WO2014180935A1 - Système de sécurisation pour module de batterie d'accumulateurs et procédé d'équilibrage d'un module de batterie correspondant - Google Patents

Système de sécurisation pour module de batterie d'accumulateurs et procédé d'équilibrage d'un module de batterie correspondant Download PDF

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WO2014180935A1
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Daniel Chatroux
Sébastien CARCOUET
Eric Fernandez
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Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
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Definitions

  • the invention relates to electrochemical storage battery modules, for example used in the field of electric and hybrid transport or embedded systems.
  • the invention also relates to a method of balancing such a battery pack module.
  • the invention can also be applied to supercapacitors.
  • Hybrid combustion / electric or electric vehicles include in particular high power batteries used to drive an AC electric motor via an inverter.
  • the voltage levels required for such engines reach several hundred volts, typically of the order of 400 volts.
  • Such batteries also have a high storage capacity to promote the autonomy of the vehicle in electric mode.
  • the electrochemical accumulators used for such vehicles are generally of the lithium-ion type for their ability to store significant energy with a weight and volume contained.
  • LiFePO4 lithium iron ion-phosphate battery technologies are undergoing significant development due to a high intrinsic safety level, compared to conventional lithium-ion batteries based on cobalt oxide. .
  • such a battery module Bat comprises several accumulator stages, for example four stages Eti, Et 2 , Et 3 and Et 4 , connected in series.
  • Each stage comprises for example at least two, for example four, generally similar accumulators, connected in parallel.
  • the voltage across the four stages is denoted respectively U1, U2, U3 and
  • the total voltage U between the terminals N and P of the battery module 1 is the sum of the voltages U1, U2, U3 and U4.
  • the current flowing through each accumulator of the fourth stage Et4 is noted respectively II, 12, 13 and 14.
  • the current I generated on the terminal P of the battery module Bat is the sum of currents II, 12, 13 and 14.
  • a charged accumulator results in a growth of the voltage at its terminals.
  • a charged accumulator is considered when it has reached a voltage level defined by the electrochemical process.
  • the lithium-ion type accumulators have a minimum voltage below which it is not necessary to go down so as not to degrade the accumulator.
  • the paralleling accumulator branches comprising accumulators put in series, lithium-ion type does not naturally stop, are not used because it must be associated with each accumulator a clipping function and that you have to control the load of these.
  • the large number of such circuits results in a high cost and a high impact on the bulk.
  • One solution consists in using battery modules comprising series of accumulator stages comprising accumulators placed in parallel, as in the example of FIG. 1.
  • a fault on an accumulator usually results in either short-circuiting the accumulator, either by an open circuit or by a large leakage current in the accumulator. It is important to know the impact of battery failure on the battery module. Open or short-circuiting may cause an overall failure of the entire battery module.
  • the battery module behaves like a resistor which causes a discharge of the accumulators of the stage considered to zero.
  • the risks of starting fire are low because the energy is dissipated relatively slowly.
  • the discharge of the accumulators of the stage up to a zero voltage deteriorates them, which implies their replacement in addition to the initially defective accumulator.
  • the fuse placed in series with the battery in short circuit will interrupt the parasitic discharge of the other three accumulators.
  • each battery has a fuse connected to it in series.
  • Fuse protection works on the principle of melting a metal conductor through which an electric current flows. When an accumulator forms a short circuit, the current flowing therethrough increases substantially and fuses its fuse in series to protect the rest of the battery pack Bat.
  • the battery module comprises at least first and second branches each having at least first and second accumulators connected in series.
  • the battery module further comprises a fuse via which the first accumulators of the branches are connected in parallel and through which the second accumulators of the branches are also connected in parallel.
  • the cut-off threshold of the fuse is sized to open when one of the accumulators is short-circuited.
  • some fuses can be crossed by the accumulation of charging or balancing currents to several accumulators of the same floor and remote charging connectivity. Some fuses may thus represent a common connection of several accumulators to the balancing circuit. Therefore, the dimensioning of the fuses of the parallel connections may be difficult to ensure both the protection of the accumulators, the continuity of service of the battery module during a malfunction of an accumulator, and the charging of different accumulators .
  • the life of the fuses can also be reduced by the repeated application of load currents passing through them.
  • the invention aims to at least partially solve these disadvantages of the prior art.
  • the subject of the invention is a security system for a battery module, said system comprising:
  • At least one battery module having a positive pole and a negative pole and defined by a matrix having a first predefined number n of columns, n being greater than or equal to two, and a second predefined number m of lines, m being greater than or equal to two, the matrix being such that:
  • Each column defines a battery branch having accumulators in series, the accumulator branches being connected at their ends in parallel and to the poles of the battery module, and such that
  • Each line of the matrix defines an accumulator stage, and at least one charge control device connected to the poles of the battery module,
  • the battery module further comprises:
  • a plurality of resistors respectively electrically connected to the intermediate point between two accumulators of two adjacent accumulator stages and
  • the load control device is connected to all the connection nodes.
  • the rows of resistors thus make it possible to connect each accumulator stage to a connection node common to all the n resistors of a row of resistors.
  • the voltage measurement at a common node with n resistors provides information on the average voltage of a stage. Indeed, there is no paralleling of the accumulators so that the accumulator voltages of the same given floor are slightly different.
  • the load control device connected to all the connection nodes can thus monitor the state of charge of all the accumulator stages by tracking their average voltage to the connection nodes. Only one load control device is required for all battery stages.
  • This invention thus has the effect of benefiting from the safety of paralleling accumulators in series and the simplicity of balancing systems and monitoring of voltages.
  • the resistors are simple components making it possible to limit the short-circuit current during a fault of an accumulator. In this way, a higher security is obtained in a simple manner at a lower cost than the solutions of the prior art with fuses for example.
  • said resistors are identical. With identical resistors connecting each accumulator stage to a connection node, the voltage measured at the connection node necessarily corresponds to the average voltage of the accumulator stage.
  • the accumulators are lithium iron ion-LiFePO4 type. Accumulators according to LiFeP04 technology generally having an end of charge voltage of the order of 3.6V can withstand an overvoltage before reaching the destruction voltage of the order of 4.5V. Such overvoltage may in particular occur in the event of malfunction with a short-circuited battery.
  • the load control device comprises at least one balancing circuit electrically connected to all the connection nodes.
  • the balancing circuit connected to the connection nodes can therefore monitor the state of charge of each accumulator stage and control the balance progressively for example as soon as a stage reaches the plateau voltage added to a chosen threshold. This threshold can be increased until reaching the end of charge voltage.
  • Each row of n resistors is therefore arranged between two stages of accumulators. This reduces clutter and the number of components.
  • the balancing circuit comprises a plurality of balancing resistors respectively connected in series with a switch, the assembly comprising a balancing resistor and a series switch being arranged in parallel with a accumulator stage while being connected to at least one connection node.
  • the balancing circuit comprises m first equal balancing resistances respectively associated with a battery stage.
  • the balancing circuit comprises: first balancing resistances respectively in series with a switch and associated with an intermediate stage while being connected to at least one connection node and two second balancing resistors respectively in series with a switch and associated with an extreme accumulator stage being connected to at least one connection node and one pole of the battery module, and a second resistor
  • the balancing circuit comprises:
  • the system comprises n resistors connected to the terminals of the accumulators of each end stage which are connected to a pole of the battery module, and the balancing circuit comprises a plurality of switches respectively associated with a stage of accumulators.
  • the charge control device comprises an average voltage measuring device electrically connected to the terminals of the battery module and to all the connection nodes and able to measure the average voltages of the stages of the battery. accumulators.
  • Said control device is for example configured to detect a malfunction of the battery module by monitoring the average voltage across the accumulator stages. It is therefore not necessary to wait for the complete discharge of a stage to detect a malfunction. This detection can be done quickly.
  • Said control device is for example configured to detect a malfunction of the battery module when the average voltage across the terminals of at least one of said accumulator stages diverges from the average voltages across the other accumulator stages.
  • Said control device may be configured to detect a malfunction of the battery module when the average voltage across at least one accumulator stage drops and the average voltages of the other accumulator stages increase.
  • Said control device is for example configured to detect a malfunction of the battery module in case of discharge of at least one accumulator stage.
  • the control device may comprise a charger of the battery module and the average voltage measuring device may control the charger to stop the charging of the battery module, for example when the average voltages of the stages have to be balanced.
  • the average voltage meter can still completely shut down the charger when all stages have reached the end of charge voltage.
  • the system comprises at least two battery modules arranged in series, and an isolation device respectively associated with each battery module and comprising a first switch and a second switch.
  • the first switch is arranged in series with the associated battery module and configured to be closed when the associated battery module is operational and open in the event of a malfunction of said battery module
  • the second switch is arranged as a bypass of the associated battery module and configured to be open when the associated battery module is operational and closed in the event of a malfunction of said battery module.
  • Said control device is for example able to apply an opening control signal of the first switch and to apply a closing control signal of the second switch associated with a battery module in the event of detecting a malfunction of said battery module.
  • the isolation device makes it easy to isolate one of the battery modules, for example in case of malfunction with a short-circuited battery.
  • the Other battery modules can continue to be used this ensures some continuity of service.
  • the invention also relates to a method of balancing a battery module of a system as defined above, said method comprising the following steps:
  • a threshold for triggering the balancing is determined
  • At least one accumulator stage is detected whose average voltage reaches a predefined plateau voltage added to the determined balancing trip threshold
  • the charging of the battery module is stopped when the average voltage of at least one accumulator stage reaches a predefined plateau voltage added to the determined balancing trip threshold
  • At least one accumulator stage of lower average voltage than the average voltage of the other accumulator stages is determined, the closing of the switch in parallel with each accumulator stage of higher average voltage is controlled than the stage a lower average voltage accumulator, whereby the accumulators (A) of the higher average voltage accumulator stages are discharged through the balancing circuit, and
  • the charge of the battery module is restarted when the equilibrium is reached between the average voltages of all the accumulator stages of the battery module.
  • the determination of the threshold for triggering the balancing comprises the following steps: the difference between the plateau voltage and a predefined end of charge voltage is determined,
  • said difference is divided by a predefined number n of accumulators in an accumulator stage, the result obtained is said threshold for triggering the balancing.
  • the threshold to be added to the plateau voltage is gradually increased until a predefined end of charge voltage is reached.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a system comprising an example of battery and balancing circuit according to the state of the art
  • FIG. 2 is a schematic representation of a system comprising a battery module according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a system comprising a battery module according to the invention, a balancing circuit, a voltage measuring device and a charger;
  • FIG. 4 is a schematic representation of the battery module of FIG. 2 on which a balancing current is represented;
  • FIG. 5 illustrates an exemplary balancing circuit comprising balancing resistors
  • FIG. 6a is a schematic representation of a system comprising the battery module of FIG. 4 with the balancing circuit of FIG. 5;
  • FIG. 6b is a schematic representation of a system comprising the battery module of FIG. 2 with a balancing circuit according to a second embodiment
  • FIG. 7a is a schematic representation of a system comprising the battery module of FIG. 2 with a balancing circuit according to a third embodiment
  • FIG. 7b is a schematic representation of a system comprising a variant of the battery module with a balancing circuit without balancing resistor;
  • FIG. 8 is a schematic representation of the battery module of FIG. 2 during a malfunction of an accumulator of the battery module;
  • FIG. 9 schematically illustrates the external currents during the malfunction of an electrochemical cell of the battery module of FIG. 8;
  • FIG. 10 schematically illustrates the flow of a current from the balancing circuit when a malfunction of an electrochemical cell of the battery module
  • FIG. 11 schematically shows an isolated switched battery module
  • FIG. 12 schematically illustrates a battery including several modules of FIG. 11 in a normal operating mode
  • FIG. 13 illustrates the battery of FIG. 12 in an operating mode in which one of the modules includes a faulty accumulator.
  • FIG. 2 schematically shows a system comprising an accumulator battery module 1 according to the invention and a charge control device.
  • the battery module 1 has a negative pole N and a positive pole P of large sections.
  • the load control device comprises in particular a balancing circuit 2 connected to the P and N poles of the battery module 1.
  • the charge control device may further comprise a charger 3 connected to the battery module 1 to charge the module. Battery 1 (see Figure 3).
  • the invention applies in particular to LiFeP04 lithium-ion iron phosphate type battery modules.
  • An accumulator according to LiFeP04 technology has a large voltage tolerance. Indeed, according to LiFeP04 technology, the maximum voltage is of the order of 4.5V, the margin between the end of charge voltage and the destruction voltage of the battery is large, unlike other Lithium chemistries. Indeed, the voltage specified at the end of charging is 3.6V, so the voltage margin is of the order of IV. For the other chemistries which have an end of charge voltage of the order of 4.2V, the margin is only 0.3V between the end of charge voltage of the order of 4.2V and the maximum voltage of the order of 4.5V.
  • the battery module 1 is made in the form of a matrix comprising at least two columns and at least two lines, for example n columns and m rows.
  • Each branch Br comprises at least two accumulators Aij connected in series. And these branches are paralleled by their extremities.
  • the ends of the branches Br, - are connected to the poles P and N.
  • branches Br have the same number of accumulators in series.
  • a stage of accumulators And is defined by the set of accumulators which correspond to the same index i at a line of the matrix defining the battery module 1.
  • the battery module 1 comprises a predefined number n of branches Br, and a predefined number m of stages Et ;.
  • the index i is a natural number corresponding to the number of accumulator stages and varies from 1 to m, and the index] is a natural number corresponding to the number of branches and varies from 1 to n.
  • Each floor And comprises at least two accumulators Ay, or electrochemical cells.
  • Each floor And comprises a predefined number n of accumulators Aij.
  • the index j also corresponds to the number of accumulators in a stage Et ; and varies from 1 to n.
  • Accumulators A are advantageously chosen as similar. In the case of accumulators of unequal quality or different state of charge, it is possible to make a first initial charge slower so as to allow time accumulators to equilibrate. This charge being made only once at the end of manufacture of the battery, its impact can be considered as minor because only time consuming for a battery manufacturer. This is a compromise between the cost and a balancing time and therefore a longer immobilization at the factory outlet.
  • the first branch Bri includes accumulators A to A m connected in series.
  • the second branch Br 2 includes accumulators Ai, 2 to A m , 2 connected in series.
  • the branch Br includes accumulators Aij to A m j connected in series.
  • the last branch Br n includes accumulators Ai, n to A m , n connected in series.
  • the battery module 1 therefore comprises at least one matrix of m battery stages Et; and n battery branches Br, in parallel.
  • the main current of charging and discharging accumulators passes from the accumulator Ay to the accumulator A i + ij then to A i + 2 , j, and so on along the serialization of accumulators Aij, .., Ay,. .. At mj -, then this current collects at the poles P and N via the electrical connections of large sections.
  • Each accumulator Ay of the matrix is electrically connected by a link dimensioned for the charging and discharging currents with the accumulator Ai + y.
  • the battery module 1 further comprises secondary electrical connections provided with resistors Rt between all the accumulators Ay.
  • the battery module comprises a plurality of resistors Rt respectively electrically connected to the intermediate point between two accumulators Ay, Ai + ij of two adjacent accumulator stages And ; , And i + i and a third predefined number of NC connection nodes ; respectively connected to a set of n resistors Rt connected to the intermediate points of the accumulators Ay, A i + ij of two adjacent accumulator stages Et ; , And i + i.
  • the battery module 1 comprises at least one row of n resistors Rt connected to the accumulators Ay, A i + ij of two adjacent accumulator stages Et ; , And i + i.
  • the battery module 1 comprises the predefined number p of rows of resistors Rt. According to the embodiment illustrated in FIG. 1, this third predefined number p_ satisfying the relation (1):
  • p m - 1 where m is the number of accumulator stages And ; .
  • Each row of resistors Rt comprises n resistors Rt, which is the same number as accumulators Aij in an accumulator stage Et ; .
  • the set of accumulators Aij a stage And ; have a terminal connected to a common NG connection node through the resistors Rt.
  • the other terminal of the accumulators Ay can be connected to another common connection node NC; via other respective resistors Rt.
  • the resistors Rt of the first row of resistors connect the negative terminals of the accumulators Ai j of the first stage Eti to the common connection node NG and, on the other hand, connect the positive terminals of the accumulators A. 2j of the second stage And 2 to this common NG connection node.
  • the resistors Rt of the row of resistors of order i connect the negative terminals of the accumulators Ay of the stage Et; to the common connection node NG and on the other hand connect the positive terminals of the accumulators A i + ij of the second stage Et i + i to this common connection node NG.
  • the load control device is also connected to all the common NG connection nodes.
  • the balancing circuit 2 is connected to the common connection nodes NG.
  • the main current in a branch passes through all the accumulators connected in series in this branch.
  • no transverse current flows through the resistors Rt.
  • the dimensioning of the resistances Rt is defined by a compromise between various parameters on which one wants to act, such as:
  • the dimensioning must therefore be done according to the architecture of the module and accumulators used.
  • resistors Rt of large value severe ohms or even tens of ohms
  • the range of values of the resistors Rt may be of the order of 10 ⁇ to 1kH.
  • the resistors Rt may for example be chosen with a value of the order of 50 ⁇ .
  • the voltage measured at the common node NC corresponds to the average voltage of accumulators Aj.
  • the load control device may comprise an average voltage measuring device 5 of the accumulator stages And ; (see Figure 3).
  • This average voltage measuring device 5 is electrically connected to the common nodes NC; to which the accumulator stages Et are respectively connected ; via the resistors Rt and the terminals P and N of the battery module 1.
  • the invention is distinguished from the state of the art by measuring the average voltage of a given stage while conventionally in the prior art the measurement of the voltage of all the accumulators is required. For this, in the prior art, the paralleling of the accumulators by strong current link or fuses cause all the accumulators of the given stage have the same voltage.
  • the plateau voltage is for example of the order of 3.3V. If the measured average voltage is of the order of this plateau voltage added to a given threshold, for example is of the order of 3.4V, the accumulators are considered to have respectively a minimum voltage equal to this plateau voltage of 3 3V. Indeed, by construction, the dispersion of the accumulators according to the LiFePO4 technology is low, in particular of the order of 10%, so when the average measured voltage is of the order of 3.4V, the accumulators of this stage all have a minimum voltage of the order of 3.3V.
  • the average voltage Umoy provides information on the voltages of the accumulators of the given floor to 100mV in the example described. A battery balancing strategy will be described later in more detail.
  • the balancing circuit 2 can thus detect a failure, for example by noting that a stage discharges or charges differently from the other stages. Since a short-circuited accumulator remains connected in parallel with the other accumulators of the stage, it can be detected that the other accumulators are gradually discharged therein. This makes it possible to quickly detect that an accumulator is in fault. The operation in case of malfunction of an accumulator Ay will be detailed later.
  • the load balancing circuit 2 is electrically connected to each of the stages Eti to Et m , as previously described by the common nodes NC; and are also connected to the N and P terminals of the battery module 1.
  • the balancing circuit 2 is configured to implement load balancing of the accumulators j of these stages Et ; , depending on the monitoring of their state of charge. A balancing strategy will be described in more detail later.
  • the balancing circuit 2 comprises a predefined number of balancing resistors Req.
  • the balancing circuit 2 comprises, according to a first embodiment illustrated in FIGS. 5 and 6a, a first balancing resistor Req in series with a switch 4 for each accumulator stage And;
  • the value of the first balancing resistors Req is chosen as a function, in particular, of the performance of the accumulators used, the desired balancing time, and the dissipation that may be admitted in the resistor, the electronic support, and more generally the battery module. .
  • These first balancing resistors Req can have a value of the order of 10 ohms.
  • the first resistors Req and switches 4 associated in series arranged in extreme position can be connected firstly to a terminal P or N of the battery module 1 and secondly to NC common connection node ;.
  • the balancing current Ieq is defined by the first balancing resistors Req but also the resistors Rt which when the switches 4 are closed are in series with the first balancing resistors Req.
  • the equivalent resistance of the circuit corresponds to a first balancing resistor Req added twice to a resistor Rt divided by the number n of resistors Rt, according to relation (2):
  • the equivalent resistance corresponds to a first balancing resistor Req added to a resistor Rt divided by the number n of resistors Rt, according to relation (3):
  • the equivalent resistance is therefore lower for the extreme stages Eti and Et m , and the current is therefore stronger.
  • the balancing circuit 2 comprises a first balancing resistor Req in series with a switch 4 for each intermediate stage of accumulators Et 2 to Et m _i, and for the extreme stages Eti and Et m a second balancing resistor Req 'also in series with a switch 4. It is also possible to provide an alternative embodiment making it possible to eliminate at least some of the balancing resistors, in particular the first balancing resistors Req of the embodiment illustrated in FIG. 6b, since the resistors Rt can serve as resistor balancing, as shown in Figure 7a.
  • the balancing circuit In particular according to the embodiment of FIG. 7a, the balancing circuit
  • n resistors Rt are connected to the terminals of the accumulators Ay of the first stage Eti and to the pole P, and n other resistors Rt are connected to the terminals of the accumulators A mj - of the last stage Et m and to the pole N.
  • each accumulator Aj is connected to a resistor Rt at each of its terminals.
  • the additional resistors Rt connected to the pole P are connected to a common node NCo and the additional resistors Rt connected to the pole N are connected to a common node Nc m .
  • the third predefined number satisfies the following relation (5):
  • the resistors Rt make it possible to keep the accumulators Ay in temperature or to heat them in cold weather, for example by a transfer of heat to the two terminals of the accumulators Aj.
  • a balancing strategy according to the invention consists in waiting for the average voltage Umoy of a stage Et; reaches a plateau end voltage, for example of the order of 3.3V plus a threshold chosen for a storage battery 1 according to LiFeP04 technology.
  • the measuring device 5 can measure the average voltage Umoy of a stage Eti.
  • a charge stop control signal coming for example from the measuring device 5 is transmitted to the charger 3 to stop the charging of the battery module 1 and control the balancing between the stages Eti to Et m .
  • the average voltage measuring device 5 is able to control the charger 3.
  • the plateau corresponding to a charge of between 10% and 90% is of the order of 3.3V. If an imbalance appears, it will therefore be between this plateau voltage of 3.3V and the end of charge voltage generally of the order of 3.6V.
  • the maximum difference is therefore of the order of 0.3V. This maximum deviation is divided by the number n of branches Br, of the battery module 1 and becomes 0.3V / n.
  • This value of 0.3V / n can be the starting point for a preferred balancing solution to set the balancing trip threshold to be added to the 3.3V plateau voltage to stop the load and start the load. balancing. According to the example described, it is chosen to stop the charge as soon as the measured average voltage reaches 3.3V + 0.3V / n, for example 3.36V for a battery module 1 comprising five Br branches.
  • the mean voltages Umoy of the accumulator stages Et are compared ; between them, so as to determine at least one stage of accumulators And; average voltage lower than the average voltage of the other battery stages.
  • the accumulators of the higher average voltage storage stage or stages are discharged into the balancing circuit 2, for example through a resistor
  • the discharge of the accumulators of the stage being balanced is represented by the balancing current leq flowing from the accumulator stages to the balancing circuit 2 to discharge for example in the balancing resistors Req or
  • the balancing current in each accumulator j corresponds to the current
  • the balancing current in each accumulator is therefore very low.
  • the balancing current Ieq is of the order of 250mA, the balancing current
  • each accumulator A of a stage Eti is therefore of the order of 250 mA / n or a few tens of mA at the most for ten accumulators j in parallel.
  • This operation can be done for several floors at the same time.
  • One variant is to provide sequential balancing of two stages of successive accumulators.
  • the balancing operation is repeated until the average voltages of the higher voltage stages reach the average voltage of the lower voltage stage.
  • the threshold chosen can be gradually increased to accelerate the balancing.
  • the measured average voltage value can be raised to 3.6V and thus obtain a complete load at 100% of the stage. It is possible in the example described to have a threshold evolving in this way: 3.36V-3.40V-3.45V-3.50V-3.55V-3.60V.
  • the final charge stop is done as an example when all stages are at
  • a final charge stop threshold of less than 3.6V can be chosen, for example between 3.3V and 3.6V
  • the voltage measuring device 5 can determine the presence of a faulty accumulator by identifying a stage at the terminals of which the voltage varies abnormally with respect to the other stages, either during a charge or during a discharge.
  • the neighboring accumulators will inject a current into the battery A 3; 3 in short circuit.
  • resistors Rt Due to the presence of the resistors Rt, the currents between the branches are weak because limited by the resistors Rt. The use of resistors Rt thus makes it possible to protect the accumulators j simply and at a lower cost.
  • the transverse load currents from neighboring accumulators are relatively limited.
  • the current is limited in the neighboring branches of the faulty accumulator A 3 , 3 (shown in bold in FIG. 8).
  • the current is limited to ⁇ in the accumulator A 3; 3 in default. This current is low, for example less than 100mA, which will help to discharge the stage Et3 containing the faulty accumulator A 3; 3 in a very slow manner.
  • the overcurrent is limited in amplitude and the battery A 3; 3 in default only dissipates a small amount of energy from its neighbors. It is not likely to overheat violently. The risk of fire starting is eliminated or greatly minimized.
  • the accumulators A respectively have a voltage of the order of the plateau voltage, or 3.3V, in normal operation.
  • the measured average voltage Umoy of the stage Et3 will fall by a value corresponding to the plateau voltage, ie 3.3V, divided by the number n Br branches, five in the example of Figures 8 and 9,
  • the average voltage Umoy of the stage Et3 comprising the accumulator A 3; 3 in default will be of the order of 2.64V (see Figure 9).
  • a branch Br has a voltage of the order of the plateau voltage 3.3V multiplied by the number m of stages Et, therefore in the example illustrated with five stages Et ; the voltage of a branch Br is of the order of 3.3 V x 5 5 or 16.5V.
  • the branch Br 3 presenting the battery A 3; 3 in default will drop by a value of the order of the battery voltage of the accumulators, here 3.3V, ie from 16.5V to 13.2V.
  • the branch Br 3 having its voltage dropping from 16.5V to 13.2V a large current I flows through the ends (see Figure 9).
  • the current flowing in the transverse branches contributes to recharge the accumulators in series with the faulty accumulator by the external connections of the battery module 1 as shown in FIG. 9.
  • This transient current thus distributes the plateau voltage on the accumulators in series with the one in default by recharging them.
  • the measuring device 5 measures a voltage which has fallen with respect to the plateau voltage, for example here 2.64V, for the stage Et 3 comprising the accumulator A 3 , 3 in error while it measures a average voltage which has increased on the stages remaining for example here 3,465V corresponding to the average of four accumulators at 3,3V and an accumulator in series with the faulty accumulator A 3; 3 to 4,125V.
  • the accumulators of the branch Br 3 comprising the accumulator A 3; 3 in default and having an overvoltage as explained above are discharged in the adjacent accumulators of the stage concerned.
  • the other stages apart from the stage Et 3 comprising the faulty accumulator discharging completely, the other stages progressively reach a voltage close to the plateau voltage at 3.3V.
  • Another detection mode may be to observe the discharge of the accumulators in parallel in the faulty accumulator.
  • the current flowing through the resistor Rt connected to the faulty accumulator A 3; 3 is smaller than a current F coming from the balancing circuit 2.
  • the current of discharge from the accumulators of the stage Et3 comprising the faulty accumulator A3 may be completely or partially compensated by the current F coming from the balancing circuit 2, according to the dimensioning of the balancing resistors Req, Req '.
  • A3, 3 do not discharge in the latter.
  • FIG. 11 shows a switched module, that is to say a battery module 1 as defined previously associated with a first power switch 6 and a second power switch 7.
  • the first switch 6 is arranged in series with the battery module 1.
  • the second switch 7 is arranged in parallel with the battery module 1.
  • the switches 6 and 7 may be MOSFET transistors, which can easily be appropriately sized at a relatively low cost.
  • the control device is able to control the closing and opening of the switches 6, 7.
  • the switches 6, 7 form an isolation device 8 of the associated battery module 1.
  • the first switch 6 is configured to be closed and the second switch 7 is configured to be open.
  • the opening of the first switch 6 is controlled and the closing of the second switch 7 is controlled.
  • a storage device also called battery, for example whose nominal voltage is for example greater than 100V, generally comprises several battery modules 1 connected in series as shown in Figure 12.
  • the battery has two + and - power output poles.
  • Each battery module 1 is as previously defined with several accumulator stages Et ; in series defining several branches Br, in parallel and is associated with two power switches 6, 7.
  • the battery modules 1 are all operational. Consequently, their first associated switches 6 are closed and their associated second switches 7 are open, so that the battery modules 1 are connected in series.
  • control device can advantageously command short-circuiting this battery module 1 to ensure continuity of service of the rest of the battery.
  • the control device detects a malfunction as explained above by monitoring the average voltages of the stages Et, the first switch 6 is open and kept open in order to isolate the module automatically. battery 1 in case of malfunction. The closing of the second switch 7 is controlled.
  • the battery can be used in a degraded way ensuring continuity.
  • the security system as described above makes it possible to obtain lithium-ion batteries tolerant to the short circuit or open circuit failure of an accumulator, provided with balancing circuits to maximize the life of the accumulators Aj, with the advantage of minimizing the number of circuits balancing and monitoring the high and low voltages of all accumulators.
  • the resistors Rt connect the accumulators of a stage to a common connection node NG on which the average voltage Umoy of the stage can be measured.
  • the detection of a faulty accumulator can take place instantaneously without having to wait for the complete discharge of the accumulator stage comprising the accumulator by detecting a variation of the average voltage at the common node, for example a fall in the average voltage of one stage while the tensions of the other floors increase.
  • the resistors Rt are simple components making it possible to limit the current at a lower cost in order to protect the accumulators in the event of a short circuit in particular.
  • the distribution of the resistors Rt within the battery module 1 ensures a better heat distribution.
  • the plurality of resistors Rt makes it possible to heat up or maintain the temperature of the accumulators A of the battery module 1, especially when used in cold weather.

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Abstract

L'invention concerne un système de sécurisation pour module de batterie (1), ledit système comprenant : - au moins un module de batterie (1) présentant un pôle positif (P) et un pôle négatif (N) et défini par une matrice comportant un premier nombre prédéfini n de colonnes, n étant supérieur ou égal à deux, et un deuxième nombre prédéfini m de lignes, m étant supérieur ou égal à deux, la matrice étant telle que : • chaque colonne définisse une branche (Brj (j= 1.. n)) d'accumulateurs présentant m accumulateurs (Aij) en série, les branches (Brj) d'accumulateurs étant reliées par leurs extrémités en parallèle et aux pôles (P, N) du module de batterie (1), et telle que • chaque ligne de la matrice définisse un étage d'accumulateurs (Eti), et au moins un dispositif de contrôle de charge (2, 5, 3) connecté aux pôles (P, N) du module de batterie (1), caractérisé en ce que : - le module de batterie (1) comprend en outre : • une pluralité de résistances (Rt) respectivement reliées électriquement au point intermédiaire entre deux accumulateurs (Aij, Ai+1j) de deux étages d'accumulateurs adjacents (Eti, Eti+1) et • un troisième nombre prédéfini p de nœuds de connexion (NCi) respectivement connectés à un ensemble de n résistances (Rt) connectées aux points intermédiaires des accumulateurs (Aij, Ai+1j) des deux étages d'accumulateurs adjacents (Eti, Eti+1), et en ce que le dispositif de contrôle de charge (2, 5, 3) est connecté à l'ensemble des nœuds de connexion (NCi).

Description

Système de sécurisation pour module de batterie d'accumulateurs et procédé d'équilibrage d'un module de batterie correspondant
L'invention concerne les modules de batterie d'accumulateurs électrochimiques, par exemple utilisées dans le domaine des transports électriques et hybrides ou les systèmes embarqués. L'invention concerne également un procédé d'équilibrage d'un tel module de batterie d'accumulateurs.
L'invention peut également s'appliquer à des super-condensateurs.
Les véhicules hybrides combustion/électrique ou électriques incluent notamment des batteries de forte puissance utilisées pour entraîner un moteur électrique à courant alternatif par l'intermédiaire d'un onduleur. Les niveaux de tension nécessaires pour de tels moteurs atteignent plusieurs centaines de Volts, typiquement de l'ordre de 400 Volts. De telles batteries comportent également une forte capacité de stockage afin de favoriser l'autonomie du véhicule en mode électrique.
Les accumulateurs électrochimiques utilisés pour de tels véhicules sont généralement du type lithium-ion pour leur capacité à stocker une énergie importante avec un poids et un volume contenus. En particulier, les technologies de batterie de type lithium-ion phosphate de fer LiFeP04 font l'objet d'importants développements du fait d'un niveau de sécurité intrinsèque élevé, par rapport aux batteries lithium-ion classiques à base d'oxyde de cobalt.
Pour obtenir de fortes puissances et capacités de stockage, on place plusieurs groupes d'accumulateurs en série. Le nombre d'étages d'accumulateurs et le nombre d'accumulateurs en parallèle dans chaque étage varient en fonction de la tension, du courant et de la capacité de stockage souhaités. L'association de plusieurs accumulateurs est appelée par la suite module de batterie.
De façon connue, tel qu'illustré sur la figure 1, un tel module de batterie Bat comprend plusieurs étages d'accumulateurs, par exemple de quatre étages Eti, Et2, Et3 et Et4, connectés en série. Chaque étage comprend par exemple au moins deux, par exemple quatre, accumulateurs généralement similaires, connectés en parallèle.
La tension aux bornes des quatre étages est notée respectivement Ul, U2, U3 et
U4. Dans ce schéma, la tension totale U entre les bornes N et P du module de batterie 1 est la somme des tensions Ul, U2, U3 et U4. Le courant traversant chaque accumulateur du quatrième étage Et4 est notée respectivement II, 12, 13 et 14. Le courant I généré sur la borne P du module de batterie Bat est la somme des courants II, 12, 13 et 14.
La charge d'un accumulateur se traduit par une croissance de la tension à ses bornes. On considère un accumulateur chargé lorsque celui-ci a atteint un niveau de tension défini par le processus électrochimique.
Si la charge est arrêtée avant que cette tension ne soit atteinte, l'accumulateur n'est pas complètement chargé.
Il est donc important de surveiller en détail la tension de chaque accumulateur lors de la charge et de la décharge.
En effet, certaines technologies de batterie (NimH, NiCd) écrêtent naturellement la tension à leurs bornes grâce à une réaction chimique parasite au sein de l'électrolyte alcaline et peuvent continuer à être traversés par un courant lorsque leur seuil de tension haut a été atteint. Les autres accumulateurs non encore totalement chargés peuvent continuer à être chargés par le courant. L' écrêtage en tension se fait alors par des réactions électrochimiques internes autres que la réaction électrochimique de fonctionnement de l'accumulateur et ceci s'accompagne de dissipation de chaleur.
En revanche d'autres types de technologies comme les lithium-ion n' écrêtent pas naturellement. Il n'y a pas de réaction électrochimique autre pour assurer un écrêtage de la tension avec dissipation de l'énergie. Il faut impérativement interrompre le courant traversant l'accumulateur pour éviter sa détérioration ou sa destruction totale.
Pour les accumulateurs lithium-ions à base d'oxyde de Cobalt, la surcharge d'un accumulateur peut entraîner son emballement thermique et un départ de feu. Pour un accumulateur à base de phosphate, une surcharge se traduit par une décomposition de l'électrolyte qui diminue sa durée de vie ou peut détériorer l'accumulateur, mais sans amener de risque de feu.
De plus, les accumulateurs de type lithium-ion présentent une tension minimale en dessous de laquelle il ne faut pas descendre pour ne pas dégrader l'accumulateur.
Ainsi, il faut impérativement arrêter la décharge du module de batterie lorsque l'accumulateur le moins chargé atteint son seuil de tension bas. Inversement lors d'une charge, il faut stopper celle-ci lorsque l'accumulateur le plus chargé a atteint son seuil de tension haut.
Toutefois, si la charge est simplement arrêtée lorsque l'accumulateur le plus chargé atteint sa tension de seuil, les autres accumulateurs peuvent ne pas être totalement chargés. Il faut alors dévier le courant pour que celui-ci contourne l'accumulateur le plus chargé et continue à charger les autres accumulateurs du circuit.
De même à la décharge, une fois que l'accumulateur le plus faible est déchargé, il faut éventuellement lui apporter de l'énergie si l'on veut pouvoir continuer à décharger les autres accumulateurs sans détériorer ce premier.
Ces fonctions de déviation de courant et de dissipation ou d'apport d'énergie peuvent être d'autant plus complexes ou de fortes puissances que les accumulateurs de batteries sont dispersés en capacité de stockage.
Dans le cas d'utilisation d'accumulateurs de batterie qui n'écrêtent pas naturellement, comme les accumulateurs lithium-ion il est nécessaire d'associer à chaque accumulateur un circuit annexe d'équilibrage.
Classiquement, les mises en parallèle de branches d'accumulateurs comprenant des accumulateurs mis en série, de type lithium-ion n'écrêtant pas naturellement, ne sont pas utilisées du fait qu'il faut associer à chaque accumulateur une fonction d'écrêtage et qu'il faut contrôler la charge de ceux-ci. Le grand nombre de tels circuits se traduit par un coût élevé et un fort impact sur l'encombrement.
Une solution consiste à utiliser des modules de batterie comprenant des mises en série d'étages d'accumulateurs comprenant des accumulateurs mis en parallèle, comme dans l'exemple de la figure 1.
Toutefois, si les accumulateurs de batterie utilisés pour réaliser ce circuit n'écrêtent pas naturellement, il est nécessaire d'ajouter pour chaque étage un circuit annexe d'équilibrage et de contrôle de charge, pour que tous les étages puissent être chargés correctement.
Par ailleurs, dans toute la durée de vie du module de batterie, certains défauts peuvent apparaître sur certains accumulateurs composant le module de batterie. Un défaut sur un accumulateur se traduit généralement soit par la mise en court-circuit de l'accumulateur, soit par une mise en circuit ouvert, soit par un courant de fuite important dans l'accumulateur. Il est important de connaître l'impact de la défaillance d'un accumulateur sur le module de batterie. Une mise en circuit ouvert ou en court- circuit peut provoquer une défaillance globale de tout le module de batterie.
Dans le cas de l'apparition d'un courant de fuite important dans un accumulateur d'un étage, le module de batterie se comporte comme une résistance qui provoque une décharge des accumulateurs de l'étage considéré jusqu'à zéro. Les risques de départ de feu sont faibles car l'énergie est dissipée relativement lentement. En technologie lithium-ion, la décharge des accumulateurs de l'étage jusqu'à une tension nulle les détériore ce qui implique leur remplacement en plus de l'accumulateur initialement défaillant.
Lorsqu'un accumulateur forme un court-circuit, les autres accumulateurs de l'étage se déchargent dans cet accumulateur, du fait de la forte section des connexions électriques entre eux. Cette décharge se produit rapidement avec une dissipation d'énergie qui se traduit par un échauffement de l'accumulateur en court-circuit et des accumulateurs qui se déchargent dans le court-circuit. Ceci peut être la cause d'un départ de feu.
Cette situation présente un fort danger avec les technologies lithium-ion à base d'oxyde de Cobalt et peut être problématique pour les technologies lithium-ion à base de phosphate de fer si la mise en parallèle concerne un grand nombre d'accumulateurs qui totalisent une forte énergie qui se dissipe dans l'accumulateur en court-circuit.
Par ailleurs, dans un module de batterie formé par une mise en parallèle de branches d'accumulateurs comprenant des accumulateurs mis en série, en cas de dysfonctionnement d'un accumulateur d'une branche d'accumulateurs en série se mettant en court-circuit, la tension des autres branches est répartie sur les accumulateurs de la branche en défaut.
En particulier, pour des accumulateurs lithium-ion standard à base d'oxyde de Cobalt, une telle surtension amène à une défaillance en cascade des accumulateurs avec un fort risque de départ de feu. Face à ces inconvénients précités, certaines solutions de l'état de la technique adoptent des protections de chaque accumulateur par un fusible en série.
L'ajout des fusibles en série avec les accumulateurs tels que représentés sur la figure 1 assurent effectivement une protection contre les défauts des accumulateurs (courts-circuits).
Le fusible placé en série avec l'accumulateur en court-circuit va interrompre la décharge parasite des trois autres accumulateurs.
Afin de protéger le module de batterie Bat des conséquences d'un court-circuit dans un accumulateur, chaque accumulateur présente un fusible qui lui est connecté en série.
La protection par fusible fonctionne sur le principe de la fusion d'un conducteur métallique traversé par un courant électrique. Lorsqu'un accumulateur forme un court- circuit, le courant le traversant augmente sensiblement et fait fondre son fusible en série afin de protéger le reste du module de batterie Bat.
Toutefois, les fusibles individuels en série avec chaque accumulateur engendrent un coût élevé (composant et assemblage) puisque ces protections sont dimensionnées pour le courant nominal des accumulateurs.
De plus, la présence des fusibles en série entre les étages d'accumulateurs nuit au rendement et induit des pertes non négligeables, particulièrement handicapantes pour des applications embarquées. En effet, ces fusibles en série avec les accumulateurs ajoutent une résistance interne au module de batterie d'où des pertes supplémentaires qui abaissent ses performances.
Afin de remédier à ces inconvénients, une solution a été proposée dans le document WO2011/003924 permettant d'éliminer les pertes induites par un système de protection durant le fonctionnement normal du module de batterie, et permettant en outre d'assurer une continuité de service du module de batterie lorsqu'un accumulateur du module de batterie se retrouve en court-circuit ou en coupe-circuit.
Dans ce document, le module de batterie comprend au moins des première et deuxième branches présentant chacune au moins des premier et deuxième accumulateurs connectés en série. Le module de batterie comprend en outre un fusible par l'intermédiaire duquel les premiers accumulateurs des branches sont connectés en parallèle et par l'intermédiaire duquel les deuxièmes accumulateurs des branches sont également connectés en parallèle. Le seuil de coupure du fusible est dimensionné pour s'ouvrir lorsqu'un des accumulateurs est en court-circuit.
Toutefois, durant une recharge rapide à l'arrêt du véhicule en raccordant le module de batterie au réseau électrique ou lors du fonctionnement du moteur électrique en génératrice durant le roulage du véhicule, des courants de recharge ou d'équilibrage non négligeables peuvent être appliqués sur les accumulateurs. Les fusibles connectés dans les connexions en parallèle peuvent ainsi être traversés par des courants relativement importants.
En outre, en cas de dysfonctionnement il est apparu que peu de courant circulait dans les accumulateurs de l'étage lorsque ceux-ci sont éloignés de l'accumulateur en court-circuit. Cela nécessite donc de mettre des fils fusibles ayant des courants de fusion relativement faibles, par exemple inférieur à 2A, et donc relativement résistifs (>50mohms). Ceci n'est pas un problème pour des courants d'équilibrage faible en recharge lente mais peut devenir plus problématique lors d'un équilibrage sous recharge rapide où les courants mis en jeu seront de l'ordre de quelques ampères. Cela pourra donc provoquer la fusion du fil fusible ou au moins le fatiguer ainsi que des pertes thermiques importantes.
De plus, certains fusibles peuvent être traversés par le cumul des courants de recharge ou d'équilibrage à destination de plusieurs accumulateurs d'un même étage et distants de la connectique de recharge. Certains fusibles peuvent ainsi représenter une connexion commune de plusieurs accumulateurs au circuit d'équilibrage. Par conséquent, le dimensionnement des fusibles des connexions en parallèle peut s'avérer délicat pour assurer à la fois la protection des accumulateurs, la continuité de service du module de batterie lors d'un dysfonctionnement d'un accumulateur, et la recharge des différents accumulateurs.
La durée de vie des fusibles peut également être amoindrie par l'application répétée de courants de charge les traversant.
Classiquement, soit par une mise en parallèle directe des accumulateurs soit à l'aide de fusibles, toutes les tensions des accumulateurs d'un même étage donné sont égales. Il suffît alors d'avoir une seule mesure de tension pour connaître la tension de chaque accumulateur de l'étage donné.
L'invention vise à résoudre au moins partiellement ces inconvénients de l'art antérieur.
À cet effet, l'invention a pour objet un système de sécurisation pour module de batterie, ledit système comprenant :
au moins un module de batterie présentant un pôle positif et un pôle négatif et défini par une matrice comportant un premier nombre prédéfini n de colonnes, n étant supérieur ou égal à deux, et un deuxième nombre prédéfini m de lignes, m étant supérieur ou égal à deux, la matrice étant telle que :
• chaque colonne définisse une branche d'accumulateurs présentant m accumulateurs en série, les branches d'accumulateurs étant reliées par leurs extrémités en parallèle et aux pôles du module de batterie, et telle que
• chaque ligne de la matrice définisse un étage d'accumulateurs, et au moins un dispositif de contrôle de charge connecté aux pôles du module de batterie,
caractérisé en ce que :
le module de batterie comprend en outre :
• une pluralité de résistances respectivement reliées électriquement au point intermédiaire entre deux accumulateurs de deux étages d'accumulateurs adjacents et
· un troisième nombre prédéfini p de nœuds de connexion respectivement connectés à un ensemble de n résistances connectées aux points intermédiaires des accumulateurs des deux étages d'accumulateurs adjacents, et
en ce que le dispositif de contrôle de charge est connecté à l'ensemble des nœuds de connexion. Les rangées de résistances permettent ainsi de connecter chaque étage d'accumulateurs à un nœud de connexion commun à l'ensemble des n résistances d'une rangée de résistances. Selon l'invention, la mesure de tension à un nœud de connexion commun à n résistances renseigne sur la tension moyenne d'un étage. En effet, il n'y a pas de mise en parallèle des accumulateurs de sorte que les tensions des accumulateurs d'un même étage donné sont légèrement différentes.
Le dispositif de contrôle de charge connecté à l'ensemble des nœuds de connexion peut ainsi surveiller l'état de charge de l'ensemble des étages d'accumulateurs par suivi de leur tension moyenne aux nœuds de connexion. Un seul dispositif de contrôle de charge est nécessaire pour l'ensemble des étages d'accumulateurs.
Avec cette solution il n'est pas nécessaire d'associer à chaque accumulateur une fonction d'écrêtage et de contrôler la charge des accumulateurs individuellement. Ceci permet de réduire le coût du système et de réduire l'encombrement.
Cette invention a ainsi pour effet de bénéficier de la sécurité des mises en parallèle d'accumulateurs en série et de la simplicité des systèmes d'équilibrage et de surveillances des tensions.
De plus, lorsque les accumulateurs sont similaires et au même état de charge ou de décharge, en fonctionnement normal sans défaut d'un accumulateur, les résistances ne sont parcourues par aucun courant.
Enfin, les résistances sont des composants simples permettant de limiter le courant de court-circuit lors d'un défaut d'un accumulateur. On obtient ainsi de façon simple une sécurité plus élevée pour un coût moindre que les solutions de l'art antérieur avec des fusibles par exemple.
Selon un mode de réalisation, lesdites résistances sont identiques. Avec des résistances identiques reliant chaque étage d'accumulateurs à un nœud de connexion, la tension mesurée au nœud de connexion correspond forcément à la tension moyenne de l'étage d'accumulateurs. Selon un aspect de l'invention, les accumulateurs sont de type lithium-ion phosphate de fer LiFeP04. Les accumulateurs selon la technologie LiFeP04 ayant généralement une tension de fin de charge de l'ordre de 3,6V peuvent supporter une surtension avant d'atteindre la tension de destruction de l'ordre de 4,5V. Une telle surtension peut notamment avoir lieu en cas de dysfonctionnement avec un accumulateur en court-circuit.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de contrôle de charge comprend au moins un circuit d'équilibrage relié électriquement à l'ensemble des nœuds de connexion.
Le circuit d'équilibrage connecté aux nœuds de connexion peut donc surveiller l'état de charge de chaque étage d'accumulateurs et commander l'équilibrage progressivement par exemple dès qu'un étage atteint la tension de plateau additionnée à un seuil choisi. Ce seuil peut être augmenté jusqu'à atteindre la tension de fin de charge.
Selon un mode de réalisation particulier, le deuxième nombre prédéfini m de lignes de la matrice et le troisième nombre prédéfini p de nœuds de connexion vérifient la relation suivante : p=m— l . Chaque rangée de n résistances est donc agencée entre deux étages d'accumulateurs. Ceci réduit l'encombrement et le nombre de composants.
Selon un aspect de l'invention, le circuit d'équilibrage comprend une pluralité de résistances d'équilibrage respectivement connectées en série avec un interrupteur, l'ensemble comprenant une résistance d'équilibrage et un interrupteur en série étant agencé en parallèle d'un étage d'accumulateurs en étant connecté à au moins un nœud de connexion.
Selon un premier mode de réalisation, le circuit d'équilibrage comprend m premières résistances d'équilibrage identiques respectivement associées à un étage d'accumulateurs.
Selon un deuxième mode de réalisation, le circuit d'équilibrage comprend : - des premières résistances d'équilibrage respectivement en série avec un interrupteur et associées à un étage intermédiaire en étant connecté à au moins un nœud de connexion et - deux deuxièmes résistances d'équilibrage respectivement en série avec un interrupteur et associées à un étage d'accumulateurs extrême en étant connecté à au moins un nœud de connexion et à un pôle du module de batterie, et une deuxième résistance
Req '=Req+—
d'équilibrage étant selon la formule : n . Dans le cas particulier où les premières résistances d'équilibrage sont nulles, le circuit d'équilibrage comprend :
- des interrupteurs respectivement associés à un étage intermédiaire en étant connecté à au moins un nœud de connexion et
EL
- deux résistances d'équilibrage de valeur n respectivement en série avec un interrupteur et associées à un étage d'accumulateurs extrême en étant connecté à au moins un nœud de connexion et à un pôle du module de batterie.
Selon un troisième mode de réalisation, le système comprend n résistances connectées aux bornes des accumulateurs de chaque étage extrême qui sont reliées à un pôle du module de batterie, et le circuit d'équilibrage comprend une pluralité d'interrupteurs respectivement associés à un étage d'accumulateurs.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de contrôle de charge comprend un dispositif de mesure de tension moyenne relié électriquement aux bornes du module de batterie et à l'ensemble des nœuds de connexion et apte à mesurer les tensions moyennes des étages d'accumulateurs.
Ledit dispositif de contrôle est par exemple configuré pour détecter un dysfonctionnement du module de batterie par suivi de la tension moyenne aux bornes des étages d'accumulateurs. Il n'est donc pas nécessaire d'attendre la décharge complète d'un étage pour détecter un dysfonctionnement. Cette détection peut se faire rapidement.
Ledit dispositif de contrôle est par exemple configuré pour détecter un dysfonctionnement du module de batterie lorsque la tension moyenne aux bornes d'au moins un desdits étages d'accumulateurs diverge des tensions moyennes aux bornes des autres étages d'accumulateurs.
Ledit dispositif de contrôle peut être configuré pour détecter un dysfonctionnement du module de batterie lorsque la tension moyenne aux bornes d'au moins un étage d'accumulateurs chute et les tensions moyennes des autres étages d'accumulateurs augmentent.
Ledit dispositif de contrôle est par exemple configuré pour détecter un dysfonctionnement du module de batterie en cas de décharge d'au moins un étage d'accumulateurs.
Le dispositif de contrôle peut comprendre un chargeur du module de batterie et le dispositif de mesure de tension moyenne peut piloter le chargeur pour arrêter la charge du module de batterie par exemple lorsque les tensions moyennes des étages doivent être équilibrées.
Le dispositif de mesure de tension moyenne peut encore arrêter complètement le chargeur lorsque tous les étages ont atteint la tension de fin de charge.
Selon un autre aspect de l'invention, le système comprend au moins deux modules de batteries agencés en série, et un dispositif d'isolation respectivement associé à chaque module de batterie et comprenant un premier interrupteur et un deuxième interrupteur. Le premier interrupteur est agencé en série avec le module de batterie associé et configuré pour être fermé lorsque le module de batterie associé est opérationnel et ouvert en cas de dysfonctionnement dudit module de batterie, et le deuxième interrupteur est agencé en dérivation du module de batterie associé et configuré pour être ouvert lorsque le module de batterie associé est opérationnel et fermé en cas de dysfonctionnement dudit module de batterie.
Ledit dispositif de contrôle est par exemple apte à appliquer un signal de commande d'ouverture du premier interrupteur et à appliquer un signal de commande de fermeture du deuxième interrupteur associés à un module de batterie en cas de détection d'un dysfonctionnement dudit module de batterie.
Le dispositif d'isolation permet d'isoler facilement un des modules de batterie par exemple en cas de dysfonctionnement avec un accumulateur en court-circuit. Les autres modules de batterie peuvent continuer à être utilisés cela assure une certaine continuité de service.
L'invention concerne également un procédé d'équilibrage d'un module de batterie d'un système tel que défini précédemment, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- on détermine un seuil de déclenchement de l'équilibrage,
- on surveille la tension moyenne des étages d'accumulateurs aux nœuds de connexion,
- on détecte au moins un étage d'accumulateurs dont la tension moyenne atteint une tension de plateau prédéfinie additionnée au seuil de déclenchement d'équilibrage déterminé,
on arrête la charge du module de batterie lorsque la tension moyenne d'au moins un étage d'accumulateurs atteint une tension de plateau prédéfinie additionnée au seuil de déclenchement d'équilibrage déterminé,
- on compare les tensions moyennes des étages d'accumulateurs entre elles,
on détermine au moins un étage d'accumulateurs de tension moyenne plus faible que la tension moyenne des autres étages d'accumulateurs, on commande la fermeture de l'interrupteur en parallèle de chaque étage d'accumulateurs de tension moyenne plus élevée que l'étage d'accumulateur déterminé de tension moyenne plus faible, de sorte que les accumulateurs (A ) des étages d'accumulateurs de tension moyenne plus élevée se déchargent à travers le circuit d'équilibrage, et
- on recommence la charge du module de batterie lorsque l'équilibre est atteint entre les tensions moyennes de l'ensemble des étages d'accumulateurs du module de batterie.
Selon un mode de réalisation, la détermination du seuil de déclenchement de l'équilibrage comprend les étapes suivantes : on détermine la différence entre la tension de plateau et une tension de fin de charge prédéfinie,
on divise ladite différence par un nombre prédéfini n d'accumulateurs dans un étage d'accumulateur, le résultat obtenu est ledit seuil de déclenchement de l'équilibrage.
Selon un aspect de l'invention, on augmente progressivement le seuil à additionner à la tension de plateau jusqu'à atteindre une tension de fin de charge prédéfinie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un système comprenant un exemple de batterie et de circuit d'équilibrage selon l'état de la technique ;
- la figure 2 est une représentation schématique d'un système comprenant un module de batterie selon l'invention ;
- la figure 3 est une représentation schématique d'un système comprenant un module de batterie selon l'invention, un circuit d'équilibrage, un dispositif de mesure de tension et un chargeur ;
- la figure 4 est une représentation schématique du module de batterie de la figure 2 sur laquelle on a représenté un courant d'équilibrage ;
- la figure 5 illustre un exemple de circuit d'équilibrage comprenant des résistances d'équilibrage ;
- la figure 6a est une représentation schématique d'un système comprenant le module de batterie de la figure 4 avec le circuit d'équilibrage de la figure 5 ;
- la figure 6b est une représentation schématique d'un système comprenant le module de batterie de la figure 2 avec un circuit d'équilibrage selon un deuxième mode de réalisation ;
- la figure 7a est une représentation schématique d'un système comprenant le module de batterie de la figure 2 avec un circuit d'équilibrage selon un troisième mode de réalisation ; - la figure 7b est une représentation schématique d'un système comprenant une variante du module de batterie avec un circuit d'équilibrage sans résistance d'équilibrage ;
- la figure 8 est une représentation schématique du module de batterie de la figure 2 lors d'un dysfonctionnement d'un accumulateur du module de batterie ;
- la figure 9 illustre schématiquement les courants externes lors du dysfonctionnement d'une cellule électrochimique du module de batterie de la figure 8 ;
- la figure 10 illustre schématiquement la circulation d'un courant provenant du circuit d'équilibrage lors du dysfonctionnement d'une cellule électrochimique du module de batterie ;
- la figure 11 représente de façon schématique un module de batterie commuté isolé ;
- la figure 12 illustre de façon schématique une batterie incluant plusieurs modules de la figure 11 dans un mode de fonctionnement normal ; et
- la figure 13 illustre la batterie de la figure 12 dans un mode de fonctionnement où l'un des modules inclut un accumulateur défaillant.
Système
On a représenté de façon schématique sur la figure 2, un système comprenant un module de batterie d'accumulateurs 1 selon l'invention et un dispositif de contrôle de charge.
Le module de batterie 1 présente un pôle négatif N et un pôle positif P de fortes sections.
Le dispositif de contrôle de charge comprend notamment un circuit d'équilibrage 2 connecté aux pôles P et N du module de batterie 1. Le dispositif de contrôle de charge peut comprendre en outre un chargeur 3 relié au module de batterie 1 pour charger le module de batterie 1 (cf. figure 3).
Module de batterie
L'invention s'applique en particulier aux modules de batterie de technologie de type lithium-ion phosphate de fer LiFeP04. Un accumulateur selon la technologie LiFeP04 présente une grande tolérance de tension. En effet, selon la technologie LiFeP04 la tension maximale est de l'ordre de 4,5V, la marge entre la tension de fin de charge et la tension de destruction de l'accumulateur est importante, contrairement aux autres chimies Lithium. En effet, la tension spécifiée en fin de charge est de 3,6V, donc la marge en tension est de l'ordre de IV. Pour les autres chimies qui ont une tension de fin de charge de l'ordre de 4,2V, la marge n'est que de 0,3V entre la tension de fin de charge de l'ordre de 4,2V et la tension maximale de l'ordre de 4,5V.
Le module de batterie 1 est réalisé sous la forme d'une matrice comprenant au moins deux colonnes et au moins deux lignes, par exemple n colonnes et m lignes.
Le module de batterie 1 comprend au moins deux branches Br,(j=l ..n) formant les colonnes de la matrice. Chaque branche Br, comprend au moins deux accumulateurs Aij connectés en série. Et ces branches sont mises en parallèles par leurs extrémités. Les extrémités des branches Br,- sont reliées aux pôles P et N.
De plus, les branches Br, présentent le même nombre d'accumulateurs en série.
Un étage d'accumulateurs Et; est défini par l'ensemble des accumulateurs qui correspondent à un même indice i au niveau d'une ligne de la matrice définissant le module de batterie 1.
Plus précisément, le module de batterie 1 comprend un nombre prédéfini n de branches Br, et un nombre prédéfini m d'étages Et;. L'indice i est un nombre naturel correspondant au nombre d'étages d'accumulateurs et varie de 1 à m, et l'indice ] est un nombre naturel correspondant au nombre de branches et varie de 1 à n.
Chaque étage Et; comprend au moins deux accumulateurs Ay, ou cellules électrochimiques. Chaque étage Et; comprend un nombre prédéfini n d'accumulateurs Aij. L'indice j correspond aussi au nombre d'accumulateurs dans un étage Et; et varie de 1 à n.
Les accumulateurs A sont avantageusement choisis similaires. Dans le cas d'accumulateurs de qualité inégale ou d'état de charge différent, il est possible de réaliser une première charge initiale plus lente de façon à laisser le temps aux accumulateurs de s'équilibrer. Cette charge ne se faisant qu'une fois en fin de fabrication de la batterie, son impact peut être considéré comme mineur car uniquement consommateur de temps pour un constructeur de batterie. Ceci est un compromis entre le coût et un temps d'équilibrage et donc une immobilisation en sortie d'usine plus long.
Dans l'exemple illustré sur la figure 2, la première branche Bri inclut des accumulateurs A à Amj connectés en série. La deuxième branche Br2 inclut des accumulateurs Ai,2 à Am,2 connectés en série. La branche Br, inclut des accumulateurs Aij à Amj connectés en série. La dernière branche Brn inclut des accumulateurs Ai,n à Am,n connectés en série.
Le module de batterie 1 comprend donc au moins une matrice de m étages d'accumulateurs Et; et de n branches d'accumulateurs Br, en parallèle.
Dans toutes les colonnes de la matrice formées par les branches Brj, le courant principal de charge et décharge des accumulateurs passe de l'accumulateur Ay vers l'accumulateur Ai+ij puis vers Ai+2, j, et ainsi de suite tout au long de la mise en série des accumulateurs Aij, .., Ay, . .. Amj-, puis ce courant se rassemble aux pôles P et N par l'intermédiaire des connexions électriques de fortes sections.
Chaque accumulateur Ay de la matrice est connecté électriquement par une liaison dimensionnée pour les courants de charge et décharge avec l'accumulateur Ai+y.
Le module de batterie 1 comporte en outre des liaisons électriques secondaires munies de résistances Rt entre tous les accumulateurs Ay.
Plus précisément, le module de batterie comprend une pluralité de résistances Rt respectivement reliées électriquement au point intermédiaire entre deux accumulateurs Ay, Ai+ij de deux étages d'accumulateurs adjacents Et;, Eti+i et un troisième nombre prédéfini de nœuds de connexion NC; respectivement connectés à un ensemble de n résistances Rt connectées aux points intermédiaires des accumulateurs Ay, Ai+ij de deux étages d'accumulateurs adjacents Et;, Eti+i.
Plus précisément, le module de batterie 1 comprend au moins une rangée de n résistances Rt connectées aux accumulateurs Ay, Ai+ij de deux étages d'accumulateurs adjacents Et;, Eti+i.
Dans l'exemple illustré, le module de batterie 1 comporte le nombre prédéfini p de rangées de résistances Rt. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 1, ce troisième nombre prédéfini p_ vérifiant la relation (1) :
(1) p=m - l où m est le nombre d'étages d'accumulateurs Et;. Chaque rangée de résistances Rt comprend n résistances Rt, soit le même nombre que d'accumulateurs Aij dans un étage d'accumulateurs Et;.
Les résistances Rt d'une rangée de résistances sont respectivement reliées électriquement d'une part entre un premier accumulateur A et un deuxième accumulateur Ai+ij en série d'une branche Br, et d'autre part à nœud de connexion dit commun NG (i=l ..m-l) à l'ensemble des n résistances Rt de la rangée de résistances.
Ainsi, l'ensemble des accumulateurs Aij d'un étage Et; ont une borne connectée à un nœud de connexion commun NG par l'intermédiaire des résistances Rt.
L'autre borne des accumulateurs Ay peut être connectée à un autre nœud de connexion commun NC; par l'intermédiaire d'autres résistances Rt respectives. Lorsqu'il s'agit des étages d'accumulateurs extrêmes Eti et Etm, l'autre borne des accumulateurs Aij (j=l ..n) et Amj- (j=l ..n) peut être connectée à un pôle P ou N du module de batterie 1.
Ainsi dans l'exemple illustré sur la figure 2, les résistances Rt de la première rangée de résistances connectent les bornes négatives des accumulateurs Ai j du premier étage Eti au nœud de connexion commun NG et d'autre part connectent les bornes positives des accumulateurs A2j du deuxième étage Et2 à ce nœud de connexion commun NG.
Plus généralement les résistances Rt de la rangée de résistances d'ordre i, connectent les bornes négatives des accumulateurs Ay de l'étage Et; au nœud de connexion commun NG et d'autre part connectent les bornes positives des accumulateurs Ai+i j du deuxième étage Eti+i à ce nœud de connexion commun NG.
En outre, le dispositif de contrôle de charge est aussi connecté à l'ensemble des nœuds de connexion communs NG.
Selon le mode de réalisation illustré, le circuit d'équilibrage 2 est connecté aux nœuds de connexion communs NG. Durant une phase de charge ou de décharge, le courant principal dans une branche traverse l'ensemble des accumulateurs connectés en série dans cette branche. Durant un tel fonctionnement, si l'ensemble des accumulateurs A sont similaires et présentent un même état de charge ou de décharge, aucun courant transversal ne circule à travers les résistances Rt.
Le dimensionnement des résistances Rt est défini par un compromis entre différents paramètres sur lesquels on veut agir, tels que :
- le courant continu maximum accepté dans une branche Br,,
- le temps de décharge d'un étage Et; comprenant un accumulateur Ay en défaut,
- le courant d'équilibrage Ieq (cf figure 4) correspondant au courant échangé par un étage Et; avec le circuit d'équilibrage 2,
- le temps d'équilibrage des accumulateurs d'une même branche Br,, ceci pouvant être fonction du mode de recharge lent ou rapide,
- une détection de fin de charge plus aisée, ceci est d'autant plus aisé que le nombre d'accumulateurs A en parallèle est faible.
Le dimensionnement doit donc se faire en fonction de l'architecture du module et des accumulateurs utilisés.
Cette solution peut être réalisée avec des résistances Rt de valeur importante (plusieurs ohms voire plusieurs dizaines d'ohms) de façon à limiter le courant d'équilibrage entre accumulateurs et donc réchauffement d'un accumulateur en cas de court-circuit tout en ayant un temps d'équilibrage compatible avec l'application.
À titre d'exemple illustratif, la plage de valeurs des résistances Rt peut être de l'ordre de 10Ω à lkH Les résistances Rt peuvent par exemple être choisies avec une valeur de l'ordre de 50Ω.
Par ailleurs, la tension mesurée au nœud commun NC; correspond à la tension moyenne des accumulateurs Aj.
À cet effet, le dispositif de contrôle de charge peut comporter un dispositif de mesure de tension moyenne 5 des étages d'accumulateurs Et; (cf figure 3). Ce dispositif de mesure de tension moyenne 5 est relié électriquement aux nœuds communs NC; auxquels sont connectés respectivement les étages d'accumulateurs Et; par l'intermédiaire des résistances Rt ainsi qu'aux bornes P et N du module de batterie 1.
L'invention se distingue de l'état de l'art par la mesure de la tension moyenne d'un étage donné alors que classiquement dans l'art antérieur la mesure de la tension de tous les accumulateurs est exigée. Pour cela, dans l'art antérieur, la mise en parallèle des accumulateurs par liaison de fort courant ou par des fusibles entraînent que tous les accumulateurs de l'étage donné ont la même tension.
En outre, une telle structure permet, en particulier pour les modules de batterie de type LiFeP04 de savoir si les tensions des accumulateurs A sont correctes et de déterminer aisément une zone du module de batterie 1 défaillante.
Pour rappel, la tension de plateau est par exemple de l'ordre de 3,3V. Si la tension moyenne mesurée est de l'ordre de cette tension plateau additionnée à un seuil donné, par exemple est de l'ordre de 3,4V, les accumulateurs sont considérés comme présentant respectivement une tension minimum égale à cette tension de plateau de 3,3V. En effet, par construction, la dispersion des accumulateurs selon la technologie LiFeP04 est faible, notamment de l'ordre de 10 %, ainsi lorsque la tension moyenne mesurée est de l'ordre de 3,4V, les accumulateurs de cet étage ont tous une tension au minimum de l'ordre de 3,3V.
La tension moyenne Umoy renseigne sur les tensions des accumulateurs de l'étage donné à lOOmV près dans l'exemple décrit. Une stratégie d'équilibrage des accumulateurs sera décrite par la suite plus en détail.
De plus, si un accumulateur est en défaut, une tension moyenne va chuter tandis que les autres tensions moyennes vont augmenter. En mesurant la tension moyenne Umoy de chaque étage Et;, le circuit d'équilibrage 2 peut ainsi détecter une défaillance, en constatant par exemple qu'un étage se décharge ou se charge différemment des autres étages. Du fait qu'un accumulateur en court-circuit reste connecté en parallèle des autres accumulateurs de l'étage, on peut détecter que les autres accumulateurs se déchargent progressivement dans celui-ci. Ceci permet de détecter rapidement qu'un accumulateur est en défaut. Le fonctionnement en cas de dysfonctionnement d'un accumulateur Ay sera détaillé par la suite.
Circuit d'équilibrage
Le circuit d'équilibrage de charge 2 est connecté électriquement à chacun des étages Eti à Etm, comme décrit précédemment par les nœuds communs NC; et sont également reliés aux bornes N et P du module de batterie 1.
Le circuit d'équilibrage 2 est configuré pour mettre en œuvre un équilibrage de charge des accumulateurs j de ces étages Et;, en fonction du suivi de leur état de charge. Une stratégie d'équilibrage sera décrite plus en détail par la suite.
Le circuit d'équilibrage 2 comprend un nombre prédéfini de résistances d'équilibrage Req.
Plus précisément, le circuit d'équilibrage 2 comprend selon un premier mode de réalisation illustré sur les figures 5 et 6a, une première résistance d'équilibrage Req en série avec un interrupteur 4 pour chaque étage d'accumulateurs Et;.
La valeur des premières résistances d'équilibrage Req est choisie en fonction notamment de la performance des accumulateurs utilisés, du temps d'équilibrage souhaité, et de la dissipation pouvant être admise dans la résistance, le support électronique, et plus généralement le module de batterie.
Ces premières résistances d'équilibrage Req peuvent avoir une valeur de l'ordre de lOohms.
Les premières résistances Req et interrupteurs 4 associés en série disposés en position extrême peuvent être connectés d'une part à une borne P ou N du module de batterie 1 et d'autre part à nœud de connexion commun NC;.
Le courant d'équilibrage Ieq est défini par les premières résistances d'équilibrage Req mais également les résistances Rt qui lorsque les interrupteurs 4 sont fermés se retrouvent en série avec les premières résistances d'équilibrage Req. Pour les étages intermédiaires Et2 à Etm_i la résistance équivalente du circuit correspond à une première résistance d'équilibrage Req additionnée à deux fois une résistance Rt divisée par le nombre n de résistances Rt, selon la relation (2) :
(2) Résistance équivalente pour un étage intermédiaire =
Figure imgf000023_0001
En effet, en cas de fermeture de l'interrupteur 4 associé à un étage intermédiaire le courant passerait par toutes les résistances Rt connectées à des premières bornes des accumulateurs de cet étage, par la première résistance d'équilibrage Req, puis de nouveau par les résistances Rt connectées aux deuxièmes bornes des accumulateurs de cet étage.
Pour les étages extrêmes Eti et Etm la résistance équivalente correspond à une première résistance d'équilibrage Req additionnée à une résistance Rt divisée par le nombre n de résistances Rt, selon la relation (3) :
Req+—
(3) Résistance équivalente pour un étage extrême = n .
La résistance équivalente est donc plus faible pour les étages extrêmes Eti et Etm, et le courant est donc plus fort.
Dans ce cas, pour obtenir des courants d'équilibrage Ieq équivalents, on peut, selon un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 6b, prévoir dans le circuit d'équilibrage 2, deux deuxièmes résistances d'équilibrage Req' pour les étages extrêmes Eti et Etm, les deuxièmes résistances d'équilibrage Req' étant selon la relation (4) égales à une première résistance Req additionnée à une résistance Rt divisée par le nombre n de résistances Rt :
Req '=Req+—
(4)
Ainsi, selon le deuxième mode de réalisation visible sur la figure 6b, le circuit d'équilibrage 2 comprend une première résistance d'équilibrage Req en série avec un interrupteur 4 pour chaque étage intermédiaire d'accumulateurs Et2 à Etm_i, et pour les étages extrêmes Eti et Etm une deuxième résistance d'équilibrage Req' également en série avec un interrupteur 4. On peut par ailleurs prévoir une variante de réalisation permettant de supprimer au moins certaines des résistances d'équilibrage, en particulier les premières résistances d'équilibrage Req du mode de réalisation illustré sur la figure 6b, car les résistances Rt peuvent faire office de résistance d'équilibrage, tel qu'illustré sur la figure 7a.
Ceci a pour avantage de répartir la puissance à dissiper dans l'équilibrage dans n résistances au lieu d'une seule. Ceci peut contribuer à réduire le coût complet de la solution en utilisant des résistances CMS (pour composant monté en surface). Cette solution est également adéquate pour des équilibrages nécessitant des puissances importantes.
En particulier selon le mode de réalisation de la figure 7a, le circuit d'équilibrage
2 comprend deux résistances d'équilibrage aux étages extrêmes Eti et Etm respectivement en série avec un interrupteur 4, et pour chaque étage intermédiaire d'accumulateurs Et2 à Etm_i, un interrupteur 4 intermédiaire. Les interrupteurs 4 intermédiaires sont respectivement reliés à un nœud commun NC; connecté aux accumulateurs d'un étage intermédiaire Et;.
Dans ce cas, pour obtenir des courants d'équilibrage Ieq équivalents, la valeur des premières résistances d'équilibrage associées aux étages intermédiaires étant nulle, on peut prévoir dans le circuit d'équilibrage 2, que les deux résistances d'équilibrage
EL
soient de l'ordre de n pour les étages extrêmes Eti et Etm
Enfin, selon une autre variante illustrée sur la fîgure7b, les deux résistances d'équilibrage associées aux étages d'extrémité Eti et Etm de la variante de la figure 7a ont également été supprimées et n résistances Rt sont réparties d'une part en connexion avec les bornes des accumulateurs Aij et Amj- des étages extrêmes Eti, Etm et d'autre part avec un pôle P ou N du module de batterie 1.
Selon l'exemple illustré, n résistances Rt sont connectées aux bornes des accumulateurs Ay du premier étage Eti et au pôle P, et n autres résistances Rt sont connectées aux bornes des accumulateurs Amj- du dernier étage Etm et au pôle N.
Avec un tel agencement, chaque accumulateur Aj est connecté à une résistance Rt à chacune de ses bornes. Les résistances Rt supplémentaires connectées au pôle P sont reliées à un nœud commun NCo et les résistances supplémentaires Rt connectées au pôle N sont reliées à un nœud commun Ncm. Dans ce cas le troisième nombre prédéfini vérifie la relation suivante (5) :
(5) p = m+l .
Le fait de venir placer les résistances Rt, au plus près des accumulateurs Aj permet d'avoir une source de chaleur pouvant servir à réchauffer ceux-ci en cas d'utilisation du module de batterie par temps froid. Cette fonction peut servir à réchauffer le module de batterie ou à le maintenir en température pour optimiser ses performances.
Les résistances Rt permettent de maintenir en température les accumulateurs Ay ou les réchauffer par temps froid par exemple par un transfert de chaleur aux deux bornes des accumulateurs Aj.
Par ailleurs, selon cette variante tous les étages d'accumulateurs Eti à Etm sont identiques.
Stratégie d'équilibrage
Une stratégie d'équilibrage selon l'invention consiste à attendre que la tension moyenne Umoy d'un étage Et; atteigne une tension de fin de plateau, par exemple de l'ordre de 3,3V plus un seuil choisi pour une batterie d'accumulateurs 1 selon la technologie LiFeP04. Pour cela, le dispositif de mesure 5 peut mesurer la tension moyenne Umoy d'un étage Eti.
Lorsque cette tension de fin de plateau, par exemple 3,3V, additionnée à un seuil de déclenchement de l'équilibrage choisi, est atteinte, un signal de commande d'arrêt de charge provenant par exemple du dispositif de mesure 5 est transmis au chargeur 3 pour arrêter la charge du module de batterie 1 et commander l'équilibrage entre les étages Eti à Etm. Dans ce cas le dispositif de mesure de tension moyenne 5 est apte à piloter le chargeur 3.
Pour rappel la tension mesurée au nœud commun NC; représente la tension moyenne Umoy des accumulateurs j (j=l ..n) de l'étage Et; donné. Pour les accumulateurs selon la technologie LiFeP04, le plateau correspondant à une charge entre 10% et 90% est de l'ordre de 3,3V. S'il apparaît un déséquilibre, ce sera donc entre cette tension plateau de 3,3V et la tension de fin de charge généralement de l'ordre de 3,6V.
L'écart maximum est donc de l'ordre de 0,3V. Cet écart maximum est divisé par le nombre n de branches Br, du module de batterie 1 et devient 0,3V/n.
Cette valeur de 0,3V/n peut être le point de départ pour une solution préférée de l'équilibrage pour définir le seuil de déclenchement d'équilibrage à additionner à la tension de plateau de 3,3V pour arrêter la charge et commencer l'équilibrage. Selon l'exemple décrit, on choisit d'arrêter la charge dès que la tension moyenne mesurée atteint 3,3V+0,3V/n, par exemple 3,36V pour un module de batterie 1 comprenant cinq branches Br, .
On compare les tensions moyennes Umoy des étages d'accumulateurs Et; entre elles, de façon à déterminer au moins un étage d'accumulateurs Et; de tension moyenne plus faible que la tension moyenne des autres étages d'accumulateurs.
Les interrupteurs 4 du circuit d'équilibrage 2 associés aux étages de plus haute tension, c'est-à-dire de tension moyenne plus élevée que l'étage d'accumulateur déterminé de tension moyenne plus faible, sont fermés.
Les accumulateurs du ou des étages d'accumulateurs de tension moyenne plus élevée se déchargent dans le circuit d'équilibrage 2, par exemple à travers une résistance
EL
d'équilibrage Req ou Req' ou n .
La décharge des accumulateurs de l'étage en cours d'équilibrage est représentée par le courant d'équilibrage leq circulant des étages d'accumulateurs vers le circuit d'équilibrage 2 pour se décharger par exemple dans les résistances d'équilibrage Req ou
EL
Req' ou n .
Le courant d'équilibrage dans chaque accumulateur j correspond au courant
leq
d'équilibrage leq divisé par le nombre n de branches Br,, soit . Le courant d'équilibrage dans chaque accumulateur est donc très faible. Dans le cas où le courant d'équilibrage Ieq est de l'ordre de 250mA, le courant d'équilibrage
Ieq
traversant chaque accumulateur A d'un étage Eti est donc de l'ordre de 250mA/n soit de quelques dizaines de mA au plus pour dix accumulateurs j en parallèle.
Un courant transversal Ity circule à travers les résistances Rt.
Cette opération peut être faite pour plusieurs étages en même temps.
Toutefois, avec un circuit d'équilibrage selon la variante représentée sur la figure 7, il est préférable de ne pas fermer deux interrupteurs successifs. En effet, deux interrupteurs fermés en série modifieraient le courant d'équilibrage. Dans ce cas les résistances Rt seraient traversées par un courant double. Pour y remédier, il faut en tenir compte dans le dimensionnement des résistances Rt pour permettre la circulation d'un courant plus élevé.
Une variante est de prévoir un équilibrage par séquencement de deux étages d'accumulateurs successifs.
Lorsque la tension moyenne Umoy des accumulateurs A d'un étage Et; donné ne varie plus au cours du temps, l'étage Et; est équilibré.
L'opération d'équilibrage est répétée jusqu'à ce que les tensions moyennes des étages de plus haute tension atteignent la tension moyenne de l'étage de plus basse tension.
Lorsque l'équilibre est atteint entre les tensions moyennes Umoy des étages d'accumulateurs Et; la charge du module de batterie 1 recommence.
Le seuil choisi, peut être progressivement augmenté pour accélérer l'équilibrage. Ainsi, au fur et à mesure que l'étage s'équilibre la valeur de tension moyenne mesurée peut être remontée vers 3,6V et donc obtenir une charge complète à 100% de l'étage. On peut dans l'exemple décrit avoir un seuil évoluant de la sorte : 3,36V - 3,40V - 3,45V - 3,50V - 3,55V - 3,60V.
L'arrêt de charge final s'effectue à titre d'exemple lorsque tous les étages sont à
3,6V. Un seuil d'arrêt de charge final inférieur à 3,6V peut être choisi, par exemple entre 3,3V et 3,6V
Dysfonctionnement
Le dispositif de mesure de tension 5 pourra déterminer la présence d'un accumulateur défaillant en identifiant un étage aux bornes duquel la tension varie anormalement par rapport aux autres étages, soit lors d'une charge, soit lors d'une décharge.
On peut également identifier un étage contenant un accumulateur défaillant à partir d'une variation importante de sa vitesse de décharge ou de son niveau de tension puisqu'il se décharge progressivement.
En cas de mise en court-circuit accidentel d'un accumulateur A d'une branche Br,, les accumulateurs voisins vont injecter un courant dans l'accumulateur en court- circuit qui sera limité par les résistances Rt. En effet, lorsqu'un accumulateur forme un court-circuit, les autres accumulateurs de l'étage se déchargent dans cet accumulateur, du fait de la forte section des connexions électriques entre eux.
Dans l'exemple des figures 8 et 9, l'accumulateur A3,3 subit un dysfonctionnement en court-circuit.
Les accumulateurs voisins vont injecter un courant dans l'accumulateur A3;3 en court-circuit.
Du fait de la présence des résistances Rt, les courants entre les branches sont faibles car limités par les résistances Rt. L'utilisation de résistances Rt permet donc de protéger les accumulateurs j de façon simple et à moindre coût.
Plus précisément, suite à l'apparition du dysfonctionnement, du fait de la présence des résistances Rt, les courants de charge transversaux provenant des accumulateurs voisins sont relativement limités. Dans les branches voisines de l'accumulateur en défaut A3,3 (représentées en gras sur la figure 8), le courant est limité
Vacc
à une valeur proche de 2R (OÙ Vacc est la tension d'un accumulateur, R la valeur
Vacc
d'une résistance Rt). Le courant est limité à ^ dans l'accumulateur A3;3 en défaut. Ce courant est faible, par exemple inférieur à 100mA, ce qui va contribuer à décharger l'étage Et3 contenant l'accumulateur en défaut A3;3 de manière très lente.
Ainsi, la surintensité est limitée en amplitude et l'accumulateur A3;3 en défaut ne dissipe qu'une faible quantité d'énergie issue de ses voisins. Il ne risque pas de surchauffer violemment. Le risque de départ de feu est supprimé ou fortement minimisé.
Par la suite, l'étage en défaut Et3 se décharge lentement et en totalité dans l'accumulateur en court-circuit A3;3.
Par ailleurs, on considère que les accumulateurs A présentent respectivement une tension de l'ordre de la tension de plateau, soit 3,3V, en fonctionnement normal. Dans le cas de la mise en défaut de l'accumulateur A3;3, la tension moyenne Umoy mesurée de l'étage Et3 va chuter d'une valeur correspondant à la tension de plateau, soit 3,3V, divisée par le nombre n de branches Br,, cinq dans l'exemple des figures 8 et 9,
3,3 V
soit 5 . Ainsi, dans cet exemple, la tension moyenne Umoy de l'étage Et3 comprenant l'accumulateur A3;3 en défaut sera de l'ordre de 2,64V (cf figure 9).
Par ailleurs, en fonctionnement normal une branche Br, présente une tension de l'ordre de la tension de plateau 3,3V multipliée par le nombre m d'étages Et;, donc dans l'exemple illustré avec cinq étages Et;, la tension d'une branche Br, est de l'ordre de 3,3 V x 5 5 soit 16,5V.
La branche Br3 présentant l'accumulateur A3;3 en défaut va chuter d'une valeur de l'ordre de la tension de plateau des accumulateurs, ici 3,3V, soit de 16,5V à 13,2V.
La branche Br3 ayant sa tension chutant de 16,5V à 13,2V un courant important I circule par les extrémités (cf figure 9). Le courant circulant dans les branches transverses contribue à recharger les accumulateurs en série avec l'accumulateur en défaut par les connections externes du module de batterie 1 comme montrées dans la figure 9.
Ce courant transitoire vient ainsi répartir la tension de plateau sur les accumulateurs en série avec celui en défaut en les rechargeant.
Cette surtension au niveau des accumulateurs sains en série avec l'accumulateur en défaut dépend du nombre d'accumulateurs en série et peut donc être fortement diminuée si le nombre d'accumulateurs est important, la surtension est de l'ordre de la tension de plateau divisé par le nombre d'accumulateurs sains en série avec l'accumulateur en défaut selon la relation (6) :
_ Uplateau
(6) surtension- m_ ^ où Uplateau est la tension de plateau, ici 3,3V, et m est le nombre d ' étages Et; .
Ceci va donc contribuer à fortement recharger les accumulateurs sains restants dans la branche Br3. Plus précisément, dans l'exemple des figures 8 et 9 avec cinq étages Et;, il reste quatre accumulateurs sains dans la branche Br3 comprenant l'accumulateur en défaut A3,3. Ces quatre accumulateurs restant se répartissent donc la tension de plateau de l'ordre de 3,3V. Ainsi, chacun des accumulateurs restant augmente
3,3 ^
d'une tension de l'ordre de 4 , soit 0,825V. Les accumulateurs sains restant présentent donc une tension de l'ordre de 4,125V. Ceci est possible avec des accumulateurs de technologie LiFeP04 qui acceptent une large plage de tension avant la dégradation de l'électrolyte, celle-ci intervenant seulement au-delà de 4,5 V.
Ainsi, le dispositif de mesure 5 mesure une tension qui a chuté par rapport à la tension de plateau, par exemple ici 2,64V, pour l'étage Et3 comprenant l'accumulateur A3,3 en défaut tandis qu'il mesure une tension moyenne qui a augmenté sur les étages restant par exemple ici 3,465V correspondant à la moyenne de quatre accumulateurs à 3,3V et un accumulateur en série avec l'accumulateur en défaut A3;3 à 4,125V.
Cette chute de la tension moyenne d'un étage tandis que la tension moyenne des autres étages augmente permet une détection instantanée du court-circuit interne.
Par la suite, les accumulateurs de la branche Br3 comprenant l'accumulateur A3;3 en défaut et présentant une surtension comme expliqué précédemment se déchargent dans les accumulateurs voisins de l'étage concerné. Ainsi, hormis l'étage Et3 comprenant l'accumulateur en défaut se déchargeant complètement, les autres étages rejoignent progressivement une tension proche de la tension plateau à 3,3V.
En conclusion, il est aisé de détecter la présence d'un défaut par la mesure des tensions moyennes aux nœuds communs en détectant une variation de la tension moyenne sur le nœud commun. Ceci est d'autant plus facile que le nombre de cellule en parallèle est faible.
Un autre mode de détection peut être d'observer la décharge des accumulateurs en parallèle dans l'accumulateur en défaut.
Le défaut d'un accumulateur donné aura pour conséquence sur l'ensemble du module de batterie 1, une décharge complète de l'étage où est apparu le défaut dans un temps dépendant du nombre de cellules en parallèle et du niveau du courant limité par les résistances Rt. Néanmoins cette décharge suivant le dimensionnement des résistances peut être très lente, notamment de l'ordre de plusieurs heures ce qui a pour effet de pouvoir continuer à utiliser le module de batterie 1.
Il peut même être possible de réaliser plusieurs cycles de charge ou décharge avant soit d'isoler le module de batterie 1 soit d'immobiliser le véhicule pour le réparer.
De plus, il reste possible d'équilibrer si le courant traversant la résistance Rt reliée à l'accumulateur en défaut A3;3 est inférieur à un courant F provenant du circuit d'équilibrage 2. En référence à la figure 10, le courant de décharge provenant des accumulateurs de l'étage Et3 comprenant l'accumulateur en défaut A3 peut être compensé totalement ou partiellement par le courant F provenant du circuit d'équilibrage 2, selon le dimensionnement des résistances d'équilibrage Req, Req'.
Ceci permet d'éviter que les accumulateurs voisins de l'accumulateur en défaut
A3 ,3 ne se déchargent dans ce dernier.
Batterie
On a représenté sur la figure 11 un module commuté, c'est-à-dire un module de batterie 1 tel que défini précédemment associé à un premier interrupteur de puissance 6 et un deuxième interrupteur de puissance 7.
Le premier interrupteur 6 est agencé en série avec le module de batterie 1.
Le deuxième interrupteur 7 est agencé en dérivation du module de batterie 1.
Les interrupteurs 6 et 7 peuvent être des transistors de type MOSFET, qui peuvent aisément être dimensionnés de façon appropriée à un coût relativement réduit. Le dispositif de contrôle est apte à piloter la fermeture et l'ouverture des interrupteurs 6, 7. Les interrupteurs 6, 7 forment un dispositif d'isolation 8 du module de batterie 1 associé.
En fonctionnement normal du module de batterie 1 , le premier interrupteur 6 est configuré pour être fermé et le deuxième interrupteur 7 est configuré pour être ouvert.
Pour isoler un module de batterie 1, l'ouverture du premier interrupteur 6 est commandée et la fermeture du deuxième interrupteur 7 est commandée.
Par ailleurs, un dispositif de stockage également appelé batterie, par exemple dont la tension nominale est par exemple supérieure à 100V, comprend généralement plusieurs modules de batteries 1 connectés en série comme l'illustre la figure 12.
La batterie présente deux pôles de sortie de puissance + et -.
Chaque module de batterie 1 est tel que défini précédemment avec plusieurs étages d'accumulateurs Et; en série définissant plusieurs branches Br, en parallèle et est associé à deux interrupteurs de puissance 6, 7.
Dans la configuration illustrée sur la figure 12, les modules de batterie 1 sont tous opérationnels. Par conséquent, leurs premiers interrupteurs 6 associés sont fermés et leurs seconds interrupteurs 7 associés sont ouverts, de sorte que les modules de batterie 1 sont connectés en série.
Dans le cas où un accumulateur est défaillant dans l'un des modules de batterie 1, le dispositif de contrôle peut avantageusement commander de court-circuiter ce module de batterie 1 afin d'assurer la continuité de service du reste de la batterie.
En particulier, dans le cas où l'étage d'accumulateurs Et; comprenant l'accumulateur en défaut se décharge complètement il est préférable de l'isoler pour pouvoir continuer à se servir du reste de la batterie. Le principe est d'isoler un module de batterie 1 en défaut.
Pour ce faire, en référence à la figure 13, lorsque le dispositif de contrôle détecte un dysfonctionnement tel qu'expliqué précédemment par suivi des tensions moyennes des étages Et;, le premier interrupteur 6 est ouvert et maintenu ouvert afin d'isoler automatiquement le module de batterie 1 en cas de dysfonctionnement. La fermeture du deuxième interrupteur 7 est commandée.
La batterie peut être utilisée de façon dégradée en assurant une continuité. Ainsi, le système de sécurisation tel que décrit précédemment permet d'obtenir des batteries lithium-ion tolérantes à la défaillance en court-circuit ou en circuit ouvert d'un accumulateur, munie de circuits d'équilibrage pour maximiser la durée de vie des accumulateurs Aj, avec l'avantage de minimiser le nombre de circuits d'équilibrage et de surveillance des tensions hautes et basses de tous les accumulateurs.
Pour ce faire, les résistances Rt relie les accumulateurs d'un étage à un nœud de connexion commun NG sur lequel la tension moyenne Umoy de l'étage peut être mesurée.
Concernant l'équilibrage, cette solution va à Γ encontre des préjugés dans le domaine technique de l'équilibrage des batteries car la surveillance se fait par suivi de la tension moyenne au nœud commun et non par mesure de la tension de chaque accumulateur, et de ce fait l'homme du métier considérerait que cette solution ne permet pas de réaliser un équilibrage entre les accumulateurs de façon simple.
La détection d'un accumulateur en défaut peut intervenir instantanément sans devoir attendre la décharge complète de l'étage d'accumulateur comprenant l'accumulateur par détection d'une variation de la tension moyenne au nœud commun, par exemple une chute de la tension moyenne d'une étage tandis que les tensions des autres étages augmentent.
Par ailleurs, les résistances Rt sont des composants simples permettant de limiter le courant à moindre coût pour protéger les accumulateurs en cas de court-circuit notamment.
Un autre avantage est la notion de sécurité de cette solution. En utilisant des résistances Rt de valeurs relativement importantes, le courant continu est limité. En conséquence, l'ouverture de l'évent de l'accumulateur en défaut se fera à faible courant mais également à faible température. Cet évent a pour fonction d'éviter la formation de pression lorsque la batterie monte en température. Ceci contribue donc à ne pas augmenter encore plus la pression au sein de l'accumulateur et donc à une ouverture d' évent moins violente.
Enfin, la répartition des résistances Rt au sein du module de batterie 1 assure une meilleure répartition de chaleur. En particulier, la pluralité de résistances Rt permet de réchauffer ou de maintenir la température des accumulateurs A du module de batterie 1 notamment en cas d'utilisation par temps froid.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de sécurisation pour module de batterie (1), ledit système comprenant : au moins un module de batterie (1) présentant un pôle positif (P) et un pôle négatif (N) et défini par une matrice comportant un premier nombre prédéfini n de colonnes, n étant supérieur ou égal à deux, et un deuxième nombre prédéfini m de lignes, m étant supérieur ou égal à deux, la matrice étant telle que :
• chaque colonne définisse une branche (Br, 0= i .. n)) d'accumulateurs présentant m accumulateurs (Ay) en série, les branches (Br,-) d'accumulateurs étant reliées par leurs extrémités en parallèle et aux pôles (P, N) du module de batterie (1), et telle que
• chaque ligne de la matrice définisse un étage d'accumulateurs (Et;), et au moins un dispositif de contrôle de charge (2, 5, 3) connecté aux pôles (P, N) du module de batterie (1), caractérisé en ce que : le module de batterie (1) comprend en outre :
• une pluralité de résistances (Rt) respectivement reliées électriquement au point intermédiaire entre deux accumulateurs (Ay, Ai+ij) de deux étages d'accumulateurs adjacents (Et;, Eti+i) et
• un troisième nombre prédéfini p de nœuds de connexion (NC;) respectivement connectés à un ensemble de n résistances (Rt) connectées aux points intermédiaires des accumulateurs (Ay, Ai+ij) des deux étages d'accumulateurs adjacents (Et;, Eti+i), et en ce que le dispositif de contrôle de charge (2, 5, 3) est connecté à l'ensemble des nœuds de connexion (NG).
2. Système selon la revendication 1, dans lequel lesdites résistances (Rt) sont identiques.
3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant des accumulateurs de type lithium-ion phosphate de fer LiFeP04.
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de contrôle de charge comprend au moins un circuit d'équilibrage (2) relié électriquement à l'ensemble des nœuds de connexion (NC;).
5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le deuxième nombre prédéfini m de lignes de la matrice et le troisième nombre prédéfini p de nœuds de connexion (NG) vérifient la relation suivante \ p=m - l
6. Système selon les revendications 4 et 5, dans lequel le circuit d'équilibrage (2) comprend une pluralité de résistances d'équilibrage (Req, Req') respectivement connectées en série avec un interrupteur (4), l'ensemble comprenant une résistance d'équilibrage (Req, Req') et un interrupteur (4) en série étant agencé en parallèle d'un étage d'accumulateurs (Et;) en étant connecté à au moins un nœud de connexion (NO).
7. Système selon la revendication 6, dans lequel le circuit d'équilibrage (2) comprend m premières résistances d'équilibrage (Req) identiques respectivement associées à un étage d'accumulateurs (Et,-).
8. Système selon la revendication 6, dans lequel le circuit d'équilibrage (2) comprend :
- des premières résistances d'équilibrage (Req) respectivement en série avec un interrupteur (4) et associées à un étage intermédiaire (Et2, ... , Etm_i) en étant connecté à au moins un nœud de connexion (NC2 ... NCm_2) et
- deux deuxièmes résistances d'équilibrage (Req') respectivement en série avec un interrupteur (4) et associées à un étage d'accumulateurs extrême (Eti, Etm) en étant connecté à au moins un nœud de connexion (NCi, NCm-i) et à un pôle (P, N) du module de batterie, et dans lequel une deuxième résistance d'équilibrage (Req') est selon la Rt
Req '=Req-\
formule : n .
9. Système selon la revendication 4, comprenant n résistances (Rt) connectées aux bornes des accumulateurs (A ...Ai,n ; Ami...Am,n) de chaque étage extrême (Eti, Etm) qui sont reliées à un pôle (P, N) du module de batterie (1), et dans lequel le circuit d'équilibrage (2) comprend une pluralité d'interrupteurs (4) respectivement associés à un étage d'accumulateurs (Et;) .
10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de contrôle de charge comprend un dispositif de mesure de tension moyenne
(5) relié électriquement aux bornes du module de batterie (1) et à l'ensemble des nœuds de connexion (NG) et apte à mesurer les tensions moyennes (Umoy) des étages d'accumulateurs (Et;).
11. Système selon la revendication 10, dans lequel ledit dispositif de contrôle est configuré pour détecter un dysfonctionnement du module de batterie (1) par suivi de la tension moyenne (Umoy) aux bornes des étages d'accumulateurs (Et;).
12. Système selon la revendication précédente, dans lequel ledit dispositif de contrôle est configuré pour détecter un dysfonctionnement du module de batterie (1) lorsque la tension moyenne (Umoy) aux bornes d'au moins un desdits étages d'accumulateurs diverge des tensions moyennes (Umoy) aux bornes des autres étages d'accumulateurs (Et;).
13. Système selon la revendication précédente, dans lequel ledit dispositif de contrôle est configuré pour détecter un dysfonctionnement du module de batterie (1) lorsque la tension moyenne (Umoy) aux bornes d'au moins un étage d'accumulateurs chute et les tensions moyennes (Umoy) des autres étages d'accumulateurs (Et;) augmentent.
14. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif de contrôle est configuré pour détecter un dysfonctionnement du module de batterie (1) en cas de décharge d'au moins un étage d'accumulateurs (Et;).
15. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant : - au moins deux modules de batteries (1) agencés en série, et
- un dispositif d'isolation (8) respectivement associé à chaque module de batterie (1) et comprenant un premier interrupteur (6) et un deuxième interrupteur (7),
• le premier interrupteur (6) étant agencé en série avec le module de batterie (1) associé et configuré pour être fermé lorsque le module de batterie (1) associé est opérationnel et ouvert en cas de dysfonctionnement dudit module de batterie (1), et
• le deuxième interrupteur (7) étant agencé en dérivation du module de batterie (1) associé et configuré pour être ouvert lorsque le module de batterie (1) associé est opérationnel et fermé en cas de dysfonctionnement dudit module de batterie (1).
16. Système selon la revendication précédente, dans lequel ledit dispositif de contrôle est apte à appliquer un signal de commande d'ouverture du premier interrupteur (6) et à appliquer un signal de commande de fermeture du deuxième interrupteur (7) associés à un module de batterie (1) en cas de détection d'un dysfonctionnement dudit module de batterie (1).
17. Procédé d'équilibrage d'un module de batterie (1) d'un système conforme à l'une quelconque des revendications 6 à 9, comprenant les étapes suivantes :
- on détermine un seuil de déclenchement de l'équilibrage, - on surveille la tension moyenne (Umoy) des étages d'accumulateurs (Et;) aux nœuds de connexion (NC;), on détecte au moins un étage d'accumulateurs (Et;) dont la tension moyenne (Umoy) atteint une tension de plateau prédéfinie additionnée au seuil de déclenchement d'équilibrage déterminé, on arrête la charge du module de batterie (1) lorsque la tension moyenne (Umoy) d'au moins un étage d'accumulateurs (Et;) atteint une tension de plateau prédéfinie additionnée au seuil de déclenchement d'équilibrage déterminé,
- on compare les tensions moyennes des étages d'accumulateurs (Et;) entre elles,
- on détermine au moins un étage d'accumulateurs (Et;) de tension moyenne plus faible que la tension moyenne des autres étages d'accumulateurs, on commande la fermeture de l'interrupteur (4) en parallèle de chaque étage d'accumulateurs (Et;) de tension moyenne plus élevée que l'étage d'accumulateur (Et;) déterminé de tension moyenne plus faible, de sorte que les accumulateurs (Aj) des étages d'accumulateurs (Et;) de tension moyenne plus élevée se déchargent à travers le circuit d'équilibrage (2), et
- on recommence la charge du module de batterie (1) lorsque l'équilibre est atteint entre les tensions moyennes (Umoy) de l'ensemble des étages d'accumulateurs (Et;) du module de batterie (1).
18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel la détermination du seuil de déclenchement de l'équilibrage comprend les étapes suivantes : on détermine la différence entre la tension de plateau et une tension de fin de charge prédéfinie, on divise ladite différence par un nombre prédéfini n d'accumulateurs (Aj) dans un étage d'accumulateur (Et;), le résultat obtenu est ledit seuil de déclenchement de l'équilibrage.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 ou 18, dans lequel on augmente progressivement le seuil à additionner à la tension de plateau jusqu'à atteindre une tension de fin de charge prédéfinie.
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