WO2006024802A1 - Procede d'évaluation de l'etat d'une batterie electrochimique et dispositif de mise en œuvre - Google Patents

Procede d'évaluation de l'etat d'une batterie electrochimique et dispositif de mise en œuvre Download PDF

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WO2006024802A1
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battery
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electrical
voltage
soh
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PCT/FR2005/002146
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Benoit Soucaze-Guillos
Matthieu Treguer
Antoine De Monts De Savasse
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables

Definitions

  • the invention relates to a method for evaluating the state of an electrochemical battery, belonging to an electrical network, in particular an onboard network of a motor vehicle, comprising in addition to the battery, at least one source of controlled electric energy. and consumers of electrical energy.
  • the present invention also relates to an implementation device which makes it possible to signal and also to regulate the charging device of the battery for the operation of the onboard network of the motor vehicle.
  • the invention makes it possible to remedy situations in which the state of the battery is critical, as in the case of modern motor vehicles where more and more safety equipment is supplied with electrical energy.
  • a method exploits the weighing of the liquid electrolyte of the battery but remains complex to set up, and is not applicable in the case of a gelled or absorbed electrolyte battery.
  • the comparison between the weighing of the electrolyte and a predefined theoretical value makes it possible to determine the qualitative state of the battery.
  • Another drawback is that it is necessary to redefine the comparison value used for each type of battery, because each battery has an electrolyte of its own.
  • Another method exploits a mapping of a characteristic of the battery but it is heavy to implement and requires a large memory size for the computing unit.
  • the evaluation of the state of the battery is obtained by comparison between the measured current delivered by the battery during normal operation of the motor vehicle and a theoretical value read on the characteristic mapping of the battery.
  • This method only applies to one type of battery in particular since a battery corresponds to a map of its own.
  • the mapping does not take into account the aging of the battery.
  • Another method exploits the measurement of impedance of the battery in the frequency domain. Only it is complex, expensive and requires a frequency generator and frequent registration.
  • test methods There are also methods of testing the condition of an electrochemical battery, known as “high current test methods” and “low current test methods", by which an operator can measure, as a verification , this state of the battery. Only such verification has no impact on the electrical system of the motor vehicle and it is not implementable within the electrical system.
  • the defect of this method is that the test device is a module external to the onboard network of the motor vehicle and therefore it does not use the electrical architecture already present in the motor vehicle.
  • this method is only for signaling the state of the battery, it has no influence on the systems related to the battery, such as the battery charging device.
  • the present invention provides a remedy for these disadvantages of the state of the art. Indeed, the invention relates to a method of the kind recalled above, which is applicable to all batteries, which is achievable in a simple, realistic and economical manner including the use of electrical elements already present in the electrical network and which is capable of providing the necessary control parameters for the battery charging device.
  • An advantage of the method is to allow the evaluation of the state of the battery in situ, that is to say during its actual operation when connected to the on-board vehicle network. Another advantage of the method is to dispense with the management of battery maps that has been used until now.
  • Another advantage of the invention is to simplify the management of the battery state by resorting to a binary type implementation. Indeed, for the management of the battery charging device, one does not need to know precisely the state of the battery. In one embodiment of the method, it would be useless to indicate to the user that the battery is in an intermediate state, if this state does not guarantee the proper electrical operation of the motor vehicle.
  • the invention also relates to an implementation device that makes it possible to reduce the cost of the electrical system by using the existing components in the electrical architecture of the vehicle. automobile. The establishment of the device according to the invention is therefore inexpensive.
  • Another advantage of the invention is that the method is applicable to any type of electrochemical batteries.
  • Another advantage is that the device according to the invention can be implemented in different types of motor vehicle electrical systems. These systems include single-voltage and dual-voltage systems, and combined systems in which the same electrical machine serves as alternator or starter or electric traction motor.
  • the present invention relates to a method for evaluating the state of an electrochemical battery.
  • the state variable of an electrochemical battery provides information on SOC state of charge and / or SOH health status.
  • the state of charge SOC of an electrochemical battery is representative of the ratio to an effective and / or initial charge of the electric charge stored by the electrochemical battery.
  • the state of charge SOC can be modified by an electric charging procedure using a source of electrical energy such as an alternator or by the current consumption on the on-board network by a consumer such as the heated seat of a vehicle.
  • Knowledge of the state of charge SOC allows in particular to control and regulate the charge of the battery and control the operation of the various consumers connected to the onboard network.
  • the state of health SOH of an electrochemical battery is representative of its degree of aging, that is to say its state of wear.
  • the battery wear factors are, in addition, the temperature, the voltage variations at the terminals of the battery and the operation at the intermediate state of charge.
  • the state of health SOH can be defined as the ratio of the effective capacity of the electrochemical battery to the nominal capacity of the electrochemical battery.
  • the method according to the invention consists in applying, for a predetermined duration, to the battery terminals a variation of an electrical quantity, such as a variation of voltage or current, linked to the battery, and to evaluate the response. an electrical quantity, such as a variation in voltage or current, related to the battery and comparing this response with an electrical reference quantity, such as a voltage or a current, in order to determine the state of the drums.
  • the method also consists in taking into account only the pairs of values for which the temperature of the combination of the battery, the starter chain and the internal combustion engine is homogeneous, ie that all the components of this association has the same overall temperature.
  • the method according to the invention is executed at each start of the motor vehicle, and is executed periodically during normal operation of said motor vehicle.
  • the method of the invention comprises three steps: a step of applying a temporal variation of an electrical quantity applied to the battery; A step of determining the response of an electrical quantity related to the battery; and
  • a step of calculating a state variable as a function of the temporal variation and the response related to the battery is a step of calculating a state variable as a function of the temporal variation and the response related to the battery.
  • the invention also relates to a device for evaluating the state of an electrochemical battery when it is connected to the electrical network of a motor vehicle said network.
  • This network consists of a source of electrical energy such as an alternator, an electrochemical battery and electrical consumers such as the starter, the lighting, etc.
  • the invention also relates to an implementation device which comprises means for regulating a charging device of the battery.
  • the invention also relates to an implementation device which comprises means for signaling the state of the battery.
  • FIG. 1 illustrates, in flowchart form, a first embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 2 schematically represents the edge network to which the method according to the invention is applied;
  • FIG. 3 represents a flowchart describing an embodiment of the method for evaluating a state of health component SOH of the state variable of the electrochemical battery;
  • FIG. 4 represents a flowchart describing another embodiment of the method for evaluating a state of charge component SOC of the state variable of the electrochemical battery
  • FIG. 5 shows a flowchart describing another embodiment of the method according to the invention by processing voltage profiles, consecutive to a temporal variation applied to the battery as the solicitation of the starting device;
  • FIG. 6 is a graph representing the voltage profiles resulting from the application of a strong load on the largest consumer of the on-board network such as the starter;
  • FIG. 1 represents, schematically, a first embodiment of the method for evaluating the state of an electrochemical battery when it is connected to at least one electrical network of a motor vehicle called an onboard network.
  • This network consists of a source of electrical energy, such as an alternator, alternator-starter or a voltage converter, a battery and consumers or electrical loads such as a starter, lighting, heated seats, the device wiper, the heater of the rear window of the vehicle to defrost it, the air conditioning device and the braking device of a motor vehicle ....
  • a predetermined time variation DG of an electrical quantity G connected to the electrochemical battery is executed for a predetermined duration Dt.
  • the electrical quantity G is the voltage measured at the terminals of the battery.
  • This DG time variation is then performed during the normal operation of the vehicle by the source of electric power controlled, such as an alternator.
  • the electrical quantity G is the current flowing through the electrochemical battery.
  • This DG time variation is then performed at the start of the motor vehicle by one of the largest consumer of the onboard network, such as the starter or the heated seats, or the heating device of the rear window of the motor vehicle.
  • a second step E3 the response of the on-board network to the variation DG of the first step E1 is evaluated on the basis of the measurement of an electrical quantity B related to the operation of the electrochemical battery as the voltage at the terminals of the battery, Ub, or as the current passing through the electrochemical battery Ib.
  • the function f1 is determined in advance. It is stored in a memory of the device which implements the method of the invention with the aid of a computer executing the predetermined function f1.
  • the determined function f1 also depends on the temperature Tbat of the battery.
  • the method in a further step E2 inserted between the steps E1 of the application of a temporal variation DG and E3 of the measurement of the response B, the method consists in eliminating the transients of the power supply, the battery, the electrical consumers of the on-board electrical network and the switching of loads resulting from the application of the DG time variation at the terminals of the battery when the transient responses do not provide information on the state of the battery.
  • This additional step E2 consists, for example, in delaying the beginning of the measurement step E3 while waiting for the end of the disturbed states of the network.
  • the delay is constituted by a predetermined predetermined period.
  • the knowledge of the State_Batt state variable of the electrochemical battery makes it possible to ensure a correct recharge of the electrochemical battery according to said variable State_Batt state of the electrochemical battery.
  • This knowledge makes it possible to prevent the on-board system from operating in a cant, which happens when the power supply, such as an alternator or a voltage converter, no longer supplies the necessary electrical energy to the consumers of the transmission network. edge.
  • the operation of the on-board on-board network degrades the electrochemical battery.
  • FIG. 2 schematically represents the edge network to which the method according to the invention is applied.
  • the on-board network is an electrical network composed of an electrical energy source 1, an electrochemical battery 2 and consumers or electrical charges 3.
  • the consumers 3 and the energy source 1 are connected to the positive terminal of battery.
  • This figure also shows the connections to the ground of the consumers 3, the source 1 and the battery 2.
  • the device of the invention comprises a unit 4, called BMS (battery management system), battery management 2, a unit 5, called LMU (Load Management Unit), of the management of the loads of the on-board network, a computing unit 6, such as a microcontroller, of the state variable of the battery 2, which implements the method of the invention, optionally a signal unit 7 of the state of the battery 2 and a clock 16.
  • BMS battery management system
  • LMU Liad Management Unit
  • the electrical consumers 3 comprise for example at least one of the following consumers: starter, heated seats, air conditioning system compressor, electric motor of the power steering, heating device of the rear window of the vehicle.
  • the electric power source 1 supplies electricity to the on-board network to supply electrical energy to the electrical consumers 3 and to allow charging of the battery 2 which stores the electrical energy.
  • the calculation unit 6 comprises an input-output management unit 9, which allows the exchange of information between the unit 4 and the calculation unit 6 of the state_Batt state variable of the battery 2, said information concerning the current 13 flowing in the battery 2, the voltage 14 measured at the terminals of the battery 2, the temperature 15 of the battery, said information being denoted respectively Ib, Ub and Tbatt in the embodiment of FIG.
  • the I / O management unit 9 comprises means for interpreting a request 12 for executing the evaluation method of the State_Batt state variable of the battery 2.
  • the management unit 9 is connected to a clock 16 in order to synchronize the execution of the method of evaluating the state of the battery 2 on the clock 16, so that the method of evaluation of the State_Batt variable is performed periodically.
  • the computing unit 6 also comprises a unit 8 comprising a memory of a program implementing the method according to the invention, in particular allowing the execution of the function f1 for calculating the battery state and produces a signal representative of the state of the battery, such as SOC state of charge and / or SOH health state thereof.
  • the calculation unit 6 also comprises a register 10 storing the state of charge variable of the battery, said register being connected to the battery management unit 4 as well as to the signaling unit 7 when the latter is connected to the battery management unit 4. this is present.
  • the calculation unit 6 also comprises a register 11 storing the state of health variable SOH of the battery, said register being connected to the signaling unit 7 when it is present.
  • the permanent presence of the signaling unit is not essential. Indeed this one can consist of a diagnostic device that is connected on site during a maintenance session on at least one of the registers 10, 11 to have a display on the state of the battery, that is to say a signaling of the state of the battery. Alternatively this diagnostic device is in the network of the car manufacturer, the information being transmitted remotely over the phone. As a variant, the signaling unit is on board the vehicle and the display of the state of the battery is indicated on the driving position.
  • the computing unit 6 comprises means for controlling electrical devices of the on-board network, such as the electric power source 1, to implement the method of the invention.
  • said unit 6 drives the source of electrical energy 1 so that it produces, as in FIG. 1, a time variation DG during a determined duration Dt.
  • the computing unit 6 is distributed over computing resources, such as microcontrollers, already existing on the motor vehicle such as the engine control computer of the vehicle and the microcontrollers, for example from the source of the engine. power supply, as the alternator transforming as we know the mechanical energy into electrical energy.
  • the electric power source 1 comprises a polyphase alternator, for example three-phase or hexaphase, comprising a voltage regulator as described for example in the document EP 0 802 464 to which reference will be made for more details.
  • a conventional alternator cooled by water or by air, comprises a casing intended to be mounted on a fixed part of the vehicle, a stator mounted inside the casing comprising at least one front bearing and a bearing. rear, a rotor mounted within the stator, a shaft rotatably mounted by its axial ends respectively in the front bearing and the rear bearing each with for example a ball bearing for this purpose.
  • the rotor is for example a claw rotor having two pole wheels between which is mounted the excitation coil as described for example in EP A 0 515 259 describing an alternator with internal ventilation.
  • the rotor has salient poles around each of which is mounted an excitation winding as described in document WO 02/054566.
  • the rotor is secured to the shaft and therefore comprises at least one excitation winding, constituting an inductor winding enabling when it is electrically powered to create magnetic poles on the rotor and a current induced in the stator.
  • this excitation winding are connected by wire links to two slip rings belonging to the rear end of the rotor shaft adjacent to the rear bearing of the housing.
  • the front end of this shaft adjacent to the front bearing housing, carries a drive member, such as a pulley, intended to be driven via a transmission device, for example by belt, by the engine of the vehicle.
  • Brushes rub on the slip rings.
  • These brushes are carried by a brush holder and are electrically connected to the voltage regulator usually carried by the rear bearing housing, alternatively placed in a housing mounted outside the alternator.
  • the alternator is brushless and the excitation coil is fixed so that these ends are electrically connected to the voltage regulator.
  • slip rings are not required.
  • the stator comprises a body, advantageously in the form of a pack of sheets mounted in the housing.
  • This stator body is grooved for carrying phase windings mounted for example in a star or in a triangle and connected to a rectifying device, such as a diode bridge in the case of an alternator or a bridge of MOSFET type transistors in the case of an alternator, said alternator-starter, operating in a reversible manner and thus also making it possible to transform electrical energy into mechanical energy in order to drive the shaft integral with the rotor.
  • a rectifying device such as a diode bridge in the case of an alternator or a bridge of MOSFET type transistors in the case of an alternator
  • Such an alternator-starter is described for example in document FR A 2,745,445, the rectifier operating in the inverter when the alternator-starter operates in electric motor mode.
  • the rectifier device rectifies the induced alternating current produced in the DC stator so as to deliver a DC voltage to the battery and to the onboard network.
  • the function of the voltage regulator is to keep the voltage of the alternator substantially constant at all engine speeds, even in the case of a large variation of the alternator load.
  • the output of the rectifier is connected to the voltage regulator for regulating the excitation current of the excitation coil.
  • This excitation current is regulated in all or nothing or numerically as described in the aforementioned EP A 0 802 464 document comprising a microcontroller.
  • this type of regulator comprises a pulse width modulation control means which drives the current and / or the output voltage, for example by means of a MOS switch arranged in series with the winding.
  • the voltage regulator makes it possible to deliver a substantially constant electromotive force and advantageously comprises, as described in the aforementioned document EP A 0 802 464, a control stage electrically connected to a computer, for example that of the control vehicle engine, and a power stage for amplifying the signals delivered by the control stage and applied thereto the excitation coil or inductor winding of the rotor.
  • the unit 6 advantageously takes advantage of this configuration, in particular the microcontroller of this regulator being associated with it.
  • the calculation unit 6 controls the voltage regulator in order to achieve a DG time variation of an electrical quantity related to the operation of the battery as a voltage step in one embodiment of the invention.
  • the electric power source 1 comprises a DC / DC voltage converter.
  • the calculation unit of the state variable 6 modifies the transformation coefficient of the DC / DC converter during a predetermined short duration Dt in order to achieve a DG time variation of an electrical quantity related to the operation of the battery, preferably in the form of an overvoltage step in one embodiment of the invention.
  • the electric power source 1 is an alternator-starter.
  • the alternator-starter is an electrical machine that provides the combined functions of alternator, operation in current generator mode, including starter, operation in electric motor mode.
  • the alternator-starter makes it possible to suppress the conventional starter and to achieve a silent and rapid start of the heat engine fitted to the vehicle.
  • a starter can be associated with the alternator-starter for a start in extreme conditions, for example cold weather, the engine of the vehicle.
  • this alternator-starter is an alternator operating in a reversible manner.
  • alternator-starter to the constitution of a conventional alternator supra, its rectifying device being for example constituted by a bridge of MOSFET type transistors.
  • rectifying device being for example constituted by a bridge of MOSFET type transistors.
  • the alternator-starter is associated with the clutch of the motor vehicle, its rotor being integral with the flywheel, possibly in two parts for to form a double damping flywheel.
  • the alternator-starter in all cases operates as an electric motor to start the engine of the vehicle and can be used to restart the engine for example after a stop at red light.
  • the microcontroller which comprises the alternator-starter and acting on the rectifying device, for example a MOSFET-type transistor, is used to function either as an electric motor for starting the vehicle engine or as a current generator. ie as a power source.
  • the alternator-starter is designed to perform other functions, for example to perform an assistance function to prevent the engine of the vehicle from stalling for example at idle speed, this function being said function boost. It can perform a training function to temporarily move the vehicle for example during parking maneuver.
  • the alternator-starter advantageously comprises a microcontroller for passing from the alternator mode of operation to the mode of operation in the electric motor mode, in particular to start the engine of the vehicle.
  • the vehicle is a vehicle of the hybrid type and comprises, in known manner, a heat engine and an electric motor for driving respectively outside the city and in the city.
  • the electric motor is the biggest consumer.
  • this alternator-starter In a current generating mode, this alternator-starter, which is a combined machine, transforms the mechanical energy into electrical energy to supply electricity to the electrical consumers 3 and the electrochemical battery 2 which stores the electrical energy.
  • the computing unit 6 will act on the microcontroller of the alternator-starter to realize a time variation DG, Dt of an electrical quantity related to the operation of the battery, such as an overvoltage step in an embodiment of the invention. invention, and the computing circuit 6 of the invention will establish the state of charge SOC of the battery.
  • the alternator-starter In a mode of consumption, starter mode or electric motor mode, transforms the electrical energy available on the on-board network into mechanical energy to start the engine or drive the vehicle.
  • the calculation unit of the state variable 6 will act on the microcontroller of the alternator-starter to achieve a time variation DG, Dt of an electrical quantity related to the operation of the battery as a circuit in a embodiment of the invention and the calculation circuit 6 of the invention will establish the state of health SOH of the battery.
  • the unit 4 of management of the battery 2 receives from sensors, advantageously present on the on-board network, measurement values of electrical quantities representative of the operation of the devices of the on-board network such as the current and the voltage of the source of power. electrical energy 1 and electrical consumers 3, and also receives a measurement value of the temperature Tbatt of the battery 2.
  • the unit 4 comprises means for controlling the electric power source 1 for the charging procedure of the electrochemical battery 2.
  • the computing unit 6 evaluates the state of health SOH.
  • the health status information SOH is transmitted to the signaling unit 7, optionally, for displaying and / or testing at a predetermined critical situation.
  • the signaling unit 7 sends a warning message of sound or light type for example on the diagnostic device or on the driving position of the vehicle.
  • the health status information SOH is transmitted to a maintenance device which is connected to the computing unit 6 during a maintenance session for the display of the information.
  • the state variable calculating unit 6 evaluates the SOC state of charge.
  • the electrochemical battery management unit 4 controls the source for electrical energy 1 for the electrochemical battery charging procedure 2.
  • the on-board network load management unit 5 drives the consumers 3 during their operation.
  • Unit 5 is a unit that discharges loads from the on-board electrical network.
  • the load management unit 5 of the on-board network discharges charges, with the engine running, when the network is in a slope, ie when the power supply source 1 no longer has sufficient power. energy to meet the needs of the onboard network.
  • the unit 5 comprises a means for raising the idle level and raise the level of the charging current delivered by the electric power source 1. If this is not enough, it proceeds to load shedding according to a preestablished order of preference.
  • the on-board network load management unit 5 by reducing the consumption of the consumers, limits the current drawn into the battery. Examples of reduction of consumption include the wiper control at minimum speed and the reduction of the sound level of the car radio.
  • the unit 5 gradually cuts the consumers on the vehicle to arrive at a minimum consumption level during the final stop of the vehicle.
  • FIG. 3 represents a flowchart describing an embodiment of the method for evaluating the state of the electrochemical battery 2, where the state variable of the battery comprises the only health state component SOH.
  • the state of health SOH of the battery informs about the degree of aging of the battery, and is reported, through the signaling unit 7, present permanently or not.
  • the SOH health status evaluation method is performed at each start of the motor vehicle for homogeneous temperatures. Indeed, the object of the method is to solicit the electrochemical battery by one of the largest consumer of the network, such as the starter or the heating device of the rear window, and to determine the response of the battery to this solicitation so to evaluate the state of health SOH.
  • the method according to the invention consists in correlating the responses, consecutive to two starts under identical conditions, from the on-board network to a DS power demand using one of the largest consumers connected to the on-board network, such as the starter or the heating device of the rear window of the motor vehicle.
  • the method thus tests the response of the battery to the most stringent demand of the network.
  • the method consists, for each startup, in storing in a memory the voltage response of the electrochemical battery for a next evaluation of the state of health SOH.
  • the voltage response thus stored constitutes a history.
  • the SOH health status assessment is thus obtained by comparing the current response to a DS solicitation with the history. This history has a predetermined duration. For example after 18 months we consider that the battery is no longer new.
  • the battery is considered to be new. This history is therefore done after a time T, for example 18 months, and / or a certain number of kilometers for example 20000. There is an evolution during the period of break-in of the vehicle and at the end of its life. vehicle with starter wear and connecting cables. The parameter measured is the voltage across the battery and the consumer.
  • the voltage drop under identical conditions makes it possible to establish the degree of aging of the battery. Between two start-ups performed under similar conditions, the difference between the voltage profiles will therefore be mainly related to the evolution of the battery state variable.
  • the recent battery history is updated with each SOH health assessment.
  • the recent history is replaced by the last response in voltage following the application to the terminals of the battery of a DS solicitation of the largest consumer of the onboard network.
  • the method consists in applying to the terminals of the battery a high DS load of one of the largest consumers of the electrical network, such as the starter or the heating device of the rear window of the motor vehicle.
  • the electrochemical battery management unit acquires the voltage at the terminals of the battery and stores the information obtained in memory. The information is then transmitted to the calculation unit of the battery state variable which analyzes the voltage profile across the electrochemical battery. The analysis of the voltage profile makes it possible to draw up a list of characteristic parameters of the voltage signal. These parameters prevent electrochemical battery failure 2.
  • the characteristic parameters are: - the initial charge voltage of the battery before starting Vinit;
  • Step A2 is therefore a step of recording and extracting the data.
  • the unit for calculating the battery state variable correlates a history of the VA analysis vector (history) of the electrochemical battery 2 with the analysis vector VA (measured). determined and stored in memory during step A2.
  • the history of the analysis vector VA (history) of the electrochemical battery 2 is obtained during the learning phase of the voltage response of the electrochemical battery.
  • the evolution of the VA analysis vector into operating phases makes it possible to establish the degree of aging of the battery or state of health SOH.
  • the unit for calculating the state variable of the battery 6 determines the variations of each component DVAi of the variation DVA of the analysis vector VA (measured) with respect to its history VA (history). Signaling a critical variation of one of these parameters therefore makes it possible to establish the degree of aging of the battery and to warn the driver of a future failure of the battery.
  • the electrochemical battery management unit measures the temperature T of the electrochemical battery.
  • the unit for calculating the battery state variable contains a program that performs a SOHi state evaluation function g for each characteristic parameter, ie for each DVAi component, such as:
  • SOHi [g (DVAi, DS, T)> SOH_SEUILi] where SOH_SEUILi is a predetermined threshold for each variation DVAi and where SOHi is a value which is worth 1 if the state of health relative to the parameter i of the vector VA considered is critical and 0 otherwise.
  • a step A4 in response to a critical state of health SOH, the signaling unit 7 warns by an alert message of the poor state of the battery.
  • a failure of the battery will be reported, in one embodiment of the method, by means of a sound or light signal.
  • FIG. 4 represents a flowchart describing another embodiment of the method for evaluating the state of the electrochemical battery 2, where the state of the battery indicates the state of health SOC of the battery.
  • the method according to the invention makes it possible to determine whether the battery is charged or not.
  • the charged state of the battery is predetermined. This information is essential in the case of systems where the battery management strategy aims to have a permanently charged battery.
  • the state of charge SOC is a regulation parameter of a charging device of the battery. So the necessary information regarding the state of charge SOC is whether the battery charge is sufficient or not, in order to start or not the charging process of the battery.
  • the process ensures a correct charging, avoiding overload and under load, thanks to the controlled controller and the knowledge of the temperature of the battery.
  • the method makes it possible to inform the driver or the various computers on board of the state of charge and health of the battery, which makes it possible to privilege a fast recharge of the battery by increasing the voltage of the on-board network.
  • the method of evaluating the state of charge variable SOC is periodically performed during the normal operating mode of the motor vehicle.
  • a first step A'1 consists of applying a first voltage variation across the battery, particularly a voltage step DU.
  • the implementation of the voltage variation is carried out thanks to a controller controlled in the case of an alternator described with reference to FIG.
  • the implementation of the voltage variation is carried out thanks to the DC / DC converter in the described with reference to FIG. 2.
  • the implementation of the variation of voltage is achieved thanks to the control electronics in the case of an alternator-starter with reference to FIG.
  • the method comprises a step A'2 for eliminating the transient conditions.
  • the elimination of the transients is performed by a filtering device or a delay device.
  • Vconso is the voltage across consumers, Iconso, the current crossing consumers and Rconso consumer resistance.
  • DVconso and Dlconso are respectively the relative variations of the voltages across consumers and the relative variations of currents passing through consumers.
  • the method according to the invention comprises a step A'3 of evaluation of the current response of the battery which will serve as reference R.
  • the determination of the current is carried out thanks to the unit of calculation of the variable of state of the battery, which in knowledge of the currents delivered by the alternator and electrical consumers can determine the current through the battery.
  • the values of these currents are obtained thanks to the sensors already present in the motor vehicle so that we do not add sensors on the on-board network.
  • the index response is stored in memory. In steady state and according to the law of meshes, the current, passing through the battery, is determined in knowledge of the current delivered by the source of electrical energy 1 and the current used by the electrical consumers with reference to FIG.
  • the determination of the current IaIt is carried out for a temperature TaIt within a predetermined temperature range.
  • a step A'4 consists of evaluating the relative variation of the battery current, taking as a reference the first measured index response and thereafter consists of evaluating SOC state of charge.
  • the battery management unit determines the temperature T of the battery and transmits the information to the calculation unit of the battery state variable.
  • the state of charge SOC is therefore a boolean parameter which is equal to 0 if the battery is discharged and 1 otherwise, thanks to the predetermined choice of a SOC_Seuil parameter.
  • the SOC state of charge information is then transmitted to the battery management unit BMS 4 which drives the battery charging device.
  • the method according to the invention therefore comprises a step A'5 for controlling the charging device of the battery.
  • This SOC information is essential to ensure a good charge of the battery by avoiding any overload and under load, ie to avoid any overvoltage or undervoltage at the terminals of the battery.
  • FIG. 5 represents, in flowchart form, in one embodiment of the method according to the invention, the procedure for processing the voltage profiles, consecutive to a temporal variation applied to the battery as the solicitation of the starting device.
  • This embodiment relates to the evaluation of the state of health SOH of an electrochemical battery 2.
  • the method consists in acquiring the voltage profile subsequent to the solicitation, via the BMS unit. battery management 4.
  • the method consists in analyzing and evaluating the various parameters of the voltage profile.
  • the calculation unit of the state variable 6 comprises means for detecting the various parameters of the voltage profile.
  • the method consists in establishing an analysis vector VA (measured) consisting of the parameters determined during step D2.
  • the method consists in analyzing the relative variations of the vector VA (measured) with respect to its history VA (history) previously determined during the learning phase of the state of health SOH and stored in memory.
  • a relative variation of one of the components of the analysis vector VA (measured) indicates a battery failure and thus makes it possible to determine the state of health variable SOH of the battery in a step D5.
  • a step D6 consists, in case of critical state of health, of controlling the signaling unit 7 which warns the driver of the poor state of the battery.
  • FIG. 6, with reference to FIG. 3, describes the characteristic signals of the voltage profiles consecutive to the application. at the terminals of the battery a strong demand of the largest consumers of the onboard network such as the starter.
  • Each voltage profile is defined by its analysis vector VA whose components are described above. These components are evaluated by the unit of calculation of the battery state variable and are as in Figure 4,
  • VA (Vinit, Vmin, Vmoy, Background, Fmoy, Aond, Td, Nc)
  • Figure 7 describes another embodiment of the method according to the invention.
  • the battery management strategy is always oriented to have a state of charge SOC close to 100% permanently.
  • the method according to the invention consists of a configuration in charging mode of the battery until having a relevant information of the state of charge SOC.
  • the charging mode will be set using the battery temperature to prevent overcharging or under load.
  • the application of the SOC state of charge measurement is useful if and only if the measured SOC parameter is not 100% when the engine is running.
  • a first step CO consists in checking whether the engine of the motor vehicle is running, that is to say whether the engine is in phase "Go" or not.
  • a step C1 checks whether the state of charge SOC of the electrochemical battery is greater than a minimum state of charge SOC_min predefined.
  • the method according to the invention executes a step C3 charging procedure of the battery. Once the charging procedure is completed, the method according to the invention returns to step CO possibly after a delay step.
  • the method switches to monitoring mode of the on-board network, in a step C2, where the method according to the invention monitors, in a step C4, whether the voltage of the network U_network is greater than a minimum voltage of the network of U_eaueau_min and the efficiency of the energy source, that is to say for example if the excitation rate of the inductor coil that includes the rotor alternator or alternator-starter, is different from 100%.
  • the voltage of the energy source such as the voltage of the alternator, and this, in a variant, in combination with the aforementioned excitation rate.
  • step C5 which consists of a step taking advantage of the LMU (Load Management Unit).
  • step C5 is implemented by the LMU load management unit.
  • the load management unit discharges charges, with the engine running, when the battery is in an overhang (a source of energy such as the alternator or alternator-starter not delivering enough) and provides current to the onboard network. It can, for example when the engine is idling and the load balance is negative, raise the level of idling and raise the level of the flow of the electric generator, that is to say for example of the alternator or the alternator-starter. If this is not enough, it proceeds to load shedding according to a pre-established order of preference.
  • the load management unit reduces the consumption of the electrical consumers so that the voltage of the network network U_network increases and become greater than a minimum voltage of the network network U_network_min.
  • the method according to the invention performs again a step of checking the network voltage U_network and the efficiency of the energy source in a step C6.
  • the method according to the invention executes an "LMU” phase in a step C8 using the management unit of the loads.
  • the load management unit minimizes the load on consumers to limit the current drawn in the battery, for example by wiping ice wipes at minimum speed, by correcting the sound level of the car. radio.
  • the method comprises performing the aforementioned steps as long as a predetermined time limit, following a measurement of the duration of time TD in a step C11, is not reached. If the time limit is reached (step C12), the method triggers the restart step C13, that is, restarting the heat engine (Go phase).
  • step C7 the method consists of a stop step C14 and then a long-term step C15 LMU.
  • Step C15 is to gradually cut the consumers on the vehicle to reach a minimum consumption level when the vehicle is abandoned.
  • the battery (s) may be remote from the power source.
  • the battery is in an embodiment implanted in the trunk or under one of the seats of the motor vehicle. This is made possible by the fact that the measuring step E3 is preceded by a step E2 of elimination of the transient states. It will also be appreciated that the temporal variation of the electrical quantity during step E1 is carried out in a discrete manner and that the consumer used during the step of switching on at least one electricity consumer is not necessarily the starter.

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Abstract

Le procédé d'évaluation de l'état d'une batterie électrochimique, appartenant à un réseau de bord d'un véhicule automobile comprenant outre une batterie (2), au moins une source d'énergie électrique (1 ) contrôlée et des consommateurs (3) d'énergie électrique consiste à appliquer (E1 ) une variation temporelle (DG) de tension ou de courant aux bornes de la batterie (2), à mesurer (E3) la réponse de la batterie (B) et à déduire l'état de la batterie (Etat_Batt) d'une fonction (f1 )) prédéterminée dépendant de ladite variation (DG), de ladite réponse (B) et de la température Tbat de la batterie.

Description

"Procédé d'évaluation de l'état d'une batterie électrochimique et dispositif de mise en œuvre"
Domaine de l'invention
L'invention concerne un procédé d'évaluation de l'état d'une batterie électrochimique, appartenant à un réseau électrique, notamment un réseau de bord d'un véhicule automobile, comprenant outre la batterie, au moins une source d'énergie électrique contrôlée et des consommateurs d'énergie électrique.
La présente invention concerne aussi un dispositif de mise en œuvre qui permet de signaler et également de réguler le dispositif de charge de la batterie pour le fonctionnement du réseau de bord du véhicule automobile. L'invention permet de remédier aux situations dans lesquelles l'état de la batterie présente un caractère critique, comme dans le cas des véhicules automobiles modernes où de plus en plus d'équipements de sécurité sont alimentés en énergie électrique.
Etat de la technique
Plusieurs procédés d'évaluation de l'état d'une batterie électrochimique sont déjà connus dans l'état de la technique. Un procédé exploite la pesée de l'électrolyte liquide de la batterie mais reste complexe à mettre en place, et n'est pas applicable dans le cas d'une batterie à électrolyte gélifié ou absorbé. La comparaison entre la pesée de l'électrolyte et une valeur théorique prédéfinie permet de déterminer l'état qualitatif de la batterie. Un autre inconvénient est qu'il faut redéfinir la valeur de comparaison utilisée pour chaque type de batterie, car chaque batterie possède un électrolyte qui lui est propre. Un autre procédé exploite une cartographie d'une caractéristique de la batterie mais il est lourd à implémenter et demande une taille mémoire importante pour l'unité de calcul. Par exemple l'évaluation de l'état de la batterie est obtenue par comparaison entre le courant mesuré délivré par la batterie pendant le fonctionnement normal du véhicule automobile et une valeur théorique lue sur de la cartographie caractéristique de la batterie. Ce procédé ne s'applique qu'à un type de batterie en particulier puisque à une batterie correspond une cartographie qui lui est propre. De plus, la cartographie ne tient pas compte du vieillissement de la batterie.
Un autre procédé exploite la mesure d'impédance de la batterie dans le domaine fréquentiel. Seulement, il est complexe, cher et nécessite un générateur de fréquences et des recalages fréquents.
Il existe également des méthodes de tests de l'état d'une batterie électrochimique, dites « méthodes de test par fort courant » et « méthodes de test par faible courant », à l'aide desquelles un opérateur peut mesurer, à titre de vérification, cet état de la batterie. Seulement une telle vérification n'a aucune incidence sur le système électrique du véhicule automobile et elle n'est pas implémentable au sein du système électrique. Le défaut de ce procédé est que le dispositif de tests est un module externe au réseau de bord du véhicule automobile et par conséquent qu'il n'utilise pas l'architecture électrique déjà présente dans le véhicule automobile. De plus, ce procédé n'a pour objet que la signalisation de l'état de la batterie, il n'a aucune influence sur les systèmes liés à la batterie, tels que le dispositif de charge de la batterie.
Dans le document US-B1-6.515.456 est décrit un système pour la maintenance et la recharge d'une batterie connectée au réseau de bord comprenant un alternateur piloté. Le document enseigne d'utiliser une mesure de tension en circuit ouvert de la batterie pour estimer l'état de charge avant chaque reprise d'activité suite à un arrêt prolongé. Seulement, un inconvénient d'un tel procédé est qu'une mesure significative de la tension en circuit ouvert est très difficile à obtenir, ce qui fausse l'évaluation de l'état de charge SOC. Par conséquent, l'enseignement de ce document n'est fiable que lorsque la batterie est neuve.
Objet de l'invention
La présente invention apporte remède à ces inconvénients de l'état de la technique. En effet, l'invention concerne un procédé du genre rappelé ci-dessus, qui soit applicable à toutes batteries, qui soit réalisable de manière simple, réaliste et économique notamment par l'utilisation des éléments électriques déjà présents dans le réseau électrique et qui soit capable de fournir les paramètres de régulation nécessaires pour le dispositif de charge de la batterie.
Un avantage du procédé est de permettre l'évaluation de l'état de la batterie in situ, c'est-à-dire durant son fonctionnement réel lorsqu'elle est connectée au réseau de bord du véhicule. Un autre avantage du procédé est de se passer de la gestion des cartographies des batteries qui a été utilisée jusqu'à présent.
Un autre avantage de l'invention est de simplifier la gestion de l'état de batterie en recourant à une réalisation de type binaire. En effet, pour la gestion du dispositif de charge de la batterie, on n'a pas besoin de connaître avec précision l'état de la batterie. Dans un mode de réalisation du procédé, il serait inutile d'indiquer à l'utilisateur que la batterie est dans un état intermédiaire, si cet état ne garantit pas le bon fonctionnement électrique du véhicule automobile. L'invention concerne aussi un dispositif de mise en œuvre qui permet de réduire le coût du système électrique en utilisant les composants existants dans l'architecture électrique du véhicule automobile. La mise en place du dispositif selon l'invention est donc peu coûteuse.
Un autre avantage de l'invention est que le procédé est applicable à tout type de batteries électrochimiques. Un autre avantage est que le dispositif selon l'invention peut être implémenté dans différents types de systèmes électriques de véhicule automobile. Parmi ces systèmes, on trouve les systèmes mono tension et bi tension, et les systèmes combinés dans lesquels une même machine électrique sert d'alternateur ou de démarreur ou encore de moteur électrique de traction.
A cet effet, la présente invention concerne un procédé d'évaluation de l'état d'une batterie électrochimique.
La variable d'état d'une batterie électrochimique renseigne sur l'état de charge SOC et/ou sur l'état de santé SOH. L'état de charge SOC d'une batterie électrochimique est représentatif du rapport à une charge effective et/ou initiale de la charge électrique stockée par la batterie électrochimique. L'état de charge SOC peut être modifié par une procédure de charge électrique à l'aide d'une source d'énergie électrique comme un alternateur ou par la consommation de courant sur le réseau de bord par un consommateur comme le siège chauffant d'un véhicule. La connaissance de l'état de charge SOC permet notamment de commander et de réguler la charge de la batterie et de contrôler le fonctionnement des divers consommateurs connectés au réseau de bord. L'état de santé SOH d'une batterie électrochimique est représentatif de son degré de vieillissement, c'est à dire son état d'usure. Les facteurs d'usure de la batterie sont en autre la température, les variations de tension aux bornes de la batterie et le fonctionnement à état de charge intermédiaire. Par exemple, l'état de santé SOH peut être défini comme le rapport de la capacité effective de la batterie électrochimique sur la capacité nominale de la batterie électrochimique Le procédé selon l'invention consiste à appliquer, pendant une durée prédéterminée, aux bornes de la batterie une variation d'une grandeur électrique, telle qu'une variation de tension ou de courant, liée à la batterie, et d'évaluer la réponse d'une grandeur électrique, telle qu'une variation de tension ou de courant, liée à la batterie et de comparer cette réponse avec une grandeur électrique de référence, telle qu'une tension ou un courant, afin de déterminer l'état de la batterie. Le procédé consiste également à ne prendre en compte que les couples de valeurs pour lesquels la température de l'association de la batterie, de la chaîne de démarrage et du moteur à combustion interne est homogène, c'est à dire que tous les composants de cette association aient globalement la même température.
Le procédé selon l'invention est exécuté lors de chaque démarrage du véhicule automobile, et est exécuté périodiquement pendant le fonctionnement normal dudit véhicule automobile.
Le procédé de l'invention comprend trois étapes : Une étape d'application d'une variation temporelle d'une grandeur électrique appliquée à la batterie; Une étape de détermination de la réponse d'une grandeur électrique liée à la batterie; et
Une étape de calcul d'une variable d'état comme fonction de la variation temporelle et de la réponse liée à la batterie.
L'invention concerne aussi un dispositif d'évaluation de l'état d'une batterie électrochimique quand elle est connectée au réseau électrique d'un véhicule automobile dit réseau de bord. Ce réseau est constitué d'une source d'énergie électrique comme un alternateur, d'une batterie électrochimique et des consommateurs électriques comme le démarreur, l'éclairage, ... L'invention concerne aussi un dispositif de mise en œuvre qui comporte des moyens pour assurer la régulation d'un dispositif de charge de la batterie. L'invention concerne aussi un dispositif de mise en œuvre qui comporte des moyens pour assurer la signalisation de l'état de la batterie.
Brève description des dessins
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés parmi lesquels:
- La figure 1 illustre, sous forme d'organigramme, un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention;
- La figure 2 représente, schématiquement, le réseau de bord auquel est appliqué le procédé selon l'invention; - La figure 3 représente un organigramme décrivant un mode de réalisation du procédé d'évaluation d'une composante d'état de santé SOH de la variable d'état de la batterie électrochimique;
- La figure 4 représente un organigramme décrivant un autre mode de réalisation du procédé d'évaluation d'une composante d'état de charge SOC de la variable d'état de la batterie électrochimique;
- La figure 5 représente un organigramme décrivant un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention par traitement de profils de tension, consécutifs à une variation temporelle appliquée à la batterie comme la sollicitation du dispositif de démarrage;
- La figure 6 est un graphe représentant les profils de tension consécutifs à l'application d'une forte sollicitation du plus gros consommateur du réseau de bord tel que le démarreur;
- La figure 7 illustre, schématiquement, un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention. Description d'exemples de réalisation de l'invention
La figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation du procédé d'évaluation de l'état d'une batterie électrochimique quand elle est connectée à au moins un réseau électrique d'un véhicule automobile dit réseau de bord. Ce réseau est constitué d'une source d'énergie électrique, comme un alternateur, alterno-démarreur ou un convertisseur de tension, d'une batterie et des consommateurs ou charges électriques comme un démarreur, l'éclairage, les sièges chauffants, le dispositif d'essuyage, le dispositif de chauffage de la lunette arrière du véhicule pour dégivrer celle-ci, le dispositif de climatisation et le dispositif de freinage d'un véhicule automobile....
La présence ou non de ces consommateurs dépendant du degré d'équipement du véhicule.
A la figure 1 , on représente un mode de réalisation du procédé qui comporte principalement trois étapes.
Dans une première étape E1 , on exécute, pendant une durée prédéterminée Dt, une variation temporelle DG déterminée d'une grandeur électrique G liée à la batterie électrochimique. Dans un premier exemple, la grandeur électrique G est la tension mesurée aux bornes de la batterie. Cette variation temporelle DG est alors réalisée pendant le fonctionnement normal du véhicule par la source d'énergie électrique pilotée, telle qu'un alternateur. Dans un second exemple, la grandeur électrique G est le courant traversant la batterie électrochimique. Cette variation temporelle DG est alors réalisée au démarrage du véhicule automobile par l'un des plus gros consommateur du réseau de bord, tel que le démarreur ou les sièges chauffant, ou le dispositif de chauffage de la lunette arrière du véhicule automobile.
Dans une deuxième étape E3, la réponse du réseau de bord à la variation DG de la première étape E1 est évaluée sur la base de la mesure d'une grandeur électrique B liée au fonctionnement de la batterie électrochimique comme la tension aux bornes de la batterie, Ub, ou comme le courant traversant la batterie électrochimique Ib.
Dans une troisième étape E4, une variable d'état de la batterie Etat_Batt est évaluée sur la base d'une fonction f1 déterminée, dépendant de la variation temporelle DG, de la réponse B correspondante selon une relation de la forme : Etat_Batt = f1(DG, B). La fonction f1 est déterminée par avance. Elle est enregistrée dans une mémoire du dispositif qui met en œuvre le procédé de l'invention à l'aide d'un calculateur exécutant la fonction f1 prédéterminée.
Dans un mode de réalisation, la fonction déterminée f1 dépend aussi de la température Tbat de la batterie. Dans un exemple de réalisation, la batterie électrochimique du véhicule est équipée d'un capteur de température qui retourne l'information de mesure de température Tbat à destination d'un calculateur, tel qu'un microcontrôleur, exécutant la fonction f1 prédéterminée qui prend alors la forme régulière : Etat_Batt = f1(DG, B, Tbat).
Dans un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention, dans une étape E2 supplémentaire insérée entre les étapes E1 de l'application d'une variation temporelle DG et E3 de la mesure de la réponse B, le procédé consiste à éliminer les régimes transitoires de l'alimentation, de la batterie, des consommateurs électriques du réseau de bord et des commutations de charges résultant de l'application de la variation temporelle DG aux bornes de la batterie quand les réponses transitoires n'apportent pas d'informations sur l'état de la batterie. Cette étape supplémentaire E2 consiste par exemple à retarder le début de l'étape de mesure E3 en attendant la fin des états perturbés du réseau. Dans une variante, le retard est constitué par une période déterminée prédéterminée.
La connaissance de la variable Etat_Batt d'état de la batterie électrochimique permet d'assurer une recharge correcte de la batterie électrochimique en fonction de ladite variable Etat_Batt d'état de la batterie électrochimique. Cette connaissance permet d'éviter que le réseau de bord fonctionne en dévers, ce qui arrive lorsque la source d'alimentation électrique, tel qu'un alternateur ou un convertisseur de tension, ne fournit plus l'énergie électrique nécessaire aux consommateurs du réseau de bord. Le fonctionnement du réseau de bord en dévers dégrade la batterie électrochimique.
La figure 2 représente, schématiquement, le réseau de bord auquel est appliqué le procédé selon l'invention. Le réseau de bord est un réseau électrique composé d'une source d'énergie électrique 1 , d'une batterie électrochimique 2 et des consommateurs ou charges électriques 3. Les consommateurs 3 et la source d'énergie 1 sont reliées à la borne positive de la batterie. Dans cette figure on a également représenté les liaisons à la masse des consommateurs 3, de la source 1 et de la batterie 2. Le dispositif de l'invention comprend une unité 4, dite BMS (battery management System), de management de la batterie 2, une unité 5, dite LMU (Load Management Unit), de management des charges du réseau de bord, une unité de calcul 6, tel qu'un microcontrôleur, de la variable d'état de la batterie 2, qui met en œuvre le procédé de l'invention, de manière optionnelle une unité de signalisation 7 de l'état de la batterie 2 et une horloge 16.
Les consommateurs électriques 3 comprennent par exemple au moins l'un des consommateurs suivants : démarreur, sièges chauffants, compresseur de l'installation de climatisation, moteur électrique de la direction assistée, dispositif de chauffage de la lunette arrière du véhicule.
La source d'énergie électrique 1 fournit de l'électricité au réseau de bord pour alimenter en énergie électrique les consommateurs électriques 3 et pour permettre la recharge de la batterie 2 qui stocke l'énergie électrique. L'unité de calcul 6 comporte une unité de gestion 9 des entrées-sorties, qui permet l'échange d'informations entre l'unité 4 et l'unité de calcul 6 de la variable Etat_Batt d'état de la batterie 2, lesdites informations concernant le courant 13 circulant dans la batterie 2, la tension 14 mesurée aux bornes de la batterie 2, la température 15 de la batterie, ces dites informations étant dénommées respectivement Ib, Ub et Tbatt dans le mode de réalisation de la figure 1.
Dans un mode de réalisation, l'unité de gestion 9 des entrées-sorties comporte un moyen pour interpréter une requête 12 d'exécution du procédé d'évaluation de la variable Etat_Batt d'état de la batterie 2.
Dans un mode de réalisation, l'unité de gestion 9 est connectée à une horloge 16 afin de synchroniser l'exécution du procédé d'évaluation de l'état de la batterie 2 sur l'horloge 16, de sorte que le procédé d'évaluation de la variable Etat_Batt soit exécuté périodiquement.
L'unité de calcul 6 comporte également une unité 8 comprenant une mémoire d'un programme mettant en œuvre le procédé selon l'invention, en permettant notamment l'exécution de la fonction f1 de calcul de l'état de batterie et produit un signal représentatif de l'état de la batterie, comme l'état de charge SOC et/ou l'état de santé SOH de celle-ci.
L'unité de calcul 6 comporte également un registre 10 stockant la variable d'état de charge de la batterie, ledit registre étant connecté à l'unité 4 de management de la batterie ainsi qu'à l'unité de signalisation 7 lorsque celle-ci est présente.
L'unité de calcul 6 comporte également un registre 11 stockant la variable d'état de santé SOH de la batterie, ledit registre étant connecté à l'unité de signalisation 7 lorsque celle-ci est présente.
Ainsi qu'on l'aura compris la présence à demeure de l'unité de signalisation n'est pas indispensable. En effet celle-ci peut consister en un appareil de diagnostic que l'on branche sur place lors d'une séance de maintenance sur l'un au moins des registres 10, 11 pour avoir un affichage sur l'état de la batterie, c'est-à-dire une signalisation de l'état de la batterie. En variante cet appareil de diagnostic se trouve dans le réseau du constructeur automobile, les informations étant transmises à distance par téléphone. En variante l'unité de signalisation est à bord du véhicule et l'affichage de l'état de la batterie est signalé sur le poste de conduite.
L'unité de calcul 6 comporte un moyen pour commander des dispositifs électriques du réseau de bord, tel que la source d'énergie électrique 1 , pour mettre en œuvre le procédé de l'invention. Particulièrement, ladite unité 6 pilote la source d'énergie électrique 1 de sorte qu'elle produise comme à la figure 1 une variation temporelle DG pendant une durée Dt déterminée. Dans un mode de réalisation, l'unité de calcul 6 est répartie sur des ressources de calcul, tels que des microcontrôleurs, déjà existantes sur le véhicule automobile comme le calculateur du contrôle moteur du véhicule et les microcontrôleurs, par exemple de la source d'alimentation électrique, comme l'alternateur transformant ainsi qu'on le sait de l'énergie mécanique en énergie électrique.
Dans un mode de réalisation, la source d'énergie électrique 1 comporte un alternateur polyphasé, par exemple triphasé ou hexaphasé, comprenant un régulateur de tension comme décrit par exemple dans le document EP 0 802 464 auquel on se reportera pour plus de précisions.
Ainsi qu'on le sait un alternateur conventionnel, refroidit par eau ou par air, comporte un carter, destiné à être monté sur une partie fixe du véhicule, un stator monté à l'intérieur du carter comportant au moins un palier avant et un palier arrière, un rotor monté à l'intérieur du stator, un arbre monté rotatif par ses extrémités axiales respectivement dans le palier avant et le palier arrière dotés chacun par exemple d'un roulement à billes à cet effet. Le rotor est par exemple un rotor à griffes comportant deux roues polaires entre lesquelles est monté le bobinage d'excitation comme décrit par exemple dans le document EP A 0 515 259 décrivant un alternateur à ventilation interne. En variante le rotor est à pôles saillants autour de chacun desquels est monté un enroulement d'excitation comme décrit dans le document WO 02/054566.
Le rotor est porté à solidarisation par l'arbre et comporte donc au moins un bobinage d'excitation, constituant un bobinage inducteur permettant lorsqu'il est alimenté électriquement de créer des pôles magnétiques sur le rotor et un courant induit dans le stator.
Les extrémités de ce bobinage d'excitation sont reliées par des liaisons filaires à deux bagues collectrices appartenant à l'extrémité arrière de l'arbre du rotor adjacente au palier arrière du carter. L'extrémité avant de cet arbre, adjacente au palier avant du carter, porte un organe d'entraînement, tel qu'une poulie, destinée à être entraînée via un dispositif de transmission, par exemple à courroie, par le moteur thermique du véhicule. Des balais frottent sur les bagues collectrices. Ces balais sont portés par un porte-balais et sont reliés électriquement au régulateur de tension le plus souvent porté par le palier arrière du carter, en variante placé dans un boîtier monté à l'extérieur de l'alternateur. En variante l'alternateur est sans balais et le bobinage d'excitation est fixe en sorte que ces extrémités sont reliées électriquement au régulateur de tension.
La présence de bagues collectrices n'est donc pas obligatoire.
Le stator comporte un corps, avantageusement sous la forme d'un paquet de tôles montés dans le carter. Ce corps de stator est rainure pour porter des enroulements de phases montés par exemple en étoile ou en triangle et reliés à un dispositif de redressement, tel qu'un pont de diodes dans le cas d'un alternateur ou un pont de transistors du type MOSFET dans le cas d'un alternateur, dit alterno-démarreur, fonctionnant de manière réversible et permettant donc également de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique pour entraîner l'arbre solidaire du rotor. Un tel alterno-démarreur est décrit par exemple dans le document FR A 2 745 445, le dispositif de redressement fonctionnant en onduleur lorsque l'alterno-démarreur fonctionne en mode moteur électrique. L'unité 6, dans un mode de réalisation, tire partie du module de commande et de contrôle, que présente cet alterno-démarreur pour notamment piloter à l'aide de signaux les grilles des transistors du type MOSFET. L'unité 6, dans ce mode de réalisation, est associée à ce module, qui présente un microcontrôleur en sorte que l'on tire partie de ce microcontrôleur.
Le dispositif de redressement assure le redressement du courant alternatif induit produit dans le stator en courant continu de manière à délivrer à la batterie et au réseau de bord une tension continue. La fonction du régulateur de tension est de maintenir sensiblement constante la tension de l'alternateur à tous les régimes moteurs, même en cas de forte variation de la charge de l'alternateur.
La sortie du dispositif de redressement est connectée au régulateur de tension permettant de réguler le courant d'excitation du bobinage d'excitation. Ce courant d'excitation est régulé en tout ou rien ou de manière numérique comme décrit dans le document EP A 0 802 464 précité comprenant un microcontrôleur. A cette fin ce type de régulateur comporte un moyen de contrôle en modulation de largeur d'impulsion qui pilote le courant et/ou la tension de sortie, par exemple à l'aide d'un interrupteur MOS disposé en série avec le bobinage d'excitation du rotor inducteur Le régulateur de tension, permet de délivrer une force électromotrice sensiblement constante et comporte avantageusement, comme décrit dans le document EP A 0 802 464 précité un étage de commande relié électriquement à un calculateur, par exemple celui du contrôle moteur du véhicule, et un étage de puissance pour amplifier les signaux délivrés par l'étage de contrôle et appliqués ceux-ci au bobinage d'excitation ou bobinage inducteur du rotor.
L'unité 6 tire avantageusement partie de cette configuration, notamment du microcontrôleur de ce régulateur en étant associé à celui-ci.
Selon l'invention, l'unité de calcul 6 pilote le régulateur de tension afin de réaliser une variation temporelle DG d'une grandeur électrique liée au fonctionnement de la batterie comme un échelon de tension dans un mode de réalisation de l'invention.
Ainsi la mise en œuvre de la variation de tension de la batterie est donc réalisée grâce au régulateur piloté.
Dans un autre mode de réalisation, la source d'énergie électrique 1 comporte un convertisseur de tension DC/DC. Selon l'invention, l'unité de calcul de la variable d'état 6 modifie le coefficient de transformation du convertisseur DC/DC pendant une durée brève prédéterminée Dt afin de réaliser une variation temporelle DG d'une grandeur électrique liée au fonctionnement de la batterie, préférentiellement sous la forme d'un échelon de surtension dans un mode de réalisation de l'invention.
Ainsi la mise en œuvre de la variation de tension de la batterie est donc réalisée grâce au convertisseur DC/DC.
Dans un autre mode de réalisation, la source d'énergie électrique 1 est un altemo-démarreur. L'alterno-démarreur est une machine électrique qui assure les fonctions combinées d'alternateur, fonctionnement en mode générateur de courant, et notamment de démarreur, fonctionnement en mode moteur électrique. L'alterno- démarreur permet dans certains cas de supprimer le démarreur conventionnel et de réaliser un démarrage silencieux et rapide du moteur thermique équipant le véhicule. Bien entendu en variante un démarreur peut être associée à l'alterno-démarreur pour un démarrage dans des conditions extrêmes, par exemple par grand froid, du moteur thermique du véhicule. De manière précitée cet alterno-démarreur est un alternateur fonctionnant de manière réversible.
Dans une première forme de réalisation cet alterno- démarreur à la constitution d'un alternateur conventionnel précité, son dispositif de redressement étant par exemple constitué par un pont de transistors du type MOSFET. Ainsi on peut injecter du courant dans les enroulements du stator pour faire fonctionner l'alternateur en moteur électrique.
Pour plus de précisions on se reportera par exemple au document FR A 2 745 445 précité. De manière précitée on tire partie du microcontrôleur que présente l'unité de commande et de contrôle de l'alterno-démarreur pour piloter les transistors lorsque l'altemo- démarreur fonctionne en mode moteur électrique pour notamment démarrer le moteur thermique du véhicule automobile. Dans un autre mode de réalisation, comme décrit dans le document US A 6 561 336 auquel on se reportera, l'alterno- démarreur est associé à l'embrayage du véhicule automobile, son rotor étant solidaire du volant moteur, éventuellement en deux parties pour former un double volant amortisseur. L'alterno-démarreur dans tous les cas fonctionne comme un moteur électrique pour démarrer le moteur thermique du véhicule et est utilisable pour redémarrer ce moteur thermique par exemple après un arrêt au feu rouge.
On tire partie dans ce cas du microcontrôleur , que comporte l'alterno-démarreur et agissant sur le dispositif de redressement par exemple à transistor du type MOSFET, pour fonctionner soit comme moteur électrique pour démarrer le moteur du véhicule, soit générateur de courant c'est à dire comme source d'alimentation électrique. Ainsi la mise en œuvre de la variation de tension de la batterie est donc réalisée grâce à l'alterno-démarreur. Dans un autre mode de réalisation cet alterno-démarreur est conçu pour exécuter d'autre fonctions, par exemple pour réaliser une fonction d'assistance pour éviter que le moteur thermique du véhicule ne cale par exemple au régime de ralenti, cette fonction étant dite fonction boost. Il peut réaliser une fonction d'entraînement pour déplacer temporairement le véhicule par exemple lors de manœuvre de parking. Il peut fonctionner comme moteur électrique auxiliaire par exemple pour entraîner le compresseur de l'installation de climatisation lorsque le véhicule est à l'arrêt au feu rouge, moteur arrêté, comme décrit par exemple dans le document WO 02/060711. Ces diverses combinaisons de fonctions sont mises à profit notamment dans la réalisation d'une stratégie de "stop and go" qui sera détaillée plus loin à l'aide de la figure 8, sachant que l'alterno-démarreur comporte avantageusement un microcontrôleur pour passer du mode de fonctionnement en alternateur, au mode de fonctionnement en mode moteur électrique pour notamment démarrer le moteur thermique du véhicule.
Bien entendu en variante le véhicule est un véhicule du type hybride et comporte, de manière connue, un moteur thermique et un moteur électrique pour respectivement rouler en dehors de la ville et en ville. Dans ce cas le moteur électrique est le plus gros consommateur.
Dans un mode générateur de courant, cet alterno-démarreur, qui est une machine combinée, transforme l'énergie mécanique en énergie électrique pour alimenter en électricité les consommateurs électriques 3 et la batterie électrochimique 2 qui stocke l'énergie électrique. Ici, l'unité de calcul 6 agira sur le microcontrôleur de l'alterno-démarreur pour réaliser une variation temporelle DG, Dt d'une grandeur électrique liée au fonctionnement de la batterie, comme un échelon de surtension dans un mode de réalisation de l'invention, et le circuit de calcul 6 de l'invention permettra d'établir l'état de charge SOC de la batterie. Dans un mode de consommation, mode démarreur ou mode moteur électrique, l'altemo-démarreur transforme l'énergie électrique disponible sur le réseau de bord en énergie mécanique pour démarrer le moteur thermique ou entraîner le véhicule. Ici, l'unité de calcul de la variable d'état 6 agira sur le microcontrôleur de l'alterno-démarreur pour réaliser une variation temporelle DG, Dt d'une grandeur électrique liée au fonctionnement de la batterie comme une mise en circuit dans un mode de réalisation de l'invention et le circuit de calcul 6 de l'invention permettra d'établir l'état de santé SOH de la batterie.
L'unité 4 de management de la batterie 2 reçoit de capteurs, avantageusement présents sur le réseau de bord, des valeurs de mesure de grandeurs électriques représentatives du fonctionnement des dispositifs du réseau de bord telles que le courant et la tension de la source d'énergie électrique 1 et des consommateurs électriques 3, et reçoit également une valeur de mesure de la température Tbatt de la batterie 2. Dans un mode de réalisation du procédé, l'unité 4 comporte un moyen pour commander la source d'énergie électrique 1 pour la procédure de recharge de la batterie électrochimique 2.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'unité de calcul 6 évalue l'état de santé SOH. L'information d'état de santé SOH est transmise à l'unité de signalisation 7, présente manière optionnelle, pour l'affichage et/ou test à une situation critique prédéterminée. A son tour, l'unité de signalisation 7 envoie un message d'alerte de type sonore ou lumineux par exemple sur l'appareil de diagnostic ou sur le poste de conduite du véhicule.
En variante l'information d'état de santé SOH est transmise à un appareil de maintenance qui est connecté à l'unité de calcul 6 lors d'une séance de maintenance pour l'affichage de l'information. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'unité de calcul de la variable d'état 6 évalue l'état de charge SOC. L'unité 4 de management de la batterie électrochimique commande la source d'énergie électrique 1 pour la procédure de recharge de la batterie électrochimique 2. Dans le cas échéant, l'unité 5 de management des charges du réseau de bord pilote les consommateurs 3 lors de leur fonctionnement. L'unité 5 est une unité qui déleste des charges du réseau électrique de bord.
Dans un mode de réalisation, l'unité 5 de management des charges du réseau de bord déleste des charges, moteur tournant, quand le réseau est en dévers, c'est à dire quand la source d'alimentation électrique 1 ne dispose plus suffisamment d'énergie pour répondre aux besoins du réseau de bord. Quand le moteur est au ralenti et que le bilan énergétique du réseau est négatif, l'unité 5 comporte un moyen pour remonter le niveau du ralenti et remonter le niveau du courant de charge débité par la source d'énergie électrique 1. Si cela n'est pas suffisant, elle procède à un délestage des charges suivant un ordre de préférence préétablit.
Dans un autre mode de réalisation, l'unité 5 de management des charges du réseau de bord, en réduisant la consommation des consommateurs, limite le courant prélevé dans la batterie. A titre d'exemples de réduction de consommation, on citera la commande des essuie-glaces en vitesse minimale et la réduction du niveau sonore de l'auto radio.
Dans un autre mode de réalisation, l'unité 5 coupe progressivement les consommateurs sur le véhicule pour arriver à un niveau de consommation minimal lors de l'arrêt définitif du véhicule.
La figure 3 représente un organigramme décrivant un mode de réalisation du procédé d'évaluation de l'état de la batterie électrochimique 2 où la variable d'état de la batterie comporte la seule composante d'état de santé SOH. L'état de santé SOH de la batterie renseigne sur le degré de vieillissement de la batterie, et est signalé, par l'intermédiaire du de l'unité de signalisation 7, présente à demeure ou non. On comprend que l'utilisateur n'a besoin uniquement d'une information quantitative, à savoir si la batterie est en bon état de santé ou non. Il n'a pas besoin de connaître les états intermédiaires qui ne lui garantissent absolument pas un bon fonctionnement des consommateurs en particulier du démarreur. Le procédé d'évaluation de l'état de santé SOH est réalisé à chaque démarrage du véhicule automobile pour des températures homogènes. En effet, l'objet du procédé est de solliciter la batterie électrochimique par l'un des plus gros consommateur du réseau, comme le démarreur ou le dispositif de chauffage de la lunette arrière, puis de déterminer la réponse de la batterie à cette sollicitation afin d'évaluer l'état de santé SOH.
Dans un mode de réalisation, le procédé selon l'invention consiste à corréler les réponses, consécutives à deux démarrages dans des conditions identiques, du réseau de bord à une sollicitation DS de puissance à l'aide d'un des plus gros consommateur branché sur le réseau de bord comme le démarreur ou le dispositif de chauffage de la lunette arrière du véhicule automobile. Le procédé teste ainsi la réponse de la batterie à la demande la plus contraignante du réseau. Ainsi, le procédé consiste, pour chaque démarrage, à stocker dans une mémoire la réponse en tension de la batterie électrochimique pour une prochaine évaluation de l'état de santé SOH. La réponse en tension ainsi stockée constitue un historique. L'évaluation de l'état de santé SOH est ainsi obtenue par comparaison de la réponse courante à une sollicitation DS avec l'historique. Cet historique à une durée prédéterminée. Par exemple au bout de 18 mois on considère que la batterie n'est plus neuve. De même au bout d'un certain nombre de kilomètres du véhicule on considère que la batterie n'est plus neuve. Cet historique est donc fait au bout d'un temps T, par exemple 18 mois, et/ou d'un certain nombres de kilomètres par exemple 20000. Il y a une évolution pendant la période de rodage du véhicule et en fin de vie du véhicule avec l'usure du démarreur et des câbles de liaison. Le paramètre mesuré est la tension aux bornes de la batterie et du consommateur.
La baisse de tension dans des conditions identiques permet d'établir le degré de vieillissement de la batterie. Entre deux démarrages effectués dans des conditions similaires la différence entre les profils de tension sera donc principalement liée à l'évolution de la variable d'état de la batterie.
La connaissance de ces paramètres avant le coup de démarreur permet donc de réaliser une estimation d'un second paramètre par comparaison des profils de tension. Ainsi, deux démarrages dans des conditions analogues avec une batterie pleinement chargée permettent de suivre l'évolution de son état de santé SOH.
L'historique récent de la batterie est mis à jour à chaque évaluation de l'état de santé SOH. L'historique récent est remplacé par la dernière réponse en tension consécutive à l'application aux bornes de la batterie d'une sollicitation DS du plus gros consommateur du réseau de bord.
Ainsi, dans une première étape A1 , le procédé consiste à appliquer aux bornes de la batterie une forte sollicitation DS d'un des plus gros consommateur du réseau électrique, comme le démarreur ou le dispositif de chauffage de la lunette arrière du véhicule automobile.
Dans une seconde étape A2, l'unité de management de la batterie électrochimique effectue une acquisition de la tension aux bornes de la batterie et stocke les informations obtenues en mémoire. Les informations sont ensuite transmises à l'unité de calcul de la variable d'état de la batterie qui analyse le profil de tension aux bornes de la batterie électrochimique. L'analyse du profil de tension permet de dresser une liste de paramètres caractéristiques du signal tension. Ces paramètres permettent de prévenir la défaillance de la batterie électrochimique 2. Les paramètres caractéristiques sont : - la tension initiale de charge de la batterie avant démarrage Vinit;
- la tension minimale atteinte par la batterie Vmin ;
- la tension moyenne aux bornes de la batterie Vmoy sur les premiers instants du démarrage (entre 10ms et 1 s) ; - la fréquence de l'ondulation Fond générée sur la tension instantanée de la batterie, sa valeur moyenne Fmoy et son amplitude Aond, par exemple en première harmonique ;
- la durée du démarrage Td;
- le nombre de compressions Nc du moteur thermique du véhicule au démarrage.
Le profil de tension aux bornes de la batterie est donc caractérisé par un vecteur d'analyse VA dont les composantes sont les paramètres cités ci dessus tel que VA = (Vinit, Vmin, Vmoy, Fond, Fmoy, Aond, Td, Nc). L'étape A2 est donc une étape d'enregistrement et d'extraction des données.
Dans une troisième étape A3, l'unité de calcul de la variable d'état de la batterie réalise une corrélation entre un historique du vecteur d'analyse VA(historique) de la batterie électrochimique 2 et le vecteur d'analyse VA(mesuré) déterminé et stocké en mémoire lors de l'étape A2. L'historique du vecteur d'analyse VA(historique) de la batterie électrochimique 2 est obtenu lors de la phase d'apprentissage de la réponse en tension de la batterie électrochimique.
L'évolution du vecteur d'analyse VA en phases de fonctionnement permet d'établir le degré de vieillissement de la batterie ou état de santé SOH. L'unité de calcul de la variable d'état de la batterie 6 détermine les variations de chaque composante DVAi de la variation DVA du vecteur d'analyse VA(mesuré) par rapport à son historique VA(historique). Le signalement d'une variation critique de l'un de ces paramètres permet donc d'établir le degré de vieillissement de la batterie et de prévenir le conducteur d'une défaillance future de la batterie. L'unité de management de la batterie électrochimique mesure la température T de la batterie électrochimique. L'unité de calcul de la variable d'état de la batterie contient un programme qui exécute une fonction g d'évaluation de l'état SOHi pour chaque paramètre caractéristique, c'est à dire pour chaque composante DVAi, tel que :
SOHi= [g(DVAi, DS, T) > SOH_SEUILi] où SOH_SEUILi est un seuil prédéterminé pour chaque variation DVAi et où SOHi est une valeur qui vaut 1 si l'état de santé relativement au paramètre i du vecteur VA considéré est critique et 0 sinon.
Puis, une fonction de combinaison des valeurs SOHi calculées permet d'établir l'état de santé SOH de la batterie électrochimique.
Dans une étape A4, en réponse à un état de santé SOH critique, l'unité de signalisation 7 avertit par un message d'alerte du mauvais état de la batterie. Ainsi, une défaillance de la batterie sera signalée, dans un mode de réalisation du procédé, par l'intermédiaire d'un signal sonore ou lumineux.
La figure 4 représente un organigramme décrivant un autre mode de réalisation du procédé d'évaluation de l'état de la batterie électrochimique 2 où l'état de la batterie renseigne sur l'état de santé SOC de la batterie.
Le procédé selon l'invention permet de déterminer si la batterie est chargée ou pas. L'état chargé de la batterie est défini de manière prédéterminée. Cette information est primordiale dans le cas des systèmes ou la stratégie de gestion de la batterie vise à avoir en permanence une batterie chargée.
En effet, l'état de charge SOC est un paramètre de régulation d'un dispositif de charge de la batterie. Donc l'information nécessaire concernant l'état de charge SOC est de savoir si la charge de la batterie est suffisante ou non, afin de démarrer ou non le processus de charge de la batterie. Le procédé permet de garantir une recharge correcte, en évitant la surcharge et la sous charge, grâce au régulateur piloté et la connaissance de la température de la batterie. Le procédé permet d'informer le conducteur ou les différents calculateurs à bord de l'état de charge et de santé de la batterie, ce qui permet de privilégier une recharge rapide de la batterie en augmentant la tension du réseau de bord.
Le procédé d'évaluation de la variable d'état de charge SOC est réalisé périodiquement pendant le mode de fonctionnement normal du véhicule automobile.
Une première étape A'1 consiste à appliquer une première variation de tension aux bornes de la batterie, particulièrement un échelon de tension DU. Dans un premier mode de réalisation, la mise en œuvre de la variation de tension est réalisée grâce à un régulateur piloté dans le cas d'un alternateur décrit en référence à la figure 2.
Dans un autre mode de réalisation, la mise en œuvre de la variation de tension est réalisée grâce au convertisseur DC/DC dans le décrit en référence à la figure 2. Dans un autre mode de réalisation, la mise en œuvre de la variation de tension est réalisée grâce à l'électronique de commande dans le cas d'un alterno-démarreur en référence à la figure 2.
Consécutivement à l'échelon de tension DU appliqué à la batterie, des régimes transitoires apparaissent au niveau de l'alimentation, de la batterie, des consommateurs et des commutations de charge. Pour obtenir des mesures précises, if faut que les régimes permanents soient atteints. Ainsi le procédé comporte une étape A'2 d'élimination des régimes transitoires. Dans un mode de réalisation, l'élimination des régimes transitoires est réalisée par un dispositif de filtrage ou un dispositif de temporisation. Ainsi, en régime permanent, le réseau électrique est assimilable à un circuit résistif et réagit de manière linéaire. On a donc établi les relations suivantes : Vconso = Rconso * Iconso DVconso/DIconso = Rconso DVconso/Vconso = Dlconso/lconso
Où Vconso est la tension aux bornes des consommateurs, Iconso, le courant traversant les consommateurs et Rconso la résistance des consommateurs. DVconso et Dlconso sont respectivement les variations relatives des tensions aux bornes des consommateurs et les variations relatives des courants traversant les consommateurs.
Ainsi, la connaissance de ces paramètres ainsi que le courant délivré par la source d'énergie électrique 1 permettent de calculer le courant traversant la batterie.
Ensuite, le procédé selon l'invention comporte une étape A'3 d'évaluation de la réponse indicielle en courant de la batterie qui servira de référence R. La détermination du courant est réalisée grâce à l'unité de calcul de la variable d'état de la batterie, qui en connaissance des courants délivrés par l'alternateur et des consommateurs électriques peut déterminer le courant traversant la batterie. Les valeurs de ces courants sont obtenues grâce aux capteurs déjà présents dans le véhicule automobile en sorte que l'on ne rajoute pas de capteurs sur le réseau de bord. La réponse indicielle est stockée en mémoire. En régime permanent et selon la loi des mailles, le courant, traversant la batterie, est déterminé en connaissance du courant délivré par la source d'énergie électrique 1 et le courant utilisé par les consommateurs électriques en référence à la figure 2 :
Ibat = IaIt - Iconso et donc Dlbat = DIaIt - Dlconso.
Une bonne connaissance des caractéristiques électriques du réseau de bord permet de calculer Dlconso avec précision et donc Dlbat. Dans un mode de réalisation du procédé, et particulièrement dans le cas où le système comprendrait un convertisseur DC/DC ou une machine combinée comme un altemo-démarreur, le courant délivré par l'alternateur est connu et est calculé par un abaque : IaIt = f(lexc, NaIt, TaIt) où lexc est le courant d'excitation avec : lexc = f(DF), et NaIt est la vitesse de rotation de l'alternateur et TaIt la température de l'alternateur. La détermination du courant IaIt est réalisée pour une température TaIt comprise dans une plage de température prédéterminée.
Ensuite, on répète les étapes A'1 , A'2 et A'3 une seconde fois. On a ainsi en mémoire deux réponses indicielles en courant de la batterie, dont l'une d'entre elle sert de référence R. Une étape A'4 consiste en l'évaluation de la variation relative de courant de la batterie en prenant pour référence la première réponse indicielle mesurée et par la suite consiste en l'évaluation de l'état de charge SOC.
L'unité de management de la batterie détermine la température T de la batterie et transmet l'information à l'unité de calcul de la variable d'état de la batterie.
L'unité de calcul de la variable d'état de la batterie comprend un moyen de mise en œuvre du procédé pour calculer l'état de charge SOC sur la base d'une fonction h tel que : SOC = [h(DI, DU, T)>SOC_seuil].
Dans ce mode de réalisation, l'état de charge SOC est donc un paramètre booléen qui vaut 0 si la batterie est déchargée et 1 sinon, grâce au choix prédéterminé d'un paramètre SOC_Seuil.
L'information sur l'état de charge SOC est ensuite transmise à l'unité BMS de management de la batterie 4 qui pilote le dispositif de charge de la batterie. Le procédé selon l'invention comporte donc une étape A'5 de commande du dispositif de charge de la batterie. Cette information SOC est primordiale pour assurer une bonne recharge de la batterie en évitant toute surcharge et sous charge, c'est à dire éviter toute surtension ou sous-tension aux bornes de la batterie. La figure 5 représente, sous forme d'organigramme, dans un mode de réalisation du procédé selon l'invention, la procédure de traitement des profils de tension, consécutifs à une variation temporelle appliquée à la batterie comme la sollicitation du dispositif de démarrage. Ce mode de réalisation concerne l'évaluation de l'état de santé SOH d'une batterie électrochimique 2. Dans une étape D1 , le procédé consiste à acquérir le profil de tension consécutive à la sollicitation, par l'intermédiaire de l'unité BMS de management de la batterie 4.
Dans une étape D2, le procédé consiste à analyser et évaluer les différents paramètres du profil de tension. En cela, l'unité de calcul de la variable d'état 6 comporte un moyen pour détecter les différents paramètres du profil de tension.
Dans une étape D3, le procédé consiste à établir un vecteur d'analyse VA(mesuré) constitué des paramètres déterminés lors de l'étape D2.
Dans une étape D4, le procédé consiste à analyser les variations relatives du vecteur VA(mesuré) par rapport à son historique VA(historique) préalablement déterminé lors de la phase d'apprentissage de l'état de santé SOH et stocké en mémoire. Une variation relative de l'une des composantes du vecteur d'analyse VA(mesuré) indique une défaillance de la batterie et permet donc de déterminer la variable d'état de santé SOH de la batterie dans une étape D5.
Une étape D6 consiste, en cas d'état de santé critique, de commander l'unité de signalisation 7 qui avertit le conducteur du mauvais état de la batterie.
La figure 6, en référence à la figure 3, décrit les signaux caractéristiques des profils de tension consécutifs à l'application aux bornes de la batterie d'une forte sollicitation des plus gros consommateurs du réseau de bord tel que le démarreur. Chaque profil de tension est défini par son vecteur d'analyse VA dont les composantes sont décrites précédemment. Ces composantes sont évaluées par l'unité de calcul de la variable d'état de la batterie et sont comme à la figure 4,
• La tension batterie initiale avant démarrage Vinit;
• La tension minimale atteinte par la batterie Vmin;
• La tension batterie moyenne Vmoy sur les premiers instants du démarrage (entre 10ms et 1 s);
• La fréquence de l'ondulation Fond générée, sa valeur moyenne Fmoy, son amplitude Aond;
• La durée du démarrage Td;
• Le nombre de compressions Nc du moteur thermique au démarrage.
Le vecteur ainsi obtenu pour chaque profil de tension estexprimée par la liste :
VA = (Vinit, Vmin, Vmoy, Fond, Fmoy, Aond, Td, Nc)
La figure 7 décrit un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention. La stratégie de gestion de la batterie est toujours orientée de manière à avoir un état de charge SOC proche de 100% en permanence.
En l'absence de données permettant d'évaluer l'état de charge de la batterie, le procédé selon l'invention consiste en une configuration en mode recharge de la batterie jusqu'à avoir une information pertinente de l'état de charge SOC. Le mode de recharge sera défini à l'aide de la température de la batterie pour éviter toute surcharge ou sous charge. L'application de la mesure de l'état de charge SOC est utile si et seulement si le paramètre SOC mesuré est différent de 100% quand le moteur tourne. Une première étape CO consiste à vérifier si le moteur thermique du véhicule automobile tourne, c'est à dire si ce moteur est en phase « Go » ou non.
En phase « Go », une étape C1 vérifie si l'état de charge SOC de la batterie électrochimique est supérieur à un état de charge minimal SOC_min prédéfini.
Si l'état de charge SOC est inférieur à un état de charge minimal SOC_min, le procédé selon l'invention exécute une étape C3 de procédure de recharge de la batterie. Une fois la procédure de recharge terminée, le procédé selon l'invention retourne à l'étape CO éventuellement après une étape de temporisation.
Si l'état de charge SOC est supérieur à un état de charge minimal SOC_min, le procédé passe en mode de surveillance du réseau de bord, dans une étape C2, où le procédé selon l'invention surveille, dans une étape C4, si la tension du réseau de bord U_réseau est supérieure à une tension minimale du réseau de bord U_réseau_min et si le rendement de la source d'énergie, c'est-à-dire par exemple si le taux d'excitation du bobinage inducteur que comporte le rotor de l'alternateur ou de l'alterno-démarreur, est différent de 100%. Bien entendu on peut surveiller également la tension de la source d'énergie, telle que la tension de l'alternateur et ce, en variante, en combinaison avec le taux d'excitation précité.
Si ces conditions ne sont pas vérifiées, le procédé exécute une étape C5 qui consiste en une étape tirant partie l'unité de management des charges LMU (Load Management Unit).
Plus précisément, l'étape C5 est mise en œuvre par l'unité de management des charges LMU. Dans un mode de réalisation, l'unité de management de la charge déleste des charges, moteur thermique tournant, quand la batterie est en dévers (source d'énergie telle que l'alternateur ou alterno-démarreur ne débitant pas suffisamment) et fournit du courant au réseau de bord. Elle peut, par exemple quant le moteur thermique est au ralenti et que le bilan de charge est négatif, remonter le niveau du ralenti et remonter le niveau du débit du générateur électrique, c'est-à-dire par exemple de l'alternateur ou de l'alterno-démarreur. Si cela n'est pas suffisant, elle procède à un délestage des charges suivant un ordre de préférence pré établit.
L'unité de management des charges réduit la consommation des consommateurs électriques afin que la tension du réseau de bord U_réseau augmente et deviennent supérieure à une tension minimale du réseau de bord U_réseau_min. Le procédé selon l'invention exécute à nouveau une étape de vérification de la tension du réseau U_réseau et du rendement de la source d'énergie dans une étape C6.
Si U_réseau devient supérieur à U_réseau_min, alors le procédé selon l'invention retourne à l'étape CO. Dans le cas contraire, le procédé selon l'invention retourne à l'étape C5.
Si le moteur thermique est considéré comme non tournant et est donc en phase « Stop », dans une étape C7, le procédé selon l'invention exécute une phase « LMU » dans une étape C8 à l'aide de l'unité de management des charges. Lors d'une phase « LMU », l'unité de management des charges minimise la charge des consommateurs pour limiter le courant prélevé dans la batterie, par exemple par passage des essuies glace en vitesse minimale, par correction du niveau sonore de l'auto radio.
Le procédé consiste à exécuter les étapes précitées tant qu'un temps limite prédéterminé, suite à une mesure de la durée du temps TD dans une étape C11 , n'est pas atteint. Si le temps limite est atteint (étape C12), le procédé déclenche l'étape C13 de redémarrage, c'est à dire de redémarrage du moteur thermique (phase Go).
Si le moteur thermique est considéré comme non tournant et non en phase Stop, dans l'étape C7, le procédé consiste en une étape C14 d'arrêt puis une étape C15 LMU longue durée. L'étape C15 consiste à couper progressivement les consommateurs sur le véhicule pour arriver à un niveau de consommation minimal lors de l'abandon du véhicule.
II est clair que l'invention s'applique à la gestion de plus de une batterie fonctionnant indépendamment ou concurremment sur le réseau de bord.
On appréciera que la ou les batteries peuvent être éloignée(s) de la source d'énergie.
Par exemple la batterie est dans un mode de réalisation implantée dans le coffre ou sous l'un des sièges du véhicule automobile. Cela est rendu possible du fait que l'étape de mesure E3 est précédée d'une étape E2 d'élimination des états transitoires. On appréciera également que la variation temporelle de la grandeur électrique lors de l'étape E1 est réalisée de manière discrète et que le consommateur utilisé lors l'étape de mise en circuit d'au moins un consommateur d'électricité, n'est pas forcément le démarreur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'évaluation de l'état d'une batterie électrochimique (2), connectée sur un réseau de bord d'un véhicule automobile, comprenant outre la batterie (2), au moins une source d'énergie électrique (1 ), des consommateurs électriques (3), au moins une unité (4) de management de la batterie, une unité de management (5) des charges du réseau de bord (5) et une unité de calcul (6) d'une variable d'état de la batterie, caractérisé en ce qu'il comprend trois étapes : - Une étape (E1 ) d'application d'une variation temporelle (DG, Dt) d'une grandeur électrique appliquée à au moins une borne de la batterie électrochimique ; - Une étape (E3) de détermination de la réponse d'une grandeur électrique (B) liée à la batterie électrochimique ; - Une étape (E4) de calcul d'une variable représentative (Etat_Batt) de l'état de la batterie électrochimique sur la base d'une fonction (fl ) déterminée de la variation temporelle (DG), de la réponse (B) liée à la batterie électrochimique
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape d'application (E1 ) d'une variation temporelle (DG) d'une grandeur électrique comporte une étape d'application d'une surexcitation de la source d'énergie électrique (1 ) connecté au réseau de bord de sorte qu'une surtension prédéterminée est produite aux bornes de la batterie (2) pendant une durée prédéterminée.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape d'application (E1 ) d'une variation temporelle (DG) d'une grandeur électrique comporte une étape d'application d'une surexcitation de la source d'énergie électrique (1 ) connecté au réseau de bord en commandant la tension de sortie d'un régulateur de tension de la source d'énergie électrique (1 ).
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape d'application (E1 ) d'une variation temporelle (DG) d'une grandeur électrique comporte une étape d'application d'une surexcitation de la source d'énergie électrique (1 ) connecté au réseau de bord en commandant au moins une tension de sortie d'un convertisseur de tension continu-continu.
5. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, lors de l'étape (E4) de calcul, une évaluation de la température
(Tbatt) de la batterie est effectuée, puis une fonction d'évaluation f1 est déterminée sur la base d'une relation Etat_Batt = f1 (DG, B, Tbatt).
6. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape (E4) de calcul comporte une étape de calcul, à titre d'état de la batterie, de l'état de charge SOC selon une relation SOC = [h(B, DG, T)>SOC_seuil], h étant une fonction prédéterminée, précédée d'une étape (E3) de détermination de la réponse B de la batterie sous forme d'une estimation/calcul du courant traversant la batterie, où (SOC_seuil) est un seuil prédéterminé pour lequel une valeur de l'état de charge SOC supérieure audit seuil définit un état de charge SOCchargé.
7. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape de mesure (E3) d'une grandeur électrique de réponse de la batterie est précédée par une étape (E2) d'élimination des états transitoires.
8. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape d'application d'une variation de grandeur électrique comporte une étape de mise en circuit d'au moins un consommateur d'électricité sur le réseau de bord pendant une durée (dt) prédéterminée.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de mesure (E3) d'une grandeur électrique de réponse de la batterie comporte une étape de mesure de la tension aux bornes de la batterie et en ce que l'étape (E4) de calcul comporte une étape de calcul, à titre d'état de la batterie, de l'état de santé SOH selon une relation SOH = [g(B, DG, T)>SOH_seuil] où g() est une fonction prédéterminée et où (SOH_seuil) est un seuil prédéterminé pour lequel une valeur de l'état de santé SOH supérieure audit seuil définit un état de santé SOH critique.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape (E3) de mesure de la tension aux bornes de la batterie comporte aussi une étape pour constituer un historique des mesures de la tension aux bornes de la batterie lors de démarrages précédents.
11 . Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape (E3) de mesure de la tension aux bornes de la batterie comporte aussi une étape pour constituer un vecteur d'analyse (VA) comportant au moins une des grandeurs tirées du profil de tension.
12. Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce que l'étape (E4) de calcul de l'état de santé SOH comporte une étape pour former une différence entre le vecteur d'analyse (VA (mesuré)) mesuré et un vecteur d'analyse (VA (historique)) déduit de l'historique, puis une étape pour exécuter un test (g)) prédéterminé d'au moins une des valeurs de différences pour en déduire le vieillissement de la batterie.
13. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte, lors de l'étape (E4) de calcul de l'état de la batterie, une étape pour déterminer des seuils de déclenchement et une étape pour déterminer des tests d'au moins une partie des valeurs mesurées lors de l'étape (E3) de sorte qu'au moins une partie de la fonction (f1 )) de détermination de l'état de la batterie soit de type booléen.
14. Dispositif de mise en œuvre du procédé selon la revendication 1 , du genre destiné à être monté sur un véhicule comportant un réseau électrique de bord comportant au moins une source d'alimentation électrique (1 ), des consommateurs électriques (3) comme un démarreur ou un moteur électrique, une batterie électrochimique (2) dont l'état doit être surveillé, une unité de management (5) des charges du réseau de bord, une unité (6) de calcul d'une variable d'état de la batterie et une unité de management (4) de la batterie (4) notamment pour piloter l'état de charge de la batterie et la mise en circuit des consommateurs ainsi que l'état de la source d'énergie, caractérisé en ce qu'il comporte aussi : une pluralité de moyens pour estimer ou mesurer une variation d'une grandeur électrique (DG) appliquée aux bornes de la batterie électrique et/ou la réponse d'une grandeur électrique (B) liée à la batterie électrochimique ; - une unité de calcul (6) dotée de moyens pour commander la source d'énergie électrique (1 ) de sorte que soit produite ladite variation d'une grandeur électrique (DG), de moyens pour déduire un état de la batterie (SOC, SOH) sur la base de ladite variation de grandeur électrique appliquée (DG), de ladite réponse électrique (B) et de la température T de la batterie (2) en exécutant une fonction (f1 )) de détermination.
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'unité de calcul (6) est aussi dotée de moyens pour commander l'unité de management de la batterie (4) en fonction de la détermination de l'état de la batterie (SOC, SOH).
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens pour commander l'unité de calcul (6) comporte des moyens pour déterminer l'état de charge lors d'une stratégie de redémarrage du véhicule.
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