WO2015032874A1 - Systeme de gestion electrique des blocs d'une batterie en fonction de la puissance requise de la batterie et de la charge des blocs - Google Patents

Systeme de gestion electrique des blocs d'une batterie en fonction de la puissance requise de la batterie et de la charge des blocs Download PDF

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Definitions

  • the invention is obj and electric propulsion vehicles, or hybrid propulsion vehicles comprising both an electric propulsion means and other propulsion means, for example by heat engine.
  • the invention relates more particularly to the management of the electrical energy source on board the vehicle.
  • the electrical energy of the vehicle is conventionally stored in an electrochemical accumulator battery comprising a number of electrochemical cells connected together in series and / or in parallel.
  • the battery can generally be defined as a set of electrical blocks connected together in series. All blocks are crossed by the same intensity of current.
  • the patent application CN 10 1 1 573 42 discloses an electric propulsion vehicle capable of accepting a modular system of electric battery blocks. A user can thus be satisfied at first, or for certain paths, a minimum group of electric blocks. It can subsequently acquire additional blocks or modules, in order to improve the autonomy and / or the power of the vehicle.
  • the vehicle has several electric motors, each of which can be associated with a battery blo c. Engines
  • the electric motors can alternatively be coupled / decoupled from the driving wheels of the vehicle, for example by means of an electromagnetic clutch. It is thus possible to increase the driving power of the vehicle by simultaneously operating the two engines, or to increase the range of the vehicle by operating in turn each of the motors as the battery packs associated with this engine are sufficiently loaded.
  • the main drawbacks of this solution are the high cost due in particular to the multiphase of the motors and their electronic converters, the large size and the joule losses in an overly extensive cabling network.
  • the object of the invention is to propose a battery management system that makes it possible to use a variable number of battery blocks supplying the same electric motor, which can then be the only motor of the vehicle.
  • the invention also aims to allow the use of battery packs having different charge levels.
  • the invention also makes it possible to increase the number of battery packs that can be used without damaging the electrical network of the vehicle, thus increasing the total autonomy of the vehicle.
  • the invention proposes a power supply system for an electric machine, comprising a battery of electric battery packs assembled in a series connection.
  • the battery comprises at least one pair of switches connected to one of the blocks, a first switch being connected in series with the blo c and a second switch being connected in parallel with the set 'blo c + first switch'.
  • the switches of said pair are oppositely controlled so that the first switch is closed when the second switch is open, thereby including the block in the serial connection, and so that the second switch is closed when the first switch is open. , thus excluding the blo c of the serial connection.
  • the system includes a management unit that is able to determine a state of charge of each block.
  • the management unit is configured to exclude from the serial connection at times or to reinsert in the serial connection, one or more blocks provided with switches, according to a power setpoint to be delivered by the battery and the state of charge of each block.
  • the battery comprises for example a group of several disconnectable blocks equipped with pairs of switches, and the management unit is configured to exclude at times from the serial connection, one or more blocks if the charge state of these blocks goes below a load threshold.
  • the load threshold is the same for several blocks, or even the same for all blocks.
  • the load threshold used for each block is constant during the running of the vehicle.
  • Each block may comprise one or more electricity storage cells connected in series and / or in parallel within the blok.
  • the load threshold can be evaluated from an open-circuit voltage of the block, or can be calculated from a history of the current through the block and the voltage across the block.
  • the battery comprises a group of several disconnectable blocks equipped with pairs of switches.
  • the management unit can be configured, when it delivers an electrical power to an electric machine, to exclude from the connection in priority blo cs of less state of charge.
  • the management unit can also be configured to, when the machine runs as a generator, exclude from the connection the highest state of charge blocks.
  • the management unit receives a variable electrical power instruction to be delivered by the battery to an electric machine, and is configured to exclude at times from the serial connection or reinclude in the serial connection, one or more blocks with switches, depending on the variable power setpoint and the state of charge of each block c.
  • the management unit is configured to exclude at times from the serial connection or reinclude in the serial connection, one or more blo cs provided with switches, according to a constant power reference (P). and the state of charge of each block.
  • P constant power reference
  • the management unit is configured to adapt the number of blocks included in the connection so as to reach an objective voltage which is a function of the power to be delivered.
  • the objective voltage can for example be read in a map according to the power of the engine or the combined values of torque and engine speed.
  • the management unit is configured to limit the number of blo cs included in the connection so as not to exceed a threshold voltage.
  • the sum of the voltages available on all the blo cs belonging to the battery can thus be greater than the allowable voltage on the electrical network supplying the electric machine.
  • the management unit may further be configured to, when the total voltage of the available blocks is greater than the voltage required by the electrical machine, rotate on the blocks equipped with pairs of switches, for exclude them in turn from the connection.
  • the voltage required by the electrical machine can be a constant, or can be estimated according to a power demand required from the electric machine.
  • the power system according to the invention can be used to power an electric vehicle or hybrid electric vehicle.
  • one or more blocks of the battery are configured to be extracted from the vehicle during a refueling stop and replaced by another blo c or group of blo cs.
  • the extractable blocks may or may not have switches.
  • supply stop means a stop of moderate duration - for example less than one hour - during which one exchange part of the blocks of the battery to replace them better loaded blocks, without disassembling the vehicle.
  • only part of the blocks is configured to be extracted quickly from the vehicle during a refueling stop.
  • Blocks that are not configured to be extracted quickly have pairs of switches.
  • Other blocks may be provided with or not equipped with switches.
  • the total voltage of the battery is imposed by a series assembly of blo cs each provided with a pair of switches.
  • each cell of the battery belongs to a block which can be excluded from the power supply circuit of the motor while leaving connected to the motor at least one other block of the serial connection of the battery.
  • the invention proposes a method for supplying an electric motor of a motor vehicle with a set of battery packs connected in series, at least one of the blocks being able to be successively excluded or included, by means of a switch or a pair of switches, the assembly supplying the motor.
  • the switch or the pair of switches is piloted in such a way as to adapt the characteristics of the battery according to the power which the driver of the motor vehicle makes of the motor.
  • the exclusion of the series connection supplying the motor, of certain blocks excluded or blocked in reserve can be made due to a state of charge lower than that of the blocks included in the connection. series.
  • the no-load voltages at the terminals of each excluded or reserve block and / or the state of charge of each block excluded or in reserve it is possible to classify the excluded or excluded blocks. in decreasing or increasing order of these voltages and / or states of charge, it is possible to determine an optimum voltage required as a function of the power required by the driver of the vehicle and, if the total voltage available at the terminals of the battery is less than When the optimum voltage is required, an extra block can be connected as part of the excluded or spare blocks, starting with the one in the no-load voltage, where the highest is the state of charge.
  • FIG. 1 represents an electric propulsion vehicle equipped with a power supply system according to the invention
  • FIG. 2 is a simplified representation of a power supply system according to the invention
  • FIGS. 3 and 4 are representations of two different configurations in which one and the same power supply system according to the invention can be found
  • FIG. 5 is a simplified algorithm for operating a power supply system according to the invention.
  • FIG. 6 is an algorithm simulated from another possible mode of operation for a feed system according to the invention.
  • a vehicle 2 comprises an electric motor 3 powered by a power supply system 1, which can also be referred to as a battery pack 1.
  • the power supply system 1 comprises in particular three subgroups 4, 5 and 6 of electric accumulators.
  • the first subgroup of accumulators 4 is placed for example under the hood of the vehicle so as to be relatively accessible for rapid exchange of the subgroup or part of the subgroup. For another example of configuration, it could also be placed under the floor of the vehicle so as to be easily 'quick-dropable'.
  • the other two subgroups 5 and 6 are placed at less accessible places of the vehicle, for example under the seats 7 of the vehicle.
  • the Subgroups 4, 5 and 6 are connected in series with each other so as to power an electric motor 3 of the vehicle 2.
  • Each of the subgroups consists of unit blocks B connected in series with each other. to form subgroup 4, subgroup 5 or subgroup 6.
  • FIG. 2 schematically illustrates the operating principle of the power supply system 1.
  • Battery blocks 1 0, 1 1, 12, 13 are arranged on an electrical network 1 8 so as to be connected in series, and thus supply the electric motor 3.
  • At each blok 10, 1 1, 12, 13 30, 31, 32, 33, and a bypass connection, respectively 40, 41, 42, 43 are associated.
  • the switch 30, 31, 32, 33 may be in a first configuration, where associated block, respectively 10, 1 1, 12, 13, is connected in series with the motor 3.
  • a switch may also be in a second configuration, like the blocks 10 and 11 in FIG. 2. In FIG. 2, these two blocks are in a configuration where they are excluded from the series connection supplying the motor 3. The current delivered by the other blocks then passes through the bypass connections associated with each of the blocks 10 and 11.
  • the switches have been schematically represented as mechanical switches.
  • these mechanical switches could be replaced by electronic switches.
  • Each block 10, 1 1, 12, 13 is equipped with a voltage measuring system, respectively 20, 21, 22, 23 which measures the voltage, respectively Vi, V 2 , V 3 , V 4 , at the terminals of the block .
  • Each voltage measuring system is connected to an electronic management unit 7 to which the voltages Vi, V 2 , V 3 , V 4 are sent.
  • the electronic management unit 7 controls the switches 30,
  • the electrical circuit 1 8 is equipped with a current sensor 9, also connected to the electronic management unit 7, to which the current sensor 9 sends an instantaneous value I of current flowing through the circuit 1 8.
  • electronic management 7 receives a P power instruction to the electric motor 3 to respond to a command of the driver of the vehicle.
  • the driver control can for example be transmitted by means of an accelerator pedal 14.
  • the electronic management unit 7 comprises a calculation unit 15 configured to calculate, from the history of the current delivered by the current sensor 9, and the history of each voltage delivered by the voltage measuring systems 20 , 21, 22, 23, a state of charge of the "SOCi" or "State Of Charge” battery of each block 10, 1 1, 12, 1 3 of the battery assembly 1.
  • the electronic management unit 7 comprises a selector 16 which, depending on the states of charge of the different blocks 10, 1 1, 12, 13, and of the total power P requested by the driver, elaborates the boolean messages IO i, I0 2 , I0 3 , I0 4 for the switches 30, 31, 32, 33.
  • FIG. 3 is a simplified representation of a feed system 1 according to the invention.
  • FIG. 3 shows elements that are common to the preceding figures, the same elements being designated by the same references.
  • the power supply system of FIG. 3 comprises, although they are not represented in the figure, an electronic management unit 7 equivalent to that of FIG. 2, also connected to the different switches of the different blocks, to a control system. voltage measurement dedicated to each block, and to a current sensor measuring the intensity of current flowing through the motor 3.
  • FIG. 3 essentially shows a power supply system 1 or battery pack 1 consisting of twelve battery packs connected in series and designated by the marks B 1 to B 12.
  • the blocks B 1 to B 4 correspond to a first group 4 blo cs electric, group that is configured to be easily exchangeable by extraction of the vehicle and replaced by another group of blo cs, preferably of the same size. They can be extracted without immobilizing the vehicle for an extended period of time, for example being extracted and replaced in less than half an hour, by opening dedicated covers of the vehicle, and without extracting parts of the vehicle that are not intended to be exchanged with the blocks. , or by extracting at most one or two such organs.
  • Blocks marked B5 to B12 are blocks not configured for quick exchange of battery packs. They may for example correspond to the second and third groups 5 and 6 of Figure 1.
  • Each of the blocks B 1 to B 12 is provided with a switch 25 as described in FIG. 1, as well as an associated bypass connection 26.
  • the switches 25 of blocks B 1 to B 4 remain on board the vehicle during the exchange of the associated battery blocks.
  • the switches 25 and / or the bypass connections 26 are integrated in each exchangeable block or not, as shown in FIG.
  • each of the blocks B 1 to B 12 comprises a group of electrochemical cells 24 which may be included or excluded from the serial connection supplying the motor 3 by means of a switch 25.
  • bypass connection can be part of the blo c, by misnomer, by describing Figures 1 to 6, we say that a block is excluded from the serial connection if its switch 25 is in a position such that the current passing through the blok passes through the bypass connection 26 associated with blo c, instead of crossing the electrochemical cell (s) 24 belonging to blo c.
  • the switches 25 of the blocks B 1 to B 4 are positioned in such a way that the blocks B 1 to B 4 feed the motor 3.
  • the switches associated with the blocks B 5 to B 8 and B9 to B12 are positioned to exclude blocks B5 to B8 and B9 to B12 from the series connection supplying the motor 3.
  • This configuration may for example be imposed by a selector 16 equivalent to that of FIG. 2, when the blocks of the first group 4 are more charged than the blocks of the second groups 5 and 6, and the voltage across the terminals of the group blo cs B l to B4, ensures sufficient power of the engine 3-compared to a setpoint from the pedal 14 of Figure 2.
  • the vehicle 2 after a maximum permissible load of all the battery packs B 1 to B 12, has rolled so as to partially discharge all the battery packs B 1 to B 12. Then, following a stop of refueling, the blocks B 1 to B 4 were exchanged for other battery packs with a maximum charge level, or at least a higher charge level than the blocks extracted from the vehicle.
  • the selector 16 includes the blocks B 1 to B 4 in the series connection supplying the motor 3. At the same time, the selector 16 excludes the blocks B5 to B12 of the serial connection.
  • the selector 16 may toggle some of the connectors 25 of the blocks into reserves B5 to B12, so as to include all or part of these blocks in the serial connection.
  • Figure 4 shows elements of Figure 3, identified by the same references.
  • blocks B 1 to B 4 continue to be included in the serial connection.
  • Blocks B5, B6, B7, as well as blocks B9, B10, B11 are also, at least temporarily, included in the serial connection.
  • Blocks B8 and B12 remain in Figure 4 excluded from the serial connection. These blocks B 8 and B 12 may subsequently be solicited if the power requested to the motor 3 increases.
  • the selector 16 can again actuate a part of the switches 25, so as to exclude some of the blocks B5, B6, B7, or B9, B10, B11 of the serial connection.
  • the blocks with the lowest state of charge will be excluded first. In this way, a critical state of charge threshold of the least charged blocks is reached as late as possible, which leads to excluding these blocks from the serial connection even when high powers are demanded from the motor 3.
  • the selector 16 can monitor either the voltages at the terminals of each block or, preferably, both the voltages at the terminals of each block and at the same time state of charge calculated integrally by the calculation unit 15 for each block c.
  • the estimation of the state of charge of a block temporarily excluded from the serial connection can be done by means of the no - load voltage measured by the voltage measurement system associated with this blo c.
  • FIG. 5 illustrates an example of an operating algorithm of the selector 16 in a power supply system 1 according to the invention.
  • the selector 16 reads the empty voltages V 1 , V 2 , V n delivered by the voltmeters or voltage measurement systems of the n blocks in reserve, that is to say nblo cs mounted on the vehicle 2 but temporarily excluded, because of the position of their respective connectors, the serial connection.
  • the selector 16 classifies these voltages, for example in decreasing order, then, at a step 53, it reads in the map 17 an optimum voltage V opt i as a function of the power P delivered by the pedal 14.
  • the selector 1 6 checks whether the total voltage currently available at the terminals of the battery is greater than or equal to the required optimum voltage. If this is not the case, at a step 55 the breeder 16 connects a block starting with the one with the highest empty voltage.
  • the selector 1 6 evaluates the minimum value "min (SO Cj) bioc connected” corresponding to the lowest state of charge among the blocks currently connected in the serial connection, and also evaluates the highest state of charge "max (SO Ci) bioc reserve” corresponding to the best state of charge among the blocks currently in reserve.
  • the selector 16 repeats step 50.
  • step 57 the selector 1 6 finds that one of the reserve blocks has a state of charge greater than the state of charge of one of the blocks currently in operation, then, in a step 58, the selector 16 switches the switches of these two blocks.
  • the coach 16 then repeats step 50.
  • FIG. 6 illustrates an alternative algorithm that can be used for the operation of the selector 16.
  • FIG. 6 shows some steps that are common to FIG. 5, the same steps being designated by the same references.
  • the selector 1 6 classifies (step 52) all the blocks of the supply system - here at the number of twelve -, in order of increasing state of charge or in descending order (in descending order in the example shown in Figure 6). Then, in a step 53, it reads in the map 17 an optimal voltage V opt i according to the power P delivered by the pedal 14. In a step 54, the selector 1 6 checks whether the total voltage currently available across the the battery is greater than or equal to the required optimum voltage. When, in step 54, the selector 16 finds that the voltage at the terminals of the motor 3 is insufficient, then, in a step 56, it connects the reserve block whose classification in step 52 indicates that it has the state the highest load among the blocks in reserve.
  • step 57 The monitoring of step 57 concerning the state of charge of the connected loops with respect to the state of charge of the unconnected blocks remains the same as on the algorithm of FIG. .
  • Periodic permutation may regularly exclude a number of blocks from the serial connection, ensuring that all blocks are excluded in turn, either individually or in groups - for example, in groups of two or three blocks.
  • a permutation of the blocks connected either according to the steps 57, 58 of FIGS. 5 and 6, or by permutation, can be carried out even if none of the blocks is configured to be extracted from the vehicle during the refueling steps.
  • the use of the network of switches and bypass connections to swap the blocks in operation and to exclude some blocks periodically makes it possible to avoid premature aging of certain blocks, makes it possible to have a battery with a number of blocks. higher, and therefore provides greater autonomy to the vehicle. As all blocks are unloaded, the number of blocks excluded from the serial connection can be reduced. First of all, the load level of active blocks is offset by the increase in the number of active blocks.
  • blo cs which are easily refillable for example those which are 'quick-dropable', may be discharged preferably.
  • the invention is not limited to the embodiments described and can be declined in many variants.
  • Each of the two-position switches 30, 31, 32, 33 can be replaced by two switches, one in series with the corresponding block, the other mounted on the bypass connection associated with the block. that is, parallel to the block.
  • the two switches are then oppositely controlled so that the first switch is closed when the second switch is open, thereby including the block in the serial connection, and so that the second switch is closed when the first switch is open, thereby excluding the block of the serial connection.
  • Configuration with a two-position switch and configuration with two switches operating in opposition are equivalent.
  • the state of charge delivered at the state of charge calculation unit 15 can be calculated in many ways, generally involving a current through the series connection, the voltage across the block concerned, and a capacity of the blo c which itself can be estimated in various ways known in the literature.
  • the blocks can have substantially the same capacity and the same voltage when they are all built with the same technology. However, it is conceivable to use blocks in the series connection supplying the motor with different numbers of chemical cells, or even cells of a different chemical nature, in which case the capacitances and the voltages at vacuum can differ from one block to the next. other. Capacities and no-load voltages can also vary significantly from one block to the next if blocks with chemical aging states (due to the number of different charge and discharge cycles) are used.
  • the invention makes possible the use of different state of charge blo cs while optimizing the exploitation of the electric energy available in each blo c.
  • All power system blocks can be equipped with switches. It is also possible to envisage a power supply system comprising a fixed block or a group of fixed blocks which remain permanently connected to the motor, and a second subgroup of blocks provided with switches.
  • the preferential connection of certain blocks may also be used during regenerative braking phases of the vehicle.
  • the kinetic energy of the vehicle is converted by the electric motor 3 into electrical energy which is returned to the power system 1 to be stored.
  • the switches it is possible to use the switches to send the electrical energy of the braking system to a small number of blocks with the lowest charge state, and preferably to non-exchangeable system blocks quickly.
  • the power supply system according to the invention makes it possible at the same time to increase the autonomy of the vehicle equipped with such a system and to increase the lifetime of the various exchangeable or non - exchangeable blocks constituting the energy reserve of the vehicle. this system.

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Abstract

L'invention propose un procédé d'alimentation d'un moteur électrique (3) de véhicule automobile par un ensemble de blocs batterie (10, 11, 12, 13) connectés en série, au moins un des blocs pouvant successivement être exclu ou être inclus, au moyen d'un commutateur ou d'une paire de commutateurs (30), de l'ensemble alimentant le moteur (3). On pilote pendant le roulage du véhicule le commutateur ou la paire de commutateurs de manière à limiter la tension en sortie de la batterie pour qu'elle reste compatible avec les systèmes véhicule ou de façon à optimiser l'énergie utile de la batterie même si les blocs ont des états de charge très différents.

Description

Système de gestion électrique des blocs d' une batterie en fonction de la puissance requise de la batterie et de la charge des blocs
L 'invention a pour obj et les véhicules à propulsion électrique, ou les véhicules à propulsion hybride comprenant à la fois un moyen de propulsion électrique et un autre moyen de propulsion, par exemple par moteur thermique.
L 'invention concerne plus particulièrement la gestion de la source d ' énergie électrique embarquée sur le véhicule.
L ' énergie électrique du véhicule est classiquement stockée dans une batterie d' accumulateur électrochimique comprenant un certain nombre de cellules électrochimiques connectées entre elles en série et/ou en parallèle.
On peut généralement définir la batterie comme un ensemble de blo cs électriques connectés entre eux en série. Tous les blo cs sont traversés par la même intensité de courant.
Afin d' éviter un vieillissement prématuré ou une dégradation de la batterie, il faut veiller en permanence à ce qu' aucune des cellules d' aucun des blo cs ne descende en deçà d'un état de charge critique ou ne dépasse un état de charge critique. A cet effet d' ailleurs, lors du rechargement de la batterie, des systèmes existent, qui sont conçus pour décharger partiellement les cellules qui seraient sensiblement plus chargées que d' autres. Ces systèmes assurent un état de charge quasi-équivalent de toutes les cellules à la fin d'une recharge de la batterie.
La demande de brevet CN 10 1 1 573 42 décrit un véhicule à propulsion électrique, pouvant accepter un système modulaire de blocs de batterie électrique. Un utilisateur peut ainsi se contenter dans un premier temps, ou pour certains trajets, d'un groupe minimal de blocs électriques. Il peut acquérir par la suite des blocs ou modules complémentaires, afin d' améliorer l ' autonomie et/ou la puissance du véhicule. Le véhicule comporte plusieurs moteurs électriques, chacun d'eux pouvant être associé à un blo c de batterie. Les moteurs électriques peuvent être alternativement couplés/découplés des roues motrices du véhicule, par exemple au moyen d'un embrayage électromagnétique. Il est ainsi possible d'augmenter la puissance motrice du véhicule en actionnant simultanément les deux moteurs, ou d'augmenter l'autonomie du véhicule en actionnant tour à tour chacun des moteurs tant que les blocs de batterie associés à ce moteur sont suffisamment chargés . Les principaux inconvénients de cette solution sont le coût élevé dû en particulier à la multip lication des moteurs et de leurs convertisseurs électroniques, l ' encombrement important et les pertes par effet joule dans un réseau de câblage trop étendu.
L 'invention a pour objet de proposer un système de gestion de la batterie qui permette d'utiliser un nombre variable de blocs de batterie alimentant un même moteur électrique, qui peut alors être le seul moteur du véhicule. L'invention a également pour but de permettre d'utiliser des blocs de batterie ayant des niveaux de charge différents.
L 'invention permet en outre d' augmenter le nombre de blocs de batterie utilisables sans endommager le réseau électrique du véhicule, augmentant ainsi l ' autonomie totale du véhicule.
A cette fin, l'invention propose un système d'alimentation pour machine électrique, comprenant une batterie de blo cs d'accumulateurs électriques assemblés dans une connexion en série. La batterie comprend au moins une paire de commutateurs connectés à un des blo cs, un premier commutateur étant connecté en série avec le blo c et un second commutateur étant connecté en parallèle avec l ' ensemble 'blo c + premier commutateur' . Les commutateurs de ladite paire sont commandés en opposition, de manière que le premier commutateur soit fermé quand le second commutateur est ouvert, incluant ainsi le blo c dans la connexion série, et de manière que le second commutateur soit fermé quand le premier commutateur est ouvert, excluant ainsi le blo c de la connexion série. Le système comprend une unité de gestion qui est apte à déterminer un état de charge de chaque blo c. L'unité de gestion est configurée pour exclure par moments de la connexion série ou réinclure dans la connexion série, un ou plusieurs blo cs munis de commutateurs, en fonction d'une consigne de puissance à délivrer par la batterie et de l'état de charge de chaque bloc .
La batterie comprend par exemple un groupe de plusieurs blocs déconnectables équipés de paires de commutateurs, et l'unité de gestion est configurée pour exclure par moments de la connexion série, un ou plusieurs bloc si l'état de charge de ces blocs passe en dessous d'un seuil de charge. De manière préférentielle, le seuil de charge est le même pour plusieurs blo cs, voire le même pour tous les blocs. Avantageusement, le seuil de charge utilisé pour chaque bloc est constant au cours du roulage du véhicule.
Chaque bloc peut comporter une ou plusieurs cellules de stockage d'électricité connectées en série et/ou en parallèle au sein du blo c. Le seuil de charge peut être évalué à partir d'une tension à vide du bloc, ou peut être calculé à partir d'un historique de l'intensité de courant traversant le bloc et de la tension aux bornes du bloc.
Selon un mode de réalisation préféré, la batterie comprend un groupe de plusieurs blo cs déconnectables équipés de paires de commutateurs. L'unité de gestion peut être configurée, quand elle délivre une puissance électrique motrice à une machine électrique, pour exclure de la connexion en priorité les blo cs de moindre état de charge. L'unité de gestion peut également être configurée pour, quand la machine fonctionne en générateur, exclure de la connexion les blocs d'état de charge le plus élevé.
Selon un mode de réalisation préférentiel, l'unité de gestion reçoit une consigne de puissance électrique variable à délivrer par la batterie à une machine électrique, et est configurée pour exclure par moments de la connexion série ou réinclure dans la connexion série, un ou plusieurs blocs munis de commutateurs, en fonction de la consigne de puissance variable et de l'état de charge de chaque blo c . Selon une autre variante de réalisation, l'unité de gestion est configurée pour exclure par moments de la connexion série ou réinclure dans la connexion série, un ou plusieurs blo cs munis de commutateurs, en fonction d'une consigne de puissance (P) constante et de l'état de charge de chaque bloc . Avantageusement, l'unité de gestion est configurée pour adapter le nombre de blocs inclus dans la connexion de manière à atteindre une tension objectif qui est fonction de la puissance à délivrer. La tension obj ectif peut par exemple être lue dans une cartographie en fonction de la puissance du moteur ou des valeurs combinées du couple et du régime moteur.
Selon un mode de réalisation qui peut se combiner au précédent, l'unité de gestion est configurée pour limiter le nombre de blo cs inclus dans la connexion de manière à ne pas dépasser une tension seuil. La somme des tensions disponibles sur l'ensemble des blo cs appartenant à la batterie peut ainsi être supérieure à la tension admissible sur le réseau électrique alimentant la machine électrique.
Dans ce mode de réalisation, l'unité de gestion peut en outre être configurée pour, quand la tension totale des blocs disponibles est supérieure à la tension requise par la machine électrique, effectuer une rotation sur les blo cs équipés de paires de commutateurs, pour les exclure tour à tour de la connexion. La tension requise par la machine électrique peut être une constante, ou peut être estimée en fonction d'une consigne de puissance demandée à la machine électrique.
Le système d'alimentation selon l'invention peut servir à alimenter un moteur électrique de véhicule électrique ou hybride. Dans ce véhicule, un ou plusieurs blocs de la batterie sont configurés pour pouvoir être extraits du véhicule lors d'un arrêt de ravitaillement et remplacés par un autre blo c ou groupe de blo cs . Les blocs extractibles peuvent être munis ou non de commutateurs. Par arrêt de ravitaillement on entend un arrêt de durée modérée -par exemple moins d'une heure- au cours duquel on échange une partie des blocs de la batterie pour leur substituer des blocs mieux chargés, sans démonter le véhicule.
Selon une variante de réalisation, une partie seulement des blo cs est configurée pour être extraite rapidement du véhicule lors d'un arrêt de ravitaillement. Les blo cs non configurés pour être extraits rapidement sont munis de paires de commutateurs. Les autres blo cs peuvent être munis, ou ne pas être munis, de commutateurs. Selon une variante de réalisation, la tension totale de la batterie est imposée par un assemblage en série de blo cs munis chacun d'une paire de commutateurs. Autrement dit, chaque cellule de la batterie appartient à un blo c qui peut être exclu du circuit d'alimentation du moteur tout en laissant connecté au moteur au moins un autre bloc de la connexion série de la batterie.
Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé d'alimentation d'un moteur électrique de véhicule automobile par un ensemble de blocs batterie connectés en série, au moins un des blo cs pouvant successivement être exclu ou être inclus, au moyen d'un commutateur ou d'une paire de commutateurs, de l'ensemble alimentant le moteur. On pilote pendant le roulage du véhicule le commutateur ou la paire de commutateurs de manière à adapter les caractéristiques de la batterie en fonction de la puissance que le conducteur du véhicule so llicite du moteur.
Selon un mode de réalisation préférentiel, l'exclusion de la connexion en série alimentant le moteur, de certains blocs exclus ou blo cs en réserve, peut être faite en raison d'un état de charge inférieur à celui des blocs inclus dans la connexion en série.
Selon un mo de de réalisation préférentiel, on peut surveiller les tensions à vide aux bornes de chaque blo c exclu ou en réserve et /ou l'état de charge de chaque bloc exclu ou en réserve, on peut classer les blo cs exclus ou en réserve par ordre décroissant ou croissant de ces tensions et/ou états de charge, on peut déterminer une tension optimale requise en fonction de la puissance demandée par le conducteur du véhicule et, si la tension totale disponible aux bornes de la batterie est inférieure à la tension optimale requise, on peut connecter un blo c supplémentaire faisant partie des blocs exclus ou en réserve, en commençant par celui dans la tension à vide est la plus élevée ou l'état de charge est le plus élevé.
Selon un mode de réalisation préférentiel, on peut évaluer la valeur minimale de l'état de charge des différents blocs inclus actuellement connectés, on peut évaluer le plus fort état de charge des différents blocs actuellement exclus ou en réserve et, si l'état de charge de l'un des blocs actuellement exclus ou en réserve est supérieur à l'état de charge d'un des blo cs inclus actuellement connectés, on peut connecter ledit bloc en réserve et on peut déconnecter ledit bloc actuellement connecté. D ' autres buts, caractéristiques et avantages de l 'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d' exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 représente un véhicule à propulsion électrique équipé d'un système d' alimentation en énergie selon l' invention,
la figure 2 est une représentation simplifiée d 'un système d' alimentation électrique selon l' invention, les figures 3 et 4 sont des représentations de deux configurations différentes dans lesquelles peut se trouver un même système d' alimentation électrique selon l' invention,
la figure 5 est un algorithme simplifié de fonctionnement d'un système d' alimentation électrique selon l 'invention, et
la figure 6 est un algorithme simp lifié d'un autre mode de fonctionnement possible pour un système d' alimentation selon l 'invention.
Tel qu' illustré sur la figure 1 , un véhicule 2 comprend un moteur électrique 3 alimenté en énergie par un système d' alimentation électrique 1 , que l'on peut également désigner par ensemble de batterie 1 . Le système d' alimentation électrique 1 comprend notamment trois sous-groupes 4, 5 et 6 d' accumulateurs électriques . Le premier sous-groupe d' accumulateurs 4 est placé par exemple sous le capot du véhicule de manière à être relativement accessible pour un échange rapide du sous-groupe ou d'une partie du sous-groupe. Pour un autre exemple de configuration, il pourrait aussi être placé sous le plancher du véhicule de façon à être facilement ' quick-dropable ' . Les deux autres sous-groupes 5 et 6 sont placés à des endroits moins accessibles du véhicule, par exemple sous les sièges 7 du véhicule. Les sous groupes 4, 5 et 6 sont connectés en série les uns par rapport aux autres de manière à alimenter un moteur électrique 3 du véhicule 2. Chacun des sous-groupes est constitué de blo cs unitaires B connectés en série les uns par rapport aux autres de manière à former le sous- groupe 4, le sous-groupe 5 ou le sous-groupe 6.
La figure 2 illustre de manière schématique le principe de fonctionnement du système 1 d' alimentation électrique. Des blocs de batterie 1 0, 1 1 , 12, 13 sont disposés sur un réseau électrique 1 8 de manière à pouvoir être connectés en série , et alimenter ainsi le moteur électrique 3. A chaque blo c 10, 1 1 , 12, 13 sont associés un commutateur, respectivement 30, 3 1 , 32, 33 , et une connexion de contournement, respectivement 40, 4 1 , 42, 43. Le commutateur 30 , 3 1 , 32, 33 peut être dans une première configuration, où le bloc associé, respectivement 10, 1 1 , 12, 13 , est connecté en série avec le moteur 3 . Un commutateur peut également se trouver dans une seconde configuration, comme les blocs 10 et 1 1 sur la figure 2. Sur la figure 2, ces deux blocs sont dans une configuration où ils sont exclus de la connexion en série alimentant le moteur 3 . Le courant délivré par les autres blo cs passe alors par les connexions de contournement associées à chacun des blocs 10 et 1 1 .
Les commutateurs ont été représentés schématiquement comme des commutateurs mécaniques. De manière avantageuse, on pourrait remplacer ces commutateurs mécaniques par des commutateurs électroniques.
Chaque bloc 10, 1 1 , 12, 13 est équipé d'un système de mesure de tension, respectivement 20, 21 , 22, 23 qui mesure la tension, respectivement Vi , V2, V3 , V4, aux bornes du bloc. Chaque système de mesure de tension est relié à une unité de gestion électronique 7 à laquelle sont envoyées les tensions Vi , V2, V3 , V4.
L 'unité de gestion électronique 7 contrôle les commutateurs 30,
3 1 , 32, 33. Elle envoie à ces commutateurs des signaux, respectivement IO i , I02, I03 , I04, par exemple booléens, indiquant si le commutateur doit se trouver dans la première ou dans la seconde configuration. Le circuit électrique 1 8 est équipé d'un capteur de courant 9, également relié à l 'unité de gestion électronique 7, à laquelle le capteur de courant 9 envoie une valeur instantanée I de courant traversant le circuit 1 8. L 'unité de gestion électronique 7 reçoit une consigne P de puissance à destination du moteur électrique 3 pour répondre à une commande du conducteur du véhicule. La commande du conducteur peut par exemple être émise au moyen d'une pédale d' accélération 14.
L 'unité de gestion électronique 7 comprend une unité de calcul 15 configurée pour calculer, à partir de l ' historique du courant délivré par le capteur de courant 9, et de l' historique de chaque tension délivrée par les systèmes de mesure de tension 20, 21 , 22, 23 , un état de charge de la batterie « SOCi » ou « State Of Charge » de chaque bloc 10, 1 1 , 12, 1 3 de l'ensemble 1 de batterie.
Les méthodes de calcul de l ' état de charge d 'un bloc de batterie sont connues. Une de ces méthodes est par exemple décrite dans la demande de brevet FR 2 971 855. L 'unité de gestion électronique 7 comprend un sélectionneur 16 qui, en fonction des états de charge des différents blocs 10, 1 1 , 12, 13 , et de la puissance totale P demandée par le conducteur, élabore les messages booléens IO i , I02, I03 , I04 à destination des commutateurs 30 , 3 1 , 32, 33.
La figure 3 est une représentation simplifiée d'un système d' alimentation 1 selon l' invention. On retrouve sur la figure 3 des éléments communs aux figures précédentes, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références. Le système d'alimentation de la figure 3 comprend, bien qu'ils ne soient pas représentés sur la figure, une unité de gestion électronique 7 équivalente à celle de la figure 2 , également reliée aux différents commutateurs des différents blocs, à un système de mesure de tension dédié à chaque bloc, et à un capteur de courant mesurant l'intensité de courant traversant le moteur 3.
La figure 3 fait essentiellement apparaître un système d'alimentation 1 ou ensemble de batterie 1 constitué de douze blocs de batterie connectés en série et désignés par les repères B l à B 12. Les blo cs B l à B4 correspondent à un premier groupe 4 de blo cs électriques, groupe qui est configuré pour être facilement échangeable par extraction du véhicule et remplacement par un autre groupe de blo cs, de préférence de même taille. Ils peuvent être extraits sans immobiliser le véhicule de manière prolongée, par exemple être extraits et remplacés en moins d'une demi heure, en ouvrant des couvertures dédiées du véhicule, et sans extraire d'organes du véhicule non destinés à être échangés avec les blocs, ou en extrayant au plus un ou deux tels organes.
Les blo cs repérés B5 à B 12 sont des blo cs non configurés pour un échange rapide de blocs de batterie. Ils peuvent par exemp le correspondre au second et au troisième groupes 5 et 6 de la figure 1 .
Chacun des blocs B l à B 12 est muni d'un commutateur 25 tel que décrit sur la figure 1 , ainsi que d'une connexion 26 de contournement associée. On peut envisager des variantes de réalisation dans lesquelles les commutateurs 25 des blo cs B l à B4 restent à bord du véhicule lors de l ' échange des blocs de batterie associés. On peut également envisager des variantes de réalisation dans lesquelles les commutateurs 25 , et/ou les connexions de contournement 26 sont intégrés à chaque bloc échangeable ou non, comme représenté sur la figure 3.
Sur la figure 3 , chacun des blocs B l à B 12 comprend un groupe de cellules électrochimiques 24 qui peut être inclus ou exclu de la connexion série alimentant le moteur 3 au moyen d'un commutateur 25.
Bien que la connexion de contournement puisse faire partie du blo c, par abus de langage, en décrivant les figures 1 à 6, nous disons qu'un bloc est exclu de la connexion série si son commutateur 25 est dans une position telle que le courant traversant le blo c passe par la connexion de contournement 26 associée au blo c, au lieu de traverser la/les cellule(s) électrochimiques 24 appartenant au blo c.
Sur la figure 3 , les commutateurs 25 des blocs B l à B4 sont positionnés de manière à ce que les blocs B l à B4 alimentent le moteur 3. En revanche, les commutateurs associés aux blocs B5 à B 8 et B9 à B 12 sont positionnés de manière à exclure les blocs B5 à B 8 et B9 à B 12 de la connexion série alimentant le moteur 3.
Cette configuration peut par exemple être imposée par un sélectionneur 16 équivalent à celui de la figure 2, lorsque les blo cs du premier groupe 4 sont plus chargés que les blocs des seconds groupes 5 et 6, et qu' en outre la tension aux bornes du groupe de blo cs B l à B4, permet d' assurer une puissance suffisante du moteur 3 -par rapport à une consigne émanant de la pédale 14 de la figure 2.
Par exemple le véhicule 2, après une charge au maximum autorisé de tous les blo cs de batterie B l à B 12, a roulé de manière à décharger partiellement tous les blocs de batterie B l à B 12. Puis, suite à un arrêt de ravitaillement, les blocs B l à B4 ont été échangés contre d'autres blocs de batterie à niveau de charge maximal, ou du moins à niveau de charge plus élevé que les blocs extraits du véhicule.
Dans la configuration de la figure 3 , tant que le moteur 3 est so llicité à un faible niveau de puissance P, le sélectionneur 16 inclut les blocs B l à B4 dans la connexion série alimentant le moteur 3 . Simultanément, le sélectionneur 16 exclut les blocs B5 à B 12 de la connexion série .
Si la puissance requise au niveau du moteur 3 augmente, le sélectionneur 16 peut faire basculer certains des connecteurs 25 des blo cs en réserve B5 à B 12, de manière à inclure tout ou partie de ces blo cs dans la connexion série.
Ce dernier cas de figure est illustré sur la figure 4. La figure 4 reprend des éléments de la figure 3 , repérés par les mêmes références .
Ainsi, sur la figure 4, des blocs B l à B4 continuent d' être inclus dans la connexion série. Les blo cs B5 , B6, B7, ainsi que les blocs B9, B 10 , B l l sont également, au moins temporairement, inclus dans la connexion série. Les blocs B8 et B 12 restent sur la figure 4 exclus de la connexion série. Ces blocs B 8 et B 12 peuvent être par la suite so llicités si la puissance demandée au moteur 3 augmente. A l' inverse, lorsque la puissance demandée au moteur 3 diminue, le sélectionneur 16 peut à nouveau actionner une partie des commutateurs 25 , de manière à exclure certains des blocs B5 , B6, B7 , ou B9, B 10, B l l de la connexion série. De manière préférentielle, on exclura en premier des blocs dont l ' état de charge est le plus faible . De cette façon, on atteint le plus tard possible un seuil critique d ' état de charge des blo cs les moins chargés, qui conduit à exclure ces blocs de la connexion série même lorsque de fortes puissances sont demandées au moteur 3.
Pour sélectionner les blocs à inclure ou à exclure de la connexion série, le sélectionneur 16 peut effectuer une surveillance soit sur les tensions aux bornes de chaque blo c, soit, de préférence à la fois sur les tensions aux bornes de chaque bloc et sur l ' état de charge calculé de manière intégrale par l 'unité de calcul 15 pour chaque blo c.
Dans une variante simplifiée de l' invention, l ' estimation de l ' état de charge d'un blo c temporairement exclu de la connexion série, peut se faire au moyen de la tension à vide mesurée par le système de mesure de tension associé à ce blo c.
La figure 5 illustre un exemple d' algorithme de fonctionnement du sélectionneur 16 dans un système d' alimentation 1 selon l' invention. Dans l ' exemp le illustré sur la figure 5 , on considère que l'on a "n" blo cs non utilisés dans la connexion série, plus un nombre, ici non précisé, de blocs alimentant déj à le moteur 3. Le nombre "n" comme le nombre comp lémentaire de blocs déj à connectés évo luent par la suite au cours de l'algorithme, notamment aux étapes 55 et 58.
A une étape 50, le sélectionneur 16 lit les tensions à vide Vi , V2, Vn délivrées par les vo ltmètres ou systèmes de mesure de tension des n blocs en réserve, c ' est-à-dire des n blo cs montés sur le véhicule 2 mais temporairement exclus, du fait de la position de leurs connecteurs respectifs, de la connexion série.
A une étape 5 1 , le sélectionneur 16 classe ces tensions par exemple par ordre décroissant puis, à une étape 53 , il lit dans la cartographie 17 une tension optimale Vopti en fonction de la puissance P délivrée par la pédale 14. A une étape 54, le sélectionneur 1 6 vérifie si la tension totale actuellement disponible aux bornes de la batterie est supérieure ou égale à la tension optimale requise . Si tel n' est pas le cas, à une étape 55 le sélectionneur 16 connecte un blo c supplémentaire en commençant par celui dont la tension à vide est la plus élevée.
Si la tension déj à disponible aux bornes de la batterie est suffisante, alors à une étape 57 le sélectionneur 1 6 évalue la valeur minimale "min ( S O Cj )bioc connectés " correspondant au plus faible état de charge parmi les blocs actuellement connectés dans la connexion série, et évalue également le plus fort état de charge "max ( S O Ci)bioc en réserve " correspondant au meilleur état de charge parmi les blocs actuellement en réserve.
Si l' état de charge minimal des blocs actuellement connectés reste supérieur au plus fort état de charge des blo cs en réserve, alors le sélectionneur 16 réitère l ' étape 50.
Si, à l ' étape 57, le sélectionneur 1 6 constate qu'un des blo cs en réserve présente un état de charge supérieur à l ' état de charge d'un des blo cs actuellement en fonctionnement, alors, à une étape 58 , le sélectionneur 16 fait basculer les commutateurs de ces deux blocs .
Le sélectionneur 16 réitère alors l ' étape 50.
En suivant ce processus, on s ' assure à la fois d' avoir toujours une tension suffisante aux bornes du moteur 3 , et on s'assure de retarder au maximum l ' échéance où un des blocs présentera un état de charge au-delà duquel il ne pourra plus être so llicité sous peine de dégradation.
La figure 6 illustre une variante d' algorithme possible pour le fonctionnement du sélectionneur 16. On retrouve sur la figure 6 certaines étapes communes à la figure, 5 , les mêmes étapes étant désignées par les mêmes références. Dans cette variante de réalisation, le sélectionneur 1 6 classe (étape 52) tous les blocs du système d' alimentation -ici au nombre de douze-, par ordre d'état de charge croissant ou par ordre décroissant (par ordre décroissant dans l ' exemple illustré en figure 6) . Ensuite, à une étape 53 , il lit dans la cartographie 17 une tension optimale Vo p ti en fonction de la puissance P délivrée par la pédale 14. A une étape 54, le sélectionneur 1 6 vérifie si la tension totale actuellement disponible aux bornes de la batterie est supérieure ou égale à la tension optimale requise. Lorsque, à l ' étape 54, le sélectionneur 16 constate que la tension aux bornes du moteur 3 est insuffisante, alors, à une étape 56, il connecte le blo c en réserve dont le classement dans l ' étape 52 lui indique qu ' il a l ' état de charge le plus élevé parmi les blocs en réserve.
Il retourne alors à l ' étape 54. La surveillance de l ' étape 57 concernant l' état de charge des blo cs connectés par rapport à l ' état de charge des blocs non connectés reste la même que sur l'algorithme de la figure 5.
On pourrait également inclure dans ces algorithmes une étape de surveillance où, avant de connecter un bloc supp lémentaire, on vérifierait que la tension totale aux bornes du moteur 3 ne va pas dépasser, après connexion de ce bloc, une tension maximale autorisée par les conducteurs et les composants du circuit 1 8. En ajoutant une telle étape, on peut se permettre d' avoir un nombre de blo cs disponibles sur le véhicule plus élevé que le nombre de blo cs que l'on peut connecter dans leur état de charge maximal sans dommage pour le circuit 1 8.
Afin d ' éviter un cyclage excessif de certains blocs par rapport à d' autres blo cs, il est également possible de remplacer les étapes de permutation 57 et 58 par une permutation périodique. La permutation périodique peut exclure régulièrement un certain nombre de blo cs de la connexion série, en veillant que tous les blo cs soient exclus tour à tour, soit individuellement soit par groupes -par exemp le, par groupes de deux ou trois blo cs- .
Une permutation des blocs connectés soit suivant les étapes 57, 58 des figures 5 et 6, soit par permutation, peut être effectuée même si aucun des blocs n' est configuré pour être extrait du véhicule lors des étapes de ravitaillement.
L 'utilisation du réseau de commutateurs et connexions de contournement pour permuter les blo cs en fonctionnement et exclure certains blocs de manière pério dique, permet alors d' éviter un vieillissement prématuré de certains blocs, permet d' avoir une batterie à nombre de blo cs plus élevé, et donc assure une meilleure autonomie au véhicule. Au fur et à mesure du déchargement de tous les blo cs, le nombre de blo cs exclus de la connexion série peut être réduit. On compense dans un premier temps la baisse du niveau de charge des blo cs actifs par l'augmentation du nombre de blo cs actifs.
Dans cette configuration à nombre élevé de blocs, on peut, selon un premier mode de réalisation, maintenir la tension aux bornes du moteur à la valeur maximale permise par le circuit tant que l ' état de charge de tous les blocs le permet.
On peut également, selon un autre mode de réalisation, effectuer une gestion du nombre de blo cs connectés en fonction de la puissance demandée au véhicule, comme illustré par exemple aux étapes 53 , 54 et 55 ou 53 , 54 et 56 des figures 5 ou 6. On augmente alors l ' autonomie du véhicule, à la fois par le nombre accru de blocs disponibles et par l 'utilisation sélective des blocs les plus chargés .
On peut enfin, dans un autre mode de réalisation, décharger de préférence les blo cs qui sont facilement rechargeables, par exemple ceux qui sont ' quick-dropables ' .
L 'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits et peut se décliner en de nombreuses variantes.
On peut remplacer chacun des commutateurs à deux positions 25 30, 3 1 , 32, 33 par deux commutateurs, l'un monté en série avec le blo c correspondant, l'autre monté sur la connexion de contournement associée au blo c, c'est-à-dire en parallèle au bloc . Les deux commutateurs sont alors commandés en opposition de manière que le premier commutateur est fermé quand le second commutateur est ouvert, incluant ainsi le bloc dans la connexion série, et de manière que le second commutateur est fermé quand le premier commutateur est ouvert, excluant ainsi le bloc de la connexion série. La configuration avec un commutateur à deux positions et la configuration avec deux commutateurs fonctionnant en opposition sont équivalentes. L ' état de charge délivré au niveau de l 'unité 15 de calcul d'état de charge peut être calculé de nombreuses manières, faisant généralement intervenir une intensité de courant traversant la connexion série, la tension aux bornes du bloc concerné, et une capacité du blo c qui elle-même peut être estimée de diverses manières connues dans la littérature.
Les blo cs peuvent présenter sensiblement la même capacité et la même tension à vide s'ils sont tous construits avec la même techno logie. On peut cependant envisager d'utiliser dans la connexion série alimentant le moteur des blocs utilisant des nombres de cellules chimiques différentes, voire des cellules de nature chimique différente, auquel cas les capacités et les tensions à vide peuvent différer d'un blo c à l'autre . Les capacités et les tensions à vide peuvent également varier de manière sensible d'un blo c à l'autre si on utilise des blocs présentant des états de vieillissement chimique (du fait du nombre de cycles de charge et de décharge subis) différents . L'invention rend en effet possible l'utilisation de blo cs d'état de charge différents tout en optimisant l'exploitation de l'énergie électrique disponible dans chaque blo c.
Tous les blocs du système d'alimentation peuvent être équipés de commutateurs. On peut également envisager un système d'alimentation comprenant un blo c fixe ou un groupe de blocs fixes qui restent en permanence connectés au moteur, et un second sous groupe de blocs munis de commutateurs.
On pourrait également ne pas faire intervenir d'intensité de courant pour estimer l'état de charge des blo cs, et évaluer cet état de charge à partir de la tension à vide de chaque bloc, en effectuant une rotation périodique des blocs en activité afin de disposer en permanence d'une estimation récente de tension à vide pour chaque blo c.
On peut effectuer des permutations sur les connexions de blocs sans adapter la tension totale des blo cs à une consigne de puissance du moteur. On maintient cependant cette tension totale au dessus d' une valeur minimale constante, et au besoin, en deçà d'une valeur maximale elle aussi constante.
La connexion préférentielle de certains blo cs peut également être utilisée pendant des phases de freinage récupératif du véhicule. Pendant ces phases de freinage, l'énergie cinétique du véhicule est convertie par le moteur électrique 3 en énergie électrique qui est renvoyée vers le système d'alimentation 1 pour être stockée. On peut par exemple utiliser les commutateurs pour envoyer l'énergie électrique du freinage vers un nombre réduit de blo cs dont l'état de charge est le plus faible, et de préférence vers des blo cs du système non échangeables rapidement.
Le système d' alimentation électrique selon l' invention permet à la fois d ' augmenter l ' autonomie du véhicule équipé d'un tel système et d' augmenter la durée de vie des différents blo cs échangeables ou non composant la réserve d' énergie de ce système.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système d'alimentation ( 1 ) pour machine électrique, comprenant une batterie de blocs ( 10, 1 1 , 12, 13 , B01 , B02... B 12) d'accumulateurs électriques assemblés dans une connexion en série, la batterie comprenant au moins un commutateur (30) à deux positions de connexion permettant de court circuiter un des blocs, ou comportant une paire équivalente de commutateurs connectés audit bloc ( 10), un premier commutateur étant connecté en série avec le blo c et un second commutateur étant connecté en parallèle avec le blo c, les commutateurs de ladite paire étant commandés en opposition de manière que le premier commutateur soit fermé quand le second commutateur est ouvert, incluant ainsi le bloc ( 10) dans la connexion série, et de manière que le second commutateur soit fermé quand le premier commutateur est ouvert, excluant ainsi le bloc ( 10) de la connexion série, le système comprenant une unité de gestion (7) qui est apte à déterminer un état de charge (SOCi) de chaque bloc, caractérisé en ce que l'unité de gestion (7) est configurée pour exclure par moments de la connexion série ou réinclure dans la connexion série, un ou plusieurs bloc ( 10, 1 1 ) munis de commutateurs, en fonction d'une consigne de puissance (P) à délivrer par la batterie et de l'état de charge de chaque bloc.
2. Système selon la revendication 1 , dans lequel la batterie comprend un groupe de plusieurs blo cs ( 10 , 1 1 , 12 , 1 3) déconnectables équipés de paires de commutateurs, et dans lequel l'unité de gestion (7) est configurée pour exclure par moments de la connexion série, un ou plusieurs blocs ( 10, 1 1 ) si l'état de charge (SOCi) de ces blo cs passe en dessous d'un seuil de charge.
3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de gestion (7) reçoit une consigne (P) de puissance électrique variable à délivrer par la batterie à une machine électrique (3), et est configurée pour exclure par moments de la connexion série ou réinclure dans la connexion série, un ou plusieurs blocs (10, 11) munis de commutateurs, en fonction de la consigne de puissance (P) variable et de l'état de charge de chaque bloc.
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de gestion (7) est configurée pour adapter le nombre de blocs inclus dans la connexion de manière à atteindre une tension objectif (Vopti) qui est fonction de la puissance à délivrer (P).
5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de gestion (7) est configurée pour limiter le nombre de blocs inclus dans la connexion de manière à ne pas dépasser une tension seuil.
6. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel l'unité de gestion (7) est configurée, quand la tension totale des blocs disponibles et fonctionnant au dessus de leurs seuils de charge respectifs, est supérieure à la tension requise par la machine électrique (3), pour effectuer une rotation sur les blocs (10, 11, 12, 13) équipés de paires de commutateurs (30, 31, 32, 33) à exclure tour à tour de la connexion.
7. Système d'alimentation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, servant à alimenter un moteur électrique (3) de véhicule (2) électrique ou hybride, dans lequel un ou plusieurs blocs (Bl, B2, B3, B4) de la batterie sont configurés pour pouvoir être extraits du véhicule (2) lors d'un arrêt de ravitaillement et remplacés par un autre bloc ou groupe de blocs.
8. Système d'alimentation selon la revendication 7, dont une partie seulement des blocs (Bl, B2, B3, B4) est configurée pour être extraite rapidement du véhicule (2) lors d'un arrêt de ravitaillement, au moins les blocs (B5, B6, B7, B8, B9, B10, Bll, B12) non configurés pour être extraits rapidement étant munis de paires de commutateurs (25).
9. Système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la tension totale de la batterie est imposée par un assemblage en série de blocs (Bl, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B 8 , B9, B 10, B l l , B 12) munis chacun d'une paire de commutateurs (25) .
10. Procédé d'alimentation d'un moteur électrique (3) de véhicule automobile (2) par un ensemble de blocs batterie ( 1 0, 1 1 , 12, 13) connectés en série, au moins un des blo cs pouvant successivement être exclu ou être inclus, au moyen d'un commutateur ou d'une paire de commutateurs (30), de l'ensemble alimentant le moteur (3), caractérisé en ce que l'on pilote pendant le roulage du véhicule (2) le commutateur ou la paire de commutateurs de manière à adapter les caractéristiques de la batterie en fonction de la puissance que le conducteur du véhicule sollicite du moteur.
1 1 . Procédé selon la revendication 10 dans lequel : l'exclusion de la connexion en série alimentant le moteur, de certains blocs exclus ou blo cs en réserve (B5 - B 12), est faite en raison d'un état de charge inférieur à celui des blocs inclus dans la connexion en série (B 1 -B 14) .
12. Procédé selon l'une des revendications 10 ou 1 1 dans lequel :
- on surveille les tensions à vide aux bornes de chaque bloc exclu ou en réserve et /ou l'état de charge de chaque bloc exclu ou en réserve;
- on classe les blo cs exclus ou en réserve par ordre décroissant ou croissant de ces tensions et/ou états de charge;
- on détermine une tension optimale requise (Vopti(P) en fonction de la puissance demandée par le conducteur du véhicule;
- si la tension totale disponible aux bornes de la batterie est inférieure à la tension optimale requise, on connecte un blo c supplémentaire faisant partie des blocs exclus ou en réserve, en commençant par celui dans la tension à vide est la plus élevée ou l'état de charge est le plus élevé.
13. Procédé selon la revendication 12 dans lequel :
- on évalue la valeur minimale de l'état de charge des différents blo cs inclus actuellement connectés;
- on évalue le plus fort état de charge des différents blo cs actuellement exclus ou en réserve; - si l'état de charge de l'un des blocs actuellement exclus ou en réserve est supérieur à l'état de charge d'un des blo cs inclus actuellement connectés, on connecte ledit bloc en réserve et on déconnecte ledit bloc actuellement connecté.
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