Brevet FR2708747A1 — publié le 19950210

PROCEDE DE RECALIBRAGE D'UN PROCESSEUR DE GESTION D'ENERGIE DE BATTERIES La présente invention se rapporte à un procédé de recalibrage d'un processeur de gestion d'énergie de batteries. Un véhicule à traction électrique autonome ne peut être utilisé en zone urbaine qu'à condition de connaître le plus précisément possible l'autonomie restante que peuvent lui assurer ses batteries d'accumulateurs de traction. L'autonomie restante du véhicule correspond à la distance ou au temps pendant lequel la voiture peut rouler avant d'épuiser la charge électrique contenue dans ces batteries d'accumulateurs de traction. La connaissance de l'autonomie restante du véhicule passe par la connaissance de deux facteurs. Le premier de ces facteurs, subjectif, concerne la consommation du véhicule sur les parcours à venir. Cette consommation dépend en particulier du profil de la route, de la densité du trafic et du mode de conduite du conducteur. Le second facteur, objectif, concerne la charge restituable à chaque instant par la batterie de traction. Les dispositifs actuels indiquant la charge restituable, dénommés jauges, sont basés sur une mesure de la tension aux bornes de la batterie (dispositifs de type Curtis,...). La précision de ces dispositifs est inférieure à 20 % de la capacité nominale pour une batterie neuve, et se dégrade considérablement en fonction du vieillissement: I'erreur d'estimation peut dépasser 50 %. On connaît d'autres dispositifs, que l'on appellera ici "processeurs de gestion d'énergie de batterie", qui mesurent les quantités d'électricité alternativement extraites et emmagasinées dans les batteries gérées par ces processeurs, ainsi que l'évolution de la capacité maximale des batteries tout au long de leur vie. L'évaluation des quantités d'énergie effectivement emmagasinées dans les batteries n'est qu'approchée car l'algorithme utilisé est basé sur une somme algébrique pondérée des intensités électriques mesurées en série avec les batteries gérées et puisque la valeur de la capacité maximale des batteries évolue fortement en fonction de l'âge et des aléas d'utilisation des batteries. Les erreurs effectuées sur chaque terme de la somme algébrique (erreurs de mesure, mais aussi erreurs dans le calcul de l'énergie réellement emmagasinée par les charges, ou disponible pour les décharges, et de la capacité maximale) font dériver dans le temps la précision de la prédiction de la quantité d'énergie disponible. La présente invention a pour objet un procédé permettant d'annuler ou de réduire fortement la dérive de précision de la prédiction de la quantité d'énergie électrique disponible dans une batterie, ce procédé permettant de maintenir une précision nettement meilleure que celle des jauges connues, durant toute la vie de la batterie. Le procédé de l'invention consiste, au bout d'un laps de temps déterminé, à engager un processus de recalibrage d'évaluation de la quantité d'énergie électrique contenue dans la batterie, à recharger complètement la batterie, à détecter la fin de la recharge complète de la batterie, à effectuer une décharge partielle de la batterie, à mesurer la quantité d'électricité extraite pendant cette décharge, à mettre au repos la batterie pendant une durée déterminée, à décharger totalement la batterie sous faible intensité en mesurant la quantité d'électricité ainsi extraite de la batterie, à additionner lesdites deux quantités d'électricité mesurées pour obtenir la valeur de la capacité maximale de la batterie au moment du recalibrage. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, dont la figure unique est un diagramme montrant l'évolution de la capacité maximale d'un accumulateur en fonction du nombre de cycles de charge et de décharge. L'invention est décrite ci-dessous en référence à une batterie d'accumulateurs de traction pour véhicule électrique, mais il est bien entendu qu'elle n'est pas limitée à un tel type d'accumulateurs, et qu'elle peut être mise en oeuvre pour différents types d'accumulateurs, depuis le simple accumulateur pour petit appareil portatif jusqu'à un grand ensemble d'accumulateurs de secours pour installation fixe de grande puissance. Ces accumulateurs peuvent être de technologies diverses: au plomb, au cadmium-nickel Pour simplifier, dans toute la suite du texte, on utilisera le terme de batterie pour désigner l'un quelconque de ces accumulateurs ou ensembles d'accumulateurs. Le recalibrage consiste en une suite d'opérations automatiquement contrôlées par un processeur de gestion d'énergie de batteries etlou d'opérations manuelles effectuées par le possesseur du véhicule électrique. Ce processeur de gestion, par exemple, du type des processeurs connus précités, permet en plus de réaliser les cinq opérations principales décrites ci-dessous, dites opérations de recalibrage dans leur ensemble. 1ère opération la demande de recalibrage: Le processeur de gestion d'énergie comptabilise le temps écoulé depuis le dernier recalibrage. Dès que cette durée excède une limite fixée (dépendante de la performance en précision de l'algorithme d'évaluation de la charge dans la batterie), un signal est émis par le processeur de gestion d'énergie pour demander au conducteur de prévoir les actions de recalibrage dès que possible. Le signal peut être par exemple un voyant "demande de recalibrage" placé sur le tableau de bord du véhicule et maintenu allumé jusqu'à la dernière opération de recalibrage. En effet, à partir de cet instant, la précision d'évaluation de la quantité d'énergie restant dans la batterie ne peut plus être garantie par le processeur de gestion d'énergie. 2ème opération - la recharge complète de la batterie: A partir de l'émission du signal "demande de recalibrage", le conducteur du véhicule doit dès que possible recharger complètement la batterie avec un chargeur garantissant un procédé de recharge aboutissant à la charge complète (par exemple: chargeur "lUi" pour les batteries de traction au Pb, chargeurs IU pour les batteries de traction au NiCd,...). Ces types de chargeurs sont des chargeurs "intelligents" qui contrôlent dans le temps l'intensité injectée dans la batterie et la tension aux bornes de la batterie dans le but de maximiser la charge emmagasinée dans une batterie sans la détruire ou la dégrader. La fin de la recharge complète est détectée par le processeur de gestion d'énergie. Cette détection peut être assurée de plusieurs manières: par exemple à l'aide d'un signal émis par le chargeur ou par évaluation de l'état de charge de la batterie en charge par le processeur de gestion d'énergie (le processeur doit alors intégrer les algorithmes de charge optimale utilisables par le chargeur pour juger du moment où la charge complète de la batterie est atteinte). L'information "fin de recharge complète" de la batterie autorise la prise en compte par le processeur de gestion d'énergie de l'opération suivante. Ce signal peut être matérialisé par exemple par la mise en clignotant rapide du voyant "demande de recalibrage". 3ème opération: la décharge partielle de la batterie: Le conducteur du véhicule utilise son véhicule normalement jusqu'à atteindre au moins une profondeur de décharge donnée (par exemple:10 à 20 %, valeur affichée sur le compteur de jauge du tableau de bord, compteur piloté par le processeur de gestion d'énergie). Lors de l'atteinte de cette limite, un signal autorise le passage à la phase suivante. Ce signal peut être matérialisé par exemple par la mise en clignotant lent du voyant "demande de recalibrage". Durant cette troisième opération, le processeur de gestion d'énergie comptabilise les Ah (Ampères-heure) extraits de la batterie. La mise en recharge même partielle de la batterie casse le bon déroulement de la recalibration et impose de repartir du début de la deuxième opération. 4ème opération: . la mise au repos de la batterie: Le conducteur du véhicule remise son véhicule pendant un temps minimum imposé (par exemple pour une batterie de traction au plomb étanche entre 1 heure 30 minutes et 3 heures). Durant cette période, la batterie recouvre toute sa charge disponible. En effet, lors de la phase précédente, des régimes de conduite avec fort courants stressent les batteries et rendent inaccessible une certaine quantité de charge. Cette quantité de charge redevient disponible après mise au repos des batteries (phénomène de relaxation de batterie). Le processeur de contrôle d'énergie comptabilise cette durée. A la fin de cette période, un signal enclenche (automatiquement ou non) la phase suivante. Ce signal peut être matérialisé par exemple par la mise en clignotant lent du voyant "demande de recalibrage". La mise en recharge même partielle de la batterie casse le bon déroulement de la recalibration et impose de repartir du début de la deuxième opération. L'utilisation du véhicule (décharge à forte intensité) casse le bon déroulement de la recalibration et impose de repartir du début de la quatrième opération donc prolonge la période de repos. 5ème opération: la décharge totale de la batterie sous faible intensité enregistrement de la nouvelle valeur de référence de Cmax(t): Cette phase, enclenchée automatiquement par le signal de fin de la quatrième phase, consiste en la décharge complète de la batterie à faible intensité (par exemple Le processeur de gestion d'énergie déconnecte le consommateur dès que: -soit la tension minimale admissible (Vmin) de la batterie est atteinte (on surveille par exemple V(t) ou V(t)Nmin)), -soit la dérivée par rapport au temps de la diminution de la tension de batterie atteint une valeur maximale admissible. Durant cette décharge, la charge extraite est comptabilisée et additionnée à la charge comptabilisée durant la troisième opération pour obtenir en fin de la cinquième opération la valeur exacte de Cmax(t), qui est la capacité maximale de la batterie à l'instant courant t. Lors de l'atteinte de la tension de batterie minimale admissible, un signal "fin de calibration" est émis. II provoque la mise à zéro de la valeur courante de la charge contenue dans la batterie, I'initialisation de Cmax(t) à la somme des charges extraites de la batterie durant les opérations 3 et 5 et l'extinction du voyant "demande de recalibrage". La nouvelle valeur de Cmax(t), enregistrée dans la mémoire non volatile du processeur de gestion d'énergie de batterie est utilisée: - comme base des évaluations de charge emmagasinée dans la batterie jusqu'à la nouvelle demande de recalibrage (cf. première opération), - comme base à l'évaluation de la durée de vie de la batterie, - comme information sur l'usage fait par le conducteur du véhicule électrique (par exemple: dégradation par charges sauvages, charges rapides non contrôlées, surchauffe ou fonctionnement à très basse température). REVENDICATIONS 1. Procédé de recalibrage d'un processeur de gestion d'énergie d'une batterie d'accumulateurs, caractérisé par le fait qu'il consiste, au bout d'un laps de temps déterminé, à engager un processus de recalibrage d'évaluation de la quantité d'énergie électrique contenue dans la batterie, à recharger complètement la batterie, à détecter la fin de la recharge complète de la batterie, à effectuer une décharge partielle de la batterie, à mesurer la quantité d'électricité extraite pendant cette décharge, à mettre au repos la batterie pendant une durée déterminée, à décharger totalement la batterie sous faible intensité en mesurant la quantité d'électricité ainsi extraite de la batterie, à additionner lesdites deux quantités d'électricité mesurées pour obtenir la valeur de la capacité maximale de la batterie au moment du recalibrage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la fin de la recharge complète de la batterie est détectée par le chargeur de ta batterie. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la fin de la recharge complète de la batterie est détectée par le processeur de gestion d'énergie de la batterie. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la décharge partielle de la batterie est réalisée en régime d'utilisation normale de la batterie. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la mise au repos de la batterie est faite pendant un temps minimum suffisant pour que la batterie recouvre toute sa charge disponible. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que si, pendant le temps de mise au repos de la batterie on recharge partiellement la batterie, on reprend le processus de recalibrage en recommençant la recharge complète de la batterie. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que si, pendant le temps de mise au repos de la batterie, on procède accidentellement à une décharge à forte intensité de la batterie, on prolonge sa période de mise au repos. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la décharge complète de la batterie à faible intensité se fait pour un courant assurant sa décharge complète en environ 5 heures. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la décharge complète de la batterie est arrêtée lorsque la tension à ses bornes atteint une valeur minimale admissible. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la décharge complète de la batterie est arrêtée lorsque la dérivée par rapport au temps de la diminution de la tension de la batterie atteint une valeur maximale admissible. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est appliqué à une batterie de traction pour véhicule électrique. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la décharge complète de la batterie est effectuée sur l'un au moins des éléments du véhicule.