TITRE DE L’INVENTION : PROCEDE DE GESTION ENERGETIQUE D’UNE BATTERIE DE SERVITUDE AU LITHIUM-ION

[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2105449 déposée le 26.05.2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

[0002] Un aspect de l’invention se rapporte à un procédé de gestion énergétique une batterie de servitude au lithium-ion d’un véhicule, notamment automobile, ainsi qu’un véhicule automobile équipé d’au moins un calculateur agencé pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention.

[0003] Les véhicules automobiles comportent généralement des batteries au plomb reliées au réseau de bord, appelées aussi batteries de servitude, pour alimenter les équipements de ces véhicules. Ces batteries au plomb, comprenant généralement une tension de 12V, sont couramment utilisées car elles comportent un coût réduit.

[0004] Les batteries au plomb pesant environ 20 à 25kg sont toutefois relativement lourdes par rapport à la quantité d’énergie électrique stockée. De plus, elles font pour l’instant l’objet d’une dérogation par rapport à la législation de la commission européenne qui interdit le plomb. Cette dérogation pourrait être supprimée un jour, interdisant la vente de ces batteries, ce qui oblige les constructeurs à prévoir des solutions de remplacement.

[0005] Les batteries au lithium-ion comportant un niveau de tension proche de celui actuel en associant quatre cellules en série, pourraient remplacer les batteries au plomb. Cependant, ce type de batteries pose des problèmes liés à la température de fonctionnement. Il n’est en effet pas envisageable, lors de la recharge d’une telle batterie au lithium-ion, d’appliquer à ses bornes une tension équivalente à celle qu’il est possible d’appliquer aux bornes d’une batterie au plomb, laquelle batterie au plomb accepte par exemple une tension de 15,2V. Appliquer une telle tension de 15,2V aux bornes d’une batterie au lithium-ion sur une période assez longue échaufferait cette dernière et dégraderait rapidement ses performances. [0006] Le but de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un procédé de gestion énergétique d’une batterie de servitude au lithium- ion permettant d’éviter un échauffement de cette dernière.

[0007] Dans ce contexte, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un procédé de gestion énergétique d’une batterie de servitude au lithium-ion appartenant à un réseau basse tension d’un véhicule, le procédé comportant les étapes exécutées par au moins un calculateur de : déterminer, en fonction d’une température batterie mesurée, une tension de contrainte maximale et une tension de contrainte minimale acceptables pour la batterie ; déterminer une consigne de tension à appliquer aux bornes de la batterie pour maintenir un état de charge prédéterminé, la consigne de tension étant fonction de la température batterie mesurée ; déterminer une consigne de tension sécurisée en limitant ladite consigne de tension par ladite tension de contrainte maximale et ladite tension de contrainte minimale ; transmettre ladite consigne de tension sécurisée à un générateur de tension agencé pour piloter une tension aux bornes de la batterie conformément à la consigne de tension sécurisée.

[0008] Grâce à l’invention, la consigne de tension sécurisée transmise au générateur de tension est limitée par les tensions de contrainte minimale et maximale déterminées en fonction d’une température batterie mesurée. Ainsi, le risque d’échauffement excessif de la batterie qui pourrait être dû à une tension trop excessive appliquée par le générateur de tension aux bornes de la batterie est supprimé.

[0009] Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé selon l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.

[0010] Selon un aspect non limitatif de l’invention, le procédé comporte une étape d’appliquer une tension de correction à la consigne de tension sécurisée, la tension de correction étant fonction d’une variation de tension mesurée dans le réseau basse tension. [0011 ] Selon un aspect non limitatif de l’invention, la tension de contrainte maximale est égale à une tension à vide de la batterie + (une résistance interne de la batterie ^* un courant batterie maximal sécurisé); la tension de contrainte minimale est égale à la tension à vide de la batterie + (la résistance interne de la batterie ^* un courant batterie minimal sécurisé).

[0012] Selon un aspect non limitatif de l’invention, l’étape de déterminer une tension de contrainte maximale et une tension de contrainte minimale acceptables pour la batterie comporte les sous-étapes de : déterminer, en fonction de la température batterie mesurée, un courant batterie maximal et un courant batterie minimal acceptables par la batterie, déterminer un courant batterie maximal sécurisé et un courant batterie minimal sécurisé, le courant batterie maximal sécurisé étant égal : au courant batterie maximal déterminé au cours de la sous-étape de déterminer un courant batterie maximal et un courant batterie minimal acceptables par la batterie lorsque le courant batterie maximal déterminé est compris entre un courant batterie minimal seuil et un courant batterie maximal seuil ; au courant batterie minimal seuil lorsque le courant batterie maximal déterminé est inférieur au courant batterie minimal seuil ; au courant batterie maximal seuil lorsque le courant batterie maximal déterminé est supérieur au courant batterie maximal seuil. le courant batterie minimal sécurisé étant égal : au courant batterie minimal déterminé lorsque le courant batterie minimal déterminé est compris entre le courant batterie minimal seuil et le courant maximal seuil ; au courant batterie minimal seuil lorsque le courant batterie minimal déterminé est inférieur au courant batterie minimal seuil ; au courant batterie maximal seuil lorsque le courant batterie minimal déterminé est supérieur au courant batterie maximal seuil.

[0013] Selon un aspect non limitatif de l’invention, la tension de contrainte maximale est en outre égale à : la tension de contrainte maximale calculée lorsque la tension de contrainte maximale calculée est comprise entre une tension batterie minimale seuil et une tension batterie maximale seuil ; la tension batterie minimale seuil lorsque la tension de contrainte maximale calculée est inférieure à la tension batterie minimale seuil ; la tension batterie maximale seuil lorsque la tension de contrainte maximale calculée est supérieure à la tension batterie maximale seuil ;

[0014] Selon un aspect non limitatif de l’invention, la tension de contrainte minimale est en outre égale à : la tension de contrainte minimale calculée lorsque la tension de contrainte minimale calculée est comprise entre la tension batterie minimale seuil et la tension batterie maximale seuil ; la tension batterie minimale seuil lorsque la tension de contrainte minimale calculée est inférieure à la tension batterie minimale seuil ; la tension batterie maximale seuil lorsque la tension de contrainte minimale calculée est supérieure à la tension batterie maximale seuil. [0015] Selon un aspect non limitatif de l’invention, le procédé comporte une étape de déterminer une tension à vide de la batterie, la tension à vide étant égale à une tension batterie mesurée - (un courant batterie mesuré ^* la résistance interne de la batterie).

[0016] Selon un aspect non limitatif de l’invention, si la tension de contrainte minimale est supérieure ou égale à une tension minimale de sécurité et si: la consigne de tension déterminée est comprise entre la tension de contrainte maximale et la tension de contrainte minimale alors la consigne de tension sécurisée est égale à la consigne de tension déterminée; la consigne de tension déterminée est inférieure à la tension de contrainte minimale alors la consigne de tension sécurisée est égale à la tension de contrainte minimale ; la consigne de tension déterminée est supérieure à la tension de contrainte maximale alors la consigne de tension sécurisée est égale à la tension de contrainte maximale.

[0017] Selon un aspect non limitatif de l’invention, si une tension minimale de sécurité est comprise entre la tension de contrainte maximale et la tension de contrainte minimale et si: la consigne de tension déterminée est comprise entre la tension de contrainte maximale et la tension de contrainte minimale de sécurité alors la consigne de tension sécurisée est égale à la consigne de tension déterminée ; la consigne de tension déterminée est inférieure à la tension de contrainte minimale de sécurité alors la consigne de tension sécurisée est égale à la tension de contrainte minimale de sécurité; la consigne de tension déterminée est supérieure à la tension de contrainte maximale alors la consigne de tension sécurisé est égale à la tension de contrainte maximale.

[0018] Selon un aspect non limitatif de l’invention, si la tension de contrainte maximale est inférieure à la consigne de tension déterminée, alors la consigne de tension sécurisée est égale à la tension de contrainte maximale.

[0019] Un autre aspect de l’invention se rapporte à un véhicule comportant un réseau basse tension, une batterie de servitude au lithium-ion appartenant audit réseau basse tension et un générateur de tension agencé pour piloter une tension aux bornes de ladite batterie. Le véhicule comporte en outre au moins un calculateur agencé pour mettre en œuvre le procédé selon l’un des aspects de l’invention précités.

[0020] L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. [0021] [Fig. 1] représente de façon schématique un véhicule selon un aspect non limitatif de l’invention.

[0022] [Fig. 2] illustre de façon schématique un diagramme d’étapes d’un mode de mise en œuvre non limitatif du procédé selon l’invention.

[0023] La figure 1 illustre un véhicule 1 comportant un réseau basse tension 2, par exemple de 12V.

[0024] Le réseau basse tension 2 comporte notamment :

Une batterie de servitude au lithium-ion 3, par exemple de 12V , un calculateur 4 de type BMS pour battery management System en anglais , et un calculateur 5 de gestion du moteur du véhicule 1 .

[0025] Le véhicule 1 comporte en outre un générateur de tension 6 par exemple formé par un convertisseur de tension de type DCDC.

[0026] La figure 2 montre un diagramme d’étapes d’un mode de mise en œuvre du procédé 100 selon un aspect de l’invention. Il permet de piloter une tension aux bornes de la batterie de servitude au lithium-ion 3.

[0027] Dans un exemple de réalisation non limitatif, les étapes du procédé 100 sont exécutées au moyen du calculateur 4 de type BMS et du calculateur 5 de gestion du moteur du véhicule 1 .

[0028] Le procédé 100 comporte une étape de déterminer 101 une tension à vide de la batterie 3.

[0029] La tension à vide est égale à une tension batterie mesurée - (un courant batterie mesuré ^* une résistance interne de la batterie).

[0030] La tension batterie mesurée et le courant batterie mesuré peuvent être transmis par le calculateur BMS 4 au calculateur de gestion 5 du moteur.

[0031] La résistance interne de la batterie est quant à elle déterminée en fonction d’une température batterie mesurée. Cette température batterie mesurée peut être transmise par le calculateur BMS 4 au calculateur de gestion 5 du moteur. La température batterie mesurée est ensuite comparée à une cartographie permettant de déterminer la résistance interne en fonction de la température batterie. [0032] Selon une mise en œuvre non limitative, la tension à vide calculée est ensuite filtrée, par exemple au moyen d’un filtre passe bas du 1 ^er ordre. Ce filtrage permet ainsi de diminuer le bruit de la tension à vide utilisée par le procédé 100 selon l’invention. [0033] Le procédé 100 comporte en outre une étape de déterminer 102, en fonction de la température batterie mesurée, une tension de contrainte maximale et une tension de contrainte minimale acceptables par la batterie. Cette étape permet de déterminer les limites de tension minimale et maximale qui doivent être respectées aux bornes de la batterie de servitude au lithium-ion 3, pour notamment garantir que le courant circulant dans la batterie 3 respecte en moyenne, une limite minimale et une limite maximale.

[0034] Selon un exemple non limitatif, la tension de contrainte maximale est égale à la tension à vide de la batterie + (la résistance interne de la batterie ^* un courant batterie maximal sécurisé). [0035] Selon un exemple non limitatif, la tension de contrainte minimale est égale à la tension à vide de la batterie + (la résistance interne de la batterie ^* un courant batterie minimal sécurisé).

[0036] Afin de déterminer le courant batterie maximale sécurisé et le courant batterie minimal sécurisé, l’étape de déterminer 102 une tension de contrainte maximale et une tension de contrainte minimale comporte une première sous-étape 102a de déterminer, en fonction de la température batterie mesurée, un courant batterie maximal et un courant batterie minimal acceptables pour la batterie.

[0037] Pour déterminer le courant batterie maximal, le procédé 100 utilise une cartographie illustrant un courant batterie maximal en fonction de la température batterie. A une température batterie de +20°, ce courant batterie maximal peut par exemple être formé par un courant de charge de 60A.

[0038] Pour déterminer le courant batterie minimal, le procédé 100 utilise une cartographie illustrant un courant batterie minimal en fonction de la température batterie. A une température batterie de +20°, ce courant batterie minimal peut par exemple être formé par un courant de décharge de -300A.

[0039] L’étape 102 comporte en outre une deuxième sous-étape de déterminer 102b le courant batterie maximal sécurisé et le courant batterie minimal sécurisé. [0040] Le courant batterie maximal sécurisé est égal : au courant batterie maximal déterminé lors de la première sous- étape 102a lorsque le courant batterie maximal déterminé est compris entre un courant batterie minimal seuil et un courant batterie maximal seuil ; au courant batterie minimal seuil lorsque le courant batterie maximal déterminé est inférieur au courant batterie minimal seuil ; au courant batterie maximal seuil, lorsque le courant batterie maximal déterminé est supérieur au courant batterie maximal seuil.

[0041] Le courant batterie minimal sécurisé est égal : au courant batterie minimal déterminé lors de la première sous- étape 102a lorsque le courant batterie minimal déterminé est compris entre le courant batterie minimal seuil et le courant batterie maximal seuil ; au courant batterie minimal seuil lorsque le courant batterie minimal déterminé est inférieur au courant batterie minimal seuil ; - au courant batterie maximal seuil lorsque le courant batterie minimal déterminé est supérieur au courant batterie maximal seuil.

[0042] Cette deuxième sous-étape 102b permet de vérifier que les courants batteries minimal et maximal déterminés lors de la première sous-étape 102a sont compatibles avec les limites en courant (courant batterie minimal seuil et courant batterie maximal seuil) fournis directement par le calculateur BMS 4 de la batterie de servitude au lithium ion 3. Ces courants batteries minimal et maximal sécurisés permettent ainsi de respecter des contraintes d’utilisation compatibles avec la sécurité de la batterie 3 et donc du véhicule 1. [0043] Selon un aspect non limitatif de l’invention, la tension de contrainte maximale est en outre égale à : la tension de contrainte maximale précédemment calculée lorsque la tension de contrainte maximale calculée est comprise entre une tension batterie minimale seuil et une tension batterie maximale seuil ; la tension batterie minimale seuil lorsque la tension de contrainte maximale calculée est inférieure à la tension batterie minimale seuil ; la tension batterie maximale seuil lorsque la tension de contrainte maximale calculée est supérieure à la tension batterie maximale seuil.

[0044] Selon cet aspect non limitatif de l’invention, la tension de contrainte minimale est en outre égale à : la tension de contrainte minimale précédemment calculée lorsque la tension de contrainte minimale calculée est comprise entre la tension batterie minimale seuil et la tension batterie maximale seuil ; la tension batterie minimale seuil lorsque la tension de contrainte minimale calculée est inférieure à la tension batterie minimale seuil ; la tension batterie maximale seuil lorsque la tension de contrainte minimale calculée est supérieure à la tension batterie maximale seuil.

[0045] Ces tensions batteries minimale et maximale seuils sont des limites de tension minimale et maximale à respecter pour la batterie de façon à ne pas l’endommager.

[0046] Le procédé 100 comporte une étape de déterminer 103 une consigne de tension à appliquer aux bornes de la batterie 3 pour maintenir un état de charge prédéterminé, par exemple de 85%.

[0047] La consigne de tension est fonction d’une température de la batterie mesurée. A cette fin, le procédé utilise une cartographie illustrant une tension batterie en fonction de la température de la batterie.

[0048] Le procédé 100 selon l’invention comporte également une étape de déterminer 104 une consigne de tension sécurisée en appliquant la tension de contrainte maximale et la tension de contrainte minimale, déterminées au cours de l’étape 102, à la consigne de tension déterminée au cours de l’étape 103. [0049] Ces tensions de contrainte permettent de respecter les limites (courant et tension), tout en maîtrisant le courant notamment de charge qui circule dans la batterie 3.

[0050] De plus, dans une mise œuvre non limitative, le procédé 100 permet de fixer une tension minimale de sécurité, paramétrable (par ex 12.3V), de la batterie 3 à respecter. Cette tension minimale de sécurité permet d’assurer un niveau de performance minimum aux composants électriques constituants le réseau basse tension 2 du véhicule 1, par exemple des systèmes multimédia ou des dispositifs d’éclairage. [0051] Dans une première mise en œuvre, si la tension de contrainte minimale est supérieure ou égale à la tension minimale de sécurité et si : la consigne de tension déterminée est comprise entre la tension de contrainte maximale et la tension de contrainte minimale alors la consigne de tension sécurisée est égale à la consigne de tension déterminée; - la consigne de tension déterminée est inférieure à la tension de contrainte minimale alors la consigne de tension sécurisée est égale à la tension de contrainte minimale ; la consigne de tension déterminée est supérieure à la tension de contrainte maximale alors la consigne de tension sécurisée est égale à la tension de contrainte maximale.

[0052] Dans une deuxième mise en œuvre, si la tension minimale de sécurité est comprise entre la tension de contrainte maximale et la tension de contrainte minimale et si: la consigne de tension déterminée est comprise entre la tension de contrainte maximale et la tension de contrainte minimale de sécurité alors la consigne de tension sécurisée est égale à la consigne de tension déterminée ; la consigne de tension déterminée est inférieure à la tension de contrainte minimale de sécurité alors la consigne de tension sécurisée est égale à la tension de contrainte minimale de sécurité; la consigne de tension déterminée est supérieure à la tension de contrainte maximale alors la consigne de tension sécurisé est égale à la tension de contrainte maximale.

[0053] Dans une troisième mise en œuvre, si la tension de contrainte maximale est inférieure à la tension de contrainte minimale de sécurité alors la consigne de tension sécurisée est égale à la tension de contrainte maximale.

[0054] Dans un exemple de réalisation non limitatif, les variations de tension de la consigne de tension sécurisée peuvent être limitées par un gradient de tension maximal, par exemple 2V/s, et un gradient de tension minimal, par exemple -2V/s.

[0055] Le procédé 100 comporte également une étape d’appliquer 105 une tension de correction à la consigne de tension sécurisée en fonction d’une variation de tension mesurée dans le réseau basse tension 2.

[0056] Cette étape 105 permet de prendre en compte les chutes de tension dans le réseau basse tension 2 qui peuvent se produire. Ces chutes de tension peuvent par exemple être liées aux impédances de câblage du réseau basse tension 2. La tension de correction permet ainsi de réduire l’erreur entre la consigne de tension sécurisée à appliquer aux bornes de la batterie 3 et la tension réellement mesurée à ses bornes. Cette tension de correction est déterminée en permanence.

[0057] Dans un exemple de mise en œuvre non limitatif, une tension d’erreur est déterminée. Cette tension d’erreur est égale à la consigne de tension sécurisée déterminée - une tension mesurée aux borne de la batterie 3.

[0058] Ensuite, une tension de correction intermédiaire est déterminée au moyen d’un régulateur de type PID. Cette tension de correction intermédiaire est déterminée en permanence afin de réduire la tension d’erreur déterminée.

[0059] Finalement, cette tension de correction intermédiaire est comparée à une tension d’erreur minimale seuil et une tension d’erreur maximale seuil autorisées pour la correction de tension.

[0060] Ainsi, la tension de correction est égale à la tension de correction intermédiaire si la tension de correction intermédiaire est comprise entre la tension d’erreur minimale seuil et la tension d’erreur maximale seuil.

[0061] La tension de correction est égale à la tension d’erreur minimale seuil si la tension de correction intermédiaire est inférieure à la tension d’erreur minimale seuil. [0062] La tension de correction est égale à la tension d’erreur maximale seuil si la tension de correction intermédiaire est supérieure à la tension d’erreur maximale seuil.

[0063] Le procédé 100 comporte également une étape de transmettre 106 la consigne de tension sécurisée au générateur de tension 6 agencé pour piloter la tension aux bornes de la batterie 3 conformément à la consigne de tension sécurisée. Ce générateur de tension 6 est formé dans notre exemple par un convertisseur de tension DC/DC.

[0064] Dans un mode de réalisation différent, le générateur de tension 6 pourrait par exemple être formé par une machine électrique tournante de type alternateur.