Brevet FR3161984A1 — publié le 20251107

L’invention concerne un véhicule automobile comprenant une batterie (BT) et un système de gestion, la batterie (BT) comprenant : - de préférence un boîtier et/ou au moins une languette de borne ; - des modules de batterie (M) équipés de cellules de batterie (CB) ; - au moins une barre omnibus (B) agencée entre deux alignements de cellules de batterie (CB) ; - au moins un capteur de température (C) disposé sur ladite barre omnibus (B) et/ou le boîtier et/ou ladite languette de borne ; - au moins un modèle d’évaluation de la température de points de la batterie ; - un moyen de calcul de la température réelle des points à partir de la mesure correspondante corrigée en partie ou en totalité par les données dudit modèle d’évaluation. L’invention concerne également un procédé et un programme sur la base d’un tel véhicule. Figure 1 VEHICULE AUTOMOBILE COMPRENANT UN CAPTEUR DE TEMPERATURE COUPLE A UN MODELE D’ESTIMATION DE TEMPERATURE, PROCEDE ET PROGRAMME SUR LA BASE D’UN TEL VEHICULE L'invention se rapporte au domaine des systèmes de gestion de batterie (ou « Battery Management Systems » en langue anglaise) pour diagnostiquer et contrôler l’état d’une batterie de traction d’un véhicule automobile. L’invention concerne plus particulièrement les mesures de température de cellules de la batterie. Il est difficile de mesurer la température de certaines batteries telles que celles dont les cellules ont une forme prismatique. En effet, il n’est pas possible de placer un capteur de température à l’intérieur d’un boîtier de la cellule dans un contexte industriel. Par conséquent une solution du demandeur est de placer un capteur de température sur le boîtier de la cellule, sur une languette de la cellule ou sur une barre omnibus du module. La température mesurée à ces endroits est soit utilisée directement ou une marge de température est utilisée pour approximer la température du cœur de la cellule. Au bout du compte, cette valeur de température est utilisée en entrée du contrôle de température de la cellule et pour diagnostiquer la cellule. La plupart des solutions courantes ne considèrent pas la température du boîtier de cellule qui aide à calculer la dissipation de chaleur du réfrigérant. L’objectif d’un système de gestion de batterie est de contrôler la température centrale de la cellule, plus précisément l’empilement (ou « jellyroll » en langue anglaise) placé à l’intérieur du boîtier, et où se produisent les réactions électrochimiques. L’utilisation des solutions existantes est problématique car : - l’emplacement de la mesure n’est pas sur l’empilement lui-même (mesure ex-situ) ; - l’emplacement de la mesure comprend plusieurs matériaux avec des propriétés thermiques différentes de celles de l’empilement. Cela peut entraîner une erreur de mesure significative par rapport à une mesure sur l’empilement lui-même ; - la définition de la marge ajoutée à la mesure est complexe et insuffisante pour représenter avec précision tous les scénarios d’exploitation de la batterie. Par conséquent, l’erreur de mesure est réduite par rapport à une utilisation directe de la mesure, mais elle peut toujours entraîner une erreur significative ; - les problèmes existants se répètent si l’on veut prendre en compte le gradient de température (température minimale et maximale) de l’empilement. La prise en compte du gradient est une nécessité car la cellule est refroidie d’un côté, et certains facteurs limitants dépendent de la température minimale, tandis que d’autres facteurs limitants dépendent de la température maximale ; - comme la température à l’intérieur de la cellule n’est pas bien connue, il est difficile de connaître la chaleur dissipée par le système de refroidissement. Cela rend le contrôle du système de refroidissement plus difficile pour avoir la puissance de refroidissement appropriée au bon moment. La conséquence d’une erreur de mesure est : - une perte de performance lorsque la température devient le facteur limitant le plus l’utilisation de la batterie (dans des scénarios de température froide et chaude et de puissance maximale, lors d’une charge rapide) ; - une perte de précision dans le diagnostic de la batterie car c’est une information d’entrée importante ; - une perte de performance dans le contrôle du système de refroidissement car la solution actuelle peut apporter des informations retardées ou inexactes sur la chaleur dissipée par le liquide de refroidissement. Le système de refroidissement peut ne pas apporter la bonne quantité de puissance de refroidissement au bon moment. Un objectif de la présente invention est de proposer une solution pour améliorer les performances dans le contrôle de température en limitant les problèmes d’exactitude des mesures de température des cellules de batterie. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un véhicule automobile comprenant une batterie de traction et un système de gestion de batterie connecté à la batterie de traction, la batterie de traction comprenant : - de préférence un boîtier et/ou au moins une languette de borne ; - des modules de batterie équipés de cellules de batterie ; - au moins une barre omnibus agencée entre deux alignements de cellules de batterie ; - au moins un capteur de température disposé sur ladite barre omnibus et/ou le boîtier et/ou ladite languette de borne ; - au moins un modèle d’évaluation de la température d’au moins un point de la batterie ; - un moyen de calcul de la température réelle dudit point de la batterie à partir de la mesure de température correspondante corrigée en partie ou en totalité par les données dudit modèle d’évaluation. Avantageusement, l’invention permet de coupler un modèle thermique simplifié de la cellule avec la mesure ex-situ à l’aide d’une méthode d’estimation telle que le filtre de Kalman. Le modèle thermique simplifié est composé de plusieurs nœuds thermiques de l’empilement pour prendre en compte le gradient thermique du cœur de la cellule et la chaleur dissipée par le système de refroidissement tout en gardant la solution intégrée dans le calculateur de la voiture. De préférence, le moyen de calcul utilise un filtre kalman. Cela permet d’améliorer la précision de calcul de la température. Préférentiellement, le moyen de calcul met en œuvre une phase d’estimation du filtre de Kalman définie par la formule : où sont les états de la phase d’estimation ; cette estimation étant composée des états de la phase de prédiction et d’un terme corrigeant cette prédiction ; cette correction étant basée sur une différence pondérée entre un modèle et une mesure . Cela permet d’améliorer la précision de la phase d’estimation, et de mieux calibrer le filtre kalman. De préférence, le moyen de calcul met en œuvre un gain de Kalman défini par la formule : avec : la covariance de prédiction décrite par la formule : avec : les incertitudes du modèle ; et : la covariance, elle-même définie par la formule avec : les incertitudes de la mesure. Cela permet d’améliorer la précision du calcul du gain kalman, et donc de la température. Préférentiellement, ledit modèle est basé sur un des ensembles de nœuds thermiques suivants auxdits points : - deux nœuds thermiques représentant les deux languettes de la cellule ; - trois nœuds thermiques représentant l’empilement de la cellule ; - deux nœuds thermiques représentant le boîtier sur les grandes faces de la cellule ; et - un nœud thermique représentant le boîtier sur la face inférieure de la cellule. Cela permet de déterminer les températures à différents points spécifiques de la cellule ou de la batterie. Un autre objet de l’invention concerne un procédé d’estimation de température d’au moins un point de la batterie de traction d’un véhicule automobile selon l’invention, comprenant les étapes suivantes : - une étape d’évaluation de la température audit point au moyen d’au moins un modèle d’évaluation ; - une étape de calcul de la température réelle dudit point de la batterie à partir de la mesure de température correspondante corrigée en partie ou en totalité par les données dudit modèle d’évaluation. De préférence, dans l’étape de calcul, on utilise un filtre kalman. Préférentiellement, dans l’étape de calcul, on met en œuvre une phase d’estimation du filtre de Kalman définie par la formule : où sont les états de la phase d’estimation ; cette estimation étant composée des états de la phase de prédiction et d’un terme corrigeant cette prédiction ; cette correction étant basée sur une différence pondérée entre un modèle et une mesure . De préférence, dans l’étape de calcul, on met en œuvre un gain de Kalman défini par la formule : avec : la covariance de prédiction décrite par la formule : avec : les incertitudes du modèle ; et : la covariance, elle-même définie par la formule avec : les incertitudes de la mesure. L’invention porte en outre sur un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé d’estimation selon l’invention, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. L'invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées dans lesquelles : - FIG. 1 illustre schématiquement une vue en plan d’un module de batterie comprenant des cellules et une barre omnibus équipée d’un capteur de température, dans le cadre d’une variante préférée de l’invention ; - FIG. 2 illustre schématiquement un modèle électro-thermique simplifié de la cellule dans le cadre d’un procédé et un système selon un mode de réalisation préféré de l’invention ; - FIG. 3 illustre schématiquement des vues extérieures d’une batterie avec les différents nœuds thermiques dont la température est déterminée par le modèle ; - FIG. 4 illustre schématiquement une vue des empilement d’une cellule avec des nœuds thermiques de l’empilement. Dans un module M, un ou plusieurs capteurs de température C sont placés sur la barre omnibus B afin d’estimer la température de la cellule CB. Dans la FIG. 1 , ces capteurs C sont représentés au milieu du module de batterie M. Cette invention propose de coupler au moins une de ces mesures de température à un modèle électro-thermique d’au moins une cellule CB afin d’améliorer les estimations de température de la cellule. La méthode d’estimation proposée dans cette invention est le filtre de Kalman discret, mais d’autres méthodes d’estimation pourraient être appliquées. La phase de prédiction à l’étape k du filtre de Kalman est définie par la formule : où sont les états de la phase de prédiction, et sont la matrice de la représentation de l’espace d’état du modèle électro-thermique, et sont respectivement les états de la phase d’estimation précédente et les entrées de l’estimateur. Ces éléments seront décrits plus tard dans le paragraphe sur le modèle électro-thermique. La phase d’estimation du filtre de Kalman est définie par la formule : où sont les états de la phase d’estimation ; cette estimation étant composée des états de la phase de prédiction et d’un terme corrigeant cette prédiction ; cette correction étant basée sur une différence pondérée entre un modèle et une mesure . Dans cette invention, la proposition est de baser une partie ou la totalité de la correction à l’endroit où une température est placée sur le module M ou la cellule CB. Ces capteurs de température C peuvent être placés sur la barre omnibus du module comme le montre la figure 1, ou avec une mesure sur la languette ou le boîtier de la cellule. Par conséquent, est un modèle thermique reliant les nœuds thermiques de la cellule à la température à l’emplacement de la mesure. L’invention décrite ci-dessous prendra l’exemple de la température de la languette positive comme lieu de mesure de la température pour l’estimation. Le coefficient pondéré appliqué à la différence est défini par le gain de Kalman où : avec : la covariance de prédiction décrite par la formule : avec : les incertitudes du modèle ; et : la covariance, elle-même définie par la formule avec : les incertitudes de la mesure. Il est intéressant de voir que le poids de la correction est basé sur le modèle thermique et les incertitudes. Par conséquent, si nous avons confiance en la mesure, l’estimateur corrigera le modèle tout en respectant la physique décrite dans le modèle thermique et en tenant compte des incertitudes du modèle de chaque nœud thermique. La méthode d’estimation étant décrite, expliquons comment obtenir le reste des éléments du filtre de Kalman ( ) avec la description d’un modèle électro-thermique simplifié de la cellule. Ce modèle est décrit dans le schéma de la FIG. 2 . Dans cette figure, NT est un nœud thermique, représentant donc une température déduite par le calcul du modèle (ici en °C) ; ET est une température en entrée (ici en °C) obtenue par mesure ou par une autre fonction dans le système de gestion de batterie ; CT est une conductance thermique entre deux nœuds thermiques NT (W/K) ; GC est un générateur de chaleur (en W) associé à un nœud thermique NT. Ce modèle est composé de 8 nœuds thermiques NT, deux représentant les deux languettes de la cellule (NT1, NT2), trois représentant l’empilement de la cellule (NT3, NT4, NT5), deux représentant le boîtier sur les grandes faces de la cellule (NT6, NT7), et un représentant le boîtier sur la face inférieure de la cellule (NT8). La position de chacun de ces nœuds thermiques NT sur une cellule CB et la mesure de température pour cet exemple peuvent être représentées comme illustré en figures 3 et 4. L’emplacement de ces nœuds thermiques permet de calculer la température minimale, maximale et moyenne de l’empilement en utilisant NT1, NT2 et NT3. Cette information est utile pour alimenter les estimateurs du système de gestion de batterie pour indiquer l’état de charge et l’état de puissance disponible. La chaleur dissipée par le liquide de refroidissement peut être évaluée à l’aide de NT8. Cela est utile pour informer le système de refroidissement de la chaleur qui arrivera bientôt au refroidisseur afin d’ajuster sa réponse au besoin de refroidissement. L’invention concerne en outre un procédé et un programme de pré-contrôle mettant en œuvre les éléments discutés ci-dessus. Le programme peut être chargé dans la mémoire d’un système de gestion de batterie du véhicule automobile ou celle d’un calculateur spécifique. En variante, dans le cadre de l’invention, on peut envisager : - une variante avec mesure de la température du boîtier, et une mesure de la température de la barre omnibus ; - une variante avec plusieurs mesures de température ; - une variante avec un modèle légèrement différent : avec plus ou moins d’échanges thermiques entre les nœuds thermiques ; plus ou moins de nœuds thermiques sur les faces du boîtier ; plus ou moins de nœuds thermiques sur les languettes ; plus ou moins de nœuds thermiques sur les empilements ; plus de nœuds thermiques pour l’électrolyte ; plus de nœuds thermiques pour l’air ambiant interne à l’intérieur du boîtier ; plus de nœuds thermiques pour un ou les deux collecteurs de courant ; - une variante avec d’autres techniques d’estimation (Luenberger par exemple) ; - une variante avec une méthode différente pour calculer la chaleur générée par les empilements : addition de l’entropie ; utilisation d’un modèle de tension ou de surtension. Véhicule automobile comprenant une batterie de traction (BT) et un système de gestion de batterie connecté à la batterie de traction (BT), la batterie de traction (BT) comprenant : - de préférence un boîtier et/ou au moins une languette de borne (L) ; - des modules de batterie (M) équipés de cellules de batterie (CB) ; - au moins une barre omnibus (B) agencée entre deux alignements de cellules de batterie (CB) ; - au moins un capteur de température (C) disposé sur ladite barre omnibus (B) et/ou le boîtier et/ou ladite languette de borne (L) ; - au moins un modèle d’évaluation de la température d’au moins un point de la batterie (NT1, NT2, NT3, NT4, NT5, NT6, NT7, NT8) ; - un moyen de calcul de la température réelle dudit point de la batterie (NT1, NT2, NT3, NT4, NT5, NT6, NT7, NT8) à partir de la mesure de température correspondante corrigée en partie ou en totalité par les données dudit modèle d’évaluation. Véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de calcul utilise un filtre Kalman. Véhicule automobile selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de calcul met en œuvre une phase d’estimation du filtre de Kalman définie par la formule : où sont les états de la phase d’estimation ; cette estimation étant composée des états de la phase de prédiction et d’un terme corrigeant cette prédiction ; cette correction étant basée sur une différence pondérée entre un modèle et une mesure . Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de calcul met en œuvre un gain de Kalman défini par la formule : avec : la covariance de prédiction décrite par la formule : avec : les incertitudes du modèle ; et : la covariance, elle-même définie par la formule avec : les incertitudes de la mesure. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit modèle est basé sur un des ensembles de nœuds thermiques suivants auxdits points : - deux nœuds thermiques (NT1, NT2) représentant les deux languettes de la cellule ; - trois nœuds thermiques (NT3, NT4, NT5) représentant l’empilement de la cellule (NT3, NT4, NT5) ; - deux nœuds thermiques (NT6, NT7) représentant le boîtier sur les grandes faces de la cellule ; et - un nœud thermique (NT8) représentant le boîtier sur la face inférieure de la cellule. Procédé d’estimation de température d’au moins un point (NT1, NT2, NT3, NT4, NT5, NT6, NT7, NT8) de la batterie de traction d’un véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant les étapes suivantes : - une étape d’évaluation de la température audit point (NT1, NT2, NT3, NT4, NT5, NT6, NT7, NT8) au moyen d’au moins un modèle d’évaluation ; - une étape de calcul de la température réelle dudit point de la batterie (NT1, NT2, NT3, NT4, NT5, NT6, NT7, NT8) à partir de la mesure de température correspondante corrigée en partie ou en totalité par les données dudit modèle d’évaluation. Procédé d’estimation selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans l’étape de calcul, on utilise un filtre Kalman. Procédé d’estimation selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans l’étape de calcul, on met en œuvre une phase d’estimation du filtre de Kalman définie par la formule : où sont les états de la phase d’estimation ; cette estimation étant composée des états de la phase de prédiction et d’un terme corrigeant cette prédiction ; cette correction étant basée sur une différence pondérée entre un modèle et une mesure . Procédé d’estimation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que dans l’étape de calcul, on met en œuvre un gain de Kalman défini par la formule : avec : la covariance de prédiction décrite par la formule : avec : les incertitudes du modèle ; et : la covariance, elle-même définie par la formule avec : les incertitudes de la mesure. Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé d’estimation selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.