FR2998729A1 - Procede d'equilibrage de la tension aux bornes de cellules d'une batterie d'un vehicule automobile electrique ou hybride. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé d'équilibrage d'au moins trois cellules d'une batterie de véhicule électrique ou hybride, par une pluralité de circuits configurés pour équilibrer une cellule correspondante via deux fils possédant une résistance individuelle, Comprenant : - activer ou désactiver l'équilibrage en fonction de la valeur d'un signal de commande. Il est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - mesurer la tension (Vi) aux bornes des circuits d'équilibrage (100 (i)) hors équilibrage ; - activer un équilibrage sélectif de cellules non adjacentes et mesurer les tensions (Vi) correspondantes ; - activer un équilibrage sélectif complémentaire de cellules non adjacentes et mesurer les tensions (Vi) correspondantes ; - calculer la somme des résistances individuelles de deux fils adjacents des valeurs de tension précédentes, - calculer la valeur de chaque résistance de fil individuel (Ri) en fonction de la somme des résistances individuelles ; - estimer la tension de la cellule.

Description

PROCEDE D'EQUILIBRAGE DE LA TENSION AUX BORNES DE CELLULES D'UNE BATTERIE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE ELECTRIQUE OU HYBRIDE.

La présente invention concerne les véhicules automobiles à motorisation électrique ou hybride, ci-après « véhicule électrique ». Dans ces véhicules, le système de stockage d'énergie motrice, ci-après « batterie », est assemblé en une pluralité de cellules montées électriquement en série entre elles, et est géré par un système de gestion de la batterie, ou Battery Management System (BMS) par anglicisme.

Dans le contexte de la gestion d'une batterie, le Battery Management System (BMS) assure typiquement les fonctions de : - Protection et limitation du vieillissement de la batterie ; - Caractérisation de l'état de la batterie (état de 20 charge, état de vieillissement) ; - Contrôle des plages d'utilisations de la batterie pour fournir une autonomie suffisante au véhicule ; - Equilibrage des cellules ; et - Limitation de puissance (décharge, charge, freinage 25 récupératif). Du point de vue du contrôle, la tension aux bornes des cellules est le paramètre clé à surveiller. En effet, lorsque la tension est en-dehors de la plage préconisée, des réactions 30 électrochimiques anormales se produisent, conduisant à une dégradation de la batterie. Ces évènements peuvent ne pas se produire immédiatement, mais leur processus s'amorce dès que la cellule est en dehors de la plage de tension autorisée. Il est donc nécessaire d'agir immédiatement lorsqu'une tension minimale ou maximale est atteinte (V min ou V max respectivement, voir figure 1), c'est-à-dire limiter ou stopper le courant pour rester dans la plage de tension 5 autorisée. Cela dit, si la tension de la cellule est surestimée, par exemple à cause de l'activation du circuit d'équilibrage, on limite plus qu'il en faut la puissance en charge et en 10 freinage récupératif. Et si la tension de la cellule est sous-estimée, on limite plus qu'il en faut la puissance de décharge. Pour différentes raisons, les cellules d'une batterie 15 donnée ne sont pas identiques entre elles, que ce soit en termes de capacité, d'impédance, du courant d'autodécharge ou de niveau de charge. Il en résulte qu'au sein d'une même batterie, la tension aux bornes d'une cellule donnée est généralement différente de la tension aux bornes d'une autre 20 cellule. Ce phénomène, appelé déséquilibre, empire généralement avec le temps et peut impacter l'autonomie de la batterie. Afin de réduire le déséquilibre, il est connu d'utiliser 25 des procédures dites d'équilibrage, l'équilibrage étant une des fonctions importantes du Battery Management System (BMS). L'équilibrage peut se faire de manière active, par exemple par transfert d'énergie électrique d'une cellule à une autre cellule ; ou de manière passive, par exemple par 30 transformation de l'énergie électrique d'une cellule en énergie thermique en utilisant une résistance.

Pour assurer l'équilibrage, il est nécessaire de connaître la valeur de la tension aux bornes des différentes cellules d'une batterie. Les solutions de l'état de l'art pour l'acquisition de la tension cellule pendant l'équilibrage se classent grossièrement dans les trois catégories suivantes : - Celles basées sur un courant d'équilibrage faible (d'ordre de grandeur de 10mA). Un courant d'équilibrage faible génère une chute de tension proportionnellement plus faible sur les fils, entraînant une acquisition de tension cellule plus précise. En revanche, ce choix technique implique que le temps nécessaire pour effectuer l'équilibrage est proportionnellement plus long. - Celles basées sur la désynchronisation de l'acquisition de la tension cellule et de l'activation de l'équilibrage. Ce choix technique implique que le temps nécessaire pour effectuer l'équilibrage est proportionnellement plus long. - Celles basées sur l'estimation de la tension aux bornes de la cellule, prenant en compte la tension mesurée, la configuration du circuit d'équilibrage, l'activation des circuits d'équilibrage et la résistance des fils. La solution décrite ici appartient à la troisième catégorie. L'équilibrage des cellules d'une batterie peut porter soit sur la conception du circuit d'équilibrage soit sur la logique d'équilibrage. Dans cette catégorie, plusieurs documents de l'art antérieur sont connus. La demande de brevet US20110285538A1 concerne l'équilibrage passif par dissipation d'énergie dans des résistances. Elle mentionne l'influence du courant 30 d'équilibrage sur l'acquisition de la tension cellule, ainsi que son utilisation pour le diagnostic du circuit d'équilibrage, mais sans pour autant qu'une solution soit apportée. L'inconvénient de la solution d'équilibrage passif proposée dans le document US20110285538A1 est le manque de précision dans la mesure de la tension cellule. Avantageusement, la présente invention propose une méthodologie permettant l'équilibrage et l'acquisition précise 10 de la tension simultanément afin de maximiser l'autonomie de la batterie. Plus précisément, l'invention concerne l'estimation de la tension cellule d'une batterie d'un tel véhicule. 15 Selon un premier de ses objets, l'invention concerne un procédé d'équilibrage de la tension (U±) aux bornes de cellules d'une batterie (300) d'un véhicule automobile électrique ou hybride comprenant au moins trois cellules 20 montées électriquement en série entre elles, par un système de gestion de la batterie (BMS) comprenant une pluralité de circuits d'équilibrage (100(i)), chaque circuit étant configuré pour équilibrer une cellule (i) correspondante par l'intermédiaire de deux fils reliés d'une 25 part aux bornes de ladite cellule (i) et d'autre part aux bornes dudit circuit (100(i)), chaque fil possédant une résistance individuelle (Ri), un même fil partageant l'équilibrage de deux cellules adjacentes hormis les deux fils en position extrême, 30 le procédé comprenant des étapes suivantes : - activer ou désactiver l'équilibrage d'une cellule (i) par son circuit d'équilibrage (100(i)) correspondant en fonction de la valeur d'un signal (Ci,eq) de commande émis par le système de gestion de la batterie (BMS). Il est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en 5 outre des étapes suivantes : - déterminer la valeur de la tension (Ui) aux bornes de chaque cellule (i) par la mesure de la tension (Vi) aux bornes des circuits d'équilibrage (100(i)) correspondants lorsque l'équilibrage n'est pas activé ; 10 et enregistrer ces valeurs (Ui) dans une mémoire ; - activer un équilibrage sélectif de cellules (i) impaires uniquement ou des cellules paires uniquement, - mesurer la tension (Vi) aux bornes des circuits d'équilibrage (100(i)) correspondants aux cellules dont 15 l'équilibrage vient d'être activé sélectivement, et enregistrer ces valeurs (Vi) dans une mémoire ; - désactiver l'équilibrage desdites cellules (i) ; - activer un équilibrage sélectif complémentaire de cellules (i) paires uniquement ou des cellules impaires 20 uniquement, - mesurer la tension (Vi) aux bornes des circuits d'équilibrage (100(i)) correspondants aux cellules dont l'équilibrage vient d'être activé sélectivement, et enregistrer ces valeurs (Vi) dans une mémoire ; 25 - calculer la somme (Ri + Ri+1) des résistances individuelles de deux fils adjacents pour tous les fils en fonction des valeurs de la tension (Ui) et des valeurs de la tension (Vi) enregistrées, - calculer la valeur de chaque résistance de fil 30 individuel (Ri) en fonction de la somme (Ri + Ri+1) des résistances individuelles de deux fils adjacents; - estimer la tension (ri,) de la cellule (i) en fonction de l'ensemble des valeurs des résistances de fils individuels (Ri) calculées à l'étape précédente.

Par cellules (i) paire ou (i) impaire, on entend une cellule dont l'indice (i) est pair ou impair, comme décrit ultérieurement. Dans un mode de réalisation, le calcul de la somme (Ri + U; Ri+1) est effectué selon l'équation Ri-ERi+1=7( 1 Vi 1-1)R. ,eq, avec o Ri,eq la résistance d'équilibrage du circuit d'équilibrage 100(i) configuré pour équilibrer la cellule (i), et o Ri et Ri+1 la résistance individuelle du fil i et du fil i+1 respectivement, reliant la cellule (i) à la résistance d'équilibrage Ri,eq du circuit d'équilibrage 100(i) correspondant ; De préférence, on prévoit des étapes suivantes : - minimiser l'écart maximal entre la tension estimée et la tension mesurée. Dans un mode de réalisation, l'étape minimisant l'écart maximal entre la tension estimée et la tension mesurée 25 comprend une étape de calcul de la fonction Où U est la minimisation de la somme des moindres carrés de la différence entre la valeur ( )de la tension estimée et la valeur (V) de la tension mesurée, Ûà est une estimation de la tension de la cellule (i), calculée d'après l'équation : [U, = (1 - C, eq ) + C, eq Ri + Ri+1+ Ri,eq Ri Ri ,eq R C i+1,eq epRi+1 Vi +1 i-1,eq avec l'ensemble des valeurs de Ri, pour tout i = 1 à n.

De préférence, l'étape de calcul de la valeur de chaque résistance de fil individuel (Ri) en fonction de la somme (Ri + Ri+1) des résistances individuelles de deux fils adjacents comprend des étapes suivantes A. Calculer R1 = OG (Ri + R2) et d'enregistrer dans une 15 mémoire les valeurs de tout Ri avec 1=2..n+1, où Occl un coefficient dont la valeur est variable, et qui peut être incrémentée par une valeur 13 < a ; B. Mesurer et enregistrer de toutes les tensions (Vi) ; et calculer ((j-' Ui ) d'après l'équation + Ri+1+ Ri,eq v 20 ,eq Ri+1 +1 V- i-1,eq Vi -1 C 1+1,eq D i [tli = (1-Cieq)+ Cleg avec : - les valeurs de Vi qui viennent d'être mesurées, - les valeurs de Ri qui viennent d'être calculées à l'étape A, et 25 - les valeurs des signaux de commande Ci,eq ; C. Calculer la valeur de la fonction (U) optimale grâce à l'équation n1 U = MIME i V i,k)2) i=1 ni - mi k,rni et enregistrer de cette valeur optimale minimale ainsi que de la valeur a correspondante ; D. Augmenter la valeur de a d'un incrément 13 tel que a 5 + R ; avec 13 « 1 ; E. Répéter les étapes A à D ; et sélectionner, parmi toutes les valeurs minimales enregistrées de la fonction U celle dont la valeur est minimale ; et sélectionner la valeur de a correspondant. 10 Dans un mode de réalisation, on prévoit une étape de recalcul de chaque résistance de fil individuel (Ri) en fonction la valeur de a sélectionnée. 15 Dans un mode de réalisation, on prévoit une étape de calcul de l'évolution de la valeur de la résistance Ri des fils i en fonction de la température, par une loi de type : RiT = Ri 0(1+ T(T -To)) Dans laquelle 20 Ri,T est la valeur de la résistante Ri à la température T ; Ri,0 est la valeur de la résistante Ri à la température initiale To lors de l'estimation de la somme Ri+Riil des résistances individuelles de deux fils adjacents; OET est le coefficient de température du métal constituant 25 le fil ; T la température ; et To la température initiale lors de l'estimation de la somme Ri+Riil des résistances individuelles de deux fils adjacents. 30 Dans un mode de réalisation, on prévoit que la fonction U ci-dessus est remplacée par la fonction U' suivante U'= MIN(MA X (ABS(Gc -Vi,k))) Dans un mode de réalisation, on prévoit en outre une étape d'estimation de l'erreur de la valeur de la résistance d'équilibrage (Ri,eq) pour chaque circuit d'équilibrage. Dans un mode de réalisation, on prévoit en outre une étape 10 incluant de moyenner la valeur des mesures (Vi) de la tension aux bornes des circuits d'équilibrage. Selon un autre de ses objets, l'invention porte également sur un programme d'ordinateur, comprenant des instructions de 15 code de programme pour l'exécution des étapes d'un procédé tel que défini ci-avant lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Grâce à l'invention, l'équilibrage permet de maximiser 20 l'autonomie utilisable de la batterie. En particulier, il est possible d'obtenir l'équilibrage et l'acquisition de la tension Ui aux bornes d'une cellule simultanément, ce qui permet de maximiser l'autonomie de la 25 batterie. Par « cellule », on entend une cellule individuelle ou un groupe de cellules individuelles montées en parallèle, qui sont vues comme une seule cellule équivalente de même tension. 30 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 illustre le déséquilibrage d'une 5 batterie, - la figure 2 présente la topologie d'un circuit d'équilibrage passif, et - la figure 3 illustre l'impact du courant d'équilibrage sur la mesure de tension. 10 La figure 1 illustre une batterie comprenant six cellules déséquilibrées : la tension aux bornes d'une cellule diffère de la tension aux bornes d'une autre cellule. 15 La puissance de charge et générative sont limitées par la cellule dont la tension aux bornes et la plus grande, en l'espèce la cellule 2 sur la figure 1. Il faut alors décharger la cellule 2 pour permettre à la batterie d'absorber plus d'énergie de charge. 20 Une procédure d'équilibrage des cellules consiste à faire tendre la tension aux bornes des cellules de la batterie vers une valeur commune, dite valeur de référence V Ref, c'est-à-dire à réduire l'écart existant entre la valeur de la tension 25 existant aux bornes de chaque cellule et la valeur de référence. Idéalement, après équilibrage, la valeur de la tension aux bornes de chaque cellule est égale à la valeur de référence. 30 L'équilibrage peut être mis en oeuvre pour la charge ou pour la décharge de la batterie.

La figure 2 illustre un dispositif d'équilibrage 100 partiellement représenté, connecté à une batterie 300 partiellement représentée par l'intermédiaire d'une pluralité de fils électriques 200.

Pour simplifier seules trois cellules (cellule i-1, cellule i et cellule i+1) d'une batterie 300 sont illustrées sur cette figure 2. Par convention, l'indice « i » est affecté ici à une cellule donnée et à son circuit d'équilibrage correspondant. L'indice « i-1 » et l'indice « i+1 » est affecté une cellule montée en série avec la cellule d'indice « i », c'est-à-dire adjacente à celle-ci, et aux circuits d'équilibrages correspondants.

La tension aux bornes de la cellule i-1 est la tension aux bornes de la cellule i est Ui, et la tension aux bornes de la cellule i+1 est Uill. Le dispositif d'équilibrage 100 comprend une pluralité de circuits 100(i-1), 100(i), 100(i+1), chaque circuit étant configuré pour équilibrer une cellule respective par l'intermédiaire de deux fils reliant d'une part les deux bornes d'une cellule donnée et d'autre part les deux bornes du circuit correspondant.

Le circuit 100(i-1) est configuré pour équilibrer la cellule i-1 par l'intermédiaire du fil i-1 et du fil i ; le circuit 100(i) est configuré pour équilibrer la cellule i par l'intermédiaire du fil i et du fil i+1 ; et le circuit 100(i+1) est configuré pour équilibrer la cellule i+1 par l'intermédiaire du fil i+1 et du fil i+2.

Hormis les fils en position extrême (Fil i-1 et Fil i+2 sur la figure 2), un même fil partage l'équilibrage de deux cellules adjacentes. Sur la figure 2, le fil i est utilisé pour l'équilibrage de la cellule (i-1) et pour l'équilibrage de la cellule i ; le fil (i+1) est utilisé pour l'équilibrage de la cellule i et pour l'équilibrage de la cellule (i+1), ce qui a des conséquences vues ultérieurement. En règle générale, la résistance Ri d'un fil i n'est pas connue. La longueur de chaque fil peut également être inconnue. Chaque extrémité d'un fil i est connectée à un connecteur respectif sur la batterie 300 et sur le circuit correspondant du dispositif d'équilibrage 100.

Par exemple sur la figure 2 : - le fil i-1 est relié à la cellule i-1 de la batterie 300 par un connecteur 200i-1 300, et relié au circuit 100(i-1) du dispositif d'équilibrage 100 par un connecteur 200i-1 100, - le fil i est relié à la cellule i-1 et à la cellule i de la batterie 300 par un connecteur 200i 300, et relié au circuit 100(i-1) et au circuit 100(i) du dispositif d'équilibrage 100 par un connecteur 200i 100, - le fil i+1 est relié à la cellule i et à la cellule i+1 de la batterie 300 par un connecteur 200i+1 300, et relié au circuit 100(i) et au circuit 100(i+1) du dispositif d'équilibrage 100 par un connecteur 200i+1 100, - le fil i+2 est relié à la cellule i+1 de la batterie 300 par un connecteur 200i+1 300, et relié au circuit 100(i+1) du dispositif d'équilibrage 100 par un connecteur 200i+1 100.

En pratique, les deux bornes de chaque cellule i sont reliées à une résistance d'équilibrage correspondante Ri,eq le circuit d'équilibrage correspondant 100(i). commande d'équilibrage d'une cellule i est le courant Ii,ceci le circuit d'équilibrage correspondant 100(i), fermer ou d'ouvrir ledit circuit d'équilibrage transistor correspondant, en l'espèce un MOSFET. Quand un circuit d'équilibrage 100 est ouvert, la tension mesurée Vi aux bornes du circuit d'équilibrage 100(i) est la même que la tension aux bornes de la cellule correspondante U. Quand le circuit d'équilibrage est fermé, le courant d'équilibrage /1,eg crée une chute de tension sur des fils, dont il résulte que Vi OUI. Ce phénomène est illustré à la figure 3.

En pratique, quand un circuit d'équilibrage 100(i) est fermé, la tension [Ji aux bornes de la cellule i correspondante n'est pas directement accessible à la mesure. Il convient donc de l'estimer.

Pour une cellule i d'une batterie 300, on a les grandeurs suivantes : - Ui la tension aux bornes de la cellule i ; - Vi la tension mesurée aux bornes du circuit d'équilibrage 100(i) correspondant; - Ri,eq la résistance d'équilibrage du circuit d'équilibrage 100(i) correspondant - Ci,eq la commande d'équilibrage de la cellule i par le circuit d'équilibrage 100(i) correspondant, qui prend la valeur 0 ou 1 pour la commande de fermeture et d'ouverture dudit circuit d'équilibrage; sur Le signal de sur qui permet de en activant un , Ii,d , Ii,eq (voir figure 3) , les courant circulant à travers le circuit d'équilibrage 100(i) correspondant quand Ci,eq = 1 ; Ri et Ri+1 la résistance respectivement du fil i et du fil i+1, reliant la cellule i à la résistance d'équilibrage Ri,eq du circuit d'équilibrage 100(i) correspondant (voir figure 2). En référence à la figure 3, on a les équations suivantes. Pour le courant Equation 1 : Ii,eq=C Pour le courant 15 Equation 2 : = Ci,eq/i,eq - Soit avec Equation 1 : V= Ci-1 Req Ri,eq i-1,eq (équation 2') 20 Pour le courant Equation 3 : =Ci,egli,eq-Ci±tegli±teg Soit avec Equation 1 : /. =Ca,eq VC, . l'eq V.+1 (équation Ri,eq Ri+1,eq 3') 25 En appliquant la loi des mailles pour une cellule i (voir figure 3), on a : Soit 10 e R. 1+1 Equation 4 U1=0-C )17 +I R +I R +C V : Avec la commande Ci,eq introduite ci-dessus, on a : Vi = + Ci,eq*Vi Ainsi, en remplaçant dans l'équation 4 le courant Ii,u par son expression dans l'équation 2' et le courant Ii,d par son expression dans l'équation 3', on obtient : Equation 5 : U; 1 - (1- C 1 eg )V + C; eg R I VI C 1_1,eq RR 1 171_1+ C 1,eq R1' VI R 1+1 C1+1,eq V1+1+ Cs, eqVI RI,q 1-1,eq Ri,eq RI+Leg Qui peut se réécrire sous la forme suivante Equation 6 : U (1- C eq)V, + C e R. + R, + R, Ci-1,eq Ri Ri+1 v RI,eq C i+1,eq D i+1 Ri-1,eq Ou encore Equation 7 : 1 R. R, [U, - (1 - C, e, ) + C, e, Ri + Ri+1 + Ri ,eq v Ri,eq C 1,eq C1+1, ' V,+1 Ri l,eq R,±1,eq L'équation 6 ou 7 illustre bien l'influence de la tension Vi du circuit d'équilibrage 100(i) ainsi que celle des deux cellules adjacentes, soit celle de la tension Vi_1 du circuit d'équilibrage 100(i-1) et celle de la tension Vi+1 du circuit d'équilibrage 100(i+1), sur la tension Ui de la cellule i. En appliquant l'Equation 6 à la première cellule (i=1) d'une batterie à n cellules, on a : Equation 8 : U1= (1 Cteq )Vi C1eq R1+ R2 + Rleq V1 C2, eq R2 V2 2 R1eq 112eq En appliquant l'Equation 6 à la dernière cellule (i=n) d'une batterie à n cellules, on a Equation 9 : Un = (1 - Cn, )Vn + Cn, eq Vn C7 n_ 1,eq D n Rn-FIL1-1-Rn,eq R Vn -1 n,eq-1112-1,eq Pour une cellule i donnée, on peut déduire, à partir de l'Equation 6, comme illustré dans le Tableau 1 ci-dessous, la relation d'ordre entre [Ji et Vi en fonction de : Ci_i,eq la valeur de commande de l'activation du circuit d'équilibrage 100(i-1) pour la cellule i-1 (adjacente à la cellule i), Ci,eq la valeur de commande de l'activation du circuit d'équilibrage 100(i) pour la cellule i, et Ci+1 la valeur de commande de l'activation du circuit d'équilibrage 100(i+1) pour la cellule i+1 (adjacente à la cellule i). Activation du circuit d'équilibrage AVI = [Ji - Vi C1-1,eci Ci,eq Ci+1,eci 0 0 0 AVI = 0 o o 1 AVI < 0 0 1 0 AVI > 0 0 1 1 AVI > 0 1 0 0 AVI < 0 1 0 1 AVI <0 1 1 0 AV_, >0 1 1 1 AV_, # 0 (*) Tableau 1 : Impact de l'activation des circuits d'équilibrage sur la mesure de la tension. R, Ri+Ri±1v; v; 1+ Ri+1 v,±1 (*) dans ce cas, AV1 # 0 sauf si Ri''q cependant, aV_i-1 > 0 si C1-2,eq =0 et AVI,/ > 0 si Ci+2,eq =0 L'activation du circuit d'équilibrage 100(i-1), 100(i) ou 100(i+1) influence donc l'acquisition de la tension de la cellule 1, par le fil commun entre deux cellules adjacentes. - Si VI > [Ji : la puissance de charge ou génératif, calculée en fonction de la tension maximale de la cellule, est limitée. La batterie absorbe moins d'énergie à cause de la mauvaise connaissance sur la tension cellule. - Si VI < [Ji : la puissance disponible, calculée en fonction de la tension minimale de la cellule, est limitée. La batterie délivre moins d'énergie à cause de la mauvaise connaissance sur la tension cellule.

Dans les deux cas, la batterie fonctionne avec une autonomie réduite. Pour l'équilibrage, on vise à ce que la tension mesurée Vi aux bornes du circuit d'équilibrage 100(i) soit égale à la 25 tension [Ji aux bornes de la cellule i correspondante, et que toutes ces tensions soient égales entre elles, c'est à dire Vi V1+1 = Lii+1 Pour une batterie comprenant n cellules, il y a n+1 fils, soit un système de n équations à n+1 inconnues. Il convient donc de faire au moins une estimation.

Estimation de Ri+Ri-ri Une étape consiste à activer uniquement le ième circuit d'équilibrage 100(i), c'est-à-dire Ci,eq = 1, sans qu'un courant soit appliqué sur la batterie.

L'équation 6 s'écrit alors = 1- 1+1 I? i,eq Equation 10 : vi Ri,eq Qui peut également s'écrire U; ( Equation 11 : -E-Ri+1 1)Ri,eq Une étape consiste à déterminer la tension Ui aux bornes 20 de chaque cellule i. A cet effet, on mesure la tension Vi de chaque cellule i lorsque l'équilibrage n'est pas activé. Dans ce cas, Ci,eq = 0 et Vi = Ui (voir Equation 6). 25 On peut prévoir de moyenner les mesures Vi, par exemple sur une durée prédéterminée, en l'espèce 2 secondes, la durée prédéterminée dépendant par exemple de la fréquence d'échantillonnage ; la valeur Ui étant dans ce cas la valeur 30 moyenne des valeurs Vi sur la durée prédéterminée.

Les valeurs Ui déterminées, éventuellement moyennées, sont enregistrées dans une mémoire.

Une étape consiste ensuite à activer un équilibrage sélectif, c'est-à-dire à activer l'équilibrage (Ci,eq = 1) des cellules impaires uniquement (i = 1, 3, 5...) ou des cellules paires uniquement (i = 2, 4, de sorte que l'équilibrage de deux cellules adjacentes ne soit pas activé simultanément, 10 ce qui permet d'éviter l'influence de l'équilibrage d'une cellule i sur les cellules (i-1) et (i+1) adjacentes. De préférence, on prévoit alors d'attendre une durée prédéterminée, par exemple 1 seconde, ce qui permet de 15 stabiliser le transfert de charges. Ensuite, on prévoit une étape de mesure de la tension Vi de la cellule i ; soit pour toutes les cellules i, soit seulement pour les cellules i paires ou seulement pour les 20 cellules i impaires dont l'équilibrage vient d'être activé. On peut prévoir de moyenner les mesures Vi, par exemple sur une durée prédéterminée, en l'espèce 2 secondes, la durée prédéterminée dépendant par exemple de la fréquence 25 d'échantillonnage. Les valeurs Vi mesurées sont enregistrées dans une mémoire. 30 On prévoit alors de désactiver l'équilibrage. De préférence, on prévoit d'attendre une durée prédéterminée, en l'espèce 1 seconde, ce qui permet à la tension Vi de se stabiliser.

Une étape consiste ensuite à activer un équilibrage sélectif complémentaire, c'est-à-dire à activer l'équilibrage (Ci,eq = 1) des cellules impaires uniquement (i = 1, 3, 5...) si les cellules i pair ont été activées précédemment, ou des cellules paires uniquement (i = 2, 4, 6...) si les cellules i impair ont été activées précédemment, ce qui permet d'éviter l'influence de l'équilibrage d'une cellule i sur les cellules (i-1) et (i+1) adjacentes.

De préférence, on prévoit alors d'attendre une durée prédéterminée, par exemple 1 seconde, ce qui permet de stabiliser le transfert de charges. Ensuite, on prévoit une étape de mesure de la tension Vi 15 de la cellule i ; soit pour toutes les cellules i, soit seulement pour les cellules i paires ou seulement pour les cellules i impaires dont l'équilibrage vient d'être activé. On peut prévoir de moyenner les mesures Vi, par exemple 20 sur une durée prédéterminée, en l'espèce 2 secondes, la durée prédéterminée dépendant par exemple de la fréquence d'échantillonnage. Les valeurs Vi mesurées sont enregistrées dans une 25 mémoire. Grâce à cette double activation sélective et complémentaire de l'équilibrage, tous les circuits d'équilibrage ont été activés indépendamment des circuits 30 adjacents et toutes les valeurs Vi de la tension aux bornes du circuit d'équilibrage correspondant ont été enregistrées.

Comme les valeurs Ui de la tension aux bornes du circuit d'équilibrage correspondant ont également été enregistrées (avant le premier équilibrage sélectif), on prévoit alors une étape de calcul de l'ensemble des valeurs du couple (Ri + Ri+1) pour tout i d'après l'Equation 10 puisque les valeurs des résistances Ri,'' sont connues par la carte électronique du circuit d'équilibrage correspondant. Ces valeurs sont enregistrées dans une mémoire.

Le temps nécessaire pour cette estimation est typiquement de quelques secondes, en l'espèce de 8 secondes. A ce stade, on connait les valeurs du couple (Ri + Ri+1) pour tout i, mais pas les valeurs individuelles de Ri.

Détermination de Ri Pour minimiser l'écart entre une estimation de la tension aux bornes de la cellule i et la mesure de la tension aux 20 bornes du circuit d'équilibrage correspondant, on peut définir une fonction U, par exemple la fonction U suivante U = E(Uik -y1k)2) Equation 12 : U est dans ce cas la minimisation de la somme des 25 moindres carrés de la différence entre la valeur U de la tension estimée et la valeur V de la tension mesurée. Ûà est une estimation de la tension de la cellule i, calculée d'après l'Equation 6 avec l'ensemble des valeurs de 30 Ri+Ri,/, pour tout i = 1 à n. n1 - mi k,mi Les valeurs de mi et ni sont déterminées par exemple en fonction de la commande d'équilibrage afin d'alléger le temps de calcul.

Nous avons vu qu'une batterie comprenant n cellules dispose de n+1 fils reliant lesdites n cellules à n circuits d'équilibrage. Ce qui correspond à un système de n équations à n+1 inconnues (n+1 résistance des fils Ri, i=l_n+1), voir par exemple l'Equation 11.

Pour résoudre ce système à n équations, on propose d'ajouter une autre équation (n+1 ème) impliquant un coefficient a, soit Equation 12 : R1 = OG(Ri + R2) Avec Occ][ un coefficient dont la valeur est variable, et qui peut être incrémentée par une valeur R, comme décrit ci-après. De préférence 0 < R « 1. On peut prévoir 13 « a. A l'initialisation, on peut poser a = O. Pendant ou hors équilibrage, on peut prévoir les étapes A à D décrites ci-dessous. Tant que a < 1, et grâce à l'estimation de Ri+Riil faite précédemment pour tout i, on peut prévoir : Une étape A de calcul de 30 R1 = a (R1 + R2), ce qui permet de calculer et d'enregistrer dans une mémoire les valeurs de tout Ri avec 1=2..n+1 25 De préférence, si min (Ri) <= 0, on passe directement à l'étape D. Ensuite, grâce aux valeurs calculées à l'étape A, on 5 prévoit une étape B de mesure et d'enregistrement de toutes les tensions Vi ; et de calcul de Cr, d'après l'Equation 6, avec : - les valeurs de Vi qui viennent d'être mesurées, - les valeurs de Ri qui viennent d'être calculées à 10 l'étape A, et - les valeurs des signaux de commande Ci,eq. On peut alors prévoir une étape C de calcul la valeur de la fonction U optimale et d'enregistrement de cette valeur 15 optimale minimale ainsi que de la valeur a correspondante. Une fois cette valeur U optimale minimale enregistrée, on prévoit une étape D consistant à augmenter a d'un incrément 13 tel que a = a + R ; avec 0 < R « 1. La valeur de 13 est 20 donnée en fonction du temps que l'on accorde à l'optimisation. Les étapes A à D peuvent être répétées, de préférence jusqu'à ce que a = 1. 25 On prévoit une étape consistant à sélectionner, parmi toutes les valeurs minimales enregistrées de la fonction U celle dont la valeur est minimale et à sélectionner la valeur de a correspondant. 30 A partir de cette valeur de a sélectionnée, on prévoit, grâce à l'équation 11 et les valeurs des couples (Ri+Ri+i) enregistrées de recalculer et d'enregistrer l'ensemble des valeurs de Ri. Grâce à la connaissance de la résistance Ri de chaque fil 5 i, on peut estimer la tension Ui aux bornes des cellules i (par l'Equation 6) afin de maximiser l'autonomie de la batterie. La valeur de la résistance Ri des fils i peut évoluer en 10 fonction de la température, typiquement par une loi de type : RiT = Ri 0(1+ T -To)) Dans laquelle Ri,T est la valeur de la résistante Ri à la température T ; 15 Ri,0 est la valeur de la résistante Ri à la température initiale To lors de l'estimation de Ri+Ri-ri ; OET est le coefficient de température du métal constituant le fil ; T la température ; et 20 To la température initiale lors de l'estimation de On peut prévoir une étape de mise à jour de la valeur de Ri en fonction de la température T mesurée et de la loi ci-25 dessus. On peut prévoir également une étape de renouvellement de la l'estimation de Ri+Riil, éventuellement par itérations, par exemple tous les trois mois. 30 Au réveil du système de gestion de la batterie, celui-ci calcule un vecteur de la commande d'équilibrage Ci,eq-k à appliquer. Au réveil suivant (k+1), le vecteurik+/ est 25 très proche du vecteur Ci,eq-k . Ce qui signifie que ak+1 la valeur de a au réveil k+1 est proche de ak la valeur de a au réveil k parce que la majorité des écarts à minimiser est en commun. Autrement dit, ak est une solution sous optimale pour k+1 Ci,eq . On peut ainsi ne pas calculer la valeur de a (ak) à chaque réveil du système de gestion de la batterie, c'est-à-dire que l'on peut prévoir de calculer la valeur de a au plus 10 à chaque estimation de Ri+Rili. La valeur de cé') peut être réactualisée par exemple une fois tous les 10h passées à l'équilibrage (équivalent à lAh équilibré), au moment opportun (batterie n'est pas sous courant par exemple). 15 L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits. On peut prévoir par exemple une variante dans laquelle la fonction U de l'Equation 12 est remplacée par la fonction U' 20 suivante Equation 13 : U'= MIN(MAX(ABS(Gc -Vi,k))) Cependant, cette fonction qui vise à minimiser l'écart maximal entre la tension estimée pendant l'équilibrage et 25 celle mesurée avant l'équilibrage, requiert un calcul de a (ak) à chaque réveil k du système de gestion de la batterie. On peut prévoir une étape d'estimation de l'erreur de la valeur de la résistance d'équilibrage Ri,'' pour chaque circuit 30 d'équilibrage.

La valeur de la résistance d'équilibrage a une tolérance typiquement de 5% à laquelle il faut de préférence ajouter l'effet de la température. Cette imprécision implique une erreur sur l'estimation de la tension de la cellule i.

A partir de l'Equation 6, l'erreur maximale d'estimation Err due à l'imprécision des résistances d'équilibrage est égale à : Pour la résistance Ri,eq : FRieq= MAX (abs(R. +R , +R t R. +R 1+1+ R;eqmax )vi,abs(R. +R , +R R. +R 1+1+R ie i,eq i,eq Ri,eqmax Rieqm )Vi) min Pour la résistance Ri-i,eq : Err =MAX(abs( t Rimax)Vi 1,abs R. min Ri eq ,eq Ri ,eq Ri ,eq Pour la résistance Ri+i,eq : -ri n Ri.1 )Vi+1,abs 4+1 - Vi)+1) ErrRi+1,eq=MAX(abs( Ri ±lt + t Ri mi Ri,eq,eq i,eq i,eq Avec t R eq j_ max eg d'équilibrage ; la valeur maximale de la résistance la valeur typique de la résistance d'équilibrage ; la valeur minimale de la résistance d'équilibrage. L'erreur d'estimation dépend également de la valeur de la résistance des fils : plus la résistance des fils est grande, plus l'erreur d'estimation est grande.30 Par exemple si Ri = = 0.75 Ohm, au pire, l'erreur d'estimation est de 18.54 mV pour des mesures de tension à 3850mV.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'équilibrage de la tension (Ui) aux bornes de cellules (i=1...n) d'une batterie (300) d'un véhicule 5 automobile électrique ou hybride comprenant au moins trois cellules montées électriquement en série entre elles, par un système de gestion de la batterie (BMS) comprenant une pluralité de circuits d'équilibrage (100(i)), chaque circuit étant configuré pour équilibrer une cellule (i) 10 correspondante par l'intermédiaire de deux fils reliés d'une part aux bornes de ladite cellule (i) et d'autre part aux bornes dudit circuit (100(i)), chaque fil possédant une résistance individuelle (Ri), un même fil partageant l'équilibrage de deux cellules adjacentes 15 hormis les deux fils en position extrême, le procédé comprenant des étapes suivantes : - activer ou désactiver l'équilibrage d'une cellule (i) par son circuit d'équilibrage (100(i)) correspondant en fonction de la valeur d'un signal (Ci,eq) de commande émis 20 par le système de gestion de la batterie (BMS), caractérisé en ce qu'il comprend en outre des étapes suivantes : - déterminer la valeur de la tension (Ui) aux bornes de chaque cellule (i) par la mesure de la tension (Vi) aux 25 bornes des circuits d'équilibrage (100(i)) correspondants lorsque l'équilibrage n'est pas activé ; et enregistrer ces valeurs (Ui) dans une mémoire ; - activer un équilibrage sélectif de cellules (i) impaires uniquement ou des cellules paires uniquement, 30 - mesurer la tension (Vi) aux bornes des circuits d'équilibrage (100(i)) correspondants aux cellules dont l'équilibrage vient d'être activé sélectivement, et enregistrer ces valeurs (Vi) dans une mémoire ;- désactiver l'équilibrage desdites cellules (i) ; - activer un équilibrage sélectif complémentaire de cellules (i) paires uniquement ou des cellules impaires uniquement, - mesurer la tension (Vi) aux bornes des circuits d'équilibrage (100(i)) correspondants aux cellules dont l'équilibrage vient d'être activé sélectivement, et enregistrer ces valeurs (Vi) dans une mémoire ; - calculer la somme (Ri + Ri+1) des résistances individuelles de deux fils adjacents pour tous les fils en fonction des valeurs de la tension (Ui) et des valeurs de la tension (Vi) enregistrées, - calculer la valeur de chaque résistance de fil individuel (Ri) en fonction de la somme (Ri + Ri+1) des résistances individuelles de deux fils adjacents; - estimer la tension (ri,) de la cellule (i) en fonction de l'ensemble des valeurs des résistances de fils individuels (Ri) calculées à l'étape précédente.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le calcul de la somme (R, + Ri+1 est effectué selon l'équation LI + R1+1= Vi -1)Ri,eq , avec o Ri,eq la résistance d'équilibrage du circuit d'équilibrage 100(i) configuré pour équilibrer la cellule (i), et o Ri et Ri+1 la résistance individuelle du fil i et du fil i+1 respectivement, reliant la cellule (i) à la résistance d'équilibrage Ri,eq du circuit d'équilibrage 100(i) correspondant ;
3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des étapes suivantes :- minimiser l'écart maximal entre la tension estimée et la tension mesurée.
4. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'étape 5 minimisant l'écart maximal entre la tension estimée et la tension mesurée comprend une étape de calcul de la fonction n 1 -V k ) =MIN(L E(UA k i=1 ni - mi k,rni Où U est la minimisation de la somme des moindres carrés de la différence entre la valeur ( )de la tension estimée et 10 la valeur (V) de la tension mesurée, Ûà est une estimation de la tension de la cellule (i), calculée d'après l'équation : [U, - (1 - C, eq ) + C, eq 1 Ri Ri+1 v Ri + R1+1+ Ri,,q v Ri,eq +1 C , eq D C i-1,eq Ri-1,eq i+1 e i 111 15 avec l'ensemble des valeurs de Ri, pour tout i = 1 à n.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de calcul de la valeur de chaque résistance de fil individuel (Ri) en fonction de la 20 somme (Ri + Ri+1) des résistances individuelles de deux fils adjacents comprend des étapes suivantes A. Calculer R1 = OG (Ri + R2) et d'enregistrer dans une mémoire les valeurs de tout Ri avec 1=2..n+1, où Occl un coefficient dont la valeur est variable, et 25 qui peut être incrémentée par une valeur 0< R « 1 ; B. Mesurer et enregistrer de toutes les tensions (Vi) ; et calculer (C1-' Ui ) d'après l'équation[U, - (1 - C, e, ) + C, e, 31 Ri Ri+1 v 1 +1 Ri + Ri+1+ Ri,eq v Ri,eq C , eq D C i-1,eq eve. i+1 e i 111-1,eq avec : - les valeurs de Vi qui viennent d'être mesurées, - les valeurs de Ri qui viennent d'être calculées à l'étape A, et - les valeurs des signaux de commande Ci,eq ; C. Calculer la valeur de la fonction (U) optimale grâce à l'équation n1 U = MIME i V i,k)2) i=1 ni - mi k,rni et enregistrer de cette valeur optimale minimale ainsi que de la valeur a correspondante ; D. Augmenter la valeur de a d'un incrément 13 tel que a + R ; avec 0 < R « 1 ; E. Répéter les étapes A à D ; et - sélectionner, parmi toutes les valeurs minimales enregistrées de la fonction U celle dont la valeur est minimale ; et sélectionner la valeur de a correspondant.
6. 6. Procédé selon la revendication 5 comprenant une étape 20 de recalcul de chaque résistance de fil individuel (Ri) en fonction la valeur de a sélectionnée.
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape de calcul de l'évolution de 25 la valeur de la résistance Ri des fils i en fonction de la température, par une loi de type : RiT = Ri 0(1+ T To)) Dans laquelle Ri,T est la valeur de la résistante Ri à la température T ;Ri,0 est la valeur de la résistante Ri à la température initiale To lors de l'estimation de la somme Ri+Riil des résistances individuelles de deux fils adjacents; OET est le coefficient de température du métal constituant le fil ; T la température ; et To la température initiale lors de l'estimation de la somme Ri+Riil des résistances individuelles de deux fils adjacents.
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel fonction U est remplacée par la fonction U' suivante U'= MIN(MAX(ABS(Gc -Vi,k)))
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape d'estimation de l'erreur de la valeur de la résistance d'équilibrage (Ri,e(1) pour chaque circuit d'équilibrage.
10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape incluant de moyenner la valeur des mesures (Vi) de la tension aux bornes des circuits d'équilibrage.
11. 11. Programme d'ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. 20 25