WO2014095640A1 - Procede et dispositif de caracterisation d'un module de stockage d'energie par effet capacitif - Google Patents

Procede et dispositif de caracterisation d'un module de stockage d'energie par effet capacitif Download PDF

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WO2014095640A1
WO2014095640A1 PCT/EP2013/076557 EP2013076557W WO2014095640A1 WO 2014095640 A1 WO2014095640 A1 WO 2014095640A1 EP 2013076557 W EP2013076557 W EP 2013076557W WO 2014095640 A1 WO2014095640 A1 WO 2014095640A1
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WO
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voltage
current
measurement
measurements
sensor
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PCT/EP2013/076557
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English (en)
Inventor
Jean-Michel Depond
ép. RENOUX Karine LE BRAS
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Blue Solutions
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Publication date
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    • G01R19/2506—Arrangements for conditioning or analysing measured signals, e.g. for indicating peak values ; Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G01R19/2509—Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for characterizing at least one capacitive energy storage element.
  • the field of the invention is the field of indicator determination characterizing energy storage means by capacitive effect, and more particularly the field of electrochemical means for energy storage by capacitive effect, and even more particularly the field of energy storage means commonly called supercapacitor or supercapacity.
  • the field of energy storage means commonly called supercapacitor or supercapacity.
  • each storage element For optimal and safe operation of an application using one or more electrochemical capacitive energy storage elements, it is important to know the indicators characterizing each storage element, such as the amount of energy stored by each element of storage.
  • storage also known as state of charge (SOC) or a state of health of each storage element also called SOH (for "State of Health" in English).
  • the current methods and devices determine the values of C and ESR over specific operating ranges, in which the storage element has a "perfectly" predictable behavior, Difficult to provoke or random ranges in standard operation. For this reason, current methods and devices regularly apply specific I / I or I / O controlled current transition type procedures for ESR measurement and constant I-current controlled load or discharge for the measurement of vs.
  • the current methods and devices do not allow to characterize a capacitive storage element in situ, under real operating conditions without having to stop the application using the storage element, and whatever the application using the storage element.
  • the invention aims to overcome the aforementioned drawbacks.
  • Another object of the invention is to propose a method and a device for characterizing a capacitive energy storage element under real operating conditions, without having to stop the application using the storage element or to have to implement a particular protocol.
  • Another object of the invention is to provide a method and a device for characterizing a capacitive energy storage element in situ.
  • Another object of the invention is to provide a method and a device for characterizing a capacitive energy storage element usable regardless of the application using said means. Presentation of the invention
  • the invention makes it possible to achieve at least one of the above-mentioned objects by means of a device for characterizing at least one capacitive energy storage element, in particular a supercapacitor also called supercapacity, and in particular for determining a data relating to a state of health (SOH) and / or state of charge data (SOC) of said energy storage element, said device comprising:
  • At least one voltage measurement module comprising at least one means for measuring a voltage, called a voltage sensor, of said element;
  • At least one current measurement module comprising at least one means for measuring a current, called a current sensor, of said element, said voltage measurement and current measurement modules being configured to perform measurements with dynamics of response of the same order of magnitude, that is to say that the index responses of said modules are of the same temporal order of magnitude;
  • At least one control means for said measurement modules for producing, for each storage element, at least one measurement cycle comprising:
  • a series of voltage measurements at the terminals of said storage element over a period of time referred to as the voltage measurement period
  • the measurement signal at the output of the module denoted S (t), obtained in response to a step-shaped input signal, commonly denoted l ⁇ (t), is called an index response of a measurement module.
  • S (t) a step-shaped input signal
  • S (t) tends to a constant S ⁇ called the stabilized or stationary measurement value.
  • This value serves as a reference for defining the main temporal characteristics of the index response, for example:
  • T R the response time, denoted T R , which is defined as the time required for the measurement signal to remain in the range ⁇ 5% around the stabilized value S ⁇ :
  • T M the rise time, denoted T M , which is defined as the time required for the measurement signal to change from 10% to 90% of the stabilized value S ⁇ :
  • T D the delay time, denoted T D , which is defined as the time required for the measurement signal to reach 50% of the stabilized value S
  • T D / S (T D ) 50% S ⁇ .
  • the indicative responses of the voltage measurement module Su (t) and that of the current measurement module Si (t) are linked by the following relation:
  • the sensors are chosen as follows: the response times of the current and voltage sensors differ by less than 20%, especially 10%, or the rise and delay times of the current and voltage sensors respectively differ. less than 20%, in particular 10%.
  • the characterization device according to the invention makes it possible to produce, for a storage element or individually for each storage element among a plurality of storage elements, a series of measurements of voltages and currents for the same time period from less than 70% of the total measurement period for that storage element.
  • the voltage and current measurements made for a storage element are of equivalent temporal nature.
  • the physical realities measured by both the voltage and current measurement modules concerning the same storage element are equivalent in temporal term. In practice, this means that the output data of the voltage measurement and current measurement modules are equivalent, and in particular that the index responses of the measurement modules are of the same temporal order of magnitude.
  • the voltage and current measurements made for a given storage element are therefore statistically compatible, and take into account the operating randomness of the storage element naturally present in the operation of the storage element. .
  • the device according to the invention makes it possible to carry out a characterization of each energy storage element by capacitive effect without having to set up a specific procedure to take into account the operating irregularities of an effect storage element. capacitive.
  • the current and voltage measurements made by the device according to the invention can be carried out in situ during the operation of the application using the storage means.
  • the device according to the invention therefore makes it possible to characterize an energy storage element by capacitive effect, in situ, under real operating conditions, without having to stop the application using the storage element, and this whatever the application using said means, including the automotive application.
  • 5t being the total measurement period
  • the control means may be configured to control the current and voltage measurements so that at least one voltage and current measurement is taken in the same interval 5t ⁇ 0.1s
  • the device makes it possible to characterize a plurality of storage elements.
  • the device according to the invention comprises a torque measuring module of voltage and module of measuring current, configured to measure, respectively, the voltage across this storage element and the current flowing through this storage element.
  • a measurement module, current or voltage, a pair associated with a storage element may be part of another pair associated with another storage element.
  • control module can be configured to control a voltage measuring module, respectively current, for performing a series of voltage measurements, respectively current, at a measurement frequency greater than or equal to 10Hz.
  • control module may be configured to control a module for measuring voltage or current measurements in order to carry out a series of voltage or current measurements at a measurement frequency equal to 200 Hz.
  • the device according to the invention makes it possible to take into account the rapid variations in the state of the storage element even when it is a supercapacitor capable of undergoing significant variations over a short period. Therefore, current measurements and voltage measurements are not disconnected from each other even if they are not exactly synchronous.
  • the sensors of the measurement modules may preferably be chosen to have a response time, as defined above, less than 0.1 seconds, and preferably 0.005 seconds.
  • the digital resistive sensor also called digital shunt, has a high measurement dynamics. It provides a precise and almost instantaneous measurement of the current, with a typical response time less than millisecond. It must be placed in the electrical circuit that powers the storage element and, as a result, generates, inter alia, additional and undesirable electrical resistance, and additional problems in terms of operating voltage withstand.
  • the multi-range Hall effect sensor has a low measurement dynamic. It provides a smoothed current measurement, with a typical response time between 50 and 100 milliseconds. Thanks to the different measuring ranges, the measured value is accurate. Unlike the digital shunt, it is not to be placed in the electrical circuit that powers the storage element, and therefore offers more flexibility.
  • the fluxgate magnetic sensor has the same dynamics and measurement accuracy as a digital shunt and has the same advantage as the multi-range Hall effect sensor in terms of placement. However, the fluxgate sensor has a higher cost compared to the digital resistive sensor or the multi-range Hall sensor.
  • the list of current sensors proposed is not exclusive. Any current sensor that provides a sufficiently accurate measurement (accuracy is usually specified by the application but ⁇ 1% of the full measurement range is a typically required value) and fast (typically ⁇ 0.1s) of the current over a representative range of the application using the storage element (typically a few milliamperes - several hundred amps) and able to withstand extreme currents (typically a few thousand to a few tens of thousands of amperes) is a potential candidate.
  • At least one voltage sensor may include an analog-to-digital converter configured to perform an analog-to-digital conversion of a voltage presented at its input.
  • An analog-to-digital converter has a high measurement dynamic with a response time that is often much lower than the millisecond.
  • the input stage of the CAN which is generally adapted to a voltage generally between 0-5 V, to correspond to the range of evolution of the voltage of the element. storage.
  • Such an adaptation can be achieved by setting up a voltage divider stage in the voltage measurement module at the input of the ADC.
  • the choice of the CAN depends on the resolution required at the input, for example 1 bit for x mV, and output, for example 12 bits, 14 bits, etc. These resolutions can be fixed by the choice of the calculation means and the measurement accuracy required.
  • the device according to the invention may comprise one or more current sensors and one or more voltage sensors whose response dynamics are similar or equivalent or else the same. same order, even identical.
  • the device may comprise:
  • CAN sensors for voltage measurements: one or more CAN sensors, and
  • one or more digital shunts or one or more fluxgate magnetic sensors for current measurements: one or more digital shunts or one or more fluxgate magnetic sensors.
  • the CAN presents a high measurement dynamics, of the same order as that of a digital shunt or a fluxgate magnetic sensor.
  • the temporal nature of the voltage and current measurements are equivalent in this case.
  • each measuring module may comprise only the corresponding sensor.
  • at least one module for measuring voltage, respectively current, associated with a storage element comprises at least one means for modifying a response dynamic of the sensor of said module, by treatment:
  • the device according to the invention makes it possible to have voltage and current measurements equivalent from a temporal nature point of view at the output of the measurement modules.
  • one and / or the other of the measurement modules may comprise one or more voltage processing means / current that must be measured by the sensor or measurement signal provided by the sensor.
  • These processing means may comprise filtering means, such as analog, digital, sliding average, Fourier transform or temporal filtering means.
  • the dynamics of a CAN is significantly higher than that of a multi-range Hall effect sensor.
  • the temporal natures of the two measurements are not equivalent.
  • a filter can be introduced to modify the index response of the voltage measurement chain, so as to make the temporal nature of the equivalent measurements.
  • This filtering, of the low-pass type will reduce the voltage measurement dynamics to that of the current. There are several possibilities to perform this filtering, including the following two:
  • the characteristic cut-off frequency is determined by the current sensor's response, knowing that, in the absence of a precisely known index characteristic, it is possible to take as a cut-off frequency a value close to 1 / ⁇ > or 1 / (T d + Vi T m )). In this case, the processing is applied to the signal representing the voltage to be measured;
  • the mathematical processing namely a low-pass digital filter, a sliding average filter, etc.
  • the processing is applied to the measurement signal provided by the ADC.
  • These processing means can also be implemented to improve the accuracy of the measurements, for example an averaging filter of several measurements makes it possible to lower the temporal response of a sensor while increasing the accuracy of the measurement.
  • the control module can be configured to control the voltage measurement module and the current measurement module associated with a storage element so as to perform current measurements and voltage synchronously for this storage element.
  • control module may be configured to control the voltage measurement module and the current measurement module associated with a storage element so as to perform interleaved current and voltage measurements for this storage element.
  • an "alternation of measurement” or a “measurement interleaving” is not limited to a repetition of a sequence, comprising a measurement in turn of one of the electrical quantities and then a measurement of the other electrical quantities, of type ([U, I, U, I] or [I, U, I, U]) with "U” the voltage and "I” the current.
  • the alternation is not limited to a ratio of 1: 1 between voltage measurements and current measurements, ie a voltage measurement for a current measurement, and covers the case of several measurements. voltage, respectively current, for a measurement of current, respectively voltage.
  • a "alternation of measurement” may be regular or not, that is to say that the time between two consecutive current measurements or two consecutive voltage measurements or between a current measurement and a consecutive voltage measurement may be constant or changing.
  • control means can be advantageously configured so as not to exceed a ratio defined by two voltage measurements, respectively of current, for a measurement of current, respectively voltage, that is to say (2 U : 1 I) or (1 U: 2 I).
  • the device according to the invention may further comprise a charge quantity measuring module comprising a charge quantity measuring means, said charge sensor, for at least one, advantageously each, storage element.
  • Such a charge sensor may be an integrator of a current signal supplied by a current sensor. It can be independent of the current sensor.
  • control means may also be configured to control the current I, voltage U and charge quantity Q measurements, so that at least one measurement of each of the parameters U, I and Q is taken in a same interval 5t ⁇ 0.1s.
  • the device according to the invention may further comprise a buffer memory for storing, at least a part of the values measured by the measurement modules during a series of measurements, in particular voltage and current values and possibly temperature and / or pressure values, and / or at least a portion of values calculated by the calculating means, and optionally in association with an identifier of a storage element.
  • the pairs of values measured concomitantly are associated in the buffer memory.
  • the storage can be performed in digital form.
  • the sampling rate v eCh of the signal to be measured can be chosen so that:
  • the number of voltage measurements in the measurement series may be equal to or different from the number of current measurements in the measurement series.
  • the number of voltage measurements, respectively of current, of the series of voltage measurement, respectively of current may be identical or not.
  • the number N of voltage measurements may be equal to the number of current measurements.
  • N can be chosen such that 2
  • the number of measurements N can be, in no way limiting, a number equal to a power of 2. Such a number of measurements makes it possible to optimize the computations of the statistical quantities.
  • the calculation means may be configured to perform a determination of at least one intermediate statistical magnitude.
  • Such an intermediate statistical magnitude may be for example a variance, a standard deviation or an average, with respect to the voltage or the current.
  • the average G can be calculated using the following relation:
  • the calculation means can therefore be configured to be able to provide six values, namely: U, var Uf , I, van and Oi, with U the voltage and I the current.
  • the calculation means can be configured to statistically compute at least one statistical quantity from the values measured by the measurement modules on a sample. unique measuring cycle.
  • the calculated static magnitudes can then include ESR or C determined with the following relationships:
  • the time interval for which the statistical magnitude is calculated may correspond to the time interval over which a measurement series is performed.
  • the time interval for which the statistical magnitude, in particular for ESR, is calculated may be less than 1 s, in particular equal to 0.1 s.
  • the calculation means can be configured to statistically calculate at least one statistical quantity from values measured by the measurement modules over a plurality of measurement cycles. and possibly stored in storage means.
  • the calculation means can take into account several series of voltage and current measurements previously made and stored, for example through a linear regression model.
  • the taking into account of a measurement cycle previously carried out can be carried out either by considering the values of the measurements carried out during this measurement cycle or by considering the values of the quantities calculated statistically for this measurement cycle.
  • at least one statistical magnitude can be determined by taking into account, in a linear regression model, the statistical quantities calculated during a plurality of measurement cycles.
  • the indirect calculation can take into account, in a sliding manner, a predetermined number of measurements previously made and stored in storage means, these measurements being able to be performed over at least two measurement cycles. This amounts to taking into account, in a sliding manner, a predetermined number of measurements previously made.
  • the storage means may be configured to store only a predetermined number of measurements previously made.
  • the device according to the invention may comprise comparison means for comparing measured and / or calculated values with stored values, for example in the buffer memory, previously measured or calculated, the new measured and / or calculated values being stored in memory. , for example in the buffer memory, depending on the results provided by the comparison means.
  • the new measured / calculated values may not be stored.
  • the device according to the invention may further comprise at least one means for measuring other parameters relating to each energy storage element, in particular to the environment of each energy storage element, such as, for example, the temperature or pressure.
  • the device may then include at least one means for converting the measured data to actual conditions into data measured at reference conditions.
  • These conversion means may for example comprise a conversion table constructed according to data obtained experimentally and stored in storage means. The conversion can be performed either before the calculation of one or statistical quantities or after.
  • an energy storage assembly comprising:
  • a characterization device providing at least one characterization data for at least one of said energy storage elements.
  • the energy storage assembly may further include means for modifying a balancing or utilization of the storage elements based on at least one data provided by the characterizer.
  • Balancing is the action of homogenizing the distribution of voltages within a set of energy storage.
  • a balancing change may include a total or partial current sink through an energy storage element whose unit voltage is judged to be too high relative to an expected nominal value.
  • modifying a balancing operation is to modify the routing of the current flowing through the incriminated energy storage element. But this example should not be limiting other processes leading to a balancing of a set of energy storage.
  • the characterization device can be used to individually characterize each energy storage element of the storage assembly comprising a plurality of energy storage elements connected in series or in parallel.
  • the device according to the invention can comprise:
  • a voltage measurement module for each storage element, and possibly for at least one branch in parallel with the circuit connecting said storage elements to one another. It may also alternatively comprise a voltage measurement module at the terminals of the energy storage module and means for measuring the output current of the energy storage module.
  • a series of voltage or current measurements performed for a storage element can be performed simultaneously or not with a series of voltage or current measurements for another storage element forming part of said storage module.
  • a series of voltage measurements made by a voltage measurement module comprising at least one means for measuring a voltage, called a voltage sensor, across said storage element, and
  • a series of current measurements made by a current measurement module comprising at least one means for measuring a current, called a current sensor, passing through said storage element;
  • said series of voltage measurements and current measurements are performed over two measurement periods which overlap temporally at least 70%, preferably 90%, of a so-called total period comprising said measurement periods, the measurements being carried out using voltage and current measurement modules having response dynamics of the same order of magnitude.
  • voltage measurements and current measurements of the same measurement cycle can be performed at the same frequency or at two substantially equal frequencies.
  • the voltage measurements of a series of measurements or the measurements of current of a series of measurements can be carried out at a frequency greater than or equal to 10 Hz.
  • the voltage measurement frequency and / or the current measurement frequency may be at 200 Hz.
  • the method according to the invention may further comprise at least one step of modifying a response dynamic of at least one voltage sensor or a current sensor, in order to obtain statistically compatible voltage and current measurements, said modifying step comprising at least one treatment:
  • the method according to the invention may further comprise a step of memorizing, in a buffer memory, at least a part of the values of voltages and / or of current values measured during a series of measurements of a cycle of measured.
  • the method according to the invention may comprise a determination of at least one intermediate statistical magnitude. Such an intermediate statistical magnitude may be for example a variance, a standard deviation or an average, with respect to the voltage or the current.
  • at least one statistical quantity can be calculated taking into account:
  • the characterization method according to the invention may further comprise one or any combination of the steps / operations performed by the device according to the invention and described above, with or independently of the architecture of said device, if nothing stands in the way of such a combination on a technical level. These features will not be repeated or detailed here to avoid red tape.
  • an energy storage assembly comprising a plurality of capacitive energy storage elements connected in series and / or in parallel.
  • Such a management method comprises:
  • At least one determination step according to the characterization method according to the invention, of at least one characterization data for at least one of said energy storage elements
  • At least one modification step as a function of said at least one characterization data, a balancing or a use of at least one storage element of said storage assembly.
  • the management method according to the invention may further comprise one or any combination of the steps / operations carried out by the storage assembly according to the invention and described above, with or independently of the architecture of the together, if nothing stands in the way of such a combination on a technical level.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a storage assembly according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of a characterization method according to the invention.
  • FIG. 3 is a diagrammatic representation of several embodiments of interlaced voltage and current measurements according to the invention.
  • Embodiment 1 Direct Calculation
  • N be the number of voltage "U” and current "I” values measured in a measurement cycle, and on total period 5t with 5t ⁇ ls.
  • the N values are distributed for example homogeneously over the measurement period 5t, typically by interleaving the measurements of U and I, as explained above.
  • the averages U, I on the one hand, and the variances var Uf van and / or the standard deviations U1, O1 of U and I are determined by the method and the device according to the invention, using the following relationships:
  • the device and the method according to the invention are thus able to provide 6 values, determined by the calculation means during the calculation step, for each period of 5t: U, var Uf Or on the one hand, and I, van and Oi on the other hand. Three of these values will be stored, for example in buffer memory, for future calculation of ESR and C: I and optionally the pair (var Uf van) or (or, Oi).
  • ESR ESR ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • the time interval for which the statistical magnitude ESR is calculated corresponds to the time interval over which a series of measurements is carried out, ie the period of a measurement cycle, and is therefore preferably less than 1 s, in particular 0.1 s.
  • - AQ corresponds to a difference in the quantity of charges in the storage element between two states ⁇ and ⁇ , also measured by a load sensor;
  • AU corresponds to a voltage difference at the terminals of the storage element, i.e. a numerical difference of U or U, between the states et and;;
  • - ESR is the value calculated previously, and - ⁇ is derived from the numerical difference of I or I between states ⁇ and ⁇ .
  • the states ⁇ and ⁇ of the storage element can be chosen distant, either in terms of time, either in terms of quantity of charges, or in terms of voltage, to obtain values of "AQ" and / or "AU - ESR x ⁇ " sufficiently far from 0, while remaining in a range of variation representative of the application using the storage element.
  • the states ⁇ and ⁇ can for example be distant such that 2s ⁇ At i ⁇ 2 ⁇ 64s, and in particular 4s ⁇ At i ⁇ 2 ⁇ 16s.
  • the states et and peuvent can, for example, be distant such that C n ⁇ U n / 32 coulomb ⁇
  • the states ⁇ and ⁇ can for example be distant such that U n / 32 V ⁇
  • the state ⁇ can correspond to the reset and the state ⁇ to the measure of AQ.
  • a charge quantity sensor may be added in the electrical circuit to which the storage element is connected, in place of the calculation made. by the calculation means from the measurements of I or I.
  • Such a charge sensor may be a current integrator that passes through the storage element. It can constitute a specific sensor, put in series of a current sensor. For example, some digital shunts provide directly, from the digital integration of the internal signal the amount of load that has passed through the shunt since a controllable reset.
  • the presence of the current sensor can be used to achieve such a load sensor by analog or digital integration of the signal from the current sensor, depending on the nature of the output signal of the current sensor.
  • a multi-range Hall effect sensor generally provides an analog signal that is more judicious to integrate by analog means via a dedicated integrator circuit.
  • a fluxgate magnetic sensor generally provides a digital signal that is more judicious to integrate digitally via a means, dedicated or not, calculation.
  • an intermediate ADC may convert the signal so as to make it usable by the dedicated computing and / or storage means.
  • control means can furthermore be configured to control the measurements of I, U and Q, so that at least one measurement of U, I and Q is taken in the same interval 5t ⁇ 0.1s.
  • this embodiment gives relatively satisfactory results but has the disadvantage of being particularly sensitive in the case where van or I values are small.
  • this embodiment is sensitive to measurement uncertainties specific to the sensors that can be added to the natural fluctuations of the physical quantities.
  • Embodiment 2 Indirect calculation
  • a linear regression is performed from the measurements made and / or the calculated statistical quantities, stored in the storage means of the device, and corresponding to k measurement cycles previously performed.
  • the relation used to realize the linear regression can be the following one:
  • the linear regression just described can be used to determine C by taking for Y AQ and for X "AU - ESR x ⁇ ", each ⁇ corresponding to a distinct pair of states ( ⁇ , ⁇ ).
  • AQ can be obtained from the integration of I or I over the time interval between ⁇ and ⁇ states.
  • ESR access to the value of ESR is not immediate.
  • This method is particularly suitable for slow variation and / or expected low value for ESR, which is the practical case for a standard capacitive effect storage element.
  • This second embodiment (indirect calculation or linear regression) effectively corrects the problem of inaccuracy of the previous embodiment by direct calculation but requires memory storage and additional post-processing means of the statistical quantities obtained.
  • the linear regression method can be performed:
  • the number of measurements is important and that the time during which the measurements are taken is greater than that of the first embodiment.
  • Measurements can be taken over minutes or even hours. This makes it possible to avoid falsifying the regression by having values in only one domain of values of I and U.
  • the set of measured pairs (I, U) will then be decomposed into k subassemblies. N, couples, taking care to meet the criteria for temporal distribution and short time between current and voltage measurements presented in Embodiment 1 for each subset of measurements. No other condition is placed on the value of N, which can therefore be different from one subset to the other.
  • the regression with k couples of sliding values (X, Y) instead of taking k couples of values in a fixed manner as described above. In this case, the durations for which the statistical magnitudes are calculated overlap.
  • k couples of sliding values X, Y
  • k may be variable over time, i.e. the number of pairs of values may be variable over time. For example, it is expedient to group the pairs (X, Y) by variation range of X or Y.
  • this pair of values can be compared with the pairs of values already stored to determine There is not already a pair of identical or similar values. If yes, the new value pair is not stored, otherwise it is stored. Such a comparison makes it possible to avoid saturating the storage means and / or using too expensive storage means.
  • the variation domain of X is thus divided into n x intervals of width ⁇ and the domain of variation of Y into n Y intervals of width ⁇ : n x xn Y storage areas are reserved to store all possible pairs of values (X, Y).
  • An alternative to this selection mode may be to count the number of pairs of values in each of the n x xn Y memory boxes and to match a weight (or coefficient) according to the number of pairs in the box to the value associated with this box.
  • this solution which is statistically even more satisfactory than the previous one, increases the memory size requirement because it is then necessary to use an additional array of integers.
  • the stored values must be statistically representative of all the Y values measured and / or calculated for the slice. of value of X considered. It is for example possible to store, an average, and / or a median, and / or a sum of the values and the number of corresponding values, and / or a minimum and a maximum, and / or a variance of the values, and / or or a standard deviation of the values, and / or a sum of the squares of the values and the number of corresponding values, to limit the size necessary for storing the values.
  • ESR 2 (or ESR) calculation gives a small value. This necessarily requires working with real numbers with high precision. It may therefore be interesting to work with the inverse of ESR [ESR “1 ] or the inverse of the ESR square [ESR “ 2 ], which are large numbers that can be represented by integers without significant loss of precision. . This is done simply by reversing the basic equations used and specified above.
  • the measurements and calculations can be simple and performed instantaneously.
  • This case may for example use the direct calculation mode (embodiment 1) described above.
  • FIGURE 1 is a schematic representation of an example of a storage assembly according to the invention.
  • the storage assembly 100 shown in FIG. 1 comprises four capacitive effect energy storage elements 102 - 102 4 interconnected by an electrical circuit 104 and a device 106 for characterizing each of the storage elements.
  • the storage elements 102i and 102 2 are connected in series on a branch 104i of the electric circuit 104 and the elements 102 3 and 102 4 are connected in series on a branch 104 2 of the electrical circuit 104.
  • the branches 104i and 104 2 are two parallel branches of the same electrical circuit 104.
  • the characterization device 106 comprises voltage measuring modules 108 - 108 4 respectively connected to each energy storage element 102 - 102 4 .
  • the device 100 further comprises a voltage measurement module 110 measuring the voltage across each of the branches 104 1 and 104 2 , also corresponding to the voltage across the set of storage means 102.
  • the voltage measuring modules 108i- 108 4 and 110 each comprise a voltage sensor that is an analog to digital converter ADC 0 - 5V.
  • the voltage measuring module 110 further comprises, because of the nominal voltage U n of the module greater than 5 V, a stage 110i voltage divider input of the CAN sensor 110 2 .
  • the division factor is chosen here at ⁇ 2, as the number of elements in series in each branch.
  • the voltage divider stage 110i can be realized passively, by association of resistors and other passive components, or actively, by association of passive components and active components of the transistor or operational amplifier type.
  • the device 100 further comprises current measuring modules 112 1 and 112 2 respectively positioned on each of the branches 104 1 and 104 2 .
  • the device 100 further comprises a current measuring module 114 passing through all the storage means and positioned on a branch 116, called the general branch, of the electrical circuit on which the branches 104i and 104 2 of the electrical circuit meet.
  • the current measurement modules 112 1 and 112 2 and 114 use current sensors of different types.
  • the module 114 uses a multi-range Hall sensor 114i because the large expected current values do not allow the use of a digital shunt.
  • the output signal of this sensor 114i being an analog voltage, the module 114 comprises a CAN sensor 114 2 disposed downstream of the multi-range Hall effect sensor 114i.
  • the current measuring module 112i disposed on the branch 104i comprises a digital shunt with integrated quantity of charge measurement, including in particular a controllable reset, the current values expected at the branch 104i being compatible with this technology.
  • the current measuring module 112 2 disposed on the branch 104 2 comprises a fluxgate magnetic sensor with a digital output, which is more advantageous than the digital shunt in terms of insulation voltage but also larger and therefore more difficult to position in the circuit.
  • the current measuring modules 112i and 112 2 for the internal branches 104i and 104 2 thus comprise only the current sensor as described above.
  • the voltage measuring modules 108i-108 4 comprise only the CAN sensor, the latter being of a temporal nature equivalent to each of the sensors of the current measuring modules 112i and 112 2 .
  • the voltage measurement module 110 comprises, in addition to the floor
  • an analog low-pass filter 110 3 to make the temporal nature of the voltage measurement performed equivalent to that of the current measurement module 114.
  • the analog low-pass filter 110 3 is located between the output of the voltage divider stage 10i and the input of the CAN sensor 110 2 .
  • the analog low-pass filter 110 3 can be realized passively, by combining resistors, capacitors and other passive components, or actively, by combining passive components and active components of the transistor or operational amplifier type.
  • the voltage divider stage 10i and the analog low-pass filter 110 3 can be grouped together / integrated in the same electrical circuit.
  • the device 100 comprises in the current measurement module 114, in addition to the components 114i and 114 2 described above, an output analog integrator stage that makes it possible to provide a measurement of the quantity of charges that has circulated in the set of storage formed by the storage elements 102, since the last reset command.
  • This integrator stage comprises an analog integrator 114 3 which integrates a reset control and a CAN sensor 114 4 , positioned in series with the analog integrator 114 3 , which converts the analog integrated signal into a digital signal.
  • the analog integrator 114 3 can be realized passively, by combination of resistors, capacitors and other passive components, or actively, by association of passive components and active components of the transistor or operational amplifier type.
  • the device 100 further comprises a temperature sensor 116 and a pressure sensor 118. These sensors perform measurements of temperature and pressure in the module, taken into account jointly for all the storage elements 102. They are of known types and no further details are given.
  • the device 106 comprises a central unit 120, connected to all the measuring modules 108-114 and to all the sensors 116-118.
  • the memory 122 comprises a memory 122 for storing the values measured by the sensors described above.
  • the memory 122 stores the values relating to each storage element 102 separately and independently.
  • the memory 122 also stores the temperature and pressure values, and a conversion table to enable the measured current and voltage values to be brought back to real conditions, determined by means of pressure and temperature measurements at values in reference conditions.
  • the central unit 120 also comprises calculation means 124, comprising for example one or more microcontrollers, making it possible to process the data obtained from the measurement modules, according to predetermined calculation algorithms, in particular as described above, and preprogrammed in the calculation means to obtain the values of the following statistical quantities: first ESR and C, then SOC and SOH, etc.
  • the central unit 120 furthermore comprises a control means 126, also called a control unit, comprising in particular a clock 126i, configured to control all the modules for measuring voltage, current, temperature and pressure, and to trigger the 'together measurements by the different measurement modules.
  • a control means 126 also called a control unit, comprising in particular a clock 126i, configured to control all the modules for measuring voltage, current, temperature and pressure, and to trigger the 'together measurements by the different measurement modules.
  • the device according to the invention may comprise a different and dedicated control unit for each measurement module.
  • the central processing unit 120 also comprises calculation means 128 dedicated to the digital time integration of current measurements from the fluxgate magnetic sensor 112 2 .
  • the purpose of the calculation means 128 is to calculate the measurements of the quantity of charges AQ from the measurements of current I. It is also possible to use the calculation means 124 to perform this operation, without resorting to calculation means. dedicated.
  • the means 122, 124, 126 and 128 of the central unit 120 can communicate with each other digitally and bidirectionally within the central unit 120.
  • the dedicated calculation means 128 are connected to the control unit 126, to the calculation means 124 and to the memory 122.
  • the calculation means 124 are connected to the control unit 126 and to the memory 122.
  • the central unit 120 and more particularly the control unit 126, can communicate with all of the measurement modules.
  • the modules comprising digital sensors communicate digitally with the central processing unit 120.
  • the analog control of the multi-range hall effect current sensor 114i makes it necessary to have an analog communication in the downstream direction, that is to say the central unit 120 to the measurement module 114 in parallel with a digital communication in the ascending direction, that is to say from the measurement module 114 to the central unit 120.
  • the sensors 116 and 118 for measuring temperature and pressure communicate with the central unit 120 in an analog and / or digital manner depending on the choice of the sensor.
  • the communication is essentially used in the upward direction, that is to say from the sensor to the central unit 120. In the embodiment described, the communication is analog in both directions, which supposes the presence of means of analog / digital conversion (not shown) at the input of these signals inside the central unit 120.
  • the storage assembly 100 shown in FIG. 1 further comprises storage elements 102- 102 4 and the characterization device 106, a balancing unit 130 of the different energy storage elements 102 - 102 4 depending on the data provided by the characterization device 106 and more particularly by the central unit 120 of the characterization device 106.
  • This balancing unit 130 acts on the storage means 102 - 102 4 according to the data obtained by the characterization device 106 and stored in the storage means 122.
  • This balancing unit 130 is connected to / connected to the memory 122.
  • the balancing unit 130 may preferentially be integrated into the central unit 120.
  • the single-line connections symbolize analog connections and the connections. in multiple lines of digital connections.
  • FIG. 2 is a diagrammatic representation of an exemplary embodiment of a method for characterizing a capacitive storage element according to the invention.
  • the method 200 shown in FIG. 2 comprises a step 202 performing a measurement cycle for a storage element, for example each storage element 102, or for a group of storage elements, for example the group comprising the storage elements.
  • Step 202 comprises a step 204 performing a series of voltage measurements for each element / group with a voltage measurement module, for example a module 108 or the module 110 of the device of FIGURE 1.
  • a voltage measurement module for example a module 108 or the module 110 of the device of FIGURE 1.
  • Step 202 also includes a step 206, performed at least in part at the same time as step 204, and performing a series of measurements of current for each element / group with a current measuring module, for example a module 112 or the module 114 of the device FIG.
  • a current measuring module for example a module 112 or the module 114 of the device FIG.
  • the voltage and current measurements are performed alternately / interleaved by the measurement modules associated with each element / group.
  • Each of the measurement steps 204 and 206 is performed for example so that a measurement is taken every 5 milliseconds by each sensor, and this in an interlaced manner.
  • Each measurement step or the two measurement steps can be performed over a total period of 40 milliseconds.
  • a set of eight voltage values and eight current values is obtained for each element / group during each measurement cycle 202.
  • the measurements, and consequently the measurement modules, can be triggered by a control unit such that the control unit 126 of the device 106 of FIGURE 1.
  • the current and voltage measurements are carried out so that the series of current measurements and the series of voltage measurements are performed over two overlapping periods over a period greater than or equal to 70% of the total measurement period.
  • the method 200 also comprises a step 208 for measuring the quantity of AQ charges.
  • This step 208 may be performed before, during or after a measuring cycle 202.
  • Such a step 208 may be performed, for example by the control unit 126, and through:
  • a digital signal sent to a current sensor for example the current sensor 112 i which has a specific integrated sensor, or
  • an analog signal to an integrating stage of a current measurement module for example the integrator stage of the current measurement module 114, and by an analog reset of said integrating stage, or
  • the measurement of the quantity of charges or the integration of the current is then carried out for a predetermined duration of 8 seconds for example and provides a value of charge amount, and this for each current measurement module used.
  • the method also includes an optional step 210 for periodically measuring other parameters such as temperature, pressure, etc.
  • the measurement periodicity is 40 seconds for example.
  • the measurements taken can be filtered analogically in the case of certain sensors, for example the voltage sensor 110 of FIG. 1, during an optional step 212.
  • a step 214 the measurements taken are transferred to a storage means, for example the storage means 122 of FIG. 1, and are stored in association with each element or group of energy storage elements.
  • the stored data are then extracted and used in a step 215 to calculate, for example by calculation means 124, for each of the elements / energy storage group:
  • the method 200 then comprises an optional step 216 applying to the calculated values conversion coefficients.
  • These conversion coefficients are previously entered in a conversion table stored in storage means and are identified by measurements of other parameters such as temperature, pressure, etc. performed during the time interval corresponding to the measurements for which the means, variances, variations and other statistical quantities were calculated.
  • the measurement of these other parameters was carried out periodically during the optional step 210 described above.
  • the measurement periodicity of these parameters being different, the values of these parameters taken into account are the last values measured at the time of measurement of voltage U and current I.
  • the values calculated and possibly corrected are stored in the storage means during of a step 218.
  • the method 200 may comprise a step 220 computation by linear regression on k measurement cycles or k numbers of measurements and using predetermined formulas mentioned above, in particular in a sliding manner as described above.
  • Step 220 provides updated values of ESR, C and SOH and possibly SOC for each element / group of energy storage elements. These updated values are stored in the storage means at the end of step 220 and will therefore be taken into account for a future cycle of the method 200 as specified above.
  • the method 200 further comprises a step 222 balancing using the different voltage, current, capacitance, resistance and SOC data obtained for each of the energy storage elements of a storage assembly comprising a plurality of storage elements.
  • a balancing step can be carried out via a balancing unit, such as the balancing unit 130 of FIG. 1.
  • the balancing step is carried out according to the rules of equilibrium. predetermined balancing for at least one of the aforementioned parameters.
  • FIGURE 3 is a diagrammatic representation of several nonlimiting configurations for performing interlaced voltage and current measurements according to the invention.
  • P T denotes the voltage measurement period for a series of voltage measurements
  • P c denotes the current measurement period for a series of current measurements
  • P denotes the total period comprising both the current measurement period.
  • voltage period P T and the current period P c overlap in time over a period greater than or equal to 70% of P.
  • the voltage and current measurements are performed synchronously and such that, for each voltage measurement, a current measurement is performed.
  • the duration between two consecutive voltage measurements is equal to the duration between two consecutive measurements of current, ie the voltage measurement frequency is equal to the current measurement frequency.
  • the voltage and current measurements are performed in an off-set manner such that, for each voltage measurement, a measurement of current is made at a time interval ⁇ t after the voltage measurement.
  • P T Pc
  • At is very small in front of P.
  • At is also very small compared to the duration between two consecutive measurements of voltage (or two consecutive measurements of current).
  • the duration between two consecutive voltage measurements is equal to the duration between two consecutive current measurements, ie the voltage measurement frequency is equal to the current measurement frequency.
  • the voltage and current measurements are performed alternately such that, for each voltage measurement, a measurement of current is performed At after.
  • the duration between two consecutive voltage measurements is equal to the duration between two consecutive current measurements, ie the voltage measurement frequency is equal to the current measurement frequency.
  • the voltage and current measurements are made off-line and at different measurement frequencies.
  • two voltage measurements are made. Each measurement of current is carried out a time interval At after a measurement of tension, with At very small compared to P, P T and P c .
  • the duration between two consecutive voltage measurements is equal to half the time between two consecutive current measurements, ie the voltage measurement frequency is twice the current measurement frequency.
  • the voltage and current measurements are performed alternately synchronously and with different measurement frequencies.
  • the first current measurement is performed a time interval ⁇ t after the first voltage measurement with ⁇ t equal to half the duration between two voltage measurements.
  • two voltage measurements are made, knowing that the duration between two consecutive voltage measurements equal to 2/3 of the time between two consecutive current measurements, ie the voltage measurement frequency is 1.5 times the current measurement frequency.
  • the voltage measurement frequency and the current measurement frequency are each constant.
  • the voltage and current measurements are made off-line and with measurement frequencies that are not constant in time, only for the measurement of current in said presented configuration, but without this having a limiting character.
  • a measurement of current is performed at a time At after the voltage measurement.
  • the time interval ⁇ t is not constant and changes for each measurement and is even zero for the last measurement of current which is performed at the same time as the last measurement of voltage.
  • the voltage and current measurements are carried out in an off-set manner and with a tripping delay of one of the series of measurements of current in said presented configuration but without this having a limiting character.
  • the total measurement period P starts with a voltage measurement and ends with a current measurement.
  • the measurement period includes a first voltage measurement and then a second voltage measurement and from the second voltage measurement a current measurement after each voltage measurement.
  • the measurement period ends with a measurement of current followed by another measurement of current without there being measurement of tension.
  • the voltage and current measurement frequencies are equal and constant.
  • the voltage measurement period is shifted from the current measurement period by a duration equal to the duration between two consecutive measurements of voltage (or current) and a constant duration ⁇ t separating the second voltage measurement and the first one.
  • the conversion 218 and balancing 222 steps may be performed at different times of the calculation method 200 described in FIGURE 2 and / or several times during said method.
  • the optional filtering step 212 may be performed numerically, for example by the calculation means 124 of FIG. 1.
  • the step of calculating the intermediate statistical quantities 215 is not a mandatory step. and only the step of calculating statistical magnitudes 220 can exist, then integrating all or part of the calculations performed during step 215 as well as additional calculations, as described above in embodiment 1: Direct calculation .
  • the storage steps 214 and 218 can also be combined in one step, for example the storage step 218, depending on the presence of the optional conversion step 216.
  • the measurements may be different from those described with reference to FIGURE 3.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (106) pour caracteriser au moins un element de stockage d'energie par effet capacitif (102). Le dispositif (106) comprend des moyens (108-110) de mesure de tension aux bornes de I'element de stockage (102) et des moyens (112-114) de mesure du courant traversant ledit element de stockage (102), presentant des dynamiques de reponse du meme ordre de grandeur. Le dispositif (106) comprend en outre un moyen de commande (126) pour commander les moyens de mesure (108-114) et un moyen de calcul (124) pour calculer une grandeur statistique a partir des mesures realisees. Le moyen de commande (126) est configure pour commander lesdits moyens de mesure (108-114) de sorte que la periode de mesures de tension et la periode de mesures de courant se recouvrent temporellement au moins sur 70%, notamment 90%, d'une periode totale comprenant lesdites periodes de mesures de tension et de courant. L'invention concerne egalement un procede pour caracteriser un element de stockage d'energie par effet capacitif et un ensemble (100) comprenant au moins un element de stockage d'energie par effet capacitif (102) et un dispositif de caracterisation (106) selon l'invention.

Description

« Procédé et dispositif de caractérisation d'un module de stockage d'énergie par effet capacitif »
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de caractérisation d'au moins un élément de stockage d'énergie par effet capacitif.
Le domaine de l'invention est le domaine de la détermination d'indicateur caractérisant des moyens de stockage d'énergie par effet capacitif, et plus particulièrement le domaine des moyens électrochimiques de stockage d'énergie par effet capacitif, et encore plus particulièrement le domaine des moyens de stockage d'énergie communément appelés supercondensateur ou supercapacité. Etat de la technique
Il a été considéré qu'un élément électrochimique de stockage d'énergie par effet capacitif se comporte en théorie physiquement comme un condensateur parfait de capacité C. Mais, l'expérience a montré que de nombreux phénomènes perturbateurs se produisaient au niveau de l'élément électrochimique. L'expérience a en outre montré que le seul effet perturbateur réellement significatif aux gammes d'utilisation de l'élément de stockage est la perte d'énergie par effet Joule. Ce phénomène est modélisé en ajoutant une résistance de valeur ESR en série du condensateur parfait de capacité C.
Pour un fonctionnement optimal et sécuritaire d'une application utilisant un ou plusieurs éléments électrochimiques de stockage d'énergie par effet capacitif, il est important de connaître des indicateurs caractérisant chaque élément de stockage, tel que la quantité d'énergie emmagasinée par chaque élément de stockage, également appelée état de charge ou SOC (pour « State of Charge » en anglais) ou un état de santé de chaque élément de stockage également appelé SOH (pour « State of Health » en anglais).
Or, la détermination de ces indicateurs pour chaque élément de stockage dépend de nombreux paramètres intrinsèques dont les plus significatifs sont les valeurs de C et d'ESR. Ces différentes valeurs dépendent chacune d'autres paramètres physiques tels que la pression, la température, etc. et de l'évolution de l'élément de stockage dans le temps.
Cependant, la détermination des valeurs de C et d'ESR nécessite la prise en compte des aléas de fonctionnement de l'élément de stockage.
Ainsi, pour obtenir les indicateurs de fonctionnement d'un élément de stockage, les procédés et dispositifs actuels déterminent les valeurs de C et de ESR sur des plages de fonctionnement spécifiques, dans lesquelles l'élément de stockage a un comportement « parfaitement » prévisible, plages difficiles à provoquer ou à caractère aléatoire en fonctionnement standard . C'est pourquoi les procédés et dispositifs actuels appliquent régulièrement des procédures spécifiques de type transition de courant contrôlée +I/-I ou +1/0 pour la mesure de ESR et de type charge ou décharge contrôlée à courant I constant pour la mesure de C.
Cependant, dans la plupart des applications, ces procédures sont difficilement envisageables/applicables lors du fonctionnement de l'application utilisant l'élément de stockage, telle que par exemple l'application automobile. En outre, ces procédures ne permettent pas d'obtenir des mesures en temps réel et en conditions réelles, c'est-à-dire in situ.
Par conséquent, les procédés et dispositifs actuels ne permettent pas de caractériser un élément de stockage par effet capacitif in situ, dans des conditions de fonctionnement réelles sans avoir à arrêter l'application utilisant l'élément de stockage, et ce quelle que soit l'application utilisant l'élément de stockage.
L'invention a pour but de pallier les inconvénients précités.
Un autre but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif permettant de caractériser un élément de stockage d'énergie par effet capacitif dans des conditions de fonctionnement réelles, sans avoir à arrêter l'application utilisant l'élément de stockage ou à avoir à mettre en œuvre un protocole particulier.
Un autre but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif permettant de caractériser un élément de stockage d'énergie par effet capacitif in situ. Enfin, un autre but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif permettant de caractériser un élément de stockage d'énergie par effet capacitif utilisable quelle que soit l'application utilisant ledit moyen. Exposé de l'Invention
L'invention permet d'atteindre au moins l'un des buts précités par un dispositif pour caractériser au moins un élément de stockage d'énergie par effet capacitif, en particulier un supercondensateur également appelé supercapacité, et notamment pour déterminer une donnée relative à un état de santé (SOH) et/ou une donnée relative à un état de charge (SOC) dudit élément de stockage d'énergie, ledit dispositif comprenant :
- au moins un module de mesure de tension comprenant au moins un moyen de mesure d'une tension, dit capteur de tension, dudit élément ;
- au moins un module de mesure de courant comprenant au moins un moyen de mesure d'un courant, dit capteur de courant, dudit élément, lesdits modules de mesure de tension et de mesure de courant étant configurés pour réaliser des mesures avec des dynamiques de réponse du même ordre de grandeur, c'est-à-dire que les réponses indicielles desdits modules sont du même ordre de grandeur temporel ;
- au moins un moyen de commande desdits modules de mesure pour réaliser, pour chaque élément de stockage au moins un cycle de mesure comprenant :
■ une série de mesures de tension aux bornes dudit élément de stockage sur une période de temps, dite période de mesure de tension, et
■ une série de mesures de courant traversant ledit élément de stockage sur une période de temps, dite période de mesure de courant ; et
- au moins un moyen de calcul statistique d'une grandeur relative à chaque élément de stockage à partir des mesures réalisées lors d'au moins un cycle de mesures par lesdits modules ; dans lequel ledit au moins un moyen de commande est en outre configuré pour commander lesdits modules de mesure de sorte que, pour chaque élément de stockage, ladite période de mesures de tension et ladite période de mesures de courant se recouvrent temporellement au moins sur 70%, de préférence 90%, d'une période, dite totale, comprenant lesdites périodes de mesures pour ledit élément de stockage.
On appelle réponse indicielle d'un module de mesure le signal de mesure en sortie du module, noté S(t), obtenu en réponse à un signal en entrée de forme échelon, communément noté l~(t). Par définition, l~(t) = 0 si t < 0 et T(t) = 1 si t > 0.
Par principe de construction d'un module de mesure, S(t) tend vers une constante S∞ appelée la valeur de mesure stabilisée ou stationnaire. Cette valeur sert de référence pour définir les principales caractéristiques temporelles de la réponse indicielle comme par exemple :
- le temps de réponse, noté TR, qui est défini comme le temps nécessaire pour que le signal de mesure demeure dans l'intervalle ±5% autour de la valeur stabilisée S∞ :
Figure imgf000006_0001
- le temps de montée, noté TM, qui est défini comme le temps nécessaire pour que le signal de mesure passe de 10% à 90% de la valeur stabilisée S∞ :
TM = t90% - tio% avec S(tio%) = 10% S∞ et S(t90%) = 90% S∞,
- le temps de retard, noté TD, qui est défini comme le temps nécessaire pour que le signal de mesure atteigne 50% de la valeur stabilisée S
TD / S(TD) = 50% S∞.
On considère que deux réponses indicielles sont du même ordre de grandeur si, au regard d'un temps caractéristique 5tm du cycle de mesures, à savoir le minimum des délais entre deux mesures de tension et des délais entre deux mesures de courant lors du cycle de mesures, les réponses indicielles du module de mesure de tension Su(t) et celle du module de mesure de courant Si(t), sont liées par la relation suivante :
Figure imgf000007_0001
préférence, les capteurs sont choisis de la façon suivante : les temps de réponse des capteurs de courant et de tension diffèrent de moins de 20%, notamment 10%, ou les temps de montée et de retard des capteurs de courant et de tension diffèrent respectivement de moins de 20%, notamment 10%.
Afin d'illustrer la notion de recouvrement temporel, un exemple, nullement limitatif, est présenté lorsque la série de mesures est réalisée sur une période totale de ls allant de t=0 à t= ls, le moyen de commande contrôle :
- le module de mesure de tension pour réaliser une série de mesures de tension sur une période de mesure de tension allant de t=0 à t=0.8s, et
- le module de mesure de courant pour réaliser une série de mesures de courant sur une période de mesure de courant allant de t=0.1s à t= ls.
Dans ce cas, la période de mesure de tension et la période de mesure de courant se recouvrent temporellement pendant 0.7s, entre de t=0.1s à t=0.8s, pour une période totale de ls, ce qui donne un recouvrement de 70% de la période totale. Le dispositif de caractérisation selon l'invention permet de réaliser, pour un élément de stockage ou individuellement pour chaque élément de stockage parmi une pluralité d'éléments de stockage, une série de mesures de tensions et de courants concernant une même période temporelle d'au moins 70% de la période de mesure totale pour cet élément de stockage.
De plus, les mesures de tensions et de courant réalisées pour un élément de stockage sont de nature temporelle équivalente. Les réalités physiques mesurées à la fois par les modules de mesure de tension et de courant concernant un même élément de stockage sont équivalentes en terme temporel. En pratique, cela signifie que les données en sortie des modules de mesure de tension et de mesure de courant sont équivalentes, et notamment que les réponses indicielles des modules de mesures sont du même ordre de grandeur temporel.
Du fait de ces critères, les mesures de tension et de courant réalisées pour un élément de stockage donné sont donc statistiquement compatibles, et prennent en compte les aléas de fonctionnement de l'élément de stockage naturellement présents dans le fonctionnement de l'élément de stockage.
Par conséquent, le dispositif selon l'invention permet de réaliser une caractérisation de chaque élément de stockage d'énergie par effet capacitif sans avoir à mettre en place une procédure spécifique pour prendre en compte les aléas de fonctionnement d'un élément de stockage par effet capacitif. De plus, les mesures de courant et de tension réalisées par le dispositif selon l'invention peuvent être réalisées in situ pendant le fonctionnement de l'application utilisant le moyen de stockage.
Le dispositif selon l'invention permet donc de caractériser un élément de stockage d'énergie par effet capacitif, in situ, dans des conditions de fonctionnement réelles, sans avoir à arrêter l'application utilisant l'élément de stockage, et ce quelle que soit l'application utilisant ledit moyen, y compris l'application automobile.
Avantageusement, 5t étant la période de mesure totale, 5t≤ls peut être une valeur générique acceptable pour éviter l'influence de l'effet capacitif et déterminer ESR par le biais de la formule classique U = ESR x I.
Avantageusement, selon l'invention 5t< 0.2s voire <0.05s lorsque les performances des capteurs de tension et de courant le rendent possible.
Le moyen de commande peut être configuré pour commander les mesures de courant et de tension de sorte qu'au moins une mesure de tension et de courant soit prise dans un même intervalle 5t≤0.1s
Avantageusement, le dispositif permet de caractériser une pluralité d'éléments de stockage. Pour chaque élément de stockage, le dispositif selon l'invention comprend un couple module de mesure de tension et module de mesure de courant, configurés pour mesurer, respectivement, la tension aux bornes de cet élément de stockage et le courant traversant cet élément de stockage.
Un module de mesure, de courant ou de tension, d'un couple associé à un élément de stockage peut faire partie d'un autre couple associé à un autre élément de stockage.
Avantageusement, le module de commande peut être configuré pour commander un module de mesure de tension, respectivement de courant, pour réaliser une série de mesures de tension, respectivement de courant, à une fréquence de mesure supérieure ou égale à 10Hz.
Préférentiellement, le module de commande peut être configuré pour commander un module de mesures de tension, respectivement de courant, pour réaliser une série de mesures de tension, respectivement de courant, à une fréquence de mesure égale à 200Hz.
Ainsi, le dispositif selon l'invention permet de prendre en compte les variations rapides de l'état de l'élément de stockage même lorsqu'il s'agit d'un supercondensateur susceptible de subir des variations importantes sur une courte période. Par conséquent, les mesures de courant et les mesures de tension ne sont pas déconnectées les unes des autres même si elles ne sont pas exactement synchrones.
Les capteurs des modules de mesure peuvent être de préférence choisis pour avoir un temps de réponse, tel que défini plus haut, inférieur à 0.1 seconde, et de préférence à 0.005 seconde.
Au moins un capteur de courant peut avantageusement comprendre :
- un capteur résistif numérique, ou
- un capteur à effet Hall multi-gammes, ou
- un capteur magnétique fluxgate.
Le capteur résistif numérique, appelé aussi shunt numérique, présente une dynamique de mesure élevée. Il fournit une mesure précise et quasi instantanée du courant, avec un temps de réponse typique inférieur à la milliseconde. Il doit être placé dans le circuit électrique qui alimente l'élément de stockage et, de ce fait, génère, entre autres, une résistance électrique supplémentaire et indésirable, et des problématiques supplémentaires en terme de tenue en tension de fonctionnement.
Le capteur à effet Hall multi-gammes présente une dynamique de mesure faible. Il fournit une mesure de courant lissée, avec un temps de réponse typique entre 50 et 100 millisecondes. Grâce aux différentes gammes de mesure, la valeur mesurée est précise. Contrairement au shunt numérique, il n'est pas à placer dans le circuit électrique qui alimente l'élément de stockage, et offre donc plus de flexibilité.
Le capteur magnétique fluxgate présente une dynamique et une précision de mesure équivalentes à celles d'un shunt numérique et présente le même avantage que le capteur à effet Hall multi-gammes en termes de placement. Cependant, le capteur fluxgate présente un coût plus élevé par rapport au capteur résistif numérique ou au capteur à effet Hall multi- gammes.
La liste des capteurs de courant proposée n'est pas exclusive. Tout capteur de courant offrant une mesure suffisamment précise (la précision est généralement spécifiée par l'application mais < 1% de la pleine gamme de mesure est une valeur typiquement requise) et rapide (<0.1s typiquement) du courant sur une gamme représentative de l'application utilisant l'élément de stockage (typiquement quelques milliampères - plusieurs centaines d'ampères) et pouvant supporter ponctuellement des courants extrêmes (typiquement quelques milliers à quelques dizaines de milliers d'ampère) est un candidat potentiel.
Au moins un capteur de tension peut comprendre un convertisseur analogique-numérique configuré pour réaliser une conversion analogique- numérique d'une tension présentée à son entrée.
Un convertisseur analogique numérique (CAN) présente une dynamique de mesure élevée avec un temps de réponse souvent très inférieur à la milliseconde.
Il peut être nécessaire d'adapter l'étage d'entrée du CAN, qui est généralement adaptée à une tension généralement comprise entre 0-5 V, pour correspondre au domaine d'évolution de la tension de l'élément de stockage. Une telle adaptation peut être réalisée par la mise en place d'un étage diviseur de tension dans le module de mesure de tension, en entrée du CAN.
En outre, le choix du CAN dépend de la résolution nécessaire en entrée, par exemple 1 bit pour x mV, et en sortie, par exemple 12bits, 14bits, etc. Ces résolutions peuvent être fixées par le choix des moyens de calcul et de la précision de mesure demandée.
Selon un mode de réalisation, pour arriver à obtenir des mesures de nature temporelle équivalente, le dispositif selon l'invention peut comprendre un ou des capteurs de courant et un ou des capteurs de tension dont les dynamiques de réponse sont similaires ou équivalentes ou encore du même ordre, voire identiques. Par exemple dans cette variante, le dispositif peut comprendre :
- pour les mesures de tension : un ou des capteurs CAN, et
- pour les mesures de courant : un ou des shunts numériques ou un ou des capteurs magnétiques fluxgate.
En effet, le CAN présente une dynamique de mesure élevée, du même ordre que celle d'un shunt numérique ou d'un capteur magnétique fluxgate. Les natures temporelles des mesures de tension et de courant sont dans ce cas équivalentes.
Dans ce cas, chaque module de mesure peut ne comprendre que le capteur correspondant. Selon un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, au moins un module de mesure de tension, respectivement de courant, associé à un élément de stockage comprend au moins un moyen de modification d'une dynamique de réponse du capteur dudit module, par traitement :
- du signal électrique à mesurer fourni en entrée dudit capteur, et/ou
- d'un signal de mesure fourni par ledit capteur ;
de sorte à ajuster la dynamique de réponse dudit capteur de tension, respectivement de courant, par rapport à une dynamique de réponse du capteur de courant, respectivement de tension, du module de mesure de courant, respectivement de tension, associé audit élément de stockage.
Ce faisant, le dispositif selon l'invention permet de disposer de mesures de tension et de courant équivalentes d'un point de vue nature temporelle à la sortie des modules de mesures.
En effet, pour retrouver en sortie des modules de mesure de tension et de courant associés à un élément de stockage des mesures équivalentes alors que le ou les capteurs de tension et le ou les capteurs de courant n'ont pas la même dynamique de réponse, par exemple lorsque le capteur de tension est un CAN et le capteur de courant est un capteur à effet Hall multi- gammes, l'un et/ou l'autre des modules de mesure peut comprendre un ou des moyens de traitement de la tension/courant qui doit être mesurée par le capteur ou du signal de mesure fourni par le capteur.
Ces moyens de traitement peuvent comprendre des moyens de filtrage, tels que des moyens de filtrage analogique, numérique, à moyenne glissante, par transformée de Fourier ou temporelle.
Par exemple, la dynamique d'un CAN est significativement plus élevée que celle d'un capteur à effet Hall multi-gammes. Les natures temporelles des deux mesures ne sont pas dans ce cas équivalentes. Un filtrage peut être introduit pour modifier la réponse indicielle de la chaîne de mesure de tension, de façon à rendre les natures temporelles des mesures équivalentes. Ce filtrage, de type passe-bas, va réduire la dynamique de mesure de tension au niveau de celle du courant. Il y a plusieurs possibilités pour réaliser ce filtrage dont les deux suivants :
- un filtre analogique passe-bas de type RC positionné en amont du CAN : la fréquence de coupure caractéristique est fixée par la réponse indicielle du capteur de courant, sachant qu'en l'absence de caractéristique indicielle précisément connue, il est possible de prendre comme fréquence de coupure une valeur proche de 1/τ> ou l/(Td + Vi Tm)). Dans ce cas, le traitement est appliqué sur le signal représentant la tension à mesurer ;
- un filtre numérique positionné en aval du CAN : le traitement mathématique, à savoir un filtrage numérique passe-bas, moyenne glissante, etc., assure que la mesure filtrée est de même nature temporelle que la mesure de courant. Dans ce cas, le traitement est appliqué sur le signal de mesure fourni par la CAN. Ces moyens de traitement peuvent également être mis en œuvre pour améliorer la précision des mesures, par exemple un filtre faisant une moyenne de plusieurs mesures permet d'abaisser la réponse temporelle d'un capteur tout en augmentant la précision de la mesure. Dans un mode de réalisation particulier du dispositif selon l'invention, le module de commande peut être configuré pour commander le module de mesure de tension et le module de mesure de courant associés à un élément de stockage de sorte à réaliser des mesures de courant et de tension de manière synchrone pour cet élément de stockage.
Préférentiellement, le module de commande peut être configuré pour commander le module de mesure de tension et le module de mesure de courant associés à un élément de stockage de façon à réaliser des mesures de courant et de tension entrelacées pour cet élément de stockage.
En effet, les mesures synchrones de courant et de tension sont difficiles à réaliser alors que les mesures alternées/entrelacées de courant et de tension sont plus simples à réaliser.
Selon l'invention une « alternance de mesure » ou un « entrelacement de mesure » n'est pas limitée à une répétition d'une séquence, comprenant une mesure à tour de rôle de l'une des grandeurs électriques puis une mesure de l'autre des grandeurs électriques, de type ([U, I, U, I] ou [I, U, I, U]) avec « U » la tension et « I » le courant. En effet, l'alternance n'est pas limitée à un rapport 1 : 1 entre mesures de tension et mesures de courant, c'est-à-dire une mesure de tension pour une mesure de courant, et couvre le cas de plusieurs mesures de tension, respectivement de courant, pour une mesure de courant, respectivement de tension.
De plus, selon l'invention une « alternance de mesure » peut-être régulière ou non, c'est-à-dire que le temps entre deux mesures de courant consécutives ou deux mesures de tension consécutives ou encore entre une mesure de courant et une mesure de tension consécutives peut-être constant ou changeant.
Selon l'invention, le moyen de commande peut être avantageusement configuré pour ne pas dépasser un rapport défini par deux mesures de tension, respectivement de courant, pour une mesure de courant, respectivement de tension, c'est-à-dire (2 U : 1 I) ou (1 U : 2 I).
Le dispositif selon l'invention peut en outre comprendre un module de mesure de quantité de charge comprenant un moyen de mesure de quantité de charges, dit capteur de charge, pour au moins un, avantageusement chaque, élément de stockage.
Un tel capteur de charge peut être un intégrateur d'un signal de courant fourni par un capteur de courant. Il peut être indépendant du capteur de courant.
Avantageusement, le moyen de commande peut en outre être configuré pour commander les mesures courant I, de tension U et de quantité de charge Q, de sorte qu'au moins une mesure de chacun des paramètres U, I et de Q soit prise dans un même intervalle 5t < 0.1s.
On notera également que les mesures relatives à la charge sont effectuées sur des temps bien plus longs (approximativement quelques secondes) que les périodes 5t mentionnées précédemment, pour tenir compte de l'effet capacitif. Avantageusement, le dispositif selon l'invention peut en outre comprendre une mémoire tampon pour mémoriser, au moins une partie des valeurs mesurées par les modules de mesure lors d'une série de mesure, en particulier des valeurs de tension et de courant et éventuellement des valeurs de température et/ou de pression, et/ou au moins une partie de valeurs calculées par le moyen de calcul , et éventuellement en association avec un identifiant d'un élément de stockage. Les couples de valeurs mesurés de façon concomitante sont associés dans la mémoire tampon.
La mémorisation peut être réalisée sous forme numérique. La vitesse d'échantillonnage veCh du signal à mesurer peut être choisie de sorte que :
10 ech/s < vech≤ 2500 ech/s. Pour un même cycle de mesure, le nombre de mesures de tension de la série de mesures peut être égal ou différent du nombre de mesures de courant de la série de mesures.
Pour deux cycles de mesures différents, le nombre de mesures de tension, respectivement de courant, de la série de mesure de tension, respectivement de courant, peut être identique ou non.
Dans un mode de réalisation particulier, pour un cycle de mesure donné, le nombre N de mesures de tensions peut être égal au nombre de mesures de courant.
Selon un exemple de réalisation particulier, N peut être choisi tel que 2
< N < 32. Un tel nombre de mesures présente un bon compromis entre précision statistique et puissance de calcul.
Avantageusement, le nombre de mesures N peut être, de manière nullement limitative, un nombre égal à une puissance de 2. Un tel nombre de mesures permet d'optimiser les calculs des grandeurs statistiques.
Les moyens de calcul peuvent être configurés pour réaliser une détermination d'au moins une grandeur statistique intermédiaire. Une telle grandeur statistique intermédiaire peut être par exemple une variance, un écart type ou une moyenne, en ce qui concerne la tension ou le courant.
Pour une grandeur électrique notée G, en considérant N le nombre de mesures de la grandeur électrique :
- la moyenne G peut être calculée en utilisant la relation suivante :
Figure imgf000015_0001
- la variance varG peut être calculée en utilisant la relation suivante : varG = N∑(Gl " G )2 = ∑Gl2 " ° 2
1 1
- l'écart type noté Gg peut être calculée en utilisant la relation suivante :
Figure imgf000016_0001
Pour un élément de stockage donnée, les moyens de calcul peuvent donc être configurés pour ou être aptes à fournir six valeurs, à savoir : U , varUf Ou, I , van et Oi, avec U la tension et I le courant.
Suivant un mode de réalisation particulier, appelé mode de calcul direct dans la suite de la demande, le moyen de calcul peut être configuré pour calculer, de manière statistique au moins une grandeur statistique, à partir des valeurs mesurées par les modules de mesure sur un unique cycle de mesure.
Les grandeurs statiques calculées peuvent alors comprendre ESR ou C déterminées avec le relations suivantes :
Ou = ESR x Oi
varu = ESR2 x van
et
AQ1→2 = Jtt2/(t) dt = C (V(t2) - V(ti))= C AVi→2
AQ1→2= C x (AUi→2 - ESR x ΔΙ1→2)
avec Q la quantité de charge.
Ce mode de calcul direct donne des résultats relativement satisfaisants mais présente l'inconvénient d'être particulièrement sensible dans le cas où les valeurs des grandeurs statistiques calculées sont petites. Par ailleurs, ce mode de calcul direct est très sensible aux incertitudes de mesure propres aux capteurs qui peuvent venir s'ajouter aux fluctuations naturelles des grandeurs physiques. Dans ce mode de réalisation, l'intervalle de temps pour lequel la grandeur statistique est calculée peut correspondre à l'intervalle de temps sur lequel est effectué une série de mesure.
De préférence l'intervalle de temps pour lequel la grandeur statistique, notamment s'agissant d'ESR, est calculée peut être inférieur à ls, notamment égal à 0,1s.
Suivant un autre mode de réalisation particulier, appelé mode de calcul indirect, le moyen de calcul peut être configuré pour calculer, de manière statistique, au moins une grandeur statistique à partir de valeurs mesurées par les modules de mesure sur une pluralité de cycles de mesure, et éventuellement mémorisées dans des moyens de mémorisation.
Dans ce mode de réalisation, le moyen de calcul peut prendre en compte plusieurs séries de mesures de tension et de courant précédemment réalisées et mémorisées, par exemple au travers d'un modèle de régression linéaire.
La prise en compte d'un cycle de mesure préalablement réalisé peut être réalisée soit en considérant les valeurs des mesures réalisées pendant ce cycle de mesure soit en considérant les valeurs des grandeurs calculées statistiquement pour ce cycle de mesure. Ainsi, selon un exemple de réalisation, au moins une grandeur statistique peut être déterminée en prenant en compte, dans un modèle de régression linéaire, les grandeurs statistiques calculées lors d'une pluralité de cycles de mesures. Le calcul indirect peut prendre en compte, de manière glissante, un nombre prédéterminé de mesures précédemment réalisées et mémorisées dans des moyens de mémorisation, ces mesures pouvant être réalisées sur au moins deux cycles de mesures. Cela revient à prendre en compte, de manière glissante, un nombre prédéterminé de mesures précédemment réalisées. Dans ce dernier cas, les moyens de mémorisation peuvent être configurés pour mémoriser uniquement un nombre prédéterminé de mesures précédemment réalisées. Avantageusement, le dispositif selon l'invention peut comprendre des moyens de comparaison pour comparer des valeurs mesurées et/ou calculées avec des valeurs mémorisées, par exemple dans la mémoire tampon, précédemment mesurées ou calculées, les nouvelles valeurs mesurées et/ou calculées étant mémorisées, par exemple dans la mémoire tampon, en fonction des résultats fournis par les moyens de comparaison .
Lorsque les valeurs obtenues lors d'une mesure ou d'un calcul sont identiques ou similaires à des valeurs mémorisées précédemment mesurées ou calculées, alors les nouvelles valeurs mesurées/calculées peuvent ne pas être mémorisées.
Une telle comparaison permet d'éviter de mémoriser plusieurs fois des valeurs mesurées/calculées identiques ou similaires et ainsi de mieux gérer les moyens de mémorisation.
Le dispositif selon l'invention peut en outre comprendre au moins un moyen de mesure d'autres paramètres relatifs à chaque élément de stockage d'énergie, en particulier à l'environnement de chaque élément de stockage d'énergie, tels que par exemple la température ou la pression.
Le dispositif peut alors comprendre au moins un moyen pour convertir les données mesurées à des conditions réelles en des données mesurées à des conditions de référence. Ces moyens de conversion peuvent par exemple comprendre un tableau de conversion construit en fonction de données obtenues expérimentalement et stockées dans des moyens de mémorisation. La conversion peut être effectuée soit avant le calcul d'une ou de grandeurs statistiques soit après.
Selon un autre aspect de l'invention il est proposé un ensemble de stockage d'énergie comprenant :
- une pluralité d'éléments de stockage d'énergie par effet capacitif montés en série et/ou en parallèle, et
- un dispositif de caractérisation selon l'invention, fournissant au moins une donnée de caractérisation pour au moins un desdits éléments de stockage d'énergie. L'ensemble de stockage d'énergie peut en outre comprendre un moyen pour modifier un équilibrage ou une utilisation des éléments de stockage en fonction d'au moins une donnée fournie par le dispositif de caractérisation.
On appelle équilibrage l'action d'homogénéiser la répartition des tensions au sein d'un ensemble de stockage d'énergie. En particulier, on cherche à ce que tous les éléments de stockage d'énergie par effet capacitif montés en série dans une même branche présentent à tout instant la même valeur de tension à leurs bornes, en s'autorisant cependant une dispersion de quelques dizaines de millivolts typiquement.
Une modification d'équilibrage peut comprendre un déroutage total ou partiel du courant traversant un élément de stockage d'énergie dont la tension unitaire est jugée trop élevée par rapport à une valeur nominale attendue. Modifier un équilibrage revient dans ce cas à modifier le déroutage du courant traversant l'élément de stockage d'énergie incriminé. Mais cet exemple ne doit pas être limitatif d'autres procédés amenant à un équilibrage d'un ensemble de stockage d'énergie.
Avantageusement, le dispositif de caractérisation selon l'invention peut être utilisé pour caractériser individuellement chaque élément de stockage d'énergie de l'ensemble de stockage comprenant une pluralité d'éléments de stockage d'énergie montés en série ou en parallèle.
Dans le cas d'un ensemble de stockage comprenant plusieurs éléments de stockages montés en série et/ou en parallèle, le dispositif selon l'invention peut comprendre :
- un module de mesure de courant pour au moins une des branches en parallèle du circuit reliant lesdits éléments de stockage entre eux,
- un module de mesure de tension pour chaque élément de stockage, et éventuellement pour au moins une branche en parallèle du circuit reliant lesdits éléments de stockage entre eux. II peut également ou alternativement comprendre un module de mesure de tension aux bornes du module de stockage d'énergie et des moyens de mesure du courant en sortie du module de stockage d'énergie.
Une série de mesures de tension, respectivement de courant, réalisée pour un élément de stockage peut être réalisée en même temps ou non qu'une série de mesure de tension, respectivement de courant, pour un autre élément de stockage faisant partie dudit module de stockage.
Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé pour caractériser au moins un élément de stockage d'énergie par effet capacitif, en particulier d'un supercondensateur également appelé supercapacité, notamment pour déterminer une donnée relative à un cycle de vie (SOH) ou à un état de charge (SOC) dudit élément de stockage d'énergie, ledit procédé comprenant, pour chaque élément de stockage :
- au moins une itération des étapes suivantes constituant un cycle de mesure :
• une série de mesures de tension réalisées par un module de mesure de tension comprenant au moins un moyen de mesure d'une tension, dit capteur de tension, aux bornes dudit élément de stockage, et
• une série de mesures de courant réalisées par un module de mesure de courant comprenant au moins un moyen de mesure d'un courant, dit capteur de courant, traversant ledit élément de stockage ; et
- une étape de calcul statistique d'une grandeur relative audit élément de stockage à partir desdites mesures de tension et de courant ;
dans lequel lesdites séries de mesures de tension et de mesures de courant sont réalisées sur deux périodes de mesure qui se recouvrent temporellement au moins sur 70%, de préférence 90%, d'une période, dite totale, comprenant lesdites périodes de mesure, les mesures étant réalisées à l'aide de modules de mesure de tension et de courant ayant des dynamiques de réponse de même ordre de grandeur. En particulier, les mesures de tension et les mesures de courant d'un même cycle de mesure peuvent être réalisées à une même fréquence ou à deux fréquences sensiblement égales. Avantageusement, les mesures de tension d'une série de mesure ou les mesures de courant d'une série de mesure peuvent être réalisées à une fréquence supérieure ou égale à 10Hz.
Préférentiellement, la fréquence de mesure de tension et/ou la fréquence de mesure de courant peuvent être à 200Hz.
Le procédé selon l'invention peut en outre comprendre au moins une étape de modification d'une dynamique de réponse d'au moins un capteur de tension ou un capteur de courant, afin d'obtenir des mesures de tension et de courant statistiquement compatibles, ladite étape de modification comprenant au moins un traitement :
- de la tension ou du courant électrique à mesurer fourni(e) en entrée dudit capteur,
- d'un signal de mesure fourni en sortie par ledit capteur. Pour un cycle de mesure, la série de mesures de courant et la série de mesures de tension peuvent être réalisées de sorte que les mesures de tensions et les mesures de courant sont réalisées de manière alternée/entrelacée. Le procédé selon l'invention peut en outre comprendre une étape de mémorisation, dans une mémoire tampon, d'au moins une partie des valeurs de tensions et/ou de valeurs de courants mesurées lors d'une série de mesures d'un cycle de mesure. Le procédé selon l'invention peut comprendre une détermination d'au moins une grandeur statistique intermédiaire. Une telle grandeur statistique intermédiaire peut être par exemple une variance, un écart type ou une moyenne, en ce qui concerne la tension ou le courant. Dans le procédé selon l'invention, au moins une grandeur statistique peut être calculée en prenant en compte :
- des mesures réalisées lors d'un unique cycle de mesure,
- des mesures réalisées lors d'une pluralité de séries de mesures, ou
- de manière glissante, un nombre de mesures précédemment réalisées.
De manière générale, le procédé de caractérisation selon l'invention peut en outre comprendre l'une, ou une combinaison quelconque, des étapes/opérations réalisées par le dispositif selon l'invention et décrites plus haut, avec ou indépendamment de l'architecture dudit dispositif, si rien ne s'oppose à une telle combinaison sur le plan technique. Ces caractéristiques ne seront pas reprises ou détaillées ici pour éviter les lourdeurs rédactionnelles.
Selon un autre aspect de l'invention il est proposé un procédé de gestion d'un ensemble de stockage d'énergie comprenant une pluralité d'éléments de stockage d'énergie par effet capacitif montés en série et/ou en parallèle.
Un tel procédé de gestion comprend :
- au moins une étape de détermination, conformément au procédé de caractérisation selon l'invention, d'au moins une donnée de caractérisation pour au moins un desdits éléments de stockage d'énergie, et
- au moins une étape de modification, en fonction de ladite au moins une donnée de caractérisation, d'un équilibrage ou d'une utilisation d'au moins un élément de stockage dudit ensemble de stockage.
De manière générale, le procédé de gestion selon l'invention peut en outre comprendre l'une, ou une combinaison quelconque, des étapes/opérations réalisées par l'ensemble de stockage selon l'invention et décrites plus haut, avec ou indépendamment de l'architecture dudit ensemble, si rien ne s'oppose à une telle combinaison sur le plan technique. Ces caractéristiques ne seront pas reprises ou détaillées ici pour éviter les lourdeurs rédactionnelles. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'exemples nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :
- la FIGURE 1 est une représentation schématique d'un ensemble de stockage selon l'invention ;
- la FIGURE 2 est une représentation schématique d'un procédé de caractérisation selon l'invention ; et
- la FIGURE 3 est une représentation schématique de plusieurs configurations de réalisation de mesures entrelacées de tension et de courant selon l'invention.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détail structurel, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Nous allons d'abord décrire des exemples non limitatifs de calcul de grandeurs statistiques selon deux modes de calcul de paramètres statiques. Chacun de ces modes de réalisation peut être mis en œuvre dans l'invention, seul ou en combinaison avec l'autre.
Mode de réalisation 1 : Calcul direct
Soit N le nombre de valeurs tension « U » et de courant « I » mesurées dans un cycle de mesure, et sur période totale 5t avec 5t< < ls. Les N valeurs sont réparties par exemple de façon homogène sur la période de mesure 5t, typiquement par entrelacement des prises de mesures de U et de I, comme expliqué plus haut.
On notera qu'avec le dispositif selon l'invention, même si les mesures ne sont pas prises de façon homogène, on retrouve des couples de valeurs à traiter par les moyens de calcul en sortie des modules de courant et de tension (grâce au traitement effectué de façon additionnelle par les moyens de traitement de chacun des modules).
La moyenne des variations d'une grandeur G correspond statistiquement à l'écart-type oG de cette grandeur, ou à sa variance varG=oG 2 si l'on regarde en terme de distance mathématique, et les grandeurs statistiques calculées comprennent notamment la variance ou l'écart-type de la tension et/ou du courant.
Les moyennes U , I d'une part, et les variances varUf van et/ou les écart-types Ou, Oi de U et I sont déterminés grâce au procédé et au dispositif selon l'invention en utilisant les relations suivantes :
Figure imgf000024_0001
Le dispositif et le procédé selon l'invention sont donc aptes à fournir 6 valeurs, déterminés par les moyens de calcul lors de l'étape de calcul, pour chaque période de 5t : U , varUf Ou d'une part, et I , van et Oi d'autre part. Trois de ces valeurs seront mises en mémoire, par exemple en mémoire tampon, pour calcul futur de ESR et de C : I et au choix le couple (varUf van) ou (ou, Oi) .
Calcul de ESR
La valeur de ESR peut alors être calculée, par les moyens de calcul lors de l'étape de calcul, en utilisant l'une des relations suivantes en fonction des couples de données mémorisées :
Ou = ESR x Oi
varu = ESR2 x van
Pour ce mode de réalisation, l'intervalle de temps pour lequel la grandeur statistique ESR est calculée correspond à l'intervalle de temps sur lequel est effectuée une série de mesures, i.e. la période d'un cycle de mesures, et est donc de préférence inférieur à 1 s, notamment à 0,1 s.
Calcul de C
La valeur de C peut être obtenue en reprenant les mêmes mesures de
I et U, et/ou les calculs des grandeurs statistiques I et U , obtenues précédemment lors du calcul de ESR, et en appliquant les équations suivantes :
Figure imgf000025_0001
AQi→2 C (AUi→2 - ESR ΔΙι→2)
dans laquelle :
- AQ correspond à une différence de quantité de charges dans l'élément de stockage entre, deux états © et ©, également mesurée par un capteur de charge ;
- AU correspond à une différence de tension aux bornes de l'élément de stockage, i.e. une différence numérique de U ou U , entre les états © et © ;
- ESR correspond à la valeur calculée précédemment, et - ΔΙ est issu de la différence numérique de I ou I entre les états © et ©.
Afin d'améliorer la précision du calcul, les états © et © de l'élément de stockage peuvent être choisis distants, soit en terme de temps, soit en terme de quantité de charges, soit en terme de tension, pour obtenir des valeurs de « AQ » et/ou de « AU - ESR x ΔΙ » suffisamment éloignées de 0, tout en restant dans un domaine de variation représentatif de l'application utilisant l'élément de stockage.
En terme de temps, les états © et © peuvent par exemple être distants tels que 2s < Ati→2≤ 64s, et notamment 4s < Ati→2 < 16s.
En terme de quantité de charges, les états © et © peuvent par exemple être distants tels que Cnx Un/32 coulomb < |AQi→2| < Cn x U„ coulomb, où Cn est la capacité nominale de l'élément de stockage et Un la tension nominale de fonctionnement de l'élément de stockage, et notamment
Cn x Un/16 coulomb < |AQi→2| < Cn x Un/4 coulomb.
En terme de tension, les états © et © peuvent par exemple être distants tels que Un/32 V < |ΔνΊ→2| < Un V, et notamment Un/16 V < |AV1→2| < Un/4 V.
II peut être intéressant de pouvoir remettre à zéro sur commande la mesure de AQ. Dans ce cas, l'état © peut correspondre à la remise à zéro et l'état © à la mesure de AQ.
On notera que, quel que soit le mode de calcul ou le mode de réalisation, pour déterminer AQ, un capteur de quantité de charges peut être adjoint dans le circuit électrique auquel l'élément de stockage est relié, en lieu et place du calcul effectué par les moyens de calcul à partir des mesures de I ou I .
AQ est alors obtenu directement à partir de ce capteur.
Un tel capteur de charge peut être un intégrateur du courant qui traverse l'élément de stockage. Il peut constituer un capteur spécifique, mis en série d'un capteur de courant. Par exemple, certains shunts numériques fournissent directement, à partir de l'intégration numérique du signal interne de mesure, la quantité de charges qui a traversé le shunt depuis une remise à zéro commandable.
Dans une variante, la présence du capteur de courant peut être mise à profit pour réaliser un tel capteur de charge par intégration analogique ou numérique du signal issu du capteur de courant, en fonction de la nature du signal de sortie du capteur de courant. Par exemple, un capteur à effet Hall multi-gammes fournit généralement un signal analogique qu'il est plus judicieux d'intégrer par voie analogique via un circuit intégrateur dédié. A l'inverse, un capteur magnétique fluxgate fournit généralement un signal numérique qu'il est plus judicieux d'intégrer par voie numérique via un moyen, dédié ou non, de calcul. Dans cette variante de réalisation, il peut être intéressant de dédier un moyen de calcul, un microcontrôleur par exemple, et/ou un moyen de mémorisation de données à l'intégration numérique du signal de sortie du capteur de courant, du fait que ce calcul peut s'avérer consommateur de ressources. Si le signal de sortie est de nature analogique, un CAN intermédiaire pourra convertir le signal de façon à le rendre utilisable par le moyen de calcul et/ou de mémorisation dédiés.
Avantageusement, et quel que soit le mode de réalisation lorsque la grandeur AQ est mesurée à l'aide d'un capteur de charge, les moyens de commande peuvent en outre configurés pour commander les mesures de I, de U et de Q, de sorte qu'au moins une mesure de U, I et de Q soit prise dans un même intervalle 5t < 0.1s. Tel que précisé plus haut, ce mode de réalisation donne des résultats relativement satisfaisants mais a pour inconvénient d'être particulièrement sensible dans le cas où les valeurs de van ou I sont petites.
Par ailleurs, ce mode de réalisation est sensible aux incertitudes de mesure propres aux capteurs qui peuvent venir s'ajouter aux fluctuations naturelles des grandeurs physiques.
Mode de réalisation 2 : Calcul indirect
Dans ce mode de réalisation, une régression linéaire est effectuée à partir des mesures effectuées et/ou des grandeurs statistiques calculées, stockées dans les moyens de stockage du dispositif, et correspondant à k cycles de mesures préalablement réalisées.
Calcul de ESR
La relation utilisée pour réaliser la régression linéaire peut être la suivante :
Figure imgf000028_0001
1
En prenant comme couple (X,Y), le couple (varIfvaru) « a » vaut ESR2 et en prenant comme couple (X,Y), le couple (σι,θυ), « a » vaut ESR. Cette relation prend en compte k couples de valeurs (varIfvaru) ou (θι,θυ) correspondant à k cycles de mesure préalablement réalisées.
En outre, une contrainte forte supplémentaire peut être appliquée à la régression linéaire en utilisant la relation suivante :
Y = a X car le couple (U, I) = (0, 0) se trouve de façon théorique sur la droite.
En utilisant cette contrainte, la formule de régression linéaire devient :
Figure imgf000028_0002
1
Calcul de C
La régression linéaire qui vient d'être décrite peut être utilisée pour déterminer C en prenant pour Y AQ et pour X « AU - ESR x ΔΙ », chaque Δ correspondant à un couple distinct d'états (Φ, ©) .
Les couples d'états (Φ, ©) pourront vérifier les conditions de choix énumérées dans le précédent mode de réalisation. Ils pourront indifféremment se suivre (séquence de type © © ©' ©' ©" ©"...), se chevaucher (séquence de type © ©' © ©" ©' ©"...), être contigus (séquence de type © © = ©' ©' = ©" ©"...), de façon régulière ou non (séquence de type © ©' © ©' = ©" ©"...).
AQ peut être obtenu à partir de l'intégration de I ou I sur l'intervalle de temps qui sépare les états © et ©.
En particulier, l'accès à la valeur de ESR n'est pas immédiat. Cette méthode est particulièrement adaptée en cas de variation lente et/ou valeur faible attendues pour ESR, ce qui est le cas pratique pour un élément de stockage par effet capacitif standard .
Ce deuxième mode de réalisation (calcul indirect ou régression linéaire) corrige efficacement le problème d'imprécision du mode de réalisation précédent par calcul direct mais nécessite du stockage mémoire et des moyens de post-traitement supplémentaires des grandeurs statistiques obtenues.
La méthode de la régression linéaire peut être effectuée :
- soit en calculant les grandeurs statistiques nécessaires ( U , varUf Ou, I , van ou Oi) et en stockant ces grandeurs et en effectuant ensuite la régression linéaire ;
- soit en ayant stocké directement les couples (I, U) mesurés, puis en effectuant à la suite les étapes de calcul des grandeurs statistiques auxiliaires que sont alors U , varUf Ou, I , van ou Oi et l'étape de régression linéaire.
Dans ce deuxième mode de réalisation, il est préférable que le nombre de mesures soit important et que le temps durant lequel les mesures sont prises soit supérieur à celui du premier mode de réalisation.
Les mesures peuvent être prises sur plusieurs minutes voire plusieurs heures. Cela permet d'éviter de fausser la régression en n'ayant des valeurs que dans un seul domaine de valeurs de I et U. Pour le calcul, l'ensemble des couples (I, U) mesurés sera alors décomposé en k sous-ensembles de N, couples, en veillant à respecter les critères relatifs à la distribution temporelle et au temps court entre les mesures de courant et de tension présenté dans le mode de réalisation 1 pour chaque sous-ensemble de mesures. Aucune autre condition n'est mise sur la valeur de N,, qui peut donc être différente d'un sous-ensemble à l'autre. Variantes du deuxième mode de réalisation
Dans le deuxième mode de réalisation, il est également possible de réaliser la régression avec k couples de valeurs (X, Y) glissants au lieu de prendre k couples de valeurs de manière fixe telle que décrite ci-dessus. Dans ce cas, les durées pour lesquelles les grandeurs statistiques sont calculées se chevauchent. Au lieu de faire un calcul tous les k couples de valeurs tel qu'il est proposé précédemment, il est possible de réaliser un nouveau calcul pour chaque nouveau couple de valeurs (X,Y) en ne considérant que les k derniers couples de valeurs. La valeur (X, Y) la plus ancienne est remplacée par le nouveau couple de valeurs (X, Y). L'évolution de la valeur de ESR est alors lissée dans le temps. Dans cette variante du deuxième mode de réalisation, k peut être variable au cours du temps, i.e. le nombre de couples de valeurs peut être variable au cours du temps. Il est par exemple opportunément possible de regrouper les couples (X, Y) par plage de variation de X ou de Y.
En outre, quelle que soit la manière (glissante ou fixe) de prendre en compte les k couples de valeurs, avant de mémoriser un couple de valeurs mesurées/calculées, ce couple de valeurs peut être comparé aux couples de valeurs déjà mémorisés pour déterminer s'il n'existe pas déjà un couple de valeurs identiques ou proches. Si oui, le nouveau couple de valeurs n'est pas mémorisé, sinon il est mémorisé. Une telle comparaison permet d'éviter de saturer les moyens de stockage et/ou d'utiliser des moyens de stockage trop coûteux.
Par exemple, dans la variante de réalisation du deuxième mode calcul dans laquelle les k couples de valeurs sont considérés de manière glissante, rien ne garantit en pratique que ces k couples soient suffisamment dispersés en valeur pour que le résultat de la régression linéaire soit précis. Par exemple, si l'ensemble des valeurs de I ou van considérées sont proches de 0, il y a fort à craindre que le calcul de régression linéaire donne une valeur imprécise. Afin de corriger ce problème, les couples de valeurs peuvent être sélectionnés avant d'effectuer le calcul de régression linéaire.
Avec une telle sélection, l'accès à la valeur de ESR devient encore moins immédiat que précédemment. Cette méthode est donc particulièrement adaptée en cas de variation lente et/ou valeur faible attendues pour ESR.
Le principe d'une telle sélection est le suivant : Pour chaque nouvelle valeur (X, Y), on détermine si ce couple apporte une information intéressante d'un point de vue statistique. Si c'est le cas, il est mis dans la mémoire tampon . Sinon, il est ignoré pour le calcul . Un couple (X,, Y) apporte une information statistique intéressante s'il n'y a pas déjà un couple équivalent en mémoire. Cela revient à vérifier qu'il n'existe en mémoire aucun couple
(Xj, Yj) tel que :
Figure imgf000031_0001
Yj - δΥ/2 < Y < Yj + δΥ/2
avec δΧ/2 et δΥ/2 prédéterminées.
D'un point de vue pratique, pour chaque nouveau couple de valeurs (Xj, Yj), la position théorique de mémorisation dans la mémoire est déterminée. Si un couple n'est pas déjà présent à cet emplacement, les valeurs sont mémorisées. Sinon, le couple de valeurs est ignoré.
Pour déterminer la position théorique d'un couple de valeur (Χ,,Υ), le domaine de variation de X est donc découpé en nx intervalles de largeur δΧ et le domaine de variation de Y en nY intervalles de largeur δΥ : nx x nY zones de stockage sont réservées pour stocker l'ensemble des couples de valeurs (X, Y) possibles.
II y a donc un compromis à trouver entre la quantité de données stockable et les valeurs admissibles de δΧ et δΥ au regard des domaines de variation de X et Y. Il n'est pas obligatoire que les intervalles soient de largeur constante sur l'ensemble du domaine de variation, mais cela est recommandé pour éviter un traitement statistique complexe : compromis taille des moyens de stockage / puissance des moyens de calcul .
Une variante à ce mode sélection peut être de compter le nombre de couples de valeurs dans chacune des nx x nY cases de mémoire et d'accorder un poids (ou coefficient) fonction du nombre de couples dans la case à la valeur associée à cette case. Cependant, cette solution qui est statistiquement encore plus satisfaisante que la précédente, augmente le besoin en taille mémoire car il est alors nécessaire d'utiliser un tableau d'entiers supplémentaire.
Il est également possible de ne stocker qu'un nombre réduit de valeurs pour Y par tranche de valeur de X. Dans ce cas, les valeurs stockées devront être représentatives statistiquement de l'ensemble des valeurs de Y mesurées et/ou calculées pour la tranche de valeur de X considérée. Il est par exemple envisageable de stocker, une moyenne, et/ou une médiane, et/ou une somme des valeurs et le nombre de valeurs correspondant, et/ou un minimum et un maximum, et/ou une variance des valeurs, et/ou un écart-type des valeurs, et/ou une somme des carrés des valeurs et le nombre de valeurs correspondant, pour limiter la taille nécessaire au stockage des valeurs.
Du fait de l'ordre de grandeur attendu de ESR (< 50 milliohms), le calcul de ESR2 (ou ESR) donne une petite valeur. Ceci oblige nécessairement à travailler avec des nombres réels à forte précision. Il peut donc être intéressant de travailler avec l'inverse de ESR [ESR"1] ou l'inverse du carré de ESR [ESR"2], qui sont des nombres grands susceptibles d'être représentés par des entiers sans perte conséquente de précision. Ceci se fait simplement en inversant les équations de base utilisées et précisées plus haut.
Quel que soit le mode de calcul choisi les paramètres SOC et SOH sont par exemple ensuite déterminés en utilisant les relations suivantes :
Es - EL C (U - ESR x I)2 - C UL 2
SOC = F s % = 1 R , , 2 r', , 2 x 100%
n - CL L. UN - L. UL avec Un et UL les tensions respectivement haute et basse de l'élément en fonctionnement.
SOH = (Ç^£m % , ES R ES Ri"it %
V nit E jrnt
avec Qnit et ESRi nit les valeurs initiales des caractéristiques C et ESR de l'élément en fonctionnement. On admet communément que l'élément est en fin de vie lorsque le paramètre SOH atteint la valeur (-20%, 100%), c'est-à- dire lorsque l'élément en fonctionnement présente une perte de 20% de sa capacité et un doublement de son ESR.
Les modes de réalisation ou variantes qui viennent d'être décrit(e)s peuvent être adapté(e)s au type d'application pratique recherchée.
Ainsi, dans le cas où, le moyen de stockage fonctionne de façon continue, sans phase de fonctionnement distinct, les mesures et calculs peuvent être simples et réalisés de manière instantanée. Ce cas de figure peut par exemple utiliser le mode de calcul direct (mode de réalisation 1) décrit plus haut.
Ainsi, dans le cas où le moyen de stockage fonctionne selon différentes phases, par exemple plein régime puis repos, un grand nombre de données peuvent être mémorisées sans traitement et un calcul complexe peut être réalisé à un moment non critique, par exemple lorsque l'élément de stockage est au repos. Ce cas de figure peut par exemple utiliser le mode de calcul indirect (mode de réalisation 2) décrit plus haut.
Pour des raisons de performances de calcul et de simplification du matériel utilisé et une diminution des coûts, il peut même être intéressant de travailler avec des valeurs entières. Cela suppose de discrétiser l'échelle des mesures (à la base réelle même si les capteurs, du fait de la numérisation de la mesure, donnent une valeur déjà discrétisée de la grandeur mesurée) en une échelle de valeurs entières : il est alors préférable de travailler avec l'inverse de ESR. La FIGURE 1 est une représentation schématique d'un exemple d'un ensemble de stockage selon l'invention.
L'ensemble de stockage 100 représenté sur la FIGURE 1 comprend quatre éléments de stockage d'énergie par effet capacitif 102i- 1024 reliés entre eux par un circuit électrique 104 et un dispositif 106 de caractérisation de chacun des éléments de stockage.
Les éléments de stockage 102i et 1022 sont montés en série sur une branche 104i du circuit électrique 104 et les éléments 1023 et 1024 sont montés en série sur une branche 1042 du circuit électrique 104. Les branches 104i et 1042 sont deux branches parallèles d'un même circuit électrique 104. Le dispositif 106 de caractérisation comprend des modules 108i- 1084 de mesure de tension reliés respectivement à chaque élément de stockage d'énergie 102i- 1024. Le dispositif 100 comprend en outre un module 110 de mesure de tension mesurant la tension aux bornes de chacune des branches 104i et 1042, correspondant également à la tension aux bornes de l'ensemble des moyens de stockage 102.
Les modules de mesure de tension 108i- 1084 et 110 comprennent, chacun, un capteur de tension qui est un convertisseur analogique- numérique CAN 0 - 5V.
Le module de mesure de tension 110 comprend en plus, du fait de la tension nominale Un du module supérieure à 5 V, un étage 110i diviseur de tension en entrée du capteur CAN 1102. Le facteur de division est choisi ici à ÷2, comme le nombre d'éléments en série dans chaque branche. L'étage diviseur de tension 110i peut être réalisé de manière passive, par association de résistances et autres composants passifs, ou de manière active, par association de composants passifs et de composants actifs de type transistor ou amplificateur opérationnel. Le dispositif 100 comprend en outre des modules 112i et 1122 de mesure de courant positionnés respectivement sur chacune les branches 104i et 1042. Le dispositif 100 comprend en outre un module 114 de mesure de courant traversant l'ensemble des moyens de stockage et positionné sur une branche 116, dite générale, du circuit électrique sur laquelle se rejoignent les branches 104i et 1042 du circuit électrique.
Les modules de mesure de courant 112i et 1122 et 114 utilisent des capteurs de courant de natures différentes.
Le module 114 utilise un capteur à effet Hall multi-gammes 114i car les fortes valeurs de courant attendues n'autorisent pas l'utilisation d'un shunt numérique. Le signal de sortie de ce capteur 114i étant une tension analogique, le module 114 comprend un capteur CAN 1142 disposé en aval du capteur à effet Hall multi-gammes 114i.
Le module de mesure de courant 112i disposé sur la branche 104i comprend un shunt numérique avec mesure de quantité de charges intégrée, incluant notamment une remise à zéro commandable, les valeurs de courant attendues au niveau de la branche 104i étant compatibles avec cette technologie.
Le module de mesure de courant 1122 disposé sur la branche 1042 comprend un capteur magnétique fluxgate à sortie numérique, plus avantageux que le shunt numérique en terme de tension d'isolement mais également plus volumineux donc plus difficile à positionner dans le circuit.
Les modules 112i et 1122 de mesure de courant pour les branches internes 104i et 1042 comprennent donc uniquement le capteur de courant tel que décrit ci-dessus. Les modules de mesure de tension 108i-1084 comprennent uniquement le capteur CAN, celui-ci étant de nature temporelle équivalente à chacun des capteurs des modules de mesure de courant 112i et 1122.
Le module de mesure de tension 110 comprend, en plus de l'étage
110i diviseur de tension et du capteur CAN 1102 tel que décrit ci-dessus, un filtre 1103 passe-bas analogique pour rendre la nature temporelle de la mesure de tension réalisée équivalente à celle du module de mesure de courant 114. Dans le mode de réalisation décrit ici, le filtre passe-bas analogique 1103 est situé entre la sortie de l'étage diviseur de tension l lOi et l'entrée du capteur CAN 1102. Le filtre passe-bas analogique 1103 peut être réalisé de manière passive, par association de résistances, de capacités et autres composants passifs, ou de manière active, par association de composants passifs et de composants actifs de type transistor ou amplificateur opérationnel. Bien que décrits et représentés séparément, l'étage diviseur de tension l lOi et le filtre passe-bas analogique 1103 peuvent être regroupés/intégrés dans un même circuit électrique.
Le dispositif 100 comprend dans le module de mesure de courant 114, en plus des composants 114i et 1142 décrits ci-dessus, un étage intégrateur analogique en sortie qui permet de fournir une mesure de la quantité de charges ayant circulé dans l'ensemble de stockage formé par les éléments de stockage 102, depuis la dernière commande de remise à zéro. Cet étage intégrateur comprend un intégrateur analogique 1143 qui intègre une commande de remise à zéro et un capteur CAN 1144, positionné en série avec l'intégrateur analogique 1143, qui transforme le signal intégré analogique en un signal numérique. L'intégrateur analogique 1143 peut être réalisé de manière passive, par association de résistances, de capacités et autres composants passifs, ou de manière active, par association de composants passifs et de composants actifs de type transistor ou amplificateur opérationnel.
Le dispositif 100 comprend en outre un capteur 116 de température et un capteur 118 de pression. Ces capteurs réalisent des mesures de température et de pression dans le module, prises en compte de façon commune pour tous les éléments de stockage 102. Ils sont de types connus et on ne détaille pas plus avant leur constitution. Le dispositif 106 comprend une unité centrale 120, reliée à tous les modules de mesure 108-114 et à tous les capteurs 116-118.
Elle comprend une mémoire 122 destinée à mémoriser les valeurs mesurées par les capteurs décrits ci-dessus. La mémoire 122 mémorise les valeurs relatives à chaque élément de stockage 102 de façon séparée et indépendante. La mémoire 122 mémorise également les valeurs de température et de pression, et un tableau de conversion pour permettre de ramener les valeurs de courant et tension mesurées dans des conditions réelles, déterminées à l'aide des mesures de pression et de température à des valeurs dans des conditions de référence.
L'unité centrale 120 comprend également des moyens de calcul 124, comprenant par exemple un ou plusieurs microcontrôleurs, permettant de traiter les données obtenues depuis les modules de mesures, selon des algorithmes de calcul prédéterminés, notamment tels que décrits ci-dessus, et préprogrammés dans les moyens de calcul afin d'obtenir les valeurs des grandeurs statistiques suivantes : d'abord ESR et C, puis SOC et SOH, etc.
L'unité centrale 120 comprend en outre un moyen de commande 126, également appelé unité de commande, comprenant notamment une horloge 126i, configuré pour commander l'ensemble des modules de mesures de tension, de courant, de température et de pression et déclencher l'ensemble des mesures par les différents modules de mesure. Alternativement, le dispositif selon l'invention peut comprendre une unité de commande différente et dédiée pour chaque module de mesure.
Afin d'optimiser les temps de calcul, l'unité centrale 120 comprend également des moyens de calcul 128 dédiés à l'intégration numérique temporelle des mesures de courant issues du capteur magnétique fluxgate 1122. Le but des moyens de calcul 128 est de calculer les mesures de quantité de charges AQ à partir des mesures de courant I. Il est également possible d'utiliser les moyens de calcul 124 pour effectuer cette opération, sans avoir recours à des moyens de calcul dédiés.
Dans le mode de réalisation décrit ici, les moyens 122, 124, 126 et 128 de l'unité centrale 120 peuvent communiquer entre eux de façon numérique et bidirectionnelle au sein de l'unité centrale 120. En particulier, les moyens de calcul dédiés 128 sont reliés à l'unité de commande 126, aux moyens de calcul 124 et à la mémoire 122. En particulier, les moyens de calcul 124 sont reliés à l'unité de commande 126 et à la mémoire 122.
Dans le mode de réalisation décrit ici, l'unité centrale 120, et plus particulièrement l'unité de commande 126, peut communiquer avec l'ensemble des modules de mesure. Les modules comprenant des capteurs numériques communiquent de façon numérique avec l'unité centrale 120. La commande analogique du capteur de courant à effet hall multi-gammes 114i oblige à avoir une communication analogique dans le sens descendant, c'est- à-dire de l'unité centrale 120 vers le module de mesure 114 en parallèle d'une communication numérique dans le sens ascendant, c'est-à-dire du module de mesure 114 vers l'unité centrale 120.
Les capteurs 116 et 118 de mesure de température et de pression communiquent avec l'unité centrale 120 de façon analogique et/ou numérique en fonction du choix du capteur. La communication est essentiellement utilisée dans le sens ascendant, c'est-à-dire du capteur vers l'unité de centrale 120. Dans le mode de réalisation décrit, la communication est analogique dans les 2 sens, ce qui suppose la présence de moyens de conversion analogique/numérique (non représentées) en entrée de ces signaux à l'intérieur de l'unité centrale 120. L'ensemble de stockage 100 représenté sur la FIGURE 1 comprend en plus des éléments de stockage 102i- 1024 et du dispositif de caractérisation 106, une unité d'équilibrage 130 des différents éléments de stockage d'énergie 102i- 1024 en fonction des données fournies par le dispositif de caractérisation 106 et plus particulièrement par l'unité centrale 120 du dispositif de caractérisation 106.
Cette unité d'équilibrage 130 agit sur les moyens de stockage 102i- 1024 en fonction des données obtenues par le dispositif de caractérisation 106 et mémorisées dans les moyens de mémorisation 122.
Cette unité d'équilibrage 130 est reliée/connectée à la mémoire 122.
Bien que représentée indépendamment de l'unité centrale 120 sur la FIGURE 1, l'unité d'équilibrage 130 peut être préférentiellement intégrée dans l'unité centrale 120. Sur la FIGURE 1, les connexions en trait simple symbolisent des connexions analogiques et les connexions en trait multiples des connexions numériques.
La FIGURE 2 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation d'un procédé de caractérisation d'un élément de stockage capacitif selon l'invention.
Le procédé 200 représenté sur la FIGURE 2 comprend une étape 202 réalisant un cycle de mesure pour un élément de stockage, par exemple chaque élément de stockage 102,, ou pour un groupe d'éléments de stockage, par exemple le groupe comprenant les éléments de stockage 102i et 1022 ou le groupe comprenant les éléments de stockage 1023 et 1024 ou encore le groupe comprenant tous les éléments de stockage 102i- 1024.
L'étape 202 comprend une étape 204 réalisant une série de mesures de tension pour chaque élément/groupe avec un module de mesure de tension, par exemple un module 108 ou le module 110 du dispositif de la FIGURE 1.
L'étape 202 comprend également une étape 206, réalisée au moins en partie en même temps que l'étape 204, et réalisant une série de mesures de courant pour chaque élément/groupe avec un module de mesure de courant, par exemple un module 112 ou le module 114 du dispositif la FIGURE 1.
Les mesures de tension et de courant sont réalisées de manière alternée/entrelacée par les modules de mesure associés à chaque élément/groupe.
Chacune des étapes de mesures 204 et 206 est réalisée par exemple de sorte qu'une mesure est prise toute les 5 millisecondes par chaque capteur, et ce de manière entrelacée.
Chaque étape de mesure ou les deux étapes de mesures peuvent être réalisées sur une période totale de 40 millisecondes. Ainsi, un ensemble de huit valeurs de tension et huit valeurs de courant est obtenu pour chaque élément/groupe lors de chaque cycle de mesure 202. Les mesures, et par conséquent les modules de mesures, peuvent être déclenchés par une unité de commande telle que l'unité de commande 126 du dispositif 106 de la FIGURE 1.
Les mesures de courant et de tension sont réalisées de sorte que la série de mesures de courant et la série de mesures de tension sont réalisées sur deux périodes se chevauchant sur une durée supérieure ou égale à 70% de la période totale de mesure.
Le procédé 200 comprend également une étape 208 de mesure de la quantité de charges AQ. Cette étape 208 peut être réalisée avant, pendant ou après un cycle de mesure 202. Une telle étape 208 peut être réalisée, par exemple par l'unité de commande 126, et au travers :
- d'un signal numérique émis vers un capteur de courant, par exemple le capteur de courant 112i qui possède un capteur spécifique intégré, ou
- d'un signal analogique vers un étage intégrateur d'un module de mesure de courant, par exemple l'étage intégrateur du module de mesure de courant 114, et par une remise à zéro analogique dudit étage intégrateur, ou
- d'un signal numérique vers des moyens de calcul dédiés reliés à un module de mesure de courant, par exemple le module de mesure de courant 1122 et les moyens de calcul dédiés audit module 128, et par une remise à zéro numérique desdits moyens de calcul dédiés.
La mesure de la quantité de charges ou l'intégration du courant s'effectue alors pendant une durée prédéterminée de 8 secondes par exemple et fournit une valeur de quantité de charge, et ce pour chaque module de mesure de courant utilisé.
Le procédé comprend également une étape 210, optionnelle, de mesure périodique d'autres paramètres tels que la température, la pression, etc. La périodicité de prise de mesure est de 40 secondes par exemple.
Les mesures prises peuvent être filtrées analogiquement dans le cas de certains capteurs, par exemple le capteur de tension 110 de la FIGURE 1, lors d'une étape optionnelle 212.
Lors d'une étape 214, les mesures prises sont transférées vers un moyen de mémorisation par exemple le moyen de mémorisation 122 de la FIGURE 1, et sont mémorisées en association avec chaque élément ou groupe d'éléments de stockage d'énergie.
Les données mémorisées sont ensuite extraites et utilisées lors d'une étape 215 pour calculer, par exemple grâce aux moyens de calcul 124, pour chacun des éléments/groupe de stockage d'énergie :
- des grandeurs statistiques intermédiaires telles que :
• la moyenne de tension U et de courant I pour chaque série de 8 valeurs, ce qui fournit une valeur pour chaque cycle de mesure de 40 millisecondes,
• la variance de U et de I pour chaque série de huit valeurs ce qui fournit une valeur pour chaque cycle de mesure de 40 millisecondes,
• la variation de tension corrigée de la chute ohmique AV = AU - ESR x ΔΙ, ce qui fournit une valeur pour chaque cycle de mesure de 8 secondes, valeur nécessairement approchée puisque le calcul utilise pour ce faire des valeurs de la grandeur statistique ESR mémorisées et non actualisées. On utilise ensuite ces valeurs en les faisant correspondre à chaque mesure de quantité de charges AQ, une telle mesure étant effectuée sur une pluralité de cycles de mesure de tension et de courant, de sorte que l'effet capacitif soit pris en compte,
- des grandeurs statistiques telles que :
• le SOC, à l'aide de formules prédéterminées mentionnées ci-dessus, ce qui fournit une valeur pour chaque cycle de mesure de 40 millisecondes, valeur nécessairement approchée puisque le calcul utilise pour ce faire des valeurs de grandeurs statistiques mémorisées et non actualisées. Pour ces dernières valeurs, il est donc nécessaire de connaître des valeurs de ESR et C, ce qui suppose la mémorisation de valeurs initiales au démarrage de l'application. Ces valeurs sont obtenues à partir des données obtenues lors d'un précédent calcul de ESR et C ou, à défaut, de valeurs théoriques, par exemple au démarrage du procédé 200.
Le procédé 200 comprend ensuite une étape 216, optionnelle, appliquant aux valeurs calculées des coefficients de conversion. Ces coefficients de conversion sont préalablement renseignés dans un tableau de conversion mémorisé dans des moyens de mémorisation et sont identifiés grâce aux mesures d'autres paramètres tels que la température, la pression, etc. réalisées pendant l'intervalle de temps correspondant aux mesures pour lesquelles les moyennes, variances, variations et autres grandeurs statistiques ont été calculées. La mesure de ces autres paramètres a été réalisée de manière périodique lors de l'étape optionnelle 210 décrite plus haut. Les périodicités de mesure de ces paramètres étant différentes, les valeurs de ces paramètres prises en compte sont les dernières valeurs mesurées au moment de la mesure de tension U et de courant I. Les valeurs calculées et éventuellement corrigées sont mémorisées dans les moyens de mémorisation lors d'une étape 218.
Lorsqu'un nombre prédéterminé k de cycles des mesures ou de mesures ont été réalisées, par exemple lorsque k=32000 mesures de tension U et de courant I sur 160 secondes, soit 4000 valeurs de couples (varUf van), 20 valeurs de couples (AQ, AV) et 4 valeurs de chacun des autres paramètres (température, pression, etc.), et que les résultats des mesures/calculs réalisés ont été mémorisés dans les moyens de mémorisation, le procédé 200 peut comprendre une étape 220 de calcul par régression linéaire sur les k cycles de mesures ou k nombres de mesures et à l'aide de formules prédéterminées mentionnées ci-dessus, en particulier de manière glissante telle que décrit plus haut. L'étape 220 fournit des valeurs actualisées de ESR, C et de SOH et éventuellement de SOC pour chaque élément/groupe d'éléments de stockage d'énergie. Ces valeurs actualisées sont mémorisées dans les moyens de mémorisation en fin d'étape 220 et seront donc prises en compte pour un futur cycle du procédé 200 comme précisé ci-dessus.
Le procédé 200 comprend en outre une étape 222 réalisant un équilibrage à l'aide des différentes données de tension, de courant, de capacité, de résistance et de SOC obtenues pour chacun des éléments de stockage d'énergie d'un ensemble de stockage comprenant une pluralité d'éléments de stockage. Une telle étape d'équilibrage peut être réalisée par l'intermédiaire d'une unité d'équilibrage, telle que l'unité de d'équilibrage 130 de la FIGURE 1. L'étape d'équilibrage est réalisée en fonction de règles d'équilibrage prédéterminées portant sur l'un au moins des paramètres précités. La FIGURE 3 est une représentation schématique de plusieurs configurations, non limitative, de réalisation de mesures entrelacées de tension et de courant selon l'invention.
Sur toutes les configurations décrites, PT désigne la période de mesure de tension pour une série de mesures de tension, Pc désigne la période de mesure de courant pour une série de mesures de courant et P désigne la période totale comprenant à la fois la période de tension PT et la période de courant Pc. Dans toutes les configurations décrites ci-dessous PT et Pc se chevauchent dans le temps sur une durée supérieure ou égale à 70% de P.
Dans la configuration 302, les mesures de tension et de courant sont réalisées de manière synchrone et telle que, pour chaque mesure de tension, une mesure de courant est réalisée. Dans cette configuration, PT = Pc = P- Par conséquent la période de mesure de tension pour réaliser une série de mesures de tension et la période de mesure de courant pour réaliser une série de mesures de courant se chevauchent à 100% de la période totale. De plus, la durée entre deux mesures consécutives de tension est égale à la durée entre deux mesures consécutives de courant, i.e. la fréquence de mesure de tension est égale à la fréquence de mesure de courant.
Dans la configuration 304, les mesures de tension et de courant sont réalisées de manière décalée telle que, pour chaque mesure de tension, une mesure de courant est réalisée un intervalle de temps At après la mesure de tension. Dans cette configuration, PT = Pc et At est très petit devant P. De plus, At est également très petit devant la durée entre deux mesures consécutives de tension (ou deux mesures consécutives de courant). De plus, la durée entre deux mesures consécutives de tension est égale à la durée entre deux mesures consécutives de courant, i.e. la fréquence de mesure de tension est égale à la fréquence de mesure de courant.
Dans la configuration 306, les mesures de tension et de courant sont réalisées de manière alternée telle que, pour chaque mesure de tension, une mesure de courant est réalisée At après. Dans cette configuration, PT = Pc et At est égale à la moitié de la durée entre deux mesures consécutives de tension (ou de courant). De plus, la durée entre deux mesures consécutives de tension est égale à la durée entre deux mesures consécutives de courant, i.e. la fréquence de mesure de tension est égale à la fréquence de mesure de courant.
Dans la configuration 308, les mesures de tension et de courant sont réalisées de manière décalée et avec des fréquences mesure différentes. La période P de mesure totale commence et se termine par une mesure de tension, donc PT = P. De plus, pour chaque mesure de courant réalisée, deux mesures de tension sont réalisées. Chaque mesure de courant est réalisée un intervalle de temps At après une mesure de tension, avec At très petit comparé à P, PT et Pc. De plus, la durée entre deux mesures consécutives de tension est égale à la moitié de la durée entre deux mesures consécutives de courant, i.e. la fréquence de mesure de tension est égale au double de la fréquence de mesure de courant.
Dans la configuration 310, les mesures de tension et de courant sont réalisées de manière alternée synchrone et avec des fréquences de mesure différentes. La période P de mesure totale commence et se termine par une mesure de tension, donc PT = P. La première mesure de courant est réalisée un intervalle de temps At après la première mesure de tension avec At égal à la moitié de la durée entre deux mesures de tension. De plus, pour chaque mesure de courant réalisée, deux mesures de tension sont réalisées, sachant que la durée entre deux mesures de tension consécutives égale au 2/3 de la durée entre deux mesures de courant consécutives, i.e. la fréquence de mesure de tension est égale à 1.5 fois la fréquence de mesure de courant.
Dans les configurations 302-310 la fréquence de mesure de tension et la fréquence de mesure de courant sont chacune constantes.
Dans la configuration 312, les mesures de tension et de courant sont réalisées de manière décalée et avec des fréquences de mesure non constantes dans le temps, uniquement pour la mesure de courant dans ladite configuration présentée mais sans que cela ait un caractère limitatif. La période P de mesure totale commence et se termine par une mesure de tension, donc PT = P. Pour chaque mesure de tension, une mesure de courant est réalisée un temps At après la mesure de tension. Dans cette configuration 312, l'intervalle de temps At n'est pas constant et change pour chaque mesure et est même nulle pour la dernière mesure de courant qui est réalisée en même temps que la dernière mesure de tension.
Dans la configuration 314, les mesures de tension et de courant sont réalisées de manière décalée et avec un retard de déclenchement d'une des séries de mesures, de courant dans ladite configuration présentée mais sans que cela ait un caractère limitatif. La période P de mesure totale commence par une mesure de tension et se termine par une mesure de courant. La période de mesure comprend une première mesure de tension puis une deuxième mesure de tension et à partir de la deuxième mesure de tension une mesure de courant après chaque mesure de tension. La période de mesure se termine par une mesure de courant suivie d'une autre mesure de courant sans qu'il y ait de mesure de tension. Dans cette configuration 312, les fréquences de mesure de tension et de courant sont égales et constantes. La période de mesure de tension est décalée de la période de mesure de courant d'une durée égale à la durée entre deux mesures consécutives de tension (ou de courant) et d'une durée At constante séparant la deuxième mesure de tension et la première mesure de courant (ou la dernière mesure de tension et l'avant dernière mesure de courant). Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. Les exemples décrits pourraient subir de nombreuses variantes. Par exemple, les étapes de conversion 218 et d'équilibrage 222 peuvent être effectuées à différents moments du procédé de calcul 200 décrit à la FIGURE 2 et/ou plusieurs fois au cours dudit procédé. De même, l'étape optionnelle de filtrage 212 peut être effectuée de façon numérique, par exemple par les moyens de calcul 124 de la FIGURE 1. De même, l'étape de calcul des grandeurs statistiques intermédiaires 215 n'est pas une étape obligatoire et seule peut exister l'étape de calcul de grandeurs statistiques 220, intégrant alors tout ou partie des calculs effectués lors de l'étape 215 ainsi que des calculs complémentaires, comme cela est décrit ci-dessus dans le mode de réalisation 1 : Calcul direct. Dans ce cas, les étapes de mémorisation 214 et 218 peuvent se retrouver également rassemblées en une seule étape, par exemple l'étape de mémorisation 218, en fonction de la présence de l'étape optionnelle de conversion 216. De plus, les configurations de mesures peuvent être différentes de celles décrites en référence à la FIGURE 3.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (106) pour caractériser au moins un élément (102) de stockage d'énergie par effet capacitif, ledit dispositif (106) étant caractérisé en ce qu'il comprend :
- au moins un module (108, 110) de mesure de tension comprenant au moins un moyen de mesure d'une tension, dit capteur de tension, dudit élément (102) ;
- au moins un module (112, 114) de mesure de courant comprenant au moins un moyen de mesure d'un courant, dit capteur de courant, dudit élément (102), lesdits modules (108- 114) de mesure de tension et de mesure de courant étant configurés pour réaliser des mesures avec des dynamiques de réponse du même ordre de grandeur, c'est-à-dire que les réponses indicielles desdits modules (108-114) sont du même ordre de grandeur temporel ;
- au moins un moyen (126) de commande desdits modules de mesure (108-114) pour réaliser, pour chaque élément de stockage (102), au moins un cycle de mesure comprenant :
■ une série de mesures de tension aux bornes dudit élément de stockage (102) sur une période de temps (PT), dite période de mesure de tension, et
■ une série de mesures de courant traversant ledit élément de stockage (102) sur une période de temps (Pc), dite période de mesure de courant ; et
- au moins un moyen (124) de calcul statistique d'une grandeur relative à chaque élément de stockage (102) à partir des mesures réalisées lors d'au moins un cycle de mesures par lesdits modules (108-114) ;
dans lequel ledit au moins un moyen de commande (126) est en outre configuré pour commander lesdits modules de mesure (108-114) de sorte que, pour chaque élément de stockage (102), ladite période (PT) de mesures de tension et ladite période (Pc) de mesures de courant se recouvrent temporellement au moins sur 70%, notamment 90%, d'une période (P), dite totale, comprenant lesdites périodes de mesures (PT, Pc) pour ledit élément de stockage (102).
2. Dispositif (106) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de commande (126) est configuré pour commander un module de mesure de tension (108, 110), respectivement de courant (112, 114), pour réaliser une série de mesures de tension, respectivement de courant, à une fréquence supérieure ou égale à 10Hz, notamment 200Hz.
3. Dispositif (106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un capteur de courant (112, 114) comprend :
- un capteur résistif numérique, ou
- un capteur (114i) à effet Hall multi-gammes, ou
- un capteur (1122) magnétique fluxgate.
4. Dispositif (106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un capteur de tension (108, 110) comprend un convertisseur analogique-numérique (108i-1084) configuré pour réaliser une conversion analogique-numérique d'une tension présentée à son entrée.
5. Dispositif (106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un module de mesure de tension (110), respectivement de courant, associé à un élément de stockage (102) comprend au moins un moyen (1103) de modification d'une dynamique de réponse du capteur (1102) dudit module (110) par traitement :
- du signal électrique à mesurer fourni en entrée dudit capteur (1102), et/ou
- d'un signal de mesure fourni en sortie par ledit capteur ; de sorte à ajuster la dynamique de réponse dudit capteur de tension (1102), respectivement de courant, par rapport à une dynamique de réponse du capteur de courant, respectivement de tension, du module de mesure de courant, respectivement de tension, associé audit élément de stockage (102).
6. Dispositif (106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de commande (126) est configuré pour commander le module de mesure de tension (108, 110) et le module de mesure de courant (112, 114) associés à un élément de stockage (102) de façon à réaliser des mesures de courant et de tension entrelacées.
7. Dispositif (106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la période totale (P) d'un cycle de mesure est inférieure ou égale à ls, notamment inférieure ou égale à 0,2s.
8. Dispositif (106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un module de mesure de quantité de charges, comprenant un moyen (1143, 128) de mesure de quantité de charges, dit capteur de charge, de l'élément de stockage (102).
9. Dispositif (106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une mémoire tampon (122) pour mémoriser, au moins une partie des valeurs mesurées par les modules de mesures (108-114) lors d'une série de mesure ou calculées par le moyen de calcul (124).
10. Dispositif (106) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de comparaison de valeurs mesurées et/ou calculées avec les valeurs mémorisées dans la mémoire tampon (122), les nouvelles valeurs mesurées et/ou calculées étant mémorisées dans la mémoire tampon (122) en fonction des résultats fournis par les moyens de comparaison.
11. Dispositif (106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de calcul (124) est configuré pour calculer au moins une grandeur statistique à partir des valeurs mesurées par les modules de mesure sur un unique cycle de mesures.
12. Dispositif (106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen de calcul (124) est configuré pour calculer au moins une grandeur statistique à partir des valeurs mesurées par les modules de mesure sur une pluralité de cycles de mesures.
13. Dispositif (106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen (116, 118) de mesure d'autres paramètres relatifs à chaque élément de stockage d'énergie (102), et un moyen pour convertir les valeurs mesurées à des conditions réelles en des valeurs mesurées à des conditions de référence.
14. Ensemble (100) de stockage d'énergie comprenant :
- une pluralité d'éléments (102i-1024) de stockage d'énergie par effet capacitif montés en série et/ou en parallèle, et
- un dispositif (106) de caractérisation selon l'une quelconque des revendications précédentes fournissant au moins une donnée de caractérisation pour au moins un desdits éléments de stockage d'énergie (102i-1024).
15. Ensemble (100) de stockage selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (130) pour modifier un équilibrage des éléments de stockage (102i-1024) en fonction d'au moins une donnée fournie par le dispositif de caractérisation (106).
16. Procédé (200) pour caractériser au moins un élément de stockage (102) d'énergie par effet capacitif, ledit procédé (200) étant caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque élément de stockage (102) :
- au moins une itération des étapes suivantes constituant un cycle de mesure :
• une série (204) de mesures de tension réalisées par un module (108, 110) de mesure de tension comprenant au moins un moyen de mesure d'une tension, dit capteur de tension, aux bornes dudit élément de stockage (102), et
• une série (206) de mesures de courant réalisées par un module (112, 114) de mesure de courant comprenant au moins un moyen de mesure d'un courant, dit capteur de courant, traversant ledit élément de stockage (102) ; et
- une étape (220) de calcul statistique d'une grandeur relative audit élément de stockage (102) à partir desdites mesures de tension et de courant ;
dans lequel lesdites séries de mesures de tension et de mesures de courant sont réalisées sur deux périodes de mesure (PT,Pc) qui se recouvrent temporellement au moins sur 70%, notamment 90%, d'une période (P), dite totale, comprenant lesdites périodes de mesure (PT,PC), les mesures étant réalisées à l'aide de modules (108-114) de mesure de tension et de courant ayant des dynamiques de réponse de même ordre de grandeur.
17. Procédé (200) selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape de modification d'une dynamique de réponse d'au moins un capteur de tension ou un capteur de courant, afin d'obtenir des mesures de tension et de courant statistiquement compatibles, ladite étape de modification comprenant au moins un traitement :
- de la tension ou du courant électrique à mesurer fourni(e) en entrée dudit capteur,
- d'un signal de mesure fourni en sortie par ledit capteur.
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