Brevet FR3002387A1 — publié le 20140822

Système de transmission de données vers une batterie L'invention concerne un système de transmission d'un signal de données vers un système de commande d'une batterie électrique (BMS), notamment d'une batterie d'accumulateurs d'un véhicule automobile à traction électrique ou hybride. Un accumulateur électrochimique possède habituellement une tension nominale de l'ordre du volt ou de quelques volts selon le type (NiMH, Lithium ion). La tension nominale d'un accumulateur est trop faible pour répondre aux exigences de la plupart des systèmes à alimenter comme un moteur électrique d'un véhicule automobile. Pour obtenir le niveau de tension adéquat, plusieurs accumulateurs sont couplés en série pour former une batterie d'accumulateurs, qu'on appelle également une batterie électrique comportant une pluralité de cellules, une cellule correspondant à un accumulateur. Un système de commande d'une batterie d'accumulateurs, connu en anglais sous le nom de « Battery Management System » (BMS), est un système électronique de commande de l'état des différents éléments d'une batterie d'accumulateurs. Le système de commande de la batterie permet de surveiller la tension totale ou individuelle des cellules de la batterie, la température moyenne ou individuelle des cellules, la température du liquide de refroidissement des cellules, l'état de charge des cellules, l'état de vieillissement des cellules, le débit du fluide réfrigérant, et le courant dans ou hors de la batterie. Le BMS comprend ainsi généralement des moyens de mesure de la tension de chaque cellule pour vérifier leur niveau de charge, et une unité de commande couplée à chaque moyen de mesure de tension. Pour transmettre des données recueillies sur des cellules d'une batterie vers le BMS ou même vers un calculateur du véhicule, il est connu du document FR 2 976 738 d'utiliser, comme modulateur de données, le système d'équilibrage de charge par commutation des cellules. Cependant, un tel système ne permet pas de transmettre de l'information dans l'autre sens, c'est-à-dire depuis un calculateur externe vers les cellules de la batterie, pour être lues par exemple par le BMS. L'invention vise à résoudre ce problème en proposant une transmission de données d'un calculateur externe vers un BMS via des cellules de la batterie sans connectique supplémentaire, comme un fil électrique ou une fibre optique supplémentaire, et sans modulateur spécifique additionnel. L'invention a donc pour objet, un système de transmission d'un signal de données à un système de commande (BMS) d'une batterie électrique comprenant une pluralité de cellules. Le système de transmission comporte des moyens de modulation de fréquence du signal de données et au moins un moyen de démodulation du signal modulé raccordé à au moins une cellule de la batterie. Selon une caractéristique générale, les moyens de modulation comprennent au moins un interrupteur commandé dont la fréquence de découpage est commandée par le signal de données. Chaque interrupteur commandé forme ainsi un hacheur, ou un onduleur, et permet de transmettre le signal de données en modulant la fréquence de hachage de chaque interrupteur commandé autour de leur fréquence de hachage initiale. De préférence, les moyens de modulation comprennent une pluralité d'interrupteurs commandés formant un onduleur électrique à fréquence de découpage commandée. Un onduleur électrique de véhicule électrique ou hybride représente une source très puissante variant de quelques watts à quelques dizaines de kilowatts. Si bien que, même à faible puissance, des moyens de modulation comprenant un onduleur envoient un signal très important qui est par conséquent facile à démoduler. En effet, plus le signal est important, moins il se confond avec le bruit, et plus il est facile à démoduler. De plus, la modulation de fréquence dans un onduleur électrique est facilement réalisable par logiciel avec un coût nul en matériel, et est robuste aux brouillages et sa démodulation est bien connue. Avantageusement, chaque moyen de démodulation comporte un moyen de mesure du courant traversant la ou les cellule(s) de la batterie raccordée(s) au moyen de démodulation et un moyen d'estimation de la fréquence du courant mesuré. La démodulation à partir d'une mesure de courant est réalisée à l'aide d'un capteur de courant ou d'un shunt, c'est-à-dire une résistance de faible valeur ohmique. La tension aux bornes du capteur de courant contient la composante de fréquence f. Dans le cas d'un shunt de résistance R, il circule un courant i de fréquence f dans la résistance R. Ce courant produit une tension aux bornes du capteur de courant. Pour un courant de 10 A, soit un courant faible correspondant au cas défavorable d'un véhicule électrique en roulage à plat à basse vitesse et sans accélération, et un shunt de 1 mS2, la tension aux bornes du shunt est de 10 mV, ce qui est mesurable sans problème particulier. La tension est alors délivrée au moyen d'estimation de fréquence. La fréquence estimée permet de reconstituer le signal de données transmises. Dans une variante, chaque moyen de démodulation comporte un moyen de mesure de la tension aux bornes de la ou des cellule(s) de la batterie raccordée(s) au moyen de démodulation et un moyen d'estimation de la fréquence de la tension mesurée. Le moyen d'estimation de la fréquence peut être soit analogique, comme deux filtres passe-bande analogiques centrés sur les deux fréquences d'intérêt ou une boucle à verrouillage de phase, soit numérique, comme une transformée de Fourier, des filtres passe- bande numériques récursifs ou non, ou des filtres de Goertsel. Chaque moyen de démodulation peut avantageusement comprendre un filtre passe-haut raccordé entre le moyen de mesure de courant ou le moyen de mesure de tension et le moyen d'estimation de fréquence. De cette manière, on extrait la composante alternative du signal aux bornes de chaque cellule pour envoyer de l'information vers chaque cellule. Etant donné que seule la composante alternative est utilisée par le moyen de démodulation, un filtre passe-haut ajouté entre le moyen de mesure de courant ou le moyen de mesure de tension et le moyen d'estimation de fréquence permet d'obtenir un courant ou une tension en sortie du filtre passe-haut de valeur moyenne nulle, ce qui facilite son amplification. Le filtre passe-haut peut être réalisé par exemple par une liaison capacitive et une résistance. L'invention a également pour objet, un véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride comprenant une machine électrique de propulsion, une batterie, un onduleur raccordé entre la batterie et la machine électrique, et un système de transmission de données à une batterie tel que défini ci-dessus. Par véhicule automobile de propulsion électrique on entend un véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur électrique pour la traction ou la propulsion. Par machine électrique de propulsion, on entend un groupe motopropulseur électrique pour la traction ou la propulsion d'un véhicule automobile. De préférence, l'onduleur électrique des moyens de modulation est formé par l'onduleur du véhicule automobile. En utilisant l'onduleur électrique du véhicule automobile coopérant avec la machine électrique de traction comme moyens de modulation, aucun moyen de modulation supplémentaire n'est nécessaire, ce qui permet de réduire les coûts. De plus, en utilisant l'onduleur du moteur électrique de traction, aucune connectique supplémentaire n'est nécessaire entre les cellules de la batterie et le système de commande de la batterie. L'invention a également pour objet, un procédé de transmission d'un signal de données à un système de commande d'une batterie électrique comportant une pluralité de cellules, comprenant une modulation de fréquence du signal de données et au moins une démodulation du signal modulé. Selon une caractéristique générale de mise en oeuvre, on module la fréquence du signal de données à l'aide d'au moins un interrupteur commandé dont la fréquence de découpage est commandée par le signal de données. De préférence, ladite au moins une démodulation comprend une mesure du courant traversant ladite au moins une cellule de batterie ou une mesure de la tension aux bornes de ladite au moins une cellule de batterie, et une estimation de la fréquence du courant mesuré ou de la tension mesurée. Avantageusement, on peut extraire la composante alternative de la tension mesurée ou du courant mesuré avant d'estimer la fréquence du signal de la tension mesurée ou du courant mesuré. D' autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation et d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente de manière schématique un système de transmission d'un signal de données vers un système de commande d'une batterie électrique d'un véhicule automobile selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 présente un organigramme d'un procédé de transmission d'un signal de données vers un système de commande d'une batterie électrique d'un véhicule automobile selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. Sur la figure 1 est représenté de manière schématique un système de transmission d'un signal de données à un système de commande d'une batterie électrique d'un véhicule automobile traction au moins partiellement électrique selon un mode de réalisation de l'invention. Le véhicule automobile comprend un moteur à propulsion électrique 1 alimenté par une batterie 2 d'accumulateurs via un onduleur électrique 3. La batterie 2 comprend une pluralité de cellules 20 qui peuvent correspondre à des accumulateurs électrochimiques. Le véhicule automobile comprend également un système de commande (BMS) 10 de la batterie 2. Le BMS 10 comprend notamment des capteurs de tension 4 aux bornes de chaque cellule 20 de la batterie 2, ainsi que des capteurs de température, non représentés, de chaque cellule 20, et d'autres moyens de mesures non représentés d'autres paramètres des cellules 20 de la batterie 2. Le BMS 10 comprend également un calculateur 11 raccordé aux différents capteurs mesurant les paramètres des cellules 20. Le véhicule automobile comprend également un système de transmission 5 d'un signal de données émis par une unité de commande externe 6 vers le BMS 10. Le système de transmission 5 comprend des moyens de modulation de fréquence du signal de données et des moyens de démodulation du signal modulé raccordé à chaque cellule 20 de la batterie 2. Les moyens de modulation du système de transmission se composent de l'onduleur électrique 3 du véhicule automobile. L'onduleur électrique 3 comprend une pluralité d'interrupteurs commandés S qui peuvent être des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT). L'onduleur électrique 3 module le signal de données à partir d'une variation de la fréquence de découpage des interrupteurs commandés S autour de leur fréquence de découpage nominale. Par exemple, pour des interrupteurs commandés S fonctionnant à une valeur de découpage de 20 kHz, la fréquence de découpage peut varier entre 19 kHz et 20 kHz, pour correspondre respectivement à des bits de valeur 1 ou 0 et ainsi transmettre un message binaire. La variation de la fréquence de découpage de chaque interrupteur commandé S est ainsi commandée par le signal de données émis par l'unité de commande externe 6. Le système de transmission 5 comprend également des moyens de démodulation pour chaque cellule 20 raccordés à une unité de calcul 7. Chaque moyen de démodulation est couplé aux bornes d'une cellule 20 et comporte un des capteurs de tension 4 et un moyen d'estimation de la fréquence 8 de la tension mesurée raccordé au capteur de tension 4. Les moyens d'estimation de la fréquence 8 peuvent être analogiques ou numériques. Chaque moyen de démodulation comprend en outre un filtre passe-haut 9 raccordé entre le capteur de mesure de tension 4 et le moyen d'estimation de fréquence 8. Le filtre passe-haut 9 est réalisé par une liaison capacitive et une résistance. Il permet ainsi d'extraire la composante alternative du signal aux bornes de chaque cellule 20. Etant donné que seule la composante alternative est utilisée par le moyen de démodulation, le filtre passe-haut 9 ajouté entre le capteur de tension 4 et le moyen d'estimation de fréquence 8 permet d'isoler la composante alternative et d'obtenir une tension en sortie du filtre passe-haut 9 de valeur moyenne nulle, ce qui facilite son amplification. Le système de transmission 5 permet ainsi de moduler un signal de données transmis par une unité de commande 6 externe vers le BMS 10 à l'aide de l'onduleur électrique 3 du véhicule automobile. Le signal de données modulé est démodulé au niveau de chaque cellule 20 à l'aide d'un capteur de tension 4 mesurant la tension aux bornes d'une cellule 20. La tension mesurée est délivrée à un estimateur de fréquence 8 via le filtre passe-haut 9. L'estimateur de fréquence 8 délivre un signal binaire à partir de l'analyse fréquentielle du signal à une unité de calcul 7 qui reçoit le signal ainsi démodulé. Ce signal démodulé est alors transmis au BMS 10 qui peut traiter les informations ainsi émises par l'unité de commande externe 6. Sur la figure 2 est illustré un organigramme d'un procédé de transmission d'un signal de données à un système de commande d'une batterie électrique d'un véhicule automobile. Le procédé comprend une première étape 200, dans lequel l'unité de commande externe émet un signal de données à destination du BMS 10. Dans une étape suivante 210, la fréquence du signal de données est modulée à partir d'une variation de la fréquence de découpage des interrupteurs commandés de l'onduleur électrique 3 du véhicule automobile. Dans une étape suivante 220, pour chaque cellule 20 de la batterie 2 du véhicule automobile, on mesure la tension à ses bornes. Dans une étape suivante 230, on réalise un filtrage passe-haut de la tension mesurée pour extraire la composante alternative de la tension. En effet, la composante alternative de la tension correspond aux hautes fréquences du signal modulé. Dans une étape suivante 240, on estime la fréquence de la tension mesurée filtrée de manière à extraire les composantes pour chaque fréquence. Enfin dans une étape 250, on traite le signal délivré par l'estimateur de fréquence pour déterminer le message transmis par le signal de données ainsi démodulé. Ce signal est ensuite délivré au BMS 10 dans une étape 260. Au lieu de réaliser une mesure de tension pour chaque cellule, il est possible de réaliser une mesure de tension pour une pluralité de cellules 20 montées en série. Il est également possible de réaliser une mesure du courant traversant chaque cellule 20 au lieu de mesurer la tension. Cette mesure de courant peut être réalisée à partir d'un shunt. L'invention permet ainsi de transmettre un message via un signal de données depuis un calculateur externe vers un BMS via des cellules de la batterie sans connectique supplémentaire, tel qu'un fil électrique ou une fibre optique supplémentaire, et sans modulateur spécifique additionnel. REVENDICATIONS1. Système de transmission (5) d'un signal de données vers un système de commande (10) d'une batterie électrique (2) comprenant une pluralité de cellules (20), le système de transmission (5) comprenant des moyens de modulation de fréquence du signal de données, et au moins un moyen de démodulation du signal modulé raccordé à au moins une cellule (20) de la batterie (2), caractérisé en ce que les moyens de modulation comprennent au moins un interrupteur commandé (S) dont la fréquence de découpage est commandée par le signal de données. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens de modulation comprennent une pluralité d'interrupteurs commandés (S) formant un onduleur électrique (3) à fréquence de découpage commandée. 3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel chaque moyen de démodulation comporte un moyen de mesure du courant traversant la ou les cellule(s) (20) de la batterie (2) raccordée(s) au moyen de démodulation et un moyen d'estimation de la fréquence du courant mesuré. 4. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel chaque moyen de démodulation comporte un moyen de mesure de la tension (4) aux bornes de la ou des cellule(s) (20) de la batterie (2) raccordée(s) au moyen de démodulation et un moyen d'estimation de la fréquence (8) de la tension mesurée. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel chaque moyen de démodulation comprend un filtre passe-haut (9) raccordé entre le moyen de mesure de courant ou le moyen de mesure de tension (4) et le moyen d'estimation de fréquence (8). 6. Véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride comprenant une machine électrique de propulsion ou de traction (1), une batterie (2), et un onduleur électrique (3) raccordé entre la batterie (2) et la machine électrique (1), caractérisé en ce qu'il comprend unsystème de transmission (5) de données selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Véhicule selon la revendication 6, dans lequel l'onduleur électrique des moyens de modulation est formé par l'onduleur (3) du véhicule automobile. 8. Procédé de transmission d'un signal de données vers un système de commande (10) d'une batterie électrique (2) comportant une pluralité de cellules (20), le procédé comprenant une modulation de fréquence du signal de données et au moins une démodulation du signal modulé, caractérisé en ce qu'on module la fréquence du signal de données à l'aide d'au moins un interrupteur commandé (S) dont la fréquence de découpage est commandée par le signal de données. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel chaque démodulation comprend une mesure du courant traversant au moins une cellule (20) ou une mesure de la tension aux bornes d'au moins une cellule (20), et une estimation de la fréquence du courant mesuré ou de la tension mesurée. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on extrait la composante alternative de la tension mesurée ou du courant mesuré avant d'estimer la fréquence du signal de la tension mesurée ou du courant mesuré.