WO2023110596A1 - Système de gestion d'une batterie et procédé d'équilibrage des charges des accumulateurs de la batterie - Google Patents

Système de gestion d'une batterie et procédé d'équilibrage des charges des accumulateurs de la batterie Download PDF

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WO2023110596A1
WO2023110596A1 PCT/EP2022/084868 EP2022084868W WO2023110596A1 WO 2023110596 A1 WO2023110596 A1 WO 2023110596A1 EP 2022084868 W EP2022084868 W EP 2022084868W WO 2023110596 A1 WO2023110596 A1 WO 2023110596A1
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slave
battery
accumulators
balancing
controller
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Application number
PCT/EP2022/084868
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Samuel Cregut
Fabian Antonio RINCON-VIJA
Original Assignee
Renault S.A.S
Nissan Motor Co., Ltd.
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Publication date
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Definitions

  • TITLE Battery management system and method for balancing the charges of the battery accumulators.
  • the invention relates, in general, to storage battery management systems.
  • the invention relates to wireless management systems for an accumulator battery of an electric vehicle.
  • Electric vehicles such as motor vehicles include a traction storage battery and a service battery.
  • the traction battery is the high-voltage battery supplying the vehicle's electric motor
  • the service battery is the low-voltage battery common to all vehicles, generally 12 or 14 volts, intended to supply other functions, such as various on-board vehicle equipment.
  • a traction battery of an electric vehicle comprises a plurality of accumulators also called cells.
  • the battery of an electric motor vehicle comprises 96 accumulators or more, grouped into nodes of 8 accumulators.
  • the accumulators of electric or hybrid vehicles are Li-Ion accumulators.
  • a storage battery management system is used to manage the balancing of the charges of the storage cells of the battery by discharging the most charged accumulators in a resistor.
  • the objective is for all the accumulators to be at the same level of charge.
  • Accumulator battery management systems generally include a master controller powered by the vehicle's low-voltage battery and a plurality of slave controllers. Each slave controller is coupled to a node with a plurality of accumulators which provide its power supply and the master controller comprises a computer determining the balancing terms to be applied by each slave controller on the node with which it is coupled in order to balance the charges of the battery accumulators.
  • the power dissipated is reduced and the duration of the balancing is lengthened. To increase this duration, it is known to carry out periodic awakenings of the system, in order to restart the balancing of the accumulators.
  • Current management systems therefore include an active mode and an inactive mode. The active mode generally corresponds to switching on the ignition of the vehicle and the inactive mode corresponds to switching off the ignition of the vehicle.
  • Document WO2019/017595 describes a management system comprising a plurality of slave controllers configured to operate in an active mode and an inactive mode using the energy supplied by the accumulator node to which they are coupled.
  • the slave controllers wirelessly transmit a sense signal indicating a state of the accumulator node to which they are coupled
  • a master controller wirelessly transmits a control signal including a balance term indicating the scan period and the scan time to be performed by the slave controller to discharge the accumulator node to which it is coupled.
  • system operation is the same in active and inactive modes.
  • the master controller sends signals to the slave controllers, but at a lower frequency. Therefore, during inactive mode, the low-voltage battery reduces its autonomy to supply the master controller.
  • the object of the present invention is therefore to overcome the aforementioned drawbacks and to propose a system for managing the traction accumulator battery of an electric vehicle comprising an inactive mode which does not cause the low-voltage battery to be discharged without losing in efficiency.
  • the object of the invention is therefore a system for managing an accumulator battery of an electric vehicle comprising a plurality of slave controllers coupled respectively to a plurality of accumulators of the battery and a master controller configured to determine terms for balancing the charge of the accumulators in an active mode of the management system, the management system comprising an idle mode in which load balancing terms are determined only by slave controllers.
  • each slave controller determines the balancing term of the plurality of accumulators to which it is coupled.
  • the master controller is powered by a low-voltage battery and the slave controllers are powered by the traction battery.
  • the master and slave controllers use wireless communication means.
  • the invention also has as object and a method for balancing respective charges of accumulators of a battery of accumulators of an electric vehicle capable of being implemented by a management system as defined above .
  • the master controller communicates the current flowing in the battery to the slave controllers in the active mode, and the method comprises the following steps in an inactive mode:
  • a slave controller becomes slave-master controller
  • the slave-master controller asks the other slave controllers for the transmission of a minimum voltage among their plurality of accumulators
  • the slave-master controller sends to each of the other slave controllers a minimum voltage of the battery among the minimum voltages of the pluralities of accumulators of each slave controller;
  • Each slave controller determines a balancing requirement and a balancing term for its plurality of accumulators
  • the method is implemented periodically at very low frequency during the inactive mode.
  • the step of determining a need for balancing comprises the determination of state indicators of the plurality of accumulators by said slave controller.
  • the state indicators comprise the state of health and the state of charge of the battery.
  • the slave controller becoming slave-master controller changes each time the method is implemented.
  • the object of the invention is also an electric vehicle comprising a traction battery, a low-voltage battery and a traction battery management system as defined above, the system being able to implement a process as defined above.
  • the management system comprises a master controller powered by the vehicle's low-voltage battery and slave controllers powered by the traction battery.
  • the active mode corresponds to switching on the ignition of the vehicle and the inactive mode corresponding to switching off the ignition of the vehicle.
  • FIG l schematically illustrates a management system according to the invention powered by the batteries of an electric vehicle
  • FIG2 schematically illustrates the topology of the management system of Figure 1 in active mode
  • FIG3 schematically illustrates the temporal organization of exchanges in active mode of the management system according to Figure 1 in active mode
  • FIG4 schematically illustrates the temporal organization of exchanges in inactive mode of a management system according to the state of the art
  • FIG5 schematically illustrates the topology of a management system of Figure 1 in inactive mode
  • FIG6 schematically illustrates the temporal organization of the exchanges in inactive mode of the management system according to the invention.
  • FIG7 schematically illustrates a balancing method according to the invention.
  • FIG. 1 There is shown schematically in Figure 1 a management system 1 of a battery of accumulators 2 according to the invention.
  • the accumulator battery 2 is an accumulator battery of an electric vehicle, for example a motor vehicle with electric traction.
  • the accumulator battery 2 is a traction battery of the electric vehicle, that is to say that it is the battery supplying an electric motor of the electric vehicle.
  • the traction battery 2 is a high voltage battery commonly called a battery pack.
  • the electric vehicle includes a low-voltage battery 3 in addition to the traction battery 2.
  • the low-voltage battery 3 is a conventional battery present in all vehicles with an electric, thermal or hybrid motor, and supplying the various on-board equipment, also called service battery.
  • the low-voltage battery 3 is generally a 12 Volt battery.
  • the electric vehicle comprises a BCM 4, acronym for the Anglo-Saxon term Body Control Module, which stands for Vehicle Body Control Module and which is a common name designating an on-board computer controlling electronic accessories of the vehicle such as the air conditioning or the Central locking.
  • the electric vehicle additionally comprises a powertrain supervisor 5 which is controlled by the BCM 4.
  • the management system 1 comprises a master controller 6 and a plurality of slave controllers 7.
  • Powertrain supervisor 5 controls the power-up of master controller 6.
  • the BCM 4, the supervisor 5 and the master controller 6 are powered by the low-voltage battery 3 via a CAN bus 8, and the plurality of slave controllers 7 are powered by the traction battery 2.
  • the management system 1 comprises an active mode corresponding to switching on the ignition of the vehicle and an inactive mode corresponding to switching off the ignition of the vehicle.
  • the management system 1 is capable of switching between the active and inactive modes on the occurrence of a triggering event.
  • the triggering event may be the stopping of the vehicle at the end of use, that is to say the switching off of the vehicle by the user, which causes the switching from the active mode to the inactive mode.
  • Another triggering event may be the occurrence of the end of charging of the traction battery 2 of the vehicle.
  • FIG. 2 illustrates the topology of the management system 1 in active mode.
  • the topology of the management system 1 in active mode is a star around a central gateway 9 coupled to the master controller 6 by the CAN bus 8, and which is powered by the low-voltage battery 3.
  • the assembly comprising the master controller 6 and the central gateway 9 communicates wirelessly with the slave controllers 7.
  • the traction battery 2 comprises a set of accumulators 10 grouped into several nodes 11. Each slave controller 7 is coupled to a plurality of accumulators 10 forming a node 11.
  • traction battery 2 comprises 96 or 100 accumulators grouped into 12 nodes of 8 accumulators.
  • Each slave controller 7 communicates only with the assembly comprising the gateway 9 and the master controller 6.
  • the master controller 6 is configured to determine terms for balancing the charge of the accumulators 10. More specifically, the master controller 6 calculates status indicators using data measurements such as the voltage or the temperature in the accumulators 10, and deduces therefrom a balancing term 10 to be applied for each accumulator 10 so as to balance all the charges of the accumulators 10 of the traction battery 2. More precisely, the balancing term intended to balance an accumulator 10 is applied to this accumulator 10 by the slave controller 7 to which it is coupled.
  • FIG. 3 illustrates a temporal organization of the exchanges between the controllers of the management system 1 in the active mode.
  • the abscissa axis is a time axis.
  • the exchanges follow one another at a given periodicity P I, for example 100 milliseconds.
  • the period P I of an exchange is divided into a plurality of time slots, for example equal in duration, typically 3 milliseconds.
  • Synchronization is achieved by sending an initial beacon 6a which is transmitted by the master controller 6 via the gateway 9 to all of the slave controllers 7. Following this initial beacon 6a, each slot is dedicated to the sending information to the assembly comprising the gateway 9 and the master controller 6. This information is sent in a beacon 7a, 7b, ... by a slave controller 7 and includes the voltage and temperature measurements of the accumulators to which slave controller 7 is paired. Each slave controller 7 therefore knows in which slot it must transmit its information.
  • the master controller 6 receives the information from each slave controller 7 and determines a balancing term for each accumulator 10 of the battery 2.
  • This balancing term is determined in particular by the calculation of status indicators relating to the accumulator 10 in question and the battery 2.
  • state indicators include the SOH and the SOC, respective acronyms of the English terms “State Of Health” and “State Of Charge”, respectively designating the states of health and of charge battery 2.
  • the master controller 6 After determining the balancing term of an accumulator 10, the master controller 6 sends this term to the slave controller 7 to which the accumulator 10 is coupled. This sending is not represented in FIG. 3. The slave controller 7 then applies this balancing term to the accumulator 10 in question.
  • the charges of the various accumulators 10 of the traction battery 2 are balanced during the active mode.
  • the operation of the management system 1 in the active mode is similar to the operation of the prior art management systems in the active mode.
  • the traction battery 2 comprises 12 nodes of accumulators 10, the period P I is 100 milliseconds and the slots are of an equal duration of 3 milliseconds.
  • Figure 4 illustrates a temporal organization of the exchanges between the controllers of a management system according to the state of the art in the inactive mode.
  • the abscissa axis represents the time axis.
  • the periodicity of the exchanges is extended, for example to a duration P2 of 300 milliseconds.
  • the exchanges now only include an initial synchronization beacon 6a sent by the master controller 6 to all of the slave controllers 7. As long as the beacon 6a does not include a wake-up order, the slave controllers 7 do not send no information.
  • the beacon 6a includes a wake-up order, the state of the art management system carries out an exchange similar to that of the active mode, even if the ignition of the car is switched off.
  • the 6a beacons transmitted do not include a wake-up order for several hours. For example, the wake-up order can occur every eight hours.
  • the inactive mode makes it possible to lengthen the balancing of the charges of the accumulators and thereby to limit the heating of resistors in which the accumulators discharge according to their balancing term.
  • this inactive mode requires keeping the gateway 9 on and periodically waking up the master controller 6 in order to send the beacons 6a.
  • the BCM 4, the supervisor 5 and the master controller 6 being powered by the low-voltage battery 3, a overconsumption of the autonomy of this low-voltage battery 3 is induced during inactive mode.
  • FIG. 5 illustrates the topology of the management system 1 according to the invention in inactive mode.
  • the master controller 6 In the inactive mode, the master controller 6 is no longer the coordinator of the network formed by the controllers. Indeed, one of the slave controllers 7 becomes the coordinator of the network and is thus responsible for orchestrating the exchanges in the management system 1. In what follows, this slave controller will be called slave-master controller 12.
  • the slave controller 7 elected to become slave-master controller 12 in the inactive mode is chosen if according to its position in the battery pack 2. More precisely, it is a slave controller 7 coupled to a central node 1 1 .
  • the role of slave-master 12 can change periodically between the slave controllers 7. More precisely, it is possible that at each period of implementation of the method, a different slave controller 7 becomes slave-master controller 12 and sends the synchronization beacon to the other slave controllers 7. Similarly, it is possible that each slave controller 7 must have exercised the role of slave-master controller 12 once before a slave controller 7 becomes master-slave controller 12 once. second time. More generally, the slave controller 7 becoming slave-master controller 12 can be designated so that each slave controller successively becomes master slave controller over the periodical implementations of the method, and so that each slave controller 7 becomes an equivalent number of times slave-master controller 12 during inactive mode.
  • FIG. 6 illustrates a temporal organization of the exchanges between the controllers of the management system 1 in the inactive mode
  • FIG. 7 illustrates a method for balancing the respective charges of the accumulators 10 of the traction battery 2 capable of being put into -implemented by a management system 1.
  • the balancing process is implemented by the management system 1 in inactive mode at very low frequency, for example with frames respecting a periodicity P3 of 10 minutes, because the balancing needs change very slowly. In this way, the use of traction battery 2 is economical in inactive mode.
  • a slave controller 7 becomes slave-master controller 12.
  • slave-master controller means that it is one of the slave controllers 7 which becomes the network and balancing coordinator in inactive mode, this role being occupied by the master controller 6 in the active mode.
  • the slave controllers 7 do not communicate with the master controller 6 but with the slave-master controller 12, and conversely the master controller 6 does not communicate with the slave controllers 7, it is the slave-master controller.
  • master 12 who does.
  • the slave-master controller 12 asks the other slave controllers 7 to transmit a minimum voltage among their plurality of accumulators 10.
  • the master-slave controller 12 sends an initial beacon 15 to all of the slave controllers 7 requesting to take the voltage measurements of the plurality of accumulators 10 to which they are coupled and to send to the master slave controller 12 the minimum voltage among these measured voltages.
  • Each slave controller 7 of the management system is equipped with a computer and sensors enabling it to carry out such operations.
  • the slave-master controller 12 sends to each of the other slave controllers 7 a minimum voltage of the traction battery 2 from among the minimum voltages of the plurality of accumulators of each slave controller 7. More specifically, during step 14, the slave-master controller 12 receives all of the minimum voltages 17 from each of the accumulator nodes 10 coupled to a slave controller 7, determines the minimum of these received voltages and returns this minimum. in a beacon 18 to all of the slave controllers 7.
  • the step of sending the minimum voltages 17 by all of the slave controllers 7 takes place in the periodic frame following that of the first initial beacon 15. But it can also take place later or directly following the reception of the first initial beacon 15, each slave controller 7 having to respect its sending slot. The same is true for sending beacon 18.
  • each slave controller 7 determines a balancing requirement and possibly a balancing term for the plurality of accumulators 10 to which it is coupled.
  • each slave controller 7 receives the minimum voltage from the traction battery 2 in the beacon 18. Moreover, in the active mode, unlike the state of the art, the master controller 6 transmits the current flowing in the traction battery 2 via the gateway 9 to all of the slave controllers 7.
  • the master controller 6 comprises sensors 20 which allow it to determine the current flowing in the battery 2.
  • the slave controllers 7 have the information necessary to determine the status indicators of the plurality of accumulators 10 to which they are coupled. These state indicators are, for example, the state of health or the state of charge of the battery 2.
  • the slave controller 7 can perform a comparison between the voltage of the accumulator and the minimum voltage of the battery 2 received in the beacon 18. In the case where the difference between the voltage of the accumulator 10 and the minimum voltage is less than a predetermined threshold S, there is no need to balance said accumulator 10 and the balancing term is therefore no . Conversely, when the difference is greater than the threshold S, there is a need for balancing and the balancing term is determined and then applied by the slave controller 7.
  • the threshold S is for example 5 millivolts if the measurement precision is less than 2 millivolts.
  • the need for balancing and the term for balancing are determined in inactive mode only by the slave controllers 7 and not by the master controller 6.
  • the slave controllers 7 being powered by the traction battery 2 and not by the low-voltage battery 3, the autonomy of the low-voltage battery 3 is not reduced in inactive mode, since the master controller 6 is not used.
  • the traction battery 2 being of great autonomy, it is not disabling to use it in inactive mode for the use of the slave controllers 7.

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Abstract

Ce système de gestion (1) d'une batterie d'accumulateurs (2) d'un véhicule électrique comprend une pluralité de contrôleurs esclaves (7) couplés respectivement à une pluralité d'accumulateurs (10) de la batterie (2) et un contrôleur maître (6) configuré pour déterminer des termes d'équilibrage de la charge des accumulateurs (10) dans un mode actif du système de gestion (1), le système de gestion (1) comprenant un mode inactif dans lequel les termes d'équilibrage de charges sont déterminés uniquement par les contrôleurs esclaves (7).

Description

TITRE : Système de gestion d’ une batterie et procédé d’ équilibrage des charges des accumulateurs de la batterie.
Domaine technique
L’invention concerne, de manière générale, les systèmes de gestion d’une batterie d’ accumulateurs.
En particulier, l ’ invention concerne les systèmes de gestion sans fil d’une batterie d’ accumulateurs d’un véhicule électrique.
Techniques antérieures
Les véhicules électriques tels que les véhicules automobiles comprennent une batterie d’ accumulateurs de traction et une batterie de servitude. La batterie de traction est la batterie haute-tension alimentant le moteur électrique du véhicule tandis que la batterie de servitude est la batterie basse-tension commune à tout véhicule, en général de 12 ou 14 volts, destinée à alimenter les fonctionnalités autres, telles que différents équipements de bord du véhicule.
Une batterie de traction d’un véhicule électrique comprend une pluralité d’ accumulateurs aussi appelés cellules. Typiquement, la batterie d’un véhicule automobile électrique comprend 96 accumulateurs ou plus, regroupés en nœuds de 8 accumulateurs. Par exemple, les accumulateurs des véhicules électriques ou hybrides sont des accumulateurs Li-Ion.
Afin d’ optimiser la durée de vie et l ’ entretien de la batterie de traction ainsi que ses performances, un système de gestion de la batterie d’ accumulateurs est utilisé pour gérer l ’ équilibrage des charges des accumulateurs de la batterie par une décharge des accumulateurs les plus chargés dans une résistance. L’ obj ectif est que l ’ ensemble des accumulateurs soit au même niveau de charge.
Les systèmes de gestion de batterie d’ accumulateurs comprennent généralement un contrôleur maître alimenté par la batterie basse-tension du véhicule et une pluralité de contrôleurs esclaves. Chaque contrôleur esclave est couplé à un nœud d’une pluralité d’ accumulateurs qui assurent son alimentation et le contrôleur maître comprend un calculateur déterminant des termes d’ équilibrage à appliquer par chaque contrôleur esclave sur le nœud avec lequel il est couplé afin d’ équilibrer les charges des accumulateurs de la batterie. Afin de limiter les échauffements des résistances, la puissance dissipée est réduite et la durée de l ’ équilibrage est allongée. Pour augmenter cette durée, il est connu de réaliser des réveils périodiques du système, afin de relancer l ’ équilibrage des accumulateurs. Les systèmes de gestion actuels comprennent donc un mode actif et un mode inactif. Le mode actif correspond en général à une mise du contact du véhicule et le mode inactif correspond à une coupure du contact du véhicule.
Le document WO2019/017595 décrit un système de gestion comprenant une pluralité de contrôleurs esclaves configurés pour fonctionner dans un mode actif et un mode inactif en utilisant l ’ énergie fournie par le nœud d’ accumulateurs auquel ils sont couplés. Dans le mode actif, les contrôleurs esclaves transmettent sans fil un signal de détection indiquant un état du nœud d’ accumulateurs auquel ils sont couplés, et un contrôleur maître transmet sans fil un signal de commande comprenant un terme d’ équilibrage indiquant la période de balayage et la durée de balayage à réaliser par le contrôleur esclave pour décharger le nœud d’ accumulateurs auquel il est couplé.
Généralement, le fonctionnement du système est le même dans les modes actif et inactif. En mode inactif, le contrôleur maître envoie des signaux aux contrôleurs esclaves, mais à une fréquence plus basse. De ce fait, lors du mode inactif, la batterie basse-tension réduit son autonomie pour alimenter le contrôleur maître.
La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients précités et de proposer un système de gestion de la batterie d’ accumulateurs de traction d’un véhicule électrique comprenant un mode inactif ne provoquant pas de décharge de la batteri e basse-tension sans perdre en efficacité.
L’invention a donc pour obj et un système de gestion d’une batterie d’ accumulateurs d’un véhicule électrique comprenant une pluralité de contrôleurs esclaves couplés respectivement à une pluralité d’ accumulateurs de la batterie et un contrôleur maître configuré pour déterminer des termes d’ équilibrage de la charge des accumulateurs dans un mode actif du système de gestion, le système de gestion comprenant un mode inactif dans lequel les termes d’ équilibrage de charges sont déterminés uniquement par les contrôleurs esclaves.
Avantageusement, durant le mode inactif chaque contrôleur esclave détermine le terme d’ équilibrage de la pluralité d’ accumulateurs à laquelle il est couplé.
Avantageusement, le contrôleur maître est alimenté par une batterie basse-tension et les contrôleurs esclaves sont alimentés par la batterie de traction.
De manière préférentielle, les contrôleurs maître et esclaves utilisent des moyens de communication sans fil .
L’ invention a également pour obj et un procédé d’ équilibrage de charges respectives d’ accumulateurs d’une batterie d’ accumulateurs d’un véhicule électrique apte à être mis-en-œuvre par un système de gestion tel que défini ci-dessus.
Avantageusement, le contrôleur maître communique le courant circulant dans la batterie aux contrôleurs esclave dans le mode actif, et le procédé comprend les étapes suivantes dans un mode inactif :
- Un contrôleur esclave devient contrôleur esclave-maître ;
- Le contrôleur esclave-maître demande aux autres contrôleurs esclaves la transmission d’une tension minimale parmi leur pluralité d’ accumulateurs ;
- Le contrôleur esclave-maître envoie à chacun des autres contrôleurs esclaves une tension minimale de la batterie parmi les tensions minimales des pluralités d’ accumulateurs de chaque contrôleur esclave ;
- Chaque contrôleur esclave détermine un besoin d’ équilibrage et un terme d’ équilibrage pour sa pluralité d’ accumulateurs ;
De manière préférentielle, le procédé est mis-en-œuvre périodiquement à très basse fréquence lors du mode inactif.
Avantageusement, l ’ étape de détermination d’un besoin d’ équilibrage comprend la détermination d’ indicateurs d’ état de la pluralité d’ accumulateurs par ledit contrôleur esclave.
Préférentiellement, les indicateurs d’ état comprennent l ’ état de santé et l ’ état de charge de la batterie. Avantageusement, le contrôleur esclave devenant contrôleur esclave-maître change à chaque mise-en-œuvre du procédé.
Ainsi, les charges des accumulateurs associés à chaque contrôleur esclave restent équilibrées durant le mode inactif.
L’invention a également pour obj et un véhicule électrique comprenant une batterie de traction, une batterie basse-tension et un système de gestion de la batterie de traction tel que défini ci-dessus, le système étant apte à mettre-en-œuvre un procédé tel que défini précédemment.
Avantageusement, le système de gestion comprend un contrôleur maître alimenté par la batterie basse-tension du véhicule et des contrôleurs esclaves alimentés par la batterie de traction.
De manière préférentielle, le mode actif correspond à la mise du contact du véhicule et le mode inactif correspondant à la coupure du contact du véhicule.
Brève description des dessins
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 :
[Fig l ] illustre schématiquement un système de gestion selon l ’ invention alimenté par les batteries d’un véhicule électrique ;
[Fig2] illustre schématiquement la topologie du système de gestion de la figure 1 en mode actif ;
[Fig3 ] illustre schématiquement l ’ organisation temporelle des échanges en mode actif du système de gestion selon la figure 1 en mode actif ;
[Fig4] illustre schématiquement l ’ organisation temporelle des échanges en mode inactif d’un système de gestion selon l ’ état de la technique ;
[Fig5] illustre schématiquement la topologie d’un système de gestion de la figure 1 en mode inactif ; [Fig6] illustre schématiquement l ’ organisation temporelle des échanges en mode inactif du système de gestion selon l ’ invention ; et
[Fig7] illustre schématiquement un procédé d’ équilibrage selon l ’ invention.
Exposé détaillé d’ au moins un mode de réalisation
On a représenté schématiquement sur la figure 1 un système de gestion 1 d’une batterie d’ accumulateurs 2 selon l ’invention.
La batterie d’ accumulateurs 2 est une batterie d’ accumulateurs d’un véhicule électrique, par exemple un véhicule automobile à traction électrique.
Plus précisément, la batterie d’ accumulateurs 2 est une batterie de traction du véhicule électrique, c’ est-à-dire qu’ elle est la batterie alimentant un moteur électrique du véhicule électrique. En particulier, la batterie de traction 2 est une batterie haute tension communément appelé pack batterie.
Le véhicule électrique comprend une batterie basse-tension 3 en plus de la batterie de traction 2.
La batterie basse-tension 3 est une batterie classique présente dans l ’ ensemble des véhicules à moteur électrique, thermique ou hybride, et alimentant les divers équipements de bord, aussi appelée batterie de servitude. La batterie basse-tension 3 est en général une batterie de 12 Volts.
Le véhicule électrique comprend un BCM 4, acronyme du terme anglosaxon Body Control Module, qui signifie Module de Contrôle du Corps du véhicule et qui est une dénomination usuelle désignant un ordinateur de bord contrôlant des accessoires électroniques du véhicule tels que l ’ air conditionné ou le verrouillage centralisé. Le véhicule électrique comprend en plus un superviseur du groupe motopropulseur 5 qui est contrôlé par le BCM 4.
Le système de gestion 1 comprend un contrôleur maître 6 et une pluralité de contrôleurs esclaves 7.
Le superviseur 5 du groupe motopropulseur contrôle la mise sous tension du contrôleur maître 6. Le BCM 4, le superviseur 5 et le contrôleur maître 6 sont alimentés par la batterie basse-tension 3 via un bus CAN 8, et la pluralité de contrôleurs esclaves 7 sont alimentés par la batterie de traction 2.
Le système de gestion 1 comprend un mode actif correspondant à la mise du contact du véhicule et un mode inactif correspondant à la coupure du contact du véhicule. Le système de gestion 1 est apte à basculer entre les modes actif et inactif à la survenue d’un évènement déclencheur. Par exemple, l ’ événement déclencheur peut être l ’ arrêt du véhicule en fin d’utilisation, c’ est-à-dire la mise hors contact du véhicule par l ’utilisateur, qui provoque le basculement du mode actif vers le mode inactif. Un autre événement déclencheur peut être la survenue de la fin de charge de la batterie de traction 2 du véhicule.
La figure 2 illustre la topologie du système de gestion 1 en mode actif.
La topologie du système de gestion 1 en mode actif est en étoile autour d’une passerelle centrale 9 couplée au contrôleur maître 6 par le bus CAN 8, et qui est alimentée par la batterie basse-tension 3.
L’ ensemble comprenant le contrôleur maître 6 et la passerelle centrale 9 communique sans-fil avec les contrôleurs esclaves 7.
La batterie de traction 2 comprend un ensemble d’ accumulateurs 10 regroupés en plusieurs nœuds 1 1. Chaque contrôleur esclave 7 est couplé à une pluralité d’ accumulateurs 10 formant un nœud 1 1.
Par exemple, la batterie de traction 2 comprend 96 ou 100 accumulateurs regroupés en 12 nœuds de 8 accumulateurs.
Chaque contrôleur esclave 7 ne communique qu’ avec l ’ ensembl e comprenant la passerelle 9 et le contrôleur maître 6.
Dans le mode actif, le contrôleur maître 6 est configuré pour déterminer des termes d’ équilibrage de la charge des accumulateurs 10. Plus précisément, le contrôleur maître 6 calcule des indicateurs d’ état à l ’ aide de mesures de données telles que la tension ou la température dans les accumulateurs 10, et en déduit un terme d’ équilibrage 10 à appliquer pour chaque accumulateur 10 de façon à équilibrer l’ ensemble des charges des accumulateurs 10 de la batterie de traction 2. Plus préci sément, le terme d’ équilibrage destiné à équilibrer un accumulateur 10 est appliqué à cet accumulateur 10 par le contrôleur esclave 7 auquel il est couplé.
La figure 3 illustre une organisation temporelle des échanges entre les contrôleurs du système de gestion 1 dans le mode actif. L’ axe des abscisses est un axe des temps.
En mode actif, les échanges s’ enchaînent à une périodicité P I donnée, par exemple de 100 millisecondes. La période P I d’un échange est divisée en une pluralité de créneaux temporels par exemple égaux en durée, typiquement de 3 milli secondes. La synchronisation est réalisée par l ’ envoi d’une balise initiale 6a qui est émise par le contrôleur maître 6 via la passerelle 9 à l ’ ensemble des contrôleurs esclaves 7. A la suite de cette balise initiale 6a, chaque créneau est dédié à l ’ envoi d’ informations à l ’ ensemble comprenant la passerelle 9 et le contrôleur maître 6. Ces informations sont envoyées dans une balise 7a, 7b, ... par un contrôleur esclave 7 et comprennent les mesures de tension et de température des accumulateurs auxquels le contrôleur esclave 7 est couplé. Chaque contrôleur esclave 7 sait donc dans quel créneau il doit émettre ses informations.
En parallèle, le contrôleur maître 6 reçoit les informations de chaque contrôleur esclave 7 et détermine un terme d’ équilibrage pour chaque accumulateur 10 de la batterie 2. Ce terme d’ équilibrage est déterminé notamment par le calcul d’ indicateurs d’ états relatifs à l ’ accumulateur 10 en question et à la batterie 2. Ces indicateurs d’ état comprennent le SOH et le SOC, acronymes respectifs des termes anglosaxons « State Of Health » et « State Of Charge », désignant respectivement les états de santé et de charge de la batterie 2.
Après détermination du terme d’ équilibrage d’un accumulateur 10, le contrôleur maître 6 envoie ce terme au contrôleur esclave 7 auquel l ’ accumulateur 10 est couplé. Cet envoi n’ est pas représenté sur la figure 3. Le contrôleur esclave 7 applique alors ce terme d’ équilibrage à l ’ accumulateur 10 en question.
Ainsi, les charges des différents accumulateurs 10 de la batterie de traction 2 sont équilibrés durant le mode actif. Le fonctionnement du système de gestion 1 dans le mode actif est similaire au fonctionnement des systèmes de gestion de l ’ état de la technique en mode actif.
Dans l ’ exemple illustré sur la figure 3 , la batterie de traction 2 comprend 12 nœuds d’ accumulateurs 10, la période P I vaut 100 millisecondes et les créneaux sont d’une durée égale de 3 milli secondes.
La figure 4 illustre une organisation temporelle des échanges entre les contrôleurs d’un système de gestion selon l ’ état de la technique dans le mode inactif. L’ axe des abscisses représente l ’ axe des temps.
Les systèmes de gestion de l ’ état de la technique conservent dans le mode inactif la topologie illustrée sur la figure 2.
Dans le mode inactif d’un système de gestion selon l ’ état de la technique, la périodicité des échanges est allongée, par exemple à une durée P2 de 300 millisecondes. De plus, les échanges ne comprennent plus qu’une balise de synchronisation initiale 6a envoyée par le contrôleur maître 6 à l ’ ensemble des contrôleurs esclaves 7. Tant que la balise 6a ne comprend pas un ordre de réveil, les contrôleurs esclave 7 n’ envoient aucune information. En revanche, lorsque la balise 6a comprend un ordre de réveil, le système de gestion de l ’ état de la technique réalise un échange similaire à celui du mode actif, même si l e contact de la voiture est coupé. Typiquement, durant le mode inactif, les balises 6a émises ne comprennent pas d’ ordre de réveil pendant plusieurs heures. Par exemple, l ’ ordre de réveil peut intervenir toutes les huit heures.
Ainsi, le mode inactif permet d’ allonger l ’ équilibrage des charges des accumulateurs et de ce fait de limiter l ’ échauffement de résistances dans lesquelles les accumulateurs se déchargent suivant leur terme d’ équilibrage.
Néanmoins, ce mode inactif selon l ’ état de la technique nécessite de maintenir allumée la passerelle 9 et de réveiller périodiquement le contrôleur maître 6 afin d’ envoyer les balises 6a. Pour réveiller le contrôleur maître 6, il faut réveiller le BCM 4 qui réveille le superviseur 5 qui réveille le contrôleur maître 6. Le BCM 4, le superviseur 5 et le contrôleur maître 6 étant alimentés par la batterie basse-tension 3 , une surconsommation de l ’ autonomie de cette batterie basse-tension 3 est induite lors du mode inactif.
La figure 5 illustre la topologie du système de gestion 1 selon l ’ invention en mode inactif.
Plus précisément, lorsque le système de gestion 1 passe du mode actif au mode inactif, sa topologie est modifiée de la topologie illustrée sur la figure 2 à la topologie illustrée sur la figure 5.
Dans le mode inactif, le contrôleur maître 6 n’ est plus le coordinateur du réseau formé par les contrôleurs. En effet, l ’un des contrôleurs esclave 7 devient le coordinateur du réseau et est ainsi chargé d’ orchestrer les échanges dans le système de gestion 1. Dans la suite, ce contrôleur esclave sera appelé contrôleur esclave-maître 12.
De manière préférentielle, le contrôleur esclave 7 élu pour devenir contrôleur esclave-maître 12 dans le mode inactif est choi si en fonction de sa position dans le pack batterie 2. Plus précisément, il s’ agit d’un contrôleur esclave 7 couplé à un nœud 1 1 central .
Alternativement, le rôle d’ esclave-maitre 12 peut changer périodiquement entre les contrôleurs esclaves 7. Plus précisément, il est possible qu’ à chaque période de mise-en-œuvre du procédé, un contrôleur esclave 7 différent devienne contrôleur esclave-maître 12 et envoie la balise de synchronisation aux autres contrôleurs esclaves 7. De même, il est possible que chaque contrôleur esclave 7 doive avoir exercé une fois le rôle de contrôleur esclave-maître 12 avant qu’ un contrôleur esclave 7 devienne contrôleur maître-esclave 12 une deuxième fois. Plus globalement, le contrôleur esclave 7 devenant contrôleur esclave-maître 12 peut être désigné de façon à ce que chaque contrôleur esclave devienne successivement contrôleur esclave maître au fil des mi ses-en-œuvre périodiques du procédé, et à ce que chaque contrôleur esclave 7 devienne un nombre de fois équivalent contrôleur esclave-maître 12 lors du mode inactif. Cela permet de ne pas créer de déséquilibre entre les charges des accumulateurs de différents contrôleurs esclaves 7, et de faire que tous les contrôleurs esclaves 7 aient la même consommation d’ énergie dans le mode inactif. Ainsi, l ’ équilibre de la batterie n’ est pas affecté. La figure 6 illustre une organisation temporelle des échanges entre les contrôleurs du système de gestion 1 dans le mode inactif, et l a figure 7 illustre un procédé d’ équilibrage des charges respectives des accumulateurs 10 de la batterie de traction 2 apte à être mis-en-œuvre par un système de gestion 1.
Le procédé d’ équilibrage est mis-en-œuvre par le système de gestion 1 en mode inactif à très basse fréquence, par exemple avec des trames respectant une périodicité P3 de 10 minutes, car les besoins d’ équilibrage évoluent très lentement. De cette manière, l ’utilisation de la batterie de traction 2 est économe dans le mode inactif.
Dans une première étape 13 , un contrôleur esclave 7 devient contrôleur esclave-maître 12. Le terme "contrôleur esclave-maître" signifie qu'il s'agit d'un des contrôleurs esclaves 7 qui devient le coordinateur du réseau et de l'équilibrage en mode inactif, ce rôle étant occupé par le contrôleur maître 6 dans le mode actif. Ainsi, dans le mode inactif, les contrôleurs esclaves 7 ne communiquent pas avec le contrôleur maître 6 mais avec le contrôleur esclave-maître 12, et inversement le contrôleur maître 6 ne communique pas avec les contrôleurs esclaves 7, c'est le contrôleur esclave-maître 12 qui le fait.
Dans une deuxième étape 14, le contrôleur esclave-maître 12 demande aux autres contrôleurs esclaves 7 la transmission d’une tension minimale parmi leur pluralité d’ accumulateurs 10.
Plus précisément, le contrôleur esclave-maître 12 envoie une balise initiale 15 à l ’ ensemble des contrôleurs esclaves 7 demandant de réaliser les mesures de tension de la pluralité d’ accumulateurs 10 à laquelle ils sont couplés et d’ envoyer au contrôleur esclave maître 12 l a tension minimale parmi ces tensions mesurées.
Chaque contrôleur esclave 7 du système de gestion est équipé d’un calculateur et de capteurs lui permettant de réaliser de telles opérations.
Dans une troisième étape 16, le contrôleur esclave-maître 12 envoie à chacun des autres contrôleurs esclaves 7 une tension minimale de la batterie de traction 2 parmi les tensions minimales des pluralités d’ accumulateurs de chaque contrôleur esclave 7. Plus précisément, lors de l ’ étape 14, le contrôleur esclave-maître 12 reçoit l ’ ensemble des tensions minimales 17 de chacun des nœuds d’ accumulateurs 10 couplés à un contrôleur esclave 7, détermine le minimum de ces tensions reçues et renvoie ce minimum dans une balise 18 à l ’ ensemble des contrôleurs esclaves 7. Sur l ’ organisation temporelle illustrée sur la figure 6, l ’ étape d’ envoi des tensions minimales 17 par l ’ ensemble des contrôleurs esclaves 7 a lieu dans la trame périodique suivant celle de la première balise initiale 15. Mais elle peut aussi avoir lieu plus tard ou directement à la suite de la réception de la première balise initiale 15, chaque contrôleur esclave 7 devant respecter son créneau d’ envoi. Il en est de même pour l ’ envoi de la balise 18.
Dans une quatrième étape 19, chaque contrôleur esclave 7 détermine un besoin d’ équilibrage et possiblement un terme d’ équilibrage pour la pluralité d’ accumulateurs 10 à laquelle il est couplé.
Plus précisément, chaque contrôleur esclave 7 reçoit la tension minimale de la batterie de traction 2 dans la balise 18. De plus, dans le mode actif, à la différence de l ’ état de la technique, le contrôleur maître 6 transmet le courant circulant dans la batterie de traction 2 par la passerelle 9 à l ’ ensemble des contrôleurs esclaves 7. Le contrôleur maître 6 comprend des capteurs 20 qui lui permettent de déterminer le courant circulant dans la batterie 2.
Ainsi, les contrôleurs esclaves 7 disposent des informations nécessaires pour déterminer les indicateurs d’ état de la pluralité d’ accumulateurs 10 à laquelle ils sont couplés. Ces indicateurs d’ état sont par exemple l ’ état de santé ou l ’ état de charge de la batterie 2.
Pour déterminer si un accumulateur 10 auquel un contrôleur esclave 7 est couplé a besoin d’un équilibrage, le contrôleur esclave 7 peut effectuer une comparaison entre la tension de l ’ accumulateur et la tension minimale de la batterie 2 reçue dans la balise 18. Dans le cas où la différence entre la tension de l ’ accumulateur 10 et la tension minimale est inférieure à un seuil prédéterminé S, il n’y a pas besoin d’ équilibrage dudit accumulateur 10 et le terme d’ équilibrage est donc nul . A l ’ inverse, quand la différence est supérieure au seuil S, il existe un besoin d’ équilibrage et le terme d’ équilibrage est déterminé pui s appliqué par le contrôleur esclave 7.
Le seuil S est par exemple de 5 millivolts si la précision de mesure est inférieure à 2 millivolts.
Ainsi, le besoin d’ équilibrage et le terme d’ équilibrage sont déterminés en mode inactif uniquement par les contrôleurs esclaves 7 et non par le contrôleur maître 6. De cette façon, les contrôleurs esclaves 7 étant alimentés par la batterie de traction 2 et non par la batterie basse- tension 3 , l ’ autonomie de la batterie basse-tension 3 n’ est pas réduite en mode inactif, puisque le contrôleur maître 6 n’ est pas utilisé. De plus, la batterie de traction 2 étant d’une grande autonomie, il n’ est pas handicapant de l ’utiliser en mode inactif pour l ’utilisation des contrôleurs esclaves 7.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de gestion ( 1 ) d’une batterie d’ accumulateurs (2) d’un véhicule électrique comprenant une pluralité de contrôleurs esclaves (7) couplés respectivement à une pluralité d’ accumulateurs ( 10) de la batterie (2) et un contrôleur maître (6) configuré pour déterminer des termes d’ équilibrage de la charge des accumulateurs ( 10) dans un mode actif du système de gestion ( 1 ), caractérisé en ce que le système de gestion ( 1 ) comprend un mode inactif dans lequel les termes d’ équilibrage sont déterminés uniquement par les contrôleurs esclaves (7).
2. Système ( 1 ) selon la revendication 1 , dans lequel durant le mode inactif, chaque contrôleur esclave (7) détermine le terme d’ équilibrage de la pluralité d’ accumulateurs ( 10) à laquelle il est couplé.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le contrôleur maître (6) est alimenté par une batterie basse-tension (3) et les contrôleurs esclaves (7) sont alimentés par la batterie de traction (2).
4. Système ( 1 ) selon Tune quelconque des revendications 1 à 3 , dans lequel les contrôleurs maître (6) et esclaves (7) utilisent des moyens de communication sans fil .
5. Procédé d’ équilibrage de charges respectives d’ accumulateurs ( 10) d’une batterie d’ accumulateurs (2) d’un véhicule électrique apte à être mis-en- œuvre par un système de gestion ( 1 ) selon Tune quelconque des revendications 1 à 4.
6. Procédé d’ équilibrage selon la revendication 5, dans lequel le contrôleur maître (6) communique le courant circulant dans la batterie (2) aux contrôleurs esclave dans le mode actif, le procédé comprenant les étapes suivantes dans un mode inactif :
- Un contrôleur esclave (7) devient contrôleur esclave-maître ( 12) ;
- Le contrôleur esclave-maître ( 12) demande aux autres contrôleurs esclaves (7) la transmission d’une tension minimale parmi leur pluralité d’ accumulateurs ( 10) ;
- Le contrôleur esclave-maître ( 12) envoie à chacun des autres contrôleurs esclaves (7) une tension minimale de la batterie (2) parmi les tensions minimales des pluralités d’ accumulateurs ( 10) de chaque contrôleur esclave ( 13) ; Chaque contrôleur esclave (7) détermine un besoin d’ équilibrage et un terme d’ équilibrage pour sa pluralité d’ accumulateurs ( 10).
7. Procédé d’ équilibrage selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu’ il est mis-en-œuvre périodiquement à très basse fréquence lors du mode inactif.
8. Procédé selon l ’une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel l ’ étape ( 19) de détermination d’un besoin d’ équilibrage comprend la détermination d’indicateurs d’ état de la pluralité d’ accumulateurs ( 10) par ledit contrôleur esclave (7).
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel les indicateurs d’ état comprennent l ’ état de santé et l ’ état de charge de la batterie (2).
10. Procédé selon l ’une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel le contrôleur esclave (7) devenant contrôleur esclave-maître ( 12) change à chaque mise-en-œuvre du procédé.
1 1. Véhicule automobile électrique comprenant une batterie de traction (2), une batterie basse-tension (3) et un système de gestion ( 1 ) de la batterie de traction (2) selon l ’une des revendications 1 à 4, le système ( 1 ) étant apte à mettre-en-œuvre un procédé selon l ’une des revendications 5 à 10.
12. Véhicule selon la revendication 1 1 , dans lequel le système de gestion
( 1 ) comprend un contrôleur maître (6) alimenté par la batterie basse-tension (3 ) du véhicule et des contrôleurs esclaves (7) alimentés par la batterie de traction
(2).
13. Véhicule selon la revendication 1 1 ou 12, dans lequel le mode actif correspond à la mise du contact du véhicule et le mode inactif correspondant à la coupure du contact du véhicule.
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