FR3010250A1 - Systeme de gestion electrique des blocs d'une batterie en fonction de la puissance requise de la batterie et de la charge des blocs - Google Patents

Systeme de gestion electrique des blocs d'une batterie en fonction de la puissance requise de la batterie et de la charge des blocs Download PDF

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Abstract

L'invention propose un procédé d'alimentation d'un moteur électrique (3) de véhicule automobile par un ensemble de blocs batterie (10, 11, 12, 13) connectés en série, au moins un des blocs pouvant successivement être exclu ou être inclus, au moyen d'un commutateur ou d'une paire de commutateurs (30), de l'ensemble alimentant le moteur (3). On pilote pendant le roulage du véhicule le commutateur ou la paire de commutateurs de manière à limiter la tension en sortie de la batterie pour qu'elle reste compatible avec les systèmes véhicule ou de façon à optimiser l'énergie utile de la batterie même si les blocs ont des états de charge très différents.

Description

Système de gestion électrique des blocs d'une batterie en fonction de la puissance requise de la batterie et de la charge des blocs L'invention a pour objet les véhicules à propulsion électrique, ou les véhicules à propulsion hybride comprenant à la fois un moyen de propulsion électrique et un autre moyen de propulsion, par exemple par moteur thermique. L'invention concerne plus particulièrement la gestion de la source d'énergie électrique embarquée sur le véhicule. L'énergie électrique du véhicule est classiquement stockée dans une batterie d'accumulateur électrochimique comprenant un certain nombre de cellules électrochimiques connectées entre elles en série et/ou en parallèle.
On peut généralement définir la batterie comme un ensemble de blocs électriques connectés entre eux en série. Tous les blocs sont traversés par la même intensité de courant. Afin d'éviter un vieillissement prématuré ou une dégradation de la batterie, il faut veiller en permanence à ce qu'aucune des cellules d'aucun des blocs ne descende en deçà d'un état de charge critique ou ne dépasse un état de charge critique. A cet effet d'ailleurs, lors du rechargement de la batterie, des systèmes existent, qui sont conçus pour décharger partiellement les cellules qui seraient sensiblement plus chargées que d'autres. Ces systèmes assurent un état de charge quasi-équivalent de toutes les cellules à la fin d'une recharge de la batterie. La demande de brevet CN 10 11 573 42 décrit un véhicule à propulsion électrique, pouvant accepter un système modulaire de blocs de batterie électrique. Un utilisateur peut ainsi se contenter dans un premier temps, ou pour certains trajets, d'un groupe minimal de blocs électriques. Il peut acquérir par la suite des blocs ou modules complémentaires, afin d'améliorer l'autonomie et/ou la puissance du véhicule. Le véhicule comporte plusieurs moteurs électriques, chacun d'eux pouvant être associé à un bloc de batterie. Les moteurs électriques peuvent être alternativement couplés/découplés des roues motrices du véhicule, par exemple au moyen d'un embrayage électromagnétique. Il est ainsi possible d'augmenter la puissance motrice du véhicule en actionnant simultanément les deux moteurs, ou d'augmenter l'autonomie du véhicule en actionnant tour à tour chacun des moteurs tant que les blocs de batterie associés à ce moteur sont suffisamment chargés. Les principaux inconvénients de cette solution sont le coût élevé dû en particulier à la multiplication des moteurs et de leurs convertisseurs électroniques, l'encombrement important et les pertes par effet joule dans un réseau de câblage trop étendu. L'invention a pour objet de proposer un système de gestion de la batterie qui permette d'utiliser un nombre variable de blocs de batterie alimentant un même moteur électrique, qui peut alors être le seul moteur du véhicule. L'invention a également pour but de permettre d'utiliser des blocs de batterie ayant des niveaux de charge différents. L'invention permet en outre d'augmenter le nombre de blocs de batterie utilisables sans endommager le réseau électrique du véhicule, augmentant ainsi l'autonomie totale du véhicule. A cette fin, l'invention propose un système d'alimentation pour machine électrique, comprenant une batterie de blocs d'accumulateurs électriques assemblés dans une connexion en série. La batterie comprend au moins une paire de commutateurs connectés à un des blocs, un premier commutateur étant connecté en série avec le bloc et un second commutateur étant connecté en parallèle avec l'ensemble `bloc + premier commutateur'. Les commutateurs de ladite paire sont commandés en opposition, de manière que le premier commutateur soit fermé quand le second commutateur est ouvert, incluant ainsi le bloc dans la connexion série, et de manière que le second commutateur soit fermé quand le premier commutateur est ouvert, excluant ainsi le bloc de la connexion série. Le système comprend une unité de gestion qui est apte à déterminer un état de charge de chaque bloc. L'unité de gestion est configurée pour exclure par moments de la connexion série ou réinclure dans la connexion série, un ou plusieurs blocs munis de commutateurs, en fonction d'une consigne de puissance à délivrer par la batterie et de l'état de charge de chaque bloc. La batterie comprend par exemple un groupe de plusieurs blocs déconnectables équipés de paires de commutateurs, et l'unité de gestion est configurée pour exclure par moments de la connexion série, un ou plusieurs bloc si l'état de charge de ces blocs passe en dessous d'un seuil de charge. De manière préférentielle, le seuil de charge est le même pour plusieurs blocs, voire le même pour tous les blocs.
Avantageusement, le seuil de charge utilisé pour chaque bloc est constant au cours du roulage du véhicule. Chaque bloc peut comporter une ou plusieurs cellules de stockage d'électricité connectées en série et/ou en parallèle au sein du bloc. Le seuil de charge peut être évalué à partir d'une tension à vide du bloc, ou peut être calculé à partir d'un historique de l'intensité de courant traversant le bloc et de la tension aux bornes du bloc. Selon un mode de réalisation préféré, la batterie comprend un groupe de plusieurs blocs déconnectables équipés de paires de commutateurs. L'unité de gestion peut être configurée, quand elle délivre une puissance électrique motrice à une machine électrique, pour exclure de la connexion en priorité les blocs de moindre état de charge. L'unité de gestion peut également être configurée pour, quand la machine fonctionne en générateur, exclure de la connexion les blocs d'état de charge le plus élevé.
Selon un mode de réalisation préférentiel, l'unité de gestion reçoit une consigne de puissance électrique variable à délivrer par la batterie à une machine électrique, et est configurée pour exclure par moments de la connexion série ou réinclure dans la connexion série, un ou plusieurs blocs munis de commutateurs, en fonction de la consigne de puissance variable et de l'état de charge de chaque bloc. Selon une autre variante de réalisation, l'unité de gestion est configurée pour exclure par moments de la connexion série ou réinclure dans la connexion série, un ou plusieurs blocs munis de commutateurs, en fonction d'une consigne de puissance (P) constante et de l'état de charge de chaque bloc. Avantageusement, l'unité de gestion est configurée pour adapter le nombre de blocs inclus dans la connexion de manière à atteindre une tension objectif qui est fonction de la puissance à délivrer. La tension objectif peut par exemple être lue dans une cartographie en fonction de la puissance du moteur ou des valeurs combinées du couple et du régime moteur. Selon un mode de réalisation qui peut se combiner au précédent, l'unité de gestion est configurée pour limiter le nombre de blocs inclus dans la connexion de manière à ne pas dépasser une tension seuil. La somme des tensions disponibles sur l'ensemble des blocs appartenant à la batterie peut ainsi être supérieure à la tension admissible sur le réseau électrique alimentant la machine électrique.
Dans ce mode de réalisation, l'unité de gestion peut en outre être configurée pour, quand la tension totale des blocs disponibles est supérieure à la tension requise par la machine électrique, effectuer une rotation sur les blocs équipés de paires de commutateurs, pour les exclure tour à tour de la connexion. La tension requise par la machine électrique peut être une constante, ou peut être estimée en fonction d'une consigne de puissance demandée à la machine électrique. Le système d'alimentation selon l'invention peut servir à alimenter un moteur électrique de véhicule électrique ou hybride. Dans ce véhicule, un ou plusieurs blocs de la batterie sont configurés pour pouvoir être extraits du véhicule lors d'un arrêt de ravitaillement et remplacés par un autre bloc ou groupe de blocs. Les blocs extractibles peuvent être munis ou non de commutateurs. Par arrêt de ravitaillement on entend un arrêt de durée modérée -par exemple moins d'une heure- au cours duquel on échange une partie des blocs de la batterie pour leur substituer des blocs mieux chargés, sans démonter le véhicule. Selon une variante de réalisation, une partie seulement des blocs est configurée pour être extraite rapidement du véhicule lors d'un arrêt de ravitaillement. Les blocs non configurés pour être extraits rapidement sont munis de paires de commutateurs. Les autres blocs peuvent être munis, ou ne pas être munis, de commutateurs. Selon une variante de réalisation, la tension totale de la batterie est imposée par un assemblage en série de blocs munis chacun d'une paire de commutateurs. Autrement dit, chaque cellule de la batterie appartient à un bloc qui peut être exclu du circuit d'alimentation du moteur tout en laissant connecté au moteur au moins un autre bloc de la connexion série de la batterie. Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé d'alimentation d'un moteur électrique de véhicule automobile par un ensemble de blocs batterie connectés en série, au moins un des blocs pouvant successivement être exclu ou être inclus, au moyen d'un commutateur ou d'une paire de commutateurs, de l'ensemble alimentant le moteur. On pilote pendant le roulage du véhicule le commutateur ou la paire de commutateurs de manière à adapter les caractéristiques de la batterie en fonction de la puissance que le conducteur du véhicule sollicite du moteur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente un véhicule à propulsion électrique équipé d'un système d'alimentation en énergie selon l'invention, la figure 2 est une représentation simplifiée d'un système d'alimentation électrique selon l'invention, les figures 3 et 4 sont des représentations de deux configurations différentes dans lesquelles peut se trouver un même système d'alimentation électrique selon l'invention, la figure 5 est un algorithme simplifié de fonctionnement d'un système d' alimentation électrique selon l'invention, et la figure 6 est un algorithme simplifié d'un autre mode de fonctionnement possible pour un système d'alimentation selon l'invention. Tel qu'illustré sur la figure 1, un véhicule 2 comprend un moteur électrique 3 alimenté en énergie par un système d'alimentation électrique 1, que l'on peut également désigner par ensemble de batterie 1. Le système d'alimentation électrique 1 comprend notamment trois sous-groupes 4, 5 et 6 d'accumulateurs électriques. Le premier sous-groupe d'accumulateurs 4 est placé par exemple sous le capot du véhicule de manière à être relativement accessible pour un échange rapide du sous-groupe ou d'une partie du sous-groupe. Pour un autre exemple de configuration, il pourrait aussi être placé sous le plancher du véhicule de façon à être facilement `quick-dropable'. Les deux autres sous-groupes 5 et 6 sont placés à des endroits moins accessibles du véhicule, par exemple sous les sièges 7 du véhicule. Les sous groupes 4, 5 et 6 sont connectés en série les uns par rapport aux autres de manière à alimenter un moteur électrique 3 du véhicule 2. Chacun des sous-groupes est constitué de blocs unitaires B connectés en série les uns par rapport aux autres de manière à former le sous- groupe 4, le sous-groupe 5 ou le sous-groupe 6. La figure 2 illustre de manière schématique le principe de fonctionnement du système 1 d'alimentation électrique. Des blocs de batterie 10, 11, 12, 13 sont disposés sur un réseau électrique 18 de manière à pouvoir être connectés en série, et alimenter ainsi le moteur électrique 3. A chaque bloc 10, 11, 12, 13 sont associés un commutateur, respectivement 30, 31, 32, 33, et une connexion de contournement, respectivement 40, 41, 42, 43. Le commutateur 30, 31, 32, 33 peut être dans une première configuration, où le bloc associé, respectivement 10, 11, 12, 13, est connecté en série avec le moteur 3.
Un commutateur peut également se trouver dans une seconde configuration, comme les blocs 10 et 11 sur la figure 2. Sur la figure 2, ces deux blocs sont dans une configuration où ils sont exclus de la connexion en série alimentant le moteur 3. Le courant délivré par les autres blocs passe alors par les connexions de contournement associées à chacun des blocs 10 et 11. Les commutateurs ont été représentés schématiquement comme des commutateurs mécaniques. De manière avantageuse, on pourrait remplacer ces commutateurs mécaniques par des commutateurs électroniques. Chaque bloc 10, 11, 12, 13 est équipé d'un système de mesure de tension, respectivement 20, 21, 22, 23 qui mesure la tension, respectivement V1, V2, V3, V4, aux bornes du bloc. Chaque système de mesure de tension est relié à une unité de gestion électronique 7 à laquelle sont envoyées les tensions V1, V2, V3, V4. L'unité de gestion électronique 7 contrôle les commutateurs 30, 31, 32, 33. Elle envoie à ces commutateurs des signaux, respectivement IO', 102, 103, 104, par exemple booléens, indiquant si le commutateur doit se trouver dans la première ou dans la seconde configuration. Le circuit électrique 18 est équipé d'un capteur de courant 9, également relié à l'unité de gestion électronique 7, à laquelle le capteur de courant 9 envoie une valeur instantanée I de courant traversant le circuit 18. L'unité de gestion électronique 7 reçoit une consigne P de puissance à destination du moteur électrique 3 pour répondre à une commande du conducteur du véhicule. La commande du conducteur peut par exemple être émise au moyen d'une pédale d'accélération 14.
L'unité de gestion électronique 7 comprend une unité de calcul 15 configurée pour calculer, à partir de l'historique du courant délivré par le capteur de courant 9, et de l'historique de chaque tension délivrée par les systèmes de mesure de tension 20, 21, 22, 23, un état de charge de la batterie « SOCS » ou « State Of Charge » de chaque bloc 10, 11, 12, 13 de l'ensemble 1 de batterie. Les méthodes de calcul de l'état de charge d'un bloc de batterie sont connues. Une de ces méthodes est par exemple décrite dans la demande de brevet FR 2 971 855. L'unité de gestion électronique 7 comprend un sélectionneur 16 qui, en fonction des états de charge des différents blocs 10, 11, 12, 13, et de la puissance totale P demandée par le conducteur, élabore les messages booléens IO', 102, 103, 104 à destination des commutateurs 30, 31, 32, 33. La figure 3 est une représentation simplifiée d'un système d'alimentation 1 selon l'invention. On retrouve sur la figure 3 des éléments communs aux figures précédentes, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références. Le système d'alimentation de la figure 3 comprend, bien qu'ils ne soient pas représentés sur la figure, une unité de gestion électronique 7 équivalente à celle de la figure 2, également reliée aux différents commutateurs des différents blocs, à un système de mesure de tension dédié à chaque bloc, et à un capteur de courant mesurant l'intensité de courant traversant le moteur 3. La figure 3 fait essentiellement apparaître un système d'alimentation 1 ou ensemble de batterie 1 constitué de douze blocs de batterie connectés en série et désignés par les repères B1 à B12. Les blocs B1 à B4 correspondent à un premier groupe 4 de blocs électriques, groupe qui est configuré pour être facilement échangeable par extraction du véhicule et remplacement par un autre groupe de blocs, de préférence de même taille. Ils peuvent être extraits sans immobiliser le véhicule de manière prolongée, par exemple être extraits et remplacés en moins d'une demi heure, en ouvrant des couvertures dédiées du véhicule, et sans extraire d'organes du véhicule non destinés à être échangés avec les blocs, ou en extrayant au plus un ou deux tels organes.
Les blocs repérés B5 à B12 sont des blocs non configurés pour un échange rapide de blocs de batterie. Ils peuvent par exemple correspondre au second et au troisième groupes 5 et 6 de la figure 1. Chacun des blocs B1 à B12 est muni d'un commutateur 25 tel que décrit sur la figure 1, ainsi que d'une connexion 26 de contournement associée. On peut envisager des variantes de réalisation dans lesquelles les commutateurs 25 des blocs B1 à B4 restent à bord du véhicule lors de l'échange des blocs de batterie associés. On peut également envisager des variantes de réalisation dans lesquelles les commutateurs 25, et/ou les connexions de contournement 26 sont intégrés à chaque bloc échangeable ou non, comme représenté sur la figure 3. Sur la figure 3, chacun des blocs B1 à B12 comprend un groupe de cellules électrochimiques 24 qui peut être inclus ou exclu de la connexion série alimentant le moteur 3 au moyen d'un commutateur 25. Bien que la connexion de contournement puisse faire partie du bloc, par abus de langage, en décrivant les figures 1 à 6, nous disons qu'un bloc est exclu de la connexion série si son commutateur 25 est dans une position telle que le courant traversant le bloc passe par la connexion de contournement 26 associée au bloc, au lieu de traverser la/les cellule(s) électrochimiques 24 appartenant au bloc. Sur la figure 3, les commutateurs 25 des blocs B1 à B4 sont positionnés de manière à ce que les blocs B1 à B4 alimentent le moteur 3. En revanche, les commutateurs associés aux blocs B5 à B8 et B9 à B12 sont positionnés de manière à exclure les blocs B5 à B8 et B9 à B12 de la connexion série alimentant le moteur 3. Cette configuration peut par exemple être imposée par un sélectionneur 16 équivalent à celui de la figure 2, lorsque les blocs du premier groupe 4 sont plus chargés que les blocs des seconds groupes 5 et 6, et qu'en outre la tension aux bornes du groupe de blocs B1 à B4, permet d'assurer une puissance suffisante du moteur 3-par rapport à une consigne émanant de la pédale 14 de la figure 2. Par exemple le véhicule 2, après une charge au maximum autorisé de tous les blocs de batterie B1 à B12, a roulé de manière à décharger partiellement tous les blocs de batterie B1 à B12. Puis, suite à un arrêt de ravitaillement, les blocs B1 à B4 ont été échangés contre d'autres blocs de batterie à niveau de charge maximal, ou du moins à niveau de charge plus élevé que les blocs extraits du véhicule.
Dans la configuration de la figure 3, tant que le moteur 3 est sollicité à un faible niveau de puissance P, le sélectionneur 16 inclut les blocs B1 à B4 dans la connexion série alimentant le moteur 3. Simultanément, le sélectionneur 16 exclut les blocs B5 à B12 de la connexion série.
Si la puissance requise au niveau du moteur 3 augmente, le sélectionneur 16 peut faire basculer certains des connecteurs 25 des blocs en réserve B5 à B12, de manière à inclure tout ou partie de ces blocs dans la connexion série.
Ce dernier cas de figure est illustré sur la figure 4. La figure 4 reprend des éléments de la figure 3, repérés par les mêmes références. Ainsi, sur la figure 4, des blocs B1 à B4 continuent d'être inclus dans la connexion série. Les blocs B5, B6, B7, ainsi que les blocs B9, B10, B11 sont également, au moins temporairement, inclus dans la connexion série. Les blocs B8 et B12 restent sur la figure 4 exclus de la connexion série. Ces blocs B8 et B12 peuvent être par la suite sollicités si la puissance demandée au moteur 3 augmente. A l'inverse, lorsque la puissance demandée au moteur 3 diminue, le sélectionneur 16 peut à nouveau actionner une partie des commutateurs 25, de manière à exclure certains des blocs B5, B6, B7, ou B9, B10, B11 de la connexion série. De manière préférentielle, on exclura en premier des blocs dont l'état de charge est le plus faible. De cette façon, on atteint le plus tard possible un seuil critique d'état de charge des blocs les moins chargés, qui conduit à exclure ces blocs de la connexion série même lorsque de fortes puissances sont demandées au moteur 3. Pour sélectionner les blocs à inclure ou à exclure de la connexion série, le sélectionneur 16 peut effectuer une surveillance soit sur les tensions aux bornes de chaque bloc, soit, de préférence à la fois sur les tensions aux bornes de chaque bloc et sur l'état de charge calculé de manière intégrale par l'unité de calcul 15 pour chaque bloc. Dans une variante simplifiée de l'invention, l'estimation de l'état de charge d'un bloc temporairement exclu de la connexion série, peut se faire au moyen de la tension à vide mesurée par le système de mesure de tension associé à ce bloc. La figure 5 illustre un exemple d'algorithme de fonctionnement du sélectionneur 16 dans un système d'alimentation 1 selon l'invention. Dans l'exemple illustré sur la figure 5, on considère que l'on a "n" blocs non utilisés dans la connexion série, plus un nombre, ici non précisé, de blocs alimentant déjà le moteur 3. Le nombre "n" comme le nombre complémentaire de blocs déjà connectés évoluent par la suite au cours de l'algorithme, notamment aux étapes 55 et 58. A une étape 50, le sélectionneur 16 lit les tensions à vide V1, V2, Vn délivrées par les voltmètres ou systèmes de mesure de tension des n blocs en réserve, c'est-à-dire des n blocs montés sur le véhicule 2 mais temporairement exclus, du fait de la position de leurs connecteurs respectifs, de la connexion série. A une étape 51, le sélectionneur 16 classe ces tensions par exemple par ordre décroissant puis, à une étape 53, il lit dans la cartographie 17 une tension optimale Vopt, en fonction de la puissance P délivrée par la pédale 14. A une étape 54, le sélectionneur 16 vérifie si la tension totale actuellement disponible aux bornes de la batterie est supérieure ou égale à la tension optimale requise. Si tel n'est pas le cas, à une étape 55 le sélectionneur 16 connecte un bloc supplémentaire en commençant par celui dont la tension à vide est la plus élevée. Si la tension déjà disponible aux bornes de la batterie est suffisante, alors à une étape 57 le sélectionneur 16 évalue la valeur minimale "min (SOCJ)bloc connectés " correspondant au plus faible état de charge parmi les blocs actuellement connectés dans la connexion série, et évalue également le plus fort état de charge "max (SOCI)bloc en réserve" correspondant au meilleur état de charge parmi les blocs actuellement en réserve.
Si l'état de charge minimal des blocs actuellement connectés reste supérieur au plus fort état de charge des blocs en réserve, alors le sélectionneur 16 réitère l'étape 50. Si, à l'étape 57, le sélectionneur 16 constate qu'un des blocs en réserve présente un état de charge supérieur à l'état de charge d'un des blocs actuellement en fonctionnement, alors, à une étape 58, le sélectionneur 16 fait basculer les commutateurs de ces deux blocs. Le sélectionneur 16 réitère alors l'étape 50. En suivant ce processus, on s'assure à la fois d'avoir toujours une tension suffisante aux bornes du moteur 3, et on s'assure de retarder au maximum l'échéance où un des blocs présentera un état de charge au-delà duquel il ne pourra plus être sollicité sous peine de dégradation. La figure 6 illustre une variante d'algorithme possible pour le fonctionnement du sélectionneur 16. On retrouve sur la figure 6 certaines étapes communes à la figure, 5, les mêmes étapes étant désignées par les mêmes références. Dans cette variante de réalisation, le sélectionneur 16 classe (étape 52) tous les blocs du système d'alimentation -ici au nombre de douze-, par ordre d'état de charge croissant ou par ordre décroissant (par ordre décroissant dans l'exemple illustré en figure 6). Ensuite, à une étape 53, il lit dans la cartographie 17 une tension optimale Vopt, en fonction de la puissance P délivrée par la pédale 14. A une étape 54, le sélectionneur 16 vérifie si la tension totale actuellement disponible aux bornes de la batterie est supérieure ou égale à la tension optimale requise. Lorsque, à l'étape 54, le sélectionneur 16 constate que la tension aux bornes du moteur 3 est insuffisante, alors, à une étape 56, il connecte le bloc en réserve dont le classement dans l'étape 52 lui indique qu'il a l'état de charge le plus élevé parmi les blocs en réserve.
Il retourne alors à l'étape 54. La surveillance de l'étape 57 concernant l'état de charge des blocs connectés par rapport à l'état de charge des blocs non connectés reste la même que sur l'algorithme de la figure 5. On pourrait également inclure dans ces algorithmes une étape de surveillance où, avant de connecter un bloc supplémentaire, on vérifierait que la tension totale aux bornes du moteur 3 ne va pas dépasser, après connexion de ce bloc, une tension maximale autorisée par les conducteurs et les composants du circuit 18. En ajoutant une telle étape, on peut se permettre d'avoir un nombre de blocs disponibles sur le véhicule plus élevé que le nombre de blocs que l'on peut connecter dans leur état de charge maximal sans dommage pour le circuit 18. Afin d'éviter un cyclage excessif de certains blocs par rapport à d'autres blocs, il est également possible de remplacer les étapes de permutation 57 et 58 par une permutation périodique. La permutation périodique peut exclure régulièrement un certain nombre de blocs de la connexion série, en veillant que tous les blocs soient exclus tour à tour, soit individuellement soit par groupes -par exemple, par groupes de deux ou trois blocs-. Une permutation des blocs connectés soit suivant les étapes 57, 58 des figures 5 et 6, soit par permutation, peut être effectuée même si aucun des blocs n'est configuré pour être extrait du véhicule lors des étapes de ravitaillement.
L'utilisation du réseau de commutateurs et connexions de contournement pour permuter les blocs en fonctionnement et exclure certains blocs de manière périodique, permet alors d'éviter un vieillissement prématuré de certains blocs, permet d'avoir une batterie à nombre de blocs plus élevé, et donc assure une meilleure autonomie au véhicule. Au fur et à mesure du déchargement de tous les blocs, le nombre de blocs exclus de la connexion série peut être réduit. On compense dans un premier temps la baisse du niveau de charge des blocs actifs par l'augmentation du nombre de blocs actifs.
Dans cette configuration à nombre élevé de blocs, on peut, selon un premier mode de réalisation, maintenir la tension aux bornes du moteur à la valeur maximale permise par le circuit tant que l'état de charge de tous les blocs le permet. On peut également, selon un autre mode de réalisation, effectuer une gestion du nombre de blocs connectés en fonction de la puissance demandée au véhicule, comme illustré par exemple aux étapes 53, 54 et 55 ou 53, 54 et 56 des figures 5 ou 6. On augmente alors l'autonomie du véhicule, à la fois par le nombre accru de blocs disponibles et par l'utilisation sélective des blocs les plus chargés.
On peut enfin, dans un autre mode de réalisation, décharger de préférence les blocs qui sont facilement rechargeables, par exemple ceux qui sont `quick-dropables'. L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits et peut se décliner en de nombreuses variantes.
On peut remplacer chacun des commutateurs à deux positions 25 30, 31, 32, 33 par deux commutateurs, l'un monté en série avec le bloc correspondant, l'autre monté sur la connexion de contournement associée au bloc, c'est-à-dire en parallèle au bloc. Les deux commutateurs sont alors commandés en opposition de manière que le premier commutateur est fermé quand le second commutateur est ouvert, incluant ainsi le bloc dans la connexion série, et de manière que le second commutateur est fermé quand le premier commutateur est ouvert, excluant ainsi le bloc de la connexion série. La configuration avec un commutateur à deux positions et la configuration avec deux commutateurs fonctionnant en opposition sont équivalentes. L'état de charge délivré au niveau de l'unité 15 de calcul d'état de charge peut être calculé de nombreuses manières, faisant généralement intervenir une intensité de courant traversant la connexion série, la tension aux bornes du bloc concerné, et une capacité du bloc qui elle-même peut être estimée de diverses manières connues dans la littérature. Les blocs peuvent présenter sensiblement la même capacité et la même tension à vide s'ils sont tous construits avec la même technologie. On peut cependant envisager d'utiliser dans la connexion série alimentant le moteur des blocs utilisant des nombres de cellules chimiques différentes, voire des cellules de nature chimique différente, auquel cas les capacités et les tensions à vide peuvent différer d'un bloc à l'autre. Les capacités et les tensions à vide peuvent également varier de manière sensible d'un bloc à l'autre si on utilise des blocs présentant des états de vieillissement chimique (du fait du nombre de cycles de charge et de décharge subis) différents. L'invention rend en effet possible l'utilisation de blocs d'état de charge différents tout en optimisant l'exploitation de l'énergie électrique disponible dans chaque bloc. Tous les blocs du système d'alimentation peuvent être équipés de commutateurs. On peut également envisager un système d'alimentation comprenant un bloc fixe ou un groupe de blocs fixes qui restent en permanence connectés au moteur, et un second sous groupe de blocs munis de commutateurs. On pourrait également ne pas faire intervenir d'intensité de courant pour estimer l'état de charge des blocs, et évaluer cet état de charge à partir de la tension à vide de chaque bloc, en effectuant une rotation périodique des blocs en activité afin de disposer en permanence d'une estimation récente de tension à vide pour chaque bloc. On peut effectuer des permutations sur les connexions de blocs sans adapter la tension totale des blocs à une consigne de puissance du moteur. On maintient cependant cette tension totale au dessus d'une valeur minimale constante, et au besoin, en deçà d'une valeur maximale elle aussi constante. La connexion préférentielle de certains blocs peut également être utilisée pendant des phases de freinage récupératif du véhicule. Pendant ces phases de freinage, l'énergie cinétique du véhicule est convertie par le moteur électrique 3 en énergie électrique qui est renvoyée vers le système d'alimentation 1 pour être stockée. On peut par exemple utiliser les commutateurs pour envoyer l'énergie électrique du freinage vers un nombre réduit de blocs dont l'état de charge est le plus faible, et de préférence vers des blocs du système non échangeables rapidement. Le système d'alimentation électrique selon l'invention permet à la fois d'augmenter l'autonomie du véhicule équipé d'un tel système et d'augmenter la durée de vie des différents blocs échangeables ou non composant la réserve d'énergie de ce système.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Système d'alimentation (1) pour machine électrique, comprenant une batterie de blocs (10, 11, 12, 13, BOI, 1302...B12) d'accumulateurs électriques assemblés dans une connexion en série, la batterie comprenant au moins un commutateur (30) à deux positions de connexion permettant de court circuiter un des blocs, ou comportant une paire équivalente de commutateurs connectés audit bloc (10), un premier commutateur étant connecté en série avec le bloc et un second commutateur étant connecté en parallèle avec le bloc, les commutateurs de ladite paire étant commandés en opposition de manière que le premier commutateur soit fermé quand le second commutateur est ouvert, incluant ainsi le bloc (10) dans la connexion série, et de manière que le second commutateur soit fermé quand le premier commutateur est ouvert, excluant ainsi le bloc (10) de la connexion série, le système comprenant une unité de gestion (7) qui est apte à déterminer un état de charge (SOC,) de chaque bloc, caractérisé en ce que l'unité de gestion (7) est configurée pour exclure par moments de la connexion série ou réinclure dans la connexion série, un ou plusieurs bloc (10, 11) munis de commutateurs, en fonction d'une consigne de puissance (P) à délivrer par la batterie et de l'état de charge de chaque bloc.
  2. 2, Système selon la revendication 1, dans lequel la batterie comprend un groupe de plusieurs blocs (10, 11, 12, 13) déconnectables équipés de paires de commutateurs, et dans lequel l'unité de gestion (7) est configurée pour exclure par moments de la connexion série, un ou plusieurs blocs (10, 11) si l'état de charge (SOC,) de ces blocs passe en dessous d'un seuil de charge.
  3. 3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de gestion (7) reçoit une consigne (P) de puissance électrique variable à délivrer par la batterie à une machine électrique (3), et est configurée pour exclure par moments de la connexion série ou réinclure dans la connexion série, un ouplusieurs blocs (10, 1 ) munis de commutateurs, en fonction de la consigne de puissance (P) variable et de l'état de charge de chaque bloc.
  4. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de gestion (7) est configurée pour adapter le nombre de blocs inclus dans la connexion de manière à atteindre une tension objectif (Vopti) qui est fonction de la puissance à délivrer (P).
  5. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de gestion (7) est configurée pour limiter le nombre de blocs inclus dans la connexion de manière à ne pas dépasser une tension seuil.
  6. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel l'unité de gestion (7) est configurée, quand la tension totale des blocs disponibles et fonctionnant au dessus de leurs seuils de charge respectifs, est supérieure à la tension requise par la machine électrique (3), pour effectuer une rotation sur les blocs (10, 11, 12, 13) équipés de paires de commutateurs (30, 31, 32, 33) à exclure tour à tour de la connexion.
  7. 7. Système d'alimentation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, servant à alimenter un moteur électrique (3) de véhicule (2) électrique ou hybride, dans lequel un ou plusieurs blocs (B1, B2, B3, B4) de la batterie sont configurés pour pouvoir être extraits du véhicule (2) lors d'un arrêt de ravitaillement et remplacés par un autre bloc ou groupe de blocs.
  8. 8. Système d'alimentation selon la revendication 7, dont une partie seulement des blocs (B1, B2, B3, B4) est configurée pour être extraite rapidement du véhicule (2) lors d'un arrêt de ravitaillement, au moins les blocs (B5, B6, B7, B8, 89, B10, B11, B12) non configurés pour être extraits rapidement étant munis de paires de commutateurs (25).
  9. 9. Système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la tension totale de la batterie est imposée par un assemblage en série de blocs (B1, 82, B3, 84, B5,B6, B7, B8, B9, B10, B11, B12) munis chacun d'une paire de commutateurs (25).
  10. 10. Procédé d'alimentation d'un moteur électrique (3) de véhicule automobile (2) par un ensemble de blocs batterie (10, 11, 12, 13) connectés en série, au moins un des blocs pouvant successivement être exclu ou être inclus, au moyen d'un commutateur ou d'une paire de commutateurs (30), de l'ensemble alimentant le moteur (3), caractérisé en ce que l'on pilote pendant le roulage du véhicule (2) le commutateur ou la paire de commutateurs de manière à adapter les caractéristiques de la batterie en fonction de la puissance que le conducteur du véhicule sollicite du moteur.
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