WO2025214895A1 - Systeme de supervision de cellules de batteries automobiles, a alimentation alternative independante et communication ethernet - Google Patents

Systeme de supervision de cellules de batteries automobiles, a alimentation alternative independante et communication ethernet

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WO2025214895A1
WO2025214895A1 PCT/EP2025/059273 EP2025059273W WO2025214895A1 WO 2025214895 A1 WO2025214895 A1 WO 2025214895A1 EP 2025059273 W EP2025059273 W EP 2025059273W WO 2025214895 A1 WO2025214895 A1 WO 2025214895A1
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WO
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power supply
cell
supervision
connection
ethernet
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PCT/EP2025/059273
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English (en)
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Thierry BAVOIS
Nathalie COMBET
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J7/80—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including monitoring or indicating arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Definitions

  • the technical field of the invention is battery management, and more particularly battery management based on cell sensor circuits.
  • a battery pack usually consists of a number of battery cells, for example 24 battery cells.
  • a CMS cell supervision system (acronym for "Cell Management System") is used.
  • the CMS cell supervision system comprises at least one CSC cell sensor circuit (acronym for "Cell Sensor Circuit”) responsible for monitoring at least one cell 11 of battery 10.
  • Figure [Fig 1] illustrates such a system.
  • Cell monitoring means determining the voltage across each cell. Multiple CSC cell sensor circuits are required to monitor all the cells in a battery.
  • CSC cell sensor circuits are connected in a daisy chain, i.e. via isolated point-to-point communication buses (capacitive coupling or transformer isolation).
  • One of the CSC cell sensor circuits provides the interface with an external microcontroller ensuring communication with the rest of the vehicle.
  • the CSC cell sensor circuit connected to the external microcontroller acts as a master controller insofar as the data from the other CSC cell sensor circuits pass through it before reaching the external microcontroller.
  • Each CSC cell sensor circuit is powered directly by the monitored battery cells. Since the cells in a battery are connected in series, the failure of one cell causes the entire cell to fail. If one of the cells monitored by the CSC cell sensor circuit fails, the corresponding CSC cell sensor circuit is no longer powered. It is then not possible to know which battery cell is faulty.
  • the unpowered C SC cell sensor circuit can no longer act as a relay for information determined by the other C SC cell sensor circuits located downstream of the connection to the master controller. This means that access to all C SC cell sensor circuits is lost from the faulty cell sensor circuit.
  • a backup master controller placed last in the chain of cell sensor circuits CSC relative to the master controller, which makes it possible to reverse the direction of the chain connection and regain access to the cell sensor circuits CSC which could no longer be accessed via the master controller. Even in this case, the cell sensor circuit CSC normally powered by the group of cells including the faulty cell still cannot be accessed. In addition, the presence of such a backup master controller increases the cost of a battery management system.
  • a first problem is linked to the failure of the power supply to a cell sensor circuit C SC which makes the monitoring of all the monitored cells inoperative.
  • a second problem is related to the difficulty of determining which battery cell is faulty in the event of a CSC cell sensor circuit power supply failure. Since the voltage and current measurements of the individual cells are no longer available, it is not possible to determine which faulty cell(s) need to be replaced. It is then necessary to replace all the cells or to test them. one by one. In both cases, the repair is not economically efficient.
  • a third problem is related to the increased complexity of a battery management system equipped with a backup controller allowing the interrogation direction of the cell sensor circuit chain C SC to be reversed.
  • a fourth problem is related to the significant consumption of the CSC cell sensor circuits contributing to the discharge of the battery.
  • a fifth problem is linked to the fact that so-called "daisy chain” communication is not standardized and becomes an obstacle to the interoperability of solutions.
  • the present invention aims to respond to these various technical problems.
  • the invention relates to a system for supervising cells of a motor vehicle traction battery, comprising a zone controller and at least two supervision cards, each supervision card being designed to monitor at least one cell of the traction battery through voltage measurements, in which: a. the zone controller is connected to the supervision cards via an Ethernet connection, b. the zone controller comprises a microcontroller, an Ethernet interface and an AC power supply, the microcontroller being designed to control the Ethernet interface and the AC power supply, c. the AC power supply being designed to power the Ethernet interface and the microcontroller of the zone controller, d. the AC power supply also being designed to provide power on a pair of twisted conductors via the Ethernet connection between the zone controller and the supervision cards, e.
  • each supervision card comprising a data processing stage and a power supply stage
  • the data processing stage comprising an Ethernet interface connected to the Ethernet connection via an isolation means and a high-pass filter designed so as to allow only data-related voltage variations to pass through the Ethernet interface while rejecting voltage variations related to the AC power supply
  • the data processing stage also comprising at least two cell supervisors each designed so as to monitor at least one cell of the battery, the power supply stage being connected to the Ethernet connection so as to provide power to each cell supervisor and to the Ethernet interface of the supervision card.
  • the power supply stage may comprise, for each cell supervisor, an isolation means connected on the one hand to an AC-DC converter and on the other hand to the Ethernet connection via a power supply connection.
  • the means of isolation may be of the inductive type, in particular an isolation transformer.
  • An isolation means may be provided between the Ethernet interface and the Ethernet connection as well as between the high-pass filter and the Ethernet connection.
  • An isolation means may be of the inductive type, in particular an isolation transformer.
  • An isolation means may be provided between the Ethernet connection and the power supply stage of each supervisory card, the isolation means of the data processing stage and the isolation means of the power supply stage being coupled together, the isolation means of the Ethernet interface and the isolation means of the AC power supply of the zone controller also being coupled together.
  • the data processing stage may include a data buffer connected between the Ethernet interface and the cell supervisors.
  • the cell supervisors may form a chain in which the first cell supervisor is connected by a first point-to-point connection to the data buffer and by another point-to-point connection to another cell supervisor, the other cell supervisors each being connected to their nearest neighbor by a second point-to-point connection, so that the data transmitted by a cell supervisor passes from near to far to the data buffer.
  • the first point-to-point connection can be an SPI connection, with the second point-to-point connection being a galvanically isolated SPI connection.
  • cell supervisors can each be connected to the data buffer via a data bus.
  • the data bus may be of the SPI type, with at least one of the cell supervisors being isolated from the data bus via an isolation capacitor.
  • FIG. 1 illustrates a CMS cell supervision system according to the prior art
  • FIG. 1 illustrates the main elements of a cell supervision system according to the invention
  • FIG 3 illustrates the main elements of a power supply stage of a supervision card included in a cell supervision system according to the invention
  • FIG 4 illustrates the main elements of a data processing stage of a supervision card included in a first embodiment of a cell supervision system according to the invention
  • - figure [Fig 5] illustrates the main elements of a data processing stage of a supervision card according to a second embodiment of a cell supervision system according to the invention
  • FIG. 6 illustrates the main elements of a cell supervision system according to a second embodiment of the invention.
  • the CMS cell supervision system is referenced 1 in the figure [Fig 2]. It comprises a zone controller 1a connected to at least two supervision cards 1b by an Ethernet connection referenced 2.
  • the Ethernet connection is in particular a connection according to the IEEE 802.3 cg standard, for support of the 10BASE-T 1 S communication protocol, using a pair of twisted conductors.
  • the zone controller is usually located centrally in the vehicle, at least close to the other computers or electronic control units in the vehicle. In fact, the zone controller communicates with the other computers or electronic control units in the vehicle via an Ethernet connection.
  • the supervision cards 1b are arranged on the battery 10, as close as possible to the monitored cells 11, for reasons of cost and range of connections to the terminals of the cells.
  • the zone controller l a includes a microcontroller l al , an Ethernet interface l a2 and an AC power supply l a3.
  • An Ethernet interface is considered a level 1 hardware interface in the OSI model (an acronym for "Open System Interconnection").
  • the microcontroller l al is connected by a data connection to the Ethernet interface l a2, in particular an xMII (acronym for "Media Independent Interface”) or SPI (acronym for "Serial Peripheral Interface”) type connection.
  • the Ethernet interface l a2 is connected to the Ethernet connection by a data connection 2a2 and an isolation means 2a21.
  • the AC power supply 1a3 supplies the Ethernet interface 1a2 and the microcontroller 1a3 via an AC-DC converter (not shown).
  • the AC power supply 1a3 is further connected to the Ethernet connection 2 via a power connection 2a3 and an isolation means 2a3 1 , in order to provide a power supply similar to the PoDL standard (acronym for "Power Over Data Lines", IEEE 802.3bu standard) via the Ethernet connection 2.
  • the isolation means 2a21 and 2a3 1 are in particular of the inductive type, for example an isolation transformer.
  • the frequency of the alternating power supply 1 a3 is chosen so as to be significantly lower than the frequency linked to the transmission of data, and so that the voltage variations linked to the power supply can be filtered by frequency filtering (for example, data at a frequency of 12 MHz, power supply at a frequency lower than 1 kHz).
  • Each 1b supervisor card includes a 2b2 data connection and a 2b3 power connection to the Ethernet connection, each presented as a pair of conductors.
  • the proposed power supply is a power supply on a pair of twisted connectors, superimposed on the voltage variations generated by data transmission.
  • Each 1b supervision card includes a data processing stage and a lb3 power supply stage.
  • the data processing stage comprises an Ethernet interface lb20 connected to the Ethernet connection 2 via an isolation means 2b21 and a high-pass filter 1b 19.
  • the high-pass filter lb 19 is designed to separate the voltage variations linked to the data from the voltage variations linked to the alternating power supply 1 a3 and to only allow the voltage variations linked to the data to pass through.
  • the isolation means 2b21 is in particular of the inductive type, for example an isolation transformer.
  • the Ethernet interface lb20 is connected to a data buffer lb21 ("buffer" in English) itself connected to at least one cell supervisor lb22 by a serial communication connection of the SPI type.
  • the data buffer 1 b21 is connected to the Ethernet interface lb20 by an xMII connection.
  • the role of the data buffer lb21 is to manage the conversion of the data exchanged between the at least one cell supervisor lb22 and the Ethernet interface lb20, as well as the management of any possible asynchronicity.
  • Each lb22 cell supervisor supervises a plurality of 1 1 battery cells.
  • the power supply stage lb3 comprises a power supply connection to each cell supervisor lb22 provided with an isolation means lb3 1 and an AC-DC converter lb32.
  • Figure [Fig 3] illustrates the power supply stage of a supervision card.
  • the provision of an lb32 AC-DC converter for each lb22 cell supervisor is particularly advantageous in that it makes it possible to provide the necessary power supply taking into account a different reference voltage for each lb32 AC-DC converter and indexed to the voltage of the monitored cells.
  • a first cell supervisor is connected to the data buffer lb21 by a first SPI serial communication connection.
  • the first cell supervisor is then connected to a second cell supervisor by a second ISO SPI serial communication connection.
  • ISO SPI connection is meant an SPI serial connection comprising galvanic isolation.
  • Each of the other cell supervisors is connected to only one other cell supervisor by an ISO SPI serial communication connection, so as to form a daisy chain.
  • Such an embodiment is close to the state of the art, while simplifying data connections due to the use of SPI and ISO SPI serial communication connections and solving the power supply problems of the lb22 cell supervisors by powering them from the data connection instead of powering them from the battery cells.
  • an SPI data bus connects each of the cell supervisors lb22 with the data buffer lb21.
  • each of the cell supervisors lb22 is provided with galvanic isolation lb23 at its connection with the SPI data bus.
  • the galvanic isolation of the first cell supervisor can be omitted since it is powered by the same power supply as the data buffer lb21 and the Ethernet interface lb20. Any fault affecting the Ethernet interface and the data buffer would also affect its ability to communicate.
  • the lb23 galvanic isolation of the cell supervisors is achieved by means of a digital circuit, in particular of the optical, capacitive, radiofrequency or inductive type.
  • This embodiment has the advantage of improving the robustness of the supervision card by making the communication between the data buffer and the cell supervisors independent of the operation of each cell supervisor. In the event of a fault in one of the cell supervisors, the other cell supervisors remain accessible.
  • the isolation means 2a21 and 2a3 1 are connected respectively to the AC power supply 1a3 and to the Ethernet interface 1a2 of the zone controller 1a by a first winding, as in the first embodiment.
  • the second winding of the isolation means 2a3 1 and the second winding of the isolation means 2a21 are connected to the Ethernet connection 2 and coupled to each other by a link 4a.
  • an isolation means 2b31 is added at each power supply stage between the power connection 2b3 to the Ethernet connection and the isolation means lb31.
  • the isolation means 2b31 is in particular of the inductive type, for example an isolation transformer.
  • the isolation means 2b21 and 2b31 are respectively connected to the high-pass filter lbl9 and to the isolation means lb31 of each supervision card 1b by their respective first windings.
  • the second winding of the isolation means 2b21 and the second winding of the isolation means 2b31 are connected to the Ethernet connection 2.
  • the two windings can be grouped in the same component with a common midpoint referenced 4b. Compared to the first embodiment of the CMS cell supervision system, the grouping of the isolation means within the same component makes it possible to optimize its size and cost.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Système de supervision de cellules (11) d'une batterie automobile, comprenant un contrôleur de zone (1a) et au moins deux cartes de supervision (1b) connectés par une connexion Ethernet (2), dans lequel : a. le contrôleur de zone (1a) comprend une alimentation alternative (1a3) réalisant une fourniture de puissance par l'intermédiaire d'une connexion Ethernet (2) entre le contrôleur de zone (1a) et les cartes de supervision (1b), à une fréquence choisie significativement inférieure à la fréquence liée aux données de sorte à pouvoir être filtrée par un filtrage passe-haut, b. chaque carte de supervision (lb) comprenant : i. un étage de traitement de données comprenant au moins deux superviseurs de cellules (1b22) conçus chacun de sorte à réaliser la surveillance d' au moins une cellule (11) et une interface Ethernet (1b20) connectée à un moyen d'isolation (2b21) et un filtre passe-haut (1b 19) de la puissance de l' alimentation alternative (1a3), ii. un étage d' alimentation connecté à la connexion Ethernet (2) de sorte à fournir une alimentation à chaque superviseur de cellules (1b22) et à l'interface Ethernet (1b20) de la carte de supervision (lb) à partir de la puissance de l' alimentation alternative (1a3).

Description

DESCRIPTION
SYSTEME DE SUPERVISION DE CELLULES DE BATTERIES AUTOMOBILES, A ALIMENTATION ALTERNATIVE INDEPENDANTE ET COMMUNICATION ETHERNET
Domaine technique
L’ invention a pour domaine technique la gestion de batteries, et plus particulièrement la gestion de batterie à base de circuits senseurs de cellule.
Techniques antérieures
Une batterie comprend généralement un certain nombre de cellules de batterie, par exemple 24 cellules de batterie.
Afin de surveiller de telles batteries, un système de supervision de cellules CMS (acronyme anglophone pour « Cell Management System ») est employé. Le système de supervision de cellules CMS comprend au moins un circuit senseur de cellule CSC (acronyme anglophone pour « Cell Sensor Circuit ») en charge de la surveillance d’ au moins une cellule 1 1 de batterie 10. La figure [Fig 1 ] illustre un tel système.
Par surveillance de cellule, on entend la détermination de la tension aux bornes de chaque cellule. Plusieurs circuits senseurs de cellule CSC sont nécessaires afin de surveiller l ’ ensemble des cellules d’une batterie.
Ces circuits senseurs de cellule C SC sont connectés en chaine (« daisy chain » en langue anglaise), c’ est-à-dire par l ’intermédiaire de bus de communication point à point isolés (isolation par couplage capacitif ou par transformateurs). Un des circuits senseurs de cellul e CSC réalise l ’ interface avec un microcontrôleur externe assurant la communication avec le reste du véhicule. Le circuit senseur de cellule CSC connecté au microcontrôleur externe fait office de contrôleur maitre dans la mesure où les données des autres circuits senseurs de cellule C SC transitent par son intermédiaire avant d’ atteindre le microcontrôleur externe. Chaque circuit senseur de cellule CSC est alimenté directement par les cellules de batterie surveillées. Comme les cellules d’une batterie sont connectées en série, la défaillance d’une cellule rend l ’ ensemble des cellules défaillant. Si une des cellules surveillées par le circuit senseur de cellule CSC est défaillante, le circuit de senseur de cellule C SC correspondant n’ est plus alimenté. Il n’ est alors pas possible de savoir quelle cellule de batterie est défaillante.
De plus, le circuit senseur de cellule C SC non alimenté ne peut plus faire office de relais des informations déterminées par les autres circuits senseurs de cellule C SC disposés en aval par rapport à la connexion au contrôleur maitre. On perd ainsi l ’ accès à tous les circuits senseurs de cellule C SC à partir du circuit senseur de cellule défaillant.
On notera que dans certains cas, un contrôleur maitre de secours, disposé en dernière place dans la chaine de circuits senseurs de cellule CSC par rapport au contrôleur maitre, est prévu, ce qui permet d’ inverser le sens de la connexion en chaine et de retrouver l ’ accès aux circuits senseurs de cellule C SC auxquels on ne pouvait plus accéder par l ’ intermédiaire du contrôleur maitre. Même dans ce cas, on ne peut touj ours pas accéder au circuit senseur de cellule C SC normalement alimenté par le groupe de cellules comprenant la cellule défaillante. De plus, la présence d’un tel contrôleur maitre de secours augmente le coût d’un système de gestion de batterie.
Un tel système de gestion de batterie présente de façon évidente un certain nombre de problèmes.
Un premier problème est lié à la défaillance de l ’ alimentation d’un circuit senseur de cellule C SC qui rend inopérant la surveillance de l ’ ensemble des cellules surveillées.
Un deuxième problème est lié à la difficulté de déterminer quell e cellule de batterie est défaillante en cas de défaillance de l ’ alimentation d’un circuit senseur de cellule CSC. Les mesures de tension et de courant des différentes cellules n’ étant plus disponibles, il n’ est pas possible de déterminer la ou les cellules défaillantes à remplacer. Il est alors nécessaire de remplacer l ’ ensemble des cellules ou de les tester une à une. Dans les deux cas, la réparation n’ est pas économiquement efficace.
Un troisième problème est lié à l ’ augmentation de complexité d’un système de gestion de batterie muni d’un contrôleur de secours permettant d’ inverser le sens d’ interrogation de la chaine de circuits senseurs de cellule C SC .
Un quatrième problème est lié à la consommation non négligeable des circuits senseurs de cellule CSC contribuant à la décharge de la batterie.
Un cinquième problème est lié au fait que la communication dite de type « daisy chain » n’ est pas normalisée et devient un frein à l ’ interopérabilité des solutions.
La présente invention a pour but de répondre à ces différents problèmes techniques.
Exposé de l’invention
L’invention a pour obj et un système de supervision de cellules d’une batterie de traction de véhicule automobile, comprenant un contrôleur de zone et au moins deux cartes de supervision, chaque carte de supervision étant conçue de sorte à réaliser la surveillance d’ au moins une cellule de la batterie de traction au travers de mesures de tension, dans lequel : a. le contrôleur de zone est connecté aux cartes de supervision par l ’ intermédiaire d’une connexion Ethernet, b . le contrôleur de zone comprend un microcontrôleur, une interface Ethernet et une alimentation alternative, le microcontrôleur étant conçu de sorte à contrôler l ’ interface Ethernet et l ’ alimentation alternative, c. l ’ alimentation alternative étant conçue de sorte à alimenter l ’ interface Ethernet et le microcontrôleur du contrôleur de zone, d. l ’ alimentation alternative étant également conçue de sorte à réaliser une fourniture de puissance sur une paire de conducteurs torsadés par l ’ intermédiaire de la connexion Ethernet entre le contrôleur de zone et les cartes de supervision, e. chaque carte de supervision comprenant un étage de traitement de données et un étage d’alimentation, l’étage de traitement de données comprenant une interface Ethernet connectée à la connexion Ethernet par l’intermédiaire d’un moyen d’isolation et d’un filtre passe-haut conçu de sorte à ne laisser transiter dans l’interface Ethernet que les variations de tension liées aux données en rejetant les variations de tension liées à l’alimentation alternative, l’étage de traitement de données comprenant également au moins deux superviseurs de cellules conçus chacun de sorte à réaliser la surveillance d’au moins une cellule de la batterie, l’étage d’alimentation étant connecté à la connexion Ethernet de sorte à fournir une alimentation à chaque superviseur de cellules et à l’interface Ethernet de la carte de supervision.
L’étage d’alimentation peut comprendre, pour chaque superviseur de cellules, un moyen d’isolement connecté d’une part à un convertisseur alternatif-continu et d’autre part à la connexion Ethernet par l’intermédiaire d’une connexion d’alimentation.
Le moyen d’isolement peut être de type inductif, notamment un transformateur d’isolement.
Un moyen d’isolation peut être disposé entre l’interface Ethernet et la connexion Ethernet ainsi qu’entre le filtre passe-haut et la connexion Ethernet.
Un moyen d’isolation peut être de type inductif, notamment un transformateur d’isolement.
Un moyen d’isolation peut être disposé entre la connexion Ethernet et l’étage d’alimentation de chaque carte de supervision, le moyen d’isolation de l’étage de traitement de données et le moyen d’isolation de l’étage d’alimentation étant couplés entre eux, le moyen d’isolation de l’interface Ethernet et le moyen d’isolation de l’alimentation alternative du contrôleur de zone étant également couplés entre eux.
L’étage de traitement de données peut comprendre un tampon de données connecté entre l’interface Ethernet et les superviseurs de cellules. Dans une carte de supervision, les superviseurs de cellules peuvent former une chaine dans laquelle le premier superviseur de cellules est connecté par une première connexion point à point au tampon de données et par une autre connexion point à point à un autre superviseur de cellules, les autres superviseurs de cellules étant connectés chacun à leur plus proche voisin par une seconde connexion point à point, de sorte que les données émises par un superviseur de cellules transitent de proche en proche jusqu’ au tampon de données.
La première connexion point à point peut être une connexion SPI, la deuxième connexion point à point étant une connexion SPI galvaniquement isolée.
Dans une carte de supervision, les superviseurs de cellules peuvent être connectés chacun au tampon de données par l ’ intermédiaire d’un bus de données.
Le bus de données peut être de type SPI, au moins un des superviseurs de cellules étant isolés du bus de données par l ’ intermédiaire d’une capacité d’ isolement.
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 :
- la figure [Fig 1 ] illustre un système de supervision de cellules CMS selon l ’ état de l ’ art antérieur,
- la figure [Fig 2] illustre les principaux éléments d’un système de supervision de cellules selon l ’ invention,
- la figure [Fig 3 ] illustre les principaux éléments d’un étage d’ alimentation d’une carte de supervision comprise dans un système de supervision de cellules selon l ’ invention,
- la figure [Fig 4] illustre les principaux éléments d’un étage de traitement de données d’une carte de supervision comprise dans un premier mode de réalisation d’un système de supervision de cellules selon l ’invention, - la figure [Fig 5] illustre les principaux éléments d’un étage de traitement de données d’une carte de supervision selon un deuxième mode de réalisation d’un système de supervision de cellules selon l ’ invention, et
- la figure [Fig 6] illustre les principaux éléments d’un système de supervision de cellules selon un second mode de réalisation de l ’ invention.
Description détaillée
Le système de supervision de cellules CMS selon l ’invention est référencé 1 sur la figure [Fig 2] , Il comprend un contrôleur de zone l a connecté à au moins deux cartes de supervision 1b par une connexion Ethernet référencée 2. La connexion Ethernet est notamment une connexion selon la norme IEEE 802.3 cg, pour une prise en charge du protocole de communication 10BASE-T 1 S, utilisant une paire de conducteurs torsadés.
Le contrôleur de zone l a est disposé généralement de façon centrale dans le véhicule, à tout le moins, de façon proche des autres calculateurs ou unités de commande électronique du véhicule. En effet, le contrôleur de zone communique avec les autres calculateurs ou unités de commande électronique du véhicule par une connexion Ethernet.
Par opposition, les cartes de supervision 1b sont disposées sur la batterie 10, au plus proche des cellules 1 1 surveillées, pour des rai sons de coûts et de portée des connexions aux bornes des cellules.
Le contrôleur de zone l a comprend un microcontrôleur l al , une interface Ethernet l a2 et une alimentation alternative l a3. Par interface Ethernet, on considère qu’ il s’ agit d’une interface matérielle de niveau 1 dans le modèle OSI (acronyme anglophone pour « Open System Interconnexion »).
Au sein du contrôleur de zone l a, le microcontrôleur l al est connecté par une connexion de données à l ’ interface Ethernet l a2, notamment une connexion de type xMII (acronyme anglophone pour « Media Independent Interface ») ou SPI (acronyme anglophone pour « Serial Peripheral Interface »). L’interface Ethernet l a2 est connectée à la connexion Ethernet par une connexion de données 2a2 et un moyen d’ isolation 2a21.
L’ alimentation alternative l a3 alimente l ’ interface Ethernet l a2 et le microcontrôleur l a3 par l ’ intermédiaire d’un convertisseur alternatif-continu non illustré. L’ alimentation alternative l a3 est par ailleurs connectée à la connexion Ethernet 2 par l ’ intermédiaire d’une connexion d’ alimentation 2a3 et d’un moyen d’ isolation 2a3 1 , afin de réaliser une fourniture de puissance semblable à la norme PoDL (acronyme anglophone pour « Power Over Data Lines », norme IEEE 802.3bu) par l ’ intermédiaire de la connexion Ethernet 2.
Les moyens d’ isolation 2a21 et 2a3 1 sont notamment de type inductif, par exemple un transformateur d’ isolement.
Afin de distinguer les variations de tension liées à l ’ émission de données des variations de tension liées à l ’ alimentation, la fréquence de l ’ alimentation alternative l a3 est choisie de sorte à être significativement inférieure à la fréquence liée à l ’ émission de données, et de sorte que les variations de tension liées à l ’ alimentation puissent être filtrées par filtrage fréquentiel (par exemple, données à une fréquence de 12MHz, alimentation à une fréquence inférieure à 1 kHz).
Chaque carte de supervision 1b comprend une connexion de données 2b2 et une connexion d’ alimentation 2b3 à la connexion Ethernet, présentée chacune sous la forme d’une paire de conducteurs.
L’ alimentation proposée est une alimentation sur une paire de connecteurs torsadés, superposée aux variations de tension générées par la transmission de données.
Chaque carte de supervision 1b comprend un étage de traitement de données et un étage d’ alimentation lb3.
L’ étage de traitement de données comprend une interface Ethernet lb20 reliée à la connexion Ethernet 2 par l ’ intermédiaire d’un moyen d’ isolation 2b21 et d’un filtre passe-haut 1b 19. Le filtre passe- haut lb 19 est conçu de sorte à séparer les variations de tension liées aux données des variations de tension liées à l ’ alimentation alternative l a3 et à ne laisse transiter que les variations de tension liées aux données. Le moyen d’ isolation 2b21 est notamment de type inductif, par exemple un transformateur d’ isolement.
L’interface Ethernet lb20 est reliée à un tampon de données lb21 (« buffer » en langue anglaise) lui-même relié à au moins un superviseur de cellules lb22 par une connexion de communication série de type SPI. Dans un mode de réalisation particulier, le tampon de données 1 b21 est connecté à l ’ interface Ethernet lb20 par une connexion xMII. Le tampon de données lb21 a pour rôle de gérer la conversion des données échangées entre le au moins un superviseur de cellules lb22 et l ’ interface Ethernet lb20, ainsi que la gestion de toute éventuell e asynchronicité.
Chaque superviseur de cellules lb22 réalise la supervision d’une pluralité de cellules 1 1 de batterie.
L’ étage d’ alimentation lb3 comprend une connexion d’ alimentation à chaque superviseur de cellules lb22 munie d’un moyen d’ isolement lb3 1 et d’un convertisseur alternatif-continu lb32. La figure [Fig 3 ] illustre l ’ étage d’ alimentation d’une carte de supervision.
Bien que coûteuse, la fourniture d’un convertisseur alternatif- continu lb32 pour chaque superviseur de cellules lb22 est particulièrement avantageuse en permettant de fournir la puissance d’ alimentation nécessaire tenant compte d’une tension de référence différente pour chaque convertisseur alternatif-continu lb32 et indexé sur la tension des cellules surveillées.
Dans un premier mode de réalisation d’un étage de traitement de données, illustré par la figure [Fig 4], un premier superviseur de cellules est connecté au tampon de données lb21 par une première connexion de communication série SPI. Le premier superviseur de cellules est ensuite connecté à un deuxième superviseur de cellules par une deuxième connexion de communication série ISO SPI. Par connexion ISO SPI, on entend une connexion série SPI comprenant une isolation galvanique. Chacun des autres superviseurs de cellules est connecté à un seul autre superviseur de cellules par une connexion de communication série ISO SPI, de sorte à former une chaine (« daisy chain » en langue anglaise). Un tel mode de réalisation se rapproche de l ’ état de l’ art, tout en simplifiant les connexions de données du fait de l ’utilisation de connexions de communication série SPI et ISO SPI et en résolvant les problèmes d’ alimentation des superviseurs de cellules lb22 en les alimentant à partir de la connexion de données au lieu de les alimenter à partir des cellules de batterie.
Dans un deuxième mode de réalisation d’un étage de traitement de données, illustré par la figure [Fig 5], un bus de données SPI relie chacun des superviseurs de cellules l b22 avec le tampon de données lb21. De préférence, chacun des superviseurs de cellules lb22 est muni d’une isolation galvanique lb23 au niveau de sa connexion avec le bus de données SPI. L’isolation galvanique du premier superviseur de cellules peut être omise car il est alimenté par la même alimentation que le tampon de données lb21 et l ’ interface Ethernet lb20. Tout défaut affectant l ’ interface Ethernet et le tampon de données affecterait également sa capacité à communiquer.
L’isolation galvanique lb23 des superviseurs de cellules est réalisée par l ’ intermédiaire d’un circuit numérique, notamment de type optique, capacitif, radiofréquence ou inductif.
Ce mode de réalisation présente l ’ avantage d’une amélioration de la robustesse de la carte de supervision en rendant la communication entre le tampon de données et les superviseurs de cellules indépendante du fonctionnement de chaque superviseur de cellules. En cas de défaut d’un des superviseurs de cellules, les autres superviseurs de cellules restent accessibles.
Dans un deuxième mode de réalisation du système de supervision de cellules CMS illustré par la figure [Fig 6], les moyens d’ isolation 2a21 et 2a3 1 sont reliés respectivement à l ’ alimentation alternative l a3 et à l ’ interface Ethernet l a2 du contrôleur de zone l a par un premier enroulement, comme dans le premier mode de réalisation. Le deuxième enroulement du moyen d’ isolation 2a3 1 et le deuxième enroulement du moyen d’ isolation 2a21 sont connectés à la connexion Ethernet 2 et couplés entre eux par une liaison 4a. Au niveau de chaque étage d’alimentation d’une carte de supervision 1b, un moyen d’isolation 2b31 est ajouté au niveau de chaque étage d’alimentation entre la connexion d’alimentation 2b3 à la connexion Ethernet et les moyens d’isolement lb31. Le moyen d’isolation 2b31 est notamment de type inductif, par exemple un transformateur d’isolement.
Les moyens d’isolation 2b21 et 2b31 sont reliés respectivement au filtre passe-haut lbl9 et aux moyens d’isolement lb31 de chaque carte de supervision 1b par leurs premiers enroulements respectifs. Le deuxième enroulement du moyen d’isolation 2b21 et le deuxième enroulement du moyen d’isolation 2b31 sont connectés à la connexion Ethernet 2. Pour des raisons de praticité, les deux enroulements peuvent être regroupés dans le même composant avec un point milieu commun référencé 4b. Par rapport au premier mode de réalisation du système de supervision de cellules CMS, le regroupement des moyens d’isolation au sein d’un même composant permet d’en optimiser la taille et le coût.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de supervision de cellules (11) d’une batterie de traction de véhicule automobile, comprenant un contrôleur de zone (la) et au moins deux cartes de supervision (1b), chaque carte de supervision (1b) étant conçue de sorte à réaliser la surveillance d’au moins une cellule (11) de la batterie de traction au travers de mesures de tension, caractérisé par le fait que : a. le contrôleur de zone (la) est connecté aux cartes de supervision (1b) par l’intermédiaire d’une connexion Ethernet (2), b. le contrôleur de zone (la) comprend un microcontrôleur (lal), une interface Ethernet et une alimentation alternative (la3), le microcontrôleur (lal) étant conçu de sorte à contrôler l’interface Ethernet (la2) et l’alimentation alternative (la3), c. l’alimentation alternative (la3) étant conçue de sorte à alimenter l’interface Ethernet (la2) et le microcontrôleur (lal) du contrôleur de zone (la), d. l’alimentation alternative (la3) étant également conçue de sorte à réaliser une fourniture de puissance sur une paire de conducteurs torsadés par l’intermédiaire de la connexion Ethernet (2) entre le contrôleur de zone (la) et les cartes de supervision (1b), e. chaque carte de supervision (1b) comprenant un étage de traitement de données et un étage d’alimentation, l’étage de traitement de données comprenant une interface Ethernet (lb20) connectée à la connexion Ethernet (2) par l’intermédiaire d’un moyen d’isolation (2b21) et d’un filtre passe-haut (1b 19) conçu de sorte à ne laisser transiter dans l’interface Ethernet (lb20) que les variations de tension liées aux données en rejetant les variations de tension liées à l’alimentation alternative (la3), l’étage de traitement de données comprenant également au moins deux superviseurs de cellules (lb22) conçus chacun de sorte à réaliser la surveillance d’au moins une cellule (11) de la batterie, l’étage d’alimentation étant connecté à la connexion Ethernet (2) de sorte à fournir une alimentation à chaque superviseur de cellules (lb22) et à l’interface Ethernet (lb20) de la carte de supervision (1b) à partir de la puissance fournie par l’alimentation alternative (la3), f. l’alimentation alternative (la3) étant conçue de sorte que la fréquence d’alimentation est choisie en étant significativement inférieure à la fréquence liée aux données et de sorte à pouvoir être filtrée par les filtres passe-haut.
2. Système de supervision selon la revendication 1, dans lequel l’étage d’alimentation comprend, pour chaque superviseur de cellules (lb22), un moyen d’isolement (lb31) connecté d’une part à un convertisseur alternatif-continu (lb32) et d’autre part à la connexion Ethernet (2) par l’intermédiaire d’une connexion d’alimentation.
3. Système de supervision selon la revendication 2, dans lequel le moyen d’isolement (lb31) est de type inductif, notamment un transformateur d’isolement.
4. Système de supervision selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel un moyen d’isolation (2a21,2b21) est disposé entre l’interface Ethernet (la2) et la connexion Ethernet (2) ainsi qu’entre le filtre passe-haut (lb 19) et la connexion Ethernet (2).
5. Système de supervision selon la revendication 4, dans lequel un moyen d’isolation (2a21 ,2b21 ,2b31) est de type inductif, notamment un transformateur d’isolement.
6. Système de supervision selon la revendication 5, dans lequel un moyen d’isolation (2b31) est disposé entre la connexion Ethernet et l’étage d’alimentation de chaque carte de supervision, le moyen d’isolation (2b21) de l’étage de traitement de données et le moyen d’isolation (2b31) de l’étage d’alimentation étant couplés entre eux, le moyen d’isolation (2a21) de l’interface Ethernet et le moyen d’isolation (2a31) de l’alimentation alternative du contrôleur de zone étant également couplés entre eux.
7. Système de supervision selon l ’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l ’ étage de traitement de données comprend un tampon de données ( lb21 ) connecté entre l ’ interface Ethernet ( lb20) et les superviseurs de cellules ( lb22).
8. Système de supervision selon la revendication 7, dans lequel, dans une carte de supervision ( 1b), les superviseurs de cellules ( l b22) forment une chaine dans laquelle le premier superviseur de cellules (lb22) est connecté par une première connexion point à point au tampon de données ( lb21 ) et par une autre connexion point à point à un autre superviseur de cellules ( lb22), les autres superviseurs de cellules ( l b22) étant connectés chacun à leur plus proche voisin par une seconde connexion point à point, de sorte que les données émises par un superviseur de cellules ( lb22) transitent de proche en proche jusqu’ au tampon de données ( lb21 ).
9. Système de supervision selon la revendication 8, dans lequel la première connexion point à point est une connexion SPI, la deuxième connexion point à point étant une connexion SPI galvaniquement isolée.
10. Système de supervision selon l ’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel, dans une carte de supervision ( 1b), les superviseurs de cellules ( lb22) sont connectés chacun au tampon de données (lb21 ) par l ’ intermédiaire d’un bus de données.
1 1. Système de supervision selon la revendication 10, dans lequel le bus de données est de type SPI, au moins un des superviseurs de cellules ( lb22) étant isolé du bus de données par l ’ intermédiaire d’une capacité d’ isolement ( lb23).
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