FR3037408A1 - Circuit de mesure de la composante alternative de la tension d'un element de stockage d'energie - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un circuit d'acquisition de la composante alternative de la tension aux bornes d'un élément (201) de stockage d'énergie électrique, comportant : un premier circuit analogique (203) de filtrage passe-bas destiné à être connecté aux bornes de l'élément (201) ; et un premier circuit analogique (205) de soustraction destiné à être connecté d'une part aux bornes de l'élément (201) et connecté d'autre part à une borne de sortie du circuit (203) de filtrage passe-bas, le premier circuit (205) de soustraction étant adapté à fournir, sur une borne de sortie, une tension représentative de la différence entre la tension aux bornes de l'élément (201) et la tension de sortie du circuit (203) de filtrage passe-bas.

Description

B14155 - DD16132ST 1 CIRCUIT DE MESURE DE LA COMPOSANTE ALTERNATIVE DE LA TENSION D'UN ÉLÉMENT DE STOCKAGE D'ÉNERGIE Domaine La présente demande concerne le domaine des dispositifs de stockage d'énergie électrique tels que des batteries électriques, et vise plus particulièrement un circuit de mesure de la composante alternative de la tension d'un élément de stockage d'énergie électrique. Exposé de l'art antérieur Une batterie est un groupement de plusieurs cellules élémentaires rechargeables (piles, accumulateurs, etc.) reliées 10 en série et/ou en parallèle entre deux noeuds ou bornes de fourniture de tension. Dans certaines applications, on souhaite connaitre l'impédance d'un élément de stockage d'énergie de la batterie tel qu'une cellule élémentaire de la batterie, un module de plusieurs 15 cellules élémentaires reliées en série et/ou en parallèle entre deux noeuds de la batterie, ou la batterie elle-même. La connaissance de l'impédance de l'élément à certaines fréquences peut notamment permettre de déterminer des informations relatives à l'état de l'élément telles que son état de charge, aussi appelé 20 SOC (de l'anglais "State of Charge"), son état de santé, aussi appelé SOH (de l'anglais "State of Health"), son état d'énergie, 3037408 B14155 - DD16132ST 2 aussi appelé SOE (de l'anglais "State of Energy"), une dégradation (augmentation) de sa résistance interne, une dégradation (diminution) de sa capacité, etc. A titre d'exemple, la connaissance de l'impédance d'un élément de stockage d'énergie 5 d'une batterie en technologie lithium-ion dans une bande de fréquence basse, typiquement inférieure à 5 Hz, peut permettre de déterminer le SOC de l'élément, et la connaissance de l'impédance de l'élément dans une bande de fréquence plus élevée, typiquement entre 10 et 100 Hz, peut permettre de déterminer le SOH de l'élément. Plus généralement, selon le cas, on peut vouloir mesurer l'impédance d'un élément de stockage d'énergie d'une batterie à une ou plusieurs fréquences comprises dans une plage allant de quelques dizaines de millihertz (mHz) à une dizaine de kilohertz (kHz).

Pour mesurer l'impédance d'un élément de stockage d'énergie d'une batterie à une fréquence f, on peut prévoir de soumettre l'élément à une variation de courant sinusoïdale de fréquence f. La variation de tension aux bornes de l'élément en réponse à la variation de courant est alors mesurée, et l'impédance de l'élément à la fréquence f est déterminée à partir de la variation de tension mesurée. Pour mesurer l'impédance de l'élément à plusieurs fréquences, l'opération peut être répétée aux diverses fréquences d'intérêt. Alternativement, pour mesurer l'impédance d'un élément de stockage d'énergie d'une batterie simultanément à plusieurs fréquences, une autre solution est de soumettre l'élément à une variation de courant large bande, c'est-à-dire une variation dont le spectre en fréquence contient une pluralité de fréquences d'intérêt. La variation de tension aux bornes de l'élément en réponse à la variation de courant large bande est alors mesurée et analysée pour déterminer l'impédance de l'élément aux diverses fréquences du signal d'excitation en courant. Des exemples de dispositifs et procédés de mesure de l'impédance d'un élément de stockage d'énergie d'une batterie sont 35 notamment décrits dans les demandes de brevet français N'FR1353656 3037408 B14155 - DD16132ST 3 et N'FR1450508, déposées par la demanderesse respectivement le 24 avril 2013 et le 22 janvier 2014. Une difficulté qui se présente dans les dispositifs de mesure d'impédance existants réside dans la mesure de la variation 5 de tension aux bornes de l'élément, résultant de la variation de courant appliquée à l'élément. En effet, cette variation est généralement de faible amplitude devant la tension moyenne de l'élément de stockage. La mesure est tout particulièrement délicate dans le cas de variations basses fréquences.

10 Il serait souhaitable de pouvoir disposer d'un circuit d'acquisition de la composante alternative de la tension d'un élément de stockage d'énergie électrique, ce circuit palliant au moins en partie certains inconvénients des circuits existants. Résumé 15 Ainsi, un mode de réalisation prévoit un circuit d'acquisition de la composante alternative de la tension aux bornes d'un élément de stockage d'énergie électrique, comportant : un premier circuit analogique de filtrage passe-bas destiné à être connecté aux bornes de l'élément ; et un premier circuit 20 analogique de soustraction destiné à être connecté d'une part aux bornes de l'élément et connecté d'autre part à une borne de sortie du circuit de filtrage passe-bas, le premier circuit de soustraction étant adapté à fournir, sur une borne de sortie, une tension représentative de la différence entre la tension aux 25 bornes de l'élément et la tension de sortie du circuit de filtrage passe-bas. Selon un mode de réalisation, le premier circuit de soustraction comprend un étage d'amplification différentielle dont l'entrée positive est reliée à la borne positive de l'élément 30 de stockage et dont l'entrée négative est reliée à la borne de sortie du premier circuit de filtrage passe-bas. Selon un mode de réalisation, le premier circuit de soustraction comprend un circuit d'inversion de signe et un circuit de sommation, le circuit d'inversion de signe ayant une 35 borne d'entrée reliée à la borne de sortie du circuit de filtrage, 3037408 B14155 - DD16132ST 4 et le circuit de sommation ayant une première borne d'entrée reliée à une borne de sortie du circuit d'inversion de signe, et une deuxième borne d'entrée reliée à la borne positive de l'élément de stockage.

5 Selon un mode de réalisation, le circuit d'acquisition comporte un convertisseur analogique-numérique dont l'entrée analogique est reliée à la borne de sortie du premier circuit de soustraction. Selon un mode de réalisation, le premier circuit de 10 filtrage passe-bas comprend un premier amplificateur opérationnel monté en filtre passe-bas du deuxième ordre. Selon un mode de réalisation, le premier amplificateur opérationnel a son entrée inverseuse reliée d'une part à sa sortie par une première résistance et d'autre part à la borne négative 15 de l'élément de stockage par une deuxième résistance, et son entrée non inverseuse reliée d'une part à la borne négative de l'élément de stockage par un premier condensateur et d'autre part à la borne positive de l'élément de stockage par une association en série de troisième et quatrième résistances, le point milieu 20 de ladite association en série étant relié à la sortie du premier amplificateur opérationnel par un deuxième condensateur. Selon un mode de réalisation, le premier circuit de soustraction comprend un étage d'amplification différentielle comportant un deuxième amplificateur opérationnel.

25 Selon un mode de réalisation, le deuxième amplificateur opérationnel a son entrée inverseuse reliée d'une part à la borne de sortie du premier circuit de filtrage passe-bas par une cinquième résistance et d'autre part à sa sortie par une sixième résistance, et son entrée non inverseuse reliée d'une part à la 30 borne positive de l'élément de stockage par une septième résistance et d'autre part à la borne négative de l'élément de stockage par une huitième résistance. Selon un mode de réalisation, la fréquence de coupure du premier circuit de filtrage passe-bas est au moins dix fois 3037408 B14155 - DD16132ST 5 plus faible que la plus petite fréquence de la composante alternative à acquérir. Selon un mode de réalisation, le circuit d'acquisition comprend en outre un deuxième circuit analogique de filtrage 5 passe-bas et un deuxième circuit analogique de soustraction, le deuxième circuit de filtrage étant connecté à la sortie du premier circuit de soustraction, et le deuxième circuit de soustraction étant connecté d'une part à la sortie du premier circuit de soustraction et d'autre part à la sortie du deuxième circuit de 10 filtrage. Un autre mode de réalisation prévoit un dispositif de détermination de l'impédance d'un élément de stockage d'énergie comportant un circuit d'acquisition du type susmentionné. Brève description des dessins 15 Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 est un schéma électrique d'un exemple d'un 20 circuit d'acquisition de la composante alternative de la tension d'un élément de stockage d'énergie ; la figure 2 illustre schématiquement, sous forme de blocs, un exemple d'un mode de réalisation d'un circuit d'acquisition de la composante alternative de la tension d'un 25 élément de stockage d'énergie ; la figure 3 illustre schématiquement, sous forme de blocs, une variante de réalisation du circuit de la figure 2 ; et la figure 4 est un schéma électrique illustrant plus en détail un exemple de réalisation d'un circuit d'acquisition du 30 type décrit en relation avec la figure 2. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Par souci de clarté, seuls les éléments qui sont utiles à la compréhension des modes de 35 réalisation décrits ont été représentés et vont être détaillés.

3037408 B14155 - DD16132ST 6 En particulier, les différents éléments constitutifs d'un dispositif de mesure de l'impédance d'un élément de stockage d'énergie, autres que le circuit de mesure de la composante alternative de la tension de l'élément (circuit d'application 5 d'une variation du courant circulant dans l'élément, circuit de mesure de la variation de courant appliquée, circuit de traitement adapté à déterminer l'impédance de l'élément à partir des variations de tension et de courant mesurées, circuits d'alimentation, etc.), ne seront pas détaillés, les modes de 10 réalisation décrits étant compatibles avec les éléments constitutifs usuels d'un dispositif de mesure d'impédance d'un élément de stockage d'énergie. Dans la présente description, on utilise le terme "connecté" pour désigner une liaison électrique directe, sans composant électronique intermédiaire, par exemple 15 au moyen d'une ou plusieurs pistes conductrices, et le terme "couplé" ou le terme "relié", pour désigner soit une liaison électrique directe (signifiant alors "connecté") soit une liaison via un ou plusieurs composants intermédiaires (résistance, condensateur, etc.). Sauf précision contraire, les expressions 20 "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. On s'intéresse ici plus particulièrement à des circuits d'acquisition pouvant être intégrés dans un système de gestion de batterie embarqué, aussi appelé BMS, de l'anglais "Battery 25 Management System", c'est-à-dire un système électronique couplé de façon permanente à la batterie, adapté à mettre en oeuvre diverses fonctions pendant le fonctionnement normal de la batterie telles que des fonctions de protection de la batterie pendant des phases de charge ou de décharge, des fonctions d'équilibrage des 30 cellules de la batterie, des fonctions de surveillance de l'état de charge et/ou de l'état de vieillissement de la batterie, etc. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier. A titre de variante, les circuits d'acquisition décrits dans la présente demande peuvent être intégrés dans des outils de diagnostic légers non embarqués, 3037408 B14155 - DD16132ST 7 destinés à être connectés à la batterie uniquement pendant des phases de maintenance de la batterie, par exemple des outils destinés à des garagistes dans le cas de batteries pour véhicules électriques.

5 En laboratoire, la mesure de la composante alternative de la tension d'un élément de stockage d'énergie peut comprendre l'échantillonnage et la numérisation de la tension de l'élément au moyen d'un convertisseur analogique-numérique haute résolution, par exemple un convertisseur 24 bits. La composante 10 continue peut alors être filtrée dans le domaine numérique, pour extraire la composante alternative. A titre d'exemple, si on considère une tension moyenne de l'élément de stockage de 3,6 V et une numérisation sur 24 bits, le pas de quantification de la tension échantillonnée est d'environ 3,6/224 = 0,215 pV, ce qui 15 est suffisamment petit pour les variations que l'on souhaite mesurer, typiquement comprises entre 0,1 et 50 mV. Dans les dispositifs embarqués, une numérisation sur 24 bits est généralement trop contraignante. Des convertisseurs analogique-numérique et des circuits de traitement numériques de 20 plus faible résolution sont donc prévus, par exemple des convertisseurs analogique-numérique et des circuits de traitement numérique de résolution inférieure ou égale à 12 bits. Pour une tension moyenne de l'élément de stockage de 3,6 V et une numérisation sur 12 bits, le pas de quantification de la tension 25 échantillonnée est d'environ 3,6/212 = 0,9 mV, ce qui est trop important pour les variations que l'on souhaite mesurer. Pour améliorer la résolution de la mesure, on peut prévoir de supprimer, dans le domaine analogique, la composante continue de la tension de l'élément de stockage, afin de pouvoir 30 appliquer la conversion analogique-numérique sur une plage de conversion d'étendue réduite, de l'ordre de grandeur de l'amplitude maximale des variations de tension induites aux bornes de l'élément de stockage lors de la mesure d'impédance. A titre d'exemple, pour une conversion sur 12 bits, si l'étendue de la 35 plage de conversion est de 50 mV, le pas de quantification de la 3037408 B14155 - DD16132ST 8 tension échantillonnée est de 50 mV/212=0,01 mV, qui est suffisamment petit pour les mesures que l'on cherche à effectuer. Le brevet US8043754 décrit un système dans lequel, avant la phase de mesure d'impédance, la tension à vide de l'élément de 5 stockage est acquise au moyen d'un convertisseur analogique-numérique et mémorisée sous forme numérique. Pendant la phase de mesure d'impédance proprement dite, c'est-à-dire pendant que l'élément de stockage est soumis à une variation de courant alternative, la tension de l'élément de stockage (comportant une 10 composante continue et une composante alternative), est appliquée sur une première entrée d'un amplificateur différentiel. La tension continue préalablement mesurée est appliquée sur l'autre entrée de l'amplificateur différentiel par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique-analogique. La tension de sortie de 15 l'amplificateur différentiel est alors représentative de la différence entre la tension de l'élément de stockage et la tension continue préalablement mesurée. C'est cette tension de sortie qui est numérisée et utilisée pour déterminer l'impédance de l'élément de stockage.

20 Un inconvénient de ce système est que la valeur de la composante continue est mesurée avant la phase d'application de la variation de courant à l'élément de stockage, et peut donc avoir changé lors de la phase d'application de la variation de courant proprement dite. En pratique, une composante de tension 25 continue résiduelle non négligeable subsiste donc en sortie de l'amplificateur différentiel, ce qui pose des problèmes de précision. La figure 1 est un schéma électrique d'un exemple d'un circuit d'acquisition de la composante alternative de la tension 30 d'un élément de stockage d'énergie. Ce circuit comprend une borne VBAT+ destinée à être connectée à la borne positive de l'élément de stockage (non représenté), et une borne VBAT- destinée à être connectée à la borne négative de l'élément de stockage. Il comprend en outre un 35 premier filtre passe-haut de type RC comprenant un condensateur 3037408 B14155 - DD16132ST 9 101 et une résistance 103 en série entre la borne -VRAI+ et une borne GND d'application d'un potentiel de référence (par exemple la masse), et un deuxième filtre passe-haut de type RC, sensiblement identique au premier filtre, comprenant un 5 condensateur 105 et une résistance 107 en série entre la borne VBAT- et la borne GND. Le circuit de la figure 1 comprend en outre un étage analogique d'amplification différentielle 109 dont l'entrée positive (+) est reliée à la sortie du premier filtre passe-haut, c'est-à-dire au point milieu entre le condensateur 10 101 et la résistance 103, et dont l'entrée négative (-) est reliée à la sortie du deuxième filtre passe-haut, c'est-à-dire au point milieu entre le condensateur 105 et la résistance 107. Les filtres RC formés par les condensateurs 101 et 105 et les résistances 103 et 107 permettent de filtrer la composante 15 continue de la tension aux bornes de l'élément de stockage. La tension fournie sur la borne de sortie VOUT (référencée par rapport au potentiel de la borne GND dans cet exemple) de l'amplificateur différentiel est ainsi une image amplifiée de la composante alternative de la tension aux bornes de l'élément de 20 stockage. Un convertisseur analogique-numérique (non représenté) peut être prévu pour acquérir sous forme numérique la tension fournie sur la borne VOUT. Un inconvénient du circuit de la figure 1 est qu'il est très sensible aux perturbations extérieures, et notamment aux 25 gradients de température et aux perturbations électromagnétiques. En particulier, une différence de température entre les condensateurs Cl et C2 peut provoquer une dérive des signaux d'entrée de l'étage d'amplification différentielle, conduisant à saturer l'amplificateur.

30 On notera qu'une contrainte à respecter pour réaliser une mesure d'impédance précise est que les filtres RC du circuit de mesure ne doivent pas introduire de déphasage dans la composante alternative de tension mesurée. En effet, l'impédance de l'élément de stockage se caractérise essentiellement par un 35 décalage en phase entre la variation de courant appliquée à 3037408 B14155 - DD16132ST 10 l'élément et la variation de tension mesurée. Ainsi, la fréquence de coupure fc des filtres RC doit être nettement plus faible, par exemple au moins dix fois plus faible, que la plus petite fréquence du signal d'excitation appliqué à l'élément de stockage. Ceci 5 conduit à devoir utiliser des condensateurs 101 et 105 de forte valeur, typiquement de plusieurs dizaines de pF pour des fréquences d'excitation inférieures à 1 Hz. L'utilisation de condensateurs 101 et 105 de forte valeur, associée au fait que ces condensateurs doivent être parfaitement symétriques, entraine 10 que le circuit est particulièrement sensible aux perturbations extérieures. La figure 2 illustre schématiquement, sous forme de blocs, un exemple d'un mode de réalisation d'un circuit d'acquisition de la composante alternative de la tension d'un 15 élément de stockage d'énergie 201. Ce circuit comprend un circuit analogique de filtrage passe-bas 203 destiné à être connecté aux bornes de l'élément de stockage 201. Le circuit 203 est adapté à filtrer la composante alternative (A.C) de la tension (DC+AC) de l'élément de stockage, 20 et à fournir, sur une borne de sortie, une tension sensiblement égale à la composante continue (DC) de la tension de l'élément de stockage. La fréquence de coupure passe-bas du circuit de filtrage 203 est de préférence nettement plus faible, par exemple au moins dix fois plus faible que la plus petite fréquence du signal 25 d'excitation appliqué à l'élément de stockage. A titre d'exemple, la ou les fréquences d'excitation appliquées à l'élément de stockage lors des phases de mesure d'impédance sont comprises entre 0,1 Hz et 10 kHz. Le circuit d'acquisition de la figure 2 comprend en 30 outre un circuit analogique de soustraction 205 destiné à être connecté d'une part aux bornes de l'élément de stockage, et d'autre part à une borne de sortie du circuit de filtrage passe-bas 203. Le circuit de soustraction 205 est adapté à fournir, sur une borne de sortie, une tension représentative de la différence 35 entre la tension (DC+AC) aux bornes de l'élément stockage et la 3037408 B14155 - DD16132ST 11 tension (DC) de sortie du circuit de filtrage passe-bas. La sortie du circuit de soustraction 205 fournit ainsi une tension représentative de la composante alternative (AC) de la tension de l'élément de stockage. Dans l'exemple de la figure 2, le circuit 5 de soustraction 205 comprend un amplificateur différentiel 211 dont l'entrée inverseuse (-) est reliée à la sortie du circuit de filtrage 203, et dont l'entrée non inverseuse (+) est reliée à la borne positive de l'élément de stockage 201 (en amont du circuit de filtrage 203), la sortie de l'amplificateur différentiel 211 10 constituant la sortie du circuit de soustraction 203. Le circuit de mesure de la figure 2 peut en outre comprendre un convertisseur analogique-numérique 207 (ADC) dont l'entrée est reliée à la sortie du circuit de soustraction 205, pour échantillonner et numériser la tension de sortie du circuit 15 de soustraction 205. La figure 3 illustre schématiquement, sous forme de blocs, une variante de réalisation du circuit de mesure de la figure 2. Le circuit de mesure de la figure 3 diffère du circuit 20 de mesure de la figure 2 essentiellement par la manière de réaliser le circuit analogique de soustraction 205. Dans l'exemple de la figure 5, le circuit de soustraction 205 comprend un inverseur 311, réalisé par exemple au moyen d'un amplificateur opérationnel. L'entrée de l'inverseur 25 311 est reliée à la sortie du circuit de filtrage 203. L'inverseur 311 fournit, sur une borne de sortie, une tension (-DC) sensiblement égale à la tension (DC) de sortie du filtre 203, mais de signe inverse. Le circuit de soustraction 205 comprend en outre un circuit de sommation 313, dont une première entrée est reliée 30 à la sortie de l'inverseur 311 et dont une deuxième entrée est reliée à la borne positive de l'élément de stockage 201 (en amont du circuit de filtrage 203). Le circuit de sommation 313 est adapté à additionner les signaux appliqués sur ses première et deuxième bornes d'entrée, et à fournir, sur une borne de sortie, 35 une tension sensiblement égale à la somme de ces deux signaux 3037408 B14155 - DD16132ST 12 d'entrée. La sortie du circuit de sommation 313 constitue la sortie du circuit de soustraction 205. La figure 4 est un schéma électrique illustrant plus en détail un exemple de réalisation d'un circuit de mesure du type 5 décrit en relation avec la figure 2. Le circuit de mesure de la figure 4 comprend une première borne V+ destinée à être connectée à la borne positive de l'élément de stockage 201, et une deuxième borne V- destinée à être connectée à la borne négative de l'élément de stockage 201.

10 Dans l'exemple de la figure 4, le circuit de filtrage passe-bas 203 comprend un amplificateur opérationnel 401 dont l'entrée inverseuse (-) est reliée d'une part à sa propre sortie par une résistance 403, et d'autre part à la borne V- (définissant la référence du circuit de mesure) par une résistance 405. Plus 15 particulièrement, la résistance 403 a une première extrémité connectée à l'entrée inverseuse (-) de l'amplificateur opérationnel 401 et une deuxième extrémité connectée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 401, et la résistance 405 a une première extrémité connectée à l'entrée inverseuse (-) de 20 l'amplificateur opérationnel 401 et une deuxième extrémité connectée à la borne V-. L'entrée non inverseuse (+) de l'amplificateur opérationnel 401 est reliée à la borne V+ par une association en série de deux résistances 407 et 409. Plus particulièrement, la résistance 407 a une première extrémité 25 connectée à l'entrée non inverseuse (+) de l'amplificateur opérationnel 401 et une deuxième extrémité connectée à une première extrémité de la résistance 409, la deuxième extrémité de la résistance 409 étant connectée à la borne V+. L'entrée non inverseuse (+) de l'amplificateur opérationnel 401 est en outre 30 reliée à la borne V- par un condensateur 411. Plus particulièrement, le condensateur 411 a une première électrode connectée à l'entrée non inverseuse (+) de l'amplificateur opérationnel 401 et une deuxième électrode connectée à la borne V-. Le point milieu de l'association en série des résistances 407 35 et 409 est relié à la sortie de l'amplificateur opérationnel 401 3037408 B14155 - DD16132ST 13 par un condensateur 413. Plus particulièrement, le condensateur 413 a une première électrode connectée au point milieu de l'association en série des résistances 407 et 409, et une deuxième électrode connectée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 5 401. Le montage formé par l'amplificateur opérationnel 401, les résistances 403, 405, 407 et 409, et les condensateurs 411 et 413 forme un filtre passe-bas du deuxième ordre, dont la sortie est constituée par la sortie de l'amplificateur opérationnel 401. Les valeurs des composants sont par exemple choisies pour que le 10 circuit de filtrage 203 présente un gain unitaire. A titre d'exemple, les résistances 405, 407 et 409 sont de même valeur, par exemple de l'ordre de 10 kS), les capacités 411 et 413 sont de même valeur, par exemple de l'ordre de 10 pF, et la résistance 403 a une valeur sensiblement nulle (la résistance 403 est par 15 exemple un fil conducteur). Bien que les modes de réalisation décrits ne se limitent pas au cas où le filtre 203 est un filtre du deuxième ordre, la prévision d'un filtre du deuxième ordre a pour avantage de réduire les risques d'introduction d'un éventuel déphasage parasite courant/tension.

20 Dans l'exemple représenté, le circuit de soustraction 205 est un étage d'amplification différentielle 211. Dans cet exemple, l'étage 211 comprend un amplificateur opérationnel 421 dont l'entrée inverseuse (-) est reliée d'une part à la sortie du circuit de filtrage 203 (c'est-à-dire à la sortie de 25 l'amplificateur opérationnel 401) par une résistance 423, et d'autre part à sa propre sortie par une résistance 425. Plus particulièrement, la résistance 423 a une première extrémité connectée à l'entrée inverseuse (-) de l'amplificateur opérationnel 421 et une deuxième extrémité connectée à la sortie 30 de l'amplificateur opérationnel 401, et la résistance 425 a une première extrémité connectée à l'entrée inverseuse (-) de l'amplificateur opérationnel 421 et une deuxième extrémité connectée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 421. L'amplificateur différentiel 211 comprend en outre une résistance 35 427 reliant l'entrée non inverseuse (+) de l'amplificateur 3037408 B14155 - DD16132ST 14 opérationnel 421 à la borne V+, et une résistance 429 reliant l'entrée non inverseuse (+) de l'amplificateur opérationnel 421 à la borne V-. Plus particulièrement, la résistance 427 a une première extrémité connectée à l'entrée non inverseuse (+) de 5 l'amplificateur opérationnel 421 et une deuxième extrémité connectée à la borne V+, et la résistance 429 a une première extrémité connectée à l'entrée non inverseuse (+) de l'amplificateur opérationnel 421 et une deuxième extrémité connectée à la borne V-. Le montage formé par l'amplificateur 10 opérationnel 411 et les résistances 423, 425, 427 et 429 forme un amplificateur différentiel dont le gain peut être unitaire ou supérieur à 1. A titre d'exemple, les résistances 423 et 427 sont de même valeur, par exemple de l'ordre de 10 kS), et les résistances 425 et 429 sont de même valeur, par exemple de l'ordre de 100 kS).

15 La sortie de l'amplificateur opérationnel 421 forme la sortie de l'étage 211. Dans l'exemple de la figure 4, le montage formé par le circuit de filtrage 203 et le circuit de soustraction 205 est dupliqué, de façon à éliminer un éventuel résidu de tension 20 continue en sortie du circuit 205. Plus particulièrement, dans l'exemple représenté, un circuit de filtrage passe-bas 203' identique ou similaire au circuit 203, et un circuit de soustraction 205' identique ou similaire au circuit 205, sont prévus. L'entrée du circuit 203' est connectée à la sortie du 25 circuit 205, c'est-à-dire que le circuit 203' est connecté de la même manière que le circuit 203 mais en remplaçant la connexion à la borne V+ par une connexion à la borne de sortie de l'amplificateur opérationnel 421. Les entrées du circuit 205' sont connectées respectivement à la sortie du circuit 203' et à la 30 sortie du circuit 205, c'est-à-dire que le circuit 205' est connecté de la même manière que le circuit 205, mais en remplaçant la connexion à la borne de sortie de l'amplificateur opérationnel du circuit 203 par une connexion à la borne de sortie de l'amplificateur opérationnel du circuit 203', et en remplaçant la 35 connexion à la borne V+ par une connexion à la borne de sortie de 3037408 B14155 - DD16132ST 15 l'amplificateur opérationnel 421. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas au cas où les circuits de filtrage 203 et de soustraction 205 sont dupliqués. Le circuit de mesure de la figure 4 comprend en outre 5 un convertisseur analogique-numérique 207 connecté à la sortie du circuit de soustraction 205', c'est-à-dire à la sortie de l'amplificateur opérationnel du circuit 205' dans cet exemple, adapté à acquérir sous forme numérique la tension de sortie du circuit 205', représentative de la composante alternative de la 10 tension de l'élément de stockage 201. Dans le cas où les circuits de filtrage 203 et de soustraction 205 ne sont pas dupliqués, le convertisseur analogique-numérique 207 peut être connecté à la sortie du circuit de soustraction 205, c'est-à-dire à la sortie de l'amplificateur 15 opérationnel du circuit 205 dans cet exemple. Un avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils permettent de pouvoir disposer d'un circuit simple et peu coûteux de mesure de la composante alternative de la tension d'un élément de stockage d'énergie électrique.

20 Un autre avantage est que le circuit de mesure ainsi obtenu est tolérant aux perturbations extérieures. En particulier, dans l'exemple de la figure 4, un gradient de température entre les condensateurs 411 et 413 pourra éventuellement conduire à décaler légèrement la fréquence de coupure du circuit de filtrage 25 passe-bas 203, 203', mais cela n'aura pas d'effet sur la valeur du signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 401. Pour minimiser l'impact des variations de température sur la précision du circuit, les résistances reliées aux amplificateurs opérationnels des circuits 203 et 205 peuvent être 30 montées proches les unes des autres, par exemple par paires, ce qui permet d'éviter les déséquilibres lorsque la température varie. Un autre avantage des modes de réalisation décrits est que la composante continue de la tension de l'élément de stockage 35 est soustraite en temps réel à la tension de l'élément de stockage.

3037408 B14155 - DD16132ST 16 A la différence de la solution décrite dans le brevet US8043754 susmentionné, il n'y a donc pas de décalage temporel entre la tension aux bornes de l'élément de stockage, et la valeur de tension continue qui lui est soustraite pour extraire la 5 composante alternative. Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les modes de réalisation décrits ne se 10 limitent pas à l'exemple détaillé en relation avec la figure 4 de réalisation des circuits analogiques de filtrage passe-bas 203 et de soustraction 205. Plus généralement, tout circuit analogique adapté à réaliser une fonction de filtrage passe-bas peut être utilisé, et tout circuit analogique adapté à réaliser une fonction 15 de soustraction peut être utilisé. En outre, bien que l'on ait mentionné principalement des exemples d'application à la mesure de la composante alternative de la tension d'un élément de stockage d'une batterie électrique, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à ce cas 20 particulier. A titre d'exemple, l'élément de stockage d'énergie peut être une cellule élémentaire ou un ensemble de plusieurs cellules élémentaires d'une pile à combustible. Par ailleurs, on notera que les modes de réalisation décrits sont compatibles avec les mesures d'impédance dites à 25 quatre points ou à quatre pointes, dans lesquels le chemin du courant dérivé de l'élément de stockage pour appliquer une variation de courant ne comprend pas les fils de connexion au circuit de mesure de la variation de tension résultante. Ceci permet d'éviter que la chute de tension sur les câbles et 30 connecteurs utilisés pour appliquer la variation de courant ne soit mesurée par le circuit de mesure de la variation de tension. Ainsi, lors du montage du dispositif de mesure d'impédance, on peut prévoir de souder deux fils sur la borne positive de l'élément de stockage, destinés à être connectés respectivement au circuit 35 de mesure de tension et au circuit d'application d'une variation 3037408 B14155 - DD16132ST 17 de courant, et deux fils sur la borne négative de l'élément de stockage, destinés à être connectés respectivement au circuit de mesure de tension et au circuit d'application de la variation de courant.

5 En outre, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux exemples susmentionnés d'utilisation des mesures d'impédance réalisées. A titre de variante, si l'on peut déterminer, par d'autres moyens, le SOC et le SOH de l'élément de stockage, la mesure d'impédance réalisée peut être utilisée pour 10 déterminer la température de l'élément de stockage. Ceci peut notamment permettre de se passer de capteurs de température internes.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Circuit d'acquisition de la composante alternative de la tension aux bornes d'un élément (201) de stockage d'énergie électrique, comportant : un premier circuit analogique (203) de filtrage passe-5 bas destiné à être connecté aux bornes de l'élément (201) ; et un premier circuit analogique (205) de soustraction destiné à être connecté d'une part aux bornes de l'élément (201) et connecté d'autre part à une borne de sortie du circuit (203) de filtrage passe-bas, le premier circuit (205) de soustraction 10 étant adapté à fournir, sur une borne de sortie, une tension représentative de la différence entre la tension aux bornes de l'élément (201) et la tension de sortie du circuit (203) de filtrage passe-bas.
2. 2. Circuit selon la revendication 1, dans lequel le 15 premier circuit (205) de soustraction comprend un étage d'amplification différentielle (211) dont l'entrée positive (+) est reliée à la borne positive de l'élément de stockage (201) et dont l'entrée négative (-) est reliée à la borne de sortie du premier circuit (203) de filtrage passe-bas. 20
3. 3. Circuit selon la revendication 1, dans lequel le premier circuit (205) de soustraction comprend un circuit (311) d'inversion de signe et un circuit (313) de sommation, le circuit (311) d'inversion de signe ayant une borne d'entrée reliée à la borne de sortie du circuit (203) de filtrage, et le circuit (313) 25 de sommation ayant une première borne d'entrée reliée à une borne de sortie du circuit (311) d'inversion de signe, et une deuxième borne d'entrée reliée à la borne positive de l'élément de stockage (201).
4. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 30 à 3, comportant un convertisseur analogique-numérique (207) dont l'entrée analogique est reliée à la borne de sortie du premier circuit (205) de soustraction.
5. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le premier circuit (203) de filtrage passe-bas 3037408 B14155 - DD16132ST 19 comprend un premier amplificateur opérationnel (401) monté en filtre passe-bas du deuxième ordre.
6. 6. Circuit selon la revendication 5, dans lequel le premier amplificateur opérationnel (401) a son entrée inverseuse 5 reliée d'une part à sa sortie par une première résistance (403) et d'autre part à la borne négative de l'élément de stockage (201) par une deuxième résistance (405), et son entrée non inverseuse reliée d'une part à la borne négative de l'élément de stockage (201) par un premier condensateur (411) et d'autre part à la borne 10 positive de l'élément de stockage (201) par une association en série de troisième (407) et quatrième (409) résistances, le point milieu de ladite association en série étant relié à la sortie du premier amplificateur opérationnel par un deuxième condensateur (413). 15
7. 7. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le premier circuit (205) de soustraction comprend un étage d'amplification différentielle (211) comportant un deuxième amplificateur opérationnel (421).
8. 8. Circuit selon la revendication 7, dans lequel le 20 deuxième amplificateur opérationnel (421) a son entrée inverseuse reliée d'une part à la borne de sortie du premier circuit (203) de filtrage passe-bas par une cinquième résistance (423) et d'autre part à sa sortie par une sixième résistance (425), et son entrée non inverseuse reliée d'une part à la borne positive de 25 l'élément de stockage (201) par une septième résistance (427) et d'autre part à la borne négative de l'élément de stockage (201) par une huitième résistance (429).
9. 9. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la fréquence de coupure du premier circuit (203) 30 de filtrage passe-bas est au moins dix fois plus faible que la plus petite fréquence de la composante alternative à acquérir.
10. 10. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre un deuxième circuit analogique (203') de filtrage passe-bas et un deuxième circuit analogique (205') de 35 soustraction, le deuxième circuit (203') de filtrage étant 3037408 B14155 - DD16132ST 20 connecté à la sortie du premier circuit (205) de soustraction, et le deuxième circuit (205') de soustraction étant connecté d'une part à la sortie du premier circuit (205) de soustraction et d'autre part à la sortie du deuxième circuit (203') de filtrage.
11. 11. Dispositif de détermination de l'impédance d'un élément de stockage d'énergie comportant un circuit d'acquisition (203, 205, 207) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.