INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Quelle que soit la stratégie retenue pour définir G1, G2 et/ou les tensions associées, l’échauffement est causé par la valeur efficace du courant. Il est donc possible d’échauffer les éléments ou les cellules avec un courant moyen échangé nul. Ce courant peut donc avoir n’importe quelle forme, par exemple une forme périodique à moyenne nulle (carré, ou sinusoïdale, ou triangle) à laquelle on peut éventuellement superposer une composante continue pour assurer par exemple un équilibrage d’état de charge entre les briques. En alternative, le courant peut être constant et ce sont les tensions qui sont alternatives et qui peuvent éventuellement inclure une composante continue. Enfin, il est possible d’avoir les deux (tension et courant variables), avec une puissance instantanée périodique et comportant éventuellement une composante non nulle pour assurer de l’équilibrage.
L’équilibrage, par exemple en charge, d’un pack de batterie selon l’invention peut aussi avoir été effectué dans un premier temps (par exemple dès l’arrêt du véhicule), le réchauffage selon l’invention s’effectuant ensuite, par exemple à courant moyen quasi-nul pour une cellule réchauffée et en effectuant des va-et-vient de courant.
Un équilibrage des charges entre les éléments peut être à réaliser, par exemple après un arrêt prolongé, si on a par exemple un effet d’auto-décharge non homogène et un effet de relaxation conduisant à des tensions relaxées non homogènes. On peut alors réaliser un équilibrage, avec un courant moyen relativement faible devant le courant nominal. Au contraire, les courants échangés en allers-retours pour préchauffer selon l’invention sont significativement plus élevés en amplitude (au moins un facteur 3). L’échauffement lié à la composante continue peut-être la plupart du temps négligée, il est toutefois possible de la prendre en compte en réduisant d’autant la composante AC pour viser le courant efficace d’échauffement souhaité.
La représente une boucle de régulation du courant pouvant être mise en œuvre dans le cadre de l'invention, par exemple par les moyens 30.
Cette boucle de régulation permet de réguler le courant sortie Iout pour lui faire suivre un courant de consigne Iout_set.
Tous les éléments de contrôle (soustracteur de gauche, 304, 305, 306, 306’ etc) de la boucle de régulation de la peuvent être implémentés par un même calculateur, de même que, éventuellement :
- les fonctions de la (décrite ci-dessous) ;
- et/ou éventuellement le traitement des données reçues, et/ou la préparation des données ou des trames de commande à envoyer aux modules.
La boucle de régulation, avec la sortie du pack placée en court-circuit par les moyens 20, régule le courant qui circule dans ces moyens 20 à partir d’un courant de consigne ; I out correspond aussi au courant qui est échangé entre les groupes G1 et G2. L’écart entre et entre dans un régulateur (correcteur 304) qui peut être de tout type, par exemple un PID (Proportionnel Intégrale Dérivé) ou encore intégrant des mécanismes de prédiction ou de modèle inverse. Ce correcteur 304 détermine l’écart, à chaque instant, en nombre N de briques entre les groupes G1 et G2, les groupes G1 et G2 étant de polarité opposée .
Le bloc 305 « distribution », détermine le nombre de briques à exploiter dans le groupe G1 et le nombre à exploiter dans le groupe G2, et ce en respectant la condition . Autrement dit, puisqu’il existe plusieurs combinaisons qui peuvent produire un même , une fonction de choix ou d‘arbitrage peut être mise en œuvre, ici par les moyens 305. Ces moyens peuvent retenir ou choisir une combinaison, parmi les combinaisons possibles, par exemple qui maximise le nombre d’éléments mis en jeu (critère de choix). Plus généralement, on peut choisir différentes options :
- maximisation de ;
- ou se placer à une amplitude un peu éloignée des butées maximales/minimales ; par exemple une amplitude en dessous de ; - ou ajuster l’amplitude en fonction de la dispersion de température entre les différents éléments (une amplitude plus faible induisant une sélection d’un nombre plus réduit d’éléments et une gestion plus individuelle ; une amplitude plus grande induisant une sélection d’un nombre plus grand d’éléments qui vont voir un courant plus homogène, surtout si la forme d’onde est un carré ou une tension continue). - ou ajuster la tension U G1 et/ou U G2 , en fonction du courant de consigne ; par exemple : lorsque le courant de consigne est élevé, seules les cellules devant être les plus chauffés sont susceptibles d’être connectées et plus le courant diminue, plus le nombre de cellules susceptibles d’être connectées augmente. - ou ajuster en temps réel une proportion de temps de connexion, pour chaque cellule de chaque groupe, en fonction de l’écart, pour chaque cellule, avec sa température cible. Cet ajustement peut par exemple être calculé via une boucle de régulation. Par exemple les cellules qui ont le plus besoin d’être réchauffés sont connectés en permanence et d’autres, pour lesquelles le besoin de réchauffement est moindre, sont connectées seulement une proportion du temps, par exemple x ms toutes les secondes ; cette proportion est par exemple fonction de l’écart par rapport à une température cible/de consigne. La cellule qui présente le plus gros écart de température avec sa température cible est par exemple connectée 100% du temps et les autres cellules sont connectées a% du temps, ce a% étant par exemple le rapport de l’écart de température de la cellule considérée par rapport à sa température cible relativement à l’écart de température maximale qu’a la cellule connectée pendant 100% du temps. On cherche également à respecter le , donc à réaliser un ajustement dans le degré de liberté qu’autorise . Le bloc 306 « briques sélection + polarité » sélectionne, dans le groupe G1, briques à connecter et les positionne selon la bonne polarité au regard du signe de . Cette sélection est effectuée par rapport à un objectif : l’équilibrage en température et/ou l’atteinte d’une température minimale et/ou la montée en température de tout ou partie du pack. Un élément qui nécessite d’être plus fortement réchauffé que les autres pourra être connecté de manière prioritaire. Il est en outre possible de gérer une liste de priorité en fonction d’un écart, pour chaque élément, entre sa température et une température de consigne que l’on souhaite atteindre pour cet élément. Les groupes G1 et G2 peuvent en outre être remis régulièrement à jour en fonction de l’évolution des besoins en termes d’échauffement sur l’ensemble des éléments du pack batterie.
Le bloc 306’ « |N G2 | briques sélection + polarité » a la même fonction, mais pour le groupe G2.
Le bloc 307 représente le fonctionnement du système, c’est-à-dire une estimation de la tension V G1 générée par l’ensemble des briques du groupe G1 sélectionnées et connectées en série et incluant la polarité (+/-) de cette connexion, les éléments du groupe G1 étant connectés selon une polarité inverse à celle des briques du groupe G2.
Le bloc 307’ a la même fonction mais pour le groupe G2.
V max est la tension maximale déterminée à l’échelle du dispositif de batterie 2. V m_ cell est la tension mesurée pour chaque cellule, reliée ou non à une barre d’interconnexion 5. R est est la résistance estimée de la barre d’interconnexion 5 considérée précédemment calculée, une telle valeur étant nulle dans le cas des cellules 4b n’étant pas reliée à une barre d’interconnexion 5. I m est le courant circulant dans le dispositif de batterie 2, le produit de la résistance estimée et du courant définissant, comme décrit plus haut, une valeur estimée de la tension additionnelle propre à la barre d’interconnexion 5. nbr_cell est le nombre de cellules 4 comprises dans l’ensemble du dispositif de batterie 2.
Le procédé 100 peut ensuite comprendre une sous-étape de détermination E092, en fonction de la valeur maximale V max de tension définie, d’une puissance de charge P c en prévision de l’exécution d’un mode charge, ou, alternativement, pour un mode charge mis en œuvre pendant l’exécution du procédé selon l’invention. L’unité de traitement 7 compare la valeur maximale V max de tension définie à un seuil maximal S c _max de tension de charge autorisé. Si la valeur maximale V max de tension déterminée est supérieure ou égale audit seuil, alors la puissance de charge P c allouée est limitée, notamment selon des procédés sécuritaires, aussi qualifié de « derating ».
Si la valeur maximale V max de tension calculée est inférieure audit seuil, l’unité de traitement 7 du système de gestion 6, ou, de manière alternative, tout autre module de traitement équipant le véhicule 1 et communiquant avec l’unité de traitement 7, peut définir une puissance de charge P c pouvant être allouée au dispositif de batterie 2 lorsque celui-ci est dans le mode charge. Autrement dit, l’unité de traitement 7 peut définir la puissance de charge adaptée P c lorsque la tension maximale V max est comprise dans une plage de valeurs de tension acceptées préalablement définie, inférieure au seuil maximal de tension de charge. Un principe similaire s’applique mutatis mutandis à la puissance de charge régénérative pour le mode de charge régénérative.
A titre d’exemple non limitatif, la puissance de charge P c peut être définie en fonction de la tension maximale calculée V max et de la température mesurée du module T mod en se basant sur une cartographie 2D enregistrée sur l’unité de traitement et propre au mode d’utilisation du dispositif de batterie 2 considéré. Selon un exemple particulier, une température minimale et une température maximale sont extraites parmi les températures T mod des différents modules mesurées au préalable, puis sont utilisées afin de définir deux puissances de charge P c en de la cartographie 2D précitée. La puissance la plus basse parmi ces deux puissances peut ensuite être appliquée en tant que puissance de charge P c .
Selon un mode de réalisation particulier, illustré à la , le procédé peut également être configuré de manière à limiter, voire prévenir, des situations générant des oscillations de la tension et de la puissance lorsque le mode charge est mis en œuvre. En effet, il est connu que, moins une cellule est chargée, plus la tension est basse et plus la puissance de charge allouée est importante. Quand les cellules 4 commencent à se charger, la tension augmente et la puissance allouée à la charge diminue. Par voie de conséquence, une telle baisse de puissance de charge entraîne une baisse de la tension mesurée, incluant la tension additionnelle de la barre d’interconnexion 5 au niveau des cellules 4a reliées à une telle barre. La puissance de charge est alors augmentée, ce qui résulte en une nouvelle augmentation de la tension. Un tel enchaînement se répète et on observe alors un phénomène d’oscillation de la tension pouvant présenter des valeurs non négligeables de plusieurs dizaines de kilowatts.
Afin de résoudre les inconvénients susmentionnés, lorsqu’un mode de charge est détecté à l’étape E07, c’est-à-dire qu’un tel mode est en cours d’exécution, le procédé et le système selon l’invention peuvent avantageusement être configurés afin de limiter, la possibilité d’augmentation de la puissance de charge lorsque celle-ci a préalablement été réduite. En ce sens, le procédé peut comprendre, pour un dispositif en état de charge, une étape de régulation E10 de la puissance de charge comportant : - une sous-étape de calcul E101 d’une variation ΔP c1 de la puissance de charge observée P c_n-1 , P c _n , entre un instant t n-1 , passé, et un instant présent t n ; - une sous-étape d’estimation E102 d’une puissance de charge P c_n+1 à mettre en œuvre à un instant t n+1 à venir, et une sous-étape de détection E103 d’une augmentation à venir de la puissance de charge relativement à la variation de puissance ΔP c1 précédemment calculée et à la puissance de charge P c_n observée à l’instant t n . Une telle estimation peut, à titre d’exemple, être réalisée sur la base d’une cartographie 2D comme exposé plus haut ; - une sous-étape de limitation E104 de la puissance de charge P c_n+1 à venir de sorte que, à l’instant t n+1 la puissance de charge est limitée de manière à être inférieure ou égale à la puissance de charge P c_n mise en œuvre à l’instant t n .
Le procédé selon l’invention est, en outre, particulièrement configuré de manière à ce que la limitation de la puissance de charge peut être levée lorsqu’il est détecté E105 une variation ΔT m de température d’au moins un module T mod du dispositif de batterie 2 supérieure à un seuil T s entre les instants t n -1 et t n . En effet, il est également connu que l’augmentation de la puissance de charge peut résulter d’un échauffement du dispositif de batterie 2 classiquement observé du fait de la circulation du courant dans les cellules 4. Le procédé comprend ainsi une sous-étape, non représentée, de calcul d’une variation ΔT m de température d’au moins un module T mod entre les instants t n -1 et t n propre aux différents modules, un tel calcul étant réalisé par l’unité de traitement 7 sur la base des mesures effectuées par les éléments esclaves 8 du dispositif de batterie 2. Le procédé comprend ensuite une sous-étape de comparaison de ces différentes valeurs avec le seuil T s . A titre d’exemple non limitatif, un tel seuil peut être compris entre 1 et 5°C. Lorsque la variation ΔT m est inférieure au seuil T s , l’augmentation de puissance estimée à venir est due à la variation de tension et non à la température. La puissance de charge P c est limitée de manière à être inférieure ou égale à celle mise en œuvre à l’instant t n . A l’inverse, si la variation de température ΔT m est supérieure audit seuil, l’augmentation de puissance estimée à venir est au moins en partie due à variation de la température du dispositif de batterie 2. La puissance de charge P c pourra donc augmenter. D’éventuelles oscillations peuvent alors être générées mais celles-ci présentent des valeurs moindres relativement à celles observées du fait d’une variation de tension.
Les figures 2 et 3 illustrent également la détermination de paramètres relatifs au mode de décharge du dispositif de batterie 2, par exemple en cas de roulage du véhicule 1. Similairement à ce qui a été exposé en référence à l’état de charge, les véhicules mettent classiquement en œuvre, lors de la décharge du dispositif de batterie 2, des procédés sécuritaires, ou « derating », afin de maintenir la température et/ou la tension des différentes cellules 4 dans des plages de valeurs adaptées, en particulier ici afin de prévenir des situations de sous-tension. De tels procédés sécuritaires permettent d’adapter une puissance de décharge, à distinguer de la puissance de charge P c précédemment exposée, en fonction de la tension des cellules 4 afin de limiter, c’est-à-dire réduire, la puissance de décharge dès lors que la tension d’une cellule est inférieure ou égale à seuil minimal de tension prédéterminé, propre au mode de décharge du dispositif de batterie 2. Comme exposé précédemment, il en résulte que, lorsque les mesures de tension des cellules 4a reliées à une barre d’interconnexion 5 sont erronées du fait de la tension de la barre d’interconnexion 5, ces procédés sécuritaires sont déclenchés plus tôt que nécessaire alors même que la tension réelle de la cellule est comprise dans la plage de valeur acceptable.
Le procédé 100 selon l’invention permet de limiter de tels inconvénients en déterminant la puissance de décharge P de sur la base de la tension corrigée estimée plutôt que sur la base de la tension mesurée V m_cell , notamment dans le cadre de tels procédés sécuritaires. L’étape d’ajustement et/ou de détermination E08 d’au moins un paramètre limitatif et/ou d’au moins un paramètre d’état peut ainsi comprendre une sous-étape de détermination E093 d’une valeur minimale de tension V min parmi les différentes valeurs de tension des cellules 4 du dispositif de batterie 2. La valeur minimale V min est définie parmi un ensemble de valeurs constitué des tensions mesurées V m_cell des cellules 4a n’étant pas reliées à une barre d’interconnexion 5 et des tensions corrigées V corr estimées pour les cellules 4a reliées à une barre d’interconnexion 5.
Particulièrement, la valeur minimale de tension est définie selon :
R est est la résistance de la barre d’interconnexion 5 considérée précédemment estimée, une telle valeur R est étant nulle dans le cas des cellules 4b n’étant pas reliées à une barre d’interconnexion 5. V cell est la tension mesurée pour chaque cellule, reliée ou non à une barre d’interconnexion 5. I m est le courant circulant dans le dispositif de batterie 2. nbr_cell est le nombre de cellules 4 comprises dans l’ensemble du dispositif de batterie 2.
Le procédé peut ensuite comprendre une sous-étape de détermination E094, en fonction de la valeur minimale de tension V min , d’une puissance P de de décharge adaptée pour la mise en œuvre d’un mode de décharge, en cours ou exécuté ultérieurement. L’unité de traitement 7 compare la valeur minimale de tension V min déterminée avec le seuil minimal de tension S d_min de décharge autorisé.
Si la valeur minimale de tension V min déterminée est supérieure au seuil minimal de tension de décharge S d_min autorisé, c’est à dire que la tension minimale au sein du dispositif de batterie 2 est comprise dans la plage de valeurs de tensions autorisée et que les procédés sécuritaires ne sont pas nécessaires, l’unité de traitement 7 du système de gestion 6, ou, de manière alternative, tout autre module de traitement équipant le véhicule 1, peut définir, de manière connue, une puissance de décharge P de pouvant être allouée au dispositif de batterie 2 sur la base d’une cartographie 2D dépendant de l’état de charge du dispositif de batterie 2, ou SOC de l’anglais « State of charge », et de la température. Particulièrement, le principe de définition d’une puissance en fonction d’une température minimale et d’une température maximale, exposé plus haut en référence à la puissance de charge P c s’applique mutatis mutandis .
Si la valeur minimale de tension V min est inférieure ou égale audit seuil, alors la puissance de décharge S d_min allouée est limitée par rapport à la capacité maximale. Autrement dit, le déclenchement des procédés sécuritaires existants prend en considération la tension estimée V corr des cellules 4a de sorte que ceux-ci sont mis en œuvre à des valeurs de tensions plus représentatives de la tension réelle des cellules 4 du dispositif de batterie 2. La puissance de décharge P de est alors définie en fonction de la température et de la résistance des cellules 4, elle-même basée sur la tension mesurée V m_cell . De ce fait, le procédé selon l’invention permet une évaluation plus adaptée des résistances estimées prenant en compte la tension additionnelle des différentes barres d’interconnexion 5 et, par voie de conséquence, une meilleure évaluation des puissances de décharge P de . Un tel principe sera d’autant plus vrai avec le vieillissement des cellules 4, leur résistance, et donc la résistance propre aux barres d’interconnexion 5, augmentant alors. En ce sens, l’étape d’ajustement et/ou de détermination E08 d’au moins un paramètre du fonctionnement du dispositif de batterie 2 peut comprendre une sous-étape d’estimation E095 d’une résistance R d_est propre à chaque cellule 4a reliée à une barre d’interconnexion 5 à un instant t x . Une telle résistance R d_est est estimée par le calcul d’une résistance moyenne R m des cellules 4b du dispositif de batterie 2 n’étant pas reliées à une barre d’interconnexion 5, la résistance desdites cellules étant calculée en fonction des tensions mesurées V m_cell et du courant I m .
La valeur de cette moyenne de résistance R m est ensuite attribuée à chacun des cellules 4a reliées à une barre d’interconnexion 5. L’unité de traitement 7 peut ensuite exécuter une étape de détermination E096 d’une puissance de décharge P de du dispositif de batterie 2 en fonction des résistances des différentes cellules 4a, 4b, reliées ou non à une barre d’interconnexion 5, et de la température T mod mesurée pour chaque module 3. A titre d’exemple non limitatif, la puissance de décharge P de est définie, similairement à ce qui a été précédemment exposé, sur la base d’une cartographie 2D en fonction de la température des modules et/ou du dispositif de batterie, de l’état de charge du dispositif de batterie 2 et d’une valeur maximale de résistance, ladite valeur maximale étant déterminée parmi les résistances estimées dans le cas des cellules 4a reliées à une barre d’interconnexion 5 et des résistances calculées sur la base de la tension mesurée V m_cell et du courant I m dans le cas des cellules 4b non reliée à une barre d’interconnexion 5.
Le contrôleur d’hybridation 14 va produire par sa sortie 17 un signal 23 dit « signal de substitution » qui est représentatif de la puissance à fournir par la seule centrale 1 (c’est-à-dire sans le dispositif de stockage d’énergie 2). Cette puissance va être fournie par la centrale au point de raccordement avec le réseau électrique. Cette puissance va donc être fournie au réseau électrique et/ou au système de stockage 2 (notamment lorsque ce dernier est en charge).
Le signal de substitution 23 produit par le contrôleur d’hybridation 14 à sa sortie 17 est fourni au contrôleur de centrale 15 qui agira sur la puissance produite par la centrale 1, en fonction de ce signal de substitution 23. Le signal de substitution 23 aura préalablement été mis en forme par le contrôleur d’hybridation 14 pour les besoins de l’hybridation, et notamment en tenant compte de la gestion du système de stockage d’énergie 2. Le contrôleur de centrale 15 est quant à lui seulement relié par son entrée d’acquisition 16 au contrôleur d’hybridation 14 qui lui fournit le signal de substitution 23.
Le contrôleur de centrale 15 reçoit donc sur son entrée 16, entrée qui est destinée normalement à un signal représentatif de la puissance à fournir au réseau électrique, un signal de substitution 23 qui est représentatif de la puissance que la centrale 1 doit fournir, mais pas uniquement au réseau électrique 3.
Le contrôleur d’hybridation 14 comporte une entrée 19 d’acquisition d’un signal représentatif de la puissance à fournir au réseau électrique, laquelle est effectivement branchée au réseau électrique, et sur laquelle parvient effectivement le signal 8 représentatif de la puissance à fournir au réseau électrique.
Ce signal 8 est représentatif de l’ensemble de la puissance à fournir au réseau électrique 3 par tout le groupe de production électrique (centrale 1 et système de stockage 2).
Dans le présent exemple, le signal 8 représentatif de la puissance à fournir au réseau électrique est une mesure directe de la fréquence du réseau électrique 3. Ainsi, ce signal 8 apporte la connaissance de la fréquence du réseau électrique à chaque instant et permet de déterminer l’écart entre la fréquence réelle et la fréquence nominale. Ce signal 8 est ainsi directement représentatif de la puissance à injecter sur le réseau, en comportant une part de puissance dédiée au réglage primaire pour l’équilibrage en fréquence.
En variante, le signal représentatif de la puissance à fournir au réseau électrique, peut être tout autre signal employé dans le domaine, par exemple une consigne du gestionnaire de réseau électrique indiquant directement au groupe de production électrique la puissance instantanée qu’il doit fournir.
Dans cet exemple, le contrôleur d’hybridation 14 procède, sur son entrée d’acquisition 19, à une mesure en continu de la fréquence du réseau électrique, avec une précision adéquate (par exemple avec une précision de l’ordre du mHz).
Le contrôleur d’hybridation 14 comporte également une entrée 20 d’acquisition du signal 9 représentatif de l’état de charge du système de stockage 2. Le signal 9 peut être un classique signal SOC (pour State Of Charge, en anglais), indiquant le pourcentage de charge du système de stockage 2.
En plus de cette entrée 20, le contrôleur d’hybridation 14 peut comporter toute autre entrée fournissant des données utiles pour la gestion classique du système de stockage 2. Par exemple : des alarmes batterie, les tensions et courants alternatifs et continus, les puissances en jeu, etc., pour permettre l’affichage, la commande, et la surveillance du système de stockage 2.