CONTROLE DE LA BATTERIE

La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR15/55161 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description.

Domaine

La présente demande concerne le domaine des batteries électriques de façon générale, et vise plus particulièrement un assemblage comportant une batterie de cellules de stockage d'énergie électrique et un système de contrôle de la batterie. Exposé de 1 ' art antérieur

Une batterie électrique est un groupement de plusieurs cellules de stockage d'énergie électrique rechargeables identiques ou similaires (piles, accumulateurs, etc.) reliées en série et/ou en parallèle entre deux bornes, respectivement positive et négative, de fourniture d'une tension continue. Lors de phases de décharge de la batterie, un courant circule de la borne positive vers la borne négative de la batterie, à travers une charge à alimenter. Lors de phases de charge de la batterie, un chargeur applique un courant de charge circulant de la borne négative vers la borne positive de la batterie (à travers le chargeur) . Une batterie est généralement associée à un système de contrôle adapté à mettre en oeuvre des opérations de contrôle de la charge, de contrôle de la décharge et/ou d'équilibrage des cellules de la batterie.

La figure 1 représente une batterie 1 de cellules de stockage d'énergie électrique connue de l'état de la technique. La batterie 1 est composée de quatre étages Etl, Et2, Et3 et Et4 connectés en série entre une borne positive P et une borne négative N de la batterie. Chaque étage comprend quatre cellules connectées en parallèle. Les tensions aux bornes des quatre étages sont notées respectivement Ul, U2, U3 et U4. Dans ce schéma, la tension totale U entre les bornes N et P de la batterie 1 est la somme des tensions Ul, U2, U3 et U4. Les courants traversant les quatre cellules du quatrième étage Et4 sont notés respectivement II, 12, 13 et 14. Le courant I généré sur la borne P de la batterie 1 est la somme des courants II, 12, 13 et 14.

La batterie 1 est associée à un circuit annexe de contrôle 2 connecté aux bornes de chacun des étages Etl, Et2, Et3 et Et4. Le circuit 2 peut être configuré pour, lors des phases de recharge, surveiller l'état de charge des cellules et interrompre la charge suffisamment tôt pour éviter que les cellules ne dépassent un niveau de charge critique au-delà duquel elles pourraient être endommagées, et, lors des phases de décharge, surveiller l'état de charge des cellules et interrompre la décharge suffisamment tôt pour éviter que les cellules ne dépassent un niveau de décharge critique en deçà duquel elles pourraient être endommagées. Le circuit de contrôle 2 peut en outre être adapté à équilibrer les niveaux de charge des différents étages de la batterie pendant les phases de recharge et/ou de décharge. On notera que dans la configuration de la figure 1, l'équilibrage des niveaux de charge des cellules d'un même étage se fait naturellement du fait de la connexion en parallèle des cellules de l'étage.

Pendant la durée de vie de la batterie, des défauts sont susceptibles d'apparaître sur certaines cellules. Un défaut sur une cellule se traduit généralement par la mise en court-circuit de la cellule, par l'apparition d'un courant de fuite important dans la cellule, ou par la mise en circuit ouvert de la cellule. En l'absence d'éléments de protection adaptés, la mise en court- circuit d'une cellule de la batterie ou l'apparition d'un courant de fuite important dans une cellule de la batterie peuvent avoir des conséquences graves, et peuvent provoquer une défaillance de l'ensemble d'un étage de la batterie voire de l'ensemble de la batterie. En particulier, du fait de la connexion en parallèle des cellules d'un même étage, si l'une des cellules de l'étage forme un court-circuit ou un chemin de faible impédance, toutes les autres cellules de l'étage tendent à se décharger dans la cellule défaillante, ce qui peut endommager irrémédiablement l'ensemble de l'étage voire de la batterie.

Afin de protéger la batterie 1 des conséquences d'un court-circuit ou de l'apparition d'un courant de fuite important dans une cellule, chaque cellule est associée à un fusible qui lui est connecté en série. Lorsqu'une cellule forme un court- circuit ou est traversée par un courant de fuite important, le courant la traversant fait fondre le fusible qui lui est associé afin de protéger le reste de la batterie 1.

Un inconvénient de la configuration de la figure 1 est que la présence des fusibles en série entre les étages induit des pertes d'énergie non négligeables. En outre, le dimensionnement des fusibles de la batterie est délicat car ces derniers ne doivent pas fondre intempestivement lorsqu'ils sont traversés par les courants de charge et de décharge de la batterie, mais doivent fondre pour le courant de défaut, dont la valeur dépend de l'impédance de la cellule en défaut.

La figure 2 illustre une solution alternative qui a été proposée dans la demande de brevet internationale WO201103924. La figure 2 représente une batterie 4 comportant une borne positive P et une borne négative N. La batterie 4 comprend 5 branches Brl, Br2, Br3, Br4 et Br5. Chaque branche Brj , avec j entier allant de 1 à 5, comprend cinq cellules Ei,j connectées en série entre les bornes P et N, avec i entier allant de 1 à 5. Les cellules de même indice i appartenant respectivement aux différentes branches définissent un étage désigné par la référence Eti. Ainsi, la batterie 4 comprend 4 étages Etl, Et2, Et3, Et4 et Et5. Les cellules d'un même étage sont connectées en parallèle par l'intermédiaire de fusibles. Les cellules E^j du premier étage Etl sont connectées par leurs bornes positives à la borne P de la batterie 4, et les cellules E5^j du cinquième étage Et5 sont connectées par leurs bornes négatives à la borne N de la batterie 4. Chaque cellule E-j^j des étages Et2, Et3, Et4 et Et5 et des branches Brl, Br2, Br3 et Br4 a sa borne positive connectée à la borne positive de la cellule E-j_^ j +1 du même étage par l'intermédiaire d'un fusible D-j_^ j .

La batterie 4 est associée à un circuit annexe de contrôle 5 connecté aux bornes de chacun des étages Etl, Et2, Et3, Et4 et Et5. Le circuit 5 est notamment adapté à réaliser des opérations de contrôle de la charge et/ou de la décharge et d'équilibrage des étages. Comme dans l'exemple de la figure 1, l'équilibrage des niveaux de charge des cellules d'un même étage se fait naturellement du fait de la connexion en parallèle des cellules de l'étage.

Le courant traversant un accumulateur E-j^j est noté I-j^j. Le courant traversant un fusible D-j_^ est noté It-j^j. La tension aux bornes d'un étage Eti est notée Uj_ . Le courant échangé par les bornes positives d'un étage Eti avec le circuit de charge et d'équilibrage 5 est noté Ieq(j_).

Un avantage de la configuration de la figure 2 est que les fusibles sont placés en dehors du chemin de charge ou de décharge principal des cellules de la batterie, sur des conducteurs d'interconnexion en parallèle des cellules, qui ne sont parcourus que par des courants réduits en fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque tous les accumulateurs sont sains. Ceci permet d'utiliser des fusibles de plus petit calibre, c'est- à-dire aptes à fondre pour des courants plus faibles, moins coûteux que les fusibles de la configuration de la figure 1. En outre, ceci permet de limiter les pertes par effet Joule dans les fusibles en fonctionnement normal. Toutefois, un problème qui se pose dans la configuration de la figure 2 est que lorsqu'un ou plusieurs fusibles voisins d'une cellule en défaut fondent sous l'effet du courant de défaut pour protéger la batterie 4, des cellules saines de la branche comportant la cellule en défaut peuvent être soumises à une surtension .

A titre d'exemple illustratif, on considère le cas où la cellule ^-2,3 ^es t défectueuse et forme un court-circuit. Selon le calibre choisi pour les fusibles D-j^j, un nombre plus ou moins important des fusibles connectés à la branche Br3 fond alors sous l'effet du courant de défaut. A titre d'exemple, on considère le cas où les fusibles ^D 3,3' ^D 4,2 ^{et D} 4,3 fondent sous l'effet du courant de défaut, les fusibles ^D 2,3' ^D 5,2 ^{et D} 5,3 restant intacts. Dans ce cas, la tension U2+U3+U4 est appliquée à la portion de la branche Br3 formée par les cellules F-2,3' ¾,3 et E4 3. La cellule ^-2,3 formant un court-circuit, l'association en série des deux cellules saines E2^3 et Ez^3 voit donc à ses bornes la somme des tensions de trois cellules. Chacune des cellules saines E2^3 et Ez _[ ^3 subit donc une surtension relativement importante, de l'ordre de la moitié de la tension normale de fonctionnement d'une cellule, ce qui peut conduire à la destruction des cellules E2^3 et E4 3.

En pratique, selon la technologie considérée, une cellule peut supporter une certaine surtension sans être endommagée irrémédiablement. Pour minimiser la surtension vue par les cellules d'une branche en cas de mise en court-circuit d'une cellule de la branche, il convient qu'un nombre le plus important possible des fusibles connectés à la branche comprenant la cellule en défaut fondent sous l'effet du courant de défaut.

A titre d'illustration, dans le cas d'exemple susmentionné, en choisissant un calibre de fusibles plus faible, on peut obtenir qu'en cas de mise en court-circuit de la cellule ^E 3,3' l'ensemble des fusibles D ₂ , ₂ ' ^D 2,3' ^D 3,2' ^D 3,3' ^D 4,2' ^D 4,3' D5 2 ^e t D5 3 fondent sous l'effet du courant de défaut. Dans ce cas, l'association en série des quatre cellules saines E _] _ 3, E2^3, E4 3 et E5^3 voit à ses bornes la somme U1+U2+U3+U4+U5 des tensions de cinq cellules. La surtension vue par chacune des cellules saines est donc limitée au quart de la tension normale de fonctionnement d'une cellule.

En pratique, le dimensionnement des fusibles est donc délicat dans la mesure où ces derniers doivent être suffisamment sensibles pour isoler un nombre important de cellules en série dans une branche en cas de mise en court-circuit d'une cellule de la branche, mais suffisamment résistants pour ne pas fondre intempestivement sous l'effet des courants d'équilibrage et/ou sous l'effet de vibrations.

Il serait souhaitable de pouvoir disposer d'un assemblage comportant une batterie et un système de contrôle de la batterie, cet assemblage palliant tout ou partie des inconvénients des solutions connues.

Résumé

Ainsi, un mode de réalisation prévoit un assemblage comportant une batterie de cellules de stockage d'énergie électrique et un système de contrôle, dans lequel : la batterie comporte un nombre entier β de branches comportant chacune un nombre entier ε de cellules connectées en série entre une borne positive et une borne négative de la batterie, les cellules de même rang des différentes branches définissant des étages ; et le système de contrôle comporte un circuit de contrôle connecté aux bornes positive et négative de la batterie, et un réseau de diodes reliant les cellules au circuit de contrôle, ce réseau comportant, pour chaque étage de la batterie à l'exception de l'étage connecté à la borne positive de la batterie, β premières diodes connectées en direct respectivement entre les bornes positives des β cellules de l'étage et une même première borne d'accès à l'étage du circuit de contrôle, et β deuxième diodes connectées en inverse respectivement entre les bornes positives des β cellules de l'étage et une même deuxième borne d'accès à l'étage du circuit de contrôle. Selon un mode de réalisation, le circuit de contrôle comprend un circuit de polarisation à l'état passant des diodes du réseau, connecté auxdites premières et deuxièmes bornes d'accès aux étages de la batterie.

Selon un mode de réalisation, le circuit de polarisation comprend, pour chaque étage en partant de l'étage connecté à la borne positive de la batterie, une résistance de polarisation reliant la première borne d'accès à l'étage, ou, pour le premier étage, la borne positive de la batterie, à la deuxième borne d'accès à l'étage suivant, ou, pour le dernier étage, à la borne négative de la batterie.

Selon un mode de réalisation, le circuit de contrôle est adapté à mesurer le potentiel Vp de la borne positive de la batterie, et est en outre adapté, pour chaque étage de la batterie à l'exception de l'étage connecté à la borne positive de la batterie, à mesurer, via sa première borne d'accès à l'étage, le potentiel _max E- _| --j_ de la borne positive de plus haut potentiel des cellules de l'étage, et, via sa deuxième borne d'accès à l'étage, le potentiel V _m j_ _n Ei-i de la borne positive de plus bas potentiel des cellules de l'étage, i étant un entier allant de 2 à ε, et lesdits potentiels étant référencés par rapport à borne négative de la batterie.

Selon un mode de réalisation, le circuit de contrôle est adapté à vérifier si le système de relations suivant est vérifié : a) ^v minEts ^{> u} mincell ^;

k) ^v maxEts ^< U _maxce n ^;

c) pour i allant de 2 à ε-l, V _m j_ _n Ei-i ^~ VmaxEti+1 > U _m j_ _nce ]_]_ ; d) pour i allant de 2 à ε-l, _max E- _| --j_ - VminEti+1 < U _maxce] _ _] _ ; e) V _P - V _maxEt2 > U _mincell ; et

f) V _P - V _minEt2 < U _ma xcell'

Umincell ^e ^ ¾ _axce ]_]_ désignant respectivement une tension minimale et une tension maximale de fonctionnement autorisées pour une cellule de la batterie.

Selon un mode de réalisation, le circuit de contrôle comprend des circuits d'équilibrage connectés auxdites bornes positive et négative de la batterie et auxdites premières et deuxièmes bornes d'accès aux étages de la batterie.

Selon un mode de réalisation, le circuit de contrôle comprend, pour chaque étage en partant de l'étage connecté à la borne positive de la batterie, un circuit d'équilibrage dissipatif reliant la première borne d'accès à l'étage, ou, pour le premier étage, la borne positive de la batterie, à la deuxième borne d'accès à l'étage suivant, ou, pour le dernier étage, à la borne négative de la batterie.

Selon un mode de réalisation, le circuit d'équilibrage dissipatif comprend une résistance en série avec un interrupteur.

Selon un mode de réalisation, le circuit de contrôle comprend, pour chaque étage en partant de l'étage connecté à la borne positive de la batterie, un circuit d'équilibrage par rechargement relié aux bornes positive et négative de la batterie, à la deuxième borne d'accès à l'étage, ou, pour le premier étage, à la borne positive de la batterie, et à la première borne d'accès à l'étage suivant, ou, pour le dernier étage, à la borne négative de la batterie, ledit circuit d'équilibrage par rechargement étant adapté à prélever de l'énergie aux bornes de la batterie pour charger la cellule de l'étage dont la borne positive présente le potentiel le plus bas.

Selon un mode de réalisation, le circuit d'équilibrage par rechargement comprend : une inductance dont une première extrémité est reliée à la borne positive de la batterie par un premier interrupteur et dont une deuxième extrémité est reliée à la borne négative de la batterie par un deuxième interrupteur ; une première diode d'équilibrage connectée en direct entre la deuxième extrémité de l'inductance et la deuxième borne d'accès à l'étage, ou, pour le premier étage, à la borne positive de la batterie ; une deuxième diode d'équilibrage connectée en inverse entre la première extrémité de 1 ' inductance et la première borne d'accès à l'étage suivant, ou, pour le dernier étage, à la borne négative de la batterie ; et un condensateur reliant la deuxième borne d'accès à l'étage, ou, pour le premier étage, la borne positive de la batterie, à la première borne d'accès à l'étage suivant, ou, pour le dernier étage, à la borne négative de la batterie .

Selon un mode de réalisation, le nombre ε de cellules dans chaque branche de la batterie est supérieur ou égal à 5. Brève description des dessins

Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

la figure 1, précédemment décrite, est un schéma électrique d'un exemple d'un assemblage comportant une batterie et un circuit de contrôle de la batterie ;

la figure 2, précédemment décrite, est un schéma électrique d'un autre exemple d'un assemblage comportant une batterie et un circuit de contrôle de la batterie ;

la figure 3 est un schéma électrique d'un exemple d'un mode de réalisation d'un assemblage comportant une batterie et un système de contrôle de la batterie ;

la figure 4 est un schéma électrique plus détaillé d'un exemple de réalisation de l'assemblage de la figure 3 ; et

la figure 5 est un schéma électrique plus détaillé d'une variante de réalisation de l'assemblage de la figure 3.

Description détaillée

De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Sauf précision contraire, les expressions "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. Dans la présente description, on utilise le terme "connecté" pour désigner une liaison électrique directe, sans composant électronique intermédiaire, par exemple au moyen d'une ou plusieurs pistes conductrices ou d'un élément de protection normalement conducteur de type fusible, et le terme "couplé" ou le terme "relié", pour désigner soit une liaison électrique directe (signifiant alors "connecté") soit une liaison via un ou plusieurs composants intermédiaires (résistance, diode, condensateur, etc.).

La figure 3 est un schéma électrique d'un exemple d'un mode de réalisation d'un assemblage comportant une batterie 30 et un système de contrôle de la batterie.

Dans l'exemple représenté, la batterie 30 comprend quatre branches Brl, Br2, Br3 et Br4 connectées en parallèle entre des bornes de fourniture de tension P et N, respectivement positive et négative, de la batterie. Chaque branche Brj , avec j entier allant de 1 à 4, comprend cinq cellules élémentaires de stockage d'énergie E^j, ^2,j' ^E 3,j' ^E 4,j ^{et E} 5,j' ^connec tées en série entre les bornes P et N. Plus particulièrement, dans chaque branche Brj , la cellule E _] _^j a sa borne positive connectée à la borne P, la cellule E5^j a sa borne négative connectée à la borne N, et les cellules $ _r j, Ez^j, E3^j et F-2,j ^ont leurs bornes positives connectées respectivement aux bornes négatives des cellules ^E i,3 ^E i,4 ^e t ^E i,5 de ^m ême rang i dans les différentes branches de la batterie 30 définissent un étage Eti de la batterie, avec i entier allant de 1 à 5. Les modes de réalisation décrits s'appliquent bien évidemment à des batteries comportant un nombre de branches différent de 4 et un nombre de cellules par branche (c'est-à-dire un nombre d'étages) différent de 5. Plus généralement, les modes de réalisation décrits s'appliquent quel que soit le nombre ε d'étages supérieur ou égal à 2 de la batterie, et quel que soit le nombre β de branches supérieur ou égal à 2 de la batterie, étant entendu que toutes les branches Brj comportent le même nombre ε de cellules E-j_^ connectées en série entre les bornes P et N de la batterie.

Selon un aspect des modes de réalisation décrits, les cellules E-j_^ d'un même étage Eti de la batterie ne sont pas directement connectées en parallèle les unes aux autres. Comme cela apparaît sur la figure 3, seules les bornes positives des cellules de l'étage Eti, respectivement les bornes négatives des cellules de l'étage Et5, sont directement connectées entre elles. Les bornes négatives des cellules de l'étage Etl, respectivement les bornes positives des cellules de l'étage Et5, ne sont pas connectées entre elles. De plus, dans chacun des étages Et2, Et3 et Et4, ni les bornes positives ni les bornes négatives des cellules de l'étage ne sont connectées entre elles.

Une telle configuration présente l'avantage de garantir un niveau de sécurité élevé sans qu'il ne soit nécessaire de prévoir des fusibles ou autres disjoncteurs au sein de la batterie. En effet, si une cellule en défaut E-j_^ de la batterie forme un court-circuit ou un chemin faiblement résistif, du fait de l'absence de connexion en parallèle des cellules de l'étage Eti, les cellules saines de l'étage Eti ne peuvent pas se décharger directement dans la cellules E-j^j.

En outre, par rapport à une configuration du type décrit en relation avec la figure 2, l'agencement de la figure 3 a pour avantage que la surtension vue par les cellules saines de la branche Brj comportant la cellule défectueuses E-j^j est limitée. En effet, dans la configuration de la figure 3, si une cellule ¾,j ^es t en défaut de type court-circuit dans la branche Brj, l'association en série des cellules saines de la branche voit à ses bornes la tension de la batterie. La surtension vue par chaque cellule saine de la branche est alors environ égale à la tension d'une cellule divisée par le nombre total de cellules saines de la branche.

Dans la configuration de la figure 3, le nombre d'étages en série dans la batterie 30 peut être choisi en tenant compte de la surtension maximale que peut supporter une cellule sans dégradation, et du nombre de cellules en défaut de type court- circuit que l'on souhaite pouvoir tolérer dans une même branche de la batterie sans avoir à interrompre le fonctionnement de la batterie. A titre d'exemple illustratif, on considère des cellules ¾,j présentant une tension nominale de pleine charge de l'ordre de 3,6 V et aptes à supporter une tension maximale de 4,5 V sans dégradation, par exemple des cellules au lithium de type LiFeP04. Si on veut pouvoir tolérer la présence d'une cellule défectueuse dans une branche de la batterie sans interrompre le fonctionnement de la batterie, il convient que la tension nominale de pleine charge d'une cellule divisée par le nombre total de cellules d'une branche moins une n'excède pas la surtension maximale que peut supporter une cellule. Ainsi dans cet exemple, il faut que la relation 3, 6/ (ε-l) <=4, 5-3, 6 V soit respectée, ε désignant le nombre de cellules dans chaque branche de la batterie. Il faut donc que le nombre ε d'étages de la batterie soit supérieur ou égal à 5.

L'assemblage de la figure 3 comprend en outre un système de contrôle de la batterie. Le système de contrôle est par exemple adapté à mettre en oeuvre des opérations de contrôle lors des phase de recharge et/ou de décharge de la batterie, par exemple pour éviter que des cellules ne dépassent un niveau de charge et/ou un niveau de décharge critique au-delà duquel elles pourraient être endommagées . Le système de contrôle peut en outre être adapté à mettre en oeuvre des fonctions d'équilibrage, par exemple lors de phases de recharge et/ou de décharge des cellules.

Le système de contrôle comporte un circuit de contrôle 32 comportant des bornes Vp et connectées respectivement aux bornes positive P et négative N de la batterie. Le système de contrôle comprend en outre un réseau de diodes 34 reliant les cellules Ei,j de la batterie au circuit de contrôle 32.

Le réseau de diodes 34 comprend, pour chaque étage Eti de la batterie à l'exception de l'étage connecté à la borne positive de la batterie, c'est-à-dire pour chacun des étages Et2, Et3, Et4 et Et5 dans l'exemple représenté, quatre premières diodes ^D li,l' ^D li,2' ^D li,3 ^{et D} li,4 connectées en direct respectivement entre les bornes positives des quatre cellules Ej_ , 2' ^E i,3 et Ej_ 4 de l'étage, et une même première borne d'accès à l'étage V ^" maxEti du circuit de contrôle 32. Le réseau de diodes 34 comprend en outre, pour chaque étage Eti de la batterie à l'exception de l'étage connecté à la borne positive de la batterie, c'est-à-dire pour chacun des étages Et2, Et3, Et4 et Et5 dans l'exemple représenté, quatre deuxième diodes D2j_ ]_ , D2j_ 2 _/ D2-j_^ 3 et D2j_ 4 connectées en inverse respectivement entre les bornes positives des quatre cellules Ej_ , 2' ^E i,3 ^{et E} i,4 ^e l'étage, et une même deuxième borne d'accès à l'étage _m -j_ _n g- ₍ - du circuit de contrôle 32. Par connexion en direct, on entend ici que chaque diode Dli, j a son anode connectée à la borne positive de la cellule Ej^j à laquelle elle est associée et sa cathode connectée à la borne V _maxE - _| -i correspondante. Par connexion en inverse, on entend que chaque diode O2_ _f j a sa cathode connectée à la borne positive de la cellule Ei,j à laquelle elle est associée et son anode connectée à la borne _m; ]_ _n g- ₍ - correspondante. Les diodes du réseau de diodes 34 sont par exemple des diodes Schottky ou des diodes à jonction PN.

Ainsi, pour chacun des étages Et2, Et3, Et4 et Et5, le circuit de contrôle 32 a accès, par l'intermédiaire de la borne VmaxEti associée à l'étage, au potentiel (référencé par rapport à la borne N de la batterie) de la borne positive de plus haut potentiel des cellules de l'étage. En outre, pour chacun des étages Et2, Et3, Et4 et Et5, le circuit de contrôle 32 a accès, par l'intermédiaire de la borne V _m -j_ _n g _t associée à l'étage, au potentiel (référencé par rapport à la borne N de la batterie) de la borne positive de plus bas potentiel des cellules de l'étage.

Le circuit de contrôle 32 est par exemple configuré pour réaliser des opérations de suivi de l'état de charge des cellules pendant des phases de recharge et/ou de décharge de la batterie. A titre d'exemple, le circuit de contrôle 32 peut être configuré pour vérifier que toutes les cellules de la batterie restent dans une plage de tension autorisée allant d'une valeur de tension minimale U _m j_ _nce ]_]_, correspondant par exemple au niveau de décharge critique d'une cellule dans la technologie considérée, à une valeur de tension maximale U _maxce ]_]_, correspondant par exemple au niveau de surcharge critique d'une cellule dans la technologie considérée .

Dans la suite, par souci de simplification, on désignera respectivement par V _P , V _minEt2 , V _maxEt2 , V _minEt3 , V _maxEt3 , ^v minEt4' ^v maxEt4' ^v minEt5 ^{et v} maxEt5' ^le potentiel de la borne positive P de la batterie, et les potentiels des bornes positives de plus haut potentiel et de plus bas potentiel des étages Et2, Et3, Et4 et Et5, référencés par rapport à la borne négative N de la batterie, mesurés par le circuit de contrôle par l'intermédiaire de ses bornes V _P , V _minEt2 , V _maxEt2 , V _minEt3 , ^v maxEt3' ^v minEt4' ^v maxEt4' ^v minEt5 ^{et v} maxEt5 · ^{Dans la} pratique, pour déterminer les potentiels V _minEt2 , V _maxEt2 , V _minEt3 , V _maxEt3 , ^v minEt4' ^v maxEt4' ^v minEt5 ^{et v} maxEt5' ^le circuit de contrôle 32 peut corriger les valeurs mesurées sur ses bornes V _m j_ _nE - _| - ₂ , ^v maxEt2' ^v minEt3' ^v maxEt3' ^v minEt4' ^v maxEt4' ^v minEt5 ^{et v} maxEt5 pour tenir compte de la chute de tension des diodes du réseau 34.

A titre d'exemple, le circuit de contrôle 32 est configuré pour, à partir des mesures de potentiel réalisées sur ses bornes Vp, V _minEt2 , V _maxEt2 , V _minEt3 , V _maxEt3 , V _minEt4 , ^v maxEt4' ^v minEt5 ^{et v} maxEt5' déterminer si le système de relations suivant est vérifié :

a) ^v minEt5 > ^u mincell > ^'

b) ^v maxEt5 < ^u maxcell > ^'

c) pour i allant de 2 à 4, V _m -j_ _nE - _| --j_ - VmaxEti+1 > U _m j_ _nce] _ _] _ ; d) pour i allant de 2 à 4, V _maxE - _| --j_ - VminEti+1 < U _maxce] _ _] _ ; e) V _P - V _maxEt2 > U _mincell ; et

f) V _P - V _minEt2 < U _maxcell .

Si le système susmentionné est vérifié, on peut en déduire que toutes les cellules de la batterie sont dans leur plage de fonctionnement autorisée. Si le système n'est pas vérifié, il existe un risque qu'une ou plusieurs cellules soient en dehors de la plage de fonctionnement spécifiée. Le circuit 32 peut alors par exemple prendre des mesures de protection telles que 1 ' interruption du courant de charge ou de décharge de la batterie, ou l'émission d'une alerte.

Le circuit 32 peut en outre être configuré pour, à partir des mesures des mesures de potentiel réalisées sur les bornes Vp, ^v minEt2' ^v maxEt2' ^v minEt3' ^v maxEt3' ^v minEt4' ^v maxEt4' ^v minEt5 ^et ¼naxEt5' déterminer si il existe un déséquilibre de niveau de charge entre les cellules d'un même étage, ou entre les différents étages. Le circuit 32 peut être configuré pour, lorsqu'un déséquilibre est détecté, mettre en oeuvre des opérations d'équilibrage par l'intermédiaire de ses bornes Vp, V^, V _m j_ _nE -|-2 _/ ^v maxEt2' ^v minEt3' ^v maxEt3' ^v minEt4' ^v maxEt4' ^v minEt5 ^{et v} maxEt5 et du réseau de diodes 34.

A titre d'exemple, le circuit 32 peut être configuré pour vérifier, pour chaque étage Eti, que la différence V _maxEt j_- ^v minEti n'excède pas un seuil de tolérance de déséquilibre prédéterminé, par exemple compris entre 1 et 100 mV. Le circuit 32 peut en outre être configuré pour, lorsque la différence ^v maxEti ^_v minEti excède le seuil de tolérance de déséquilibre de l'étage, mettre en oeuvre des opérations d'équilibrage par 1 ' intermédiaire des bornes V _maxEt _ et V _m j_ _nE - _| -1 · Les opérations d'équilibrage intra-étage peuvent par exemple être mises en oeuvre successivement, étage par étage, en commençant par l'étage connecté à la borne négative N de la batterie (l'étage Et5 dans cet exemple) et en terminant par l'étage connecté à la borne positive P de la batterie (l'étage Etl dans cet exemple).

Le circuit 32 peut en outre être configuré pour, une fois l'équilibrage intra-étage effectué, vérifier que tous les étages ont sensiblement la même tension, à un seuil de tolérance de déséquilibre près, par exemple compris entre 1 et 100 mV. Le circuit 32 peut en outre être configuré pour, lorsqu'un déséquilibre inter-étages est détecté, mettre en oeuvre des opérations d'équilibrage inter-étages par l'intermédiaire des bornes Vp, V _N , V _minEt2 , V _maxEt2 , V _minEt3 , V _maxEt3 , V _minEt4 , ^v maxEt4' ^v minEt5 ^{et v} maxEt5-

La figure 4 est un schéma électrique plus détaillé d'un exemple de réalisation de l'assemblage de la figure 3. Plus particulièrement, la figure 4 détaille un exemple de réalisation du circuit de contrôle 32 de l'assemblage de la figure 3.

Dans l'exemple de la figure 4, le circuit 32 comprend un jeu de cinq résistances de polarisation Rpl, Rp2, Rp3, Rp4 et

Rp5. La résistance Rpl a une première extrémité connectée à la borne Vp et une deuxième extrémité connectée à la borne V _m j_ _nE -|-2 · La résistance Rp2 a une première extrémité connectée à la borne ^v maxEt2 ^{et une} deuxième extrémité connectée à la borne _m -j_ _n j-|-3.

La résistance Rp3 a une première extrémité connectée à la borne

¼naxEt3 ^e ^ ^une deuxième extrémité connectée à la borne _m -j_ _n g-|-4.

La résistance Rp4 a une première extrémité connectée à la borne

¼naxEt4 ^e ^ ^une deuxième extrémité connectée à la borne _m -j_ _n g-|-5.

La résistance Rp5 a une première extrémité connectée à la borne ^v maxEt5 ^{et une} deuxième extrémité connectée à la borne V^. Les résistances Rpl, Rp2, Rp3, Rp4 et Rp5 permettent de polariser en direct l'ensemble des diodes du réseau de diodes 34. Ces résistances sont de préférence de forte valeur pour limiter les pertes par dissipation. A titre d'exemple, chacune des résistances

Rpl, Rp2, Rp3, Rp4 et Rp5 a une valeur comprise entre 500 kQ et

50 ΜΩ. Les résistances Rpl, Rp2, Rp3, Rp4 et Rp5 ont par exemple sensiblement toutes la même valeur.

A titre de variante, le jeu des résistances Rpl, Rp2,

Rp3, Rp4 et Rp5 peut être remplacé par tout autre élément de polarisation, par exemple de type source de courant, permettant de forcer la circulation d'un faible courant de polarisation en direct, par exemple un courant compris entre 0,1 et 10 μΑ, dans les diodes du réseau de diodes 34, de façon que les diodes du réseau 34 soient à l'état passant et transmettent ainsi (à la chute de tension près des diodes) les potentiels _m -j_ _n j-|-2' ^v maxEt2' ^v minEt3' ^v maxEt3' ^v minEt4' ^v maxEt4' ^v minEt5 ^{et v} maxEt5 ^ ¹ ' ^on cherche à mesurer.

Le circuit 32 comprend par exemple neuf capteurs de tension, non représentés, connectés respectivement entre les bornes Vp et V^, entre les bornes _m -j_ _n j-|-2 ^{et V} N' entre les bornes

V ^" maxEt2 et V^, entre les bornes _m -j_ _nj - _| -3 et V^, entre les bornes

V ^" maxEt3 et V^, entre les bornes _m -j_ _nj - _| -4 et V^, entre les bornes

V ^" maxEt4 et V^, entre les bornes _m -j_ _nj - _| -5 et V^, et entre les bornes ^v maxEt5 ^{et ν} Ν·

Dans l'exemple de la figure 4, le circuit 32 comprend en outre, associé à chacun des étages Eti de la batterie, un circuit d'équilibrage dissipatif 41 comportant un interrupteur swi en série avec une résistance Reqi. Plus particulièrement, dans l'exemple représenté, l'association en série de l'interrupteur swl et de la résistance Reql est connectée entre les bornes Vp et V ^" minEt2' l'association en série de l'interrupteur sw2 et de la résistance Req2 est connectée entre les bornes _max E-|-2 ^{et v} minEt3' l'association en série de l'interrupteur sw3 et de la résistance Req3 est connectée entre les bornes ^v maxEt3 ^{et v} minEt4' l'association en série de l'interrupteur sw4 et de la résistance Req4 est connectée entre les bornes _max E _t 4 et _m -j_ _nj - _| -5, et l'association en série de l'interrupteur sw5 et de la résistance Req5 est connectée entre les bornes _max E- _| -5 et V^. Les résistances Reql, Req2, Req3, Req4 et Req5 sont des résistances de relativement faibles valeurs par rapport aux résistances Rpl, Rp2, Rp3, Rp4 et Rp5. A titre d'exemple, chacune des résistances Reql, Req2, Req3, Req4 et Req5 a une valeur comprise entre 50 et 500 Ω. Les résistances Reql, Req2, Req3, Req4 et Req5 ont par exemple sensiblement toutes la même valeur.

Le circuit 32 est par exemple configuré pour, lorsqu'il détecte un déséquilibre au sein de l'un des étages Et2, Et3, Et4 et Et5 de la batterie, fermer l'interrupteur swi du circuit d'équilibrage associé à l'étage. Ceci a pour effet de décharger dans la résistance Reqi la cellule de l'étage dont la borne positive présente le plus haut potentiel. L'interrupteur swi est par exemple maintenu fermé jusqu'à ce que l'étage soit équilibré, puis ré-ouvert.

Le circuit 32 peut en outre être configuré pour, lorsqu'il détecte un déséquilibre entre des étages distincts de la batterie, fermer l'interrupteur swi du circuit d'équilibrage associé à l'étage le plus chargé. Ceci a pour effet de décharger dans la résistance Reqi la cellule de l'étage le plus chargé dont la borne positive présente le plus haut potentiel. L'opération peut être répétée, par exemple selon un processus itératif, jusqu'à ce que tous les étages soient équilibrés.

A titre de variante, les circuits d'équilibrage dissipatifs formés par les interrupteurs swi et les résistances Reqi peuvent être remplacés par d'autres circuits de décharge dissipatifs commandables (transistors, sources de courant commandables, etc.) permettant de décharger la cellule la plus chargée de chaque étage .

A titre de variante, les éléments de décharge dissipatifs (les résistances Reqi dans l'exemple de la figure 4) peuvent être remplacés par des convertisseurs d'énergie, par exemple agencés pour, lors d'une phase de décharge d'un étage à des fins d'équilibrage, transmettre aux bornes de la batterie l'énergie prélevée dans l'étage. Ceci permet de réaliser des économies d'énergie puisque, au lieu d'être dissipée, l'énergie prélevée dans un étage lors de l'équilibrage est utilisée pour charger les autres accumulateurs.

La figure 5 est un schéma électrique d'une variante de réalisation de l'assemblage de la figure 3. Plus particulièrement, la figure 5 détaille une variante de réalisation du circuit de contrôle 32 de l'assemblage de la figure 3.

Le circuit 32 de la figure 5 diffère du circuit 32 de la figure 4 principalement par le fait que, dans le circuit 32 de la figure 5, les circuits d'équilibrage dissipatifs de la figure 4, configurés pour décharger les cellules les plus chargées, sont remplacés par des circuits d'équilibrage adaptés à charger les cellules les moins chargées en prélevant de l'énergie contenue dans les autres cellules de la batterie.

Dans l'exemple de la figure 5, le circuit 32 comprend, associé à chacun des étages Etl, Et2, Et3, Et4 et Et5 de la batterie, un circuit d'équilibrage 51 comportant un condensateur Ci, un inductance Li, deux diodes dlj_ et d2-j_, et deux interrupteurs slj_ et s2-j_ (i désignant l'indice de l'étage). L'inductance Li a une première extrémité connectée à la borne Vp par 1 ' intermédiaire de l'interrupteur slj_ et une deuxième extrémité connectée à la borne par l'intermédiaire de l'interrupteur s2-j_. La diode dlj_ est connectée en direct entre la deuxième extrémité de l'inductance Li et la borne V _m j_ _n Ei-1 pour i allant de 2 à 5, et la diode dl _] _ est connectée en direct entre la deuxième extrémité de l'inductance Ll et la borne Vp. La diode d2-j_ est connectée en inverse entre la première extrémité de 1 ' inductance Li et la borne ^v maxEti+l P ^our i allant de 1 à 4, et la diode d25 est connectée en inverse entre la première extrémité de l'inductance L5 et la borne V^. Le condensateur Cl a une première électrode connectée à la borne Vp et une deuxième électrode connectée à la borne V _max Et2' le condensateur C5 a une première électrode connectée à la borne V ^" minEt5 et une deuxième électrode connectée à la borne V^, et, pour i allant de 2 à 4, le condensateur Ci a une première électrode connectée à la borne _m -j_ _n g- ₍ - et une deuxième électrode connectée à la borne _max E _t . Les condensateurs Ci sont des condensateurs de découplage, par exemple de valeur comprise entre 10 nF et 10 yF. Les inductances Li ont par exemple une valeur comprise entre 1 μΗ et 100 μΗ.

Le fonctionnement d'un tel circuit d'équilibrage est le suivant. Lorsque les interrupteurs slj_ et s2-j_ sont fermés, un courant circule de la borne P vers la borne N de la batterie en passant par l'inductance Li. Lorsque les interrupteurs slj_ et s2-j_ sont ré-ouverts, le phénomène de maintien du courant dans la bobine Li entraine la circulation d'un courant allant de la borne ^v maxEti+l ^vers l ^a borne V _m -j_ _n g _t , en passant par la diode d2j_, l'inductance Li et la diode dlj_. L'énergie électrique stockée dans l'inductance Li vient alors charger la cellule de l'étage Eti dont la borne positive présente le potentiel le moins élevé.

Le circuit 32 est par exemple configuré pour, lorsqu'il détecte un déséquilibre au sein de l'un des étages Etl, Et2, Et3, Et4 et Et5 de la batterie, utiliser le circuit d'équilibrage 51 associé à l'étage pour recharger la cellule de l'étage dont la borne positive présente le potentiel le plus bas, jusqu'à ce que l'étage soit équilibré.

Le circuit 32 peut en outre être configuré pour, lorsqu'il détecte un déséquilibre entre des étages distincts de la batterie, utiliser le circuit d'équilibrage 51 associé à l'étage le moins chargé pour recharger la cellule de l'étage dont la borne positive présente le potentiel le plus bas. L'opération peut être répétée, par exemple selon un processus itératif, jusqu'à ce que tous les étages aient sensiblement la même tension.

A titre de variante, les circuits d'équilibrage 51 de la figure 5 peuvent être remplacés par d'autres circuits d'équilibrage, par exemple de type inductif, permettant de recharger la cellule la moins chargée d'un étage Eti en lui injectant, via les bornes V _m -j_ _n g- _| -_ et V _maxj - _| - un courant électrique prélevé dans les autres cellules de la batterie (via les bornes V _max g-(- i et V _m j_ _n Ei-i ' +1 par exemple pour l'étage Eti') .

Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux valeurs numériques mentionnées à titre d'exemple dans la présente description.