Brevet FR3127045A1 — publié le 20230317

L’invention concerne un procédé de protection d’une batterie comportant au moins un module de puissance comprenant au moins deux cellules électrochimiques, le procédé comportant une étape de mesure individuelle de tension de chacune desdites au moins deux cellules et de mesure de tension (Um) dudit au moins un module de puissance. Il est effectué une étape de comparaison de la somme (USc) des tensions desdites au moins deux cellules avec la mesure de tension (Um) dudit au moins un module de puissance et quand la somme (USc) des tensions desdites au moins deux cellules diffère de la mesure de tension (Um) dudit au moins un module de puissance de plus d’une valeur d’un premier critère (C) de tension limite prédéterminé, il est procédé à une mise hors fonction (1) de la batterie. FIGURE 1 PROCEDE DE PROTECTION D’UNE BATTERIE COMPORTANT AU MOINS UN MODULE DE PUISSANCE COMPRENANT AU MOINS DEUX CELLULES ELECTROCHIMIQUES Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un procédé de protection d’une batterie comportant au moins un module de puissance comprenant au moins deux cellules électrochimiques de même qu’un procédé de protection d’un réseau électrique alimenté par au moins une batterie ainsi protégée. La présente invention concerne aussi un réseau électrique protégé par un tel procédé. De tels procédés et réseau électrique trouvent une application avantageuse mais non limitative pour des moyens de transport à propulsion électrique par une batterie de traction, notamment un véhicule automobile électrique ou hybride. Art antérieur Il est connu d’utiliser des batteries comprenant des cellules électrochimiques regroupées dans un ou des modules de puissance, par exemple mais non limitativement comme batterie de traction d’un moyen de transport à propulsion électrique. Dans ce qui va suivre, il sera utilisé aussi bien le terme batterie que bloc-batterie pour désigner l’élément de stockage et de génération d’électricité composé de modules de puissance regroupant chacun plusieurs cellules électrochimiques. Classiquement, une cellule électrochimique est composée de trois éléments : une cathode qui est chargée positivement, une anode qui est chargée négativement et un électrolyte. L’anode peut être sous la forme d’une “barrette” de lithium. Lorsqu’un contact est créé entre l’anode et la cathode, c’est à dire que l’anode et la cathode sont reliées par un fil en métal, il se produit un court-circuit. Ce court-circuit force les électrons à se séparer des atomes de lithium. Il y a donc une réaction chimique, et création d’électrons et d’ions Li+. Les électrons sont attirés par la cathode et passent par le court-circuit : il y a création d’un courant électrique. Les ions Li+, qui sont chargés, migrent vers la cathode en passant par l’électrolyte. Chaque cellule qui compose un module de puissance partie d’un bloc de batterie est une “petite batterie”, où se passent les réactions chimiques de transformation des atomes de lithium en ions et de libération d’électrons. Lorsqu’une batterie est chargée et qu’on la sollicite, par exemple dans le cas non limitatif d’un véhicule automobile à propulsion électrique, lorsqu’on appuie sur l’accélérateur du véhicule, les cathodes et les anodes de toutes les cellules sont mises en contact, et la réaction chimique s’opère, générant ainsi un courant électrique permettant d’alimenter le moteur électrique du véhicule. Dans les cellules électrochimiques, il y a des composés liquides, c’est-à-dire une solution d’électrolyte composée d’un mélange d’acide et d’eau. Si une des cellules du bloc-batterie se perce, cette solution d’électrolyte peut fuir et détruire d’autres composants du bloc-batterie et ainsi provoquer des dommages qui peuvent engendrer un embrasement du bloc-batterie. Une cellule électrochimique dont la tension baisse anormalement est le signe potentiel d’une fuite de sa solution d’électrolyte. De plus, à chaque cycle de charge et de décharge, les cellules électrochimiques sont le théâtre de millions de déplacements d’ions et d’électrons, passant respectivement de l’anode à la cathode et de la cathode à l’anode. Si les échanges d’électrons ne posent pas de problème, ce n’est pas le cas des échanges d’ions Li+. En effet, lorsque les ions Li+ passent d’une électrode à l’autre, ils endommagent l’électrode d’arrivée. Et si les électrodes sont trop endommagées, le potentiel électrique de la cellule chute. De ce fait, la surveillance des tensions des cellules électriques et des mesures de tensions des modules de puissances de la batterie de traction d’un moyen de transport à propulsion électrique est très importante car la surveillance de ces tensions est révélatrice de la santé des cellules du bloc-batterie et ces mesures de surveillance sont faites pour la sécurité des utilisateurs du moyen de transport et pour la sécurisation du bloc-batterie de traction. D’où l’importance de surveiller que les mesures des tensions des cellules et des modules de puissance du bloc-batterie soient cohérentes entre elles. Le document US-A1-20200271728 décrit un procédé de mesure de la tension de chaque cellule d’un module de puissance d’un bloc-batterie, au moyen d’un condensateur ou de deux condensateurs, d’un multiplexeur qui connecte une à une les cellules et qui se charge de relever l’écart de tension des cellules connectées. Un micro-processeur peut ensuite mesurer une valeur d’écart de tension et enregistrer les écarts de tension pour chaque cellule. Comme il est mesuré une seule valeur de tension d’une cellule et en connaissant une à une les écarts de tension, il est possible de recalculer une à une les tensions des cellules d’un module de puissance. Ce document ne décrit que la mesure les tensions des cellules d’un module de puissance de batterie avec un faible coût, mais avec un temps de mesures des tensions des cellules très élevé, ce qui ne permet pas de suivre presque en temps réel l’évolution des tensions des cellules et de prendre si besoin est des mesures de protection du bloc-batterie et du réseau électrique intégrant le bloc-batterie. L’enseignement de ce document ne permet donc pas de protéger le bloc-batterie contre un défaut des cellules électrochimiques des modules de puissance du bloc-batterie. Le problème à la base de la présente invention est de surveiller l’état des cellules électrochimiques présentes dans un module de puissance spécifique faisant partie d’un bloc-batterie afin de détecter le plus rapidement possible et d’une manière simple tout dysfonctionnement d’une ou de plusieurs cellules électrochimiques du bloc-batterie. A cet effet la présente invention concerne un procédé de protection d’une batterie comportant au moins un module de puissance comprenant au moins deux cellules électrochimiques, le procédé comportant une étape de mesure individuelle de tension de chacune desdites au moins deux cellules et de mesure de tension dudit au moins un module de puissance, caractérisé par une étape de comparaison de la somme des tensions desdites au moins deux cellules avec la mesure de tension dudit au moins un module de puissance et, quand la somme des tensions desdites au moins deux cellules diffère de la mesure de tension dudit au moins un module de puissance de plus d’une valeur d’un premier critère de tension limite prédéterminé, il est procédé à une mise hors fonction de la batterie. La présente invention développe ainsi une stratégie de protection d’une batterie, aussi dénommée bloc batterie car comprenant un ou des modules de puissance regroupant des cellules électrochimiques. Cette stratégie est intégrée en tant que logiciel dans le système de contrôle de la batterie pour surveiller la cohérence des mesures de tension de chaque cellule du bloc-batterie avec la mesure de tension de chaque module de puissance du bloc-batterie afin de surveiller la validation des mesures de tension. Le but est de surveiller que les valeurs de tensions mesurées aux bornes des cellules de la batterie et les tensions mesurées aux bornes des modules de puissance sont bien cohérentes. Une grande partie de la surveillance du bloc-batterie se fait au moyen des mesures de tension effectuées aux bornes de chaque cellule et aux bornes de chaque module de puissance du bloc-batterie. Ainsi, le but ici est de vérifier la cohérence de ces mesures entre elles, afin de garantir toutes les fonctions sécuritaires mises en place dans le système de contrôle de la batterie pour garantir la sécurité des utilisateurs du réseau électrique logeant un tel bloc-batterie, notamment quand le réseau est embarqué dans un moyen de transport à propulsion électrique contre le risque d’incendie et d’électrocution lié au bloc-batterie de traction. Avantageusement, quand la batterie comprend plusieurs modules de puissance comprenant chacun au moins deux cellules, il est procédé à l’étape de comparaison de la somme des tensions desdites au moins deux cellules associées à un des modules de puissance avec la mesure de tension du module de puissance associé et, quand au moins une somme des tensions desdites au moins deux cellules associées diffère de la mesure de tension d’un desdits au moins deux modules de puissance les contenant de plus d’une valeur d’un premier critère de tension limite prédéterminé, il est procédé à une mise hors fonction de la batterie. Ceci représente la configuration la plus courante d’un bloc-batterie comprenant plusieurs modules de puissance. La comparaison se fait entre une tension de chaque module de puissance et la somme des tensions des cellules électrochimiques faisant partie de ce module de puissance spécifique. Avantageusement, la mise hors fonction de la batterie est effectuée après atteinte d’une première durée prédéterminée calibrable pendant laquelle la somme des tensions desdites au moins deux cellules a constamment différé de la mesure de tension dudit au moins un module de puissance de plus de la valeur du premier critère de tension limite prédéterminé. Il peut exister des variations de tension des cellules qui pourraient faire vérifier l’inégalité au-dessus du premier critère impliquant une mise hors fonction de la batterie alors que ces variations ne sont que temporaires et non représentatives d’un défaut d’une ou de plusieurs cellules électrochimiques. Le fait de prévoir une durée prédéterminée pendant laquelle est maintenue une différence entre la somme des tensions des cellules et la mesure de tension du module de puissance au-dessus de la valeur du premier critère de tension limite prédéterminé augmente la fiabilité du diagnostic de dysfonctionnement de la batterie. Avantageusement, pour une batterie de 450 volts, la valeur du premier critère de tension limite prédéterminé est de 1,5 volts avec une marge de +/- 15% autour de cette valeur et la première durée prédéterminée est calibrée autour de 500 millisecondes avec une marge de +/- 30% autour de cette valeur de première durée prédéterminée. Avantageusement, quand la batterie est en mode générateur d’énergie, la mise hors fonction de la batterie s’effectue de manière linéaire pendant une deuxième durée prédéterminée calibrable, avec, dans ce mode générateur d’énergie, le cas échéant, une réduction linéaire de récupération d’énergie de la batterie pendant une troisième durée prédéterminée calibrable et, quand la batterie est en mode recharge, la mise hors fonction de la batterie s’effectue pendant une quatrième durée prédéterminée calibrable plus courte que les deuxième et troisième durées. Avantageusement, la deuxième durée prédéterminée calibrable est de 60 secondes, la troisième durée prédéterminée calibrable est de 60 secondes, avec une marge de +/- 30% autour de cette valeur et la quatrième durée prédéterminée calibrable est comprise entre 0 et 100 millisecondes. Une recharge de la batterie n’est pas une opération prioritaire de fonctionnement de la batterie comme l’est la traction d’un moyen de transport. Il s’ensuit que la recharge peut être arrêtée plus rapidement qu’un fonctionnement en mode générateur d’électricité de la batterie, ce qui nuirait par exemple à la conduite du moyen de transport avec moteur électrique alimenté par la batterie. La deuxième durée prédéterminée calibrable de 60 secondes est donc un compromis entre protection de la batterie et durée suffisante de continuation de fonctionnement du moteur avant mise hors service de la batterie. Avantageusement, la batterie étant mise hors fonction avec néanmoins un suivi des mesures individuelles de tension de chacune des cellules et des mesures de tension dudit au moins un module de puissance, il est effectué une étape de comparaison de la somme des tensions desdites au moins deux cellules avec la mesure de tension dudit au moins un module de puissance les contenant et, quand la somme des tensions desdites au moins deux cellules diffère de la mesure de tension dudit au moins un module de puissance de moins de la valeur d’un deuxième critère de tension limite prédéterminé, ceci pendant une cinquième durée prédéterminée calibrable, il est procédé à un rétablissement du fonctionnement normal de la batterie, la cinquième durée prédéterminée calibrable étant de 500 millisecondes avec une marge de +/- 30% autour de cette valeur de cinquième durée prédéterminée, la valeur du deuxième critère étant inférieure à la valeur du premier critère de tension limite prédéterminé. Ceci représente le cas où la différence de tension entre la somme des tensions des cellules et la tension du module de puissance ne résultait pas d’un dysfonctionnement de la batterie mais d’une cause temporaire alors disparue ou de mesures fausses. Il est alors possible de reprendre le fonctionnement normal de la batterie et de ne pas prolonger indûment sa mise hors service, ce qui pénaliserait le réseau électrique intégrant la batterie protégée. L’invention concerne aussi un procédé de protection d’un réseau électrique alimenté par au moins une batterie et comprenant une unité de commande, ladite au moins une batterie étant surveillée conformément à un procédé tel que mentionné ci-dessus, caractérisé en ce que ladite au moins une batterie est déconnectée du réseau par l’unité de commande quand il est procédé à la mise hors fonction de la batterie, et si au bout d’une sixième durée calibrable la déconnexion du réseau n’est pas effective, il est procédé à la déconnexion automatique de ladite au moins une batterie du réseau électrique. Ceci permet une protection accrue du réseau électrique en l’isolant de la batterie en dysfonctionnement. L’invention concerne aussi un réseau électrique alimenté par au moins une batterie principale et comprenant une unité de commande, le réseau électrique étant protégé conformément à un tel procédé de protection d’un réseau, le réseau électrique comprenant des contacteurs raccordant ladite au moins une batterie principale au réseau ainsi qu’au moins une batterie auxiliaire, caractérisé en ce que l’unité de commande comprend des moyens requis pour mettre en œuvre un tel procédé de protection de ladite au moins une batterie principale ou un tel procédé de protection du réseau électrique, ladite au moins une batterie auxiliaire alimentant seule le réseau quand ladite au moins une batterie principale est mise hors fonction. L’invention concerne enfin un moyen de transport à au moins un moteur à propulsion électrique associé ou non à un moteur à propulsion non électrique, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une batterie de traction pour ledit au moins un moteur à propulsion électrique faisant partie en tant que batterie principale d’un réseau électrique tel que décrit précédemment. Brève description de la figure D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard du dessin annexé donné à titre d’exemple non limitatif et sur lequel : - la est un logigramme du procédé de protection d’une batterie par surveillance d’un état électrique de la batterie comportant au moins un module de puissance comprenant au moins deux cellules électrochimiques selon un mode de réalisation de la présente invention. Procédé de protection d’une batterie comportant au moins un module de puissance comprenant au moins deux cellules électrochimiques, le procédé comportant une étape de mesure individuelle de tension de chacune desdites au moins deux cellules et de mesure de tension (Um) dudit au moins un module de puissance, caractérisé par une étape de comparaison de la somme (USc) des tensions desdites au moins deux cellules avec la mesure de tension (Um) dudit au moins un module de puissance et, quand la somme (USc) des tensions desdites au moins deux cellules diffère de la mesure de tension (Um) dudit au moins un module de puissance de plus d’une valeur d’un premier critère (C) de tension limite prédéterminé, il est procédé à une mise hors fonction (1) de la batterie. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, quand la batterie comprend plusieurs modules de puissance comprenant chacun au moins deux cellules, il est procédé à l’étape de comparaison de la somme (USc) des tensions desdites au moins deux cellules associées à un des modules de puissance avec la mesure de tension du module de puissance associé et, quand au moins une somme (USc) des tensions desdites au moins deux cellules associées diffère de la mesure de tension (Um) d’un desdits au moins deux modules de puissance les contenant de plus d’une valeur d’un premier critère (C) de tension limite prédéterminé, il est procédé à une mise hors fonction (1) de la batterie. Procédé selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel la mise hors fonction de la batterie est effectuée après atteinte d’une première durée prédéterminée (t1) calibrable pendant laquelle la somme (USc) des tensions desdites au moins deux cellules a constamment différé de la mesure de tension (Um) dudit au moins un module de puissance de plus de la valeur du premier critère (C) de tension limite prédéterminé. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, pour une batterie de 450 volts, la valeur du premier critère (C) de tension limite prédéterminé est de 1,5 volts avec une marge de +/- 15% autour de cette valeur et la première durée prédéterminée (t1) est calibrée autour de 500 millisecondes avec une marge de +/- 30% autour de cette valeur de première durée prédéterminée (t1). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, quand la batterie est en mode générateur d’énergie, la mise hors fonction de la batterie s’effectue de manière linéaire pendant une deuxième durée prédéterminée calibrable, avec, dans ce mode générateur d’énergie, le cas échéant, une réduction linéaire de récupération d’énergie de la batterie pendant une troisième durée prédéterminée calibrable et, quand la batterie est en mode recharge, la mise hors fonction de la batterie s’effectue pendant une quatrième durée prédéterminée calibrable plus courte que les deuxième et troisième durées. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la deuxième durée prédéterminée calibrable est de 60 secondes, la troisième durée prédéterminée calibrable est de 60 secondes, avec une marge de +/- 30% autour de cette valeur et la quatrième durée prédéterminée calibrable est comprise entre 0 et 100 millisecondes. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, la batterie étant mise hors fonction avec néanmoins un suivi des mesures individuelles de tension de chacune des cellules et des mesures de tension dudit au moins un module de puissance, il est effectué une étape de comparaison de la somme (USc) des tensions desdites au moins deux cellules avec la mesure de tension (Um) dudit au moins un module de puissance les contenant et, quand la somme (USc) des tensions desdites au moins deux cellules diffère de la mesure de tension (Um) dudit au moins un module de puissance de moins de la valeur d’un deuxième critère (Ca) de tension limite prédéterminé, ceci pendant une cinquième durée prédéterminée (t5) calibrable, il est procédé à un rétablissement du fonctionnement normal (2) de la batterie, la cinquième durée prédéterminée (t5) calibrable étant de 500 millisecondes avec une marge de +/- 30% autour de cette valeur de cinquième durée prédéterminée (t5), la valeur du deuxième critère (Ca) étant inférieure à la valeur du premier critère (C) de tension limite prédéterminé. Procédé de protection d’un réseau électrique alimenté par au moins une batterie et comprenant une unité de commande, ladite au moins une batterie étant surveillée conformément à un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite au moins une batterie est déconnectée du réseau par l’unité de commande quand il est procédé à la mise hors fonction (1) de la batterie, et si au bout d’une sixième durée calibrable la déconnexion du réseau n’est pas effective, il est procédé à la déconnexion automatique de ladite au moins une batterie du réseau électrique. Réseau électrique alimenté par au moins une batterie principale et comprenant une unité de commande, le réseau électrique étant protégé conformément à un procédé selon la revendication précédente, le réseau électrique comprenant des contacteurs raccordant ladite au moins une batterie principale au réseau ainsi qu’au moins une batterie auxiliaire, caractérisé en ce que l’unité de commande comprend des moyens requis pour mettre en œuvre un procédé de protection de ladite au moins une batterie principale selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 ou un procédé de protection du réseau électrique selon la revendication 8, ladite au moins une batterie auxiliaire alimentant seule le réseau quand ladite au moins une batterie principale est mise hors fonction. Moyen de transport à au moins un moteur à propulsion électrique associé ou non à un moteur à propulsion non électrique, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une batterie de traction pour ledit au moins un moteur à propulsion électrique faisant partie en tant que batterie principale d’un réseau électrique selon la revendication précédente.