INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de surveillance de l’état de santé d'une batterie à cellules explosives comportant une pluralité de composants internes répartis dans une pluralité de zones, chaque zone de la batterie comportant au moins une cellule explosive, chaque composant interne étant associé à un moyen de vérification de cohérence dudit composant interne, le procédé comprenant au moins : une première vérification de cohérence des données d'un premier composant interne d'une zone de la batterie, et une deuxième vérification de cohérence des données d'un deuxième composant interne de la même zone de la batterie, les première et deuxième vérifications étant espacées d'au plus un intervalle de temps (X) prédéfini.
Ce procédé permet de surveiller l’état de santé de la batterie en utilisant uniquement les composants déjà présents dans ladite batterie, ce qui permet de ne pas augmenter la masse de la batterie, ni son coût. Le procédé est en outre relativement simple à mettre en œuvre dans la mesure où, en dehors de la fenêtre de temps considérée, il est indépendant de tout scénario d’emballement thermique et toute caractérisation de la signature de l’emballement thermique.
Ce procédé peut être mis en œuvre pour toutes sortes de batteries hautes puissances dont les cellules sont explosives. Il peut bien entendu être mis en œuvre sur des batteries Li-ion ou sur des batteries dont la chimie est encore en développement, appelées batteries post Li-ion.
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé de surveillance de l’état de santé d’une batterie selon l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : il comporte une détection d’un emballement thermique lorsque des premières données non-cohérentes sont détectées durant la première vérification de cohérence et que des deuxièmes données non-cohérentes sont détectées durant la deuxième vérification de cohérence. il comporte : une pluralité de première et deuxième vérifications de cohérence, chaque combinaison de première et deuxième vérifications de cohérence étant réalisée pour un ensemble de premier et deuxième composants internes, de natures différentes ; et une détection d’un emballement thermique potentiel lorsque des premières et deuxièmes données non-cohérentes sont détectées pour un ensemble de premier et deuxième composants internes. il comporte une confirmation d’emballement thermique lorsqu’au moins un premier et un deuxième emballements thermiques potentiels sont détectés, le premier emballement thermique potentiel résultant de données non-cohérentes d’un premier ensemble de premier et deuxième composants internes d’une même zone, le deuxième emballement thermique potentiel résultant de données non-cohérentes d’un deuxième ensemble de premier et deuxième composants internes de la même zone. les composants internes de la batterie comprennent au moins un capteur de données positionné à l’intérieur des cellules de la batterie et/ou au moins un bus de données positionné à proximité des cellules de la batterie. les capteurs de données comportent des capteurs de tension et/ou des capteurs de température. l’intervalle de temps est d’une durée prédéfinie, variant entre quelques minutes et quelques dizaines de minutes. une zone comporte une cellule ou un ensemble de plusieurs cellules de la batterie. le nombre de composants internes dans une même zone de la batterie est un paramètre prédéfini en fonction de la batterie, ce nombre étant au moins égal à deux.
Selon un second aspect, l’invention concerne un dispositif de surveillance de l’état de santé d’une batterie à cellules explosives, caractérisé en ce qu’il comporte un organe de gestion de la batterie, localisé à l’extérieur des cellules de la batterie et mettant en œuvre le procédé tel que défini précédemment.
Ce dispositif présente l’avantage de pouvoir être implanté dans un organe déjà existant de la batterie et, par conséquent, de ne générer aucune masse supplémentaire.
Avantageusement, l’organe de gestion de la batterie comporte une unité de détermination d’un emballement thermique recevant, en entrée, des données relatives aux composants internes et fournissant, en sortie, une information d’emballement thermique et une localisation dudit emballement thermique.
La représente, sous la forme d’un diagramme fonctionnel, un mode de réalisation général du procédé de détection d’un emballement thermique selon l’invention ;
Dans l’exemple de la , le procédé vérifie à l’étape 410 si un capteur de tension est perdu. Cette étape 410 est identique à l’étape 110 du procédé 100, excepté qu’elle est appliquée aux capteurs de tension. Si un capteur de tension est détecté comme perdu, à l’étape 410, alors le procédé vérifie (étape 420) si cette perte est arrivée durant la fenêtre de temps X. L’étape 420 pour le capteur de tension est identique à l’étape 120 de la . Si la perte du capteur de tension est intervenue plus tôt que la fenêtre de temps, alors la perte de ce capteur n’est pas prise en considération pour la détection d’un emballement thermique (étape 350). Au contraire, si la perte du capteur de tension est arrivée pendant la fenêtre de temps X, alors le traitement 400 se poursuit par une étape 430 de vérification du nombre de capteurs de tension perdus dans la même zone. Si le nombre de capteurs de tension perdus dans la même zone est supérieur au nombre seuil Y, avec Y par exemple égal à 3, alors il est considéré qu’il existe un emballement thermique potentiel dans la zone (étape 440).
Le traitement 300 de la perte d’un capteur de température est identique au traitement 400 de la perte d’un capteur de tension. Ainsi, il est vérifié à l’étape 310 si un capteur de température est perdu (cette étape 310 est identique à l’étape 110 du procédé 100, excepté qu’elle est appliquée aux capteurs de température). Si un capteur de température est détecté comme perdu, à l’étape 310, alors le procédé vérifie à l’étape 320 si cette perte est arrivée durant la fenêtre de temps X. L’étape 320 pour le capteur de température est identique à l’étape 120 de la . Si la perte du capteur de température est intervenue plus tôt que la fenêtre de temps, alors la perte de ce capteur n’est pas prise en considération pour la détection d’un emballement thermique (étape 350). Au contraire, si la perte du capteur de température est arrivée pendant la fenêtre de temps, alors le traitement 300 se poursuit par une étape 330 de vérification du nombre de capteurs de température perdus dans une même zone. Si le nombre de capteurs de température perdus dans la même zone est supérieur au nombre seuil Y, avec Y par exemple égal à 3, alors il est considéré qu’il existe un emballement thermique potentiel dans la zone (étape 340).
Le procédé comporte ensuite une étape 360 durant laquelle il est vérifié si des emballements thermiques potentiels ont été détectés dans la même zone, pour les capteurs de tension et pour les capteurs de température. Cette étape 360 correspond à l’étape 150 de la dans le cas où le nombre seuil Y est égal à 2. En effet, si un emballement thermique se produit dans une zone de la batterie, alors plusieurs composants internes (capteurs de tension, capteurs de température, ou autres) ont été détruits. À l’étape 360, il est déterminé si au moins deux emballements thermiques potentiels ont été détectés ; dans l’affirmative, alors le procédé passe à l’étape 270 décrite ultérieurement.
En parallèle des traitements 300 et 400, le procédé effectue un traitement 200 pour la perte d’un bus de données. Le traitement 200 de la perte d’un bus de données consiste, quand un bus de données est détecté comme perdu à l’étape 210, à vérifier à l’étape 220 si cette perte est arrivée durant la fenêtre de temps X. L’étape 220 pour le bus de données est identique aux étapes 320 et 420 pour la perte d’un capteur. Si la perte du bus de données est intervenue plus tôt que la fenêtre de temps X, alors la perte de ce bus de données n’est pas prise en considération pour la détection d’un emballement thermique (étape 250). Au contraire, si la perte du bus de données est arrivée pendant la fenêtre de temps X, alors il est considéré qu’il existe un emballement thermique potentiel dans la zone (étape 240).
Le traitement 200 se poursuit par une étape 260 de vérification du nombre de bus de données perdus dans la même zone. Si deux bus de données sont détectés perdus dans la même zone et s’il a été déterminé à l’étape 360 que plusieurs emballements thermiques potentiels ont été détectés dans la même zone par les traitements 300 et 400, alors il est considéré qu’un emballement thermique se produit dans la batterie (étape 270). Lorsqu’il a détecté l’existence d’un emballement thermique, l’organe de gestion de la batterie transmet les informations nécessaires au poste de pilotage de l’aéronef et/ou commande les opérations d’urgences prévues en cas d’emballement thermique.
La représente, sous une forme fonctionnelle, un exemple de la fonction à intégrer dans l’organe de gestion de la batterie, localisé à l’extérieur des cellules de la batterie. Cet organe de gestion de la batterie peut, par exemple, être un BMS (pour Battery Management System, en termes anglo-saxons) intégrant une unité 10 de détermination de l’emballement thermique, comprenant par exemple une carte de traitement électronique. Dans l’exemple de procédé de la , l’unité 10 de détermination de l’emballement thermique reçoit, en entrée, les données des capteurs de température, les données des capteurs de tension et l’état des bus de données et fournit, en sortie, une information de détection d’un emballement thermique et une information de localisation dudit emballement thermique. En particulier, dans l’exemple de la , l’unité 10 de détermination de l’emballement thermique : reçoit, en entrée, les données des capteurs de température 11 de la zone 1 de la batterie, les données des capteurs de tension 12 de la zone 1 et l’état des bus de données 13 de la zone 1, les données des capteurs de température 14 de la zone 2 de la batterie, les données des capteurs de tension 15 de la zone 2 et l’état des bus de données 16 de la zone 2 ; et fournit, en sortie, une information 17 de détection d’un emballement thermique dans la zone 1 et une information 18 de détection d’un emballement thermique dans la zone 2.
Bien entendu, l’unité 10 reçoit les données de tous les capteurs et bus de données dont le procédé veut détecter la perte, quels que soient le type des capteurs, le type des bus et les zones de la batterie, et fournit une information de détection d’un emballement thermique pour toutes les zones de la batterie.
Dans certains modes de réalisation, la fonction de détection de l’emballement thermique peut être implantée dans un organe de gestion autre que le BMS. Elle peut être intégrée dans n’importe quelle unité de traitement de la batterie par laquelle transitent les mesures (par exemple un moniteur de batterie LTC 6804, etc.).
Un exemple d’implémentation de la fonction de détection de l’emballement thermique selon l’invention est représenté sur la , en liaison avec la . L’exemple d’implémentation de la montre, pour la zone 1 de la batterie, l’entrée recevant les données des capteurs de température 11, celle recevant les données des capteurs de tension 12 et celle recevant l’état des bus de données 13. La montre également : la ligne de traitement 21 de la perte des capteurs de température 11 (qui correspond aux étapes 310 à 340 du procédé de la ), la ligne de traitement 22 de la perte des capteurs de tension 12 (qui correspond aux étapes 410 à 440 du procédé de la ) , la ligne de traitement 23 de la perte de bus de données 13 (qui correspond aux étapes 210 à 260 du procédé de la ), le test 31 de détermination du nombre d’emballements thermiques potentiels des capteurs (qui correspond à l’étape 360 du procédé de la ), et la détermination 32 d’un emballement thermique dans la zone 1 (qui correspond à l’étape 270 du procédé de la ).
La représente des exemples de chronogrammes d’une simulation de perte d’un capteur de température (courbe A), d’une simulation de perte d’un bus de données (courbe B) et de la résultante des courbes A et B, après application du procédé 100 (courbe C). Sur les courbes A et B, le signal passe à 1 lorsqu’une perte de capteur/bus est détectée. Dans l’exemple : juste après l’instant t0 (c'est-à-dire à to plus quelques dixièmes ou centièmes de secondes), le signal passe à 1 sur la courbe A : la perte d’un premier capteur est détectée ; à l’instant t1, le signal resté à 1 sur la courbe A signifie que la perte d’un deuxième capteur a été détectée ; le signal de la courbe C passe alors à 1 : un emballement thermique est détecté ; à l’instant t2, le signal de la courbe A passe à 0 : la détection de pertes capteurs (courbe A) et la détection d’emballement thermique (courbe C) sont réinitialisées ; entre les instants t2 et t3, le signal de la courbe B passe à 1 : la perte d’un bus de communication est détectée ; à l’instant t3, le signal de la courbe B reste à 1 : la perte d’un deuxième bus de communication est détectée ; le signal de la courbe C passe alors à 1 : un emballement thermique est détecté.
Le procédé tel qu’il vient d’être décrit permet non seulement de détecter un emballement thermique en utilisant uniquement les composants déjà intégrés à la batterie, c'est-à-dire sans l’ajout d’aucun nouveau composant, mais il permet en outre déterminer la zone de l’emballement thermique. Ce procédé est de plus applicable quel que soit le type de cellules de la batterie puisque les seules informations utilisées sont celles relatives à la perte des données.
Bien que décrit à travers un certain nombre d'exemples, variantes et modes de réalisation, le procédé de détection d’un emballement thermique selon l’invention, et son dispositif de mise en œuvre, comprennent divers variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme du métier, étant entendu que ces variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention.
PROCEDE DE RECALAGE DE L’ETAT DE CHARGE D’UN SYSTEME DE BATTERIE Le domaine de l’invention concerne un procédé de recalage de l’état de charge d’un système de batterie à la suite d’une phase de relaxation comportant une phase d’évaluation d’une autorisation de recalage.
Dans le domaine de l’automobile, notamment des véhicules électrifiés, le système de batterie comporte une unité de commande en charge de la supervision de la batterie, et en particulier d’estimer en permanence l’état de charge, couramment désigné par l’acronyme anglophone SOC pour « State of Charge ». Outre l’importance de délivrer une information d’autonomie fiable au conducteur, elle est essentielle pour la supervision car elle permet de garantir le bon fonctionnement de la batterie, d’optimiser son usage, ainsi que toutes les fonctions énergétiques vitales du véhicule. Classiquement, au réveil de la batterie, l’état de charge est initialisé à une valeur déterminée sur la base d’une mesure de la tension à vide, couramment désignée par l’acronyme OCV pour « Open Circuit Voltage » en anglais. La tension à vide est la tension aux bornes de la batterie à courant nul. La tension se stabilise suite à une période de relaxation d’une durée minimale d’environ trente à quarante minutes selon la chimie de la batterie et de la température. Cette tension stabilisée est intéressante car elle permet d’estimer avec précision l’état de charge au moyen de cartographies obtenues en essai mettant en correspondance des valeurs d’état de charge et des valeurs de la tension à vide.
Ensuite, en fonctionnement, l’état de charge est actualisé par des mesures de courant et par calcul de la variation d’énergie. Cependant, après une certaine durée de fonctionnement et pour certains profils de roulage, de courte durée par exemple ou présentant des pics de courant, ce calcul peut être affecté d’un biais du fait des erreurs de précision des capteurs de courant et de la chaine de traitement numérique des informations, notamment. Il est donc nécessaire de mettre à jour périodiquement de manière précise la valeur d’état de charge afin de garantir un fonctionnement optimal du système de batterie. Cette opération appelée recalage ou initialisation s’effectue au moyen de la cartographie de correspondance et est généralement opérée au réveil du système de batterie.
On connait le document FR3094796A1 décrivant un procédé d’initialisation de l’état de charge d’un système de batterie. Ce procédé enseigne d’estimer un état de charge sur la base de la valeur délivrée par la cartographie de tension à vide dès que l’on détecte que la durée de relaxation est supérieure à une durée cible. Cette opération est automatique car on considère que la tension à vide est en condition de fournir une estimation précise. Et, lorsque la durée de relaxation n’a pas atteint la durée cible, le recalage s’effectue en prenant en compte une estimation d’erreur entre la valeur de la tension à vide pour la durée cible et la valeur pour la durée effective à l’initialisation.
illustre une vue en coupe d’un composant mémoire selon l’invention selon la première configuration de fonctionnement.
illustre une vue en coupe du composant mémoire selon l’invention selon la seconde configuration de fonctionnement.
illustre une matrice de cellules mémoire selon l’invention.
illustre une modélisation électrique d’une cellule mémoire de la matrice selon l’invention selon la première configuration de fonctionnement.
illustre une modélisation électrique d’une cellule mémoire de la matrice selon l’invention selon la seconde configuration de fonctionnement.
illustre un schéma fonctionnel de l’architecture d’un circuit de stockage de données comprenant la matrice de cellules mémoire selon l’invention.
illustre un premier exemple du pilotage de la configuration de fonctionnement des cellules mémoire d’un circuit de stockage de données selon l’invention selon la phase calculatoire exécutée.
illustre un second exemple du pilotage de la configuration de fonctionnement des cellules mémoire d’un circuit de stockage de données selon l’invention selon la phase calculatoire exécutée.
illustre un mécanisme de lecture selon la première configuration de fonctionnement réalisé par un premier mode de réalisation du circuit de lecture.
illustre un mécanisme de lecture selon la seconde configuration de fonctionnement réalisé par le premier mode de réalisation du circuit de lecture.
illustre un mécanisme de lecture alternatif selon la seconde configuration de fonctionnement réalisé par le premier mode de réalisation du circuit de lecture.
illustre un mode de réalisation combiné du circuit de lecture et d’une mémoire de stockage intermédiaire selon l’invention.
illustre un mécanisme de lecture et de stockage selon la seconde configuration de fonctionnement réalisé par le circuit combiné de la .
La illustre une vue en perspective d’un mode de réalisation d’une pluralité de structures mémoires NVM non volatiles et configurables selon l’invention. Les structures mémoires NVM sont réalisées par un empilement de couches minces sur un même substrat semiconducteur SUB. L’empilement de couches minces est réalisé par les procédés usuels de fabrication microtechnique comprenant le dépôt de couches minces, la gravure, la lithographie et le dopage. Dans le contexte de l’invention, l’ensemble des structures mémoires NVM sont agencées selon une matrice 100. Par souci de simplification de l’illustration, nous représentons uniquement une ligne de trois structures mémoires NVM sur la . De plus, une couche de matériau diélectrique (non représentée ici pour simplification), peut séparer les structures mémoire du substrat SUB. Ladite couche est réalisée en dioxyde de silicium SiO2 par exemple. Dans l’exemple illustré, les structures mémoires NVM sont gravées de sorte qu’elles sont séparées par un espace vide. Alternativement, Il est envisageable de séparer les structures mémoires par des couches de matériau électriquement isolant à la place des espaces vides.
Chaque structure mémoire NVM selon l’invention se compose de l’empilement de couches minces selon l’ordre suivant : une première couche C1 en un matériau électriquement conducteur formant une électrode inférieure EL1 ; une deuxième couche C2 en un matériau diélectrique et ferroélectrique et une troisième couche C3 en matériau électriquement conducteur formant une électrode supérieure EL2. Les caractéristiques des matériaux constituant les couches de structure mémoire NVM permettent une compatibilité de ladite structure avec deux configurations de fonctionnement des technologies des mémoires : la première configuration de fonctionnement CONF1 correspondant à une mémoire ferroélectrique à polarisation électrique variable; et la seconde configuration de fonctionnement CONF2 correspondant à une mémoire résistive à filament conducteur variable. On dénomme la deuxième couche C2 dans la suite de la description la « couche centrale ».
A titre d’exemple et sans perte de généralité, la première couche C1 (et donc l’électrode inférieure EL1) et la troisième couche C3 (et donc l’électrode supérieure EL1) sont réalisées en nitrure de titane TiN. Le choix du nitrure de titane TiN permet d’éviter la formation d’une couche d’oxyde au niveau des deux interfaces avec la couche centrale C2 confinée entre les deux électrodes. L’épaisseur de chacune des couches C1(EL1) et C3 (EL2) est de l’ordre de quelques dizaines de nanomètres, plus particulièrement égale à 100nm.
La illustre un mode de réalisation préférentiel d’agencement du coupleur entre chacune des antennes d’un couple d’antenne.
La illustre le mode de réalisation du satellite avec un bras déployable.
Le satellite selon l’invention est illustré sur la . Il comprend une plateforme PF, de structure plane, par opposition aux satellites cubiques, ou équivalents, et dont les dimensions longueur/largeur/hauteur ont le même ordre de grandeur. Par structure plane, on entend ainsi un satellite dont la plus petite dimension de la plateforme est inférieure ou égale à λ, où λ correspond à la longueur d’onde du signal de télécommande ou de télémesure. La structure plane permet notamment, lors de la phase de lancement du satellite, d’empiler des dizaines de satellites (non déployés) dans la coiffe du lanceur.
La plateforme peut être rectangulaire, ou encore prendre la forme d’un disque, afin d’être adapté à la forme cylindrique typique des coiffes des lanceurs. Elle peut aussi être en forme de demi-disque, afin de mettre deux satellites côte à côte sur un même étage dans la coiffe d’un lanceur, voire être en forme de quart de disque, afin de mettre quatre satellites côte à côte sur un même étage dans la coiffe d’un lanceur.
Il comprend également un système de propulsion SP pour la mise à poste. Le système de propulsion SP peut comprendre par exemple des propulseurs à effet Hall (moteurs qui utilisent l'énergie fournie par les panneaux solaires) qui produisent leur poussée en expulsant du gaz, par exemple du krypton ou du xénon.
Le satellite comprend une charge utile PL. La charge utile PL peut être par exemple un répéteur de télécommunications dans le cas d’une mission de télécommunications (téléphonie, internet, internet des objets …), ou bien une charge utile d’observation pour des missions d’observation de la Terre, par exemple pour effectuer une mission d’imagerie.
Le satellite comprend également au moins un panneau solaire PS, destiné à alimenter la plateforme PS et la charge utile PL en énergie électrique. Généralement, les satellites comprennent plusieurs panneaux solaires connectés les uns aux autres, un système de déploiement permettant alors à l’ensemble de panneaux solaires PS de se déployer une fois en orbite.
La présente description mentionne un seul panneau solaire, mais elle peut également être appliquée au cas où un ensemble de plusieurs panneaux solaires est déployé.