FR3100670A1 - PROCESS FOR CONTROL OF A BATTERY ALLOWING THE BALANCING OF THE CELLS OF A CURRENT LINE BY A CHARGE AND DISCHARGE CURRENT - Google Patents

PROCESS FOR CONTROL OF A BATTERY ALLOWING THE BALANCING OF THE CELLS OF A CURRENT LINE BY A CHARGE AND DISCHARGE CURRENT Download PDF

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de commande d’une batterie (BAT) comprenant des modules élémentaires (MEk) de cellule (CEk) électrochimique permettant l’équilibrage d’état de charge des cellules (CEk). Plus précisément, le procédé comporte les étapes successives suivantes : la détermination de l’état de charge de chaque module élémentaire (MEk) de la pluralité n, la détermination d’un classement des n modules élémentaires (MEk) selon un ordre dépendant de l’état de charge de chaque module élémentaire, une étape de pilotage consistant à connecter à la ligne de courant (LT1) les cellules dudit groupe de q modules élémentaires (MEk) ayant l’état de charge le plus élevé dans le classement (13) en cas de détection d’un courant de ligne de décharge, et à connecter les cellules dudit groupe de q modules élémentaires (MEk) ayant l’état de charge le moins élevé dans le classement (13) en cas de détection d’un courant de ligne de charge. L’invention s’applique aux domaines de l’électromobilité et du stockage d’énergie stationnaire. Figure 1The present invention relates to a method for controlling a battery (BAT) comprising elementary modules (MEk) of electrochemical cells (CEk) allowing balancing of the state of charge of the cells (CEk). More precisely, the method comprises the following successive steps: determining the state of charge of each elementary module (MEk) of the plurality n, determining a ranking of the n elementary modules (MEk) according to an order depending on l 'state of charge of each elementary module, a control step consisting in connecting to the current line (LT1) the cells of said group of q elementary modules (MEk) having the highest state of charge in the classification (13) in case of detection of a discharge line current, and in connecting the cells of said group of q elementary modules (MEk) having the lowest state of charge in the classification (13) in case of detection of a current load line. The invention applies to the fields of electromobility and stationary energy storage. Figure 1

Description

PROCEDE DE COMMANDE D’UNE BATTERIE PERMETTANT L’EQUILIBRAGE DES CELLULES D’UNE LIGNE DE COURANT PAR UN COURANT DE CHARGE ET DECHARGEMETHOD FOR CONTROLLING A BATTERY FOR BALANCING THE CELLS OF A CURRENT LINE BY A CHARGE AND DISCHARGE CURRENT

Le domaine de l’invention concerne un procédé de commande d’une batterie électrochimique permettant l’équilibrage de l’état de charge des cellules électriques pour des applications d’électromobilité et de stockage d’énergie stationnaire. L’invention s’applique, mais pas exclusivement, aux batteries Lithium-ion (Li-ion).The field of the invention relates to a method for controlling an electrochemical battery allowing the balancing of the state of charge of electric cells for electromobility and stationary energy storage applications. The invention applies, but not exclusively, to Lithium-ion (Li-ion) batteries.

De nos jours, les cellules électrochimiques de technologie Lithium-ion sont particulièrement adaptées pour les groupes motopropulseurs à traction électrique du fait qu’elles présentent un rapport intéressant de densité d’énergie et coût du kWh. Comme on le sait les cellules d’énergie constituant les batteries ont des vitesses d’autodécharge différentes entrainant un décalage naturel entre elles. Il s’agit d’un phénomène lent qui à terme, s’il n’est pas compensé, peut limiter la capacité utile de la batterie. Pour corriger ce phénomène, il est connu d’opérer un mécanisme d’équilibrage consistant à aligner toutes les cellules de la batterie sur un même niveau d’état de charge. Cependant, lorsque les cellules sont connectées en série afin d’augmenter la tension de la batterie, le même courant de charge ou de décharge traverse l’ensemble des cellules ce qui ne permet pas d’ajuster unitairement l’état de charge de chaque cellule.Nowadays, lithium-ion technology electrochemical cells are particularly suitable for electric traction powertrains because they have an interesting ratio of energy density and kWh cost. As we know, the energy cells constituting the batteries have different self-discharge rates resulting in a natural lag between them. This is a slow phenomenon which over time, if not compensated for, can limit the useful capacity of the battery. To correct this phenomenon, it is known to operate a balancing mechanism consisting in aligning all the cells of the battery on the same level of state of charge. However, when the cells are connected in series in order to increase the battery voltage, the same charging or discharging current passes through all the cells, which does not allow the state of charge of each cell to be adjusted individually. .

Pour ces cas d’architecture, l’homme de l’art connait des mécanismes spécifiques d’équilibrage. Une première technique dite d’équilibrage passif consiste à décharger les cellules les plus chargées en connectant temporairement des résistances à leurs bornes. Cette technique présente plusieurs défauts. Elle provoque une perte d’énergie embarquée dans la batterie par dissipation thermique dans les résistances d’équilibrage. Les courants d’équilibrage généralement limités à de faibles valeurs (quelques dizaines voire centaines de milliampères) pour éviter un échauffement excessif des résistances augmentent par conséquent la durée d’équilibrage lorsque la batterie est fortement déséquilibrée. Une deuxième technique dite d’équilibrage actif consiste à transférer l’énergie des cellules les plus chargées vers les cellules les moins chargées en pilotant des courants de transfert de charge entre les cellules. Ces courants d’équilibrage présentent des valeurs légèrement supérieures à la solution passive et sont d’environ quelques ampères. L’avantage de cette technique est qu’elle a pour objectif de conserver l’énergie, cependant son coût est très supérieur à la technique d’équilibrage passif du fait qu’elle requière de l’électronique de puissance dédiée (transformateurs, capacités tampon) pour opérer le transfert d’énergie. De plus, sa mise en œuvre présente néanmoins des pertes de transfert non négligeables du fait d’un rendement énergétique d’environ 50% à 80%. Les systèmes passifs étant nettement moins coûteux, les constructeurs automobiles optent généralement pour ces derniers.For these architectural cases, those skilled in the art know specific balancing mechanisms. A first technique called passive balancing consists of discharging the most charged cells by temporarily connecting resistors to their terminals. This technique has several shortcomings. It causes a loss of energy on board the battery by heat dissipation in the balancing resistors. The balancing currents generally limited to low values (a few tens or even hundreds of milliamperes) to avoid excessive heating of the resistors consequently increases the balancing time when the battery is highly unbalanced. A second technique called active balancing consists of transferring energy from the most charged cells to the least charged cells by driving charge transfer currents between the cells. These balancing currents have slightly higher values than the passive solution and are around a few amperes. The advantage of this technique is that it aims to conserve energy, however its cost is much higher than the passive balancing technique due to the fact that it requires dedicated power electronics (transformers, buffer capacitors ) to operate the energy transfer. In addition, its implementation nevertheless presents significant transfer losses due to an energy efficiency of about 50% to 80%. Since passive systems are significantly less expensive, car manufacturers generally opt for the latter.

Dans un module classique de batterie, désigné également par le terme anglais « pack », toutes les cellules sont connectées en série et en parallèle pour former une batterie haute tension. Ce module de batterie est connecté électriquement à un convertisseur externe de type onduleur pour délivrer la tension recherchée à la machine électrique de traction.In a classic battery module, also referred to as a "pack", all the cells are connected in series and in parallel to form a high voltage battery. This battery module is electrically connected to an external converter of the inverter type to deliver the desired voltage to the electric traction machine.

On connait également de l’état de la technique les documents WO2012117110A2 et WO2014145756A1 décrivant des architectures de modules de batterie à commande de puissance intégrée comportant des modules de cellules connectées électriquement en série et parallèle et décrivant des stratégies de gestion de la batterie permettant l’équilibrage des cellules en phase de charge et décharge.Also known from the state of the art are the documents WO2012117110A2 and WO2014145756A1 describing architectures of battery modules with integrated power control comprising modules of cells electrically connected in series and parallel and describing battery management strategies allowing the balancing the cells in the charging and discharging phase.

Par ailleurs, la demanderesse a récemment déposé les demandes de brevet WO2018193173A1 et WO2018154206A1 concernant une architecture de batterie alternative où l’innovation consiste à proposer une architecture de commande intégrée à onduleur au sein même du module de batterie haute tension et dans laquelle chaque cellule électrique, présentant à ses bornes une tension élémentaire nominale comprise entre 2V et 4V (environ 2,2V ou 3,3V à 3,7V selon la technologie choisie, par exemple NMC/LTO ou NMC/Graphite), est associée à une structure de puissance individuelle permettant de piloter individuellement la cellule pour fournir une tension de sortie de ligne générée par paliers d’amplitude égale à la tension élémentaire. Le principe de commande de cette architecture de batterie consiste à chaque instant à connecter à la ligne de courant q cellules en série parmi une pluralité de n cellules au total, où q est le rapport entre la consigne de tension de référence et la tension élémentaire d’une cellule.Furthermore, the applicant recently filed patent applications WO2018193173A1 and WO2018154206A1 concerning an alternative battery architecture where the innovation consists in proposing an integrated inverter control architecture within the high voltage battery module itself and in which each electric cell , having at its terminals a nominal elementary voltage of between 2V and 4V (approximately 2.2V or 3.3V to 3.7V depending on the chosen technology, for example NMC/LTO or NMC/Graphite), is associated with a power structure individual allowing the cell to be individually controlled to provide a line output voltage generated in stages of amplitude equal to the elementary voltage. The control principle of this battery architecture consists at all times in connecting to the current line q cells in series among a plurality of n cells in total, where q is the ratio between the reference voltage setpoint and the elementary voltage d 'a cell.

Cette architecture présente de nombreux avantages cités ci-après non exhaustivement. Elle est prometteuse en termes de performance et d’autonomie et permet une connexion directe du module de batterie avec un réseau monophasé ou triphasé sans recours à un onduleur externe. Elle permet de connecter ou by-passer/contourner (i.e. déconnecter et shunter) individuellement les cellules de manière à déconnecter au besoin une cellule défectueuse sans nécessairement remplacer l’intégralité d’un module de batterie. La structure de commande intégrée permet une commande pleine onde qui occasionne moins de dégradations dans les enroulements d’une machine électrique, réduit les courants de mode commun et élimine les courants de fuite généralement présents dans les architectures classiques. Dans le cas d’un véhicule automobile, cette architecture autorise un fonctionnement dégradé sans immobiliser le véhicule et améliore la gestion en recyclage ou en seconde vie des cellules du fait qu’il est possible de connaitre l’état de santé de chaque cellule. En application de stockage d’énergie stationnaire, il est possible de remplacer une cellule défectueuse sans nécessairement arrêter le fonctionnement de la station.This architecture has many advantages cited below non-exhaustively. It is promising in terms of performance and autonomy and allows direct connection of the battery module with a single-phase or three-phase network without the need for an external inverter. It allows individual cells to be connected or bypassed (i.e. disconnected and shunted) so as to disconnect a defective cell if necessary without necessarily replacing an entire battery module. The integrated control structure enables full-wave control which causes less degradation in the windings of an electrical machine, reduces common mode currents and eliminates leakage currents generally present in traditional architectures. In the case of a motor vehicle, this architecture allows degraded operation without immobilizing the vehicle and improves management in recycling or second life of the cells because it is possible to know the state of health of each cell. In a stationary energy storage application, it is possible to replace a defective cell without necessarily stopping the operation of the station.

Cependant, en fonction des tensions de référence demandées, il est possible que certaines cellules du système soient isolées pendant des durées plus ou moins longues. Cette architecture a donc tendance à déséquilibrer naturellement des cellules. Par ailleurs, certaines situations de vie des véhicules automobiles requièrent à un même instant un niveau de tension faible et une forte sollicitation de courant, telles par exemple les montées de trottoir. Une grande partie des cellules est donc by-passée lors de la réalisation de la tension de référence. Les cellules peuvent rapidement se retrouver déséquilibrées sur une courte durée.However, depending on the reference voltages requested, it is possible that certain cells of the system are isolated for more or less long periods. This architecture therefore tends to naturally unbalance cells. Moreover, certain situations in the life of motor vehicles require at the same time a low voltage level and a high current demand, such as, for example, climbing the sidewalk. A large part of the cells is therefore bypassed during the realization of the reference voltage. Cells can quickly become unbalanced for a short time.

Un objectif de l’invention vise à améliorer cette dernière architecture de batterie proposée par la demanderesse. Plus précisément, l’invention a pour objectif d’empêcher un déséquilibrage des cellules lors de la génération d’une tension de ligne. L’invention a également pour objectif d’améliorer la commande de la batterie pour permettre un équilibrage des cellules à tout instant de fonctionnement de la batterie, en charge et décharge électrique, pour des applications en électromobilité et en stationnaire. L’invention propose également un procédé de commande garantissant la charge et la décharge homogène des cellules pour des situations de vie spécifiques où la consigne de tension présente un niveau de tension faible.One objective of the invention is to improve this last battery architecture proposed by the applicant. More precisely, the aim of the invention is to prevent an imbalance of the cells during the generation of a line voltage. The invention also aims to improve the control of the battery to allow balancing of the cells at any instant of operation of the battery, in electrical charge and discharge, for electromobility and stationary applications. The invention also proposes a control method guaranteeing the homogeneous charging and discharging of the cells for specific life situations where the voltage set point has a low voltage level.

Plus précisément, l’invention concerne un procédé de commande d’une batterie à cellules électrochimiques permettant l’équilibrage d’état de charge des cellules, la batterie comportant au moins une ligne de courant, formée par une pluralité n de modules élémentaires de cellules connectés en série, apte à délivrer une forme d’onde en tension, chaque module élémentaire comprenant deux bornes de connexion, au moins une cellule délivrant une tension élémentaire Vcell et un moyen de commutation apte à piloter le module élémentaire dans la ligne de courant en fonction de trois états de pilotage différents permettant respectivement de délivrer aux dites bornes ladite tension élémentaire Vcell, une tension nulle et ladite tension Vcell inversée de sorte à réaliser une forme d’onde en tension, le procédé comportant une étape de pilotage des signaux de commande des modules élémentaires de sorte à fournir la forme d’onde en tension à partir d’une sélection d’un groupe de q modules élémentaires en fonction d’une consigne de tension de référence Vref, où Vref=qVcell. Selon l’invention, le procédé comporte en outre:More specifically, the invention relates to a method for controlling a battery with electrochemical cells allowing the state of charge of the cells to be balanced, the battery comprising at least one current line, formed by a plurality n of elementary modules of cells connected in series, capable of delivering a voltage waveform, each elementary module comprising two connection terminals, at least one cell delivering an elementary voltage Vcell and switching means capable of driving the elementary module in the current line function of three different control states making it possible respectively to deliver to said terminals said elementary voltage Vcell, a zero voltage and said inverted voltage Vcell so as to produce a voltage waveform, the method comprising a step of controlling the control signals elementary modules so as to provide the voltage waveform from a selection of a group of q elementary modules as a function of a reference voltage setpoint Vref, where Vref=qVcell. According to the invention, the method further comprises:

- La détermination de l’état de charge de chaque module élémentaire de la pluralité n,- The determination of the state of charge of each elementary module of the plurality n,

- La détermination d’un classement des n modules élémentaires selon un ordre dépendant de l’état de charge de chaque module élémentaire,- The determination of a classification of the n elementary modules according to an order depending on the state of charge of each elementary module,

- Et en ce que l’étape de pilotage consiste à connecter à la ligne de courant les cellules dudit groupe de q modules élémentaires ayant l’état de charge le plus élevé dans le classement en cas de détection d’un courant de ligne de décharge, et à connecter les cellules dudit groupe de q modules élémentaires ayant l’état de charge le moins élevé dans le classement en cas de détection d’un courant de ligne de charge.- And in that the control step consists in connecting to the current line the cells of said group of q elementary modules having the highest state of charge in the classification in the event of detection of a discharge line current , and to connect the cells of said group of q elementary modules having the lowest state of charge in the classification in the event of detection of a load line current.

Selon une variante, l’étape de pilotage comporte les sous-étapes suivantes :According to a variant, the piloting step comprises the following sub-steps:

- Lorsque le courant de la ligne de courant et la consigne de tension de référence Vref sont de même signe, le pilotage des modules élémentaires de sorte à connecter à la ligne de courant les cellules des modules élémentaires dont la position nk est comprise entre 1 et q,- When the current of the current line and the reference voltage setpoint Vref have the same sign, the control of the elementary modules so as to connect to the current line the cells of the elementary modules whose position nk is between 1 and q,

- Lorsque le courant de la ligne de courant et la consigne de tension de référence Vref sont de signe opposé, le pilotage des modules élémentaires de sorte à connecter à la ligne de courant les cellules des modules élémentaires dont la position nk est comprise entre n-q et n.- When the current of the current line and the reference voltage setpoint Vref are of opposite sign, the control of the elementary modules so as to connect to the current line the cells of the elementary modules whose position nk is between n-q and not.

Selon une variante, la détermination de l’état de charge de chaque module élémentaire est déclenchée à un instant de commutation de l’état de pilotage dudit chaque module élémentaire et ladite détermination consiste à estimer la variation d’état de charge dudit chaque module entre un premier et un deuxième instant de commutation à partir de l’état de pilotage dudit chaque module entre le premier et le deuxième instant de commutation et de la valeur du courant moyen de la ligne de courant.According to a variant, the determination of the state of charge of each elementary module is triggered at an instant of switching of the piloting state of said each elementary module and said determination consists in estimating the variation of state of charge of said each module between a first and a second instant of switching based on the control state of said each module between the first and the second instant of switching and the value of the mean current of the current line.

Selon une variante, le procédé comporte une étape de diagnostic, par exemple calibrage de la valeur d’état de charge d’un module élémentaire, comportant les sous-étapes successives suivantes :According to a variant, the method comprises a diagnostic step, for example calibration of the state of charge value of an elementary module, comprising the following successive sub-steps:

- En cas de détection d’une demande de diagnostic, l’assignation audit module élémentaire d’une position d’exclusion dans le classement de sorte à exclure ledit module élémentaire dudit groupe de q modules durant une durée d’exclusion prédéterminée,- In the event of detection of a diagnostic request, the assignment to said elementary module of an exclusion position in the classification so as to exclude said elementary module from said group of q modules for a predetermined exclusion period,

- L’exécution du diagnostic du module élémentaire durant la durée d’exclusion.- The execution of the diagnostic of the elementary module during the exclusion period.

Selon une variante, l’étape de détermination du classement est déclenchée selon une période dont la valeur est dépendante de la vitesse de décharge et charge de la batterie sur une durée prédéterminée.According to a variant, the step of determining the classification is triggered according to a period whose value is dependent on the rate of discharge and charge of the battery over a predetermined duration.

Selon une variante, le procédé comporte en outre, en cas de détection que chaque module élémentaire de la pluralité n présente un écart d’état de charge, par rapport aux autres modules élémentaires, inférieur à un seuil minimum prédéterminé, le traitement du classement de la pluralité n selon une permutation circulaire des positions des modules élémentaires de sorte que chaque module élémentaire de la pluralité n participe à réaliser la forme d’onde en tension.According to a variant, the method further comprises, in the event of detection that each elementary module of the plurality n has a difference in state of charge, with respect to the other elementary modules, less than a predetermined minimum threshold, the processing of the classification of the plurality n according to a circular permutation of the positions of the elementary modules so that each elementary module of the plurality n participates in producing the voltage waveform.

Selon une variante, la permutation circulaire est exécutée à une fréquence de permutation supérieure à la fréquence de la consigne de tension de référence.According to a variant, the circular permutation is executed at a permutation frequency greater than the frequency of the reference voltage setpoint.

Selon une variante, le traitement du classement selon la permutation circulaire est exécuté en cas de détection en outre que la consigne de tension de référence Vref est inférieure à un seuil de tension prédéterminé.According to a variant, the processing of the classification according to the circular permutation is executed in the event of detection in addition that the reference voltage setpoint Vref is lower than a predetermined voltage threshold.

Selon une variante, le procédé comporte en outre, en cas de détection qu’au moins un module élémentaire de la pluralité n présente un écart d’état de charge par rapport aux autres modules élémentaires qui est supérieur à un seuil maximum prédéterminé, l’arrêt du traitement du classement selon la permutation circulaire.According to a variant, the method further comprises, in the event of detection that at least one elementary module of the plurality n has a difference in state of charge with respect to the other elementary modules which is greater than a predetermined maximum threshold, the stop round-robin sorting processing.

Selon une variante, le procédé comporte en outre, en cas de détection que la capacité restante de la batterie est inférieure à un seuil minimum prédéterminé, l’arrêt du traitement du classement selon la permutation circulaire.According to a variant, the method further comprises, in the event of detection that the remaining capacity of the battery is less than a predetermined minimum threshold, stopping the processing of the classification according to the circular permutation.

L’invention prévoit également une unité de commande d’une batterie électrochimique comportant au moins une ligne de courant, formée par une pluralité n de modules élémentaires de cellule connectés en série, apte à délivrer une forme d’onde en tension, chaque module élémentaire comprenant deux bornes de connexion, au moins une cellule délivrant une tension élémentaire Vcell et un moyen de commutation apte à piloter le module élémentaire dans la ligne de courant en fonction de trois états de pilotage différents permettant respectivement de délivrer aux dites bornes ladite tension élémentaire Vcell, une tension nulle et ladite tension Vcell inversée de sorte à réaliser la forme d’onde en tension. Selon l’invention, l’unité de commande est configurée pour mettre en œuvre le procédé de commande permettant l’équilibrage d’état de charge des cellules selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents.The invention also provides a control unit for an electrochemical battery comprising at least one current line, formed by a plurality n of elementary cell modules connected in series, capable of delivering a voltage waveform, each elementary module comprising two connection terminals, at least one cell delivering an elementary voltage Vcell and switching means capable of driving the elementary module in the current line according to three different driving states respectively making it possible to deliver said elementary voltage Vcell to said terminals , a zero voltage and said voltage Vcell inverted so as to produce the voltage waveform. According to the invention, the control unit is configured to implement the control method allowing the state of charge balancing of the cells according to any one of the preceding embodiments.

Il est envisagé un système de batterie électrochimique comportant ladite unité de commande.An electrochemical battery system including said control unit is contemplated.

Il est envisagé un véhicule automobile comportant un module de traction électrique et ledit système de batterie connecté électriquement au module de traction.A motor vehicle is contemplated comprising an electric traction module and said battery system electrically connected to the traction module.

Il est également envisagé une unité de stockage stationnaire d’énergie électrique comportant ledit système de batterie.A stationary electrical energy storage unit comprising said battery system is also envisaged.

L’invention concerne également un produit programme-ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par une unité de commande du système de batterie, conduisent celui-ci à mettre en œuvre l’un quelconque des modes de réalisation du procédé de commande permettant l’équilibrage des cellules de la batterie.The invention also relates to a program-computer product comprising instructions which, when the program is executed by a control unit of the battery system, lead the latter to implement any one of the embodiments of the control method allowing the balancing of the cells of the battery.

Ce pilotage de l’onde en tension sur la ligne de courant selon le procédé permet d’opérer un équilibrage dynamique des cellules individuellement lors du fonctionnement de la batterie en charge et décharge lors de phases d’accélération, de freinage récupératif et en phase de charge et décharge sur le secteur électrique lorsque le véhicule est connecté à une borne de recharge extérieure. Le procédé s’applique également aux stations fixes connectées au réseau électrique ou fonctionnant en mode îlotage, c’est-à-dire déconnecté du réseau électrique de distribution.This control of the voltage wave on the current line according to the method makes it possible to operate a dynamic balancing of the cells individually during the operation of the battery in charging and discharging during acceleration phases, regenerative braking and in phase of charging and discharging on the electrical mains when the vehicle is connected to an external charging station. The method also applies to fixed stations connected to the electrical network or operating in island mode, that is to say disconnected from the electrical distribution network.

De plus, l’équilibrage est réalisé sous l’action du courant de charge et décharge de la batterie, ce qui améliore la dynamique d’équilibrage au regard des solutions d’équilibrage passives et actives tout en évitant les pertes par effet joule et en réduisant les pertes de rendement.Moreover, the balancing is carried out under the action of the charging and discharging current of the battery, which improves the balancing dynamics with regard to passive and active balancing solutions while avoiding losses by Joule effect and reducing yield losses.

Par ailleurs, l’architecture électrique de la batterie à onduleurs intégrés permet de cohabiter dans la batterie des cellules de capacités différentes, de réduire des pertes en commutation, de réduire des courants de mode commun dans une machine électrique, d’éliminer des courants de fuite qui génèrent dans des architectures classiques des mécanismes de dégradation des roulements et engrenages par corrosion (« pitting »), de piloter un fonctionnement dégradé sans immobiliser le véhicule et de piloter une commande pleine onde qui occasionne moins de dégradations dans les enroulements machine. L’architecture présente également un rendement élevé en basses puissances et puissance partielle par rapport à une structure classique, la recharge en connexion directe avec un réseau monophasé et triphasé avec équilibrage dynamique des cellules et un équilibrage dynamique réalisé en temps masqué. Il n’y a donc plus besoin de phases de vie liées à l’équilibrage statique des cellules, réalisées généralement en fin de charge de la batterie.Furthermore, the electrical architecture of the battery with integrated inverters makes it possible to cohabit cells of different capacities in the battery, to reduce switching losses, to reduce common mode currents in an electrical machine, to eliminate leakage which generate in conventional architectures mechanisms of degradation of bearings and gears by corrosion ("pitting"), to control degraded operation without immobilizing the vehicle and to control a full-wave control which causes less degradation in the machine windings. The architecture also has high efficiency at low power and partial power compared to a conventional structure, charging in direct connection with a single-phase and three-phase network with dynamic cell balancing and dynamic balancing carried out in masked time. There is therefore no longer any need for life phases linked to the static balancing of the cells, generally carried out at the end of the battery charge.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :Other characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the following detailed description comprising embodiments of the invention given by way of non-limiting examples and illustrated by the appended drawings, in which:

représente schématiquement un système de batterie comprenant une architecture d’onduleur intégré permettant un pilotage individuel d’une cellule électrique apte à mettre en œuvre le procédé de commande selon l’invention. schematically represents a battery system comprising an integrated inverter architecture allowing individual control of an electric cell able to implement the control method according to the invention.

représente un exemple de forme d’onde en tension pouvant être généré par le système de batterie, notamment pour alimenter une machine électrique en tension alternative de forme sinusoïdale. represents an example of a voltage waveform that can be generated by the battery system, in particular for supplying an electrical machine with alternating voltage of sinusoidal form.

représente schématiquement un module fonctionnel de l’unité de commande du système de batterie dont la fonction est d’assurer l’équilibrage des cellules en situation de charge et décharge de la batterie. schematically represents a functional module of the battery system control unit whose function is to ensure the balancing of the cells in the charging and discharging situation of the battery.

représente un mode de réalisation d’un algorithme de commande d’une batterie conformément au procédé selon l’invention permettant l’équilibrage des cellules d’une ligne de courant. represents an embodiment of a control algorithm of a battery in accordance with the method according to the invention allowing the balancing of the cells of a current line.

est un graphique représentant le courant instantané vu par une cellule d’un module élémentaire lors de la mise en œuvre du procédé de commande d’équilibrage. is a graph representing the instantaneous current seen by a cell of an elementary module during the implementation of the balancing control method.

représente un exemple de système de groupe motopropulseur à traction électrique de véhicule automobile comportant un système de batterie à onduleur intégré et plus précisément la chaine de commande du système de batterie mettant en œuvre le procédé selon l’invention. represents an example of a motor vehicle electric traction powertrain system comprising a battery system with integrated inverter and more specifically the control chain of the battery system implementing the method according to the invention.

représente un exemple de système de station de stockage d’énergie électrique pour un réseau haute tension comportant un système de batterie à onduleur intégré et plus précisément la chaine de commande du système de batterie mettant en œuvre le procédé selon l’invention. represents an example of an electrical energy storage station system for a high-voltage network comprising a battery system with integrated inverter and more precisely the control chain of the battery system implementing the method according to the invention.

L’invention s’applique pour les systèmes de batterie constitués de cellules électrochimiques, par exemple de type lithium-ion, où chaque cellule est pilotable individuellement selon l’architecture proposée par la demanderesse dans les demandes de brevet internationales WO2018193173A1 et WO2018154206A1 mentionnées précédemment. Cette architecture est apte à générer des tensions de sortie complexes pouvant prendre la forme de plusieurs types sans recours à un convertisseur de tension supplémentaire et externe au système de batterie, par exemple une tension alternative de forme sinusoïdale connectée électriquement à une machine électrique asynchrone ou synchrone, ou à un réseau électrique monophasé ou triphasé, ou bien encore une tension constante connectée électriquement à une machine électrique à courant continu, un convertisseur de tension de type DC/DC ou une interface de recharge.The invention applies to battery systems consisting of electrochemical cells, for example of the lithium-ion type, where each cell is individually controllable according to the architecture proposed by the applicant in the international patent applications WO2018193173A1 and WO2018154206A1 mentioned above. This architecture is able to generate complex output voltages that can take the form of several types without the need for an additional voltage converter external to the battery system, for example an alternating voltage of sinusoidal form electrically connected to an asynchronous or synchronous electrical machine. , or to a single-phase or three-phase electrical network, or even a constant voltage electrically connected to a direct current electrical machine, a DC/DC type voltage converter or a charging interface.

La figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du système de batterie configuré pour appliquer le procédé de commande selon l’invention. Le système de batterie comporte un module de batterie BAT présentant au moins une ligne de courant LT1 et une unité de commande UMI dont la fonction est au moins le pilotage de la forme d’onde en tension de la ligne LT1 en fonction d’une consigne de référence Vref. Selon le mode de réalisation de la figure 1, la batterie BAT comporte trois lignes de courant LT1, LT2, LT3 pouvant produire trois tensions triphasées décalées de 2π/3. Le pilotage de chaque ligne de courant est similaire, se différenciant seulement par un décalage de 2π/3 entre elles. Le procédé de commande selon l’invention a pour objectif de permettre l’équilibrage des cellules électriques d’une même ligne de courant LT1, LT2 ou LT3.FIG. 1 schematically represents an embodiment of the battery system configured to apply the control method according to the invention. The battery system comprises a battery module BAT having at least one current line LT1 and a control unit UMI whose function is at least to control the voltage waveform of the line LT1 according to a setpoint reference Vref. According to the embodiment of FIG. 1, the battery BAT comprises three current lines LT1, LT2, LT3 capable of producing three three-phase voltages offset by 2π/3. The control of each line of current is similar, differing only by a shift of 2π/3 between them. The purpose of the control method according to the invention is to enable the balancing of the electric cells of the same current line LT1, LT2 or LT3.

Comme le sait l’homme de l’art, une cellule élémentaire électrique d’une batterie est un accumulateur d’énergie électrique ayant deux bornes, une électrode positive et une électrode négative, et présentant une tension nominale de quelques volts, le plus souvent comprise entre 2V et 4V, généralement 2,2V ou 3,7V environ. Plus précisément, une cellule Lithium-ion est composée en outre d’un séparateur, d’un électrolyte et de collecteurs de courant déposés sur les électrodes. Le principe de fonctionnement d’une cellule Lithium-ion repose sur l’échange réversible d’ions lithium entre les deux électrodes. Lors de la décharge, la cellule fournit de l’énergie électrique, les ions lithium se désinsèrent de l’électrode négative, en libérant un électron, puis migrent et sont transportés à travers l’électrolyte vers l’électrode positive. Les électrons produits à l’électrode négative et consommés à l’électrode positive circulent par un circuit extérieur à la cellule et génèrent un courant électrique, qui alimentera les charges branchées aux bornes de la cellule. Le processus s’inverse lors de la charge. Le procédé de commande s’applique aux autres technologies, telles que les cellules de type Lithium polymère, Nickel Cadmium ou Nickel-Métal-Hydrure.As those skilled in the art know, an elementary electrical cell of a battery is an electrical energy accumulator having two terminals, a positive electrode and a negative electrode, and having a nominal voltage of a few volts, most often between 2V and 4V, generally around 2.2V or 3.7V. More precisely, a Lithium-ion cell is also composed of a separator, an electrolyte and current collectors deposited on the electrodes. The operating principle of a lithium-ion cell is based on the reversible exchange of lithium ions between the two electrodes. During discharge, the cell provides electrical energy, the lithium ions disintegrate from the negative electrode, releasing an electron, then migrate and are transported through the electrolyte to the positive electrode. The electrons produced at the negative electrode and consumed at the positive electrode circulate through a circuit external to the cell and generate an electric current, which will supply the loads connected to the terminals of the cell. The process is reversed during charging. The control process applies to other technologies, such as Lithium polymer, Nickel Cadmium or Nickel-Metal-Hydride type cells.

Un système (ou pack) de batterie est constitué de plusieurs cellules élémentaires agencées de manière à présenter, aux bornes d’une ligne de courant, une tension supérieure à celle d’une cellule élémentaire. Le système de batterie BAT selon la figure 1 présente à ses bornes une tension de plusieurs centaines de volts, de préférence 250V ou plus, mais peut selon les besoins électriques présenter seulement plusieurs dizaines de volts (24V, 36V, 48V par exemple), et adresse notamment les applications pour l’alimentation électrique des machines électriques de traction de véhicule, notamment véhicule automobile équipé d’une machine électrique asynchrone, synchrone ou à courant continu, mais aussi pour les stations fixes de stockage d’énergie pour le réseau électrique haute tension.A battery system (or pack) consists of several elementary cells arranged in such a way as to present, at the terminals of a current line, a voltage higher than that of an elementary cell. The battery system BAT according to FIG. 1 presents at its terminals a voltage of several hundreds of volts, preferably 250V or more, but can, depending on electrical requirements, present only several tens of volts (24V, 36V, 48V for example), and addresses in particular applications for the power supply of electric vehicle traction machines, in particular motor vehicle equipped with an asynchronous, synchronous or direct current electric machine, but also for fixed energy storage stations for the high power grid tension.

Dans le cas d’un groupe motopropulseur de véhicule, la sortie de chaque ligne de courant est destinée à être connectée directement (sans convertisseur de tension) à la ligne de courant d’une, ou plusieurs, machine(s) électrique(s), et à la ligne de courant d’une interface de recharge du véhicule pouvant fonctionner à tension constante ou tension alternative.In the case of a vehicle powertrain, the output of each current line is intended to be connected directly (without voltage converter) to the current line of one or more electrical machine(s) , and to the power line of a vehicle charging interface that can operate at constant voltage or alternating voltage.

Le système de batterie BAT comporte en outre une pluralité n de modules élémentaires ME1, MEk-1, MEk, MEn de cellules électriques, lesdits modules étant montés en série entre deux bornes B1, B2 pour former chaque ligne de courant LT1, LT2, LT3. Les n modules élémentaires sont référencés par un indice k, où k est un entier naturel compris entre 1 et n. Par exemple, n peut être égal à 80 pour former une tension de ligne pouvant atteindre une valeur crête moyenne d’environ 290V sur chaque ligne de courant LT1, LT2, LT3, ou une tension plus basse, par exemple d’environ 240V, à partir d’un groupe q de modules élémentaires, où q est inférieur à n. Dans un souci de simplification, un seul module élémentaire est représenté en détail.The battery system BAT further comprises a plurality n of elementary modules ME1, MEk-1, MEk, MEn of electric cells, said modules being connected in series between two terminals B1, B2 to form each current line LT1, LT2, LT3 . The n elementary modules are referenced by an index k, where k is a natural integer between 1 and n. For example, n can be equal to 80 to form a line voltage which can reach an average peak value of approximately 290V on each current line LT1, LT2, LT3, or a lower voltage, for example approximately 240V, at from a group q of elementary modules, where q is less than n. For the sake of simplification, a single elementary module is shown in detail.

Plus précisément, chaque module élémentaire MEk comprend deux bornes de connexion Bk1, Bk2, au moins une cellule élémentaire électrique CEk délivrant une tension élémentaire Vcell reliée entre lesdites bornes, un moyen de commutation comk1, comk2 apte à configurer le module élémentaire MEk dans trois états différents délivrant respectivement ladite tension nominale élémentaire Vcell, une tension nulle et ladite tension Vcell inversée auxdites bornes de connexion Bk1, Bk2. Chaque module élémentaire MEk comporte une unique cellule élémentaire.More specifically, each elementary module MEk comprises two connection terminals Bk1, Bk2, at least one electrical elementary cell CEk delivering an elementary voltage Vcell connected between said terminals, switching means comk1, comk2 capable of configuring the elementary module MEk in three states different respectively delivering said elementary nominal voltage Vcell, a zero voltage and said inverted voltage Vcell to said connection terminals Bk1, Bk2. Each elementary module MEk comprises a single elementary cell.

En variante deux cellules élémentaires, ou plus, sont connectées électriquement au sein d’un même module élémentaire, directement et de façon permanente en parallèle et/ou en série entre elles. De cette manière, un tel groupe de cellules élémentaires présente deux bornes de connexion connectées électriquement au moyen de commutation comk1, comk2 de manière à délivrer la tension aux bornes du groupe de cellules élémentaire, une tension nulle et ladite tension inversée aux bornes de connexion Bk1, Bk2 du module élémentaire. Dans l’éventualité que plusieurs cellules élémentaires sont connectées en série dans un unique module élémentaire MEk, ce module élémentaire comprend également un moyen d’équilibrage conventionnel desdites cellules en série du dudit module élémentaire.As a variant, two or more elementary cells are electrically connected within the same elementary module, directly and permanently in parallel and/or in series with each other. In this way, such a group of elementary cells has two connection terminals electrically connected to the switching means comk1, comk2 so as to deliver the voltage to the terminals of the group of elementary cells, a zero voltage and said inverted voltage to the connection terminals Bk1 , Bk2 of the elementary module. In the event that several elementary cells are connected in series in a single elementary module MEk, this elementary module also comprises a means of conventional balancing of said cells in series of said elementary module.

Le moyen de commutation est par exemple constitué de deux modules élémentaires de commutation comk1, comk2 formant un pont en H pilotable dans les trois états différents par un signal de commande uik de l’unité de commande UMI de la batterie BAT, réalisant la fonction de « DRIVER » selon le terme anglophone. Les états sont représentés par une variable de commande uik pouvant prendre par exemple les valeurs 1, 0, -1 représentant les trois états différents commandant respectivement ladite tension élémentaire Vcell, une tension nulle et ladite tension inversée -Vcell auxdites bornes de connexion Bk1, Bk2 du module élémentaire indexé k. Comme cela est illustré par la figure 1, chaque module élémentaire de commutation comprend deux composants électroniques, tels que des transistors de puissance, éventuellement de type MOSFET ou HEMT (« High Electron Mobility Transistor » en anglais), pilotés par les signaux ui1 à uin de l’unité de commande UMI. Ainsi, la tension vik aux bornes Bk1, Bk2 de chaque module élémentaire MEk peut être pilotée en fonction du signal de commande uik selon la relation suivante :The switching means is for example made up of two elementary switching modules comk1, comk2 forming an H bridge which can be controlled in the three different states by a control signal uik from the control unit UMI of the battery BAT, performing the function of "DRIVER" according to the English term. The states are represented by a control variable uik which can take for example the values 1, 0, -1 representing the three different states respectively controlling said elementary voltage Vcell, a zero voltage and said inverted voltage -Vcell at said connection terminals Bk1, Bk2 of the elementary module indexed k. As illustrated in FIG. 1, each elementary switching module comprises two electronic components, such as power transistors, possibly of the MOSFET or HEMT ("High Electron Mobility Transistor" in English) type, driven by the signals ui1 to uin of the UMI control unit. Thus, the voltage vik at the terminals Bk1, Bk2 of each elementary module MEk can be controlled according to the control signal uik according to the following relationship:

En figure 2, on a représenté un exemple de forme d’onde en tension pouvant être délivrée par la batterie BAT sur la ligne de courant LT1. Dans cet exemple non limitatif, la consigne de tension de référence Vref est de forme sinusoïdale et la tension de phase VM1 de la ligne de courant LT1 est formée par paliers d’amplitude égale à la tension élémentaire Vcell. Toute forme d’onde en tension peut être pilotée par l’unité de commande, par exemple sinusoïdale de fréquence 50hz ou de tension constante par exemple.In figure 2, an example of a voltage waveform that can be delivered by the battery BAT on the current line LT1 has been shown. In this non-limiting example, the reference voltage setpoint Vref is of sinusoidal form and the phase voltage VM1 of the current line LT1 is formed in stages of amplitude equal to the elementary voltage Vcell. Any voltage waveform can be controlled by the control unit, for example sinusoidal with a frequency of 50hz or constant voltage for example.

Nous décrivons maintenant les moyens fonctionnels de l’unité de commande UMI permettant la mise en œuvre du procédé de commande selon l’invention pour assurer l’équilibrage d’état de charge des cellules d’une même ligne de courant. Cette mise en œuvre peut se faire au moyen de l’unité de commande UMI de la batterie BAT, pouvant être intégrée ou constituée le calculateur de gestion de la batterie BMS (« Battery Management System » en anglais) dans une architecture décentralisée, comme illustré non limitativement sur la figure 1. Mais cela n’est pas obligatoire. En effet, le procédé pourrait être implanté dans un module externe au BMS, par exemple au sein même d’un module élémentaire MEk selon une architecture décentralisée, tout en étant couplé à cette dernière. Dans ce dernier cas, le module externe peut être lui-même agencé sous la forme d’un calculateur dédié comprenant un éventuel programme dédié. Par conséquent, le module de mise en œuvre du procédé de commande de la batterie, selon l’invention, peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques (ou encore « software »)), ou bien de circuits électroniques (ou « hardware »), ou encore d’une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels.We now describe the functional means of the UMI control unit allowing the implementation of the control method according to the invention to ensure the balancing of the state of charge of the cells of the same current line. This implementation can be done by means of the UMI control unit of the BAT battery, which can be integrated or constituted the battery management computer BMS ("Battery Management System" in English) in a decentralized architecture, as illustrated non-exhaustively in FIG. 1. But this is not obligatory. Indeed, the method could be implemented in a module external to the BMS, for example within an elementary module MEk according to a decentralized architecture, while being coupled to the latter. In the latter case, the external module can itself be arranged in the form of a dedicated computer comprising a possible dedicated program. Consequently, the module for implementing the battery control method, according to the invention, can be produced in the form of software (or computer (or even “software”)) modules, or electronic circuits (or "hardware"), or a combination of electronic circuits and software modules.

En figure 3, on a représenté plus précisément un module fonctionnel de l’unité de commande UMI de la batterie BAT dont la fonction est de piloter les signaux de commande uik de chaque module élémentaire MEk.In figure 3, a functional module of the control unit UMI of the battery BAT has been shown more precisely, the function of which is to control the control signals uik of each elementary module MEk.

L’unité de commande UMI est apte à recevoir en paramètre d’entrée une consigne de tension de référence Vref et une valeur de courant Ia de la ligne de courant (une consigne ou une mesure). En réponse à la consigne de tension Vref, un courant de ligne est généré traversant chaque module élémentaire connecté à la ligne de courant. Le courant de ligne peut être un courant de charge et un courant de décharge (à composante active et/ou réactive). Dans le cas d’une tension de référence alternative, le courant de ligne peut être en phase ou déphasé de la tension de référence d’une valeur de déphasage comprise entre -90° et 90° selon le comportement électrique (résisto-inductif) du réseau électrique (secteur ou réseau embarqué du véhicule) connecté à la, ou chaque, ligne de courant de la batterie.The control unit UMI is capable of receiving as input parameter a reference voltage setpoint Vref and a current value Ia of the current line (a setpoint or a measurement). In response to the voltage setpoint Vref, a line current is generated passing through each elementary module connected to the current line. The line current can be a charging current and a discharging current (with active and/or reactive component). In the case of an alternating reference voltage, the line current can be in phase or out of phase with the reference voltage by a phase shift value between -90° and 90° depending on the electrical behavior (resisto-inductive) of the electrical network (mains or on-board network of the vehicle) connected to the, or each, current line of the battery.

Un premier module 11 est apte à déterminer à chaque instant le nombre q de modules élémentaires nécessaires parmi la pluralité n pour réaliser la forme d’onde en tension pour chaque phase en tension quantifiée ViM demandée par la consigne Vref et où toutes les cellules élémentaires ont une même tension élémentaire Vcell en fonction de la relation suivante :A first module 11 is able to determine at each instant the number q of elementary modules necessary among the plurality n to produce the voltage waveform for each quantized voltage phase ViM requested by the setpoint Vref and where all the elementary cells have a same elementary voltage Vcell according to the following relationship:

Un deuxième module 12 est apte à assigner à chaque module élémentaire MEk une position nk dans un classement 13 (table, liste ou index) enregistré en mémoire de l’unité de commande UMI. Ce classement 13 est dynamique et modifiable par l’unité de commande UMI et enregistre la position nk de chacun des modules élémentaires MEk à chaque instant. Ainsi, grâce au classement dynamique il est possible d’obtenir une même tension à partir de différentes combinaisons de commande uik des modules élémentaires. L’objet de l’invention est de modifier ce classement 13 lors de la réalisation d’une onde en tension d’une ligne de courant en charge et décharge de la batterie de manière à opérer l’équilibrage des cellules.A second module 12 is capable of assigning to each elementary module MEk a position nk in a classification 13 (table, list or index) recorded in the memory of the control unit UMI. This classification 13 is dynamic and modifiable by the control unit UMI and records the position nk of each of the elementary modules MEk at any time. Thus, thanks to the dynamic classification it is possible to obtain the same voltage from different combinations of commands uik of the elementary modules. The object of the invention is to modify this classification 13 during the production of a voltage wave of a current line in charge and discharge of the battery so as to operate the balancing of the cells.

A cet effet, la position nk de chaque module élémentaire MEk est au moins dépendante du niveau d’état de charge SOC de chaque module élémentaire. Le classement 13 a pour fonction d’enregistrer une liste des modules élémentaires par ordre croissant ou décroissant d’état de charge SOC. Pour le classement par ordre décroissant, le module élémentaire Mek ayant l’état de charge le plus élevé, le module 12 attribue la position nk=1, et ainsi de suite jusqu’à la position nk=n pour le module élémentaire ayant l’état de charge le plus faible.To this end, the position nk of each elementary module MEk is at least dependent on the state of charge level SOC of each elementary module. Classification 13 has the function of recording a list of elementary modules in ascending or descending order of SOC state of charge. For the ranking in descending order, the elementary module Mek having the highest state of charge, the module 12 assigns the position nk=1, and so on until the position nk=n for the elementary module having the lowest state of charge.

En outre, chaque module élémentaire MEk est pilotable individuellement par un module 14 dans lesdits trois états différents (+1, 0, -1), et conformément au procédé le module 14 est configuré pour piloter les modules élémentaires de manière à connecter à la ligne de courant un groupe de q modules élémentaires MEk ayant l’état de charge SOC le plus élevé dans le classement 13 en cas de détection d’un courant de décharge traversant la ligne de courant LT1, et à connecter ledit groupe de q modules élémentaires MEk ayant l’état de charge le moins élevé dans le classement en cas de détection d’un courant de charge traversant la ligne de courant LT1. Les q modules ont des positions successives dans le classement 13.In addition, each elementary module MEk is individually controllable by a module 14 in said three different states (+1, 0, -1), and in accordance with the method the module 14 is configured to control the elementary modules so as to connect to the line current a group of q elementary modules MEk having the highest state of charge SOC in classification 13 in the event of detection of a discharge current crossing the current line LT1, and in connecting said group of q elementary modules MEk having the lowest state of charge in the ranking in the event of detection of a charging current crossing the current line LT1. The q modules have successive positions in the ranking 13.

Par convention, on définit les notions suivantes :By convention, the following terms are defined:

Le courant de ligne est un courant de décharge lorsque le courant et la tension ont le même signe, c’est-à-dire à un instant donné la tension de référence et le courant de ligne sont tous deux de signe positif ou de signe négatif.The line current is a discharge current when the current and the voltage have the same sign, i.e. at a given instant the reference voltage and the line current are both of positive sign or of negative sign .

Le courant de ligne est un courant de charge lorsque le courant et la tension sont de signe opposé, c’est-à-dire qu’à un instant donné, la tension de référence est de signe positif et le courant de ligne est négatif, ou la tension de référence est de signe négatif et le courant de ligne est positif.The line current is a load current when the current and the voltage are of opposite sign, i.e. at a given instant, the reference voltage is of positive sign and the line current is negative, where the reference voltage has a negative sign and the line current is positive.

Un courant de ligne est positif lorsque le courant est sortant vers le circuit électrique et le courant de ligne est négatif lorsque le courant est entrant vers la batterie.A line current is positive when the current is outgoing to the electrical circuit and the line current is negative when the current is incoming to the battery.

Le signe de la tension est référencé par rapport aux bornes B1, B2 de la ligne de courant de la batterie où la borne B1 est relié à une borne de phase du circuit électrique (borne enroulement machine électrique ou borne de phase réseau électrique) et la borne B2 à une borne neutre. Dans le cas d’un circuit à tension continue, la borne B1 est la borne positive et la borne B2 est la borne négative ou de masse de la batterie.The sign of the voltage is referenced in relation to terminals B1, B2 of the battery current line where terminal B1 is connected to a phase terminal of the electrical circuit (electrical machine winding terminal or electrical network phase terminal) and the terminal B2 to a neutral terminal. In the case of a DC voltage circuit, terminal B1 is the positive terminal and terminal B2 is the negative or ground terminal of the battery.

Ce mode de pilotage de l’onde en tension sur la ligne de courant permet d’opérer un équilibrage dynamique des cellules individuellement lors du fonctionnement de la batterie en pilotant un courant de charge et décharge traversant la ligne de courant. De plus, l’équilibrage est réalisé sous l’action du courant de charge et décharge de la batterie de l’ordre de plusieurs dizaines d’ampères, voire plusieurs centaines, ce qui améliore la dynamique d’équilibrage au regard des solutions connues d’équilibrage passif et actif où les courants d’équilibrage sont de seulement quelques ampères, qui elles présentent des pertes par effet joule et donc des pertes de rendement. Le courant de charge/décharge est un courant traversant la ligne de courant de la batterie lorsque celle-ci est connectée au réseau électrique du véhicule ou du secteur.This mode of controlling the voltage wave on the current line makes it possible to operate a dynamic balancing of the cells individually during the operation of the battery by controlling a charge and discharge current crossing the current line. In addition, the balancing is carried out under the action of the charging and discharging current of the battery of the order of several tens of amperes, or even several hundreds, which improves the balancing dynamics with regard to the known solutions of passive and active balancing where the balancing currents are only a few amperes, which they present losses by Joule effect and therefore losses of efficiency. The charge/discharge current is a current crossing the current line of the battery when the latter is connected to the electrical network of the vehicle or the mains.

Selon une variante de commande de la batterie, le module 14 est configuré de sorte que le classement consiste à assigner une position nk à chaque module élémentaire MEk comprise entre 1 et n dans une liste par ordre décroissant d’état de charge, et à chaque instant l’étape de pilotage des modules élémentaires comporte les sous-étapes suivantes :According to a battery control variant, the module 14 is configured so that the classification consists in assigning a position nk to each elementary module MEk comprised between 1 and n in a list in descending order of state of charge, and to each instant the step of piloting the elementary modules comprises the following sub-steps:

- La détermination du courant de ligne Ia de la ligne de courant LT1,- The determination of the line current Ia of the current line LT1,

- Lorsque le courant de ligne Ia et la consigne de tension de référence Vref sont de même signe, le pilotage des modules élémentaires MEk de sorte à connecter à la ligne de courant les modules élémentaires MEk dont la position nk est comprise entre 1 et q,- When the line current Ia and the reference voltage setpoint Vref have the same sign, the control of the elementary modules MEk so as to connect to the current line the elementary modules MEk whose position nk is between 1 and q,

- Lorsque le courant de ligne et la consigne de tension de référence sont de signe opposé, le pilotage des modules élémentaires MEk de sorte à connecter à la ligne de courant les modules élémentaires dont la position nk est comprise entre n-q et n.- When the line current and the reference voltage setpoint are of opposite sign, the control of the elementary modules MEk so as to connect to the current line the elementary modules whose position nk is between n-q and n.

On rappelle qu’à chaque instant, l’unité de commande UMI connecte q cellules (q ≤ n) où q est le rapport entre la tension de référence Vref désirée à cet instant en sortie de ligne et la tension élémentaire de cellule Vcell.It is recalled that at each instant, the control unit UMI connects q cells (q ≤ n) where q is the ratio between the reference voltage Vref desired at this instant at the line output and the elementary cell voltage Vcell.

Ainsi, l’état de chaque variable de commande des modules élémentaires est pilotable par le module 14 selon la relation algorithmique suivante où le classement est indexé par ordre décroissant d’état de charge :Thus, the state of each control variable of the elementary modules can be controlled by the module 14 according to the following algorithmic relationship where the classification is indexed in decreasing order of state of charge:

Où nk est la position de chaque module dans le classement, Vcell est la tension élémentaire d’une cellule et Vrefiet iisont la consigne de tension de référence et le courant de ligne (ampère) de chaque ligne de courant référencée i, ou i est par exemple compris entre 1 et 3 pour respectivement chaque ligne de courant d’une tension triphasée.Where nk is the position of each module in the classification, Vcell is the elementary voltage of a cell and V refi and i i are the reference voltage setpoint and the line current (ampere) of each current line referenced i, or i is for example between 1 and 3 for each current line of a three-phase voltage respectively.

L’homme du métier saura bien entendu configurer le classement par ordre d’état de charge croissant et modifier en conséquence la relation algorithmique permettant le pilotage de chaque module élémentaire MEk.The person skilled in the art will of course be able to configure the classification by order of increasing state of charge and modify the algorithmic relationship allowing the control of each elementary module MEk accordingly.

Par ailleurs, il est envisageable que le module 12 puisse assigner une position nk en fonction, en plus de l’état de charge SOC, d’un critère qui est dépendant de l’état de vieillissement de chaque module élémentaire ou de la capacité résiduelle de chaque module élémentaire. Par exemple, pour des modules d’état de charge équivalent, il est envisageable d’opérer le classement en prenant en compte l’état de vieillissement pour activer en priorité les modules plus jeunes ou de capacité résiduelle totale supérieure par rapport aux modules présentant une fatigue plus avancée.Furthermore, it is possible for the module 12 to be able to assign a position nk as a function, in addition to the state of charge SOC, of a criterion which is dependent on the state of aging of each elementary module or on the residual capacity of each elementary module. For example, for modules with an equivalent state of charge, it is possible to carry out the classification by taking into account the state of aging in order to activate in priority the younger modules or those with a higher total residual capacity compared to the modules presenting a more advanced fatigue.

En outre, un module 15 est apte à déterminer l’état de charge SOCk de chaque module élémentaire MEk à chaque instant. L’état de charge SOCk correspond à une capacité électrique contenue dans la cellule d’un module élémentaire MEk, exprimée en A.s, A.h (Ampère par seconde ou Ampère par heure) ou bien encore usuellement en pourcentage de charge par rapport à une capacité totale réelle à un instant t.In addition, a module 15 is able to determine the state of charge SOCk of each elementary module MEk at any time. The state of charge SOCk corresponds to an electrical capacity contained in the cell of an elementary module MEk, expressed in A.s, A.h (Ampere per second or Ampere per hour) or even usually in percentage of charge compared to a total capacity real at time t.

La détermination de l’état de charge SOCk est calculée par une première méthode coulométrique. Comme cela est bien connu de l’homme de l’art, l’estimation par mesure coulométrique est opérée à partir d’un état de charge initial connu de référence, par exemple état de charge complet correspondant à 100% du SOC pour une capacité totale connue à l’instant d’évaluation pour un état de vieillissement connu, et à partir de la variation de charge mesurée par un capteur de courant de la ligne de courant. Les algorithmes d’évaluation de l’état de santé d’une cellule électrochimique sont bien connus de l’homme du métier et peuvent être mis en œuvre par l’unité de commande du système de batterie BAT.The determination of the state of charge SOCk is calculated by a first coulometric method. As is well known to those skilled in the art, the estimation by coulometric measurement is carried out from a known initial state of charge of reference, for example complete state of charge corresponding to 100% of the SOC for a capacity total known at the instant of evaluation for a known state of aging, and from the load variation measured by a current sensor of the current line. The algorithms for evaluating the state of health of an electrochemical cell are well known to those skilled in the art and can be implemented by the control unit of the battery system BAT.

Avantageusement, le module 14 est configuré pour déterminer l’état de charge SOC de chaque module élémentaire MEk à un instant de commutation de l’état de pilotage de chaque module élémentaire. A cet effet, le module 14 estime la variation d’état de charge de chaque module MEk entre un premier et un deuxième instant de commutation à partir de l’état de pilotage uik de chaque module MEk et de la valeur du courant moyen de la ligne de courant. Grâce à cette méthode, il n’est ainsi pas nécessaire d’équiper la batterie d’un capteur de courant pour chaque cellule. La variable logique de commande uik est connue à tout instant et permet ainsi, uniquement à partir de la mesure du courant de la ligne, d’estimer l’état de charge par un calcul d’intégration sur la période entre les deux instants de commutation. Cette période peut être fixe ou variable. On entend par commutation d’état de pilotage la commande de pilotage correspondant à un rafraichissement de l’état de pilotage d’un module élémentaire MEk et couvre la situation de changement d’un premier état de pilotage parmi les états +1, 0, -1 vers un deuxième état différent parmi ces mêmes états ou, d’un état de pilotage parmi les états +1, 0, -1 vers ce même état.Advantageously, the module 14 is configured to determine the state of charge SOC of each elementary module MEk at a time of switching of the piloting state of each elementary module. To this end, the module 14 estimates the variation in the state of charge of each module MEk between a first and a second instant of switching from the control state uik of each module MEk and the value of the average current of the current line. Thanks to this method, it is thus not necessary to equip the battery with a current sensor for each cell. The control logic variable uik is known at all times and thus makes it possible, solely from the measurement of the line current, to estimate the state of charge by an integration calculation over the period between the two switching times . This period can be fixed or variable. Control state switching means the control command corresponding to a refresh of the control state of an elementary module MEk and covers the situation of change of a first control state among the states +1, 0, -1 to a second different state among these same states or, from a control state among the states +1, 0, -1 to this same state.

Cette première méthode coulométrique présente néanmoins un désavantage, car au fil du temps elle est susceptible d’entrainer une erreur d’estimation du SOC augmentant au fur et à mesure des calculs. Il est donc prévu en outre que l’unité de commande UMI comporte un module 18 apte à exécuter un recalage ou calibrage de l’estimation de l’état de charge de chaque cellule des modules élémentaires, ou bien encore tout autre type de diagnostic comme par exemple une évaluation de l’état de vieillissement.This first coulometric method nevertheless has a disadvantage, because over time it is likely to lead to an error in the estimation of the SOC increasing as the calculations progress. Provision is therefore also made for the control unit UMI to include a module 18 capable of performing a readjustment or calibration of the estimate of the state of charge of each cell of the elementary modules, or even any other type of diagnosis such as for example an assessment of the state of aging.

Selon une variante consistant à calibrer l’état de charge lorsque la précision n’est plus garantie par la méthode coulométrique, le module 18 est apte à estimer la tension à vide d’une cellule lors d’une phase de relaxation de la cellule (principe basé sur les filtres de Kalman ou valeurs tabulées éventuellement). Les techniques d’estimation de la tension à vide sont bien connues de l’homme du métier et ne font pas précisément l’objet de l’invention. Comme on le sait certaines méthodes requièrent plusieurs dizaines de minutes pour observer la stabilisation de la tension au repos et obtenir une valeur fiable de la tension à vide et donc de son état de charge SOC. D’autres méthodes par modélisation peuvent s’exécuter en un temps inférieur mais requièrent des ressources de calculs plus importantes.According to a variant consisting in calibrating the state of charge when the precision is no longer guaranteed by the coulometric method, the module 18 is capable of estimating the no-load voltage of a cell during a relaxation phase of the cell ( principle based on Kalman filters or possibly tabulated values). No-load voltage estimation techniques are well known to those skilled in the art and are not precisely the subject of the invention. As we know, some methods require several tens of minutes to observe the stabilization of the voltage at rest and to obtain a reliable value of the no-load voltage and therefore of its state of charge SOC. Other modeling methods can run in less time but require more computational resources.

Quelle que soit la méthode d’estimation de la tension à vide, l’unité de commande UMI comporte un module 17 configuré pour assigner, à tout instant, à chaque module élémentaire MEk une position d’exclusion dans le classement 13 de sorte à exclure ledit module élémentaire dudit groupe de q modules durant une durée d’exclusion prédéterminée. Ainsi, grâce au module 17, il est possible de by-passer temporairement une cellule électrique individuellement, indépendamment de la valeur de son état de charge, pour opérer un diagnostic ou calibrage en temps masqué, sans affecter le fonctionnement normal de la batterie. Il est envisageable que l’action d’exclusion du module 17 soit déclenchée pour tout type de diagnostic requérant la désactivation du module élémentaire concerné, que ce soit la calibration de l’état de charge ou l’évaluation de l’état de vieillissement d’une cellule par exemple.Whatever the method for estimating the off-load voltage, the control unit UMI comprises a module 17 configured to assign, at any time, to each elementary module MEk an exclusion position in the classification 13 so as to exclude said elementary module of said group of q modules during a predetermined exclusion period. Thus, thanks to the module 17, it is possible to temporarily bypass an electrical cell individually, independently of the value of its state of charge, to carry out a diagnosis or calibration in masked time, without affecting the normal operation of the battery. It is conceivable that the action of exclusion of the module 17 be triggered for any type of diagnosis requiring the deactivation of the elementary module concerned, whether it is the calibration of the state of charge or the evaluation of the state of aging of a cell for example.

On notera que la durée d’exclusion est dépendante de la durée nécessaire pour opérer le diagnostic. Une fois que la position d’exclusion est assignée, nk supérieur à q en décharge et nk supérieur à n-q en charge, le module 18 est autorisé à exécuter la méthode d’évaluation de la tension à vide pour le module élémentaire associé. On notera que l’action du module 17 est fonction de l’état d’un drapeau ou indicateur (« flag » en anglais) s’activant lorsque la précision de l’état de charge n’est pas garantie par l’unité de commande. L’indicateur s’active, par exemple état haut, pour demander un recalage du SOC. L’indicateur se désactive, état bas, lorsque le recalage est effectué.It should be noted that the duration of exclusion is dependent on the time required to make the diagnosis. Once the exclusion position is assigned, nk greater than q in discharge and nk greater than n-q in charge, module 18 is authorized to execute the no-load voltage evaluation method for the associated elementary module. It will be noted that the action of the module 17 is a function of the state of a flag or indicator ("flag" in English) activating when the accuracy of the state of charge is not guaranteed by the unit of order. The indicator is activated, for example high state, to request a readjustment of the SOC. The indicator deactivates, low state, when the recalibration is performed.

Par ailleurs, il est prévu optionnellement un module 16 dont la fonction est d’opérer un traitement du classement de la pluralité n selon une permutation circulaire des positions nk des modules élémentaires MEk de sorte que chaque module élémentaire de la pluralité n participe à réaliser la forme d’onde en tension durant une durée égale pour chaque module. La permutation consiste à décaler la position des modules élémentaires dans le classement. Du fait que le nombre q de modules élémentaires nécessaires pour réaliser la forme d’onde est inférieur au nombre n total de modules disponibles, à chaque instant des modules sont shuntés tandis que d’autres sont traversés par le courant de ligne. Ce cyclage du classement opère une action de hachage du courant traversant chaque cellule. Le cyclage est particulièrement intéressant lorsque les cellules ont atteint un équilibre d’état de charge entre elle sur une période donnée pour égaliser les courants moyens les traversant. De même, le cyclage permet de réduire l’impact de fortes sollicitations de courant et lorsque peu de cellules sont sollicitées (q faible par rapport à n) pour réaliser la forme d’onde en tension, notamment en cas de montée de trottoir pour un véhicule automobile. On évite ainsi d’accentuer un éventuel déséquilibre déjà existant.Furthermore, a module 16 is optionally provided, the function of which is to operate a processing of the classification of the plurality n according to a circular permutation of the positions nk of the elementary modules MEk so that each elementary module of the plurality n participates in carrying out the voltage waveform for an equal duration for each module. The permutation consists in shifting the position of the elementary modules in the classification. Since the number q of elementary modules necessary to produce the waveform is less than the total number n of modules available, at each instant some modules are shunted while others are crossed by the line current. This classification cycling operates an action of chopping the current passing through each cell. Cycling is particularly interesting when the cells have reached a state of charge equilibrium between them over a given period to equalize the average currents passing through them. Similarly, cycling makes it possible to reduce the impact of strong current stresses and when few cells are stressed (low q compared to n) to produce the voltage waveform, in particular in the event of a sidewalk climb for a motor vehicle. This avoids accentuating any imbalance that already exists.

Ainsi, le déclenchement du cyclage par le module 16 selon la permutation circulaire peut être dépendant d’un écart d’état de charge entre les modules élémentaires MEk par rapport à un seuil prédéterminé, ou bien encore en fonction d’une valeur de consigne de courant par rapport à la valeur du niveau de tension demandé.Thus, the triggering of cycling by the module 16 according to the circular permutation can be dependent on a difference in the state of charge between the elementary modules MEk with respect to a predetermined threshold, or even according to a setpoint value of current in relation to the value of the requested voltage level.

Plus précisément, le module 16 modifie la table de classement 13 selon la relation algorithmique suivante :Specifically, module 16 modifies the classification table 13 according to the following algorithmic relationship:

Le cyclage des positions nk dans la liste totale des n modules élémentaires s’effectue lorsque q est inférieur à n et à des fréquences de permutation supérieures à la fréquence du signal Vref, par exemple environ 1kHz pour une tension de référence Vref de fréquence 50Hz. Le rapport entre la fréquence de permutation et la fréquence du signal de tension peut être différent et sera choisi en fonction des pertes joules en commutation au regard de la baisse d’impédance interne de la batterie. La fréquence de permutation est configurée pour assurer la permutation complète des n modules sur une durée prédéterminée, c’est-à-dire que chaque module a été positionné dans le classement à chacune des positions successivement sur ladite durée. La durée prédéterminée égale ou inférieure à la période de la tension électrique de la ligne de courant.The cycling of the positions nk in the total list of the n elementary modules takes place when q is less than n and at permutation frequencies greater than the frequency of the signal Vref, for example approximately 1 kHz for a reference voltage Vref of frequency 50 Hz. The ratio between the switching frequency and the frequency of the voltage signal can be different and will be chosen according to the switching joule losses with regard to the drop in internal impedance of the battery. The permutation frequency is configured to ensure the complete permutation of the n modules over a predetermined period, i.e. each module has been positioned in the ranking at each of the positions successively over the said period. The predetermined duration equal to or less than the period of the electrical voltage of the current line.

On a observé que le cyclage permet de réduire la valeur d’impédance interne d’une cellule électrique, de l’ordre d’environ 30% pour une cellule de technologie Lithium Phosphate de Fer. Il est ainsi possible d’adapter la fréquence de permutation à la technologie des cellules choisies. Ainsi donc, en variante, la fréquence de permutation de la permutation circulaire peut être dépendante de la valeur de l’impédance interne de la cellule de chaque module élémentaire.It has been observed that cycling makes it possible to reduce the internal impedance value of an electric cell, by around 30% for a cell using Lithium Iron Phosphate technology. It is thus possible to adapt the switching frequency to the technology of the cells chosen. Thus, as a variant, the permutation frequency of the circular permutation can be dependent on the value of the internal impedance of the cell of each elementary module.

On ajoutera que le classement 13 des modules élémentaires par ordre d’état de charge est actif à tout instant du fonctionnement de la batterie, en charge, décharge, de manière à garantir l’équilibrage des cellules d’une ligne de courant sans protocole de surveillance dédié. La fréquence du classement par ordre d’état de charge est configurée en fonction d’une durée prédéterminée ou en fonction de la vitesse de décharge/charge de la batterie, par exemple dans une plage comprise entre 1 seconde et 5 minutes, ou pour une variation de proportion prédéterminée de la capacité totale de la batterie, par exemple chaque 1% de SOC déchargé/chargé (c’est-à-dire chaque centième de la capacité par rapport à la capacité totale de la batterie).It will be added that the classification 13 of the elementary modules by order of state of charge is active at any moment of the operation of the battery, in charge, discharge, so as to guarantee the balancing of the cells of a current line without protocol of dedicated monitoring. The frequency of charging state ordering is configured according to a predetermined duration or according to the battery discharge/charge speed, for example in a range between 1 second and 5 minutes, or for a variation of predetermined proportion of the total capacity of the battery, for example each 1% of SOC discharged/charged (ie each hundredth of the capacity with respect to the total capacity of the battery).

En figure 4, on décrit un synoptique d’algorithme décrivant un mode de réalisation du procédé de commande d’une batterie permettant l’équilibrage et le maintien de l’équilibrage des cellules d’une ligne de courant. Le procédé comporte :In Figure 4, an algorithm block diagram is described describing an embodiment of the method for controlling a battery allowing the balancing and maintenance of the balancing of the cells of a current line. The process includes:

- une étape de détermination 31 de l’état de charge de chaque module élémentaire MEk de la pluralité n,- a step 31 for determining the state of charge of each elementary module MEk of the plurality n,

- puis une étape détermination 32 d’un classement des n modules élémentaires selon un ordre dépendant de l’état de charge de chaque module élémentaire,- then a determination step 32 of a classification of the n elementary modules according to an order depending on the state of charge of each elementary module,

- puis une étape de pilotage 33 des signaux de commande des modules élémentaires MEk de sorte à fournir, à tout instant t, la forme d’onde en tension de la ligne de courant à partir d’une sélection d’un groupe de q modules élémentaires en fonction de la consigne de tension de référence Vref, où Vref=qVcell.- then a step 33 of controlling the control signals of the elementary modules MEk so as to provide, at any time t, the voltage waveform of the current line from a selection of a group of q modules elements according to the reference voltage setpoint Vref, where Vref=qVcell.

Plus précisément, selon le procédé, cette étape de pilotage 33 consiste à connecter à la ligne de courant ledit groupe de q modules élémentaires, successifs dans le classement, ayant l’état de charge le plus élevé dans le classement en cas de détection d’un courant de ligne de décharge, et à connecter ledit groupe de q modules élémentaires ayant l’état de charge le moins élevé dans le classement en cas de détection d’un courant de ligne de charge.More specifically, according to the method, this control step 33 consists in connecting to the current line said group of q elementary modules, successive in the classification, having the highest state of charge in the classification in the event of detection of a discharge line current, and connecting said group of q elementary modules having the lowest state of charge in the classification in the event of detection of a charging line current.

Cette étape s’exécute grâce à l’invention lors de phase de fonctionnement de la batterie en charge et décharge sous l’action du courant de charge et décharge, garantissant ainsi une dynamique d’équilibrage supérieure aux solutions passives et actives décrites dans l’état de la technique. Le courant de ligne et la consigne de tension sont des signaux alternatifs de forme sinusoïdale prenant des valeurs positives et négatives sur une période. Le procédé conserve ainsi l’équilibrage des cellules à tout instant de fonctionnement d’un véhicule du fait de la prise en compte du sens du courant pour détecter les phases de charge et décharge sur au moins une période de phase, notamment lors de la succession de phases d’accélération et de freinage récupératif. La commande de l’équilibrage est bien entendu applicable identiquement pour une batterie de véhicule connectée à un réseau électrique via la borne de recharge ou pour une application stationnaire, notamment dans le cas de processus de commande dit « Smart Grid » pour la gestion d’un réseau où des phases de charge et décharge sont commandées.This step is carried out thanks to the invention during the charging and discharging battery operating phase under the action of the charging and discharging current, thus guaranteeing a balancing dynamic superior to the passive and active solutions described in the state of the art. The line current and the voltage setpoint are alternating signals of sinusoidal form taking positive and negative values over a period. The method thus preserves the balancing of the cells at any moment of operation of a vehicle due to the consideration of the direction of the current to detect the phases of charge and discharge over at least one phase period, in particular during the succession acceleration and regenerative braking phases. The balancing control is of course applicable identically for a vehicle battery connected to an electrical network via the charging station or for a stationary application, in particular in the case of a so-called "Smart Grid" control process for the management of a network where charging and discharging phases are controlled.

Ainsi, sur une période de la tension de référence, un module élémentaire de charge importante relativement aux autres modules (par exemple nk=1) sera soumis à un courant de décharge uniquement, tandis qu’un module de charge faible par rapport aux autres modules (par exemple nk=n) sera soumis à un courant de charge uniquement.Thus, over a period of the reference voltage, an elementary module with a high load relative to the other modules (for example nk=1) will be subjected to a discharge current only, while a module with a low load compared to the other modules (eg nk=n) will be subject to load current only.

Pour illustrer cet exemple, on a représenté en figure 5 le courant instantané Ia d’une cellule d’un module élémentaire de position nk=10 lors de l’exécution du procédé de commande pour un exemple d’architecture de batterie. Sur l’axe des ordonnées est représentée la valeur du courant de charge en ampère et sur l’axe des abscisses le temps t en millisecondes.To illustrate this example, FIG. 5 shows the instantaneous current Ia of a cell of an elementary module of position nk=10 during the execution of the control method for an example of battery architecture. On the ordinate axis is represented the value of the charging current in amperes and on the abscissa axis the time t in milliseconds.

Dans cet exemple, la ligne de courant est équipée de 80 modules élémentaires montés en série, la tension Vcell unitaire est égale à 3,3V, la tension de référence sinusoïdale présente une amplitude de 264V et le courant sinusoïdal est égal à 100A. La tension et le courant présentent un déphasage de 45° en considération du comportement inductif des enroulements machine et de son point de fonctionnement. Comme on le voit sur cette figure, le courant vu par la cellule est de forme partiellement sinusoïdale et reste de signe positif sur une même période, car la cellule du module élémentaire est connectée à la ligne uniquement lorsque le courant de ligne est un courant de décharge. En effet, sa position relativement basse dans la liste (état de charge élevé) l’expose à des courants de décharge uniquement. On notera que le courant vu par un module élémentaire dépend donc de la valeur d’état de charge de la cellule du module élémentaire, et du déphasage entre la consigne de tension et le courant de ligne. En cas de déphasage nul, le courant sera de valeur continue sans coupures.In this example, the current line is equipped with 80 elementary modules mounted in series, the unit voltage Vcell is equal to 3.3V, the sinusoidal reference voltage has an amplitude of 264V and the sinusoidal current is equal to 100A. The voltage and current have a phase shift of 45° considering the inductive behavior of the machine windings and its operating point. As seen in this figure, the current seen by the cell is partially sinusoidal in shape and remains of positive sign over the same period, because the cell of the elementary module is connected to the line only when the line current is a current of dump. Indeed, its relatively low position in the list (high state of charge) exposes it to discharge currents only. It should be noted that the current seen by an elementary module therefore depends on the state of charge value of the cell of the elementary module, and on the phase shift between the voltage setpoint and the line current. In the event of zero phase shift, the current will be of continuous value without cuts.

Ensuite, selon le procédé, en cas de détection, à une étape de 34, d’activation d’une condition de réordonnancement du classement, durée depuis le précédent ordonnancement supérieur à une durée prédéterminée, ou éventuellement une variation d’état de charge depuis le précédent ordonnancement supérieur à un seuil prédéterminé, les étapes 31 et 32 sont de nouveau exécutées. La durée prédéterminée peut être comprise entre une ou plusieurs minutes par exemple, afin de réduire les pertes d’énergie liées aux actions de commutation des transistors.Then, according to the method, in the event of detection, at a step of 34, of activation of a classification rescheduling condition, duration since the previous scheduling greater than a predetermined duration, or possibly a variation in the state of charge since the previous scheduling greater than a predetermined threshold, steps 31 and 32 are executed again. The predetermined duration can be between one or several minutes for example, in order to reduce the energy losses linked to the switching actions of the transistors.

Selon une variante du procédé, représentée en figure 4, l’étape de classement 32 consiste, à une sous étape 320, à assigner une position nk à chaque module élémentaire comprise entre 1 et n dans une liste par ordre décroissant d’état de charge et l’étape de pilotage 33 comporte les sous-étapes successives suivantes :According to a variant of the method, represented in FIG. 4, the classification step 32 consists, in a sub-step 320, in assigning a position nk to each elementary module between 1 and n in a list in decreasing order of state of charge and the piloting step 33 comprises the following successive sub-steps:

- La détermination 330 du signe du courant de la ligne de courant pour ensuite comparer à une étape 331, le signe du courant et le signe de la tension de référence pour détecter si la ligne présente un courant de charge ou décharge.- The determination 330 of the sign of the current of the current line to then compare in a step 331, the sign of the current and the sign of the reference voltage to detect whether the line has a charge or discharge current.

- Lorsque le courant et la consigne de tension de référence sont de même signe (c’est-à-dire courant de décharge), le pilotage 332 des modules élémentaires de sorte à connecter à la ligne de courant les modules élémentaires dont la position nk est comprise entre 1 et q.- When the current and the reference voltage setpoint have the same sign (that is to say discharge current), the control 332 of the elementary modules so as to connect to the current line the elementary modules whose position nk is between 1 and q.

- Lorsque le courant et la consigne de tension de référence sont de signe opposé (c’est-à-dire courant de charge), le pilotage 333 des modules élémentaires de sorte à connecter à la ligne de courant les modules élémentaires dont la position nk est comprise entre n-q et n.- When the current and the reference voltage setpoint are of opposite sign (that is to say load current), the control 333 of the elementary modules so as to connect to the current line the elementary modules whose position nk is between n-q and n.

On envisage en outre que le classement par ordre d’état de charge effectué par le module 12 peut être désactivé si l’unité de commande UMI détecte que les cellules sont équilibrées, c’est-à-dire que l’écart d’état de charge entre chaque cellule est inférieur à un seuil minimal prédéterminé.It is further envisaged that the classification by order of state of charge carried out by the module 12 can be deactivated if the control unit UMI detects that the cells are balanced, that is to say that the state difference load between each cell is less than a predetermined minimum threshold.

A une étape 35, si l’unité de commande détecte une telle situation, le module 16 est activé pour opérer à une étape 36 la permutation circulaire du classement de manière à garantir la même sollicitation en courant moyen pour toutes les cellules. La permutation circulaire est active tant que les cellules sont équilibrées et est réalisée à une fréquence de permutation supérieure à la fréquence de la consigne de tension de référence Vref, par exemple 1kHz pour une tension de référence de 50Hz.At a step 35, if the control unit detects such a situation, the module 16 is activated to operate at a step 36 the circular permutation of the classification so as to guarantee the same average current demand for all the cells. The circular permutation is active as long as the cells are balanced and is carried out at a permutation frequency greater than the frequency of the reference voltage set point Vref, for example 1 kHz for a reference voltage of 50 Hz.

En variante de l’étape 35, le module 16 est activé en cas de détection en outre que la consigne de tension de référence est inférieure à un seuil de tension prédéterminé et en cas de détection simultanée d’une consigne de courant supérieur à un seuil de courant prédéterminé. Cette stratégie vise à répondre spécifiquement aux fortes sollicitations de courant lorsqu’un nombre faible de cellules est sollicité pour réaliser la forme d’onde en tension. Cette activation vise à empêcher un déséquilibre des cellules.As a variant of step 35, the module 16 is activated in the event of detection in addition that the reference voltage setpoint is lower than a predetermined voltage threshold and in the event of simultaneous detection of a current setpoint higher than a threshold of predetermined current. This strategy aims to respond specifically to high current demands when a small number of cells is called upon to produce the voltage waveform. This activation aims to prevent an imbalance of the cells.

Le classement 32 par ordre d’état de charge peut être activé simultanément au traitement de permutation circulaire 36, ou l’un ou l’autre seulement durant une période donnée.SOC ordering 32 may be activated simultaneously with round robin processing 36, or either only during a given period.

Enfin à l’étape 35 du procédé, en cas de détection d’un déséquilibre d’état de charge et d’une demande de désactivation de la permutation circulaire, le procédé retourne à l’étape 31. Cette situation est détectée lorsqu’un écart d’état de charge entre au moins une des cellules des autres cellules est supérieur à un seuil maximal prédéterminé.Finally in step 35 of the method, in the event of detection of a state of charge imbalance and of a request to deactivate the circular permutation, the method returns to step 31. This situation is detected when a difference in state of charge between at least one of the cells of the other cells is greater than a predetermined maximum threshold.

Dans une variante, lorsque la capacité restante de la batterie (ou autonomie résiduelle du véhicule par exemple) est inférieure à un seuil prédéterminé, le classement par ordre d’état de charge est activé. Dans ce cas, le classement par ordre d’état de charge et le pilotage associé est maintenu actif jusqu’à ce que la capacité restante de la batterie atteint une limite minimum, par exemple inférieur à 10% ou quelques pourcents de la capacité totale ou même encore la capacité nulle. De cette façon, toutes les cellules atteignent l’état de charge minimum autorisé au même instant.In a variant, when the remaining capacity of the battery (or residual autonomy of the vehicle for example) is less than a predetermined threshold, the classification by order of state of charge is activated. In this case, the classification by order of state of charge and the associated control is kept active until the remaining capacity of the battery reaches a minimum limit, for example less than 10% or a few percent of the total capacity or even still zero capacity. In this way, all the cells reach the minimum authorized state of charge at the same time.

En outre, comme cela a été mentionné précédemment, le classement permet de by-passer temporairement une ou plusieurs cellules à des fins de diagnostic ou de calibration de l’état de charge tout en maintenant le fonctionnement normal du système de batterie. En figure 4, on a également représenté le déroulement de ces étapes 40, 41, 42 où :Additionally, as mentioned previously, grading allows one or more cells to be temporarily bypassed for diagnostic or state-of-charge calibration purposes while maintaining normal battery system operation. In Figure 4, the sequence of these steps 40, 41, 42 has also been shown where:

En cas de détection 40 d’une demande de diagnostic (calibration d’état de charge par exemple), le procédé comporte une étape d’assignation 41 à un module élémentaire d’une position d’exclusion dans le classement de sorte à exclure ledit module élémentaire dudit groupe de q modules durant une durée d’exclusion prédéterminée, puis une étape d’exécution 42 dudit diagnostic du module élémentaire durant la durée d’exclusion.In the event of detection 40 of a diagnostic request (calibration of state of charge for example), the method comprises a step 41 of assigning to an elementary module an exclusion position in the classification so as to exclude said elementary module of said group of q modules during a predetermined exclusion period, then a step 42 of executing said diagnosis of the elementary module during the exclusion period.

En figure 6, on a représenté une première application du procédé de commande selon l’invention dans le domaine de l’électromobilité pour un groupe motopropulseur de véhicule automobile comportant un système de batterie conformément à l’architecture à onduleurs intégrés telle que décrite en figure 1. Le véhicule peut être un véhicule hybride ou électrique muni d’une ou plusieurs machines électriques de traction (asynchrone, synchrone ou à courant continu) où la, ou chaque, machine est connectée électriquement au système de batterie. Le groupe motopropulseur 500 comporte un module 50 de génération d’une consigne de courant 51 envoyée à une boucle d’asservissement en courant. Le module de génération 50 délivre une consigne de courant en fonction d’une demande de couple issu de la pédale d’accélérateur du véhicule ou d’un module de pilotage automatique, tel qu’une fonction de régulation automatique de vitesse à partir d’une mesure de vitesse et de couple du train de roues moteur. De façon conventionnelle, la boucle d’asservissement en courant reçoit ladite consigne 51 et la mesure du courant généré 58 sur au moins une des lignes de courant de la batterie 56. La batterie 56 est connectée électriquement directement (sans convertisseur de tension intercalé électriquement) à au moins une machine électrique de traction 57 motorisant un train de roue 59 du véhicule, ainsi qu’à une interface de recharge (non représentée) sur un réseau électrique extérieur au véhicule, dans cet exemple en tension triphasée. L’architecture de la batterie ne nécessite pas l’usage d’un onduleur en sortie de ligne de la batterie.In FIG. 6, there is shown a first application of the control method according to the invention in the field of electromobility for a motor vehicle powertrain comprising a battery system in accordance with the architecture with integrated inverters as described in FIG. 1. The vehicle may be a hybrid or electric vehicle fitted with one or more electric traction machines (asynchronous, synchronous or direct current) where the, or each, machine is electrically connected to the battery system. The powertrain 500 comprises a module 50 for generating a current setpoint 51 sent to a current servo loop. The generation module 50 delivers a current setpoint according to a torque request from the accelerator pedal of the vehicle or from an automatic piloting module, such as an automatic speed regulation function from a speed and torque measurement of the driving wheelset. Conventionally, the current servo loop receives said setpoint 51 and the measurement of the current generated 58 on at least one of the current lines of the battery 56. The battery 56 is electrically connected directly (without electrically interposed voltage converter) to at least one electric traction machine 57 motorizing a wheel set 59 of the vehicle, as well as to a charging interface (not shown) on an electrical network external to the vehicle, in this example in three-phase voltage. The battery architecture does not require the use of an inverter at the battery line output.

La boucle d’asservissement comporte en outre un correcteur 52 délivrant une consigne de tension de référence 53 en fonction de la consigne 51 et de la mesure 58, à une unité de commande 54 de la batterie 56. L’unité de commande 54 délivre des consignes de commande 55 pilotant chaque module élémentaire de la batterie conformément au procédé de commande décrit précédemment en fonction de la consigne de tension pour maintenir l’équilibrage des cellules de la batterie.The servo loop further comprises a corrector 52 delivering a reference voltage setpoint 53 as a function of the setpoint 51 and the measurement 58, to a control unit 54 of the battery 56. The control unit 54 delivers control setpoints 55 controlling each elementary module of the battery in accordance with the control method described above as a function of the voltage setpoint to maintain the balancing of the cells of the battery.

En figure 7, on a représenté une deuxième application du procédé de commande selon l’invention dans le domaine des batteries stationnaires où un système de batterie conformément à l’architecture à onduleurs intégrés telle que décrite en figure 1 est connecté au réseau électrique. Le système de batterie 600 reçoit une consigne 60 de puissance, résultant de demandes en puissance active (P) et puissance réactive (Q) devant être injectées sur le réseau électrique 70. Le système comporte en outre un module 61 de détermination de la consigne de courant 62 en amplitude et phase en fonction de la consigne 60 et d’une mesure de la tension 69 sur la ligne de courant en sortie de la batterie 67, et une boucle d’asservissement du courant comportant un correcteur 63 délivrant une consigne de tension de référence 64 en fonction d’une mesure de courant 68 sur une ligne de courant (ici triphasée) en sortie de la batterie 67, et de la consigne de courant 62. L’unité de commande 65 de la batterie 67 délivre des consignes de commande pour chaque module élémentaire de la batterie conformément au procédé de commande décrit précédemment pour maintenir l’équilibrage des cellules en fonction de la consigne de tension de référenceIn Figure 7, there is shown a second application of the control method according to the invention in the field of stationary batteries where a battery system in accordance with the architecture with integrated inverters as described in Figure 1 is connected to the electrical network. The battery system 600 receives a power setpoint 60, resulting from active power (P) and reactive power (Q) demands to be injected into the electrical network 70. The system further comprises a module 61 for determining the power setpoint. current 62 in amplitude and phase as a function of setpoint 60 and a voltage measurement 69 on the current line at the output of battery 67, and a current servo loop comprising a corrector 63 delivering a voltage setpoint reference 64 as a function of a current measurement 68 on a current line (here three-phase) at the output of the battery 67, and of the current setpoint 62. The control unit 65 of the battery 67 delivers setpoints of control for each elementary module of the battery in accordance with the control method described previously to maintain the balancing of the cells according to the reference voltage setpoint

Dans ce type d’application, le système 600 peut être piloté pour charger et décharger la batterie à partir du réseau électrique.In this type of application, the 600 system can be controlled to charge and discharge the battery from the electrical network.

On récapitule maintenant les différents avantages techniques suivants du procédé de commande :We now summarize the following various technical advantages of the ordering process:

- Equilibrage dynamique des cellules pendant les phases de vie du véhicule : traction, recharge et décharge sur le réseau électrique secteur,- Dynamic balancing of the cells during the life phases of the vehicle: traction, charging and discharging on the mains electricity network,

- Equilibrage de cellules pouvant présenter des états de vieillissement différents,- Balancing of cells that may present different states of aging,

- Equilibrage de cellules présentant des capacités différentes,- Balancing of cells with different capacities,

- Equilibrage dynamique sans avoir recours à un dispositif spécifique à l’équilibrage mais en réutilisant les onduleurs locaux de chaque module élémentaire,- Dynamic balancing without using a specific balancing device but by reusing the local inverters of each elementary module,

- Rendement d’équilibrage élevé (> 90%),- High balancing efficiency (> 90%),

- Courant d’équilibrage égal au courant de cyclage de la batterie (courant de charge et de décharge de la batterie en fonctionnement),- Balancing current equal to the battery cycling current (charging and discharging current of the battery in operation),

Claims (10)

Procédé de commande d’une batterie (BAT) à cellules électrochimiques (CEk) permettant l’équilibrage d’état de charge des cellules (CEk), la batterie (BAT) comportant au moins une ligne de courant (LT1), formée par une pluralité n de modules élémentaires (MEk) de cellules connectés en série, apte à délivrer une forme d’onde en tension, chaque module élémentaire (MEk) comprenant deux bornes de connexion (Bk1, Bk2), au moins une cellule (CEk) délivrant une tension élémentaire Vcell et un moyen de commutation (comk1, comk2) apte à piloter le module élémentaire (MEk) dans la ligne de courant (LT1) en fonction de trois états de pilotage différents permettant respectivement de délivrer aux dites bornes ladite tension élémentaire Vcell, une tension nulle et ladite tension Vcell inversée de sorte à réaliser une forme d’onde en tension (VM1), le procédé comportant une étape de pilotage (33) des signaux de commande (uik) des modules élémentaires (MEk) de sorte à fournir la forme d’onde en tension (VM1) à partir d’une sélection d’un groupe de q modules élémentaires (MEk) en fonction d’une consigne de tension de référence Vref, où Vref=qVcell, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre:
  • La détermination (31) de l’état de charge de chaque module élémentaire de la pluralité n,
  • La détermination (32) d’un classement (13) des n modules élémentaires selon un ordre dépendant de l’état de charge de chaque module élémentaire (MEk),
  • Et en ce que l’étape de pilotage (33) consiste à connecter à la ligne de courant (LT1) les cellules dudit groupe de q modules élémentaires (MEk) ayant l’état de charge le plus élevé dans le classement (13) en cas de détection d’un courant de ligne de décharge, et à connecter les cellules dudit groupe de q modules élémentaires (MEk) ayant l’état de charge le moins élevé dans le classement (13) en cas de détection d’un courant de ligne de charge.
Method for controlling a battery (BAT) with electrochemical cells (CEk) enabling the state of charge of the cells (CEk) to be balanced, the battery (BAT) comprising at least one current line (LT1), formed by a plurality n of elementary modules (MEk) of cells connected in series, capable of delivering a voltage waveform, each elementary module (MEk) comprising two connection terminals (Bk1, Bk2), at least one cell (CEk) delivering an elementary voltage Vcell and a switching means (comk1, comk2) capable of driving the elementary module (MEk) in the current line (LT1) according to three different driving states respectively making it possible to deliver said elementary voltage Vcell to said terminals , a zero voltage and said voltage Vcell inverted so as to produce a voltage waveform (VM1), the method comprising a step of driving (33) the control signals (uik) of the elementary modules (MEk) so as to providing the voltage waveform (VM1) from a selection of a group of q elementary modules (MEk) as a function of a reference voltage setpoint Vref, where Vref=qVcell, the method being characterized in what it additionally features:
  • The determination (31) of the state of charge of each elementary module of the plurality n,
  • The determination (32) of a classification (13) of the n elementary modules according to an order depending on the state of charge of each elementary module (MEk),
  • And in that the control step (33) consists in connecting to the current line (LT1) the cells of said group of q elementary modules (MEk) having the highest state of charge in the classification (13) in case of detection of a discharge line current, and to connect the cells of said group of q elementary modules (MEk) having the lowest state of charge in the classification (13) in case of detection of a current of load line.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape de pilotage (33) comporte les sous-étapes suivantes :
  • Lorsque le courant (Ia) de la ligne de courant (LT1) et la consigne de tension de référence Vref sont de même signe, le pilotage des modules élémentaires (MEk) de sorte à connecter à la ligne de courant (LT1) les cellules des modules élémentaires dont la position nk est comprise entre 1 et q,
  • Lorsque le courant (Ia) de la ligne de courant (LT1) et la consigne de tension de référence Vref sont de signe opposé, le pilotage des modules élémentaires (MEk) de sorte à connecter à la ligne de courant (LT1) les cellules des modules élémentaires (MEk) dont la position nk est comprise entre n-q et n.
Method according to claim 1, characterized in that the piloting step (33) comprises the following sub-steps:
  • When the current (Ia) of the current line (LT1) and the reference voltage setpoint Vref have the same sign, the control of the elementary modules (MEk) so as to connect to the current line (LT1) the cells of the elementary modules whose position nk is between 1 and q,
  • When the current (Ia) of the current line (LT1) and the reference voltage setpoint Vref have opposite signs, the control of the elementary modules (MEk) so as to connect to the current line (LT1) the cells of the elementary modules (MEk) whose position nk is between nq and n.
Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la détermination (31) de l’état de charge de chaque module élémentaire (MEk) est déclenchée à un instant de commutation de l’état de pilotage dudit chaque module élémentaire (MEk) et en ce que ladite détermination (31) consiste à estimer la variation d’état de charge dudit chaque module entre un premier et un deuxième instant de commutation à partir de l’état de pilotage dudit chaque module entre le premier et le deuxième instant de commutation et de la valeur du courant moyen de la ligne de courant.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the determination (31) of the state of charge of each elementary module (MEk) is triggered at an instant of switching of the control state of said each elementary module (MEk) and in that said determination (31) consists in estimating the variation in the state of charge of said each module between a first and a second instant of switching from the driving state of said each module between the first and the second instant of switching and the value of the average current of the current line. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de diagnostic, par exemple calibrage de la valeur d’état de charge d’un module élémentaire, comportant les sous-étapes successives suivantes :
  • En cas de détection d’une demande de diagnostic (40), l’assignation (41) audit module élémentaire d’une position d’exclusion dans le classement (13) de sorte à exclure ledit module élémentaire dudit groupe de q modules durant une durée d’exclusion prédéterminée,
  • L’exécution du diagnostic (42) du module élémentaire (MEk) durant la durée d’exclusion.
Method according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that it comprises a diagnostic step, for example calibration of the state of charge value of an elementary module, comprising the following successive sub-steps:
  • In the event of detection of a diagnostic request (40), the assignment (41) to said elementary module of an exclusion position in the classification (13) so as to exclude said elementary module from said group of q modules during a predetermined exclusion duration,
  • The execution of the diagnostic (42) of the elementary module (MEk) during the exclusion period.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’étape de détermination du classement (13) est déclenchée selon une période dont la valeur est dépendante de la vitesse de décharge et charge de la batterie (BAT) sur une durée prédéterminée.Method according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the step of determining the classification (13) is triggered according to a period whose value is dependent on the rate of discharge and charge of the battery (BAT) on a predetermined duration. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte en outre, en cas de détection (35) que chaque module élémentaire de la pluralité n présente un écart d’état de charge, par rapport aux autres modules élémentaires, inférieur à un seuil minimum prédéterminé, le traitement (36) du classement de la pluralité n selon une permutation circulaire des positions (nk) des modules élémentaires (MEk) de sorte que chaque module élémentaire (MEk) de la pluralité n participe à réaliser la forme d’onde en tension.Method according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that it further comprises, in the event of detection (35), that each elementary module of the plurality n exhibits a difference in state of charge, with respect to the others elementary modules, below a predetermined minimum threshold, the processing (36) of the classification of the plurality n according to a circular permutation of the positions (nk) of the elementary modules (MEk) so that each elementary module (MEk) of the plurality n participates to realize the voltage waveform. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la permutation circulaire est exécutée à une fréquence supérieure à la fréquence de la consigne de tension de référence.Method according to Claim 6, characterized in that the circular permutation is carried out at a frequency greater than the frequency of the reference voltage setpoint. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le traitement (36) du classement (13) selon la permutation circulaire est exécuté en cas de détection en outre que la consigne de tension de référence Vref est inférieure à un seuil de tension prédéterminé.Method according to Claim 6 or 7, characterized in that the processing (36) of the classification (13) according to the circular permutation is carried out in the event of detection in addition that the reference voltage setpoint Vref is lower than a predetermined voltage threshold . Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le procédé comporte en outre, en cas de détection qu’au moins un module élémentaire de la pluralité n présente un écart d’état de charge par rapport aux autres modules élémentaires qui est supérieur à un seuil maximum prédéterminé, l’arrêt du traitement (36) du classement selon la permutation circulaire.Method according to any one of Claims 6 to 8, characterized in that the method further comprises, in the event of detection that at least one elementary module of the plurality n has a difference in state of charge with respect to the other modules which is greater than a predetermined maximum threshold, stopping the processing (36) of the classification according to the circular permutation. Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte en outre, en cas de détection que la capacité restante de la batterie (BAT) est inférieure à un seuil minimum prédéterminé, l’arrêt du traitement (36) du classement (13) selon la permutation circulaire.Method according to any one of Claims 6 to 9, characterized in that it further comprises, in the event of detection that the remaining capacity of the battery (BAT) is less than a predetermined minimum threshold, stopping the processing ( 36) of the classification (13) according to the circular permutation.
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