FR3123156A1 - BATTERY MANAGEMENT SYSTEM COMPRISING MEANS FOR DETECTING LIMITING CELLS, VEHICLE AND METHOD BASED ON SUCH A SYSTEM - Google Patents

BATTERY MANAGEMENT SYSTEM COMPRISING MEANS FOR DETECTING LIMITING CELLS, VEHICLE AND METHOD BASED ON SUCH A SYSTEM Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un système de gestion de batterie (BMS) pour un pack batterie (B) comprenant des cellules (CB) connectées en série, le système (BMS) étant configuré pour mesurer des tensions de cellules séparément, caractérisé en ce qu’il comprend un modèle (M) de détermination d’au moins une cellule limitante (CL1, CL0) à partir de paramètres de fonctionnement des cellules de batterie (DCH, RGN, PAU, CHG, Ui, SOC, T),et en ce qu’il est configuré pour identifier au moins une cellule limitante (CL1, CL0). En particulier, l’identification se fait sur la base de la capacité et de la résistance en courant continu. L’invention concerne en outre un véhicule automobile et un procédé de gestion de batterie sur la base d’un tel système. Fig. 1The invention relates to a battery management system (BMS) for a battery pack (B) comprising cells (CB) connected in series, the system (BMS) being configured to measure cell voltages separately, characterized in that it comprises a model (M) for determining at least one limiting cell (CL1, CL0) from operating parameters of the battery cells (DCH, RGN, PAU, CHG, Ui, SOC, T), and in this that it is configured to identify at least one limiting cell (CL1, CL0). In particular, identification is made on the basis of DC capacitance and resistance. The invention further relates to a motor vehicle and a battery management method based on such a system. Fig. 1

Description

SYSTEME DE GESTION DE BATERIE COMPRENANT DES MOYENS DE DETECTION DE CELLULES LIMITANTES, VEHICULE ET PROCEDE SUR LA BASE D’UN TEL SYSTEMEBATTERY MANAGEMENT SYSTEM COMPRISING MEANS FOR DETECTING LIMITING CELLS, VEHICLE AND METHOD BASED ON SUCH A SYSTEM

La présente invention concerne le domaine des fonctions logiciel de système de gestion de batterie de véhicule automobile (ou BMS : pour « Battery Management System » en Anglais). L’invention concerne également les moyens de diagnostic de batterie de traction de véhicule automobile.The present invention relates to the field of motor vehicle battery management system software functions (or BMS: for “Battery Management System” in English). The invention also relates to motor vehicle traction battery diagnostic means.

Un système de gestion des fonctions de batterie ainsi que de sa sécurisation permettent une exploitation optimale de véhicule automobile en limitant les défaillances ou autres risques pour l’utilisateur.A battery function management system and its security allow optimal use of the motor vehicle by limiting failures or other risks for the user.

Le diagnostic de la batterie constitue un élément important permettant d’optimiser son usage au plus juste, de réduire les besoins de maintenance et de prévenir prématurément un disfonctionnement majeur.Battery diagnosis is an important element in optimizing its use as accurately as possible, reducing maintenance requirements and prematurely preventing a major malfunction.

Les solutions proposées dans l’art antérieur sont généralement de trois types :
- une estimation de la capacité de chaque cellule avec des algorithmes complexes (par exemple de type filtre de Kalman notamment) ;
- une méthode basée sur un modèle de durabilité par cellule ;
- une estimation des limitations du bloc de batterie uniquement avec la tension minimale/maximale de toutes les cellules sans aucune notion de continuité physique.
The solutions proposed in the prior art are generally of three types:
- an estimate of the capacity of each cell with complex algorithms (for example of the Kalman filter type in particular);
- a method based on a durability model per cell;
- an estimation of the limitations of the battery pack only with the minimum/maximum voltage of all the cells without any notion of physical continuity.

Ces solutions ne sont pas satisfaisantes car elles sont complexes, dépendent des fréquences de relaxation, et de la précision d’un capteur courant. En outre, ces solutions sont coûteuses en sauvegarde mémoire.These solutions are not satisfactory because they are complex, depend on relaxation frequencies, and on the accuracy of a current sensor. In addition, these solutions are costly in terms of memory backup.

De plus, elles engendrent une perte de la continuité de la représentativité physique de la cellule limitante.In addition, they generate a loss of continuity of the physical representativeness of the limiting cell.

Ainsi, un objectif de la présente invention est de proposer une solution simplifiée d’optimisation de gestion de batterie.Thus, an objective of the present invention is to propose a simplified battery management optimization solution.

Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un système de gestion de batterie pour un pack batterie comprenant des cellules connectées en série, le système étant configuré pour mesurer des tensions de cellules séparément, caractérisé en ce qu’il comprend un modèle de détermination d’au moins une cellule limitante à partir de paramètres de fonctionnement des cellules de batterie, et en ce qu’il est configuré pour identifier au moins une cellule limitante.To achieve this objective, the invention proposes a battery management system for a battery pack comprising cells connected in series, the system being configured to measure cell voltages separately, characterized in that it comprises a model for determining at least one limiting cell from operating parameters of the battery cells, and in that it is configured to identify at least one limiting cell.

Avantageusement, le système permet d’identifier des cellules limitantes et d’optimiser la gestion de la batterie en conséquence.Advantageously, the system makes it possible to identify limiting cells and to optimize battery management accordingly.

Selon une variante, le modèle de détermination détermine des indices de capacité et des indices de résistance en courant continu à partir de paramètres de fonctionnement des cellules de batterie. Cela permet d’avoir des valeurs objectives facilement comparables.According to a variant, the determination model determines capacity indices and direct current resistance indices from operating parameters of the battery cells. This allows for easily comparable objective values.

Selon une variante, le modèle de détermination est basé sur la formule :According to a variant, the determination model is based on the formula:

where

est la tension aux bornes d’une cellule ; is the voltage across a cell;

est la tension à vide aux bornes de ladite cellule ; is the open circuit voltage at the terminals of said cell;

est la résistance en courant continu aux bornes de ladite cellule ; is the DC resistance across said cell;

est le courant aux bornes de ladite cellule. is the current across said cell.

Le modèle est donc précis et simplifié en tenant compte de paramètres faciles à évaluer.The model is therefore precise and simplified by taking into account parameters that are easy to evaluate.

Selon une variante, le modèle de détermination détermine des occurrences pendant lesquelles au moins une cellule a la tension minimale pendant une phase de roulage.According to a variant, the determination model determines occurrences during which at least one cell has the minimum voltage during a rolling phase.

Selon une variante, ladite cellule limitante est une cellule ayant la capacité la plus faible ou la résistance en courant continu la plus élevée. Il s’agit d’un moyen de détermination facilité pouvant utiliser une architecture connue.According to a variant, said limiting cell is a cell having the lowest capacitance or the highest direct current resistance. This is an easy means of determination that can use a known architecture.

Selon une variante, lesdits paramètres comprennent une phase de roulage à courant déchargeant, une phase de roulage avec régénération, une phase de pause, une phase de chargement, un indice de tension, un état de charge, une température. Cela permet de prendre en compte lesdits paramètres pour avoir une identification au plus juste de ladite cellule limitante.According to a variant, said parameters comprise a rolling phase with discharging current, a rolling phase with regeneration, a pause phase, a loading phase, a voltage index, a state of charge, a temperature. This makes it possible to take into account said parameters in order to have an accurate identification of said limiting cell.

Selon une variante, le système de gestion de batterie est configuré pour dédier un suivi spécifique à ladite cellule limitante.According to a variant, the battery management system is configured to dedicate specific monitoring to said limiting cell.

Selon une variante, ledit suivi comprend un suivi d’état de charge ou d’état de santé ayant plus de ressources de calculs dédiées pour ladite cellule limitante.According to a variant, said tracking comprises a state of charge or state of health tracking having more calculation resources dedicated to said limiting cell.

L’invention porte en outre sur un véhicule automobile comprenant un système de gestion de batterie selon l’invention.The invention further relates to a motor vehicle comprising a battery management system according to the invention.

Un autre objet de l’invention concerne un procédé de gestion de batterie pour un pack batterie comprenant des cellules connectées en série, le procédé comprenant des étapes pour
- identifier au moins une cellule limitante à partir de paramètres de fonctionnement des cellules de batterie, et
- dédier un suivi spécifique à ladite cellule limitante.
Another object of the invention relates to a battery management method for a battery pack comprising cells connected in series, the method comprising steps for
- identifying at least one limiting cell from operating parameters of the battery cells, and
- dedicate specific monitoring to said limiting cell.

L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles :
- illustre schématiquement un système de gestion de batterie selon une variante préférée de l’invention ;
- illustre schématiquement des capacités de cellules d’un pack de cellules de batterie ;
- illustre schématiquement des résistances en courant continu de cellules dudit pack de cellules de batterie ;
- illustre schématiquement une identification de cellules limitantes en décharge de 100% à 10% dans trois différentes conditions ;
- illustre schématiquement une identification de cellules limitantes en décharge de 100% à 70% dans lesdites trois différentes conditions ; et
- illustre schématiquement une identification de cellules limitantes en décharge profonde de moins de 20% dans lesdites trois différentes conditions.
The invention will be further detailed by the description of non-limiting embodiments, and on the basis of the appended figures illustrating variants of the invention, in which:
- schematically illustrates a battery management system according to a preferred variant of the invention;
- schematically illustrates cell capacities of a battery cell pack;
- schematically illustrates DC resistances of cells of said battery cell pack;
- schematically illustrates identification of limiting cells in discharge from 100% to 10% under three different conditions;
- schematically illustrates an identification of limiting cells in discharge from 100% to 70% under said three different conditions; and
- schematically illustrates identification of limiting cells in deep discharge of less than 20% under said three different conditions.

L’invention concerne un système de gestion de batterie BMS pour un pack de batterie B. Le pack de batterie B comprend des cellules de batterie CB connectées ensemble en série. Le système BMS est configuré pour mesurer des tensions de cellules Ui séparément, et utiliser cette information pour la gestion de batterie B.A BMS battery management system for battery pack B is provided. Battery pack B includes battery cells CB connected together in series. The BMS system is configured to measure Ui cell voltages separately, and use this information for battery B management.

Selon l’invention, le système de gestion comprend un modèle M de détermination d’au moins une cellule limitante CL1, CL0 à partir de paramètres de fonctionnement des cellules de batterie CB.According to the invention, the management system comprises a model M for determining at least one limiting cell CL1, CL0 from operating parameters of the battery cells CB.

Une exploitation des informations basiques à savoir les tensions individuelles des cellules CB qui est guidée par la connaissance d’un modèle macroscopique M de tension de batterie lithium-ion B.An exploitation of basic information, namely the individual voltages of the CB cells, which is guided by the knowledge of a macroscopic model M of lithium-ion battery voltage B.

Le croisement de ces informations sur certaines phases d’usage maitrisées aboutit à identifier les cellules ayant des grandeurs limitantes CL1, CL0 pour le pack B. On parlera en particulier de cellules limitantes CL1, CL0.The cross-referencing of this information on certain controlled phases of use leads to the identification of the cells having limiting quantities CL1, CL0 for pack B. We will speak in particular of limiting cells CL1, CL0.

Dans la variante préférée, la cellule limitante CL1, CL0 est celle ayant une faible capacité K-, ou une haute résistance en courant continu DCR+. Cette détermination est faite à partir de paramètres de fonctionnement des cellules de batterie CB.In the preferred variant, the limiting cell CL1, CL0 is the one having a low capacitance K-, or a high direct current resistance DCR+. This determination is made from operating parameters of the battery cells CB.

De préférence, le modèle de détermination M est basé sur la formule :Preferably, the determination model M is based on the formula:

Where

est la tension aux bornes d’une cellule ; is the voltage across a cell;

est la tension à vide aux bornes de ladite cellule ; is the open circuit voltage at the terminals of said cell;

est la résistance en courant continu aux bornes de ladite cellule ; is the DC resistance across said cell;

est le courant aux bornes de ladite cellule. is the current across said cell.

Dans une variante alternative, le modèle de détermination détermine des occurrences pendant lesquelles au moins une cellule a la tension minimale pendant une phase de roulage.In an alternative variant, the determination model determines occurrences during which at least one cell has the minimum tension during a rolling phase.

Ainsi, le système de gestion BMS est configuré pour identifier ladite cellule limitante CL1, CL0.Thus, the management system BMS is configured to identify said limiting cell CL1, CL0.

Dans la variante préférée, le modèle de détermination M permet de déterminer des indices de capacité K+, K- et des indices de résistance en courant continu DCR à partir de paramètres de fonctionnement des cellules de batterie CB.In the preferred variant, the determination model M makes it possible to determine capacity indices K+, K− and direct current resistance indices DCR from operating parameters of the battery cells CB.

En particulier, les paramètres de fonctionnement comprennent une phase de roulage à courant déchargeant DCH, une phase de roulage avec régénération RGN (rechargeant), une phase de pause PAU, une phase de chargement CHG, un indice de tension Ui, un état de charge SOC, une température T.In particular, the operating parameters include a rolling phase with discharging current DCH, a rolling phase with regeneration RGN (recharging), a pause phase PAU, a loading phase CHG, a voltage index Ui, a state of charge SOC, a temperature T.

Plus précisément, dans une variante, l’invention repose sur la séparation de l’identification d’indices de cellules à tensions minimales et maximales en différentes phases d’utilisation correspondant à certains desdits paramètres : roulage à courant déchargeant (décharge DCH), roulage avec régénération RGN (courant rechargeant pendant le roulage), une pseudo-pause et pause PAU (courant en valeur absolue proche de 0) et charge en mode dit « plug-in » CHG (c’est-à-dire « chargeur branché »).More precisely, in a variant, the invention is based on the separation of the identification of indices of cells with minimum and maximum voltages in different phases of use corresponding to some of said parameters: running with discharging current (DCH discharge), running with RGN regeneration (recharging current while driving), a pseudo-pause and PAU pause (current in absolute value close to 0) and charging in so-called "plug-in" mode CHG (i.e. "charger connected" ).

Sur la base de ces paramètres, la cellule limitante CL0, CL1 est identifiée comme une cellule ayant la capacité K- la plus faible (pour CL0) ou la résistance en courant continu DCR+ la plus élevée (pour CL1).Based on these parameters, the limiting cell CL0, CL1 is identified as a cell with the lowest capacitance K- (for CL0) or the highest DC resistance DCR+ (for CL1).

Une fois la cellule limitante identifiée CL0, CL1, le système de gestion peut être configuré pour dédier un suivi spécifique à ladite cellule limitante CL1, CL0, en particulier un suivi d’état de charge ou d’état de santé ayant plus de ressources de calculs dédiées pour ladite cellule limitante CL1, CL0.Once the limiting cell CL0, CL1 has been identified, the management system can be configured to dedicate a specific monitoring to said limiting cell CL1, CL0, in particular a monitoring of the state of charge or the state of health having more resources of dedicated calculations for said limiting cell CL1, CL0.

Un simple suivi d’un changement d’indice et/ou la quantification des occurrences de tensions minimales ou maximales sur une décharge profonde ou une charge à branchement longue indique les cellules limitantes CL0, CL1.Simple tracking of an index change and/or quantification of occurrences of minimum or maximum voltages on a deep discharge or long tap load indicates the limiting cells CL0, CL1.

Premièrement, l’indice de la cellule CB figurant à la fois dans la liste des cellules à grande occurrence pour l’indice cellule minimale en décharge DCH et l’indice de cellule minimale en régénération (RGN) indique l’information de la capacité la plus faible K- sur une décharge profonde.Firstly, the index of the CB cell appearing in both the list of high occurrence cells for the minimum cell index in discharge DCH and the minimum cell index in regeneration (RGN) indicates the information of the capacity the lower K- on deep discharge.

Deuxièmement, l’indice de la cellule CB ayant la tension minimale sur une phase de pause/pseudo-pause (courant proche de 0) indiquerait également l’information de capacité la plus faible K- sur un profil globalement déchargeant.Second, the index of the CB cell having the minimum voltage on a pause/pseudo-pause phase (current close to 0) would also indicate the lowest capacitance information K- on a globally discharging profile.

Troisièmement, l’indice de la cellule CB figurant à la fois dans la liste des cellules à grande occurrence en décharge minimale et en régénération maximale indiquerait une cellule ayant la résistance en courant continu DCR+ la plus élevée.Third, the index of the CB cell appearing in both the list of cells with high occurrence in minimum discharge and maximum regeneration would indicate a cell with the highest DC resistance DCR+.

Quatrièmement, un changement d’indice (ou une forte occurrence sur un histogramme) de la cellule maximale en charge en branchement (indice qu’on pourrait initialiser à celui de la résistance en courant continu maximale DCR+) indiquerait la cellule CL0 ayant la capacité la plus faible K- sur une charge en branchement longue (toujours dans l’hypothèse d’un pack qui respecte un équilibrage minimal).Fourthly, a change of index (or a strong occurrence on a histogram) of the maximum cell under load in connection (index that could be initialized to that of the maximum direct current resistance DCR+) would indicate the CL0 cell having the capacity the lower K- on a load with a long connection (always on the assumption of a pack that respects a minimum balance).

Cinquièmement, au même titre, un changement d’indice de la cellule minimale CL0 ou une forte occurrence sur l’histogramme en fin de charge en branchement indiquerait la capacité K+ la plus forte sur une charge en branchement longue.Fifthly, in the same way, a change of index of the minimum cell CL0 or a strong occurrence on the histogram at the end of the connection charge would indicate the strongest K+ capacity on a long connection charge.

Dans un contexte de recherche continue d’une autonomie plus élevée et de déploiement de l’électrification à une large gamme de gabarits de véhicules, les packs B actuels contiennent de plus en plus des éléments en série, ce qui nécessiterait des moyens de calcul plus complexes si on continue à traiter toutes les cellules CB individuellement comme dans l’art antérieur. L’invention propose une simplification des algorithmes d’état de charge SOC et d’état de santé en repérant les cellules limitantes CL0, CL1.In a context of continuous research for higher autonomy and the deployment of electrification to a wide range of vehicle sizes, the current B packs contain more and more elements in series, which would require more calculation means. complex if we continue to treat all the CB cells individually as in the prior art. The invention proposes a simplification of the state of charge SOC and state of health algorithms by identifying the limiting cells CL0, CL1.

L’invention permet en outre une aide à la maintenance ou à la réparation avec la localisation de la (les) cellule(s) limitante(s) CL0, CL1.The invention also allows maintenance or repair assistance with the localization of the limiting cell(s) CL0, CL1.

L’invention permet également d’alimenter une analyse de conception mécanique/thermique sur un ensemble de flotte de véhicules dans le but de l’amélioration des véhicules, et d’éviter des crises en anticipant des détections de défauts sur la production des cellules CB.The invention also makes it possible to feed a mechanical/thermal design analysis on a set of vehicle fleets with the aim of improving the vehicles, and to avoid crises by anticipating detections of faults in the production of CB cells. .

Pour la recherche de la cellule limitante CL0, CL1, on pourrait suivre les indices des cellules CB ayant la tension Ui minimale et maximale au sein du pack B. L’invention repose sur la séparation de l’identification des indices en différentes phases d’utilisation : roulage courant déchargeant (décharge –DCH), roulage avec régénération RGN (courant rechargeant pendant le roulage), pseudo pause et pause PAU (courant en valeur absolue proche de 0) et charge en branchement (chargeur branché).For the search for the limiting cell CL0, CL1, one could follow the indices of the cells CB having the minimum and maximum voltage Ui within the pack B. The invention is based on the separation of the identification of the indices into different phases of use: driving current discharging (discharge -DCH), driving with regeneration RGN (current recharging during driving), pseudo pause and PAU pause (current in absolute value close to 0) and charging on connection (charger connected).

On peut partir d’un état de relaxation où la batterie était à un repos suffisant pour identifier la cellule CL0 ayant l’état de charge SOC le plus faible. Par la suite, un changement de l’indice au cours d’une décharge (roulage avec un profil) indiquerait soit une résistance en courant continu DCR+ plus élevée, soit un état de charge SOC plus faible.We can start from a state of relaxation where the battery was at sufficient rest to identify the CL0 cell with the lowest SOC state of charge. Subsequently, a change in the index during a discharge (running with a profile) would indicate either a higher DCR+ DC resistance or a lower SOC state of charge.

Pour identifier la cellule CL1 ayant la résistance en courant continu DCR+ la plus élevée à cause d’une dégradation : on exploite une pseudo-pause PAU i.e. un passage à courant nul pendant quelques secondes (par exemple un arrêt à un feu rouge) suivi d’un pulse de courant pour calculer les résistances DCR de chaque cellule CB.To identify the CL1 cell having the highest DCR+ direct current resistance due to degradation: a pseudo-pause PAU is used, i.e. a transition to zero current for a few seconds (for example a stop at a red light) followed by a current pulse to calculate the DCR resistances of each CB cell.

Ce calcul sera activé par exemple dans une zone autour de 25°C et 50%SOC pour éviter l’effet de la température et de l’état de charge SOC sur la résistance interne DCR. Ceci implique une prise en compte d’une déviation thermique et de l’erreur et/ou écart d’état de charge SOC).This calculation will be activated for example in an area around 25°C and 50% SOC to avoid the effect of temperature and state of charge SOC on the internal resistance DCR. This implies taking into account a thermal deviation and the error and/or difference in the state of charge SOC).

La résistance en courant continu DCR peut être obtenue par l’équationThe DC resistance DCR can be obtained by the equation

Une idée porteuse de l’invention consiste à exploiter des indices de tensions minimales en décharge (courant négatif) et de tensions minimales en régénération (courant positif) pendant la phase de roulage ainsi que ceux à courant quasiment nul.A carrier idea of the invention consists in exploiting indices of minimum voltages in discharge (negative current) and minimum voltages in regeneration (positive current) during the rolling phase as well as those at almost zero current.

Selon l’analyse les deux conditions d’indice de cellule minimale (CL0) en décharge DCH et indice de cellule minimale (CL0) en Régénération RGN seront réunies uniquement quand l’état de charge SOC de la cellule (CL0) est plus faible et donc on pourra facilement extraire l’information de capacité la plus faible K- en combinant cela avec les informations à l’état initial.According to the analysis, the two conditions of minimum cell index (CL0) in DCH discharge and minimum cell index (CL0) in RGN regeneration will only be met when the SOC state of charge of the cell (CL0) is lower and therefore we can easily extract the lowest capacity information K- by combining this with the information in the initial state.

En plus, l’indice de la cellule CL0 ayant la tension minimale sur une phase de pause/pseudo-pause indiquerait également un état de charge SOC plus faible sur un profil globalement déchargeant.In addition, the index of the CL0 cell having the minimum voltage on a pause/pseudo-pause phase would also indicate a lower SOC state of charge on a globally discharging profile.

Le but est de déterminer les cellules limitantes principalement la cellule à faible capacité K- car c’est elle qui limiterait la fin d’une décharge/charge (hypothèse de pack équilibrée).The goal is to determine the limiting cells mainly the cell with low capacity K- because it is this which would limit the end of a discharge/charge (balanced pack hypothesis).

Cette identification précise peut servir à dédier un suivi d’état de charge ou d’état de santé plus gourmand en ressources de calcul pour cette cellule (CL0, CL1) pour être plus précis.This precise identification can be used to dedicate a monitoring of state of charge or state of health that consumes more computing resources for this cell (CL0, CL1) to be more precise.

En début de vie, la différence de capacité viendrait des dispersions de production cellule CB. Par contre, tout au long de la durée de vie des cellules au sein d’un même pack B, les cellules CB ne subissent pas les mêmes contraintes mécaniques/thermiques et certaines cellules (CL0) vont vieillir plus vite.At the start of life, the difference in capacitance would come from dispersions in CB cell production. On the other hand, throughout the lifetime of the cells within the same B pack, the CB cells do not undergo the same mechanical/thermal stresses and certain cells (CL0) will age more quickly.

L’idée est d’avoir un moyen simple de suivi de la cellule limitante CL0 qui pourrait servir à l’analyse après-vente également.The idea is to have a simple means of tracking the limiting cell CL0 that could be used for aftermarket analysis as well.

A la place d’une simple détection de changement d’indice, on pourrait enregistrer les occurrences pendant lesquelles la cellule CL0 a la tension minimale au sein du pack B tout au long du roulage pour former une classification des indices des cellules CB par phase. Une technique se basant sur des histogrammes pourrait être envisagée.Instead of a simple index change detection, one could record the occurrences during which the CL0 cell has the minimum tension within the B pack throughout taxiing to form a classification of the CB cell indices by phase. A technique based on histograms could be considered.

L’exemple illustré aux figures 2 à 6 concerne un pack de 24cellules CB (pour faciliter l’analyse). L’analyse est faite sur un cycle déchargeant. La dispersion de résistances DCR maximale est de 25%, et la dispersion de capacités maximale et de 6%.The example illustrated in figures 2 to 6 concerns a pack of 24 CB cells (for ease of analysis). The analysis is done on a discharging cycle. The maximum DCR resistor spread is 25%, and the maximum capacitance spread is 6%.

La montre les capacités en Ah de toutes les cellules CB. La montre la dispersion de Résistance au sein du pack B.The shows the capacities in Ah of all CB cells. The shows the dispersion of Resistance within pack B.

Les figures 4 à 6 montrent un résultat de l’identification des indices des cellules par phase de roulage décharge DCH, régénération Rgn et pause/pseudo-pause PAU. Les références « Val » concernent les valeurs d’indice des cellules identifiées, et « BinEdg » concernent les positions de cellules identifiées.Figures 4-6 show a result of the identification of cell indices by rolling phase DCH discharge, Rgn regeneration and PAU pause/pseudo-pause. The references “Val” relate to the index values of the identified cells, and “BinEdg” relate to the positions of identified cells.

L’identification peut être répétée 3 fois correspondant à la fenêtre de profondeur de décharge ciblée.The identification can be repeated 3 times corresponding to the targeted depth of discharge window.

La concerne un profil entier décharge de 100% à 10%.The concerns an entire profile discharge from 100% to 10%.

Concernant le cercle en pointillé identifié, la cellule à x=16 était dominante pour l’indice minimal en régénération RGN à cause de sa plus faible résistance. Néanmoins, on voit que l’écart se creuse avec la profondeur de décharge avec la cellule CL0 à x=22.Regarding the dotted circle identified, the cell at x=16 was dominant for the minimum index in RGN regeneration because of its lower resistance. Nevertheless, we see that the difference widens with the depth of discharge with the CL0 cell at x=22.

On arrive à bien confirmer avec la méthode proposée une identification correcte de la cellule CL0 à faible capacité K-.We manage to confirm with the proposed method a correct identification of the CL0 cell with low K- capacity.

Les indices maximaux de cellules sont aussi une source d’information sur des cellules limitantes CL0, CL1 :The maximum cell indices are also a source of information on limiting cells CL0, CL1:

A titre d’exemple, l’indice de la cellule figurant à la fois dans la liste des cellules minimales en décharge et maximales en régénération indiquerait une cellule ayant la résistance DCR la plus élevée.For example, the index of the cell in both the list of minimum discharging cells and maximum regenerating cells would indicate a cell with the highest DCR resistance.

L’invention permet au système de gestion de batterie BMS d’identifier la cellule limitante pour le calcul des limitations en puissance.The invention allows the BMS battery management system to identify the limiting cell for the calculation of power limitations.

Pendant une charge en branchement, un changement d’indice (ou une forte occurrence sur l’histogramme) de la cellule maximale en charge en branchement (indice qu’on pourrait initialiser à celui de la résistance DCR maximale) indiquerait la cellule CL1 ayant l’état de charge le plus fort. Par analogie à la décharge, cela indiquerait la capacité K- la plus faible sur une charge en branchement longue (toujours dans l’hypothèse d’un pack qui respecte un équilibrage minimal).During a connection charge, a change of index (or a strong occurrence on the histogram) of the maximum cell in connection charge (index that could be initialized to that of the maximum DCR resistance) would indicate the CL1 cell having the strongest state of charge. By analogy to the discharge, this would indicate the lowest capacity K- on a long connection charge (still assuming a pack that respects a minimum balance).

Au même titre, un changement d’indice de la cellule minimale ou une forte occurrence sur l’histogramme en fin de charge en branchement indiquerait l’état de charge SOC le plus faible et donc la capacité K+ la plus forte sur une charge en branchement longue.In the same way, a change in the index of the minimum cell or a strong occurrence on the histogram at the end of the charge in connection would indicate the weakest state of charge SOC and therefore the strongest capacity K+ on a charge in connection long.

L’identification de la cellule la plus forte CL1 peut aider le système de gestion de batterie BMS à cibler les cellules à équilibrer.Identifying the strongest CL1 cell can help the BMS battery management system target cells to balance.

En variante, l’identification peut être faite sur un lot de cellules limitantes et non pas sur une seule cellule limitante. On pourrait imaginer qu’un lot de cellules serait identifié en cas d’apparition de plus d’un indice qui répond aux critères de définition de la capacité minimale K-/ résistance DCR+ maximale.As a variant, the identification can be made on a batch of limiting cells and not on a single limiting cell. One could imagine that a batch of cells would be identified in the event of the appearance of more than one index which meets the criteria for defining the minimum capacity K- / maximum resistance DCR+.

En variante, on pourrait envisager un apprentissage Hors ligne via un réseau de neurones artificiel par exemple en variant la dispersion de résistance interne DCR et la capacité K sur différentes cellules CB d’un pack batterie B ; jouer sur différentes conditions de température T, états de charge SOC initiaux sur des roulages et recharges en branchement et identifier un modèle M qui fournit en sortie les cellules limitantes CL0, CL1.Alternatively, one could consider offline learning via an artificial neural network, for example by varying the internal resistance dispersion DCR and the capacitance K on different cells CB of a battery pack B; play on different temperature conditions T, initial SOC charge states on driving and recharging in connection and identify a model M which outputs the limiting cells CL0, CL1.

En variante, plusieurs scénarios de vieillissement et dispersion de production pourraient servir pour l’apprentissage.Alternatively, several production aging and dispersion scenarios could be used for training.

L’invention porte également sur un véhicule automobile V comprenant un système de gestion de batterie tel que décrit précédemment.The invention also relates to a motor vehicle V comprising a battery management system as described above.

Un autre objet de l’invention concerne un procédé de gestion de batterie comprenant des étapes pour
- identifier au moins une cellule limitante CL1, CL0 à partir de paramètres de fonctionnement des cellules de batterie CB, et
- dédier un suivi spécifique à ladite cellule limitante CL1, CL0.
Another object of the invention relates to a battery management method comprising steps for
- identifying at least one limiting cell CL1, CL0 from operating parameters of the battery cells CB, and
- dedicate specific monitoring to said limiting cell CL1, CL0.

Plus généralement, le procédé peut comprendre toute action de tout élément d’un système de gestion de batterie BMS tel que décrit précédemment ou d’une batterie B telle décrite précédemment.More generally, the method can include any action of any element of a battery management system BMS as described above or of a battery B as described above.

Claims (9)

Système de gestion de batterie (BMS) pour un pack batterie (B) comprenant des cellules (CB) connectées en série, le système (BMS) étant configuré pour mesurer des tensions de cellules séparément,
caractérisé en ce qu’il comprend un modèle (M) de détermination d’au moins une cellule limitante (CL1, CL0) à partir de paramètres de fonctionnement des cellules de batterie (DCH, RGN, PAU, CHG, Ui, SOC, T), et en ce qu’il est configuré pour identifier au moins une cellule limitante (CL1, CL0).
Battery management system (BMS) for a battery pack (B) comprising cells (CB) connected in series, the system (BMS) being configured to measure cell voltages separately,
characterized in that it comprises a model (M) for determining at least one limiting cell (CL1, CL0) from operating parameters of the battery cells (DCH, RGN, PAU, CHG, Ui, SOC, T ), and in that it is configured to identify at least one limiting cell (CL1, CL0).
Système de gestion de batterie (BMS) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modèle de détermination détermine des indices de capacité et des indices de résistance en courant continu (DCR) à partir de paramètres de fonctionnement des cellules de batterie.Battery management system (BMS) according to Claim 1, characterized in that the determination model determines capacity indices and direct current resistance (DCR) indices from operating parameters of the battery cells. Système de gestion de batterie (BMS) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le modèle de détermination est basé sur la formule :


est la tension aux bornes d’une cellule ;
est la tension à vide aux bornes de ladite cellule ;
est la résistance en courant continu aux bornes de ladite cellule ;
est le courant aux bornes de ladite cellule.
Battery management system (BMS) according to Claim 2, characterized in that the determination model is based on the formula:

Where
is the voltage across a cell;
is the open circuit voltage at the terminals of said cell;
is the DC resistance across said cell;
is the current across said cell.
Système de gestion de batterie (BMS) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modèle de détermination détermine des occurrences pendant lesquelles au moins une cellule a la tension minimale pendant une phase de roulage.Battery management system (BMS) according to Claim 1, characterized in that the determination model determines occurrences during which at least one cell has the minimum voltage during a driving phase. Système de gestion de batterie (BMS) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite cellule limitante est une cellule ayant la capacité (K) la plus faible ou la résistance en courant continu (DCR) la plus élevée.Battery management system (BMS) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said limiting cell is a cell having the lowest capacity (K) or the highest direct current resistance (DCR) . Système de gestion de batterie (BMS) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits paramètres comprennent une phase de roulage à courant déchargeant (DCH), une phase de roulage avec régénération (RGN), une phase de pause (PAU), une phase de chargement (CHG), un indice de tension (Ui), un état de charge (SOC), une température (T).Battery management system (BMS) according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the said parameters comprise a driving phase with discharging current (DCH), a driving phase with regeneration (RGN), a pause (PAU), a charging phase (CHG), a voltage index (Ui), a state of charge (SOC), a temperature (T). Système de gestion de batterie (BMS) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il est configuré pour dédier un suivi spécifique à ladite cellule limitante (CL1, CL0).Battery management system (BMS) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is configured to dedicate specific monitoring to said limiting cell (CL1, CL0). Système de gestion de batterie (BMS) selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit suivi comprend un suivi d’état de charge ou d’état de santé ayant plus de ressources de calculs dédiées pour ladite cellule limitante (CL1, CL0).Battery management system (BMS) according to claim 7, characterized in that said monitoring comprises a state of charge or state of health monitoring having more calculation resources dedicated to said limiting cell (CL1, CL0). Véhicule automobile (V) comprenant un système de gestion de batterie selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.Motor vehicle (V) comprising a battery management system according to any one of Claims 1 to 8.
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