FR3144700A1 - METHOD FOR ACTIVE BALANCING OF BATTERY CELLS - Google Patents
METHOD FOR ACTIVE BALANCING OF BATTERY CELLS Download PDFInfo
- Publication number
- FR3144700A1 FR3144700A1 FR2300083A FR2300083A FR3144700A1 FR 3144700 A1 FR3144700 A1 FR 3144700A1 FR 2300083 A FR2300083 A FR 2300083A FR 2300083 A FR2300083 A FR 2300083A FR 3144700 A1 FR3144700 A1 FR 3144700A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- cell
- balancing
- cells
- current
- balanced
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 2
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
- H01M50/509—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the type of connection, e.g. mixed connections
- H01M50/51—Connection only in series
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
La présente invention a pour objet un procédé d’équilibrage de cellules électrochimiques d’une batterie munie d’unités d’équilibrage actifs des cellules comportant des boucles de configuration des unités d’équilibrage où chaque boucle exécute les étapes successives suivantes de détermination (E1) d’une première cellule (C1i) à équilibrer dans une pluralité de NS cellules reliées en série, de sélection (E2) d’une deuxième cellule (C2i_am ; C2i_av) qui est apte à participer à l’équilibrage de la première cellule (C1i) en fonction d’un critère électrique, ladite deuxième cellule (C2i_am ; C2i_av) étant la plus proche de la première cellule (C1i) jusqu’à une portée de NB cellules maximum en amont ou en aval de la première cellule (C1i), avec NB strictement inférieur à NS, le pilotage (E3) en courant de chaque unité d’équilibrage intervenant entre la deuxième cellule sélectionnée (C2i_am ; C2i_av) et la première cellule à équilibrer (C1i). Figure 2. The subject of the present invention is a method for balancing electrochemical cells of a battery provided with active cell balancing units comprising loops for configuring the balancing units where each loop executes the following successive determination steps (E1 ) of a first cell (C1i) to be balanced in a plurality of NS cells connected in series, selection (E2) of a second cell (C2i_am; C2i_av) which is capable of participating in the balancing of the first cell ( C1i) as a function of an electrical criterion, said second cell (C2i_am; C2i_av) being the closest to the first cell (C1i) up to a range of NB cells maximum upstream or downstream of the first cell (C1i) , with NB strictly less than NS, the current control (E3) of each balancing unit intervening between the second selected cell (C2i_am; C2i_av) and the first cell to be balanced (C1i). Figure 2.
Description
Le domaine de l’invention concerne un procédé d’équilibrage des cellules électrochimiques d’un système de batterie. L’invention s’applique aux systèmes de stockage d’énergie stationnaires et les applications d’électromobilité.The field of the invention relates to a method for balancing electrochemical cells of a battery system. The invention applies to stationary energy storage systems and electromobility applications.
Lorsque des cellules d’une batterie présentent des états de charge non homogènes, les cellules les moins chargées ou les plus chargées peuvent limiter la capacité de décharge ou de charge de l’ensemble des cellules du fait qu’elles atteignent leur limite d’état de charge en maximum ou minimum avant les autres. Afin d’optimiser l’énergie disponible d’un système de batterie, il existe des solutions d’équilibrage (« balancing » en anglais) de type passif où le système dissipe de l’énergie afin d’obtenir un équilibre en état de charge sur l’ensemble du pack de cellules composant la batterie et des solutions de type actif où le système peut transférer de l’énergie d’une cellule ou d’un groupe de cellule à d’autres.When cells in a battery have non-uniform states of charge, the least charged or most charged cells can limit the discharge or charge capacity of all the cells because they reach their maximum or minimum state of charge limit before the others. In order to optimize the available energy of a battery system, there are passive balancing solutions where the system dissipates energy in order to obtain a state of charge balance across the entire cell pack making up the battery and active solutions where the system can transfer energy from one cell or group of cells to others.
Le système passif ne permet pas d’exploiter le maximum d’énergie de toutes les cellules. Les courants de dissipation étant en général très faibles vis-à-vis des capacités des cellules et des écarts de capacité entre cellules, l’équilibre d’un système de batterie ne peut être maintenu que sur un état particulier. En général, l’équilibre est recherché à un état élevé de charge pour maximiser l’énergie acceptable pour le pack. A la différence, le système actif sur l’ensemble d’un pack permet de mieux exploiter l’énergie de toutes les cellules. En effet, en transférant dynamiquement de l’énergie entre les cellules, il va tendre à maintenir un équilibre quel que soit l’état de charge du pack. Si le courant d’équilibrage est suffisant pour maintenir le pack équilibré quelle que soit la sollicitation, toute l’énergie des cellules sera exploitable. Il faudra cependant y soustraire les pertes du système d’équilibrage.The passive system does not allow to exploit the maximum energy of all the cells. The dissipation currents being generally very low with respect to the capacities of the cells and the differences in capacity between cells, the balance of a battery system can only be maintained on a particular state. In general, the balance is sought at a high state of charge to maximize the acceptable energy for the pack. In contrast, the active system on the whole of a pack allows to better exploit the energy of all the cells. Indeed, by dynamically transferring energy between the cells, it will tend to maintain a balance whatever the state of charge of the pack. If the balancing current is sufficient to keep the pack balanced whatever the demand, all the energy of the cells will be exploitable. However, the losses of the balancing system will have to be subtracted from it.
Dans le cas des packs de batterie automobile, les capacités des cellules sont de plus en plus grandes et en vieillissant nécessiteront donc de forts courants d’équilibrage pour compenser les écarts de capacité important en valeur absolue ce qui impliquent des coûts et volumes importants. Les systèmes d’équilibrage de type proche en proche ont l’avantage d’être flexibles au nombre de cellules et relativement économiques. Cependant, le rendement global de ces systèmes se dégrade rapidement si les cellules à équilibrer sont éloignées. Par ailleurs, un système d’équilibrage actif proche en proche cherche à réaliser un équilibre simultané de toutes les cellules. Chaque cellule en dessous de la moyenne de la grandeur à équilibrer (tension, état de charge…) reçoit une part de l’énergie transférée. Les chemins de transferts d’énergie peuvent faire intervenir un grand nombre d’unités d’équilibrage et ainsi générer beaucoup de pertes. La stratégie classique a aussi pour effet de ne pas utiliser les unités d’équilibrage à leur courant maximum. Son utilisation sur des packs composés d’un grand nombre de cellules de forte capacité nécessiterait de très forts courants d’équilibrage et le système serait couteux et difficilement intégrable dans un volume restreint.In the case of automotive battery packs, the capacities of the cells are increasingly large and as they age they will therefore require high balancing currents to compensate for the significant capacity differences in absolute value, which imply significant costs and volumes. The close-to-close balancing systems have the advantage of being flexible in terms of the number of cells and relatively economical. However, the overall efficiency of these systems deteriorates rapidly if the cells to be balanced are far apart. Furthermore, an active close-to-close balancing system seeks to achieve simultaneous balancing of all the cells. Each cell below the average of the quantity to be balanced (voltage, state of charge, etc.) receives a share of the transferred energy. The energy transfer paths can involve a large number of balancing units and thus generate a lot of losses. The classic strategy also has the effect of not using the balancing units at their maximum current. Its use on packs composed of a large number of high-capacity cells would require very high balancing currents and the system would be expensive and difficult to integrate into a restricted volume.
On connait par exemple le document brevet WO-A2-2013061001 décrivant une solution d’équilibrage actif combinant un mode d’équilibrage sur l’ensemble du pack de cellules visant à isoler les cellules où groupes de cellules limitant la recharge ou la charge et un mode d’équilibrage local faisant intervenir des unités d’équilibrage agissant localement entre des cellules d’un même groupe lorsque ce groupe est isolé du pack. Cette solution présente l’inconvénient que le mode d’équilibrage global intervient uniquement en cas de présence d’un courant de charge et décharge. En outre, cette technique prévoit d’isoler les groupes de cellules limitant et d’opérer l’action de l’équilibrage local lorsqu’ils sont déconnectés. Ce type de solution présente l’inconvénient de limiter la capacité disponible du pack durant l’équilibrage.For example, we know the patent document WO-A2-2013061001 describing an active balancing solution combining a balancing mode on the entire cell pack aimed at isolating the cells or groups of cells limiting the recharge or the charge and a local balancing mode involving balancing units acting locally between cells of the same group when this group is isolated from the pack. This solution has the disadvantage that the global balancing mode intervenes only in the presence of a charge and discharge current. In addition, this technique provides for isolating the limiting groups of cells and operating the local balancing action when they are disconnected. This type of solution has the disadvantage of limiting the available capacity of the pack during balancing.
Il existe donc un besoin d’améliorer les solutions d’équilibrage d’un système de batterie. L’invention vise à pallier les problèmes précités. Un objectif de l’invention est d’assurer l’équilibrage d’un système de batterie en toute situation d’utilisation, c’est-à-dire en charge, en décharge et au repos. Un autre objectif est de permettre l’usage de moyen d’équilibrage actif sur l’ensemble du pack tout en évitant les limitations de courant pouvant induire ce type d’équilibrage.There is therefore a need to improve the balancing solutions of a battery system. The invention aims to overcome the aforementioned problems. One objective of the invention is to ensure the balancing of a battery system in any usage situation, i.e. during charging, discharging and at rest. Another objective is to allow the use of active balancing means on the entire pack while avoiding the current limitations that can induce this type of balancing.
Plus précisément, l’invention concerne un procédé d’équilibrage de cellules électrochimiques d’une batterie munie d’unités d’équilibrage actifs des cellules, le procédé comportant des boucles de configuration des unités d’équilibrage où chaque boucle exécute les étapes successives suivantes :More specifically, the invention relates to a method for balancing electrochemical cells of a battery provided with active cell balancing units, the method comprising loops for configuring the balancing units where each loop performs the following successive steps:
- A) la détermination d’une première cellule à équilibrer dans une pluralité de NS cellules reliées en série,- A) determining a first cell to be balanced in a plurality of NS cells connected in series,
- B) la sélection d’une deuxième cellule qui est apte à participer à l’équilibrage de la première cellule en fonction d’un critère électrique, ladite deuxième cellule étant la plus proche de la première cellule jusqu’à une portée de NB cellules maximum en amont ou en aval de la première cellule, NB étant strictement inférieur à NS,- B) the selection of a second cell which is capable of participating in the balancing of the first cell according to an electrical criterion, said second cell being the closest to the first cell up to a maximum range of NB cells upstream or downstream of the first cell, NB being strictly less than NS,
- C) le pilotage en courant de chaque unité d’équilibrage intervenant entre la deuxième cellule sélectionnée et la première cellule à équilibrer pour transférer l’énergie entre la première et la deuxième cellule.- C) the current control of each balancing unit intervening between the second selected cell and the first cell to be balanced to transfer energy between the first and second cells.
Le procédé selon l’invention peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :The method according to the invention may include the following additional characteristics, alone or in combination:
- l’unité d’équilibrage la plus proche de la deuxième cellule sélectionnée est pilotée à sa consigne de courant maximale et les unités d’équilibrage intermédiaires sont pilotés à des consignes décroissantes dans le sens de la deuxième cellule sélectionnée vers la première cellule à équilibrer ;- the balancing unit closest to the second selected cell is driven at its maximum current setpoint and the intermediate balancing units are driven at decreasing setpoints in the direction from the second selected cell towards the first cell to be balanced;
- les consignes des unités d’équilibrages intermédiaires sont pilotés en valeur absolue selon la relation CS_eqi= Imax * Rdtd, où CS_eqiest la consigne de courant d’une unité d’équilibrage intermédiaire, Imax est la valeur de courant maximale de l’unité d’équilibrage, Rdt est le rendement énergétique de l’unité d’équilibrage et l’exposant d est l’écart de position entre l’unité d’équilibrage intermédiaire et la deuxième cellule sélectionnée ;- the setpoints of the intermediate balancing units are controlled in absolute value according to the relation CS_eq i = Imax * Rdt d , where CS_eq i is the current setpoint of an intermediate balancing unit, Imax is the maximum current value of the balancing unit, Rdt is the energy efficiency of the balancing unit and the exponent d is the position difference between the intermediate balancing unit and the second selected cell;
- la détermination d’un classement des NS cellules par ordre d’état de charge en fonction d’un paramètre électrique représentatif de l’état de charge de chaque cellule et la commande d’une boucle de configuration d’équilibrage pour chaque cellule à équilibrer du classement dans l’ordre du classement ;- determining a ranking of the NS cells in order of state of charge based on an electrical parameter representative of the state of charge of each cell and controlling a balancing configuration loop for each cell to be balanced in the ranking in the order of ranking;
- la détermination d’un classement des NS cellules en ordre croissant d’état de charge en fonction d’un paramètre électrique représentatif de l’état de charge de chaque cellule, la détermination du signe du courant traversant la batterie, si le courant est un courant de décharge, la commande d’une boucle de configuration d’équilibrage pour chaque cellule à équilibrer du classement par ordre croissant du classement, et si le courant est un courant de charge, la commande d’une boucle de configuration d’équilibrage pour chaque cellule à équilibrer du classement par ordre décroissant du classement ;- determining a ranking of the NS cells in ascending order of state of charge as a function of an electrical parameter representative of the state of charge of each cell, determining the sign of the current flowing through the battery, if the current is a discharge current, controlling a balancing configuration loop for each cell to be balanced in the ranking in ascending order of the ranking, and if the current is a charge current, controlling a balancing configuration loop for each cell to be balanced in the ranking in descending order of the ranking;
- dans lequel le critère électrique de l’étape B) de sélection consiste à comparer la tension ou la capacité de la deuxième cellule par rapport à une valeur dépendante de la tension de la première cellule ;- in which the electrical criterion of selection step B) consists of comparing the voltage or capacity of the second cell with respect to a value dependent on the voltage of the first cell;
- comportant en outre, lors de l’étape B) de sélection, une étape de vérification d’un paramètre représentatif d’état d’utilisation d’une unité d’équilibrage intermédiaire entre la première cellule et la deuxième cellule, et dans lequel la sélection est autorisée seulement si ledit paramètre informe un état de non utilisation ;- further comprising, during selection step B), a step of verifying a parameter representative of the state of use of an intermediate balancing unit between the first cell and the second cell, and in which the selection is authorized only if said parameter indicates a state of non-use;
- comportant en outre lors de l’étape C), le pilotage du paramètre d’utilisation de chaque cellule d’équilibrage intervenant entre la deuxième cellule sélectionnée et la première cellule à équilibrer dans un état utilisé de manière à interdire son utilisation pour l’équilibrage d’une troisième cellule à équilibrer lors d’une boucle de configuration suivante.- further comprising, during step C), the control of the usage parameter of each balancing cell intervening between the second selected cell and the first cell to be balanced in a used state so as to prohibit its use for the balancing of a third cell to be balanced during a following configuration loop.
Il est envisagé en outre selon l’invention une unité de commande d’un système de batterie de cellules électrochimiques munie d’unités d’équilibrage actifs des cellules, ladite unité de commande étant configurée pour la mise en œuvre du procédé d’équilibrage selon l’une quelconque des modes de réalisation précédents.Further contemplated according to the invention is a control unit of an electrochemical cell battery system provided with active cell balancing units, said control unit being configured to implement the balancing method according to any one of the preceding embodiments.
On prévoit en outre un système de batterie comportant une pluralité de N cellules électrochimiques reliées en série, des unités d’équilibrages interconnectées aux cellules pilotables en courant de manière à commander des configurations d’équilibrage permettant le transfert d’énergie entre des cellules, et une unité de commande apte à piloter la consigne de courant de chaque unité d’équilibrage, l’unité de commande étant configurée pour la mise en œuvre du procédé d’équilibrage selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents.Further provided is a battery system comprising a plurality of N electrochemical cells connected in series, balancing units interconnected to the current-controllable cells so as to control balancing configurations allowing the transfer of energy between cells, and a control unit capable of controlling the current setpoint of each balancing unit, the control unit being configured for implementing the balancing method according to any one of the preceding embodiments.
Il est envisagé un programme-ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par une unité de commande d’un système de batterie, conduisent celui-ci à mettre en œuvre l’un quelconque des modes de réalisation du procédé d’équilibrage selon l’invention.A computer program is contemplated comprising instructions which, when the program is executed by a control unit of a battery system, cause the latter to implement any one of the embodiments of the balancing method according to the invention.
L’invention prévoit un véhicule électrifié comprenant un système de batterie configuré pour la mise en œuvre de l’un quelconque des modes de réalisation du procédé d’équilibrage des cellules selon l’invention.The invention provides an electrified vehicle comprising a battery system configured to implement any one of the embodiments of the cell balancing method according to the invention.
L’invention présente les avantages suivants :The invention has the following advantages:
- Augmentation de l’énergie utile d’un pack, ce qui augmente l’autonomie d’un véhicule.- Increase in the useful energy of a pack, which increases the autonomy of a vehicle.
- Réduction du coût du système d’équilibrage actif de type proche en proche du fait qu’on améliore le rendement énergétique d’une chaine de transfert d’énergie. En effet, celles-ci se configurent uniquement selon une stratégie locale.- Reduction of the cost of the active balancing system of the close-to-close type due to the fact that the energy efficiency of an energy transfer chain is improved. Indeed, these are configured only according to a local strategy.
- Réduction du volume du système d’équilibrage actif de type proche en proche via la réduction du courant maximum d’équilibrage. L’intégration est donc de moindre coût et facilitée.- Reduction of the volume of the active balancing system of the close-to-close type by reducing the maximum balancing current. Integration is therefore less expensive and easier.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :Other features and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the detailed description which follows, comprising embodiments of the invention given as non-limiting examples and illustrated by the appended drawings, in which:
L’invention s’applique aux systèmes de stockage d’énergie à cellules électrochimiques comprenant des unités d’équilibrage actif de type proche en proche. L’invention s’application au domaine des systèmes de stockage stationnaire et aux applications d’électromobilité, notamment aux véhicules électrifiés, c’est-à-dire comprenant une machine électrique motrice et de l’électronique de puissance, 100% électriques ou hybrides, de préférence les véhicules automobiles, mais pas seulement tels un avion, tracteur, vélo électrique, navires.The invention applies to electrochemical cell energy storage systems comprising active balancing units of the close-to-close type. The invention applies to the field of stationary storage systems and to electromobility applications, in particular to electrified vehicles, i.e. comprising an electric motor machine and power electronics, 100% electric or hybrid, preferably motor vehicles, but not only such as an airplane, tractor, electric bicycle, ships.
En référence à la
La batterie BAT comporte en outre des unités d’équilibrage eq, indexées par l’indice i en lien avec les cellules. Une unité d’équilibrage actif eqiest de type proche en proche et est connectée entre deux cellules Ciet Ci+1ou deux clusters de cellules. Elle a pour fonction le transfert d’énergie depuis une cellule vers une cellule voisine, ou un cluster de cellules vers un cluster voisin. Elle accumule de l’énergie pour la transférer. Une unité d’équilibrage eq est formée d’inductances ou de capacités et est pilotable en courant. Chaque unité d’équilibrage eqi est adressable par une unité de commande BU du système de batterie BAT et est pilotée par une consigne de courant CS_eqi.The BAT battery also comprises balancing units eq, indexed by the index i in relation to the cells. An active balancing unit eq i is of the close-to-close type and is connected between two cells C i and Ci +1 or two cell clusters. Its function is to transfer energy from a cell to a neighboring cell, or a cell cluster to a neighboring cluster. It accumulates energy to transfer it. A balancing unit eq is formed of inductances or capacitors and is current-controllable. Each balancing unit eqi is addressable by a control unit BU of the BAT battery system and is controlled by a current setpoint CS_eq i .
Une cellule Cipeut être équilibrée en état de charge en prenant en compte le paramètre électrique de la tension de la cellule exprimé en Volt ou la capacité de la cellule exprimée en Ampère-heure, ou bien tout paramètre électrique représentatif de son état de charge, éventuellement la tension à vide. Le procédé d’équilibrage agit localement car pour une cellule donnée Ci, seules les cellules de la série NS, à proximité jusqu’à une portée de NB cellules en amont et en aval peuvent lui donner de l’énergie ou lui en prélever. Ainsi, pour une cellule Ci, seules les cellules de Ci-NBà Ci+NBsont habilitées à lui transférer de l’énergie en faisant intervenir les unités d’équilibrage Eqi-NBà Eqi+(NB-1).A cell C i can be balanced in charge state by taking into account the electrical parameter of the cell voltage expressed in Volt or the cell capacity expressed in Ampere-hour, or any electrical parameter representative of its charge state, possibly the no-load voltage. The balancing process acts locally because for a given cell C i , only the cells of the NS series, nearby up to a range of NB cells upstream and downstream can give it energy or take energy from it. Thus, for a cell C i , only the cells from C i-NB to C i+NB are authorized to transfer energy to it by involving the balancing units Eq i-NB to Eq i+(NB-1) .
En outre, le procédé d’équilibrage est hiérarchisé au sens qu’en phase de décharge, les cellules limitant la décharge du pack, celles les plus basses en tension, sont prioritairement rechargées, et inversement en charge, les cellules limitant la charge du pack, celles les plus hautes en tension, sont prioritairement déchargées. La hiérarchisation est mise en œuvre par le procédé au moyen d’un classement des cellules en fonction d’un paramètre électrique représentatif de l’état de charge. On notera en outre que durant la charge ou décharge les cellules à équilibrer restent connectées dans la série NS. Cela permet de conserver la capacité disponible de la batterie BAT.In addition, the balancing process is hierarchical in the sense that during the discharge phase, the cells limiting the discharge of the pack, those with the lowest voltage, are recharged as a priority, and conversely during charging, the cells limiting the charge of the pack, those with the highest voltage, are discharged as a priority. The hierarchy is implemented by the process by means of a classification of the cells according to an electrical parameter representative of the state of charge. It should also be noted that during charging or discharging, the cells to be balanced remain connected in the NS series. This makes it possible to conserve the available capacity of the BAT battery.
Par ailleurs, le procédé d’équilibrage de la batterie BAT vise à piloter des configurations d’équilibrage des unités d’équilibrage eqiqui sont calculées et rafraichies selon une période donnée. La période est paramétrable et dépend de la capacité des cellules Cidu courant maximum pilotable par les unités d’équilibrage eqiet de la précision de la mesure de la tension de chaque cellule. Par exemple, la période d’une configuration d’équilibrage est d’environ une dizaine de secondes pour un courant maximum d’environ quelques ampères pour des capacités individuelles de cellules de 50 Ampères-heures. D’autres valeurs sont envisageables selon l’architecture et le dimensionnement électrique de la batterie BAT.Furthermore, the BAT battery balancing method aims to control balancing configurations of the balancing units eq i which are calculated and refreshed according to a given period. The period is configurable and depends on the capacity of the cells C i of the maximum current controllable by the balancing units eq i and the precision of the voltage measurement of each cell. For example, the period of a balancing configuration is approximately ten seconds for a maximum current of approximately a few amperes for individual cell capacities of 50 Ampere-hours. Other values are possible depending on the architecture and electrical dimensioning of the BAT battery.
L’unité de commande BU comporte les moyens de mesure et détermination à chaque instant de paramètres électriques de la batterie BAT, pouvant être la tension, la capacité des cellules, la tension à vide, la température, le courant des cellules Ciet des unités d’équilibrage eqi, la tension de la batterie BAT, l’état de charge de la batterie, l’état de vieillissement, la tension moyenne de la batterie BAT, le signe du courant traversant les cellules Ci, le rendement électrique des unités d’équilibrage eqi, l’état d’utilisation des unités d’équilibrage eqi, notamment.The control unit BU comprises the means for measuring and determining at any time electrical parameters of the battery BAT, which may be the voltage, the capacity of the cells, the no-load voltage, the temperature, the current of the cells C i and of the balancing units eq i , the voltage of the battery BAT, the state of charge of the battery, the state of aging, the average voltage of the battery BAT, the sign of the current passing through the cells C i , the electrical efficiency of the balancing units eq i , the state of use of the balancing units eq i , in particular.
En référence aux figures 2 et 3, on a représenté un diagramme du procédé d’équilibrage selon l’invention pour respectivement une phase de décharge et une phase de recharge de la batterie, car de préférence, en phase de décharge, le procédé est configuré pour recharger prioritairement les cellules les moins chargées, et inversement en phase de recharge. En outre, le procédé est configuré pour équilibrer les cellules localement jusqu’à une portée de NB cellules autour de la cellule à équilibrer Ci. NB est dépendant du rendement énergétique des cellules d’équilibrage. Plus ce rendement est élevé, plus NB peut être grand, et inversement. NB peut être compris entre 1 et 5, pouvant être égal à 1, 2, 3, 4 ou 5 par exemple. NB peut être supérieur à 5. Dans tous les cas NB est strictement inférieur à NS. NB est paramétrable.With reference to Figures 2 and 3, a diagram of the balancing method according to the invention is shown for respectively a discharge phase and a recharge phase of the battery, because preferably, in the discharge phase, the method is configured to recharge the least charged cells as a priority, and vice versa in the recharge phase. In addition, the method is configured to balance the cells locally up to a range of NB cells around the cell to be balanced C i . NB depends on the energy efficiency of the balancing cells. The higher this efficiency, the greater NB can be, and vice versa. NB can be between 1 and 5, and can be equal to 1, 2, 3, 4 or 5 for example. NB can be greater than 5. In all cases NB is strictly less than NS. NB is configurable.
Le procédé d’équilibrage est exécuté de préférence en décharge et recharge de la batterie mais est exécutable également au repos. Au repos, le procédé d’équilibrage peut s’exécuter similairement à la séquence d’équilibrage en décharge décrite en
A une première étape d’initialisation E0, le procédé comporte la détermination d’un classement des cellules par ordre d’état de charge. Le classement est déterminé en fonction de la tension individuelle de chaque cellule Cide la série NS ou de la capacité. Le classement est mis en œuvre sous la forme par exemple d’un vecteur V_class ordonnant les indices des cellules Cipar ordre croissant ou décroissant. Le vecteur est enregistré en mémoire de l’unité de commande et actualisé à chaque période de pilotage de configuration d’équilibrage. Le classement permet de configurer les unités d’équilibrage en priorisant les cellules les moins chargées ou les plus chargées. L’étape E0 comporte en outre la détermination du courant CR traversant la batterie afin de déterminer la hiérarchisation d’équilibrage des cellules.In a first initialization step E0, the method comprises determining a ranking of the cells in order of state of charge. The ranking is determined according to the individual voltage of each cell C i of the NS series or the capacity. The ranking is implemented in the form, for example, of a vector V_class ordering the indices of the cells C i in ascending or descending order. The vector is stored in the memory of the control unit and updated at each balancing configuration control period. The ranking makes it possible to configure the balancing units by prioritizing the least charged or most charged cells. Step E0 further comprises determining the current CR flowing through the battery in order to determine the balancing hierarchy of the cells.
Le procédé comporte ensuite une étape de vérification de la valeur du courant CR, et si le courant CR est un courant de décharge, par convention un courant négatif, le procédé commande la phase PH1 représentée en
La phase PH1, entourée en trait en pointillé sur la
Ensuite, pour chaque cellule C1i pouvant être rechargée par équilibrage, la phase PH1 comporte en outre une première séquence SQ1 comprenant une étape de recherche et sélection E2 d’une cellule C2i_am ayant le potentiel pour équilibrer parmi les NB cellules en amont de la cellule C1iet une deuxième séquence SQ2 de recherche et sélection d’une cellule C2i_av ayant le potentiel pour équilibrer parmi les NB cellules en aval de C1i, le sens amont et aval étant pris en référence par rapport à l’ordre des cellules dans le circuit électrique en série de la batterie. SQ1 et SQ2 se déroulent l’une après l’autre, SQ1 puis SQ2 ou alternativement SQ2 puis SQ1. Eventuellement, seule la séquence SQ1 ou SQ2 est réalisée.Then, for each cell C1i able to be recharged by balancing, phase PH1 further comprises a first sequence SQ1 comprising a search and selection step E2 of a cell C2i_am having the potential to balance among the NB cells upstream of cell C1iand a second sequence SQ2 for searching and selecting a cell C2i_av having the potential to balance among NB cells downstream of C1i, the upstream and downstream direction being taken as a reference in relation to the order of the cells in the series electrical circuit of the battery. SQ1 and SQ2 take place one after the other, SQ1 then SQ2 or alternately SQ2 then SQ1. Optionally, only the sequence SQ1 or SQ2 is carried out.
La recherche et sélection E2 consiste à comparer un paramètre électrique de la cellule C1iavec un paramètre électrique des cellules en amont. Plus précisément, le procédé consiste à comparer la tension des cellules en amont, jusqu’à une portée de NB cellules dans le circuit électrique en série de la batterie, avec une valeur correspondant à la tension de C1iaugmentée du seuil S1, en commençant par les cellules les plus proches en amont. Plus précisément, le procédé vérifie si la tension UC2i_am est supérieure à la valeur : UC1i+ S1, UC1iétant la tension de la cellule C1i, UC2i_am étant la tension d’une cellule en amont pour laquelle on vérifie son potentiel d’équilibrage.The search and selection E2 consists in comparing an electrical parameter of the cell C1 i with an electrical parameter of the upstream cells. More precisely, the method consists in comparing the voltage of the upstream cells, up to a range of NB cells in the series electrical circuit of the battery, with a value corresponding to the voltage of C1 i increased by the threshold S1, starting with the closest upstream cells. More precisely, the method checks whether the voltage UC2 i _am is greater than the value: UC1 i + S1, UC1 i being the voltage of the cell C1 i , UC2 i _am being the voltage of an upstream cell for which its balancing potential is checked.
La sélection E2 retient une unique cellule C2i_am. Le critère de sélection est celle qui a le potentiel pour équilibrer et qui est la plus proche. La comparaison s’arrête dès qu’on sélectionne une cellule C2i_am. La recherche et sélection E2 s’opère logiciellement par une boucle itérative utilisant un indice propre à cette boucle amont.The E2 selection retains a single cell C2 i _am. The selection criterion is the one that has the potential to balance and that is the closest. The comparison stops as soon as a cell C2 i _am is selected. The E2 search and selection is carried out software by an iterative loop using an index specific to this upstream loop.
L’équilibrage est avantageux car celui-ci se fait localement. On peut donc rééquilibrer en exploitant le courant maximum des unités d’équilibrage sans ou avec peu de pertes dans les chemins de transfert d’énergie par rapport à une solution où l’équilibrage est réalisé globalement dans la série entière NS. Alternativement, la comparaison pour la sélection E2 se base sur le paramètre de capacité de charge des cellules.Balancing is advantageous because it is done locally. It is therefore possible to rebalance by exploiting the maximum current of the balancing units with no or little loss in the energy transfer paths compared to a solution where balancing is done globally in the entire NS series. Alternatively, the comparison for the E2 selection is based on the cell charge capacity parameter.
Ensuite, une fois qu’une cellule C2i_am est sélectionnée, le procédé comporte une étape de configuration E3 des unités d’équilibrage Eqipositionnées entre les cellules C2i_am et C1i. La configuration E3 consiste à piloter chaque consigne de courant CS_eqides unités d’équilibrage. Si une seule unité d’équilibrage est nécessaire, le transfert d’énergie se fait au courant maximum Imax de l’unité d’équilibrage eqi. Si deux unités d’équilibrage ou plus interviennent, la plus éloignée est pilotée au courant maximum Imax et celles intermédiaires à des consignes de courant de valeur décroissante prenant en compte le rendement des unités d’équilibrage et leur position dans la chaine de transfert d’énergie. Ce pilotage prend judicieusement en compte le rendement pour éviter de prélever du courant aux cellules intermédiaires. En effet, si on pilote un courant supérieur au courant délivré par l’unité d’équilibrage amont, le courant résiduel serait prélevé à l’autre cellule connectée.Then, once a cell C2 i _am is selected, the method includes a configuration step E3 of the balancing units Eq i positioned between the cells C2 i _am and C1 i . Configuration E3 consists of controlling each current setpoint CS_eq i of the balancing units. If only one balancing unit is required, the energy transfer is done at the maximum current Imax of the balancing unit eq i . If two or more balancing units are involved, the furthest one is controlled at the maximum current Imax and the intermediate ones at current setpoints of decreasing value taking into account the efficiency of the balancing units and their position in the energy transfer chain. This control judiciously takes into account the efficiency to avoid drawing current from the intermediate cells. Indeed, if a current greater than the current delivered by the upstream balancing unit is controlled, the residual current would be drawn from the other connected cell.
Plus précisément, les consignes des unités d’équilibrages intermédiaires sont calculées et pilotées aux consignes respectives en valeur absolue CS_eqi= Imax * Rdtd, où CS_eqiest la consigne de courant d’une unité d’équilibrage intermédiaire, Imax est la valeur de courant maximale de l’unité d’équilibrage, Rdt est le rendement énergétique d’une unité d’équilibrage et l’exposant d est un entier représentatif de l’écart de position de l’unité d’équilibrage avec la cellule sélectionnée C2i_am. L’exposant d peut être égal à 1, 2, 3, ou 4 par exemple pour une configuration où NB = 5. Le signe du courant est positif pour les cellules en amont.More precisely, the setpoints of the intermediate balancing units are calculated and controlled to the respective setpoints in absolute value CS_eq i = Imax * Rdt d , where CS_eq i is the current setpoint of an intermediate balancing unit, Imax is the maximum current value of the balancing unit, Rdt is the energy efficiency of a balancing unit and the exponent d is an integer representing the position deviation of the balancing unit with the selected cell C2 i _am. The exponent d can be equal to 1, 2, 3, or 4 for example for a configuration where NB = 5. The sign of the current is positive for the upstream cells.
Une fois que la configuration des unités d’équilibrage en amont est calculée pour une cellule C1ià équilibrer, le procédé comporte la deuxième séquence SQ2 de sélection de la cellule la plus proche en aval ayant le potentiel pour recharger la cellule C1i.Once the configuration of the upstream balancing units is calculated for a cell C1 i to be balanced, the method comprises the second sequence SQ2 of selecting the closest downstream cell having the potential to recharge the cell C1 i .
La séquence SQ2 comporte la même étape E2 de recherche et sélection précédente à la différence qu’on sélectionne une cellule en aval dans le circuit électrique en série de la batterie. Plus précisément, le procédé consiste à comparer la tension de chaque cellule en aval, jusqu’à une portée de NB cellules, avec la tension de C1iaugmentée du seuil S1, en commençant par les cellules les plus proches en aval. Plus précisément, le procédé vérifie si la tension UC2i_av est supérieure à la valeur UC1i+ S1. La sélection E2 de la séquence SQ2 retient une unique cellule C2i_av. Le critère de sélection est celle qui a le potentiel pour équilibrer et qui est la plus proche. La comparaison s’arrête dès qu’on sélectionne une cellule C2i_av.The sequence SQ2 includes the same step E2 of previous search and selection except that a downstream cell is selected in the series electrical circuit of the battery. More precisely, the method consists in comparing the voltage of each downstream cell, up to a range of NB cells, with the voltage of C1 i increased by the threshold S1, starting with the closest downstream cells. More precisely, the method checks whether the voltage UC2 i _av is greater than the value UC1 i + S1. The selection E2 of the sequence SQ2 retains a single cell C2 i _av. The selection criterion is the one that has the potential to balance and that is the closest. The comparison stops as soon as a cell C2 i _av is selected.
Ensuite, identiquement à la séquence SQ1, mais cette fois en aval, une fois qu’une cellule C2i_av est sélectionnée, le procédé comporte pour la séquence SQ2 une étape de configuration E3 des unités d’équilibrage eqipositionnées entre les cellules C2i_av et C1i. La configuration E3 consiste à piloter chaque consigne de courant CS_eqides unités d’équilibrage. Si une seule unité d’équilibrage est nécessaire, le transfert d’énergie se fait au courant maximum Imax de l’unité d’équilibrage Eqi. Si deux unités d’équilibrage ou plus interviennent, la plus éloignée en aval est pilotée au courant maximum Imax et celles intermédiaires à des consignes de courant de valeur décroissante prenant en compte le rendement des unités d’équilibrage et leur position dans la chaine de transfert d’énergie.Then, identically to the sequence SQ1, but this time downstream, once a cell C2 i _av is selected, the method comprises for the sequence SQ2 a configuration step E3 of the balancing units eq i positioned between the cells C2 i _av and C1 i . The configuration E3 consists in controlling each current setpoint CS_eq i of the balancing units. If only one balancing unit is necessary, the energy transfer is done at the maximum current Imax of the balancing unit Eq i . If two or more balancing units intervene, the furthest downstream is controlled at the maximum current Imax and those intermediate at current setpoints of decreasing value taking into account the efficiency of the balancing units and their position in the energy transfer chain.
Par ailleurs, on notera que les unités d’équilibrage en amont d’une cellule à équilibrer sont pilotées par une consigne de courant de valeur positive de manière à charger l’unité d’équilibrage et transférer l’énergie vers la cellule à équilibrer. Les unités d’équilibrage en aval sont pilotées à une consigne de courant négatif de manière à transférer l’énergie vers la cellule à équilibrer C1i. Les signes des consignes de courant sont exprimés en fonction de la convention de cette architecture. Les valeurs peuvent être de signe inverse en prenant l’hypothèse d’une convention de signe inverse.Furthermore, it should be noted that the balancing units upstream of a cell to be balanced are controlled by a current setpoint of positive value so as to charge the balancing unit and transfer the energy to the cell to be balanced. The balancing units downstream are controlled at a negative current setpoint so as to transfer the energy to the cell to be balanced C1 i . The signs of the current setpoints are expressed according to the convention of this architecture. The values can be of inverse sign by assuming an inverse sign convention.
Par ailleurs, lors de l’étape de pilotage E3 des consignes de courant, à chaque fois qu’une cellule C2i_am et C2i_av est sélectionnée, le procédé prévoit de configurer un paramètre d’état informant que les unités d’équilibrage sont utilisées. Cet état permet de réserver les unités d’équilibrage prioritairement pour les cellules les moins chargées grâce à la mise en œuvre du classement. En parallèle, lors de la recherche et sélection E2 une vérification est tout d’abord réalisée pour déterminer si le chemin de transfert d’énergie est libre en se basant sur l’état d’utilisation des unités d’équilibrage. A cet effet, le paramètre d’état d’utilisation pour chaque unité d’équilibrage est administré par l’unité de commande.Furthermore, during the control step E3 of the current instructions, each time a cell C2 i _am and C2 i _av is selected, the method provides for configuring a state parameter informing that the balancing units are used. This state makes it possible to reserve the balancing units as a priority for the least loaded cells thanks to the implementation of the classification. In parallel, during the search and selection E2 a check is first carried out to determine whether the energy transfer path is free based on the state of use of the balancing units. For this purpose, the state of use parameter for each balancing unit is administered by the control unit.
Une fois que la configuration des unités d’équilibrage pour une cellule C1iest réalisée en amont et en aval, l’indice i passe à une itération suivante du vecteur de classement V_class de manière à exécuter à nouveau les séquences SQ1 et SQ2 pour chaque cellule à équilibrer. Les itérations se font jusqu’à ce que i soit égal à NS dans le vecteur de classement V_class.Once the configuration of the balancing units for a cell C1 i is done upstream and downstream, the index i passes to a next iteration of the ranking vector V_class so as to execute again the sequences SQ1 and SQ2 for each cell to be balanced. The iterations are done until i is equal to NS in the ranking vector V_class.
Lorsque la recherche des cellules à équilibrer est faite dans l’ensemble du classement V_class (i est égal à NS) et que les configurations des unités d’équilibrage de chaque cellule à équilibrer sont pilotées aux consignes de courant respectives, ces configurations sont maintenues à l’étape E4 durant une période prédéterminée, par exemple d’une durée d’une dizaine de secondes. Ensuite, la configuration des unités d’équilibrage est recalculée pour une nouvelle période. La période est paramétrable par l’unité de commande de la batterie. Le procédé revient ensuite à l’étape E0 d’initialisation.When the search for the cells to be balanced is done in the entire V_class classification (i is equal to NS) and the configurations of the balancing units of each cell to be balanced are controlled at the respective current setpoints, these configurations are maintained in step E4 for a predetermined period, for example of a duration of about ten seconds. Then, the configuration of the balancing units is recalculated for a new period. The period can be configured by the battery control unit. The method then returns to the initialization step E0.
En revenant à la phase d’initialisation E0. Si le courant CR est un courant de décharge, la phase PH1 est répétée. Si le courant CR est un courant de recharge, par convention un courant positif, le procédé commande la phase PH2, représentée en
Plus précisément, la phase PH2 se déroule similairement à la phase PH1, à la différence que le vecteur de classement V_class est scruté par ordre décroissant depuis l’indice NS à 1 de manière à prioriser les cellules les plus chargées et les décharger vers des cellules moins chargées.More precisely, phase PH2 proceeds similarly to phase PH1, except that the ranking vector V_class is scanned in descending order from the NS index to 1 in order to prioritize the most loaded cells and unload them to less loaded cells.
Dans la phase PH2, le critère électrique de détermination lors de l’étape E1 est la vérification de la tension d’une cellule Cipar rapport à la valeur de moyenne de tension augmentée du seuil S1. La détermination E1 consiste à comparer la tension UCide chaque cellule Cidans le classement avec la tension moyenne Vm des NS cellules de la série. De préférence, on compare la tension UCipar rapport à la tension Vm+S1, où S1 est un écart de tension prédéterminé. S1 a une valeur de quelques millivolts, par exemple 5mV. Si la tension UCiest supérieure à Vm+S1 alors on détermine que la cellule Cidoit être déchargée. On référence cette cellule C1i. Dans le cas contraire, la cellule Cin’est pas retenue pour être déchargée. Alternativement, cette comparaison est opérée par vérification du paramètre de la capacité utile restante de chaque cellule avec une valeur moyenne de capacité de la batterie par cellule.In phase PH2, the electrical determination criterion during step E1 is the verification of the voltage of a cell C i with respect to the average voltage value increased by the threshold S1. The determination E1 consists in comparing the voltage UC i of each cell C i in the classification with the average voltage Vm of the NS cells in the series. Preferably, the voltage UC i is compared with the voltage Vm+S1, where S1 is a predetermined voltage difference. S1 has a value of a few millivolts, for example 5mV. If the voltage UC i is greater than Vm+S1 then it is determined that the cell C i must be discharged. This cell is referenced C1 i . Otherwise, the cell C i is not selected to be discharged. Alternatively, this comparison is carried out by verifying the parameter of the remaining useful capacity of each cell with an average value of the battery capacity per cell.
De même, l’étape de recherche et sélection E2 durant la phase PH2 se réalise similairement à la phase PH1, jusqu’à une portée de NB cellules par rapport au critère électrique de tension des cellules. La sélection E2 retient la cellule la plus proche en aval qui a une tension inférieure à la tension de la cellule à équilibrer avec un écart S1. Plus précisément, le procédé consiste à comparer la tension de chaque cellule en amont et/ou en aval, jusqu’à une portée de NB cellules, avec la valeur égale à la tension de C1isoustraite du seuil S1, en commençant par les cellules les plus proches en amont et/ou en aval. Le critère de sélection se réalise en fonction de la tension des cellules en amont et/ou en aval par rapport à la cellule à équilibrer. On sélectionne cette fois les cellules de tension inférieure.Similarly, the search and selection step E2 during phase PH2 is carried out similarly to phase PH1, up to a range of NB cells with respect to the electrical criterion of cell voltage. Selection E2 retains the closest downstream cell that has a voltage lower than the voltage of the cell to be balanced with a difference S1. More precisely, the method consists in comparing the voltage of each cell upstream and/or downstream, up to a range of NB cells, with the value equal to the voltage of C1 i subtracted from the threshold S1, starting with the closest upstream and/or downstream cells. The selection criterion is carried out according to the voltage of the upstream and/or downstream cells with respect to the cell to be balanced. This time, the cells with a lower voltage are selected.
Identiquement à la phase PH1, une fois qu’une cellule C2i_am et/ou C2i_av est sélectionnée en amont et/ou en aval d’une cellule à équilibrer, le procédé comporte, pour chaque séquences SQ1 et SQ2, une étape de configuration E3 des unités d’équilibrage eqiintervenant entre les cellules amont C2i_am et C1i, et les cellules aval C2i_av et C1i. Si une seule unité d’équilibrage est nécessaire, le transfert d’énergie se fait au courant maximum Imax de l’unité d’équilibrage eqi. Si deux unités d’équilibrage ou plus interviennent, la plus éloignée est pilotée au courant maximum Imax et les suivantes à des consignes de courant de valeur décroissante prenant en compte le rendement des unités d’équilibrage et leur position dans la chaine de transfert d’énergie.Identical to phase PH1, once a cell C2 i _am and/or C2i_av is selected upstream and/or downstream of a cell to be balanced, the method comprises, for each sequence SQ1 and SQ2, a configuration step E3 of the balancing units eq i intervening between the upstream cells C2 i _am and C1 i , and the downstream cells C2 i _av and C1 i . If only one balancing unit is necessary, the energy transfer is done at the maximum current Imax of the balancing unit eq i . If two or more balancing units intervene, the most distant one is controlled at the maximum current Imax and the following ones at current setpoints of decreasing value taking into account the efficiency of the balancing units and their position in the energy transfer chain.
Par ailleurs, en phase PH2, les unités d’équilibrage en amont d’une cellule à équilibrer sont pilotées par une consigne de courant de valeur négative de manière à décharger la cellule à équilibrer C1ivers la cellule de tension inférieure C2i_am. Les unités d’équilibrage en aval sont pilotées à une consigne de courant positif de manière à les charger et transférer l’énergie vers la cellule C2i_av en aval.Furthermore, in phase PH2, the balancing units upstream of a cell to be balanced are controlled by a negative current setpoint so as to discharge the cell to be balanced C1 i to the lower voltage cell C2 i _am. The balancing units downstream are controlled at a positive current setpoint so as to charge them and transfer the energy to the downstream cell C2 i _av.
Dans la phase PH2, une fois que la configuration des unités d’équilibrage pour une cellule C1iest réalisée en amont et en aval, l’indice i passe à une itération suivante (i-1) du vecteur de classement V_class de manière à exécuter à nouveau les séquences SQ1 et SQ2 pour chaque cellule devant être équilibrée. Les itérations se font jusqu’à ce que i soit égal à 1 dans le vecteur de classement V_class.In phase PH2, once the configuration of the balancing units for a cell C1 i is done upstream and downstream, the index i is passed to a next iteration (i-1) of the ranking vector V_class so as to execute again the sequences SQ1 and SQ2 for each cell to be balanced. The iterations are done until i is equal to 1 in the ranking vector V_class.
Enfin, lorsque la recherche des cellules à équilibrer est faite dans l’ensemble du classement V_class (i est égal à 1) et que les configurations des unités d’équilibrage de chaque cellule à équilibrer sont pilotées aux consignes de courant respectives, ces configurations sont maintenues à l’étape E4 durant une période prédéterminée. Ensuite, la configuration des unités d’équilibrage est recalculée pour une nouvelle période. Le procédé revient à l’étape E0 d’initialisation.Finally, when the search for the cells to be balanced is done in the entire V_class classification (i is equal to 1) and the configurations of the balancing units of each cell to be balanced are driven at the respective current setpoints, these configurations are maintained in step E4 for a predetermined period. Then, the configuration of the balancing units is recalculated for a new period. The method returns to the initialization step E0.
Pour les phases PH1 et PH2, on notera que les séquences SQ1 et SQ2 peuvent être opérées dans l’ordre inverse. On envisage que SQ1 puisse être opérée seule sans SQ2, ou inversement, SQ2 peut être opérée seule sans SQ1.For phases PH1 and PH2, it should be noted that sequences SQ1 and SQ2 can be operated in reverse order. It is envisaged that SQ1 can be operated alone without SQ2, or conversely, SQ2 can be operated alone without SQ1.
En
Lors des séquence SQ1 et SQ2, le procédé a déterminé que la cellule C1ipeut être équilibrée par la cellule C2i_am en amont et C2i_av en aval, au regard du critère de tension ou de capacité des cellules et du critère de proximité dans les cellules positionnées jusqu’à une portée NB de la série. Au-delà d’un écart NB, aucune cellule ne peut participer à l’équilibrage. Cela permet d’utiliser le courant maximal des unités d’équilibrage tout en limitant leur dimensionnement. On facilite donc l’intégration de la solution d’équilibrage actif dans un pack d’une batterie. Par ailleurs, dans cette situation, eq0 et eq7 ne sont pas disponibles (indiquées d’une croix) car elles sont déjà utilisées par des cellules dont la configuration d’équilibrage a été mise œuvre en dans une boucle précédente de configuration. Le procédé empêche donc l’usage de cellules positionnées au-delà des eq0 et eq7.During sequences SQ1 and SQ2, the method has determined that cell C1 i can be balanced by cell C2 i _am upstream and C2 i _av downstream, with regard to the cell voltage or capacity criterion and the proximity criterion in the cells positioned up to a range NB of the series. Beyond a gap NB, no cell can participate in balancing. This makes it possible to use the maximum current of the balancing units while limiting their dimensioning. This therefore facilitates the integration of the active balancing solution in a battery pack. Furthermore, in this situation, eq0 and eq7 are not available (indicated by a cross) because they are already used by cells whose balancing configuration has been implemented in a previous configuration loop. The method therefore prevents the use of cells positioned beyond eq0 and eq7.
Plus précisément, lors de l’étape de pilotage des consignes de courant des unités d’équilibrage de la séquence amont SQ1, l’unité d’équilibrage eq1 est pilotée par la consigne de courant CS_eq1 égale à Imax et l’unité d’équilibrage eq2 est pilotée par la consigne de courant CS_eq2 dont la valeur est égale à Imax*Rdt, où Imax est le courant maximal d’une unité d’équilibrage et RDt le rendement énergétique exprimé en %. Cette configuration des courant est maintenue durant une période de configuration.More precisely, during the step of controlling the current setpoints of the balancing units of the upstream sequence SQ1, the balancing unit eq1 is controlled by the current setpoint CS_eq1 equal to Imax and the balancing unit eq2 is controlled by the current setpoint CS_eq2 whose value is equal to Imax*Rdt, where Imax is the maximum current of a balancing unit and RDt the energy efficiency expressed in %. This current configuration is maintained during a configuration period.
Pour les unités d’équilibrage en aval, l’unité d’équilibrage eq6 est pilotée par la consigne de courant CS_eq6 égale à -Imax et l’unité d’équilibrage eq5 est pilotée par la consigne de courant CS_eq5 dont la valeur est égale à -Imax*RDt, l’unité d’équilibrage eq4 est pilotée par la consigne de courant CS_eq4 dont la valeur est égale à -Imax*RDt2et enfin l’unité d’équilibrage eq3 est pilotée par la consigne de courant CS_eq3 dont la valeur est égale à -Imax*RDt3.For the downstream balancing units, the balancing unit eq6 is driven by the current setpoint CS_eq6 equal to -Imax and the balancing unit eq5 is driven by the current setpoint CS_eq5 whose value is equal to -Imax*RDt, the balancing unit eq4 is driven by the current setpoint CS_eq4 whose value is equal to -Imax*RDt 2 and finally the balancing unit eq3 is driven by the current setpoint CS_eq3 whose value is equal to -Imax*RDt 3 .
A l’issue de la période de configuration, les paramètres d’état d’utilisation des unités d’équilibrage eq0 à eq7 sont réinitialisés à l’état « non utilisé » et les consignes de courant sont calculées à nouveau dans une nouvelle boucle en fonction des cellules à équilibrer et des unités d’équilibrage sélectionnées.At the end of the configuration period, the usage status parameters of the balancing units eq0 to eq7 are reset to the “not used” state and the current setpoints are calculated again in a new loop based on the cells to be balanced and the balancing units selected.
Le procédé d’équilibrage s’applique aux systèmes de batterie et aux véhicules électrifiés par exemple comportant une ou plusieurs machines électriques motrices alimentées par un système de batterie de traction. Les cellules de la batterie peuvent être équilibrées conformément au procédé selon l’invention, de préférence en phase de décharge ou de charge afin d’augmenter la capacité utile de la batterie.The balancing method is applicable to battery systems and electrified vehicles, for example comprising one or more electrical drive machines powered by a traction battery system. The battery cells can be balanced in accordance with the method according to the invention, preferably in the discharge or charge phase in order to increase the useful capacity of the battery.
L’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que la personne de l’art est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention en associant par exemple les différentes caractéristiques ci-dessus prises seules ou en combinaison, sans pour autant sortir du cadre de l’invention.The invention is described in the foregoing by way of example. It is understood that the person skilled in the art is able to produce different variant embodiments of the invention by associating, for example, the different characteristics above taken alone or in combination, without departing from the scope of the invention.
Claims (10)
- A) la détermination (E1) d’une première cellule à équilibrer (C1i) dans une pluralité de NS cellules (Ci) reliées en série,
- B) la sélection (E2) d’une deuxième cellule (C2i_am ; C2i_av) qui est apte à participer à l’équilibrage de la première cellule en fonction d’un critère électrique, ladite deuxième cellule (C2i_am ; C2i_av) étant la plus proche de la première cellule (C1i) jusqu’à une portée de NB cellules maximum en amont ou en aval de la première cellule (C1i), NB étant strictement inférieur à NS,
- C) le pilotage (E3) en courant de chaque unité d’équilibrage intervenant entre la deuxième cellule sélectionnée (C2i_am ; C2i_av) et la première cellule (C1i) à équilibrer pour transférer l’énergie entre la première et la deuxième cellule.
- A) determining (E1) a first cell to be balanced (C1 i ) in a plurality of NS cells (C i ) connected in series,
- B) the selection (E2) of a second cell (C2 i _am; C2 i _av) which is capable of participating in the balancing of the first cell according to an electrical criterion, said second cell (C2 i _am; C2 i _av) being the closest to the first cell (C1 i ) up to a maximum range of NB cells upstream or downstream of the first cell (C1 i ), NB being strictly less than NS,
- C) the current control (E3) of each balancing unit intervening between the second selected cell (C2 i _am; C2 i _av) and the first cell (C1 i ) to be balanced to transfer energy between the first and the second cell.
- la détermination (E0) d’un classement (V_class) des NS cellules (Ci) par ordre d’état de charge en fonction d’un paramètre électrique représentatif de l’état de charge de chaque cellule,
- la commande d’une boucle de configuration d’équilibrage (PH1 ;PH2) pour chaque cellule (C1i) à équilibrer du classement (V_class) dans l’ordre du classement.
- the determination (E0) of a classification (V_class) of the NS cells (C i ) in order of state of charge as a function of an electrical parameter representative of the state of charge of each cell,
- the command of a balancing configuration loop (PH1;PH2) for each cell (C1 i ) to be balanced of the classification (V_class) in the order of the classification.
- la détermination (E0) d’un classement (V_class) des NS cellules (Ci) en ordre croissant d’état de charge en fonction d’un paramètre électrique représentatif de l’état de charge de chaque cellule (Ci),
- la détermination du signe du courant traversant la batterie,
- si le courant est un courant de décharge, la commande d’une boucle de configuration d’équilibrage (PH1) pour chaque cellule à équilibrer (C1i) du classement (V_class) par ordre croissant du classement,
- si le courant est un courant de charge, la commande d’une boucle de configuration d’équilibrage (PH2) pour chaque cellule à équilibrer (C1i) du classement (V_class) par ordre décroissant du classement.
- the determination (E0) of a classification (V_class) of the NS cells (C i ) in ascending order of state of charge as a function of an electrical parameter representative of the state of charge of each cell (C i ),
- determining the sign of the current flowing through the battery,
- if the current is a discharge current, the control of a balancing configuration loop (PH1) for each cell to be balanced (C1 i ) of the classification (V_class) in ascending order of the classification,
- if the current is a load current, the control of a balancing configuration loop (PH2) for each cell to be balanced (C1 i ) of the classification (V_class) in descending order of the classification.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2300083A FR3144700A1 (en) | 2023-01-04 | 2023-01-04 | METHOD FOR ACTIVE BALANCING OF BATTERY CELLS |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2300083A FR3144700A1 (en) | 2023-01-04 | 2023-01-04 | METHOD FOR ACTIVE BALANCING OF BATTERY CELLS |
| FR2300083 | 2023-01-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3144700A1 true FR3144700A1 (en) | 2024-07-05 |
Family
ID=85792645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2300083A Pending FR3144700A1 (en) | 2023-01-04 | 2023-01-04 | METHOD FOR ACTIVE BALANCING OF BATTERY CELLS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3144700A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5126403B1 (en) * | 2011-10-31 | 2013-01-23 | 株式会社豊田自動織機 | Charge / discharge control device |
| US20130099747A1 (en) * | 2011-10-13 | 2013-04-25 | Denso Corporation | Charge/discharge system for battery pack |
| WO2013061001A2 (en) | 2011-10-26 | 2013-05-02 | Renault S.A.S. | Method for balancing the charge and discharge level of a battery by switching its blocks of cells |
| JP5482809B2 (en) * | 2012-01-31 | 2014-05-07 | 株式会社豊田自動織機 | Equalization equipment |
-
2023
- 2023-01-04 FR FR2300083A patent/FR3144700A1/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130099747A1 (en) * | 2011-10-13 | 2013-04-25 | Denso Corporation | Charge/discharge system for battery pack |
| WO2013061001A2 (en) | 2011-10-26 | 2013-05-02 | Renault S.A.S. | Method for balancing the charge and discharge level of a battery by switching its blocks of cells |
| JP5126403B1 (en) * | 2011-10-31 | 2013-01-23 | 株式会社豊田自動織機 | Charge / discharge control device |
| JP5482809B2 (en) * | 2012-01-31 | 2014-05-07 | 株式会社豊田自動織機 | Equalization equipment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3811487B1 (en) | Electrical system comprising switched cells and method for controlling such a system | |
| EP2774246B1 (en) | Method and system for managing the electric charges of battery cells | |
| EP2532070B1 (en) | Equalization system for accumulator batteries | |
| EP2850715B1 (en) | Charge balancing for battery | |
| EP4029105B1 (en) | Control method for a battery, suitable to set a uniform current through the cells of a current path | |
| EP2567443A2 (en) | Balancing system for power battery and corresponding load balancing method | |
| FR2972581A1 (en) | CHARGE BALANCING SYSTEM FOR BATTERIES | |
| EP2600462B1 (en) | Method for balancing the voltages of electrochemical cells arranged in a plurality of parallel arms | |
| FR3014612A1 (en) | SYSTEM AND METHOD FOR BALANCING THE LOAD OF A PLURALITY OF ENERGY STORAGE MODULES | |
| FR3029299A1 (en) | AUTOMATIC METHOD FOR DETERMINING THE CHARGING STATE OF A BATTERY | |
| EP3036818A2 (en) | Device for balancing the charge of the elements of a power battery | |
| FR2981520A1 (en) | Method for managing electric energy storage battery i.e. lithium-ion battery in electric car, involves disconnecting series connection of selected storage elements, and performing parallel connection between disconnected storage elements | |
| FR3144700A1 (en) | METHOD FOR ACTIVE BALANCING OF BATTERY CELLS | |
| FR3001587A1 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING THE LOAD OF AT LEAST TWO MEANS OF STORING ELECTRIC ENERGY | |
| EP4268297A1 (en) | Energy storage unit comprising a battery module and method for managing such an energy storage unit | |
| EP4101047B1 (en) | Method of pulse charging with variable amplitude step | |
| WO2015032874A1 (en) | Electrical management system for the packs of a battery based on the power required by the battery and the charge of the packs | |
| FR3100670A1 (en) | PROCESS FOR CONTROL OF A BATTERY ALLOWING THE BALANCING OF THE CELLS OF A CURRENT LINE BY A CHARGE AND DISCHARGE CURRENT | |
| FR3045216B1 (en) | BATTERY COMPRISING A PLURALITY OF CELLS IN SERIES | |
| EP4203232A1 (en) | Output short-circuiting method for a switched battery device | |
| WO2019115915A1 (en) | Battery with switched accumulators | |
| WO2016020102A1 (en) | System for balancing the charge of cells in an electrical energy storage system | |
| FR2943473A1 (en) | BATTERY RECHARGING SYSTEM | |
| FR3148176A1 (en) | METHOD FOR BALANCING AN ENERGY STORAGE SYSTEM | |
| FR3117274A1 (en) | Balancing process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20240705 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |