Brevet FR3124321A1 — publié le 20221223

L’invention concerne un système de bloc de batterie (S) pour batterie de traction d’au moins un véhicule automobile, le système (S) comprenant des modules de cellule de batterie (M1, M4, M5, M8, M9, M12, M13) connectés ensemble, et un moyen d’évaluation d’échauffement desdits modules, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un moyen d’optimisation de longévité de batterie en fonction de la dispersion thermique entre lesdits modules. En particulier, le moyen d’optimisation de longévité comprend une configuration de positionnement d’au moins un module (M8, M9, M12, M13) plus performant à au moins un endroit plus chaud, et d’au moins un module (M1, M4, M5) moins performant à au moins un endroit plus froid. L’invention concerne en outre un véhicule et une méthode sur la base d’un tel système. Fig. 3 SYSTEME DE BLOC DE BATTERIE CONTRECARRANT LA DISPERSION THERMIQUE ENTRE LES MODULES, VEHICULE ET UNE METHODE SUR LA BASE D’UN TEL SYSTEME L’invention se rapporte au domaine des dispositifs de bloc-batterie pour batterie de traction de véhicule automobile. On parle généralement de pack batterie (ou « battery pack » en langue anglaise). L’invention concerne en outre des véhicules comprenant un tel dispositif et une méthode pour prolonger la durabilité d’un bloc de batterie. Dans ce domaine, les dispositifs de bloc-batterie de l’art antérieur comprennent des modules de cellule de batterie connectés ensemble en série, disposés de manière aléatoire dans le bloc. La position des modules est conservée tout au long de la vie de la batterie. Malheureusement, les modules de cellule présentent une déviation de production liée à la fabrication des cellules, ainsi qu’au processus de leur assemblage dans le bloc. Pendant la sollicitation du bloc (en charge ou en roulage), une dispersion thermique est observée entre les différents modules. Celle-ci est liée non seulement à la dispersion entre modules mais également à l’intégration mécanique du bloc dans le véhicule, et à l’inertie du système de refroidissement. Certains usages particuliers peuvent accentuer plus ou moins la déviation thermique. L’exposition à des températures différentes fait en sorte que les modules vieillissent à des vitesses différentes les uns des autres. La température est un facteur d’ordre 1 qui joue sur le vieillissement de la batterie. Par conséquent, les dégradations des performances des modules en termes de capacité et de résistance interne (appelée aussi DCR : Direct Current Resistance) seront hétérogènes. Ainsi, il y a des risques, qu’après une certaine durée d’utilisation, un seul module porte plus de stress que le reste et bride en conséquence les performances du bloc prématurément. Un premier objectif de la présente invention est de contrecarrer les effets de la dispersion thermique subie par les modules du bloc de batterie. Un deuxième objectif est de rendre le vieillissement plus homogène entre les modules pour prolonger la durabilité du bloc complet. Pour atteindre ces objectif, l’invention propose un système de bloc de batterie pour batterie de traction d’au moins un véhicule automobile, le système comprenant des modules de cellule de batterie connectés ensemble, et un moyen d’évaluation d’échauffement desdits modules, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un parmi - au moins un module plus performant sur la base d’au moins un paramètre de performance, positionné à au moins un endroit plus chaud, et au moins un module moins performant positionné à au moins un endroit plus froid, en particulier en début de vie ; - un moyen pour déterminer un historique d’échauffements, et couplé à un moyen d’évaluation dudit paramètre de performance des modules, en particulier en cours de vie ; et/ou - suivant l’historique et la performance, au moins un module plus performant remplaçant un module moins performant, en particulier en maintenance. La particularité de l’invention est que l’optimisation de la longévité réalisée est liée à des effets contrecarrant les détériorations liées à la dispersion thermique. Avantageusement, l’invention permet de rendre le vieillissement plus homogène entre les modules en agissant sur la répartition du stress tout au long de la vie de la batterie. Il en résulte une prolongation significative de la durabilité du bloc complet. Par ailleurs, l’invention permet de mettre à profit la dispersion de production entre les modules, en particulier en début de vie (BOL - Beginning Of Life). Elle permet en outre d’avoir plus de réactivité en cas de dispersion thermique entre les modules et d’optimiser ainsi la durabilité du bloc, notamment en maintenance. Le positionnement des modules en fonction des performances et des endroits chauds permet d’homogénéiser les performances des modules du bloc, car les endroits chauds vont limiter les performances des modules les plus performants. L’évaluation des historiques et paramètres de performance permet de mettre en œuvre un remplacement sélectif et efficace des modules. Selon une variante, les paramètres de performance des modules comprennent la capacité élevée et/ou la résistance en courant continu faible. Ces paramètres donnent une bonne évaluation objective des performances des modules. Selon une variante, le moyen d’évaluation d’échauffement de module est configuré pour déterminer au moins un paramètre d’échauffement étant - un seuil de temps passé au-dessus d’un écart thermique minimal donné par rapport à des températures minimales et maximales seuil données ; et/ou - un seuil d’énergie cumulée correspondant à un tel écart thermique. Cela permet d’avoir une évaluation objective de la détérioration des modules, et de savoir quel module est à remplacer. Selon une variante, le système de bloc de batterie comprend un système de limitation de puissance d’au moins un module le plus chaud, en roulage et/ou en charge. Cela permet de contrecarrer la dispersion thermique de manière simplifiée par un circuit électronique adapté. Selon une variante, le système de bloc de batterie comprend un système de refroidissement d’au moins un module le plus chaud. Cela permet de limiter la dispersion thermique in situ. L’invention porte en outre sur une méthode de gestion de bloc de batterie pour batterie de traction d’au moins un véhicule automobile, le bloc de batterie comprenant des modules de cellule de batterie connectés ensemble, la méthode comprenant des étapes pour - évaluer des échauffements desdits modules, et au moins une étape parmi - positionner au moins un module plus performant sur la base d’au moins un paramètre de performance, à au moins un endroit plus chaud, et au moins un module moins performant à au moins un endroit plus froid, en particulier en début de vie ; - déterminer un historique de températures, et évaluer ledit paramètre de performance des modules, en particulier en maintenance ; et - suivant l’historique et la performance, remplacer par au moins un module plus performant, un module moins performant, en particulier en maintenance. L’invention concerne également un produit-programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes de la méthode selon l’invention, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. Un autre objet de l’invention a trait à un véhicule automobile comprenant un système de bloc de batterie selon l’invention. L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles : - illustre schématiquement une partie de bloc de batterie pour un système selon l’invention avec les modules connectés en série ; - illustre schématiquement une vue dans l’espace d’une partie bloc d’un système de bloc de batterie comprenant des modules de cellules de batteries selon un mode de réalisation préféré de l’invention ; - illustre schématiquement des détails des modules du bloc de la , y compris une dispersion thermique et des remplacements de modules ; et - illustre schématiquement une vue en plan d’un système de bloc de batterie selon le mode de réalisation préféré dans un véhicule. L’invention concerne un système de bloc de batterie S. Le système de bloc de batterie S est particulièrement adapté pour être mis en œuvre dans une batterie de traction B d’un ou plusieurs véhicules automobiles V. Il s’agit en particulier d’une batterie Lithium-ion. Le système S comprend des modules de cellule de batterie pouvant être illustrés par les figures avec notamment les références M, M1, M4, M5, M8, M9, M12, M13. La référence M est utilisée pour désigner les modules de manière générique. Dans le cadre de l’invention, l’expression « module de cellule » peut être entendue comme un assemblage de plusieurs cellules de batteries connectées ensemble pour former un module, à connecter à d’autres modules pour former un bloc de batterie (auquel cas la précision « module de cellules » peut être utilisée) ; ou être entendue comme une unique cellule, à connecter à d’autres cellules pour former un bloc de batterie. Les modules de cellule M sont connectés ensemble, de préférence en série. De même, les cellules d’un module de cellules sont connectées ensemble, de préférence en série. Le système S comprend en outre un moyen d’évaluation d’échauffement E desdits modules M. Ce moyen E peut comprendre ou être connecté à un capteur de température. De préférence, ce moyen E peut être ou faire partie d’un calculateur ou processeur utilisant des données de température. Plus précisément, l’évaluation peut être basée sur des simulations, des cartographies et/ou des mesures de température en temps réel. Le système de bloc de batterie S peut être associé à un système de gestion de batterie BMS regroupant les calculateurs ou processeurs utilisés dans la mise en œuvre du système de bloc de batterie S. Selon l’invention, le système S comprend en outre des moyens permettant d’optimiser la longévité de batterie en fonction de la dispersion thermique entre lesdits modules M. La dispersion thermique peut être illustrée par la . Les modules ayant subi de fortes températures dans l’ordre décroissant sont les modules M12, M13, M8, M9, M4, M5, M2 M1. On pourra parler de gradient de température dans cet ordre. En particulier, dans les figures, la coloration en blanc correspond à des températures allant de 30 à 36°C ; la coloration en signes « moins » correspond à des températures allant de 36 à 42°C ; la coloration en signes « plus » correspond à des températures allant de 42 à 48 °C ; la coloration en noir correspond à des températures allant de 48 à plus de 50°C. La particularité de l’invention est que l’optimisation de la longévité est liée à des effets contrecarrant les détériorations par la dispersion thermique. Avantageusement, les moyens détaillés plus bas permettent de rendre le vieillissement plus homogène entre les modules M en agissant sur la répartition du stress tout au long de la vie de la batterie. Il en résulte une prolongation significative de la durabilité du bloc complet. Par ailleurs, ces moyens permettent de mettre à profit la dispersion de production entre les modules, en particulier en début de vie. Ils permettent en outre d’avoir plus de réactivité en cas de dispersion thermique entre les modules et d’optimiser ainsi la durabilité du bloc, notamment en maintenance. En outre, l’invention permet d’avoir une meilleure autonomie des véhicules électriques (VE) et plug-in hybrides (PHEV) à un état vieilli ; des meilleures performances en termes de puissance disponible des véhicules électrifiés hybrides (PHEV et HEV) en limitant une accélération de l’augmentation de la résistance interne (DCR) ; de prolonger la durabilité du bloc global et réduire le stress subi par le module le plus limitant et d’éviter ainsi un effet de boucle : dégradation plus forte, augmentation de la résistance interne DCR plus forte, échauffement plus haut, accélération de dégradation. En particulier, le système S comprend au moins un module M8, M9, M12, M13 plus performant en référence à au moins un paramètre de performance, positionné à au moins un endroit plus chaud, et au moins un module M1, M4, M5 moins performant positionné à au moins un endroit plus froid. Plus généralement, le positionnement peut être mis en œuvre suivant des gradients de température et de performance. La dispersion thermique peut être déterminée en début de vie (ou en maintenance) par des simulations thermiques mais pourrait être en déduite des caractérisations thermiques d’un certain nombre de blocs pendant le développement. De préférence, ceci est fait en prenant en compte les contraintes d’intégration (Busbar, système de refroidissement (cooling), etc..) du bloc complet dans son environnement d’intégration. Une hypothèse pour la simulation peut être une absence de dispersion de production à une échelle de capacité ou de résistance DCR. Des données de tests et/ou d’apprentissage peuvent servir à la simulation. Dans une variante, l’invention peut être mise en œuvre en début de vie. Ainsi, les modules sont placés dans le bloc de sorte à disposer un ou plusieurs modules M les plus performants dans le ou les emplacements qui auront l’échauffement maximal au niveau bloc. De même, les modules M les moins performants sont disposés à ou aux emplacements les plus frais. On pourra parler de positionnement spécifique des modules (ou « mapping » en langue anglaise). La performance peut être évaluée via des paramètres de performance objectifs affectés par la température de sorte qu’une forte température affecte négativement les paramètres de performance. En particulier, les paramètres de performance comprennent la capacité et/ou la résistance en courant continu (ou résistance DCR). Plus la capacité est élevée, plus les performances sont bonnes, et elle est affectée négativement par de fortes températures. Plus la résistance DCR est faible, plus les performances sont bonnes, et elle est affectée négativement par de fortes températures. Ainsi, la simulation ou les caractérisations peuvent aboutir à une classification statistique des modules M en fonction de leurs performances (capacité et résistance DCR). Cette classification peut être exploitée pour guider le positionnement. Pour les simulations thermiques, plusieurs profils représentatifs de l’usage peuvent être testés. Sur la base de la dispersion thermique, les modules M les plus performants auront un vieillissement plus rapide que les autres et la dégradation serait moindre sur les modules les moins performants ce qui permet d’optimiser la dégradation totale du bloc. Le système de gestion de la batterie BMS peut être doté d’un système d’équilibrage pour garder les cellules dans le même niveau de charge et préserver ainsi leur durabilité. De préférence, en dehors de la contrainte thermique, pour que la dégradation au sein du bloc soit homogène, il faut aussi veiller à ce que les modules M restent dans une zone d’état de charge SOC la plus proche possible. L’invention peut être mise en œuvre en cours d’usage (en particulier en roulage ou en charge). Dans ce cas, des capteurs thermiques peuvent être utilisés pour déterminer les endroits les plus chauds et les plus frais. Les capteurs sont connectés au système de gestion de batterie BMS. Dans ce cas, le moyen d’évaluation E fait de préférence partie du système de gestion de batterie BMS ou est connecté à distance à celui-ci via un système informatique en nuage (dit « cloud » ou « over the air » en langue anglaise). En outre, les paramètres de performance peuvent être évalués par un moyen d’évaluation P correspondant faisant de préférence partie du système de gestion de batterie BMS ou connecté à celui-ci de la même manière qu’exposé précédemment. Dans la variante préférée, le système de bloc de batterie est configuré pour surveiller l’écart entre une température maximale Tmax de tous les modules M et une température minimale Tmin de tous les modules M, représentant respectivement les points les plus chaud et plus froid dans le bloc. Le système S peut ensuite associer une réactivité dédiée en cas de dépassement d’un seuil maximal de l’écart donné. Par exemple si Tmax-Tmin est supérieur au seuil, alors peut être mis en œuvre une réduction de la limitation de puissance en roulage ou en charge pour limiter encore l’échauffement de la batterie B et essayer de le rendre plus homogène. Un système de limitation de puissance peut être prévu. Il peut être selon l’art antérieur. Alternativement ou en combinaison, si Tmax-Tmin est supérieur au seuil, alors peut être mis en œuvre une activation d’un refroidissement plus exigent (débit de refroidissement plus fort) ou un système spécifique d’équilibrage thermique (contrôlable si possible). Il peut s’agir d’un système de refroidissement d’au moins un module M le plus chaud. Plus généralement, la réactivité est réalisée dans le but de limiter le temps vécu par la batterie dans des conditions de dispersion thermique. On peut imaginer un compteur pour le temps passé au-dessus d’un écart thermique minimal (fixé à 10°C par exemple) et/ou l’énergie cumulée en kWh utilisée pendant cet écart : en cas de franchissement d’un seuil relatif à la durée de vie de la batterie ou de son usage, le système S peut indiquer une alerte pour une analyse électro/thermique du module M et/ou bloc. L’information de dispersion thermique peut être couplée à une information de déviation d’état de charge SOC (par exemple un temps passé au-dessus d’un certain seuil de déviation d’état de charge SOC, car l’état de charge est un facteur qui agit également sur le vieillissement de la batterie. L’invention peut être mise en œuvre après usage (en particulier en maintenance). Dans ce cas, les capteurs thermiques et les moyens d’évaluation E, P sont configurés pour déterminer un historique de l’échauffement des modules M et de préférence un historique des performances, en particulier des paramètres de performance. Les paramètres de performances pris en compte peuvent comprendre des états de santés de chaque module, en particulier l’état de santé de capacité (SOHC), et l’état de santé de résistance DCR(SOHR). Le système de bloc de batterie peut alors mettre en œuvre une proposition de permutation/réorganisation de position des modules M au sein d’un bloc pour ralentir l’effet de vieillissement à cause d’une dispersion thermique. Ainsi, les modules M sont fixés dans le bloc de manière amovible de sorte à faciliter le repositionnement des modules M. En particulier, le soudage des modules M dans le bloc est à éviter. A cet effet, le système de bloc de batterie S met en œuvre un suivi de l’historique de l’échauffement des modules M de préférence dans le système de gestion BMS ou par informatique en nuage avec remonté de donnés par télématique. En outre, le système S combine ces informations d’échauffement avec les informations de performance des modules, notamment la capacité et la résistance DCR, pour une meilleure réorganisation des modules M dans le bloc. On peut décider de placer le module M avec la résistance DCR la plus élevée à l’endroit le plus frais. La fréquence de vérification de la possibilité de permutation peut être liée à l’usage de la batterie. A cet effet, on peut fixer un nombre de kWh minimum de décharge de la batterie ; une variation minimale de capacité ou de résistance DCR, par exemple de 5% au minimum ; ou fixer une fréquence temporelle, par exemple tous les 2 à 3 ans, pour déterminer la fréquence de vérification. On peut calibrer un seuil de dispersion thermique en dessous duquel on estime que la dispersion thermique n’a pas d’impact significatif sur la dégradation des performances de la batterie (exemple d’un bloc ayant un refroidissement efficace avec une bonne homogénéité thermique). La peut illustrer des exemples de permutations des modules M ayant subi des contraintes thermiques significatives. Les modules M12, M13, M8, M9, M4, M5, M2 sont remplacés respectivement par les modules M14, M15, M10, M11, M6, M7, M3. Le module M1 n’ayant pas subi de contrainte significative peut être maintenu en place. Dans un autre mode de réalisation, on peut appliquer la classification des modules à l’échelle d’une flotte de véhicule, par exemple pour cibler les modules M les plus performants pour les applications les plus stressantes telles que des utilisations dans des régions ou pays les plus chauds. Dans un autre mode de réalisation, le système peut comprendre ou être associé à un système de refroidissement par module, configuré pour cibler un débit de fluide de refroidissement vers le ou les modules les plus chauds. L’invention concerne en outre une méthode de gestion de bloc de batterie pour batterie de traction B d’au moins un véhicule automobile V. Le bloc de batterie comprend des modules de cellule de batterie M connectés ensemble. La méthode comprend toutes les étapes permettant une optimisation de longévité, ou au moins une action du système de bloc de batterie ou d’un de ses éléments, y compris au moins une action d’au moins un moyen du système S. En particulier, la méthode comprend une étape pour évaluer des échauffements desdits modules M. L’évaluation a déjà été décrite précédemment. Plus particulièrement, la méthode comprend en outre une étape pour optimiser la longévité de batterie en fonction de la dispersion thermique entre lesdits modules M. L’invention porte également sur un produit-programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes de la méthode telle que décrite précédemment, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. Le programme peut être chargé dans un système de gestion de batterie BMS tel que décrit précédemment. L’invention a également trait à un véhicule automobile V comprenant un système de bloc de batterie S tel que décrit précédemment. Système de bloc de batterie (S) pour batterie de traction (B) d’au moins un véhicule automobile (V), le système (S) comprenant des modules de cellule de batterie (M, M1, M4, M5, M8, M9, M12, M13) connectés ensemble, et un moyen d’évaluation d’échauffement (E) desdits modules (M, M1, M4, M5, M8, M9, M12, M13), caractérisé en ce qu’il comprend au moins un parmi - au moins un module (M8, M9, M12, M13) plus performant sur la base d’au moins un paramètre de performance, positionné à au moins un endroit plus chaud, et au moins un module (M1, M4, M5) moins performant positionné à au moins un endroit plus froid, en particulier en début de vie ; - un moyen (E) pour déterminer un historique d’échauffements, et couplé à un moyen d’évaluation dudit paramètre de performance (P) des modules (M), en particulier en cours de vie ; et/ou - suivant l’historique et la performance, au moins un module (M3, M6, M7, M10, M11, M14, M15) plus performant remplaçant un module moins performant (M1, M4, M5, M8, M9, M12, M13), en particulier en maintenance. Système de bloc de batterie (S) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres de performance (P) des modules comprennent une capacité élevée et/ou une résistance en courant continu faible. Système de bloc de batterie (S) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le moyen d’évaluation d’échauffement (E) de module est configuré pour déterminer au moins un paramètre d’échauffement étant - un seuil de temps passé au-dessus d’un écart thermique minimal donné par rapport à des températures minimales et maximales seuil données ; et/ou - un seuil d’énergie cumulée correspondant à un tel écart thermique. Système de bloc de batterie (S) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comprend un système de limitation de puissance d’au moins un module (M) le plus chaud, en roulage et/ou en charge. Système de bloc de batterie (S) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend un système de refroidissement d’au moins un module (M) le plus chaud. Méthode de gestion de bloc de batterie pour batterie de traction (B) d’au moins un véhicule automobile (V), le bloc de batterie comprenant des modules de cellule de batterie (M, M1, M4, M5, M8, M9, M12, M13) connectés ensemble, la méthode comprenant des étapes pour - évaluer des échauffements desdits modules (M, M1, M4, M5, M8, M9, M12, M13), et au moins une étape parmi - positionner au moins un module (M8, M9, M12, M13) plus performant sur la base d’au moins un paramètre de performance, à au moins un endroit plus chaud, et au moins un module (M1, M4, M5) moins performant à au moins un endroit plus froid, en particulier en début de vie ; - déterminer un historique de températures, et évaluer ledit paramètre de performance (P) des modules (M), en particulier en maintenance ; et - suivant l’historique et la performance, remplacer par au moins un module plus performant (M3, M6, M7, M10, M11, M14, M15), un module moins performant (M1, M4, M5, M8, M9, M12, M13), en particulier en maintenance. Produit-programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes de la méthode selon la revendication 6, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. Véhicule automobile (V) comprenant un système de bloc de batterie (S) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.