Brevet FR2968842A1 — publié le 20120615

La présente invention concerne un système de diagnostic de batterie de véhicule automobile ainsi qu'un véhicule automobile en tant que tel comprenant un tel système de diagnostic de batterie. Elle concerne aussi un procédé de diagnostic de batterie d'un véhicule automobile. Certains véhicules automobiles disposent d'une chaine de traction électrique, comme les véhicules électriques ne disposant que d'une chaine de traction électrique ou les véhicules hybrides disposant à la fois d'une chaine de traction thermique et électrique. Ces véhicules utilisent au moins une batterie qui représente un composant essentiel et dont le fonctionnement doit être géré au mieux. Pour suivre le bon fonctionnement d'un tel véhicule, une solution de l'état de la technique réalise un diagnostic de l'état d'une batterie sur la base de la mesure de la tension des cellules la composant, ce qui permet d'en déduire leur état électrochimique. Cette solution n'évite pas des hausses de températures néfastes au sein de la batterie, qui risquent de la détériorer de manière irréversible et diminue dans tous les cas ses performances. Une autre solution décrite dans le document US2008/0280192 repose sur une estimation de l'exothermicité d'une batterie à partir d'un thermistor. Cette solution repose sur l'utilisation du courant et n'est pas adaptée à toutes les architectures, et notamment pas pour certains véhicules automobiles, pour des raisons de sécurité. Ainsi, l'invention a pour objet de proposer une solution améliorée de diagnostic de l'état d'une batterie de véhicule automobile qui ne présente pas tout ou partie des inconvénients de l'état de la technique. A cet effet, l'invention porte sur un procédé de diagnostic d'une batterie de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : 2 - mesure de plusieurs valeurs de température au sein d'une batterie par plusieurs capteurs de température; - comparaison de ces mesures pour détecter ou non une anomalie. L'étape de mesure de plusieurs valeurs de température peut comprendre une mesure de température par module et/ou par cellule de la batterie. L'étape de comparaison de ces mesures peut comprendre la comparaison des mesures effectuées sur deux zones positionnées symétriquement au sein de la batterie et/ou la comparaison des mesures effectuées entre des zones voisines de la batterie et/ou la comparaison de toutes les mesures effectuées au sein de la batterie. Le procédé de diagnostic d'une batterie de véhicule automobile peut 15 comprendre une étape de filtrage des valeurs de température mesurées, comme par un filtre primaire ou de type Kalman. Le procédé de diagnostic peut comprendre une étape de calcul de paramètres caractérisant la dynamique de la température, qui repose sur : 20 - l'utilisation de la valeur filtrée de la température sur une certaine période, et/ou - le calcul de la variation de température sur un certain temps, et/ou - le calcul de la dérivée de la température, et/ou - un modèle physique prenant en compte les échanges thermiques 25 au sein de la batterie. Le procédé de diagnostic d'une batterie de véhicule automobile peut mettre en oeuvre l'étape de calcul à partir d'un modèle physique reposant sur l'équation : 0 0 0 1 - h, h, cp cp cp 0 h, - h, - h 2 Cp Cp + Qcell Tcel I .T air 0 0 Tcapteur Cp Qcell Tcel I Tcapteur Avec : TCe' : Température du coeur de cellule ou du module de la batterie [°C] Tcapteur : Température mesurée par le capteur après filtrage [°C] Taft : Température mesurée de l'air [°C] h, : Coefficient d'échange convectif entre les cellules d'un module prises dans leur ensemble (i.e. le coeur de module) et le capteur de température (surface totale prise en compte) [J/K/s] h2 : Coefficient d'échange convectif entre le capteur de température et l'air extérieur (celui situé à l'intérieur du pack) (surface totale prise en compte) [J/K/s] cp : Capacité calorifique des cellules d'un module prise dans leur ensemble (masse totale du système prise en compte) [J/K] Cp : Capacité calorifique du capteur de température (masse totale du système prise en compte) [J/K] QCe' : Puissance dégagée par la cellule lors de la charge [°C]. Le procédé de diagnostic d'une batterie de véhicule automobile peut comprendre une étape de vérification de la détection d'une anomalie, en vérifiant qu'un critère d'anomalie conserve une valeur de détection d'anomalie sur un intervalle de temps prédéfini. L'invention porte aussi sur un système de diagnostic d'une batterie de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs capteurs de température disposés au sein d'une batterie d'un véhicule automobile et un dispositif d'analyse qui met en oeuvre le procédé de diagnostic selon l'une des revendications précédentes. Le dispositif d'analyse peut comprendre un premier module de filtrage, un second module de calcul, un troisième module de détection d'anomalies, un quatrième module de confirmation, et une sortie pour transmettre le résultat de l'analyse. L'invention porte aussi sur un véhicule automobile comprenant une batterie pour son alimentation, caractérisé en ce qu'il comprend un système de diagnostic d'une batterie tel que décrit précédemment. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La figure 1 représente schématiquement un système de gestion de batterie de véhicule automobile selon un mode d'exécution de l'invention. La figure 2 représente l'organigramme correspondant au procédé de 25 diagnostic d'une batterie de véhicule automobile selon un mode d'exécution de l'invention. La figure 3 représente schématiquement en perspective différentes zones d'une batterie d'un véhicule automobile pour la mise en oeuvre d'une étape 30 du procédé de diagnostic selon un mode d'exécution de l'invention. 20 Le concept de l'invention consiste à mesurer la température par plusieurs capteurs de température disposés dans différentes zones d'une batterie, puis à effectuer différents traitements de ces mesures pour détecter une température dépassant un seuil prédéfini. La figure 1 représente un système de gestion de la batterie d'un véhicule automobile électrique selon un mode d'exécution de l'invention, qui comprend plusieurs capteurs de température 2 et un dispositif d'analyse 1, qui comprend au moins un calculateur, qui peut être intégré au sein de l'unité de contrôle (UCE) du véhicule automobile par exemple, distinct ou non de cette UCE, et qui est connecté par un réseau de communication 3, de type réseau CAN par exemple, à différents composants du véhicule automobile. Selon ce mode d'exécution avantageux, un capteur de température 2 est disposé au niveau de chaque module ou cellule de la batterie. Les différents capteurs de température 2 mesurent la température de certaines sous-parties de la batterie selon une fréquence déterminée. Dans une première étape El0 du procédé, ces valeurs mesurées sont transmises au dispositif d'analyse 1 par tout moyen de communication. Le dispositif d'analyse 1 comprend un premier module de filtrage 4, un second module de calcul 5, un troisième module de détection d'anomalies 6, un quatrième module de confirmation 7, puis une sortie 8 pour transmettre le résultat de l'analyse, qui peut ensuite être visualisée sur une interface homme machine. Le premier module de filtrage 4 du dispositif d'analyse 1 met en oeuvre un premier traitement des données brutes transmises depuis les différents 30 capteurs de température 2. Il exécute donc une étape de filtrage E12, réalisé 10 à l'aide d'un filtre du premier ordre avec une constante de temps adaptée à la dynamique du système, selon l'équation suivante : Y 1 U 1+tis Où Y est la valeur de sortie, U la valeur d'entrée, et t une constante de 5 temps adaptée à la dynamique du système. En variante, le filtre peut être du type d'un filtre Kalman, permettant de lisser la valeur du signal, en connaissant a priori le bruit de mesure, pour reconstruire simultanément la dérivée filtrée, selon l'équation suivante : Tmodèle Tmodèle 0 0 1 0 Tmodèle Tmodèle + K * (Tmesure - Tmodèle ) Avec : 15 Tmesure : Température cellule mesurée [°C] Tmodèle : Température cellule filtrée [°C] Tmodèle : Dérivée de la température cellule filtrée [°C] Le calcul du gain K se fera classiquement en utilisant les méthodes de 20 calibration de l'automatique linéaire. En variante, d'autres techniques de filtrage pourraient aussi être adaptées à ce système de diagnostic de batterie. En sortie de ce premier module 4, une valeur de température filtrée est transmise au second module. 25 Selon une première réalisation, le second module de calcul 5 met en oeuvre une étape de calcul E14 des valeurs de température filtrées, qui repose sur le calcul de la variation de température sur un certain temps, par exemple 30 secondes, selon l'équation suivante : Tvar30 (t) = T(t) - T(t-30) Où Tvar30 (t) représente la variation de la température à l'instant t, T(t) représente la température filtrée à l'instant t, T(t-30) représente la température filtrée à l'instant t-30 secondes. Cette approche permet de s'affranchir du biais généralement remarqué lors des mesures obtenues depuis des capteurs de température. Le terme Tvar30 (t) remplace ensuite judicieusement la température pour caractériser l'état de la cellule. On ne va plus comparer les valeurs des températures filtrées, mais bien la différence de température calculée sur 30 secondes. Selon une seconde réalisation, un modèle prenant en compte les échanges thermiques au sein de la batterie peut être exploité, pour corriger la mesure de température et estimer la température au coeur de la batterie, par exemple au coeur de chaque module. A titre d'exemple, un modèle peut reposer sur l'équation suivante : 0 0 0 1 - h, h, cp cp cp 0 h, - h, - h 2 Cp Cp Qcell Tcel I Tcapteur Qcell Tcel I Tcapteur + Tair 0 0 Cp Avec : - Tcell : Température du coeur de cellule ou du module de la batterie [°C] - Tcapteur : Température mesurée par le capteur après filtrage [°C] - Taft : Température mesurée de l'air [°C] - h, : Coefficient d'échange convectif entre les cellules d'un module prises dans leur ensemble (i.e. le coeur de module) et le capteur de température (surface totale prise en compte) [J/K/s] 8 - h2 : Coefficient d'échange convectif entre le capteur de température et l'air extérieur (celui situé à l'intérieur du pack) (surface totale prise en compte) [J/K/s] - cp : Capacité calorifique des cellules d'un module prise dans leur ensemble (masse totale du système prise en compte) [J/K] - Cp : Capacité calorifique du capteur de température (masse totale du système prise en compte) [J/K] - QCeii : Puissance dégagée par la cellule lors de la charge [°C]. Pour la mise en oeuvre de ce modèle, la puissance dégagée par la cellule QCe' ou la température du coeur de module Tceii peut être estimée. De plus, l'identification des paramètres physiques (h, , h, , cp, Cp ), indépendants de la température, utilisés par le modèle, peut se faire par minimisation de la somme RMSE (Root Mean Square Error) entre les températures mesurées (Tceii , Tcapteur , et Tair) et le modèle correspondant (Tce' , Tcapteur , et Tair) sur un profil de roulage représentatif (charge et/ou décharge). L'algorithme d'identification de ces modèles pourra être un algorithme du type Levenberg-Marquardt. Le second module de calcul 5 est optionnel et pourrait être supprimé, dans une version simplifiée, auquel cas la température filtrée par le premier module 4 serait directement transmise au troisième module de détection d'anomalies 6. Le troisième module de détection d'anomalies 6 reçoit donc en entrée des valeurs permettant de caractériser l'évolution thermique des modules de la batterie et transmet en sortie un critère d'anomalie qui prend la valeur « oui » quand une surchauffe est détectée et « non » dans le cas contraire. Pour cela, chaque mesure de température est évaluée dans une étape E20 de comparaison avec une ou plusieurs autres mesures. Une première approche E21 consiste à identifier deux modules symétriquement positionnés au sein de la batterie pour comparer leurs températures, qui doivent être identiques : si l'une d'entre elles est significativement plus élevée que l'autre, il s'agit d'une anomalie, qui est ainsi détectée. Une seconde approche E22 consiste à comparer les températures de plusieurs modules voisins, pour détecter une anomalie si l'un d'entre eux a une température significativement plus élevée qu'un ou plusieurs voisins. Une troisième approche E23 consiste à comparer l'ensemble des valeurs obtenues et à en faire un traitement statistique pour déterminer les valeurs qui sortent de la normalité. Par exemple, une première étape consiste à déterminer le module dont la température est la plus élevée, et une seconde étape consiste à déterminer si ce module est sensiblement différent des autres, par exemple en vérifiant si sa température dépasse la moyenne de celle des autres modules à laquelle on ajoute la déviation maximale des autres. La figure 2 illustre ces différentes approches E21-E23 où on voit une batterie 10 découpée en différents modules, chacun équipé d'un capteur de température, non représenté. La première approche E21 propose par exemple de comparer les modules Cl et Cl 'dont le positionnement est symétrique. La seconde approche E22 propose par exemple de comparer les modules A5 à D5 et A'5 à D'5 dont le positionnement est voisin. La troisième approche E23 considère tous les modules. Naturellement, les approches précédentes peuvent être combinées. De plus, le seuil d'écart de température permettant de décider de l'existence d'une anomalie ou non est paramétrable, prédéterminé à une certaine valeur qui reste variable. Ensuite, le quatrième module de confirmation 7 met en oeuvre une étape de vérification E30 que la détection d'une anomalie dure sur une certaine période. Pour cela, il vérifie que le critère d'anomalie conserve une valeur « oui » sur tout un intervalle de temps prédéfini. Dans un tel cas, il transmet en sortie le critère d'anomalie à la valeur « oui ». Dans le cas contraire, ce critère retrouve la valeur « non ». Une mise en oeuvre de ce module permet de gérer des compteurs du nombre de valeurs « oui » du critère d'anomalie sur une période considérée. En variante, ce module peut mettre en oeuvre toute méthode équivalente, par exemple basée sur tout filtre connu de type anti-glitch (anti parasites). L'invention porte aussi sur le procédé de diagnostic d'une batterie de véhicule automobile mis en oeuvre par le système décrit ci-dessus. En résumé, ce procédé, représenté sous forme d'organigramme à la figure 3, comprend les étapes essentielles suivantes : - Mesures de températures en différentes zones d'une batterie par des capteurs de température El0 ; - Comparaison de ces valeurs mesurées et détection ou non d'une anomalie E20. En complément, le procédé peut comprendre tout ou partie des étapes intermédiaires suivantes : - Filtrage des valeurs mesurées E12 ; - Calcul des valeurs mesurées E14 ; De plus, le procédé peut comprendre l'étape postérieure suivante : - Confirmation ou non du critère d'anomalie E30. La solution présente l'avantage de pouvoir être réalisée en temps réel, à partir de mesures de température selon une fréquence prédéterminée, ce qui permet un diagnostic en temps réel de la batterie.5 REVENDICATIONS: 1. Procédé de diagnostic d'une batterie de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - mesure de plusieurs valeurs de température au sein d'une batterie par plusieurs capteurs de température (El 0) ; - comparaison de ces mesures pour détecter ou non une anomalie (E20). 10 2. 15 3. 20 4. 25 5. 30 Procédé de diagnostic d'une batterie de véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de mesure (E10) de plusieurs valeurs de température comprend une mesure de température par module et/ou par cellule de la batterie. Procédé de diagnostic d'une batterie de véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de comparaison (E20) de ces mesures comprend la comparaison des mesures effectuées sur deux zones positionnées symétriquement au sein de la batterie (E21) et/ou la comparaison des mesures effectuées entre des zones voisines de la batterie (E22) et/ou la comparaison de toutes les mesures effectuées au sein de la batterie (E23). Procédé de diagnostic d'une batterie de véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de filtrage (E12) des valeurs de température mesurées, comme par un filtre primaire ou de type Kalman. Procédé de diagnostic d'une batterie de véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'ilcomprend une étape de calcul (E14) de paramètres caractérisant la dynamique de la température, qui repose sur : l'utilisation de la valeur filtrée de la température sur une certaine période, et/ou le calcul de la variation de température sur un certain temps, et/ou le calcul de la dérivée de la température, et/ou un modèle physique prenant en compte les échanges thermiques au sein de la batterie. 6. Procédé de diagnostic d'une batterie de véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre l'étape de calcul à partir d'un modèle physique reposant sur l'équation : - - - - 0 0 0 1 - h, h, cp cp cp 0 h, - h, - h 2 Cp Cp + Qcell Tcel I .T air 0 0 Tcapteur Cp Qcell Tcel I Tcapteur Avec : Tceil : Température du coeur de cellule ou du module de la batterie [°C] Tcapteur : Température mesurée par le capteur après filtrage [°C] Taft : Température mesurée de l'air [°C] h, : Coefficient d'échange convectif entre les cellules d'un module prises dans leur ensemble (i.e. le coeur de module) et le capteur de température (surface totale prise en compte) [J/K/s] 5 10 7. 15 8. 209. 10.3014 h2 : Coefficient d'échange convectif entre le capteur de température et l'air extérieur (celui situé à l'intérieur du pack) (surface totale prise en compte) [J/K/s] cp : Capacité calorifique des cellules d'un module prise dans leur ensemble (masse totale du système prise en compte) [J/K] Cp : Capacité calorifique du capteur de température (masse totale du système prise en compte) [J/K] °ce' : Puissance dégagée par la cellule lors de la charge [°C]. Procédé de diagnostic d'une batterie de véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de vérification (E30) de la détection d'une anomalie, en vérifiant qu'un critère d'anomalie conserve une valeur de détection d'anomalie sur un intervalle de temps prédéfini. Système de diagnostic d'une batterie (10) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs capteurs de température (2) disposés au sein d'une batterie d'un véhicule automobile et un dispositif d'analyse (1) qui met en oeuvre le procédé de diagnostic selon l'une des revendications précédentes. Système de diagnostic d'une batterie de véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif d'analyse (1) comprend un premier module de filtrage (4), un second module de calcul (5), un troisième module de détection d'anomalies (6), un quatrième module de confirmation (7), et une sortie (8) pour transmettre le résultat de l'analyse. Véhicule automobile comprenant une batterie (10) pour son alimentation, caractérisé en ce qu'il comprend un système de diagnostic d'une batterie selon l'une des revendications 8 ou9.