WO1999025053A1 - Method and system for charging a battery with storage cell modules - Google Patents

Method and system for charging a battery with storage cell modules Download PDF

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WO1999025053A1
WO1999025053A1 PCT/FR1997/002004 FR9702004W WO9925053A1 WO 1999025053 A1 WO1999025053 A1 WO 1999025053A1 FR 9702004 W FR9702004 W FR 9702004W WO 9925053 A1 WO9925053 A1 WO 9925053A1
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WO
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battery
charging
modules
phase
groups
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PCT/FR1997/002004
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French (fr)
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Wolfgang Bogel
Jean-Pierre Buchel
Christian Hiron
Serge Torelli
Original Assignee
Renault
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0024Parallel/serial switching of connection of batteries to charge or load circuit
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for charging a battery of accumulator modules.
  • the present invention relates in particular but not exclusively to the field of motor vehicles with electric traction motor.
  • FIG. 1 is the electrical diagram of a battery of accumulator modules 1 of an electric vehicle and its charging system 2.
  • the battery comprises a large number of accumulator modules , here twenty modules Ml to M20 arranged in series.
  • the modules are for example with a nominal voltage of 12 V and a capacity of 60 Ah (Ampere Hours), the battery thus delivering on its terminals B + and B " a nominal voltage Unom of 240 V.
  • the charging system 2 of the battery is supplied by an alternating voltage source Va and essentially comprises a charger 3 controlled by a programmed sequencer 4.
  • Sensors 5, 6, 7 are provided for detecting respectively the charging current I , the voltage U and the temperature T of the battery, the outputs of the sensors being sent to inputs of the sequencer 4.
  • the efficiency of the charging system 2 lies in the programming of the sequencer 4.
  • Each type of battery requires effect a specific load profile which must be strictly observed in order not to damage the battery and guarantee its lifespan.
  • the charge profile of a battery is thus conventionally broken down into a succession of phases at constant current, voltage, or power.
  • Such an initial charging phase can extend in this case until the moment when the voltage U of the battery, at a low value at the start of charging, reaches a switching value Uc generally: greater than the nominal voltage Unom .
  • the supply of a charging current of 40 A to the battery of nominal voltage of 240 V previously described represents a considerable charging power of 12000 W (the switching voltage Uc being greater than the nominal voltage Unom).
  • the switching voltage Uc being greater than the nominal voltage Unom.
  • an on-board charger it is not the same with an on-board charger, which must be light, compact and cost returns reduced.
  • an on-board charger can be powered from an outlet on the domestic electrical network of the most widespread, for example a 220V / 16A socket.
  • such an electrical outlet cannot deliver a power greater than 3500 W.
  • an objective of the present invention is to charge a battery of accumulator modules with a high current while maintaining a reasonable charging power and compatible with a household electrical outlet.
  • Another objective of the present invention is to provide a medium power charging system capable of delivering a high current while having a cost price and a space comparable to those of a conventional on-board charging system.
  • groups of accumulator modules of the same voltage are defined.
  • the accumulator modules constituting a battery are generally chosen to have the same voltage, this means that the accumulator groups comprise the same number of accumulator modules.
  • a first charging phase is provided at constant power or current, decomposed into a plurality of partial charge microcycles, and a second charge phase at constant voltage.
  • the first charging phase is carried out with a high current, in accordance with one of the objectives of the present invention.
  • all or part of the second charging phase is broken down into a plurality of successive and recurrent microcycles of partial charge of each of the groups of accumulator modules.
  • a third low-current charging phase is also provided, carried out collectively on all of the modules of the battery.
  • the present invention also relates to a system for charging a battery of accumulator modules, comprising a battery charger, switch means arranged to delimit in the battery groups of accumulator modules which can be individually connected to the charger, and means for controlling the switch means, arranged for, during at least one phase of charging the battery, successively and repeatedly connecting each of the accumulator groups to the battery charger.
  • the system can further comprise a second low-power charger connected to the terminals of the battery.
  • the present invention also relates to an electric motor vehicle comprising a battery of accumulator modules and a charging system according to the invention.
  • FIG. 1 previously described represents a series type storage battery and a conventional charging system for this battery
  • FIG. 2 represents a charging system charge according to the invention applied to the battery of FIG. 1,
  • FIGS. 3A to 3G are curves of various electrical signals illustrating the operation of the charging system of FIG. 2,
  • FIG. 4 represents a charging system according to the invention applied to a battery of the series-parallel type,
  • FIG. 5 is a current and voltage curve illustrating an example of load profile according to
  • - Figure 6 shows an alternative embodiment of the charging system of Figure 2, allowing in particular the implementation of the charging profile of Figure 5, and - Figure 7 shows an alternative embodiment of the charging system of Figure 4, allowing in particular the implementation of the load profile of FIG. 5.
  • FIG. 2 represents a charging system 10 according to the invention applied to the battery already described in the preamble, comprising twenty accumulator modules Ml to M20 in series.
  • the charging system 10 conventionally comprises a charger 11 which can be connected to a household electrical outlet of the 220V / 16A or 220 V / 32A type, a programmed sequencer 12, and sensors 13, 14, 15 for detecting, respectively, the current I delivered by the charger 11, the charging voltage V and the temperature T of the battery.
  • the charging system 10 further comprises eight switches SI to S8 controlled by signals C1 to C8 delivered by the sequencer 12.
  • the switches SI to S8 are arranged so as to delimit in the battery groups of accumulator modules which can be individually connected to the charger 11.
  • the eight switches show four groups Gl, G2, G3, G4 of five modules each, represented by lines dashed in FIG. 2.
  • the group Gl comprises the modules M1 to M5 and its positive and negative terminals can be connected to the positive and negative terminals of the charger 11 by means of the switches SI and S2 when these switches are closed and the other switches S3 to S8 open.
  • the group G2 includes the modules M6 to M10 and can be connected to the charger 11 thanks to the switches S3 and S4.
  • Group G3 includes modules Mil to M15 and can be connected to charger 11 using switches S5 and S6.
  • group G4 includes modules M16 to M20 and can be connected to charger 11 by means of switches S7 and S8.
  • At least one phase of a cycle of charging the battery is broken down into a plurality of microcycles mcl, mc2, mc3, mc4 of partial charge of each of the groups Gl to G4, the microcycles succeeding each other and repeating until the considered charging phase is completed.
  • the sequencing over time of the microcycles can for example be as follows: mcl, mc2, mc3, mc, mcl, mc2, mc3, mc4, etc.
  • the duration Tm of the microcycles is preferably chosen relatively short compared to the total duration of the charging phase, for example of the order of ten seconds.
  • the time interval separating the microcycles is not shown to scale in FIG. 3A and can be reduced to the minimum necessary for the switching of the switches SI to S8.
  • FIG. 3B represents the distribution of the charging voltage V delivered by the charger 1 on the groups G1 to G4 during the microcycles mcl to mc4 (in a simplifying approximation, it is assumed that the charging voltage V is constant and identical for all the groups of modules).
  • FIG. 3C represents the voltage V sa at the terminals of the switch S8, that is to say the difference in voltage appearing between the negative terminal of the battery and the negative terminal of the charger 11.
  • FIG. 3D represents the signals Cl , C2, Figure 3E the signals C3, C4, Figure 3F the signals C5, C6, and Figure 3G the signals C7, C8.
  • a switch being by convention closed when its control signal is at 1, it can be seen that the switches SI, S2 are closed during the microcycles mcl, the switches S3, S4 closed during the microcycles mc2, etc.
  • a first advantage of the method of the invention is that the charge power applied to the battery is shared by a limited number of modules, so that it becomes possible, for a given charge power, to distribute a charge current more Student.
  • the modules Ml to M20 are 12V / 60Ah each
  • the groups Gl to G4 according to the invention have a nominal voltage of 60 V and can be charged with a current close to 40 A under a load power of 3000 W compatible with the domestic electrical network.
  • the supply of such a current to a battery with a nominal voltage of 240 V would require a charging power of the order of 12000 W, as indicated in the preamble, and a charging power of 3000 W allowed to distribute only a current close to 10 A.
  • the intensity that can be delivered using the process of the invention is equal to n times the intensity that can be delivered by a conventional charging process.
  • the Applicant has found that the charging method according to the invention makes it possible to extend the life of a battery. This advantage, independent of that resulting from the application of a high charging current, comes from the fact that each module, after having undergone a charging microcycle, benefits from a rest period Tr of a duration equal to
  • the total charging time of a battery by the method of the invention is not longer than with a conventional charging method, the increase in the charging current compensating for the division of time load of each group in microcycles followed by the rest period Tr.
  • FIG. 4 represents a charging system 20 according to the invention provided for a series-parallel type battery.
  • the modules Ml to M20 are arranged in two parallel branches, the first branch comprising the modules Ml to M10 in series and the second branch the modules Mil to M20 in series.
  • the groups Gl to G4 defined by the switches SI, S2, S3, S5, S6, S7, the switches S4 and S8 being replaced by a common switch S48 making it possible to connect the negative terminals of the groups G2 and G4 to the negative terminal of the charger 11.
  • An electromechanical switch S9 is also arranged between the branch M1-M10 and the branch M11-M20. This switch is kept open during charging periods to prevent a possible voltage imbalance between the two branches from leading to the appearance of a current which would tend to restore this balance.
  • the charging systems which have just been described make it possible to carry out charge phases broken down into microcycles as well as overall charge phases of the battery.
  • To carry out overall charge phases it is necessary to close the switches SI and S8 in the case of the diagram in FIG. 1 or to close the switches SI, S5, S9 and S48 in the case of the diagram in FIG. 4.
  • the figure 5 is a diagram as a function of the time of the charging current I and of the voltage U of a battery, illustrating an example of a complete charging cycle according to the invention.
  • the charging cycle firstly comprises a high power PI phase carried out in this example with a constant current according to the method of the invention, for example a current of 50 A if the battery includes modules of 12V / 60Ah.
  • the phase PI is stopped at an instant tl, for example when the voltage U of the battery reaches the switching value Uc mentioned in the preamble and generally greater than its nominal voltage Unom. It is followed by a phase PU at constant voltage where a charge voltage equal to Uc is imposed on the battery and during which the charge current I decreases. Instead of continuing the phase PU until the charging current I is canceled, the charging cycle can advantageously be completed from an instant t2, as illustrated in FIG. 5, by a third low-power phase Pi , or overload phase, carried out with a constant charging current of low value ic causing the voltage U of the battery to increase beyond the switching value Uc.
  • FIGS. 6 and 7 respectively represent alternative embodiments 10 ′ and 20 ′ of the charging systems shown in FIGS. 2 and 4, in which the charger 11 is relayed at least during the phase Pi by a low power charger 16.
  • the charger 11 is for example a 3000 W charger sized to deliver a charging current of 40 A at a voltage up to 72 V, and the charger II
  • the charger 16 a 400 W charger sized to deliver an ic current of 1 A at an increasing voltage which can reach a limit value of the order of 320 V.
  • the charger 16 is directly connected to the terminals B + , B ⁇ of the battery and is controlled, like the charger 11, by the sequencer 12.
  • the sequencer 12 can control, using sensors 17 and 18, the voltage U of the battery and the current I 'delivered by the generator of low power 16.
  • the switches S2 to S6 of FIG. 2 take the form of thyristors T2 to T6 triggered by the signals C2 to C6 and the switches SI and S8 are replaced for the sake of economy by diodes Dl and D8.
  • the switches S2, S3 and S6, S7 of FIG. 4 also take the form of thyristors T2, T3 and T6, T7 and the switches SI, S5 and S48 are replaced by diodes D1, D5 and D48.
  • the first variant consists in carrying out the PU phase entirely by means of the power charger 11.
  • the second variant consists in carrying out a first part of the PU phase by means of the charger 11, as long as the power consumed by the battery is high, then toggling on the low power charger 16 when the power demanded by the battery becomes compatible with this charger.
  • Part or all of the PU phase produced by the charger 11 can optionally be broken down into microcycles according to the invention, initially provided for the PI phase because of the high current it requires.
  • the method of the invention can be advantageously applied to any type of battery (lead, nickel / cadmium, nickel / metal hydrides, sodium / nickel chloride, lithium, ...) whatever the arrangement of the modules (series, series-parallel, parallel) and their nominal voltage.
  • a battery of twenty accumulator modules four groups of five modules each.
  • five groups of four modules by providing two additional switches
  • ten groups of two modules etc.
  • one will preferably define arrangements of modules showing groups of the same voltage, that is to say comprising the same number of modules.
  • the initial PI charging phase ends for a group of modules when the criterion for stopping this phase is reached.
  • This stopping criterion can be chosen collective (for example the fact that the battery voltage U reaches the switching value Uc) or individual (for example the fact that the voltage of each group of modules reaches its own switching value Ugc) .
  • Such a dispersion of the charging energy efficiency can have various causes and be taken into account when programming the sequencer 12 by providing a charging subroutine intended for lagging groups and ensuring corrective action.
  • a corrective action may for example consist in carrying out a homogenization preload for the groups of modules which have shown during previous cycles a depth of discharge higher than the average, in order to bring them back to the charge level of the other groups.
  • Those skilled in the art may also consider, as another corrective action, charging each of the groups of modules with personalized microcycles having for example different durations or different charge currents I.
  • the sequencer 12 can program the sequencer 12 according to two different methods. The first consists in waiting until all the groups of modules have reached the criterion for stopping the PI phase before engaging the PU phase. The second consists in applying the PI-PU load profile to each group without taking the other groups into account, one group being able to be in the PU phase while the other is still in the PI phase.
  • the present invention is thus susceptible of numerous variants and embodiments within the reach of those skilled in the art. Of course, the present invention is also capable of applying to any accumulator system other than a vehicle battery with an electric traction motor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

The invention concerns a method and a system for charging a battery with storage cell modules (M1-M20). The invention is characterised in that it consists in defining in the battery groups (G1-G5) of storage cell modules, and in breaking down at least one charging phase of the battery into a plurality of successive and recurrent microcycles for charging each group of the storage cell modules. The invention enables to charge the battery with a strong current while maintaining a charging power compatible with the domestic electric system. It is particularly applicable for producing an on-board charging system in electric motor vehicles.

Description

PROCEDE ET SYSTEME DE CHARGE D'UNE BATTERIE DE MODULES METHOD AND SYSTEM FOR CHARGING A MODULE BATTERY
ACCUMULATEURSACCUMULATORS
La présente invention concerne un procédé et un système pour charger une batterie de modules accumulateurs .The present invention relates to a method and a system for charging a battery of accumulator modules.
La présente invention concerne notamment mais non exclusivement le domaine des véhicules automobiles à moteur de traction électrique.The present invention relates in particular but not exclusively to the field of motor vehicles with electric traction motor.
La figure 1 est le schéma électrique d'une batterie de modules accumulateurs 1 d'un véhicule électrique et son système de charge 2. Afin de présenter une forte capacité énergétique nécessaire à la traction du véhicule, la batterie comprend un grand nombre de modules accumulateurs, ici vingt modules Ml à M20 agencés en série. Les modules sont par exemple d'une tension nominale de 12 V et d'une capacité de 60 Ah (Ampères Heure) , la batterie délivrant ainsi sur ses bornes B+ et B" une tension nominale Unom de 240 V. Le système de charge 2 de la batterie, généralement embarqué dans le véhicule, est alimenté par une source de tension alternative Va et comprend essentiellement un chargeur 3 piloté par un sequenceur programmé 4. Des capteurs 5, 6, 7 sont prévus pour détecter respectivement le courant de charge I, la tension U et la température T de la batterie, les sorties des capteurs étant envoyées sur des entrées du sequenceur 4. En pratique, l'efficacité du système de charge 2 réside dans la programmation du sequenceur 4. Chaque type de batterie exige en effet un profil de charge spécifique qui doit être respecté rigoureusement afin de ne pas endommager la batterie et garantir sa durée de vie. Le profil de charge d'une batterie se décompose ainsi de façon classique en une succession de phases à courant, tension, ou puissance constante. Notamment, pour une certaine technologie de batteries, il est classique de prévoir une phase initiale de charge réalisée à courant ou puissance constante. Une telle phase initiale de charge peut s'étendre dans ce cas jusqu'à l'instant où la tension U de la batterie, à une valeur basse en début de charge, atteint une valeur de commutation Uc généralement: supérieure à la tension nominale Unom.FIG. 1 is the electrical diagram of a battery of accumulator modules 1 of an electric vehicle and its charging system 2. In order to present a high energy capacity necessary for the traction of the vehicle, the battery comprises a large number of accumulator modules , here twenty modules Ml to M20 arranged in series. The modules are for example with a nominal voltage of 12 V and a capacity of 60 Ah (Ampere Hours), the battery thus delivering on its terminals B + and B " a nominal voltage Unom of 240 V. The charging system 2 of the battery, generally on board the vehicle, is supplied by an alternating voltage source Va and essentially comprises a charger 3 controlled by a programmed sequencer 4. Sensors 5, 6, 7 are provided for detecting respectively the charging current I , the voltage U and the temperature T of the battery, the outputs of the sensors being sent to inputs of the sequencer 4. In practice, the efficiency of the charging system 2 lies in the programming of the sequencer 4. Each type of battery requires effect a specific load profile which must be strictly observed in order not to damage the battery and guarantee its lifespan. The charge profile of a battery is thus conventionally broken down into a succession of phases at constant current, voltage, or power. In particular, for a certain battery technology, it is conventional to provide an initial charging phase carried out at constant current or power. Such an initial charging phase can extend in this case until the moment when the voltage U of the battery, at a low value at the start of charging, reaches a switching value Uc generally: greater than the nominal voltage Unom .
Des travaux conduits par la demanderesse ont montré que le fait d'accélérer la phase initiale de charge, c'est-à-dire de réaliser cette phase avec un courant de charge au moins deux fois supérieur à celui délivré par un chargeur embarqué classique, améliore le rendement de charge et la durée de vie d'une batterie ainsi que le comportement thermique et par conséquent la disponibilité du véhicule (le rendement de charge étant le rapport entre la quantité d'électricité réelle accumulée par la batterie et la quantité d'électricité Q qui lui est fournie) .Work carried out by the applicant has shown that accelerating the initial charging phase, that is to say carrying out this phase with a charging current at least twice greater than that delivered by a conventional on-board charger, improves the charging efficiency and the lifespan of a battery as well as the thermal behavior and consequently the availability of the vehicle (the charging efficiency being the ratio between the quantity of actual electricity accumulated by the battery and the quantity of electricity Q supplied to it).
Toutefois, on doit disposer, à cet effet, d'une puissance de charge élevée. Par exemple, la fourniture d'un courant de charge de 40 A à la batterie de tension nominale de 240 V précédemment décrite représente une puissance de charge considérable de 12000 W (la tension de commutation Uc étant supérieure à la tension nominale Unom) . S'il est possible techniquement de délivrer une telle puissance à partir d'un chargeur de forte puissance à poste fixe, il n'en est pas de même avec un chargeur embarqué, qui doit être léger, peu encombrant et d'un coût de revient réduit. De plus, il est souhaitable qu'un chargeur embarqué puisse être alimenté à partir d'une prise du réseau électrique domestique du type le plus répandu, par exemple une prise de 220V/16A. Or, une telle prise électrique ne peut délivrer une puissance supérieure à 3500 W.However, a high charging power is required for this. For example, the supply of a charging current of 40 A to the battery of nominal voltage of 240 V previously described represents a considerable charging power of 12000 W (the switching voltage Uc being greater than the nominal voltage Unom). While it is technically possible to deliver such power from a high-power charger with a fixed station, it is not the same with an on-board charger, which must be light, compact and cost returns reduced. In addition, it is desirable that an on-board charger can be powered from an outlet on the domestic electrical network of the most widespread, for example a 220V / 16A socket. However, such an electrical outlet cannot deliver a power greater than 3500 W.
Ainsi, les procédés et les systèmes de charge classiques ne permettent pas de charger une batterie d'accumulateurs de forte capacité avec un fort courant à partir d'une prise électrique domestique.Thus, conventional charging methods and systems do not allow a large capacity storage battery to be charged with a high current from a household electrical outlet.
La présente invention vise, notamment, à pallier cet inconvénient . Notamment, un objectif de la présente invention est de charger une batterie de modules accumulateurs avec un courant de grande intensité tout en conservant une puissance de charge raisonnable et compatible avec une prise électrique domestique. Un autre objectif de la présente invention est de prévoir un système de charge de moyenne puissance pouvant délivrer un fort courant tout en présentant un coût de revient et un encombrement comparable à ceux d'un système de charge embarqué classique. Ces objectifs, ainsi que d'autres, sont atteints grâce à un procédé pour charger une batterie de modules accumulateurs, comprenant les opérations consistant à définir dans la batterie des groupes de modules accumulateurs, et décomposer au moins une phase d'un cycle de charge de la batterie en une pluralité de microcycles successifs et récurrents de charge partielle de chacun des groupes de modules accumulateurs.The present invention aims, in particular, to overcome this drawback. In particular, an objective of the present invention is to charge a battery of accumulator modules with a high current while maintaining a reasonable charging power and compatible with a household electrical outlet. Another objective of the present invention is to provide a medium power charging system capable of delivering a high current while having a cost price and a space comparable to those of a conventional on-board charging system. These and other objectives are achieved by a method for charging a battery of accumulator modules, comprising the steps of defining groups of accumulator modules in the battery, and breaking down at least one phase of a charge cycle. of the battery into a plurality of successive and recurrent partial charge microcycles of each of the groups of accumulator modules.
De préférence, on définit des groupes de modules accumulateurs de même tension. Les modules accumulateurs constituant une batterie étant généralement choisis de même tension, cela signifie que les groupes d'accumulateurs comprennent le même nombre de modules accumulateurs .Preferably, groups of accumulator modules of the same voltage are defined. As the accumulator modules constituting a battery are generally chosen to have the same voltage, this means that the accumulator groups comprise the same number of accumulator modules.
Selon un mode de réalisation, on prévoit une première phase de charge à puissance ou courant constant, décomposée en une pluralité de microcycles de charge partielle, et une deuxième phase de charge à tension constante .According to one embodiment, a first charging phase is provided at constant power or current, decomposed into a plurality of partial charge microcycles, and a second charge phase at constant voltage.
Avantageusement, la première phase de charge est réalisée avec un fort courant, conformément à l'un des objectifs de la présente invention.Advantageously, the first charging phase is carried out with a high current, in accordance with one of the objectives of the present invention.
Selon un mode de réalisation, tout ou partie de la deuxième phase de charge est décomposé en une pluralité de microcycles successifs et récurrents de charge partielle de chacun des groupes de modules accumulateurs. Selon un mode de réalisation, il est en outre prévu une troisième phase de charge à faible courant réalisée collectivement sur l'ensemble des modules de la batterie. La présente invention concerne également un système de charge d'une batterie de modules accumulateurs, comprenant un chargeur de batterie, des moyens interrupteurs agencés pour délimiter dans la batterie des groupes de modules accumulateurs pouvant être connectés individuellement au chargeur, et des moyens de commande des moyens interrupteurs, agencés pour, au cours d'au moins une phase de charge de la batterie, connecter successivement et de façon récurrente chacun des groupes accumulateurs au chargeur de batterie.According to one embodiment, all or part of the second charging phase is broken down into a plurality of successive and recurrent microcycles of partial charge of each of the groups of accumulator modules. According to one embodiment, a third low-current charging phase is also provided, carried out collectively on all of the modules of the battery. The present invention also relates to a system for charging a battery of accumulator modules, comprising a battery charger, switch means arranged to delimit in the battery groups of accumulator modules which can be individually connected to the charger, and means for controlling the switch means, arranged for, during at least one phase of charging the battery, successively and repeatedly connecting each of the accumulator groups to the battery charger.
Selon un mode de réalisation, le système peut comprendre en outre un deuxième chargeur de faible puissance connecté aux bornes de la batterie.According to one embodiment, the system can further comprise a second low-power charger connected to the terminals of the battery.
La présente invention concerne également un véhicule automobile électrique comprenant une batterie de modules accumulateurs et un système de charge selon 1 ' invention.The present invention also relates to an electric motor vehicle comprising a battery of accumulator modules and a charging system according to the invention.
Ces objectifs, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante du procédé de charge selon l'invention et de divers exemples de réalisation de systèmes de charge selon l'invention, en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 précédemment décrite représente une batterie d'accumulateurs de type série et un système de charge classique de cette batterie, la figure 2 représente un système de charge selon l'invention appliqué à la batterie de la figure 1,These and other objectives, features and advantages of the present invention will be explained in more detail in the following description of the charging method according to the invention and various examples of realization of charging systems according to the invention, in relation to the attached figures among which: FIG. 1 previously described represents a series type storage battery and a conventional charging system for this battery, FIG. 2 represents a charging system charge according to the invention applied to the battery of FIG. 1,
- les figures 3A à 3G sont des courbes de divers signaux électriques illustrant le fonctionnement du système de charge de la figure 2, la figure 4 représente un système de charge selon l'invention appliqué à une batterie de type série- parallèle,FIGS. 3A to 3G are curves of various electrical signals illustrating the operation of the charging system of FIG. 2, FIG. 4 represents a charging system according to the invention applied to a battery of the series-parallel type,
- la figure 5 est une courbe de courant et de tension illustrant un exemple de profil de charge selon- Figure 5 is a current and voltage curve illustrating an example of load profile according to
1 ' invention,The invention,
- la figure 6 représente une variante de réalisation du système de charge de la figure 2, permettant notamment la mise en oeuvre du profil de charge de la figure 5, et - la figure 7 représente une variante de réalisation du système de charge de la figure 4, permettant notamment la mise en oeuvre du profil de charge de la figure 5.- Figure 6 shows an alternative embodiment of the charging system of Figure 2, allowing in particular the implementation of the charging profile of Figure 5, and - Figure 7 shows an alternative embodiment of the charging system of Figure 4, allowing in particular the implementation of the load profile of FIG. 5.
La figure 2 représente un système de charge 10 selon l'invention appliqué à la batterie déjà décrite au préambule, comprenant vingt modules accumulateurs Ml à M20 en série. Le système de charge 10 comprend de façon classique un chargeur 11 pouvant être connecté sur une prise électrique domestique du type 220V/16A ou 220 V/32A, un sequenceur programmé 12, et des capteurs 13, 14, 15 pour détecter, respectivement, le courant I délivré par le chargeur 11, la tension de charge V et la température T de la batterie .FIG. 2 represents a charging system 10 according to the invention applied to the battery already described in the preamble, comprising twenty accumulator modules Ml to M20 in series. The charging system 10 conventionally comprises a charger 11 which can be connected to a household electrical outlet of the 220V / 16A or 220 V / 32A type, a programmed sequencer 12, and sensors 13, 14, 15 for detecting, respectively, the current I delivered by the charger 11, the charging voltage V and the temperature T of the battery.
Selon l'invention, le système de charge 10 comprend en outre huit interrupteurs SI à S8 pilotés par des signaux Cl à C8 délivrés par le sequenceur 12. Les interrupteurs SI à S8 sont agencés de manière à délimiter dans la batterie des groupes de modules accumulateurs pouvant être connectés individuellement au chargeur 11. Ici, les huit interrupteurs font apparaître quatre groupes Gl, G2 , G3 , G4 de cinq modules chacun, représentés en traits pointillés sur la figure 2. Le groupe Gl comprend les modules Ml à M5 et ses bornes positive et négative peuvent être connectées aux bornes positive et négative du chargeur 11 grâce aux interrupteurs SI et S2 quand ces interrupteurs sont fermés et les autres interrupteurs S3 à S8 ouverts. De la même manière, le groupe G2 comprend les modules M6 à M10 et peut être connecté au chargeur 11 grâce aux interrupteurs S3 et S4. Le groupe G3 comprend les modules Mil à M15 et peut être connecté au chargeur 11 grâce aux interrupteurs S5 et S6. Enfin, le groupe G4 comprend les modules M16 à M20 et peut être connecté au chargeur 11 au moyen des interrupteurs S7 et S8.According to the invention, the charging system 10 further comprises eight switches SI to S8 controlled by signals C1 to C8 delivered by the sequencer 12. The switches SI to S8 are arranged so as to delimit in the battery groups of accumulator modules which can be individually connected to the charger 11. Here, the eight switches show four groups Gl, G2, G3, G4 of five modules each, represented by lines dashed in FIG. 2. The group Gl comprises the modules M1 to M5 and its positive and negative terminals can be connected to the positive and negative terminals of the charger 11 by means of the switches SI and S2 when these switches are closed and the other switches S3 to S8 open. In the same way, the group G2 includes the modules M6 to M10 and can be connected to the charger 11 thanks to the switches S3 and S4. Group G3 includes modules Mil to M15 and can be connected to charger 11 using switches S5 and S6. Finally, group G4 includes modules M16 to M20 and can be connected to charger 11 by means of switches S7 and S8.
Selon le procédé de l'invention, au moins une phase d'un cycle de charge de la batterie est décomposée en une pluralité de microcycles mcl, mc2 , mc3 , mc4 de charge partielle de chacun des groupes Gl à G4 , les microcycles se succédant et se répétant jusqu'à ce que la phase de charge considérée soit terminée. Comme illustré sur la figure 3A, le sequencement dans le temps des microcycles peut par exemple être le suivant : mcl, mc2 , mc3 , mc , mcl, mc2, mc3 , mc4 , etc.. La durée Tm des microcycles est de préférence choisie relativement courte devant la durée totale de la phase de charge, par exemple de l'ordre de la dizaine de secondes. L'intervalle de temps séparant les microcycles n'est pas représenté à l'échelle sur la figure 3A et peut être réduit au minimum nécessaire à la commutation des interrupteurs SI à S8.According to the method of the invention, at least one phase of a cycle of charging the battery is broken down into a plurality of microcycles mcl, mc2, mc3, mc4 of partial charge of each of the groups Gl to G4, the microcycles succeeding each other and repeating until the considered charging phase is completed. As illustrated in FIG. 3A, the sequencing over time of the microcycles can for example be as follows: mcl, mc2, mc3, mc, mcl, mc2, mc3, mc4, etc. The duration Tm of the microcycles is preferably chosen relatively short compared to the total duration of the charging phase, for example of the order of ten seconds. The time interval separating the microcycles is not shown to scale in FIG. 3A and can be reduced to the minimum necessary for the switching of the switches SI to S8.
Pour fixer les idées, la figure 3B représente la distribution de la tension de charge V délivrée par le chargeur 1 sur les groupes Gl à G4 au cours des microcycles mcl à mc4 (dans une approximation simplificatrice, on suppose que la tension de charge V est constante et identique pour tous les groupes de modules) . La figure 3C représente la tension Vsa aux bornes de l'interrupteur S8, c'est-à-dire la différence de tension apparaissant entre la borne négative de la batterie et la borne négative du chargeur 11. La figure 3D représente les signaux Cl, C2 , la figure 3E les signaux C3 , C4 , la figure 3F les signaux C5 , C6 , et la figure 3G les signaux C7 , C8. Un interrupteur étant par convention fermé quand son signal de commande est à 1, on voit que les interrupteurs SI, S2 sont fermés pendant les microcycles mcl, les interrupteurs S3 , S4 fermés pendant les microcycles mc2 , etc.To fix the ideas, FIG. 3B represents the distribution of the charging voltage V delivered by the charger 1 on the groups G1 to G4 during the microcycles mcl to mc4 (in a simplifying approximation, it is assumed that the charging voltage V is constant and identical for all the groups of modules). FIG. 3C represents the voltage V sa at the terminals of the switch S8, that is to say the difference in voltage appearing between the negative terminal of the battery and the negative terminal of the charger 11. FIG. 3D represents the signals Cl , C2, Figure 3E the signals C3, C4, Figure 3F the signals C5, C6, and Figure 3G the signals C7, C8. A switch being by convention closed when its control signal is at 1, it can be seen that the switches SI, S2 are closed during the microcycles mcl, the switches S3, S4 closed during the microcycles mc2, etc.
Un premier avantage du procédé de 1 ' invention est que la puissance de charge appliquée à la batterie est partagée par un nombre restreint de modules, de sorte qu'il devient possible, pour une puissance de charge donnée, de distribuer un courant de charge plus élevé. Par exemple, quand les modules Ml à M20 sont de 12V/60Ah chacun, les groupes Gl à G4 selon l'invention présentent une tension nominale de 60 V et peuvent être chargés avec un courant voisin de 40 A sous une puissance de charge de 3000 W compatible avec le réseau électrique domestique. Selon l'art antérieur, la fourniture d'un tel courant à une batterie d'une tension nominale de 240 V nécessiterait une puissance de charge de l'ordre de 12000 W, comme indiqué au préambule, et une puissance de charge de 3000 W ne permettait de distribuer qu'un courant voisin de 10 A. En résumé, si le nombre n représente le nombre de groupes de modules (n étant ici égal à 4) , l'intensité pouvant être délivrée grâce au procédé de l'invention est égale à n fois l'intensité pouvant être délivrée par un procédé de charge classique. De plus, la demanderesse a constaté que le procédé de charge selon 1 ' invention permet de prolonger la durée de vie d'une batterie. Cet avantage, indépendant de celui résultant de l'application d'un courant de charge élevé, provient du fait que chaque module, après avoir subi un microcycle de charge, bénéficie d'une période de repos Tr d'une durée égale àA first advantage of the method of the invention is that the charge power applied to the battery is shared by a limited number of modules, so that it becomes possible, for a given charge power, to distribute a charge current more Student. For example, when the modules Ml to M20 are 12V / 60Ah each, the groups Gl to G4 according to the invention have a nominal voltage of 60 V and can be charged with a current close to 40 A under a load power of 3000 W compatible with the domestic electrical network. According to the prior art, the supply of such a current to a battery with a nominal voltage of 240 V would require a charging power of the order of 12000 W, as indicated in the preamble, and a charging power of 3000 W allowed to distribute only a current close to 10 A. In summary, if the number n represents the number of groups of modules (n being here equal to 4), the intensity that can be delivered using the process of the invention is equal to n times the intensity that can be delivered by a conventional charging process. In addition, the Applicant has found that the charging method according to the invention makes it possible to extend the life of a battery. This advantage, independent of that resulting from the application of a high charging current, comes from the fact that each module, after having undergone a charging microcycle, benefits from a rest period Tr of a duration equal to
Tr = (n-l)TmTr = (n-l) Tm
Une telle période de repos permet une "relaxation" de 1 ' électrolyte des accumulateurs de chaque module et l'élimination de phénomènes électrochimiques nuisibles aux accumulateurs apparaissant au cours de cycles de charge ininterrompus .Such a rest period allows a "relaxation" of the electrolyte of the accumulators of each module and the elimination of electrochemical phenomena harmful to the accumulators appearing during uninterrupted charge cycles.
Enfin, il peut être noté que le temps de charge total d'une batterie par le procédé de l'invention n'est pas plus long qu'avec un procédé de charge classique, 1 ' augmentation du courant de charge compensant la division du temps de charge de chaque groupe en microcycles suivis de la période de repos Tr .Finally, it can be noted that the total charging time of a battery by the method of the invention is not longer than with a conventional charging method, the increase in the charging current compensating for the division of time load of each group in microcycles followed by the rest period Tr.
Compte tenu de ces divers avantages, il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que le champ d'application de la présente invention est étendu et dépasse l'objectif initialement décrit au préambule. En particulier, une phase de charge réalisée avec un courant de moyenne intensité mais décomposée en microcycles de charge partielle selon le procédé de l'invention préserve mieux une batterie qu'une phase de charge ininterrompue selon l'art antérieur, réalisée avec le même courant. Le fait de réaliser une telle phase de charge avec un fort courant, conformément à un autre aspect de la présente invention, permet de prolonger plus encore la durée de vie de la batterie. Bien entendu, l'application de la présente invention n'est pas seulement réservée à la batterie de type série précédemment décrite. A titre d'exemple, la figure 4 représente un système de charge 20 selon l'invention prévu pour une batterie de type série- parallèle. Dans cette batterie, les modules Ml à M20 sont agencés en deux branches parallèles, la première branche comprenant les modules Ml à M10 en série et la deuxième branche les modules Mil à M20 en série. On retrouve dans le système de charge 20 les groupes Gl à G4 définis par les interrupteurs SI, S2, S3 , S5, S6, S7, les interrupteurs S4 et S8 étant remplacés par un interrupteur commun S48 permettant de connecter les bornes négatives des groupes G2 et G4 à la borne négative du chargeur 11. Un interrupteur S9 de type électromécanique est en outre disposé entre la branche M1-M10 et la branche M11-M20. Cet interrupteur est maintenu ouvert pendant les périodes de charge pour éviter qu'un éventuel déséquilibre de tension entre les deux branches ne conduise à l'apparition d'un courant qui tendrait à rétablir cet équilibre.Given these various advantages, it will be clear to those skilled in the art that the scope of the present invention is broad and exceeds the objective initially described in the preamble. In particular, a charging phase carried out with a current of medium intensity but broken down into partial charge microcycles according to the method of the invention better preserves a battery than an uninterrupted charging phase according to the prior art, carried out with the same current . The fact of carrying out such a charging phase with a high current, in accordance with another aspect of the present invention, makes it possible to further extend the life of the battery. Of course, the application of the present invention is not only reserved for the series type battery previously described. By way of example, FIG. 4 represents a charging system 20 according to the invention provided for a series-parallel type battery. In this battery, the modules Ml to M20 are arranged in two parallel branches, the first branch comprising the modules Ml to M10 in series and the second branch the modules Mil to M20 in series. We find in the charging system 20 the groups Gl to G4 defined by the switches SI, S2, S3, S5, S6, S7, the switches S4 and S8 being replaced by a common switch S48 making it possible to connect the negative terminals of the groups G2 and G4 to the negative terminal of the charger 11. An electromechanical switch S9 is also arranged between the branch M1-M10 and the branch M11-M20. This switch is kept open during charging periods to prevent a possible voltage imbalance between the two branches from leading to the appearance of a current which would tend to restore this balance.
On remarquera que les systèmes de charge qui viennent d'être décrits permettent aussi bien de réaliser des phases de charge décomposées en microcycles que des phases de charge globale de la batterie. Pour réaliser des phases de charge globale, il convient de fermer les interrupteurs SI et S8 dans le cas du schéma de la figure 1 ou de fermer les interrupteurs SI, S5, S9 et S48 dans le cas du schéma de la figure 4. La figure 5 est un diagramme en fonction du temps du courant de charge I et de la tension U d'une batterie, illustrant un exemple de cycle de charge complet selon l'invention. Le cycle de charge comprend tout d'abord une phase PI de puissance élevée réalisée dans cet exemple avec un courant constant selon le procédé de l'invention, par exemple un courant de 50 A si la batterie comprend des modules de 12V/60Ah. La phase PI est arrêtée à un instant tl, par exemple lorsque la tension U de la batterie atteint la valeur de commutation Uc évoquée au préambule et généralement supérieure à sa tension nominale Unom. Elle est suivie d'une phase PU à tension constante où l'on impose à la batterie une tension de charge égale à Uc et au cours de laquelle le courant de charge I décroît. Au lieu de poursuivre la phase PU jusqu'à l'annulation du courant de charge I, le cycle de charge peut être avantageusement parachevé à compter d'un instant t2, comme illustré sur la figure 5, par une troisième phase Pi de faible puissance, ou phase de surcharge, réalisée avec un courant de charge constant de faible valeur ic faisant croître la tension U de la batterie au delà de la valeur de commutation Uc .It will be noted that the charging systems which have just been described make it possible to carry out charge phases broken down into microcycles as well as overall charge phases of the battery. To carry out overall charge phases, it is necessary to close the switches SI and S8 in the case of the diagram in FIG. 1 or to close the switches SI, S5, S9 and S48 in the case of the diagram in FIG. 4. The figure 5 is a diagram as a function of the time of the charging current I and of the voltage U of a battery, illustrating an example of a complete charging cycle according to the invention. The charging cycle firstly comprises a high power PI phase carried out in this example with a constant current according to the method of the invention, for example a current of 50 A if the battery includes modules of 12V / 60Ah. The phase PI is stopped at an instant tl, for example when the voltage U of the battery reaches the switching value Uc mentioned in the preamble and generally greater than its nominal voltage Unom. It is followed by a phase PU at constant voltage where a charge voltage equal to Uc is imposed on the battery and during which the charge current I decreases. Instead of continuing the phase PU until the charging current I is canceled, the charging cycle can advantageously be completed from an instant t2, as illustrated in FIG. 5, by a third low-power phase Pi , or overload phase, carried out with a constant charging current of low value ic causing the voltage U of the battery to increase beyond the switching value Uc.
La mise en oeuvre pratique d'un tel cycle de charge Pl-PU-Pi au moyen des systèmes de charge représentés sur les figures 2 et 4 implique la prévision d'un chargeur 11 capable de fonctionner dans les domaines de puissance très différents. Toutefois, en pratique, il s'avère qu'un tel chargeur est complexe et coûteux à réaliser. Pour pallier cet inconvénient, la présente invention propose de réaliser le cycle de charge Pl-PU-Pi au moyen de deux chargeurs distincts, un chargeur de moyenne puissance pour la phase PI et l'autre de faible puissance pour la phase Pi.The practical implementation of such a Pl-PU-Pi charge cycle by means of the charge systems shown in FIGS. 2 and 4 implies the provision of a charger 11 capable of operating in very different power ranges. However, in practice, it turns out that such a charger is complex and expensive to produce. To overcome this drawback, the present invention proposes to carry out the charging cycle Pl-PU-Pi by means of two separate chargers, one medium power charger for the PI phase and the other of low power for the Pi phase.
Ainsi, les figures 6 et 7 représentent respectivement des variantes de réalisation 10' et 20' des systèmes de charge représentés en figures 2 et 4 , dans lesquelles le chargeur 11 est relayé au moins pendant la phase Pi par un chargeur de faible puissance 16. Le chargeur 11 est par exemple un chargeur de 3000 W dimensionné pour délivrer un courant de charge de 40 A sous une tension pouvant atteindre 72 V, et le chargeur I IThus, FIGS. 6 and 7 respectively represent alternative embodiments 10 ′ and 20 ′ of the charging systems shown in FIGS. 2 and 4, in which the charger 11 is relayed at least during the phase Pi by a low power charger 16. The charger 11 is for example a 3000 W charger sized to deliver a charging current of 40 A at a voltage up to 72 V, and the charger II
16 un chargeur de 400 W dimensionné pour délivrer un courant ic de 1 A sous une tension croissante pouvant atteindre une valeur limite de l'ordre de 320 V. Le chargeur 16 est directement connecté aux bornes B+, B~ de la batterie et est piloté, comme le chargeur 11, par le sequenceur 12. Outre les paramètres I, V, T précédemment décrits, le sequenceur 12 peut contrôler grâce à des capteurs 17 et 18 la tension U de la batterie et le courant I ' délivré par le générateur de faible puissance 16. Par ailleurs, sur la figure 6, les interrupteurs S2 à S6 de la figure 2 prennent la forme de thyristors T2 à T6 déclenchés par les signaux C2 à C6 et les interrupteurs SI et S8 sont remplacés dans un souci d'économie par des diodes Dl et D8. Sur la figure 7, les interrupteurs S2 , S3 et S6, S7 de la figure 4 prennent également la forme de thyristors T2 , T3 et T6 , T7 et les interrupteurs SI, S5 et S48 sont remplacés par des diodes Dl, D5 et D48.16 a 400 W charger sized to deliver an ic current of 1 A at an increasing voltage which can reach a limit value of the order of 320 V. The charger 16 is directly connected to the terminals B + , B ~ of the battery and is controlled, like the charger 11, by the sequencer 12. In addition to the parameters I, V, T previously described, the sequencer 12 can control, using sensors 17 and 18, the voltage U of the battery and the current I 'delivered by the generator of low power 16. Furthermore, in FIG. 6, the switches S2 to S6 of FIG. 2 take the form of thyristors T2 to T6 triggered by the signals C2 to C6 and the switches SI and S8 are replaced for the sake of economy by diodes Dl and D8. In FIG. 7, the switches S2, S3 and S6, S7 of FIG. 4 also take the form of thyristors T2, T3 and T6, T7 and the switches SI, S5 and S48 are replaced by diodes D1, D5 and D48.
En ce qui concerne la réalisation de la phase PU, deux variantes de fonctionnement sont envisageables. La première variante consiste à réaliser entièrement la phase PU au moyen du chargeur de puissance 11. La deuxième variante consiste à réaliser une première partie de la phase PU au moyen du chargeur 11, tant que la puissance consommée par la batterie est élevée, puis basculer sur le chargeur faible puissance 16 quand la puissance demandée par la batterie devient compatible avec ce chargeur. La partie ou la totalité de la phase PU réalisée par le chargeur 11 peut de façon optionnelle être décomposée en microcycles selon l'invention, initialement prévus pour la phase PI en raison du fort courant qu'elle nécessite.As far as the PU phase is concerned, two operating variants can be envisaged. The first variant consists in carrying out the PU phase entirely by means of the power charger 11. The second variant consists in carrying out a first part of the PU phase by means of the charger 11, as long as the power consumed by the battery is high, then toggling on the low power charger 16 when the power demanded by the battery becomes compatible with this charger. Part or all of the PU phase produced by the charger 11 can optionally be broken down into microcycles according to the invention, initially provided for the PI phase because of the high current it requires.
L'homme de l'art notera que le procédé de l'invention peut être avantageusement appliqué à tout type de batterie (plomb, nickel/cadmium, nickel/hydrures métalliques, sodium/chlorure de nickel, lithium,...) quels que soient l'agencement des modules (série, série- parallèle, parallèle) et leur tension nominale. Ainsi, dans ce qui précède, on a défini dans une batterie de vingt modules accumulateurs quatre groupes de cinq modules chacun. On aurait pu définir cinq groupes de quatre modules (en prévoyant deux interrupteurs supplémentaires), ou dix groupes de deux modules, etc. Parmi tous les arrangements possibles, on définira de préférence des arrangements de modules faisant apparaître des groupes de même tension, c'est-à-dire comportant le même nombre de modules .Those skilled in the art will note that the method of the invention can be advantageously applied to any type of battery (lead, nickel / cadmium, nickel / metal hydrides, sodium / nickel chloride, lithium, ...) whatever the arrangement of the modules (series, series-parallel, parallel) and their nominal voltage. Thus, in the above, we defined in a battery of twenty accumulator modules four groups of five modules each. We could have defined five groups of four modules (by providing two additional switches), or ten groups of two modules, etc. Among all the possible arrangements, one will preferably define arrangements of modules showing groups of the same voltage, that is to say comprising the same number of modules.
Dans un souci de simplicité, on n'a pas décrit dans ce qui précède diverses caractéristiques de mise en oeuvre de la présente invention qui sont à la portée de l'homme de l'art. En particulier, la phase initiale de charge PI se termine pour un groupe de modules lorsque le critère d'arrêt de cette phase est atteint. Ce critère d'arrêt peut être choisi collectif (par exemple le fait que la tension U de batterie atteigne la valeur de commutation Uc) ou individuel (par exemple le fait que la tension de chaque groupe de modules atteigne sa valeur propre de commutation Ugc) . Si un groupe de modules atteint le critère d'arrêt individuel avant la fin du microcycle de charge qui lui est appliqué, deux solutions peuvent être prévues : l'une où le sequenceur 12 commute le courant de charge sur le groupe de modules suivant dans l'ordre cyclique choisi, l'autre où le sequenceur commute le courant de charge sur le groupe de modules suivant qui n'a pas encore atteint le critère d'arrêt lors des microcycles précédents. La deuxième solution nécessite que le système de charge soit plus "intelligent" et mémorise l'état de charge de chaque groupe à la fin de chaque microcycle. Un sequenceur 12 à microprocesseur peut alors être prévu. L'homme de l'art notera également qu'en pratique, la durée de charge effective de chaque groupe de modules au cours de la phase PI peut varier sensiblement. Une telle dispersion du rendement énergétique de charge peut avoir diverses causes et être prise en compte au moment de la programmation du sequenceur 12 par la prévision d'un sous-programme de charge destiné aux groupes retardataires et assurant une action corrective. Une telle action corrective peut par exemple consister à réaliser une précharge d'homogénéisation pour les groupes de modules qui ont montré au cours des cycles précédents une profondeur de décharge plus élevée que la moyenne, afin de les ramener au niveau de charge des autres groupes. L'homme de l'art pourra également envisager, comme autre action corrective, de charger chacun des groupes de modules par des microcycles personnalisés ayant par exemple des durées différentes où des courants de charge I différents.For the sake of simplicity, we have not described in the foregoing various characteristics of implementation of the present invention which are within the reach of ordinary skill in the art. In particular, the initial PI charging phase ends for a group of modules when the criterion for stopping this phase is reached. This stopping criterion can be chosen collective (for example the fact that the battery voltage U reaches the switching value Uc) or individual (for example the fact that the voltage of each group of modules reaches its own switching value Ugc) . If a group of modules reaches the individual stop criterion before the end of the charge microcycle which is applied to it, two solutions can be provided: one where the sequencer 12 switches the charge current to the next group of modules in the 'cyclic order chosen, the other where the sequencer switches the charging current to the next group of modules which has not yet reached the stopping criterion during the previous microcycles. The second solution requires that the charging system be more "intelligent" and memorize the state of charge of each group at the end of each microcycle. A microprocessor sequencer 12 can then be provided. Those skilled in the art will also note that in practice, the effective charging time of each group of modules during the PI phase can vary significantly. Such a dispersion of the charging energy efficiency can have various causes and be taken into account when programming the sequencer 12 by providing a charging subroutine intended for lagging groups and ensuring corrective action. Such a corrective action may for example consist in carrying out a homogenization preload for the groups of modules which have shown during previous cycles a depth of discharge higher than the average, in order to bring them back to the charge level of the other groups. Those skilled in the art may also consider, as another corrective action, charging each of the groups of modules with personalized microcycles having for example different durations or different charge currents I.
En ce qui concerne 1 ' enchaînement des phases PI et PU dans le cas où le critère d'arrêt de la phase PI est appliqué individuellement, l'homme de l'art pourra programmer le sequenceur 12 selon deux méthodes différentes . La première consiste à attendre que tous les groupes de modules aient atteint le critère d'arrêt de la phase PI avant d'engager la phase PU. La deuxième consiste à appliquer le profil de charge PI-PU à chaque groupe sans tenir compte des autres groupes, un groupe pouvant ainsi se trouver dans la phase PU alors que l'autre est encore dans la phase PI. La présente invention est ainsi susceptible de nombreuses variantes et modes de réalisation à la portée de l'homme de l'art. Bien entendu, la présente invention est également susceptible de s'appliquer à tout système accumulateur autre qu'une batterie de véhicule à moteur de traction électrique. As regards the sequence of the phases PI and PU in the case where the criterion for stopping the phase PI is applied individually, those skilled in the art can program the sequencer 12 according to two different methods. The first consists in waiting until all the groups of modules have reached the criterion for stopping the PI phase before engaging the PU phase. The second consists in applying the PI-PU load profile to each group without taking the other groups into account, one group being able to be in the PU phase while the other is still in the PI phase. The present invention is thus susceptible of numerous variants and embodiments within the reach of those skilled in the art. Of course, the present invention is also capable of applying to any accumulator system other than a vehicle battery with an electric traction motor.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour charger une batterie (1) de modules accumulateurs (M1-M20) , comprenant les opérations consistant à : définir dans la batterie des groupes de modules accumulateurs (G1-G4) ,1. Method for charging a battery (1) of accumulator modules (M1-M20), comprising the operations consisting in: defining groups of accumulator modules (G1-G4) in the battery,
- décomposer au moins une phase (PI) d'un cycle de charge (Pl-PU-pi) de la batterie en une pluralité de microcycles (mcl-mc4) successifs et récurrents de charge partielle de chacun des groupes de modules accumulateurs. - decompose at least one phase (PI) of a charge cycle (Pl-PU-pi) of the battery into a plurality of successive and recurrent microcycles (mcl-mc4) of partial charge of each of the groups of accumulator modules.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on définit des groupes (G1-G4) de modules accumulateurs de même tension.2. Method according to claim 1, in which groups (G1-G4) of accumulator modules of the same voltage are defined.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 , comprenant successivement une première phase de charge (PI) à puissance ou courant constant, décomposée en une pluralité de microcycles (mcl-mc4) de charge partielle, et une deuxième phase de charge (PU) à tension constante (Unom) .3. Method according to one of claims 1 and 2, successively comprising a first charging phase (PI) at constant power or current, broken down into a plurality of microcycles (mcl-mc4) partial charge, and a second charging phase (PU) at constant voltage (Unom).
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la première phase de charge (PI) est réalisée avec un fort courant .4. The method of claim 3, wherein the first charging phase (PI) is carried out with a high current.
5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4 , dans lequel tout ou partie de la deuxième phase de charge5. Method according to one of claims 3 and 4, wherein all or part of the second charging phase
(PU) est décomposé en une pluralité de microcycles successifs et récurrents de charge partielle de chacun des groupes de modules accumulateurs .(PU) is broken down into a plurality of successive and recurrent partial charge microcycles of each of the groups of accumulator modules.
6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, comprenant une troisième phase de charge (Pi) à faible courant réalisée collectivement sur l'ensemble des modules (M1-M20) de la batterie.6. Method according to one of claims 3 to 5, comprising a third charging phase (Pi) at low current carried out collectively on all of the modules (M1-M20) of the battery.
7. Système de charge (10, 10', 20, 20') d'une batterie (1) de modules accumulateurs, comprenant un 157. Charging system (10, 10 ', 20, 20') for a battery (1) of accumulator modules, comprising a 15
chargeur de batterie (11), caractérisé en ce qu'il comprend en outre :battery charger (11), characterized in that it further comprises:
- des moyens interrupteurs (S1-S9, T2-T6, Dl, D8 , D48) agencés pour délimiter dans la batterie des groupes de modules accumulateurs (G1-G4) pouvant être connectés individuellement au chargeur (11), etswitch means (S1-S9, T2-T6, Dl, D8, D48) arranged to delimit in the battery groups of accumulator modules (G1-G4) which can be individually connected to the charger (11), and
- des moyens de commande (12) des moyens interrupteurs, agencés pour, au cours d'au moins une phase de charge (PI, PU) de la batterie, connecter successivement et de façon récurrente chacun des groupes accumulateurs au chargeur de batterie (11) .- control means (12) of the switch means, arranged for, during at least one charging phase (PI, PU) of the battery, successively and repeatedly connecting each of the accumulator groups to the battery charger (11 ).
8. Système de charge (10', 20') selon la revendication 7, comprenant en outre un deuxième chargeur (16) de faible puissance connecté aux bornes (B+, B~) de la batterie.8. Charging system (10 ', 20') according to claim 7, further comprising a second charger (16) of low power connected to the terminals (B + , B ~ ) of the battery.
9. Système de charge selon l'une des revendications 7 et 8 , dans lequel les moyens interrupteurs comprennent des diodes (Dl, D5 , D8 , D48) .9. Charging system according to one of claims 7 and 8, wherein the switch means comprise diodes (Dl, D5, D8, D48).
10. Véhicule automobile électrique comprenant une batterie de modules accumulateurs et un système de charge selon l'une des revendications 7 à 9. 10. Electric motor vehicle comprising a battery of accumulator modules and a charging system according to one of claims 7 to 9.
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