FR2967822A1

FR2967822A1 - Method for maintaining rechargeable electric energy storage battery utilized for supplying electric energy to traction chain of e.g. plug-in type hybrid vehicle, involves short-circuiting electric connections formed by defective elements

Info

Publication number: FR2967822A1
Application number: FR1059495A
Authority: FR
Inventors: Denis Porcellato
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2012-05-25
Anticipated expiration: 2030-11-19
Also published as: FR2967822B1

Abstract

The method involves identifying defective elements, where a battery includes a set of rechargeable electric energy storage elements (30) connected in series. Electric connections respectively formed by the defective elements are short-circuited, where the storage elements of the battery are electrochemical elements with cylindrical, parallelepiped or plate shape. Replacing elements (46) are provided with an envelope conductive material for ensuring short-circuits between electrical contacts. An independent claim is also included for a rechargeable electric energy storage battery comprising a set of rechargeable electric energy storage elements.

Description

PROCEDE DE MAINTENANCE D'UNE BATTERIE DE CHAINE DE TRACTION DE VEHICULE HYBRIDE, BATTERIE CORRESPONDANTE, ELEMENT DE BATTERIE ET DISPOSITIF DE GESTION DE BATTERIE L'invention a trait à un procédé de maintenance de batterie de chaîne de traction pour véhicule hybride. L'invention a trait également à une batterie ayant subit une maintenance selon ce procédé, ainsi qu'à un élément intervenant dans le procédé de maintenance et présent dans la batterie, et aussi à un dispositif de gestion d'une telle batterie. L'invention concerne toutes les sources de stockage d'énergie électrique notamment par voie électrochimique et composées de plusieurs cellules ou éléments de stockage d'énergie connectés en série. Dans le cadre de l'invention, on entend par "source de stockage d'énergie électrique" tous types de batteries, en particulier des batteries lithium-ion (Li-ion), nickel-métal hydrure (NiMH), nickel-zinc (Ni-Zn), etc., ainsi que des organes du type connu sous l'appellation "super-condensateurs". Dans ce qui suit, sans restreindre en quoi que ce soit la portée de l'invention, le terme "batterie" sera utilisé pour simplifier la description. L'invention s'applique plus particulièrement aux véhicules à chaîne de traction hybride, par exemple de type classique connu sous l'appellation anglo-saxonne "Full Hybrid", de type hybride rechargeable connu sous l'appellation anglo-saxonne "Plugin Hybrid", ou encore de type purement électrique connu sous l'appellation anglo-saxonne « Full Electric », etc. Un des défis actuels est de pouvoir proposer des batteries qui puissent remplir le cahier des charges pour lequel elles sont dimensionnées et ce pendant toute la durée de vie du véhicule. Ceci implique que tous les éléments vieillissent de manière uniforme et qu'ils n'atteignent pas leur fin de vie prématurément avant la fin de vie du véhicule. Le document de brevet JP 2001-313087 A a trait à une méthode de détection de dégradation d'une batterie constituée de plusieurs éléments, notamment pour une chaîne de traction de véhicule hybride. La méthode est basée sur une détection du taux de variation de la température mesurée au niveau de chaque élément. Elle compare le taux de variation de température des différents éléments et en déduit une défaillance d'un élément lorsque le taux de variation associé à cet élément dévie de ceux des autres éléments. Ce procédé permet ainsi non seulement de détecter la défaillance de la batterie mais également d'identifier le ou les éléments défaillants. The invention relates to a method for the maintenance of a hybrid vehicle power train battery. The invention also relates to a battery having undergone maintenance according to this method, as well as to an element intervening in the maintenance process and present in the battery, and also to a device for managing such a battery. The invention relates to all sources of electrical energy storage including electrochemically and composed of several cells or energy storage elements connected in series. In the context of the invention, the term "electrical energy storage source" means all types of batteries, in particular lithium-ion (Li-ion), nickel-metal hydride (NiMH), nickel-zinc ( Ni-Zn), etc., as well as organs of the type known as "super-capacitors". In what follows, without restricting in any way the scope of the invention, the term "battery" will be used to simplify the description. The invention is more particularly applicable to vehicles with a hybrid traction chain, for example of the conventional type known under the name "Full Hybrid", of the plug-in hybrid type known under the name "Plugin Hybrid" (Anglo-Saxon). or purely electrical type known as the Anglo-Saxon "Full Electric", etc. One of the current challenges is to be able to offer batteries that can fulfill the specifications for which they are dimensioned throughout the life of the vehicle. This implies that all the elements age uniformly and that they do not reach their end of life prematurely before the end of life of the vehicle. Patent document JP 2001-313087 A relates to a method of detecting deterioration of a battery consisting of several elements, in particular for a hybrid vehicle power train. The method is based on a detection of the rate of change of the temperature measured at the level of each element. It compares the rate of change of temperature of the different elements and deduces a failure of an element when the rate of variation associated with this element deviates from those of the other elements. This method thus makes it possible not only to detect the failure of the battery but also to identify the faulty element or elements.

La batterie doit alors être ramenée en atelier pour remplacer le ou les éléments défaillants. Le document de brevet EP 1 150 132 B2 a trait, similairement au document précédent, à une méthode de détection et d'identification de cellules ou éléments défaillants d'une batterie de chaîne de traction d'un véhicule électrique ou hybride. The battery must then be brought back to the workshop to replace the faulty element (s). Patent document EP 1 150 132 B2 relates, similarly to the previous document, to a method for detecting and identifying faulty cells or elements of a traction chain battery of an electric or hybrid vehicle.

La méthode de cet enseignement se base sur une mesure individuelle de la tension aux bornes de chaque élément afin d'établir le ou les éléments défaillants. Elle est basée également sur une mesure de la température de l'élément défaillant à remplacer afin de déterminer si les éléments directement voisins sont également à remplacer. Ce procédé, tout comme celui de l'enseignement précédent, prévoit pour mesure de maintenance de la batterie le remplacement du ou des éléments défaillants. Le remplacement de ces éléments est coûteux, essentiellement en raison du coût des éléments en soi. L'invention a pour objectif de proposer une solution à la maintenance des batteries palliant au moins un des inconvénients sus mentionnés, plus particulièrement permettant aux batteries de remplir les contraintes de leur cahier des charges durant toute la vie du véhicule, et ce à un coût réduit. L'invention a pour objet un procédé de maintenance d'une batterie de stockage d'énergie électrique rechargeable, notamment pour l'alimentation du moteur électrique d'une chaîne de traction d'un véhicule automobile, la batterie comprenant une pluralité d'éléments de stockage d'énergie électrique rechargeables connectés en série, le procédé comprenant l'étape suivante: (a) identification d'au moins un élément défectueux; remarquable par l'étape supplémentaire suivante: (b) mise en court-circuit de la ou des liaisons électriques formées par le ou les éléments défectueux. The method of this teaching is based on an individual measurement of the voltage at the terminals of each element in order to establish the defective element (s). It is also based on a measurement of the temperature of the faulty element to be replaced in order to determine if the directly adjacent elements are also to be replaced. This method, like that of the previous teaching, provides for maintenance of the battery replacement of the faulty elements or elements. The replacement of these elements is expensive, mainly because of the cost of the elements per se. The invention aims to provide a solution to the maintenance of batteries overcoming at least one of the aforementioned drawbacks, more particularly allowing batteries to meet the constraints of their specifications throughout the life of the vehicle, and at a cost reduced. The subject of the invention is a method for maintaining a rechargeable electric energy storage battery, in particular for supplying the electric motor of a traction train of a motor vehicle, the battery comprising a plurality of elements rechargeable electrical energy storage devices connected in series, the method comprising the step of: (a) identifying at least one defective element; remarkable by the following additional step: (b) short-circuiting of the electrical connection or links formed by the defective element or elements.

Ces mesures permettent une remise en état de la batterie pour un coût très réduit avec une légère perte de tension et une légère perte de capacité, ces deux pertes étant proportionnellement d'autant plus faibles que le nombre d'éléments de stockage d'énergie constitutifs de la batterie est élevé. La capacité électrique de la batterie après maintenance est supérieure à celle qu'elle avait avant la maintenance, et ce à un coût très limité. La maintenance est préférentiellement réalisée en atelier. Selon un mode avantageux de l'invention, l'étape (b) comprend le remplacement du ou des éléments défectueux par un ou des éléments de remplacement d'encombrement similaire, respectivement, et comprenant un court-circuit entre leurs contacts électriques. Cette mesure présente l'avantage de conserver les volumes internes de la batterie et de ne pas perturber le refroidissement par convection forcée ou non des éléments. These measures make it possible to restore the battery at a very low cost with a slight loss of voltage and a slight loss of capacity, these two losses being correspondingly lower as the number of constituent energy storage elements. the battery is high. The electrical capacity of the battery after maintenance is higher than it was before maintenance, and at a very limited cost. Maintenance is preferably carried out in the workshop. According to an advantageous embodiment of the invention, step (b) comprises replacing the defective element (s) with one or more replacement elements of similar size, respectively, and comprising a short circuit between their electrical contacts. This measure has the advantage of preserving the internal volumes of the battery and not to disturb the cooling by forced convection or not of the elements.

Selon un autre mode avantageux de l'invention, le court-circuit entre les contacts électriques de l'élément de remplacement est un cavalier. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, le ou les éléments de remplacement comprennent une enveloppe en matériau conducteur assurant le court-circuit entre leurs contacts électriques. According to another advantageous embodiment of the invention, the short circuit between the electrical contacts of the replacement element is a jumper. According to yet another advantageous embodiment of the invention, the replacement element or elements comprise a casing of conductive material ensuring the short circuit between their electrical contacts.

Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, l'étape (b) comprend l'enlèvement du ou des éléments défectueux et la mise en connexion directe des contacts électriques respectifs des éléments avec lesquels le ou les éléments défectueux sont directement connectés en série. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, l'étape (b) comprend une opération de décharge du ou des éléments défectueux suivi de la mise en connexion directe des contacts électriques respectifs des éléments avec lesquels le ou les éléments défectueux sont directement connectés en série. Le ou les éléments défectueux sont laissés en place. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, l'étape (b) comprend l'interruption des liaisons électriques reliant le ou les éléments défectueux avec les éléments avec lesquels le ou les éléments défectueux sont directement connectés en série, et la mise en connexion directe des contacts électriques respectifs desdits éléments avec lesquels le ou les éléments défectueux étaient directement connectés en série. L'interruption des liaisons électriques reliant le ou les éléments défectueux avec les éléments avec lesquels le ou les éléments défectueux sont directement connectés en série est préférentiellement assurée par l'enlèvement des connexions en question. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, la mise en connexion directe des contacts électriques respectifs des éléments avec lesquels le ou les éléments défectueux sont directement connectés en série est assurée par la mise en place d'une ou plusieurs barrettes de connexion de longueur adaptée, respectivement. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, les éléments de la batterie sont des éléments électrochimiques, préférentiellement de forme généralement cylindrique, parallélépipédique ou de plaque. According to yet another advantageous embodiment of the invention, step (b) comprises removal of the defective element (s) and the direct connection of the respective electrical contacts of the elements with which the defective element (s) are directly connected in series. . According to another advantageous embodiment of the invention, step (b) comprises a discharge operation of the defective element (s) followed by the direct connection of the respective electrical contacts of the elements with which the defective element or elements are directly connected. serial. The defective element (s) are left in place. According to another advantageous embodiment of the invention, step (b) comprises the interruption of the electrical connections connecting the defective element (s) with the elements with which the defective element or elements are directly connected in series, and the implementation direct connection of the respective electrical contacts of said elements with which the defective element or elements were directly connected in series. The interruption of the electrical connections connecting the defective element (s) to the elements with which the defective element or elements are directly connected in series is preferably ensured by the removal of the connections in question. According to another advantageous embodiment of the invention, the direct connection of the respective electrical contacts of the elements with which the defective element or elements are directly connected in series is ensured by the installation of one or more connection bars of adapted length, respectively. According to another advantageous embodiment of the invention, the elements of the battery are electrochemical elements, preferably of generally cylindrical, parallelepipedal or plate shape.

Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, la batterie comprend au moins 5, préférentiellement 10, plus préférentiellement encore 30 éléments disposés de manière adjacente. L'invention a également pour objet une batterie de stockage d'énergie électrique rechargeable ayant subi une opération de maintenance, notamment pour l'alimentation du moteur électrique d'une chaîne de traction d'un véhicule automobile, la batterie comprenant une pluralité d'éléments de stockage d'énergie électrique rechargeables généralement similaires, connectés électriquement en série et agencés côte à côte, la batterie étant remarquable en ce que la liaison électrique formée à l'emplacement d'au moins un des éléments est un court-circuit. According to another advantageous embodiment of the invention, the battery comprises at least 5, preferably 10, more preferably 30 elements arranged adjacently. The invention also relates to a rechargeable electric energy storage battery having undergone a maintenance operation, in particular for supplying the electric motor of a traction chain of a motor vehicle, the battery comprising a plurality of generally similar rechargeable electrical energy storage elements electrically connected in series and arranged side by side, the battery being remarkable in that the electrical connection formed at the location of at least one of the elements is a short circuit.

Selon un mode avantageux de l'invention, l'agencement côte à côte des éléments de la batterie comprend au moins une lacune à hauteur de la liaison en court-circuit, ladite ou lesdites lacunes correspondant, chacune, à l'encombrement d'un élément. Selon un autre mode avantageux de l'invention, les contacts électriques respectifs de deux éléments disposés directement de part et d'autre de la ou des lacunes sont reliés entre eux de manière à former la connexion en série des éléments, notamment par une barrette de connexion dont la longueur est adaptée à la distance entre les deux éléments créée par la lacune. Selon un encore autre mode avantageux de l'invention, la batterie comprend au moins un élément de remplacement d'encombrement similaire aux éléments de 30 stockage d'énergie, ledit ou lesdits éléments de remplacement faisant partie de l'agencement côte à côte des éléments et comprenant un court-circuit entre leurs contacts électriques. L'invention a également pour objet un élément d'une batterie de stockage d'énergie électrique rechargeable comprenant une pluralité d'éléments de stockage connectés électriquement en série, comprenant au moins deux contacts électriques, caractérisé en ce que l'élément comprend un court-circuit entre ses deux contacts électriques de manière à assurer une liaison directe lorsqu'il est connecté en série avec les éléments de stockage. Selon un mode avantageux de l'invention, l'élément comprend un conducteur à l'intérieur de son enveloppe reliant ses deux contacts. Selon un autre mode avantageux de l'invention, l'élément comprend une enveloppe conductrice au niveau de l'emplacement de ses contacts électriques. L'invention a également pour objet un dispositif de gestion d'une batterie telle que définie ci-avant, configuré pour mesurer la tension des éléments de stockage d'énergie électrique rechargeables de la batterie, et caractérisé en ce qu'il est configuré pour détecter le ou les courts-circuits aux emplacements des éléments et pour mémoriser les éléments manquants. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : La figure 1 est une illustration schématique de l'architecture de commande d'une chaîne de traction d'un véhicule hybride avec connexion de la batterie au réseau ou à une borne de recharge rapide. La figure 2 illustre un circuit électrique correspondant au moteur électrique et à son onduleur en mode traction. According to an advantageous embodiment of the invention, the side-by-side arrangement of the elements of the battery comprises at least one gap at the height of the short-circuit connection, said one or more gaps corresponding, each, to the bulk of a element. According to another advantageous embodiment of the invention, the respective electrical contacts of two elements arranged directly on either side of the gap or gaps are connected to each other so as to form the series connection of the elements, in particular by a strip of connection whose length is adapted to the distance between the two elements created by the gap. According to yet another advantageous embodiment of the invention, the battery comprises at least one space replacement element similar to the energy storage elements, said replacement element or elements being part of the side-by-side arrangement of the elements. and including a short circuit between their electrical contacts. The invention also relates to an element of a rechargeable electric energy storage battery comprising a plurality of electrically connected storage elements in series, comprising at least two electrical contacts, characterized in that the element comprises a short -circuit between its two electrical contacts so as to provide a direct connection when connected in series with the storage elements. According to an advantageous embodiment of the invention, the element comprises a conductor inside its envelope connecting its two contacts. According to another advantageous embodiment of the invention, the element comprises a conductive envelope at the location of its electrical contacts. The subject of the invention is also a device for managing a battery as defined above, configured to measure the voltage of the rechargeable electric energy storage elements of the battery, and characterized in that it is configured to detect the short circuit (s) at the locations of the elements and to memorize the missing elements. Other features and advantages of the present invention will be better understood with the aid of the description and the drawings of which: FIG. 1 is a schematic illustration of the control architecture of a traction system of a hybrid vehicle with battery connection to the network or to a fast charging station. FIG. 2 illustrates an electric circuit corresponding to the electric motor and its inverter in traction mode.

La figure 3 illustre le circuit électrique correspondant au moteur électrique et à son onduleur en mode de test de la batterie. La figure 4 est une vue explosée d'un ensemble d'éléments de batterie cylindriques logés dans un boîtier. Figure 3 illustrates the electrical circuit corresponding to the electric motor and its inverter in battery test mode. Figure 4 is an exploded view of a set of cylindrical battery cells housed in a housing.

La figure 5 est une vue de la batterie de la figure 4 illustrant les connexions entre les bornes des éléments dans un état original. La figure 6 est une vue de la batterie de la figure 4 illustrant les connexions entre les bornes des éléments suite à une opération de maintenance selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 7 est une vue de la batterie de la figure 4 illustrant les connexions entre les bornes des éléments suite à une opération de maintenance selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 8 est une vue de la batterie de la figure 4 illustrant les connexions entre les bornes des éléments suite à une opération de maintenance selon un troisième mode de réalisation de l'invention. La figure 9 est une vue de la batterie de la figure 4 illustrant les connexions entre les bornes des éléments suite à une opération de maintenance selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. Figure 5 is a view of the battery of Figure 4 illustrating the connections between the terminals of the elements in an original state. FIG. 6 is a view of the battery of FIG. 4 illustrating the connections between the terminals of the elements following a maintenance operation according to a first embodiment of the invention. Figure 7 is a view of the battery of Figure 4 illustrating the connections between the terminals of the elements following a maintenance operation according to a second embodiment of the invention. Figure 8 is a view of the battery of Figure 4 illustrating the connections between the terminals of the elements following a maintenance operation according to a third embodiment of the invention. Figure 9 is a view of the battery of Figure 4 illustrating the connections between the terminals of the elements following a maintenance operation according to a fourth embodiment of the invention.

La figure 10 est une représentation schématique du dispositif de gestion de la batterie (BMS pour Battery Management System) illustrant la prise en compte de l'absence d'un élément de la batterie. La figure 11 est une illustration d'une batterie constituée d'une série d'éléments plats à enveloppe souple à laquelle l'invention est également applicable. Figure 10 is a schematic representation of the Battery Management System (BMS) illustrating the consideration of the absence of an element of the battery. Fig. 11 is an illustration of a battery consisting of a series of flat flexible-shell elements to which the invention is also applicable.

La figure 12 est une vue de détail d'un élément de la batterie de la figure 11 ainsi qu'une vue de côté des contacts électriques des éléments et de leur liaison. Un dispositif de gestion d'une chaîne de traction hybride de véhicule est représenté à la figure 1. On y a également représenté le moteur thermique 6 et le moteur électrique 12 du véhicule hybride 8, dont les contributions respectives sont sous la commande du dispositif de gestion en question. On a également représenté, sur la figure 1, les liaisons électriques de type donné et de puissance reliant les différents modules et les liaisons mécaniques des moteurs 6 et 12, du véhicule 8 et de ses deux roues motrices 24. A priori, en soi, ces liaisons mécaniques et le fonctionnement des moteurs ne différent en rien de l'Art Connu. Il est donc inutile de les décrire plus avant. Figure 12 is a detail view of an element of the battery of Figure 11 and a side view of the electrical contacts of the elements and their connection. A device for managing a hybrid vehicle power train is shown in FIG. 1. It also shows the heat engine 6 and the electric motor 12 of the hybrid vehicle 8, whose respective contributions are under the control of the control device. management in question. FIG. 1 also shows the electrical connections of the given type and of the power connecting the various modules and the mechanical links of the motors 6 and 12, of the vehicle 8 and of its two drive wheels 24. A priori, in itself, these mechanical links and the operation of the engines do not differ in any way from the Known Art. It is therefore unnecessary to describe them further.

De façon connue en soi, un superviseur de chaîne de traction hybride 16 gère la contribution des moteurs thermique et électrique, 6 et 12 respectivement, à la traction du véhicule 8. Pour ce faire, le superviseur de chaîne de traction hybride 16 commande, d'une part une unité de commande de moteur thermique 4, et, d'autre part, une unité de commande de moteur électrique 22. Cette dernière commande le moteur électrique 12 via un onduleur 10 alimenté par la batterie 2. Le superviseur de chaîne de traction hybride 16 gère ainsi la contribution des moteurs thermique 6 et électrique 12 de la chaîne hybride pour la propulsion du véhicule. Il gère également la fonction génératrice du moteur électrique en vue du rechargement de la batterie 2. Dans l'exemple illustré à la figure 1, le véhicule est du type hybride plug-in, à savoir avec une possibilité de connecter la batterie au réseau de distribution électrique via un chargeur embarqué 18 et également avec une possibilité de connecter la batterie à une borne de recharge rapide via un connecteur dédicacé 20. In a manner known per se, a hybrid drivetrain supervisor 16 manages the contribution of the thermal and electric engines, 6 and 12, respectively, to the traction of the vehicle 8. To do this, the hybrid traction train supervisor 16 controls, on the one hand a control unit of the heat engine 4, and, on the other hand, an electric motor control unit 22. The latter controls the electric motor 12 via an inverter 10 powered by the battery 2. Hybrid traction 16 thus manages the contribution of the heat engines 6 and electric 12 of the hybrid chain for the propulsion of the vehicle. It also manages the generating function of the electric motor for reloading the battery 2. In the example illustrated in FIG. 1, the vehicle is of the hybrid plug-in type, ie with the possibility of connecting the battery to the battery network. electrical distribution via an on-board charger 18 and also with a possibility of connecting the battery to a fast charging station via an autographed connector 20.

La gestion de la batterie est assurée par le calculateur de gestion de la batterie dénommé BMS qui est une abréviation de l'expression anglo-saxonne « Battery Management System ». Ce module assure la surveillance et le contrôle du niveau de charge de la batterie. Il est à noter que l'invention est également applicable à des batteries de véhicules électriques, c'est-à-dire n'étant propulsé que par un moteur électrique sans hybridation avec un moteur à combustion. L'invention est également applicable à des batteries de véhicules hybrides sans possibilité de connexion au réseau et/ou à une borne de recharge rapide. Chaque élément de la batterie comporte un monitoring en tension pour des raisons de sécurité. En effet chaque élément ne doit pas dépasser un seuil haut en tension et un seuil bas en tension. La tension de fonctionnement des éléments doit être comprise dans une place plage déterminée, comme par exemple entre 4,1V et 2,5V pour des éléments du type Li-ion. Le système d'équilibrage permet de maintenir les éléments dans un intervalle de tension très rapproché, afin de compenser la dispersion en capacité et en résistance interne des éléments. The battery management is provided by the battery management computer called BMS which is an abbreviation of the English expression "Battery Management System". This module provides monitoring and control of the battery charge level. It should be noted that the invention is also applicable to batteries of electric vehicles, that is to say being powered only by an electric motor without hybridization with a combustion engine. The invention is also applicable to hybrid vehicle batteries without the possibility of connection to the network and / or to a fast charging station. Each element of the battery includes a voltage monitoring for security reasons. Indeed, each element must not exceed a high voltage threshold and a low voltage threshold. The operating voltage of the elements must be within a given range, for example between 4.1V and 2.5V for elements of the Li-ion type. The balancing system keeps the elements in a very close voltage range, to compensate for the dispersion in capacity and internal resistance of the elements.

La charge de la batterie est arrêtée lorsque le premier élément atteint la valeur supérieure de la place déterminée, par exemple 4,1V. Inversement, la décharge va s'arrêter lorsque le premier élément atteint la valeur inférieure de la plage, par exemple 2,7V. C'est donc l'élément qui a la capacité la plus faible qui arrête la charge et la décharge. C'est l'élément le plus faible qui détermine de manière limitative la capacité totale de la batterie. La dispersion en capacité et résistance interne des batteries proviennent à la fois de la dispersion du procédé de fabrication et également de la différence d'environnement thermique des éléments lorsqu'ils sont montés en batterie. The charge of the battery is stopped when the first element reaches the upper value of the determined place, for example 4.1V. Conversely, the discharge will stop when the first element reaches the lower value of the range, for example 2.7V. It is therefore the element with the weakest capacity that stops the charge and the discharge. This is the weakest element that determines in a limiting way the total capacity of the battery. The dispersion in capacity and internal resistance of the batteries come from both the dispersion of the manufacturing process and also the difference in the thermal environment of the elements when they are mounted in battery.

Pour l'application Véhicule Electrique, dans la pratique, l'équilibrage se fait lors de la charge, en dérivant une partie du courant de charge des éléments les plus chargés dans un by-pass, à partir d'un certain état de charge, afin que les éléments atteignent la tension de fin de charge, par exemple 4,1V, tous en même temps. Lorsqu'un élément est plus dégradé que les autres, c'est lui qui coupe la décharge le premier à un état de charge inférieur à niveau nominal. Prenons l'exemple suivant : Supposons une batterie de 100 cellules de 50Ah pour une application Véhicule Electrique. La tension nominale de la batterie est de 360V. L'énergie de cette batterie est voisine de 18 kWh. Supposons qu'un élément soit prématurément défaillant et que sa capacité n'est plus que de 30Ah. La capacité de la batterie sera alors 30Ah. L'énergie de la batterie qu'elle pourra restituée sera alors voisine de 11 kWh, soit une perte de 400/0 d'énergie. La Puissance restituée par la batterie ne sera elle pas significativement affectée, s'il n'y a qu'un élément défectueux. Supposons maintenant que l'élément défectueux soit enlevé et pas remplacé. La tension nominale de la Batterie devient alors 357 V. L'énergie qu'elle peut restituer est alors de 17,8 kWh, soit une perte de 1 °/O. La perte de Puissance sera également réduite de 1 °/O. Pour estimer l'état de santé d'un élément sa résistance interne R est estimée. La valeur de la résistance interne d'un élément varie en fonction de son usure généralement dénommée. Il existe différentes méthodes bien connues de l'homme de l'art pour déterminer la résistance interne d'une batterie. Citons par exemple, celle où un pulse de courant d'une valeur constante est appliquée sur une batterie au repos pendant une certaine durée. La résistance interne résulte du rapport de la variation de tension aux bornes de la batterie sur la valeur du courant appliquée pendant cette durée. Rbat = A Ubat/ Ibat De manière illustrative, pour cette technologie de batterie, l'élément est considéré comme défectueux lorsque sa résistance interne a atteint une valeur 1000/0 plus élevée que la résistance interne nominale. For the Electric Vehicle application, in practice, the balancing is done during charging, by diverting part of the charging current of the most charged elements in a bypass, from a certain state of charge, so that the elements reach the end of charge voltage, for example 4.1V, all at the same time. When an element is more degraded than the others, it is the one that cuts the discharge first to a lower state of charge at nominal level. Let's take the following example: Suppose a battery of 100 cells of 50Ah for an Electric Vehicle application. The nominal voltage of the battery is 360V. The energy of this battery is close to 18 kWh. Suppose an element is prematurely faulty and its capacity is only 30Ah. The capacity of the battery will then be 30Ah. The energy of the battery that it can return will be close to 11 kWh, a loss of 400/0 of energy. Will the power returned by the battery not be significantly affected if there is only one defective element. Suppose now that the defective element is removed and not replaced. The nominal voltage of the battery then becomes 357 V. The energy it can restore is then 17.8 kWh, a loss of 1 ° / o. Power loss will also be reduced by 1%. To estimate the state of health of an element, its internal resistance R is estimated. The value of the internal resistance of an element varies according to its generally denominated wear. There are various methods well known to those skilled in the art for determining the internal resistance of a battery. For example, one in which a pulse of current of a constant value is applied to a battery at rest for a certain duration. The internal resistance results from the ratio of the voltage variation across the battery to the value of the current applied during this time. Rbat = A Ubat / Ibat Illustratively, for this battery technology, the element is considered defective when its internal resistance has reached a value 1000/0 higher than the nominal internal resistance.

Une cartographie de la résistance interne ou de l'impédance de chaque élément peut facilement être réalisée, notamment dans le cas d'une batterie Li-ion, puisque chaque cellule est contrôlée en tension. Pour cela, il suffit de générer un pulse de courant ou une sinusoïde et de relever la tension aux bornes de chaque élément et de déterminer ainsi sa résistance interne ou son impédance grâce a un algorithme intégré dans le calculateur de gestion de la batterie BMS. Les figures 2 et 3 illustrent un exemple d'onduleur 10 commandant le moteur électrique 12. L'onduleur 10 comprend, entre autres, des transistors 26 aptes à générer un courant triphasé alimentant le moteur électrique 12. La figure 3 illustre une configuration de fonctionnement de l'onduleur 10 où ce dernier génère un courant monophasé n'entrainant pas le moteur électrique en rotation. Plus précisément, seulement quatre des six transistors sont actifs selon une configuration de pont en H. La charge, vue par l'onduleur se limite alors à la mise en série d'une inductance Luv et d'une résistance Ruv proportionnelles respectivement à l'inductance L et à la résistance R des bobinages de chaque phase (Luv=2L et Ruv=2R dans le cas d'un montage en étoile). A chaque élément correspond une valeur de résistance interne ou d'impédance. A partir de la mesure de cette caractéristique et en la comparant à la caractéristique de la batterie neuve, on en déduit l'état de santé (SOH) de chaque élément constituant la batterie. On peut ainsi disposer d'une cartographie de l'état de santé en puissance et en capacité de chaque élément constituant la batterie. A mapping of the internal resistance or the impedance of each element can easily be performed, especially in the case of a Li-ion battery, since each cell is voltage controlled. For that, it suffices to generate a pulse of current or a sinusoid and to raise the voltage at the terminals of each element and thus to determine its internal resistance or its impedance thanks to an algorithm integrated in the management computer of the battery BMS. FIGS. 2 and 3 illustrate an example of an inverter 10 controlling the electric motor 12. The inverter 10 comprises, among others, transistors 26 able to generate a three-phase current supplying the electric motor 12. FIG. 3 illustrates an operating configuration of the inverter 10 where the latter generates a single-phase current not driving the electric motor in rotation. More precisely, only four of the six transistors are active in an H-bridge configuration. The load, as seen by the inverter, is then limited to placing in series a Luv inductance and a Ruv resistor proportional to, respectively, the inductance L and at the resistance R of the coils of each phase (Luv = 2L and Ruv = 2R in the case of a star assembly). Each element corresponds to an internal resistance or impedance value. From the measurement of this characteristic and comparing it to the characteristic of the new battery, one deduces the state of health (SOH) of each element constituting the battery. It is thus possible to have a mapping of the state of health in power and capacity of each element constituting the battery.

Un exemple de construction de batterie constituée d'élément cylindrique est illustré aux figures 4 et 5. Elle est constituée d'un boîtier 28 dans lequel sont agencés les éléments cylindriques 30. Les parties arrières ou fonds des éléments dépassent du boîtier. Une plaque perforée 38 est disposée à l'arrière des éléments de manière à ce que ses perforations 40 coopèrent avec les fonds des éléments cylindriques. Une plaque isolante 34 est disposée sur les parties avant des éléments. Cette plaque est pourvue d'ouvertures 36 pour les bornes ou contacts électriques 32 des éléments 30. Des barrettes de connexion 42 assurent les liaisons en série entre les différents éléments 30 constitutifs de la batterie via leurs bornes 32. La batterie comprend également préférentiellement des moyens de refroidissement (non représentés) des éléments par ventilation forcée au sein du boîtier. La figure 6 illustre la batterie des figures 4 et 5 ayant subi une maintenance suivant un premier mode de réalisation de l'invention suite à la détection de la défaillance d'un des éléments. L'élément défaillant a été retiré et une barrette de connexion spécifique 44 a été mise en place de manière à mettre en connexion directe les bornes respectives des deux éléments voisins de l'élément défectueux et initialement connectés directement en série avec cet élément. La barrette 44 constitue ainsi un pontage correspondant à une mise en court-circuit des bornes de l'élément défectueux. La barrette 44 de pontage de l'élément défectueux présente une longueur adaptée et habituellement plus grande en raison du fait que les deux éléments directement voisins de l'élément défectueux ne sont pas nécessairement adjacents. La figure 7 illustre la batterie des figures 4 et 5 ayant subi une maintenance suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention suite à la détection de la défaillance d'un des éléments. Ce mode de réalisation est similaire au précédent à la différence près que l'élément défaillant est laissé en place. L'élément n'est d'ailleurs pas déchargé. Les barrettes de connexion 42 reliant les bornes de cet élément avec les éléments voisins, respectivement, ont été retirées et une barrette 50 est mise en place de manière à relier directement les bornes respectives des deux éléments voisins de l'élément défectueux. La barrette 50 présente une forme particulière de manière à pouvoir assurer cette liaison du type pontage tout en ne contactant pas les bornes de l'élément défectueux resté en place. Préférentiellement cette barrette 50 présente une forme en U. Un dispositif mécanique notamment de serrage peut être mise en oeuvre afin d'assurer le maintien en place de l'élément par rapport au reste de la batterie. La figure 8 illustre la batterie des figures 4 et 5 ayant subi une maintenance suivant un troisième mode de réalisation de l'invention suite à la détection de la défaillance d'un des éléments. Ce mode de réalisation est similaire au précédent à la différence près que les barrettes de connexion 42 reliant les bornes de cet élément avec les éléments voisins, respectivement, restent en place. Tout comme dans le mode de réalisation précédent, une barrette supplémentaire 50 est mise en place afin de relier directement les bornes respectives des deux éléments voisins de l'élément défectueux. Pour ce faire, l'opération de mise en court-circuit se passe en deux étapes. Dans une première étape, l'élément défectueux est déchargé dans un dispositif consommateur d'énergie externe. Il peut s'agir par exemple d'une résistance fixe ou d'une résistance pilotée. Dans une deuxième étape, lorsque l'élément défectueux est complètement déchargé ou lorsque la tension à ses bornes est en dessous d'un seuil, l'élément est court-circuité par la barrette 50. La figure 9 illustre la batterie des figures 4 et 5 ayant subi une maintenance suivant un quatrième mode de réalisation de l'invention suite à la détection de la défaillance d'un des éléments. Dans ce cas, l'élément défectueux a été remplacé par un élément de remplacement 46 présentant une enveloppe extérieure de taille et de forme similaire et comprenant une liaison électrique directe entre ses bornes. Cette liaison directe est réalisée sous forme de cavalier 48 disposé à l'intérieur de l'élément 46. Cet élément comporte des bornes de connexion électriques similaires à celles de l'élément défectueux de manière à pouvoir être connectées aux bornes des autres éléments via les barrettes de connexion originales 42 de la batterie. An example of a battery construction consisting of a cylindrical element is illustrated in FIGS. 4 and 5. It consists of a housing 28 in which the cylindrical elements 30 are arranged. The rear parts or bottoms of the elements protrude from the housing. A perforated plate 38 is disposed at the rear of the elements so that its perforations 40 cooperate with the bottoms of the cylindrical elements. An insulating plate 34 is disposed on the front parts of the elements. This plate is provided with openings 36 for the terminals or electrical contacts 32 of the elements 30. Connection strips 42 provide the links in series between the various elements 30 constituting the battery via their terminals 32. The battery also preferably comprises means cooling (not shown) elements by forced ventilation within the housing. FIG. 6 illustrates the battery of FIGS. 4 and 5 having undergone maintenance according to a first embodiment of the invention following the detection of the failure of one of the elements. The faulty element was removed and a specific connection strip 44 was put in place so as to directly connect the respective terminals of the two neighboring elements of the defective element and initially connected directly in series with this element. The bar 44 thus constitutes a bridging corresponding to a short circuit of the terminals of the defective element. The bridging bar 44 of the defective element has a suitable length and usually greater due to the fact that the two directly adjacent elements of the defective element are not necessarily adjacent. FIG. 7 illustrates the battery of FIGS. 4 and 5 having undergone maintenance according to a second embodiment of the invention following the detection of the failure of one of the elements. This embodiment is similar to the previous except that the defective element is left in place. The item is not unloaded. The terminal strips 42 connecting the terminals of this element with the neighboring elements, respectively, have been removed and a bar 50 is put in place so as to directly connect the respective terminals of the two adjacent elements of the defective element. The bar 50 has a particular shape so as to ensure this bridging type connection while not contacting the terminals of the defective element remained in place. Preferably, this strip 50 has a U shape. A mechanical device, in particular a clamping device, can be implemented in order to ensure that the element is held in place relative to the rest of the battery. FIG. 8 illustrates the battery of FIGS. 4 and 5 having undergone maintenance according to a third embodiment of the invention following the detection of the failure of one of the elements. This embodiment is similar to the above with the difference that the connection strips 42 connecting the terminals of this element with the neighboring elements, respectively, remain in place. As in the previous embodiment, an additional bar 50 is put in place in order to directly connect the respective terminals of the two adjacent elements of the defective element. To do this, the short-circuiting operation takes place in two stages. In a first step, the defective element is discharged into an external energy consuming device. It may be for example a fixed resistor or a controlled resistor. In a second step, when the defective element is completely discharged or when the voltage at its terminals is below a threshold, the element is short-circuited by the bar 50. FIG. 9 illustrates the battery of FIGS. 5 having undergone maintenance according to a fourth embodiment of the invention following the detection of the failure of one of the elements. In this case, the defective element has been replaced by a replacement element 46 having an outer casing of similar size and shape and comprising a direct electrical connection between its terminals. This direct link is formed as a jumper 48 arranged inside the element 46. This element has electrical connection terminals similar to those of the defective element so as to be connected to the terminals of the other elements via the original connection strips 42 of the battery.

L'enveloppe de l'élément de remplacement 46 pourvu d'une mise en court-circuit interne est préférentiellement en matériau isolant afin d'éviter toute perturbation électrique avec les autres éléments et le boîtier. La mise en court-circuit des bornes de l'élément de remplacement peut également être assurée directement par la surface de l'élément supportant les bornes ou contacts électriques. En effet, l'enveloppe d'un élément est habituellement métallique et reliée électriquement à une des bornes, l'autre borne étant isolée électriquement par un isolant disposé entre la borne en question et la partie de l'enveloppe supportant la borne. La surface extérieure de l'élément susceptible de venir en contact avec les autres éléments est généralement recouverte d'un manteau isolant. Il est donc possible également de prévoir un élément de remplacement sans connexion interne comme le cavalier 48 illustré à la figure 8, préférentiellement constitué essentiellement d'une enveloppe métallique de taille et forme similaire à celle de l'élément défectueux et avec deux bornes ou contacts électriques en liaison électrique directe avec ladite enveloppe. Lorsque l'élément défectueux est court-circuité, le calculateur de gestion de la batterie BMS 14 (figure 1) doit être averti de ne plus prendre en compte la tension aux bornes de l'élément remplacé. La configuration du BMS est illustrée à la figure 10. Le BMS 14 reçoit les informations des différents capteurs Tension U des éléments, Courant 1 et température T de la Batterie. Ces signaux sont conditionnés dans le module 141 du BMS avant d'être envoyés au convertisseur Analogique / Numérique 146 du microcontrôleur 142 du BMS. Le microcontrôleur 142 contient également un block Mémoire 143 où sont stockés différents programmes et différentes données. Le microcontrôleur 142 possède également un bloc timer 144 qui donne la base de temps, un bloc CPU 145 qui effectue les programmes et un bloc de communication CAN 147 qui assure l'interface avec le superviseur 16. Lorsqu'un élément défectueux est court-circuité, la tension de sortie de cet élément devient nulle et le BMS est configuré pour intégrer cette information et la stocker en mémoire. L'invention n'est pas limitée à une batterie constituée d'éléments cylindriques comme illustrés aux figures 4 à 9. En effet, il existe d'autres types d'éléments de stockage d'énergie électrique rechargeables qui, lorsqu'ils sont agencés et connectés en série, forment une batterie d'accumulateurs. Les éléments peuvent en effet prendre la forme de prismes ou, plus précisément de parallélépipèdes rectangles avec éventuellement des bords arrondis, ou encore la forme d'élément plats comme illustrés aux figures 11 et 12. La batterie 102 est constituée d'une série d'éléments 130 disposés les uns à côté des autres et connectés entre eux par leur contacts électriques ou électrodes 132 via des clips de connexion 147. L'élément de remplacement 146 d'un élément défectueux de la batterie présente un encombrement similaire à celui de l'élément défectueux et comporte une liaison de court-circuit 148 entre les deux électrodes ou contacts électriques 132 de l'élément. Le fait de conserver l'encombrement de l'élément défectueux présente plusieurs avantages, à savoir le fait d'éviter un déplacement des autres éléments qui pourrait être sinon permis par l'espace vide correspondant à l'élément défectueux retiré, et également le fait de garder la configuration initiale des volumes internes de la batterie en vue du maintien du niveau de performance d'un éventuel refroidissement par circulation d'air forcée. Bien que l'invention n'ait été décrite qu'en relation avec un seul élément défectueux, il est important de noter qu'elle n'en reste pas moins applicable à des batteries comportant plusieurs éléments jugés défectueux. En effet, en fonction du nombre d'éléments constitutifs de la batterie, et de l'application de la batterie, il est loisible de court-circuiter plusieurs des éléments défectueux de la batterie. Ces éléments peuvent être directement adjacent électriquement ou non. Lorsque ces éléments sont simplement enlevés et non remplacés, il conviendra de sélectionner et/ou de confectionner des barrettes de connexion adéquates. The envelope of the replacement element 46 provided with an internal short-circuiting is preferably made of insulating material in order to avoid any electrical disturbance with the other elements and the housing. The short-circuiting of the terminals of the replacement element can also be provided directly by the surface of the element supporting the terminals or electrical contacts. Indeed, the envelope of an element is usually metallic and electrically connected to one of the terminals, the other terminal being electrically isolated by an insulator disposed between the terminal in question and the portion of the envelope supporting the terminal. The outer surface of the element likely to come into contact with the other elements is generally covered with an insulating jacket. It is therefore also possible to provide a replacement element without internal connection as the jumper 48 shown in Figure 8, preferably consisting essentially of a metal casing of size and shape similar to that of the defective element and with two terminals or contacts electrically in direct electrical connection with said envelope. When the faulty element is short-circuited, the management computer of the battery BMS 14 (Figure 1) must be warned to no longer take into account the voltage across the replaced element. The configuration of the BMS is illustrated in FIG. 10. The BMS 14 receives the information from the various U-voltage sensors of the elements, Current 1 and temperature T of the battery. These signals are packaged in the module 141 of the BMS before being sent to the Analog / Digital converter 146 of the microcontroller 142 of the BMS. The microcontroller 142 also contains a memory block 143 where various programs and data are stored. The microcontroller 142 also has a timer block 144 which gives the timebase, a CPU block 145 which executes the programs and a CAN communication block 147 which interfaces with the supervisor 16. When a faulty element is short-circuited , the output voltage of this element becomes zero and the BMS is configured to integrate this information and store it in memory. The invention is not limited to a battery consisting of cylindrical elements as illustrated in FIGS. 4 to 9. In fact, there are other types of rechargeable electric energy storage elements which, when arranged and connected in series, form a storage battery. The elements may indeed take the form of prisms or, more precisely parallelepipeds rectangles with possibly rounded edges, or the flat element shape as illustrated in FIGS. 11 and 12. The battery 102 is made up of a series of elements 130 arranged next to each other and connected together by their electrical contacts or electrodes 132 via connecting clips 147. The replacement element 146 of a defective element of the battery has a bulk similar to that of the defective element and has a short-circuit connection 148 between the two electrodes or electrical contacts 132 of the element. Keeping the clutter of the defective element has several advantages, namely avoiding displacement of the other elements that might otherwise be allowed by the empty space corresponding to the defective element removed, and also the fact that to keep the initial configuration of the internal volumes of the battery in order to maintain the level of performance of a possible cooling by forced air circulation. Although the invention has only been described in connection with a single defective element, it is important to note that it remains nonetheless applicable to batteries comprising several elements considered to be defective. Indeed, depending on the number of components of the battery, and the application of the battery, it is possible to short-circuit many of the defective elements of the battery. These elements can be directly adjacent electrically or not. When these elements are simply removed and not replaced, it will be necessary to select and / or to make adequate connection strips.

Claims

REVENDICATIONS1. A method of maintaining a rechargeable electric power storage battery, particularly for powering the electric motor of a power train of a motor vehicle, the battery (2; 102) comprising a plurality of elements (30; ; 130) rechargeable electrical energy storage connected in series, the method comprising the step of: (a) identifying at least one defective element; characterized by the further step of: (b) shorting the at least one electrical link formed by said at least one defective element, respectively.

2. Method according to claim 1, characterized in that step (b) comprises replacing the defective element or elements, respectively, by one or more replacement elements (46; 146) of similar size, respectively, and comprising a short circuit between their electrical contacts.

3. Method according to claim 2, characterized in that the short circuit between the electrical contacts of the replacement element or elements is a jumper.

4. Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the or the replacement elements comprise a casing of conductive material ensuring the short circuit between their electrical contacts.

5. Method according to claim 1, characterized in that step (b) comprises the removal of the defective element (s) and the direct connection 1425 of the respective electrical contacts of the elements with which the defective element (s) are directly connected in series.

6. Method according to claim 1, characterized in that step (b) comprises a discharge operation of the defective element or elements followed by the direct connection of the respective electrical contacts of the elements with which the defective element or elements are directly connected in series.

7. Method according to claim 1, characterized in that step (b) comprises the interruption of the electrical connections connecting the defective element or elements with the elements with which the defective element or elements are directly connected in series, and the setting in direct connection of the respective electrical contacts of said elements with which the defective element or elements were directly connected in series.

8. Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that the direct connection of the respective electrical contacts of the elements with which the defective element or elements are directly connected in series is ensured by the establishment of a or a plurality of terminal strips (44) of suitable length, respectively.

9. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the elements of the battery are electrochemical elements, preferably of generally cylindrical shape, parallelepiped or plate.

10. Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the battery comprises at least 5, preferably 10, more preferably still 30 elements arranged adjacently.

11. Rechargeable electric energy storage battery having undergone a maintenance operation, in particular for supplying the electric motor of a power train of a motor vehicle, the battery (2; 102) comprising a plurality of elements (30; 130) rechargeable electrical energy storage devices which are generally similar, electrically connected in series and arranged side by side, the battery being characterized in that an electrical connection formed at the location of at least one of the elements is a short -circuit.

12. Battery according to claim 11, characterized in that the side-by-side arrangement of the elements of the battery comprises at least one gap at the height of the short-circuit connection or links, said gap or gaps corresponding, each, to a element.

13. Battery according to claim 12, characterized in that the respective electrical contacts of two elements arranged directly on either side of the or gaps, respectively, are interconnected so as to form the series connection of the elements, in particular by a connection strip (44) whose length is adapted to the distance between the two elements created by the gap or gaps.

14. Battery according to claim 11, characterized in that it comprises at least one replacement element (46; 146) of similar size to the energy storage elements, the replacement element or elements forming part of the arrangement. side by side of the elements and comprising a short circuit between its or their electrical contacts, respectively.

15. Element (46; 146) of a rechargeable electric energy storage battery comprising a plurality of electrically connected storage elements in series, comprising at least two electrical contacts, characterized in that the element comprises a short-circuit circuit (48; 148) between its two electrical contacts so as to provide a direct connection when connected in series with the storage elements.

16. Element according to claim 15, characterized in that it comprises a conductor (48; 148) inside its envelope connecting its two contacts.

17. Element according to claim 15, characterized in that it comprises a conductive envelope at the location of its electrical contacts.

18. Device for managing a battery according to one of claims 11 to 14, configured to measure the voltage of the rechargeable electrical energy storage elements of the battery, and characterized in that it is configured to detect the or short circuits to the locations of the elements and to memorize the missing elements.