Brevet FR3151139A1 — publié le 20250117

L’invention concerne un dispositif de commande de verrouillage (5) pour système de gestion (3) des accumulateurs de batterie, ledit dispositif comprenant au moins : – un étage de mémorisation (7) de conditions anormales de fonctionnement de la batterie, ledit étage étant configuré, d’une part, pour recevoir en entrée une ou plusieurs tensions (V UV , V OV , V T ) relatives à des conditions anormales de fonctionnement, et d’autre part, mémoriser de façon permanente la survenue d’une condition anormale de fonctionnement de la batterie ; – un étage de commande du verrouillage (9) dont l’entrée est reliée à la sortie dudit étage de mémorisation (7) et dont la sortie est configurée pour être reliée audit système de gestion (3) des accumulateurs de batterie, ledit étage de commande (7) étant configuré pour envoyer une commande de verrouillage audit système de gestion (9) des accumulateurs de batterie si une condition anormale de fonctionnement est mémorisée dans ledit étage de mémorisation (7). Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 2] DISPOSITIF DE COMMANDE DE VERROUILLAGE POUR SYSTÈME DE GESTION DES ACCUMULATEURS DE BATTERIE ET SYSTÈME DE GESTION DES ACCUMULATEURS DE BATTERIE ÉQUIPÉ D’UN TEL DISPOSITIF Le contexte technique de la présente invention est celui des batteries électriques, et notamment des batteries à fort courant électrique, notamment supérieur à 50 A, et préférentiellement supérieur à 500 A, par exemple pour les applications aéronautiques et/ou aérospatiales. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un dispositif de commande de verrouillage pour un système de gestion de telles batteries. Une batterie comprend généralement plusieurs modules de batterie, généralement formés de plusieurs accumulateurs ou cellules, formant un ensemble qui peut par ailleurs être relié à un bus externe permettant la remontée des données vers un système de supervision, système généralement désigné sous le terme de système de gestion d’accumulateurs de batterie (ou « Battery Management System » en langue anglaise). Le système de gestion d’accumulateurs de batterie est notamment configuré pour mesurer diverses grandeurs physiques relatives à la batterie, aux modules et/ou cellules de batterie, telles que des tensions, courants, températures, résistances internes, etc., mais comprend aussi des circuits de protection pour éviter que la batterie ne fonctionne dans des conditions anormales de fonctionnement, conditions qui peuvent endommager la batterie et causer des dégâts humains et/ou matériels. On entend généralement par conditions anormales de fonctionnement : les surtensions, les surintensités, les sous-tensions, une température trop élevée de la batterie, des courts-circuits, etc. c’est-à-dire l’ensemble des paramètres ne correspondant pas à une plage nominale de fonctionnement de la batterie. Les systèmes de gestion d’accumulateur comprennent ainsi des dispositifs de sécurité, tels qu’un dispositif de disjonction configuré pour couper les liaisons électriques de la batterie avec l’extérieur (et donc l’isoler électriquement) dans le cas où surviennent des conditions anormales de fonctionnement. Cependant, une fois que le dispositif de disjonction associé à la batterie s’est déclenché, rendant la batterie inopérante, rien n’empêche de réarmer le dispositif de disjonction et d’utiliser à nouveau la batterie, cela indépendamment de toute vérification et/ou de tout test de la batterie. Il est donc nécessaire de prévoir une sécurité qui empêche toute utilisation de ladite batterie suite à une condition anormale de fonctionnement, ceci jusqu’à ce que la batterie soit vérifiée et qu’il est sûr que celle-ci n’est pas dangereuse à utiliser. La présente invention se propose ainsi de remédier à au moins un des inconvénients précités en proposant un nouveau type de dispositif de commande de verrouillage pour système de gestion des accumulateurs de batterie, ledit dispositif comprenant au moins : – un étage de mémorisation de conditions anormales de fonctionnement de la batterie, ledit étage étant configuré, d’une part, pour recevoir en entrée une ou plusieurs tensions relatives à des conditions anormales de fonctionnement, et d’autre part, mémoriser de façon permanente la survenue d’une condition anormale de fonctionnement de la batterie ; – un étage de commande du verrouillage dont l’entrée est reliée à la sortie dudit étage de mémorisation et dont la sortie est configurée pour être reliée audit système de gestion des accumulateurs de batterie ; ledit étage de commande étant configurée pour envoyer une commande de verrouillage audit système de gestion des accumulateurs de batterie si une condition anormale de fonctionnement est mémorisée dans ledit étage de mémorisation. On notera qu’on entend ici par batterie, la batterie dans son ensemble, ou alors un ou plusieurs de ses sous-éléments, c’est-à-dire un accumulateur ou cellule de batterie, ou encore plusieurs accumulateurs, ou cellules, montés en série et/ou en parallèle. On notera par ailleurs qu’on entend par « mémorisation permanente », le fait que le dispositif selon l’invention, et plus particulièrement l’étage de mémorisation, est configuré pour conserver un état, et donc l’information, indépendamment d’une alimentation électrique (ou d’un autre paramètre physique), l’information pouvant donc être conservée sur longue durée quel que soit l’environnement dans lequel est la batterie. Le dispositif de commande de verrouillage selon l’invention permet de mémoriser certaines conditions de fonctionnement anormales de la batterie notamment en étant reliée à des grandeurs électriques, ici des tensions, reflétant une surtension, une sous-tension et/ou une température anormale (trop haute ou trop basse), et de commander le verrouillage de la batterie par l’intermédiaire du système de gestion des accumulateurs de batterie. Une fois la batterie verrouillée, celle-ci est rendue inopérante et ne peut être utilisée, aucune action ne peut être opérée par celle-ci, tel qu’un appel de courant. Le dispositif selon l’invention garantit ainsi que la batterie, quel que soit le défaut ayant entraîné son blocage, ne peut présenter un danger pour un opérateur ou du matériel auquel la batterie est reliée. Selon une caractéristique possible, ledit étage de mémorisation comprend un organe de disjonction configuré pour mémoriser une condition anormale de fonctionnement de la batterie. La mémorisation d’une condition anormale de fonctionnement de la batterie est donc réalisée par l’intermédiaire de la disjonction, par exemple irréversible, ou non d’un organe de disjonction. Un tel organe de disjonction est avantageusement un fusible, par exemple du type à lames, à tube en verre transparent, etc. ou un disjoncteur, de préférence non réarmable, ou inaccessible à l’utilisateur de la batterie si celui-ci est réarmable. Selon une autre caractéristique possible, ledit organe de disjonction est configuré pour mémoriser de façon permanente une condition anormale de fonctionnement de la batterie. Avantageusement, ledit organe de disjonction passe ainsi dans un état physique à un autre de manière irréversible suite à une condition anormale de fonctionnement de la batterie. Selon une autre caractéristique possible, ledit organe de disjonction est configuré pour disjoncter si une tension d’entrée de l’étage de mémorisation est supérieure ou égale à une valeur prédéterminée. La valeur prédéterminée déclenchant la mémorisation d’une condition anormale de fonctionnement est choisie de telle manière à éviter le déclenchement de l’organe de disjonction suite à des fluctuations au niveau des tensions d’entrées. Selon une autre caractéristique possible, ledit étage de mémorisation comprend au moins un interrupteur configuré pour déclencher la disjonction dudit organe de disjonction en fonction de la tension d’entrée dudit étage de mémorisation. Selon une autre caractéristique possible, ledit au moins un interrupteur est un transistor, par exemple de type MOSFET. Avantageusement, ledit interrupteur est un transistor MOSFET, par exemple de type N, permettant un contrôle en tension du déclenchement de l’organe de disjonction, et donc de la mémorisation d’une condition anormale de fonctionnement de la batterie. Selon une autre caractéristique possible, ledit étage de mémorisation est configuré pour délivrer en sortie : – une première valeur de tension si l’organe de disjonction n’a pas mémorisé de condition anormale de fonctionnement ; – une deuxième valeur de tension si l’organe de disjonction a mémorisé de condition anormale de fonctionnement ; ledit étage de commande étant configuré pour envoyer une commande de verrouillage audit système de gestion des accumulateurs de batterie si l’étage de commande reçoit en entrée la deuxième valeur de tension. Selon une autre caractéristique possible, ledit étage de commande comprend au moins un amplificateur opérationnel monté en comparateur. Ledit étage de commande comprend avantageusement un amplificateur opérationnel monté en comparateur, par exemple inverseur, permettant en fonction de l’état de l’organe de disjonction de délivrer un signal de sortie déclenchant ou non le verrouillage de la batterie par le système de gestion des accumulateurs de batterie. L’invention se rapporte également à un système de gestion des accumulateurs de batterie, caractérisé en ce que ledit système comprend un dispositif de commande de verrouillage tel que défini ci-dessus. L’invention concerne en outre une batterie électrique, avantageusement pour les applications aéronautiques et/ou aérospatiales, caractérisée en ce que ladite batterie comprend un système de gestion des accumulateurs de batterie tel que défini ci-dessus. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels : – la illustre une vue très schématique et de côté d’une batterie électrique équipée d’un système de gestion des accumulateurs de batterie ; – la illustre une vue schématique d’un dispositif de commande de verrouillage selon l’invention ; – la est une vue schématique, agrandie et détaillée du dispositif de la . Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur. En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique. Par ailleurs, sur les différentes figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence. La illustre une vue très schématique et fonctionnelle d’une batterie 1 électrique, par exemple une batterie lithium-ion avantageusement destinée à des applications aéronautiques ou aérospatiales, qui comprend des accumulateurs 2 (ou cellules) de batterie, un système de gestion 3 des accumulateurs de batterie relié auxdits accumulateurs, système 3 également désigné sous l’acronyme anglais « BMS » pour « Battery Management System », ainsi qu’un circuit de communication 4 relié audit système de gestion 3 et configuré pour permettre au système 3 d’échanger des informations avec l’extérieur (informations relatives à l’environnement, à la batterie, à l’avion, etc.), par exemple avec un ordinateur, un serveur, un capteur, etc. Ledit système de gestion 3 de gestion est généralement intégré à ladite batterie 1, afin de surveiller les différentes grandeurs physiques ou électriques caractéristiques d’une batterie 1, et/ou de ses accumulateurs 2 (ou cellules), par exemple une tension, une résistance interne, etc. Ledit système 3 de gestion est également configuré pour empêcher le fonctionnement de la batterie 1 en dehors de sa plage nominale de fonctionnement, c’est-à-dire que le système est configuré pour détecter des conditions anormales de fonctionnement de la batterie (ou d’une ou plusieurs de ses cellules), telles qu’une surintensité, une surtension (notamment lors de sa charge), une sous-tension (notamment lors de sa décharge), une surchauffe, etc. Un tel système 3 peut également comprendre un circuit de verrouillage (non représenté) configuré pour empêcher l’utilisation de la batterie 1, et donc son fonctionnement, notamment si une condition anormale de fonctionnement est précédemment survenue. La illustre ainsi un schéma du dispositif de commande de verrouillage 5 du circuit de verrouillage, l’activation dudit circuit de verrouillage entrainant la déconnexion électrique de la batterie 1, afin de la protéger d’éventuels dommages. Le circuit de verrouillage comprend par exemple un relais électromécanique ou à semi-conducteurs. Ledit dispositif 5 comprend ainsi au moins : – un étage de mémorisation 7 de conditions anormales de fonctionnement de la batterie, ledit étage 7 étant configuré, d’une part, pour recevoir en entrée une ou plusieurs tensions V UV , V OV , V T relatives à des conditions anormales de fonctionnement de la batterie 1 (ou d’une ou plusieurs de ses cellules 2), et d’autre part, mémoriser de façon permanente la survenue d’une condition anormale de fonctionnement de la batterie 1 ; – un étage de commande du verrouillage 9 dont l’entrée est reliée à la sortie dudit étage de mémorisation 7 et dont la sortie est configurée pour être reliée audit système de gestion 3 des accumulateurs de batterie, et plus particulièrement au circuit de verrouillage. On notera qu’on entend par batterie, la batterie 1 dans son ensemble, ou alors un ou plusieurs de ses sous-éléments, c’est-à-dire un seul accumulateur 2, ou cellule, de batterie, ou encore plusieurs accumulateurs 2, ou cellules, montées en série et/ou en parallèle. Ainsi, l’étage de mémorisation 7 est relié à des circuits délivrant des tensions représentant différentes conditions anormales de fonctionnement de ladite batterie et/ou de ses modules, ces circuits étant par exemple intégrés audit système de gestion 3. Il y a avantageusement trois tensions reflétant des conditions anormales, respectivement liées à une sous-tension V UV , à une surtension V OV et/ou un problème de température V T (c’est-à-dire un excès de température ou une température trop basse). Ainsi, dès que l’une des tensions d’entrées V UV , V OV , V T dépasse une valeur seuil, préalablement déterminée (ici une valeur commune auxdites tensions), indicatif d’une condition anormale de fonctionnement, alors il y a mémorisation permanente de cet état par ledit étage de mémorisation 7. De plus, ledit étage de commande 9 est configuré pour envoyer une commande (ou signal) de verrouillage S V audit système de gestion 3, lorsque l’étage de mémorisation 7 a mémorisé une condition anormale de fonctionnement. La est une vue schématique agrandie et détaillée du dispositif de commande de verrouillage 5, et notamment des étages de mémorisation 7 et de commande de verrouillage 9. Ainsi, l’étage de mémorisation 7 comprend au moins : – une résistance R 1 d’entrée, dite première résistance, et une deuxième résistance R 2 montées en pont diviseur, ledit pont étant alimenté en tension par une ou plusieurs des tensions d’entrées V UV , V OV , V T relatives à une condition anormale de fonctionnement de la batterie 1   ; – un organe de disjonction F 1 configuré pour mémoriser une condition anormale de fonctionnement de la batterie et alimenté par une tension continue V CC , avantageusement par l’intermédiaire une résistance de limitation de courant R LI   ; – un transistor T 1 de type MOSFET présentant une grille, une source et un drain, la grille du transistor étant alimentée par une ou plusieurs tensions d’entrée V UV , V OV , V T , ceci par l’intermédiaire du pont diviseur formé par les première et deuxième résistances R 1 et R 2 , la source étant reliée à une masse G (par la masse du système de gestion 3), tandis que le drain est alimenté par la tension continue V CC par l’intermédiaire de l’organe de disjonction F 1   ; – une sortie d’étage de mémorisation 7 qui est connectée à un nœud N D , ou nœud de drain, situé entre le fusible F 1 et le drain du transistor T 1 et qui relie l’étage de mémorisation 7 à l’entrée de l’étage de commande de verrouillage 9. L’étage de mémorisation 7 comprend en outre avantageusement : – un condensateur C 1 , dit premier condensateur, montés en parallèle de la deuxième résistance R 2 , et formant un circuit RC parallèle qui est connecté, d’une part, entre la première résistance R 1 et la grille du transistor T 1 , et d’autre part, à la masse G ; – une résistance R 3 , dite troisième résistance, et une résistance R 4 , dite quatrième résistance formant un autre pont diviseur qui est connecté au nœud de drain N D et à l’entrée de l’étage de commande 9 ; – un condensateur C 2 , dit deuxième condensateur, monté en parallèle de la quatrième résistance R4, et formant ainsi un circuit RC parallèle, circuit RC connecté, d’une part, au nœud de drain N D , par l’intermédiaire de la troisième résistance R 3 , et d’autre part, à la masse G. Plus particulièrement, on notera que le premier pont diviseur formé des première et deuxième résistances R 1 et R 2 , et le circuit RC parallèle, formé de la deuxième résistance R 2 et du premier condensateur C 1 , permettent respectivement de réduire la tension appliquée à la grille du transistor T 1 (par exemple à 0,33 V), et de permettre une montée progressive de la tension appliquée à la grille du transistor T 1 (évitant ainsi une surtension pouvant l’endommager). Le deuxième pont diviseur formé des troisième et quatrième résistances R 3 et R 4 permet entre autres de limiter la tension de sortie de l’étage de mémorisation 7 qui alimente l’entrée inverseuse de l’amplificateur opérationnel AO 1 . Plus particulièrement, ledit organe de disjonction F 1 est avantageusement un fusible, par exemple du type à lames, à tube en verre transparent, etc. ou un disjoncteur, de préférence non réarmable, ou inaccessible à l’utilisateur de la batterie 1 si celui-ci est réarmable. Ainsi, ledit organe de disjonction F 1 est configuré pour mémoriser de façon permanente une condition anormale de fonctionnement de la batterie, en passant d’un état physique à un autre de manière irréversible. On notera qu’on entend par mémorisation permanente et par changement d’état irréversible, le fait que l’organe de disjonction F 1 n’est pas configuré pour revenir à son état initial de manière spontanée, par exemple lorsqu’il n’y pas plus d’alimentation électrique. Ainsi, si ledit organe de disjonction est configuré pour changer d’état si une tension d’entrée V UV , V OV , V T de l’étage de mémorisation 7 est supérieure ou égale à une valeur prédéterminée. Le transistor T 1 , quant à lui, fait office d’interrupteur configuré pour déclencher la disjonction dudit organe de disjonction en fonction de la valeur des tensions d’entrée V UV , V OV , V T dudit étage de mémorisation 7 (notamment lorsque l’une de ces tensions dépasse la valeur prédéterminée). En effet, la tension entre le drain et la source du transistor T 1 est fixée par la tension continue V CC , alors qu’en fonction de la tension de grille du transistor T 1 dépendant de la valeur des tensions d’entrée V UV , V OV , V T , la valeur du courant traversant l’organe de disjonction F 1 entrainant sa disjonction lorsque la valeur des tensions d’entrée V UV , V OV , V T dépasse la valeur seuil prédéterminée. Ainsi, ledit étage de mémorisation 7 est configuré pour délivrer en sortie : – une première valeur de tension V N si l’organe de disjonction F 1 n’a pas mémorisé de condition anormale de fonctionnement ; – une deuxième valeur de tension V A si l’organe de disjonction F 1 a mémorisé une condition anormale de fonctionnement. L’étage de commande de verrouillage 9 comprend, quant à lui, au moins un amplificateur opérationnel AO 1 monté en comparateur. Ledit amplificateur opération AO 1 présente une entrée inverseuse, une entrée non-inverseuse, ainsi qu’une sortie reliée audit circuit de verrouillage du système de gestion 3. L’entrée inverseuse dudit amplificateur opérationnel AO 1 est reliée à la sortie de l’étage de mémorisation 9, tandis que l’entrée non-inverseuse est alimentée par une tension de référence V REF et est reliée à la masse G, par exemple par l’intermédiaire d’un condensateur C 3 , dite troisième condensateur. On notera que ce troisième condensateur C 3 a notamment pour but de diminuer l’impédance d’entrée de l’entrée non-inverseuse de l’amplificateur opérationnel AO 1 . La sortie de l’amplificateur opérationnel AO 1 correspond, quant à elle, à la sortie de l’étage de commande 9 et est donc reliée au circuit de verrouillage dudit système de gestion 3. L’amplificateur opérationnel AO 1 , monté ici en comparateur inverseur, permet en fonction de l’état de l’organe de disjonction F 1 de délivrer un signal de sortie S V déclenchant ou non le verrouillage de la batterie 1 par le système de gestion 3 des accumulateurs de batterie. Ainsi, si la tension de sortie de l’étage de mémorisation 7 correspond à la première valeur de tension V N alors celle-ci est supérieure à la tension de référence V REF , et la tension de sortie est -V SAT , valeur de tension qui ne déclenche pas le verrouillage de la batterie 1. Tandis que si la tension de sortie de l’étage de mémorisation 7 correspond à la deuxième valeur de tension V A alors celle-ci est inférieure à la tension de référence V REF , et la tension de sortie est +V SAT de l’étage de commande 9. Cette valeur de tension +V SAT s’identifie au signal de verrouillage S V et déclenche donc le verrouillage de la batterie 1 par le circuit de verrouillage. On notera que l’étage de commande 9 peut également être configuré pour que le signal de verrouillage S V corresponde à une autre valeur de tension, par exemple avec un amplificateur opérationnel AO 1 monté en comparateur non-inverseur, tant que le système de gestion 3 est configuré en conséquence. Dans d’autres variantes de réalisation de l’invention non représentées, le dispositif 5 ne comprend pas de résistances R 1 , R 2 , R 3 et/ou R 4 formant respectivement un pont diviseur en entrée et en sortie de l’étage de mémorisation 7, par exemple car les tensions d’entrées V UV , V OV , V T (et suivantes) présentent des valeurs de tension compatibles avec les différents composants électroniques du dispositif 5 ou qu’un circuit abaisseur de tension est disposé en amont dudit étage de mémorisation 7. Dispositif de commande de verrouillage (5) pour système de gestion (3) des accumulateurs de batterie, ledit dispositif comprenant au moins : – un étage de mémorisation (7) de conditions anormales de fonctionnement de la batterie, ledit étage étant configuré, d’une part, pour recevoir en entrée une ou plusieurs tensions (V UV , V OV , V T ) relatives à des conditions anormales de fonctionnement, et d’autre part, mémoriser de façon permanente la survenue d’une condition anormale de fonctionnement de la batterie ; – un étage de commande du verrouillage (9) dont l’entrée est reliée à la sortie dudit étage de mémorisation (7) et dont la sortie est configurée pour être reliée audit système de gestion (3) des accumulateurs de batterie, ledit étage de commande (7) étant configuré pour envoyer une commande de verrouillage audit système de gestion (9) des accumulateurs de batterie si une condition anormale de fonctionnement est mémorisée dans ledit étage de mémorisation (7). Dispositif (5) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit étage de mémorisation (7) comprend un organe de disjonction (F 1 ) configuré pour mémoriser une condition anormale de fonctionnement de la batterie. Dispositif (5) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit organe de disjonction (F 1 ) est configuré pour mémoriser de façon permanente une condition anormale de fonctionnement de la batterie. Dispositif (5) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit organe de disjonction (F 1 ) est configuré pour disjoncter si une tension d’entrée (V UV , V OV , V T ) de l’étage de mémorisation (7) est supérieure ou égale à une valeur prédéterminée. Dispositif (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit étage de mémorisation (7) comprend au moins un interrupteur (T 1 ) configuré pour déclencher la disjonction dudit organe de disjonction (F 1 ) en fonction de la tension d’entrée (V UV , V OV , V T ) dudit étage de mémorisation (7). Dispositif (5) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit au moins un interrupteur (T 1 ) est un transistor de type MOSFET. Dispositif (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit étage de mémorisation (7) est configuré pour délivrer en sortie : – une première valeur de tension (V N ) si l’organe de disjonction (F 1 ) n’a pas mémorisé de condition anormale de fonctionnement ; – une deuxième valeur de tension (V A ) si l’organe de disjonction (F 1 ) a mémorisé de condition anormale de fonctionnement ; ledit étage de commande (9) étant configuré pour envoyer une commande de verrouillage audit système de gestion (3) des accumulateurs de batterie si l’étage de commande (9) reçoit en entrée la deuxième valeur de tension (V A ). Dispositif (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit étage de commande (9) comprend au moins un amplificateur opérationnel (AO 1 ) monté en comparateur. Système de gestion (3) des accumulateurs de batterie, caractérisé en ce que ledit système (3) comprend un dispositif de commande de verrouillage (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Batterie électrique (1), caractérisée en ce que ladite batterie comprend un système de gestion (3) des accumulateurs de batterie selon la revendication précédente.