue de l'homme de l'art, et notamment par intégration du courant I(k) de la batterie BA et recalage régulier sur une courbe de tension à vide de la cellule Ci en fonction de son état de charge, par exemple. Le calcul du niveau de vieillissement de chaque cellule Ci pourra être effectué par toute technique connue de l'homme de l'art, et notamment par celle qui est décrite dans le document brevet FR 2920884, par exemple. Par exemple, la seconde partie P2i(k) peut être choisie égale à une tension intrinsèque Vi;nt(k), c'est-à-dire propre à chaque cellule Ci, et représentative des phénomènes de diffusion des électrodes et de stockage d'énergie électrique en énergie chimique (caractérisé par la tension à vide lorsque la batterie est au repos). A titre d'exemple non limitatif, lorsque le courant I(k) est nul depuis suffisamment longtemps, la tension intrinsèque Vi;nt(k) correspond, notamment, à la tension à vide de la batterie BA. On notera que la seconde partie P2i(k) présente une évolution temporelle beaucoup plus lente que celle de la première partie P1 ii(k).

Le courant I(k) de la batterie BA peut être mesuré par des premiers moyens de mesure MM1. Ces derniers (MM1) peuvent, comme illustré non limitativement, faire partie du dispositif (de détection) D. Mais, ils pourraient faire partie du boîtier d'état de charge de la batterie (ou BECB). Comme illustré, chaque mesure du courant I(k) peut être fournie au dispositif D par les premiers moyens de mesure MM1 via une liaison, comme par exemple un câble informatique. Mais, en variante, chaque mesure du courant I(k) pourrait être fournie au dispositif D via le réseau multiplexé du véhicule.

Par ailleurs, chaque tension Vi(k) d'une cellule Ci peut être mesurée par des deuxièmes moyens de mesure MM2. Ces derniers (MM2) peuvent, comme illustré non limitativement, faire partie du dispositif (de détection) D. Mais, ils pourraient faire partie du boîtier d'état de charge de la batterie (ou BECB). Comme illustré, chaque mesure de tension Vi(k) peut être fournie au dispositif D par les deuxièmes moyens de mesure MM2 via une liaison, comme par exemple un câble informatique. Mais, en variante, chaque mesure de tension Vi(k) pourrait être fournie au dispositif D via le réseau multiplexé du véhicule. On notera que dans une variante non illustrée, le dispositif D pourrait faire partie d'un boîtier d'état de charge de la batterie (ou BECB). Les mesures de courant I(k) et de tension Vi(k), et leur analyse peuvent être effectuées périodiquement selon une période d'échantillonnage de durée choisie. Comme illustré non limitativement sur la figure 1, les premiers 20 moyens de calcul MC1 peuvent comprendre des premier SM11 et second SM12 sous- moyens (ou sous-modules). Les premier sous-moyens SM11 sont plus précisément agencés pour estimer le courant limite de charge I1im1(k) pour la batterie BA, alors que les seconds sous-moyens SM12 sont plus précisément agencés pour estimer le 25 courant limite de décharge Iiim2(k) pour cette même batterie BA. Comme illustré non limitativement sur la figure 2, les premiers sous-moyens SM11 des premiers moyens de calcul MC1 peuvent être agencés pour estimer un courant limite de charge Iiimi(k) (pour la batterie BA) qui est égal à la valeur maximale entre le courant minimum Imin et le résultat de la 30 somme du courant mesuré I(k) et d'un terme cellulaire de charge AIiimi(k) qui est égal à la valeur maximale de rapports [(Vi(k) - Vmax) / Ri1(k)] qui ont été estimés pour les différentes cellules Ci. Comme indiqué précédemment, Ri1(k) représente ici la valeur de la résistance de charge qui est en cours dans la cellule Ci considérée. En d'autres termes, on a les relations: Ilim1(k) = max[l(k) + AIlim1(k), Imin], Alliml (k) = maxi=1 à N[(Vi(k) - Vmax) / Ri1(k)] = maxi=1 à N[Aliliml (k)].

Ces relations découlent de la relation donnée précédemment Vi(k) = - Rii(k)*I(k) + Viint(k), de la relation de contrainte qui existe entre le courant limite de charge liliml(k), qui est admissible pour la cellule Ci à l'instant k, et la tension maximale Vmax, à savoir Vmax = -Ril(k)*Iiliml(k) + Viint(k), et de la contrainte de courant minimum Imin donnée par l'opérateur max[Iiliml(k), Imin] 1 o En effet, on déduit de ces deux dernières relations les deux relations suivantes, valables pour chaque cellule Ci: Iiliml(k) = I(k) + AIiliml(k), Aliliml(k) = [(Vi(k) - Vmax) / Ri1(k)]. Comme illustré non limitativement sur la figure 2, les fonctionnalités 15 offertes par les premiers sous-moyens SM11 des premiers moyens de calcul MC1 peuvent être assurées par: - N sommateurs Si (i = 1 à N) associés chacun à l'une des cellules Ci, recevant chacun une tension mesurée Vi(k) et la tension maximale Vmax sur une entrée inverseuse, et délivrant chacun un résultat égal à Vi(k) - Vmax, 20 - N diviseurs Li (i = 1 à N) associés chacun à l'une des cellules Ci, recevant chacun un résultat égal à Vi(k) - Vmax et une valeur de résistance de charge Ri1(k), et délivrant chacun un terme cellulaire de charge Ali1im1(k) qui est égal au résultat de (Vi(k) - Vmax) / Ri1(k), - un comparateur CN1 recevant tous les termes cellulaires de charge 25 Aliiiml(k) et délivrant le terme cellulaire de charge Allim1(k) qui est le résultat de l'opération maxi=1 à N[AIiliml (k)], - un sommateur Al recevant le courant mesuré I(k) et le terme cellulaire de charge Aliim1(k), et délivrant un résultat égal à 1(k) + Allim1(k), et - un comparateur CN2 recevant le résultat de I(k) + Alliml(k) et le courant 30 minimum Imin et délivrant le courant limite de charge Ilim1(k) qui est le résultat de l'opération max[l(k) + Allim1(k), Imin]. Comme illustré non limitativement sur la figure 3, les seconds sous- moyens SM12 des premiers moyens de calcul MC1 peuvent être agencés pour estimer un courant limite de décharge liim2(k) (pour la batterie BA) qui est égal à la valeur minimale entre le courant maximum Imax et le résultat de la somme du courant mesuré I(k) et d'un terme cellulaire de charge AIiim2(k) qui est égal à la valeur minimale de rapports [(Vi(k) - Vmin) / Ri2(k)] qui ont été estimés pour les différentes cellules Ci. Comme indiqué précédemment, Ri2(k) représente ici la valeur de la résistance de décharge qui est en cours dans la cellule Ci considérée. En d'autres termes, on a les relations: Iiim2(k) = min[l(k) + Aliim2(k), Imax], Al2(k) = mini.1 à N[(Vi(k) - Vmin) / Ri2(k)]. Ces relations découlent de la relation donnée précédemment Vi(k) = - Ri2(k)*I(k) + Viint(k), de la relation de contrainte qui existe entre le courant limite de décharge Iiiim2(k), qui est admissible pour la cellule Ci à l'instant k, et la tension minimale Vmin, à savoir Vmin = -Ri2(k)*Iiiim2(k) + Viint(k), et de la contrainte de courant maximum Imax donnée par l'opérateur min[Iiiim2(k), Imax]. En effet, on déduit de ces deux dernières relations les deux relations suivantes, valables pour chaque cellule Ci: Iiiim2(k) = 1(k) + ~liiim2(k), Aliiim2(k) = [(Vi(k) - Vmin) / Ri2(k)] = mini=1 à N[AIiiim2(k)]. Comme illustré non limitativement sur la figure 3, les fonctionnalités offertes par les seconds sous-moyens SM12 des premiers moyens de calcul MC1 peuvent être assurées par: - N sommateurs S'i (i = 1 à N) associés chacun à l'une des cellules Ci, recevant chacun une tension mesurée Vi(k) et la tension minimale Vmin sur une entrée inverseuse, et délivrant chacun un résultat égal à Vi(k) - Vmin, - N diviseurs L'i (i = 1 à N) associés chacun à l'une des cellules Ci, recevant chacun un résultat égal à Vi(k) - Vmin et une valeur de résistance de décharge Ri2(k), et délivrant chacun un terme cellulaire de décharge Aliiim2(k) qui est égal au résultat de (Vi(k) - Vmin) / Ri2(k), - un comparateur CN'l recevant tous les termes cellulaires de décharge Aliiim2(k) et délivrant le terme cellulaire de décharge AIiim2(k) qui est le résultat de l'opération mini=1 à N[Alilim2(k)], - un sommateur Al 'recevant le courant mesuré I(k) et le terme cellulaire de décharge Allim2(k), et délivrant un résultat égal à I(k) + Allim2(k), et - un comparateur CN'2 recevant le résultat de I(k) + Allim2(k) et le courant maximum Imax, et délivrant le courant limite de décharge Ilim2(k) qui est le résultat de l'opération min[l(k) + Allim2(k), Imax]- Il est important de noter que lorsque l'on prend une période d'échantillonnage suffisamment petite, par exemple inférieure à 100 ms, on peut considérer que la seconde partie P2i(k) (à variation lente) n'a pas le temps d'évoluer entre deux mesures successives effectuées aux instants k et k+1. Par conséquent, si le courant limite et la variation de courant limite propres à chaque cellule Ci, en charge ou en décharge, respectent les contraintes de tension à l'instant k, alors elles respectent également ces contraintes de tension à l'instant k+1.

On notera que les premiers moyens de calcul MC1 peuvent être réalisés sous la forme de modules logiciels (ou informatiques ou encore « software »), ou bien de circuits électroniques (ou « hardware »), ou encore d'une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels. Comme illustré non limitativement sur la figure 1, le dispositif D peut également et avantageusement comprendre des moyens de comparaison MCP qui sont agencés pour limiter le courant de la batterie BA en présence d'une consigne de courant le souhaitée. Plus précisément, lorsque le dispositif D reçoit pour un instant k+1 (qui suit l'instant k en cours) une consigne de courant Ic(k+1) souhaitée pour la batterie BA, ses moyens de comparaison MCP sont chargés de comparer cette consigne de courant Ic(k+1) souhaitée aux courant limite de charge lliml(k) et courant limite de décharge Ilim2(k) qui ont été estimés par les premiers moyens de calcul MC1 pour l'instant k en cours. Si la consigne de courant Ic(k+1) souhaitée est inférieure au courant limite de charge Ilim1(k), soit Ic(k+1) < Iiim1(k), alors les moyens de comparaison MCP autorisent pour le prochain instant k+1 un courant de batterie IA(k+1) qui est égal au courant limite de charge Ilim1(k). Si la consigne de courant Ic(k+1) souhaitée est supérieure au courant limite de décharge Ilim2(k), soit Ic(k+1) > Ilim2(k), alors les moyens de comparaison MCP autorisent pour le prochain instant k+1 un courant de batterie IA(k+1) qui est égal au courant limite de décharge Ilim2(k). Si la consigne de courant Ic(k+1) souhaitée est comprise entre le courant limite de charge liiml(k) et le courant limite de décharge Ilim2(k), soit lliml(k) Ic(k+1) Ilim2(k), alors les moyens de comparaison MCP autorisent pour le prochain instant k+1 un courant de batterie IA(k+1) qui est égal à la consigne de courant Ic(k+1) souhaitée. Ainsi, on est assuré que la consigne de courant qui est appliquée à la batterie BA entre les instants k et k+1 respecte simultanément les contraintes en tension et en courant dans chaque cellule Ci. On comprendra que chaque consigne de courant IA(k+1) qui est autorisée constitue une grandeur physique qui peut être déterminée (ou estimée) par le dispositif D. On notera que les moyens de comparaison MCP peuvent être réalisés sous la forme de modules logiciels (ou informatiques ou encore « software »), ou bien de circuits électroniques (ou « hardware »), ou encore d'une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels. Comme illustré non limitativement sur la figure 1, le dispositif D peut également et avantageusement comprendre des seconds moyens de calcul MC2 qui sont agencés pour estimer au moins une puissance limite Plimi(k) qui est délivrable par la batterie BA en fonction du courant mesuré I(k), du (des) courant(s) limite(s) Ilimi(k) et des tensions mesurées Vi(k). On comprendra que chaque puissance limite Plimi(k) constitue une grandeur physique qui peut être déterminée (ou estimée) par le dispositif D.

Comme illustré non limitativement sur la figure 1, les seconds moyens de calcul MC2 peuvent comprendre des premier SM21 et second SM22 sous-moyens (ou sous-modules). Les premier sous-moyens SM21 sont plus précisément agencés pour estimer la puissance limite de charge P1im1(k) qui est délivrable par la batterie BA, alors que les seconds sous-moyens SM22 sont plus précisément agencés pour estimer la puissance limite de décharge Plim2(k) qui est délivrable par cette même batterie BA. Comme illustré non limitativement sur la figure 4, les premiers sous- moyens SM21 des seconds moyens de calcul MC2 peuvent être agencés pour estimer une puissance limite de charge Piim1(k) qui est égale au résultat du produit entre le courant limite de charge liiml (k) (estimé par les premiers sous-moyens SM11 des premiers moyens de calcul MC1) et la somme de tensions de charge cellulaires Vi1(k) pour les différentes cellules Ci. Par exemple, chaque tension de charge cellulaire Vi1(k) est considérée comme la somme d'une première partie P'1 i1(k), qui est dite instantanée et qui est proportionnelle au courant limite de charge Iliml (k), et de la seconde partie P2i(k) présentée ci-avant.

Par exemple, la première partie P'li1(k) peut être choisie égale à - Ril (k)*Ilim1(k). Dans ce cas, on a la relation Vi1(k) = -Ril (k)*Ilim1(k) + Viint(k), ce qui peut se réécrire Vi1(k) = Vi(k) - Ril(k)*(Ilim1(k) - I(k)). En utilisant cette dernière relation on en déduit l'expression de la puissance limite de charge: N IVil(k) *1h.l(k)=Vi i(k)*I l(k)- =1 P11(k)= Comme illustré non limitativement sur la figure 4, les fonctionnalités offertes par les premiers sous-moyens SM21 des seconds moyens de calcul MC2 peuvent être assurées par: - un sommateur G1 recevant le courant limite de charge liiml(k) et le courant mesuré I(k) sur une entrée inverseuse, et délivrant un résultat égal à Iiim1(k) - I(k), - N multiplicateurs Ei (i = 1 à N) associés chacun à l'une des cellules Ci, recevant chacun une résistance de charge Ril(k) et un résultat égal à lliml(k) - I(k), et délivrant chacun un résultat égal à Ril(k)*(Ilim1(k) - I(k)), - N sommateurs Bi (i = 1 à N) associés chacun à l'une des cellules Ci, recevant chacun une tension mesurée Vi(k) et un résultat égal à Ril(k)*(Ilim1(k) - I(k)) sur une entrée inverseuse, et délivrant chacun une tension de charge cellulaire Vi1(k) qui est égale au résultat de Vi(k) - Ri1(k)*(Ilim1(k) - I(k)), - un comparateur CN3 recevant toutes les tensions de charge cellulaire 30 Vi1(k) et délivrant une tension de charge limite Viim1(k) qui est le résultat de N l'opération Vil (k) , et - un multiplicateur CN4 recevant le courant limite de charge Ilim1(k) et la tension de charge limite V1im1(k), et délivrant la puissance limite de charge Plim1(k) égale au résultat de (Ilim1(k)*Vlim1(k))- Comme illustré non limitativement sur la figure 5, les seconds sous-moyens SM22 des seconds moyens de calcul MC2 peuvent être agencés pour estimer une puissance limite de décharge Plim2(k) qui est égale au résultat du produit entre le courant limite de décharge Ilim2(k) (estimé par les seconds sous-moyens SM12 des premiers moyens de calcul MC1) et la somme de tensions de décharge cellulaires Vi2(k) pour les différentes cellules Ci. Par exemple, chaque tension de décharge cellulaire Vi2(k) est considérée comme la somme d'une première partie P'1 i2(k), qui est dite instantanée et qui est proportionnelle au courant limite de décharge Ilim2(k), et de la seconde partie P2i(k) présentée ci-avant. Par exemple, la première partie P'1 i2(k) peut être choisie égale à - Ri2(k)*Ilim2(k). Dans ce cas, on a la relation Vi2(k) = -Ri2(k)*Ilim2(k) + Viint(k), ce qui peut se réécrire Vi2(k) = Vi(k) - Ri2(k)*(Ilim2(k) - I(k)). En utilisant cette dernière relation on en déduit l'expression de la puissance limite de décharge: N P 2(k)= IVi2(k) *I, 2(k)=Vlim2(k)*Ilim2(k) Comme illustré non limitativement sur la figure 4, les fonctionnalités offertes par les seconds sous-moyens SM22 des seconds moyens de calcul MC2 peuvent être assurées par: - un sommateur G'1 recevant le courant limite de décharge Ilim2(k) et le courant mesuré I(k) sur une entrée inverseuse, et délivrant un résultat égal à Ilim2(k) - I(k), - N multiplicateurs E'i (i = 1 à N) associés chacun à l'une des cellules Ci, recevant chacun une résistance de décharge Ri2(k) et un résultat égal à Ilim2(k) - I(k), et délivrant chacun un résultat égal à Ri2(k)*(Ilim2(k) - I(k)), - N sommateurs B'i (i = 1 à N) associés chacun à l'une des cellules Ci, recevant chacun une tension mesurée Vi(k) et un résultat égal à Ri2(k)*(Iiim2(k) - I(k)) sur une entrée inverseuse, et délivrant chacun une tension de décharge cellulaire Vi2(k) qui est égale au résultat de Vi(k) - Ri2(k)*(Iiim2(k) - I(k)), - un comparateur CN'3 recevant toutes les tensions de décharge cellulaire Vi2(k) et délivrant une tension de décharge limite Viim2(k) qui est le résultat N de l'opération IVi2 (k) , et i=1 - un multiplicateur CN'4 recevant le courant limite de décharge liim2(k) et la tension de décharge limite Viim2(k), et délivrant la puissance limite de décharge Piim2(k) égale au résultat de (Iiim2(k)*Viim2(k)). On notera que les seconds moyens de calcul MC2 peuvent être réalisés sous la forme de modules logiciels (ou informatiques ou encore « software »), ou bien de circuits électroniques (ou « hardware »), ou encore d'une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels.

L'invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels: - une précision élevée grâce à la prise en compte de l'état instantané de la batterie (tension, courant, état de charge et température) dans le calcul des limites de courant admissible en charge et en décharge, ainsi qu'éventuellement dans le calcul des puissances limites délivrables en charge et en décharge, - la possibilité de contrôler les courants limites en charge et en décharge qui peuvent être autorisés en présence d'une consigne de courant, en fonction de l'état instantané de la batterie, - un pilotage plus précis évitant un vieillissement prématuré de la batterie, et les risques d'arrêt ou d'incendie du véhicule liés à un sur-échauffement de la batterie, - l'utilisation de batteries adaptées au mieux à leur environnement et non pas surdimensionnées. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de dispositif de détermination de grandeur(s) décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif (D) de détermination de grandeur(s) d'une batterie (BA) comprenant N cellules (Ci) de stockage d'énergie montées en série, traversées par un courant (I(k)) mesurable et devant être compris entre des courants minimum (Imin) et maximum (Imax) et devant présenter à leurs bornes respectives une tension mesurable et devant être comprise entre des tensions minimale (Vmin) et maximale (Vmax), caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens de calcul (MC1) agencés pour estimer au moins un courant limite (Ilimi(k)) admissible pour ladite batterie (BA) en fonction du courant mesuré (I(k)), dudit courant minimum (Imin) et/ou dudit courant maximum (Imax), de ladite tension minimale (Vmin) et/ou de ladite tension maximale (Vmax), et des tensions mesurées (Vi(k)), ces dernières étant chacune considérées comme la somme d'une première partie (P1 ii(k)), dite instantanée et proportionnelle audit courant mesuré (I(k)), et d'une seconde partie (P2i(k)), dite lente et présentant des variations non significatives entre deux mesures successives.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tension mesurée (Vi(k)) est considérée comme la somme d'une première partie (P1 ii(k)) égale à -Rii(k)*I(k), où Rii(k) est une valeur de résistance en cours dans ladite cellule (Ci) considérée, et d'une seconde partie (P2i(k)) égale à une tension intrinsèque (Viint(k)).
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de calcul (MC1) comprennent des premiers sous-moyens (SM11) agencés pour estimer un courant limite de charge (lliml(k)) pour ladite batterie (BA), et des seconds sous-moyens (SM12) agencés pour estimer un courant limite de décharge (Ilim2(k)) pour ladite batterie (BA).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de calcul (MC1) sont agencés pour estimer un courant limite de charge (I1im1(k)) égal à la valeur maximale entre ledit courant minimum (Imin) et le résultat de la somme dudit courant mesuré (I(k)) et d'un terme cellulairede charge (Aliimi(k)) égal à la valeur maximale de rapports [(Vi(k) - Vmax) / Ri1(k)] estimés pour les différentes cellules (Ci), où Ri1(k) est la valeur de résistance de charge en cours dans ladite cellule (Ci) considérée.
5. Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de calcul (MC1) sont agencés pour estimer un courant limite de décharge (liim2(k)) égal à la valeur minimale entre ledit courant maximum (Imax) et le résultat de la somme dudit courant mesuré (I(k)) et d'un terme cellulaire de décharge (Aliim2(k)) égal à la valeur minimale de rapports [(Vi(k) - Vmin) / Ri2(k)] estimés pour les différentes cellules (Ci), où Ri2(k) est la valeur de résistance de décharge en cours dans ladite cellule (Ci) considérée.
6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de comparaison (MCP) agencés, en présence d'une consigne de courant (Ic(k+1)) souhaitée pour un instant k+1 suivant un instant k en cours, pour comparer ladite consigne de courant (Ic(k+1)) souhaitée auxdits courant limite de charge (liim1(k)) et courant limite de décharge (liim2(k)) estimés pour l'instant k en cours, de manière à autoriser pour ledit prochain instant k+1 un courant IA(k+1) égal soit audit courant limite de charge (l1im1(k)) lorsque ladite consigne de courant (Ic(k+1)) souhaitée est inférieure audit courant limite de charge (liim1(k)), soit audit courant limite de décharge (liim2(k)) lorsque ladite consigne de courant (Ic(k+1)) souhaitée est supérieure audit courant limite de décharge (liim2(k)), soit encore à ladite consigne de courant (Ic(k+1)) souhaitée lorsque cette dernière est comprise entre ledit courant limite de charge (l1im1(k)) et ledit courant limite de décharge (liim2(k)).
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des seconds moyens de calcul (MC2) agencés pour estimer au moins une puissance limite (Piimi(k)) délivrable par ladite batterie (BA) en fonction desdits courant mesuré (I(k)), courant(s) limite(s) (liimi(k)) et tensions mesurées (Vi(k)).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens de calcul (MC2) comprennent des premiers sous-moyens (SM21) agencés pour estimer une puissance limite de charge (Piimi(k)) délivrable par ladite batterie (BA), et des seconds sous-moyens (SM22)agencés pour estimer une puissance limite de décharge (Piim2(k)) délivrable par ladite batterie (BA).
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens de calcul (MC2) sont agencés pour estimer une puissance limite de charge (Piim1(k)) égale au résultat du produit entre ledit courant limite de charge (I1im1(k)) et la somme de tensions de charge cellulaires (Vi1(k)) pour les différentes cellules (Ci), chaque tension de charge cellulaire (Vi1(k)) étant considérée comme la somme d'une première partie (P'li1(k)), dite instantanée et proportionnelle audit courant limite de charge (I1im1(k)), et de ladite seconde partie (P2i(k)).
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque première partie (P'1i1(k)) est égale à -Ri1(k)*Ilim1(k), où Ri1(k) est la valeur de résistance de charge en cours dans ladite cellule (Ci) considérée.
11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens de calcul (MC2) sont agencés pour estimer une puissance limite de décharge (Piim2(k)) égale au résultat du produit entre ledit courant limite de décharge (Iiim2(k)) et la somme de tensions de décharge cellulaires (Vi2(k)) pour les différentes cellules (Ci), chaque tension de décharge cellulaire (Vi2(k)) étant considérée comme la somme d'une première partie (P'1 i2(k)), dite instantanée et proportionnelle audit courant limite de décharge (liim2(k)), et de ladite seconde partie (P2i(k)).
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque première partie (P'1 i2(k)) est égale à -Ri2(k)*I1im2(k), où Ri2(k) est la valeur de résistance de décharge en cours dans ladite cellule (Ci) considérée.
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est agencé pour déterminer chaque résistance Rii(k) d'une cellule (Ci) en fonction d'une mesure de la température en cours de cette cellule (Ci), d'une estimée de l'état de charge en cours de cette cellule (Ci), et du vieillissement de cette cellule (Ci).
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens de mesure (MM1) agencés pour mesurer ledit courant (I(k)).
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en cequ'il comprend des deuxièmes moyens de mesure (MM2) agencés pour mesurer la tension (Vi(k)) aux bornes de chaque cellule (Ci).
16. Utilisation du dispositif de détermination de grandeur(s) (D) selon l'une des revendications précédentes pour une batterie (BA) d'un véhicule.