Brevet FR2963698A1 — publié le 20120210

Système gestionnaire de batteries d'accumulateurs Domaine de l'invention La présente invention a pour objet un dispositif d'enregistrement de grandeurs environnementales d'un pack de batteries contrôlé par un système gestionnaire de batteries d'accumulateurs (plus connu sous le nom de BMS pour Battery Monitoring System en anglais). Le dispositif d'enregistrement de l'invention permet de faire office de « boîte noire » où les grandeurs enregistrées au cours du temps permettent d'optimiser la maintenance du pack de batteries ou du BMS, d'établir un bilan complet de l'appareil électrique, alimenté par ledit pack, de son usage et peuvent, en conséquence, faire preuve d'assurance et de réduction ou de prolongement de la garantie du pack de batteries et du BMS. Etat de la technique Les batteries d'accumulateurs sont utilisées dans de nombreux appareils électriques et électroniques et, notamment, dans les véhicules électriques pour alimenter le ou les moteurs électriques de propulsion ou traction du véhicule. Actuellement, le pack de batteries est contrôlé par un système gestionnaire de batteries d'accumulateurs. Ce système permet de contrôler l'ensemble des paramètres de la batterie en fonction de mesures effectuées par des capteurs de courant, de tension, d'isolement électrique et de température, de manière à maintenir la batterie dans le meilleur état de fonctionnement possible eu égard aux contraintes de fonctionnement de l'appareil électrique, tel qu'un véhicule électrique, dont elle est la source d'énergie. Ce système est également apte à communiquer, via différents protocoles, avec un calculateur du véhicule ou avec un périphérique d'un ordinateur. Aujourd'hui, une batterie du pack de batteries défectueuse ou une défaillance du pack ne sera ni détectée ni remplacée, avant fonctionnement anormal du BMS ou de l'appareil électrique comportant ledit pack. En outre, à ce jour, le fabricant n'a aucun moyen de vérifier si le coût de la réparation du pack de batteries ou du BMS doit être à sa charge pour défaut de fabrication couvert par la garantie ou à la charge de l'utilisateur pour mauvais usage. Exposé de l'invention L'invention a justement pour but de remédier aux inconvénients des techniques exposées précédemment. Pour cela, l'invention propose un dispositif d'enregistrement, en temps réel, de grandeurs environnementales d'un BMS. Le dispositif de l'invention enregistre des données permettant une traçabilité des événements importants sur l'utilisation de chaque batterie du pack. L'analyse de ces données permet de diagnostiquer le bilan global des batteries du pack, du BMS et éventuellement de l'appareil électrique alimenté par ce pack. Cette analyse permet d'optimiser la maintenance, de prévoir la durée de vie du pack de batteries, du BMS, voire de l'appareil électrique. Plus précisément, l'invention a pour objet un système gestionnaire de batteries d'accumulateurs destiné à contrôler un pack de batteries alimentant un appareil électrique, ledit système comportant des moyens de mesures de grandeurs environnementales, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de transmission, en temps réel, de chaque grandeur mesurée à un dispositif d'enregistrement non volatile, - ledit dispositif d'enregistrement étant intégré sur ledit système ou déporté sur l'appareil électrique, ledit dispositif étant positionné par rapport audit système ou audit appareil de telle sorte qu'il est facilement extractible, même après un incident survenu sur le pack de batteries, ledit système ou sur l'appareil électrique, - les grandeurs enregistrées dans ledit dispositif sont analysées par une unité de traitement de sorte à établir un bilan et un usage de l'appareil électrique et à effectuer une maintenance prédictive du pack de batteries ou du BMS. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen de l'unique figure qui l'accompagne. Celle-ci est présentée à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. L'unique figure montre une représentation schématique d'un dispositif d'enregistrement de grandeurs environnementales d'un pack de batteries, selon un mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention L'invention sera décrite dans son application à une batterie d'accumulateurs en tant que source d'énergie électrique pour un moteur de véhicule électrique, mais il est clair que l'invention est applicable à la surveillance et à la gestion d'une batterie d'accumulateurs pour alimenter un réseau téléphonique, un réseau informatique, ou toute autre installation dont la source d'énergie est électrique. Dans un véhicule électrique 10, illustré à la figure 1 par un carré, un pack 11 de batteries d'accumulateurs alimente un moteur électrique 12 par l'intermédiaire d'un variateur 13 qui reçoit des signaux de commande d'un calculateur du véhicule (non représenté). Le pack 11 de batteries alimente également un réseau électrique 15, dit de servitude, à une tension de 12 volts. Ce réseau électrique 15 permet de réaliser un certain nombre de fonctions telles que l'éclairage, le chauffage, la ventilation du véhicule 10, etc. Le pack 11 de batteries est rechargé par une source d'énergie 16 extérieure au véhicule 10 par l'intermédiaire d'un dispositif de charge 17 qui est embarqué sur le véhicule 10. Le pack 11 de batteries est surveillé et géré par un système 18 gestionnaire de batteries. Ce type de système 18, plus connu sous son nom anglais de BMS, est en lui-même bien connu de l'homme du métier et ne nécessite pas de description plus détaillée. Ce système 18 comporte des moyens, non représentés, pour apprécier l'état du pack 11 de batteries. Ces moyens comprennent des capteurs qui mesurent des grandeurs environnementales telles que le courant I, la tension U et la température T du pack 11. Ces moyens peuvent également comporter un capteur de mesure de la tension du réseau électrique 15. Les mesures effectuées par ces capteurs sont transmises à un microcontrôleur du BMS 18 par une interface d'entrée qui transforme les valeurs analogiques mesurées en des valeurs numériques qui peuvent être traitées par ledit microcontrôleur. A partir de ces mesures, le microcontrôleur peut produire des grandeurs environnementales relatives à la puissance utilisée, à l'état de charge, etc.... L'interface d'entrée du microcontrôleur du BMS reçoit des grandeurs environnementales autres que celles en provenance des capteurs, telles que, par exemple, l'humidité, les vibrations, les chocs, des signaux dits de service en provenance du dispositif de charge 17 indiquant une charge en cours et des signaux en provenance du variateur 13, des calculateurs du véhicule 10 et du moteur 12. Le BMS 18 comporte une interface de sortie destinée à transformer les données numériques fournies par ledit microcontrôleur en des signaux électriques qui sont reconnus par un dispositif 19 d'enregistrement. A chaque grandeur environnementale reçue ou produite, le BMS 18 la transmet au dispositif d'enregistrement qui l'enregistre. Dans un mode de réalisation préféré, le BMS 18 communique avec le dispositif 11 par l'intermédiaire d'une liaison SPI (pour Serial Peripheral Interface). Cette liaison SPI est un bus de données série synchrone opérant en Full Duplex. Les circuits communiquent selon un schéma maître-esclaves, où le maître qui est ici le BMS 18 s'occupe totalement de la communication. Le dispositif 19 est un support amovible fiable et non volatile faisant office de `Boîte Noire'. Dans un mode de réalisation, le dispositif 19 est une carte mémoire. La capacité de stockage de ce type de support est adaptable selon des besoins et des exigences prédéfinis. La capacité de stockage peut atteindre plusieurs giga octets de données. Dans un mode de réalisation, le dispositif 19 est intégré sur le BMS 19, par exemple par soudure. Les dimensions du dispositif 19 sont prévues de sorte à ce qu'il soit apte à être inséré dans n'importe quel BMS existant ou en cours de fabrication. Pour ce faire, le dispositif 19 est assemblé au BMS 13 de façon modulaire. Ce type d'assemblage permet, entre autres, d'ajouter ou de substituer facilement un dispositif 19 sans changer le câblage des composants du BMS 13. Ainsi, le dispositif 19 peut être changé à tout moment en fonction de la capacité de stockage nécessaire. Cette capacité de stockage dépend notamment du nombre de cellules rechargeables du pack 11 à surveiller et de la quantité d'information à enregistrer. Dans une variante, le dispositif 19 est déporté du BMS 18. Dans ce cas, il peut être inséré dans une fente de réception, du véhicule 10, prévue à cet effet. Le dispositif 19 peut être structuré sous forme de table où chaque ligne correspond à une grandeur environnementale reçue et chaque colonne à un renseignement sur cette grandeur, dont une des colonnes comporte la date et l'heure à laquelle la mesure a été effectuée. Ces mesures mémorisées peuvent ensuite être transférées sous forme numérique vers une unité 20 de traitement telle qu'un ordinateur. Cette unité 20 de traitement est apte à analyser les grandeurs enregistrées afin de fournir un diagnostic du pack 11 de batteries, du BMS 18 voire des composants du véhicule 10. En effet, de l'ensemble de ces grandeurs enregistrées, l'unité de traitement extrait des informations sur la durée de vie consommée du pack 11 à surveiller dont les modes de défaillance et leurs impacts sont préalablement connus. Les grandeurs environnementales enregistrées permettent également aux personnes qualifiées des centres de maintenance des systèmes de pack de déterminer, via l'unité 20 de traitement, le déséquilibre maximum récupéré suite à une charge complète, la puissance utilisée en Watt, l'histogramme de l'énergie (12) au cours du temps, l'histogramme de l'état de charge au cours du temps, l'histogramme de température au cours du temps, le nombre d'alertes de sécurité par rapport à la température, la tension haute, la tension basse et le courant maximum. La liste n'est bien entendue pas exhaustive. Ces informations obtenues à partir des grandeurs environnementales permettent d'effectuer de la maintenance prédictive par rapport à l'état de santé du pack 11 de batteries et du BMS 18. Ces grandeurs enregistrées ont également pour but de servir de preuves de fiabilité, en cas par exemple d'incidents technique de l'ensemble de la chaîne de traction, d'incendie du véhicule etc.... En effet, les grandeurs environnementales enregistrées permettent aux personnes qualifiées de déterminer, via l'unité 20 de traitement, l'historique des tensions de chaque batterie du pack 11, la tension sur la sortie principale, l'historique du courant de sortie du pack 11 de batteries, l'enregistrement des échanges avec les différents calculateurs du véhicule 10, l'historique des messages reçus par lesdits différents calculateurs, l'historique des acquittements de consignes, l'historique des messages envoyés, la température du pack 11 de batteries, la température habitacle et extérieure du véhicule, l'historique des décisions de coupure de la fourniture d'énergie par le BMS 18, et la dernière vitesse enregistrée avant arrêt du BMS. La liste n'est bien entendu pas exhaustive. Ces grandeurs peuvent également servir à définir un comportement du conducteur sur le pack 11 de batteries. En effet, les grandeurs environnementales enregistrées permettent aux personnes qualifiées de déterminer, via l'unité 20 de traitement, le nombre de kilomètres par jour, le nombre de kilomètre en rapport avec la puissance utilisée, le nombre de charge complète, partielle ou rapide de la batterie, le nombre d'ouverture et fermeture des relais de puissance, la vitesse maximale et moyenne. La liste n'est bien entendue pas exhaustive. Ces données déterminées permettent d'évaluer le comportement de l'utilisateur, de définir son profil et de déterminer le cycle de vie du pack 11 de batteries. Par exemple, plus le comportement de l'utilisateur sera « Sportif » (accélération brutale, freinage brutal etc....) moins l'utilisateur pourra prétendre à une prolongation de garantie du pack batteries. REVENDICATIONS1. - Système (18) gestionnaire de batteries d'accumulateurs destiné à contrôler un pack (11) de batteries alimentant un appareil (10) électrique, ledit système comportant des moyens de mesures de grandeurs environnementales, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de transmission, en temps réel, de chaque grandeur mesurée à un dispositif (19) d'enregistrement non volatile, - les grandeurs enregistrées dans ledit dispositif sont analysées par une unité (20) de traitement de sorte à établir un bilan et un usage de l'appareil électrique et à effectuer une maintenance prédictive du pack de batteries ou du système. 2. - Système selon la revendication précédente, dans lequel ledit dispositif d'enregistrement est intégré sur ledit système ou déporté sur l'appareil électrique, ledit dispositif étant positionné par rapport audit système ou audit appareil de telle sorte qu'il est facilement extractible, même après un incident survenu sur le pack de batteries, ledit système ou sur l'appareil électrique. 3. - Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de transmission sont une liaison SPI. 4. - Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'enregistrement est une carte mémoire amovible. 5. - Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 25 la capacité de stockage du dispositif d'enregistrement est de plusieurs giga octets. 6. - Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les grandeurs environnementales enregistrées, au cours du temps, sont le courant, la tension, la température du pack de batteries, l'isolement 30 électrique du pack et la tension continue d'un réseau électrique de l'appareil électrique.