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FR3099647A1 - Li / MnO2 module power supply system - Google Patents

Li / MnO2 module power supply system Download PDF

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FR3099647A1
FR3099647A1 FR1908600A FR1908600A FR3099647A1 FR 3099647 A1 FR3099647 A1 FR 3099647A1 FR 1908600 A FR1908600 A FR 1908600A FR 1908600 A FR1908600 A FR 1908600A FR 3099647 A1 FR3099647 A1 FR 3099647A1
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modules
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FR1908600A
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Rémi Vincent
Benoît Chavillon
Eric Mayousse
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Abstract

L’invention concerne un système d'alimentation électrique (1, 10) comportant : N modules (M_i) d'alimentation identiques, chaque module comprenant plusieurs cellules de type Li/MnO2, Une unité centrale (UC) reliée aux moyens de mesure de tension, configurée pour recevoir et traiter des données de mesure de tension en provenance des moyens de mesure de tension et pour : Déterminer l'état de chaque module entre un premier état (ST1) pour lequel sa tension est supérieure à une première valeur seuil, un deuxième état (ST2) pour lequel sa tension est comprise entre la première valeur seuil et une deuxième valeur seuil et un troisième état (ST3) pour lequel sa tension est inférieure à la deuxième valeur seuil, Déterminer une configuration de fonctionnement en tenant compte notamment, de l'état de chaque module, Commander des moyens de commande associés à chaque module pour appliquer la configuration de fonctionnement déterminée. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 5BThe invention relates to an electrical power supply system (1, 10) comprising: N identical power supply modules (M_i), each module comprising several Li / MnO2 type cells, A central unit (CPU) connected to the measurement means of voltage, configured to receive and process voltage measurement data coming from the voltage measurement means and to: Determine the state of each module between a first state (ST1) for which its voltage is greater than a first threshold value, a second state (ST2) for which its voltage is between the first threshold value and a second threshold value and a third state (ST3) for which its voltage is less than the second threshold value, Determine an operating configuration taking into account in particular , of the state of each module, Controlling control means associated with each module to apply the determined operating configuration. Figure to be published with the abstract: Figure 5B

Description

Système d'alimentation électrique à modules Li/MnO2Power supply system with Li/MnO2 modules

Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

L'invention concerne un système d'alimentation électrique. Ce système d'alimentation électrique présente la particularité de comporter des modules d'alimentation à cellules en Li/MnO2(Lithium/Dioxyde de manganèse).The invention relates to a power supply system. This power supply system has the particularity of comprising supply modules with Li/MnO 2 (Lithium/Manganese Dioxide) cells.

Etat de la techniqueState of the art

La pile lithium-dioxyde de manganèse (Li/MnO2) a été l'une des premières piles au lithium à cathode solide à être utilisée commercialement, dès 1976, du fait de ses caractéristiques intéressantes en termes de performances, mais aussi de son coût. Ces piles primaires ont l’inconvénient majeur de ne pas être rechargeable mais présentent l’avantage d’avoir une densité d’énergie importante. L’oxyde de manganèse conduit à une pile dont la tension est de l’ordre de 3 V en circuit ouvert. Cette tension élevée lui confère une forte énergie massique, au moins le double de celle des piles alcalines classiques. A format de pile et tension équivalents (deux éléments en série pour les systèmes classiques salins et alcalins), si les piles alcalines ont des temps de décharge environ double de ceux obtenus avec des piles salines, les piles Li/MnO2permettent des temps de décharge au moins deux fois supérieurs à ceux des piles alcalines.The lithium-manganese dioxide (Li/MnO 2 ) battery was one of the first solid-cathode lithium batteries to be used commercially, as early as 1976, due to its interesting characteristics in terms of performance, but also its cost. . These primary batteries have the major drawback of not being rechargeable but have the advantage of having a high energy density. The manganese oxide leads to a battery whose voltage is around 3 V in open circuit. This high voltage gives it a high specific energy, at least twice that of conventional alkaline batteries. For equivalent battery format and voltage (two cells in series for conventional saline and alkaline systems), while alkaline batteries have discharge times approximately double those obtained with saline batteries, Li/MnO 2 batteries allow discharge at least twice that of alkaline batteries.

Comme représenté sur la figure 1, la courbe de décharge de ces piles est généralement comprise entre 3.2 V et 2.0 V quel que soit le régime de fonctionnement (500mA à 1mA sur la figure 1).As shown in figure 1, the discharge curve of these batteries is generally between 3.2 V and 2.0 V whatever the operating regime (500mA to 1mA in figure 1).

Lorsque la décharge de ces piles est poussée à plus bas potentiel (proche de 0 Volt), le dioxyde de Manganèse MnO2peut présenter une capacité supplémentaire de décharge qui est très intéressante car elle permet d’atteindre environ 2500 mAh/g de MnO2. Cependant, l'emploi de cette capacité de décharge supplémentaire entraîne des changements de phases irréversibles. Une telle pile ne peut donc pas être utilisée au sein d’une batterie, mais seulement pour une pile primaire. De manière connue, les différents changements de phases associés à ces réactions en dessous 0,5 V sont les suivants :When the discharge of these batteries is pushed to a lower potential (close to 0 Volt), the Manganese dioxide MnO 2 can present an additional discharge capacity which is very interesting because it makes it possible to reach approximately 2500 mAh/g of MnO 2 . However, the use of this additional discharge capacity leads to irreversible phase changes. Such a cell cannot therefore be used within a battery, but only for a primary cell. As is known, the different phase changes associated with these reactions below 0.5 V are as follows:

LiMnO2+ Li++ e-=> Li2MnO2+2Li++ 2e-=> Mn + 2Li2OLiMnO 2 + Li + + e - => Li 2 MnO 2 +2Li + + 2e - => Mn + 2Li 2 O

MnO2=> Mn2O3(via présence de Li2O)MnO 2 => Mn 2 O 3 (via the presence of Li 2 O)

3 Mn2O3+ 2 Li++ 2e-=> 2 Mn3O4 3 Mn 2 O 3 + 2 Li + + 2nd - => 2 Mn 3 O 4

Mn3O4+ Li++ e-=> LiMn3O4 Mn 3 O 4 + Li + + e - => LiMn 3 O 4

LiMn3O4+ Li++ e-=> 3 MnO + Li2OLiMn 3 O 4 + Li + + e - => 3 MnO + Li 2 O

Ce domaine de tension de décharge n’est actuellement jamais utilisé au sein de systèmes d’énergie car il est trop bas pour assurer le fonctionnement de systèmes électroniques. La courbe de décharge complète entre 3,3 V et 0.3 V d’une pile constituée du couple Li/MnO2est représentée sur la figure 2.This range of discharge voltage is currently never used within energy systems because it is too low to ensure the operation of electronic systems. The complete discharge curve between 3.3 V and 0.3 V of a battery made up of the Li/MnO 2 pair is shown in figure 2.

Le but de l’invention est de proposer un système d’alimentation électrique adapté à des modules d’alimentation utilisant des piles primaires de type Li/MnO2, ce système permettant de s’adapter facilement à l’application à alimenter.The object of the invention is to propose an electrical power supply system adapted to power supply modules using primary cells of the Li/MnO 2 type, this system making it possible to adapt easily to the application to be powered.

Ce but est atteint par un système d'alimentation électrique comportant :This object is achieved by an electrical power supply system comprising:

  • N modules d'alimentation identiques, N étant supérieur ou égal à 2, chaque module comprenant plusieurs cellules de type Li/MnO2,N identical power supply modules, N being greater than or equal to 2, each module comprising several Li/MnO 2 type cells,
  • Des moyens de mesure de tension aux bornes de chaque module,Voltage measurement means at the terminals of each module,
  • Une unité centrale reliée aux moyens de mesure de tension, configurée pour recevoir et traiter des données de mesure de tension en provenance des moyens de mesure de tension,A central unit connected to the voltage measurement means, configured to receive and process voltage measurement data from the voltage measurement means,
  • Des moyens de commande pour connecter/déconnecter chaque module,Control means for connecting/disconnecting each module,

L'unité centrale étant configurée pour :The central unit being configured for:

  • Acquérir la tension mesurée aux bornes de chaque module,Acquire the voltage measured at the terminals of each module,
  • Comparer la tension mesurée aux bornes de chaque module avec une première valeur seuil et avec une deuxième valeur seuil inférieure à ladite première valeur seuil,Compare the voltage measured at the terminals of each module with a first threshold value and with a second threshold value lower than said first threshold value,
  • Déterminer l'état de chaque module entre un premier état pour lequel sa tension est supérieure à la première valeur seuil, un deuxième état pour lequel sa tension est comprise entre la première valeur seuil et la deuxième valeur seuil et un troisième état pour lequel sa tension est inférieure à la deuxième valeur seuil,Determine the state of each module between a first state for which its voltage is greater than the first threshold value, a second state for which its voltage is between the first threshold value and the second threshold value and a third state for which its voltage is less than the second threshold value,
  • Mémoriser l'état de chaque module,Memorize the state of each module,
  • Déterminer une configuration de fonctionnement en tenant compte, de l'état mémorisé pour chaque module, d'une ou plusieurs puissances de consigne appliquées en entrée, d’une ou plusieurs tensions de consigne appliquée(s) en entrée,Determine an operating configuration taking into account the state stored for each module, one or more setpoint powers applied at the input, one or more setpoint voltages applied at the input,
  • Commander les moyens de commande associés à chaque module pour appliquer la configuration de fonctionnement déterminée.Control the control means associated with each module to apply the determined operating configuration.

Selon une particularité, la configuration de fonctionnement est également déterminée en tenant compte de différentes unités à alimenter, et de leur besoin individuel en puissance et tension.According to one feature, the operating configuration is also determined taking into account the various units to be powered, and their individual power and voltage requirements.

Selon une autre particularité, pour chaque module, les moyens de commande (100_i) comportent un premier interrupteur agencé en série avec le module et un deuxième interrupteur agencé en parallèle dudit module.According to another feature, for each module, the control means (100_i) comprise a first switch arranged in series with the module and a second switch arranged in parallel with said module.

Selon une autre particularité, le système comporte un convertisseur de tension déporté affecté à chaque moduleAccording to another feature, the system comprises a remote voltage converter assigned to each module

Selon une autre particularité, le système comporte un convertisseur de tension central auquel est connecté le convertisseur de tension déporté associé à chaque module.According to another feature, the system includes a central voltage converter to which the remote voltage converter associated with each module is connected.

Selon une autre particularité, l'unité centrale est configurée pour tenir compte de l'état de charge de chaque module dans la détermination de la configuration de fonctionnement.According to another feature, the central unit is configured to take account of the state of charge of each module in determining the operating configuration.

Selon une autre particularité, l'unité centrale est configurée pour émettre un message d'alerte lorsque plus aucun module parmi les N modules ne se trouve dans le premier état.According to another feature, the central unit is configured to send an alert message when no more module among the N modules is in the first state.

Selon une autre particularité, l'unité centrale est configurée pour émettre un message d'alerte lorsqu'un module se trouve dans le troisième état.According to another feature, the central unit is configured to send an alert message when a module is in the third state.

Selon une autre particularité, le système comporte une unité de gestion déportée distincte affectée à la gestion de chaque module.According to another feature, the system includes a separate remote management unit assigned to the management of each module.

Selon une autre particularité, la première valeur seuil correspond à une valeur de tension haute, choisie pour délimiter une zone de fonctionnement dans laquelle le module de type Li/MnO2 fonctionne autour de son plateau haut de tension et peut délivrer son maximum de puissance.According to another feature, the first threshold value corresponds to a high voltage value, chosen to delimit an operating zone in which the Li/MnO2 type module operates around its high voltage plateau and can deliver its maximum power.

Selon une autre particularité, la deuxième valeur seuil correspond à une valeur de tension basse qui est inférieure à la première valeur seuil, et qui est choisie pour délimiter une zone de fonctionnement dans laquelle le module de type Li/MnO2 fonctionne au niveau de son plateau bas de tension.According to another feature, the second threshold value corresponds to a low voltage value which is lower than the first threshold value, and which is chosen to delimit an operating zone in which the Li/MnO2 type module operates at its plate low voltage.

L’invention concerne également un procédé de commande d'un système d'alimentation électrique tel que défini ci-dessus, ledit procédé comportant les étapes suivantes :The invention also relates to a method for controlling an electrical power supply system as defined above, said method comprising the following steps:

  • Mesure de la tension aux bornes de chaque module,Measurement of the voltage at the terminals of each module,
  • Comparaison de la tension mesurée aux bornes de chaque module avec une première valeur seuil et avec une deuxième valeur seuil inférieure à ladite première valeur seuil,Comparison of the voltage measured at the terminals of each module with a first threshold value and with a second threshold value lower than said first threshold value,
  • Détermination de l'état de chaque module entre un premier état pour lequel sa tension est supérieure à la première valeur seuil, un deuxième état pour lequel sa tension est comprise entre la première valeur seuil et la deuxième valeur seuil et un et un troisième état pour lequel sa tension est inférieure à la deuxième valeur seuil,Determination of the state of each module between a first state for which its voltage is greater than the first threshold value, a second state for which its voltage is between the first threshold value and the second threshold value and one and a third state for which its voltage is lower than the second threshold value,
  • Mémorisation de l'état déterminé pour chaque module,Storage of the state determined for each module,
  • Détermination d'une configuration de fonctionnement en tenant compte, de l'état mémorisé pour chaque module, d'une ou plusieurs puissances de consigne appliquées en entrée, d’une ou plusieurs tensions de consigne appliquée(s) en entrée,Determination of an operating configuration taking into account the state stored for each module, one or more setpoint powers applied at the input, one or more setpoint voltages applied at the input,
  • Commande des moyens de commande associés à chaque module pour appliquer la configuration de fonctionnement déterminée.Control of the control means associated with each module to apply the determined operating configuration.

Selon une particularité, le procédé comporte une étape de génération d'un message d'alerte lorsque plus aucun module parmi les N modules ne se trouve dans le premier état.According to one feature, the method comprises a step of generating an alert message when no longer any module among the N modules is in the first state.

Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de génération d'un message d'alerte lorsqu'un module se trouve dans le troisième état.According to another feature, the method includes a step of generating an alert message when a module is in the third state.

L’invention concerne également l’utilisation du système d'alimentation électrique tel que défini ci-dessus, pour alimenter un ballon-sonde météorologique en utilisant deux modules d'alimentation électrique, un premier module dans le premier état pour alimenter une première unité de puissance et un deuxième module dans le deuxième état pour alimenter une unité de contrôle/mesure.The invention also relates to the use of the power supply system as defined above, to power a meteorological sounding balloon by using two power supply modules, a first module in the first state to power a first unit of power and a second module in the second state to supply a control/measurement unit.

On verra ci-après que la solution de l’invention est adaptée pour exploiter les deux domaines de tension de décharge d'une pile de type Li/MnO2.It will be seen below that the solution of the invention is suitable for exploiting the two discharge voltage ranges of a Li/MnO 2 type cell.

Brève description des figuresBrief description of figures

D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit, faite en liaison avec les figures listées ci-dessous :Other characteristics and advantages will appear in the detailed description which follows, made in conjunction with the figures listed below:

  • La figure 1 représente un diagramme montrant des courbes de décharge d'une pile Li/MnO2pour différents régimes ;FIG. 1 represents a diagram showing discharge curves of a Li/MnO 2 cell for different regimes;

  • La figure 2 représente une courbe de décharge complète d'une pile Li/MnO2;FIG. 2 represents a complete discharge curve of a Li/MnO 2 cell;

  • La figure 3 montre un diagramme avec une courbe de décharge d'un module comprenant cinquante cellules de type Li/MnO2et illustre la présence des différents états pris par le module ;FIG. 3 shows a diagram with a discharge curve of a module comprising fifty Li/MnO 2 type cells and illustrates the presence of the different states assumed by the module;

  • Les figures 4A et 4B proposent deux configurations de réalisation du système ;Figures 4A and 4B propose two embodiments of the system;

  • Les figures 5A et 5B illustrent, de manière schématique, le principe de fonctionnement du système d'alimentation de l'invention ;FIGS. 5A and 5B schematically illustrate the principle of operation of the supply system of the invention;

  • La figure 6 illustre une application du système d'alimentation de l'invention ;FIG. 6 illustrates an application of the supply system of the invention;

Description détaillée d'au moins un mode de réalisationDetailed description of at least one embodiment

L’invention vise un système d’alimentation électrique 1, 10 qui comporte plusieurs modules M_i. Chaque module est composé de plusieurs cellules de type Li/MnO2. Une cellule de type Li/MnO2peut présenter une anode réalisée en lithium, une cathode réalisée en MnO2et un électrolyte réalisé en lithium-halide, dissous dans un solvant organique. Les figures 4A et 4B donnent deux exemples de réalisation du système 1, 10 de l'invention, tandis que les figures 5A et 5B présentent leur principe de fonctionnement.The invention relates to an electrical power supply system 1, 10 which comprises several modules M_i. Each module is made up of several Li/MnO 2 type cells. A Li/MnO 2 type cell can have an anode made of lithium, a cathode made of MnO 2 and an electrolyte made of lithium-halide, dissolved in an organic solvent. Figures 4A and 4B give two embodiments of the system 1, 10 of the invention, while Figures 5A and 5B present their principle of operation.

Comme décrit ci-dessus, une cellule de type Li/MnO2présente une courbe de décharge (qui correspond en fait à l'évolution de sa tension en fonction du temps, pour un régime de décharge fixé) ayant le profil représenté sur la figure 2. Sur cette figure 2, la courbe a été obtenue en effectuant une décharge complète entre 3,3 V et 0.3 V d’une pile constituée du couple Li/MnO2. Cette courbe a été obtenue en pile bouton sous 30 µA (Li versus MnO2enduit sur un collecteur de courant en aluminium avec un Celgard 2420 utilisé comme séparateur). On peut voir sur cette courbe qu’une cellule de type Li/MnO2présente principalement deux paliers de fonctionnement, un premier palier P1 à potentiel haut (autour de 2,5 V) qui correspond au palier classiquement employé lors de l’utilisation d’une pile avec cette technologie et un deuxième palier P2 autour de 0,5V. L’exploitation de ce deuxième palier P2 permet ainsi d’augmenter la capacité globale du module, sans aucune modification, et ainsi, pour certaines applications, de prolonger son utilisation. Sur ce deuxième plateau, la courbe de décharge est globalement plate, ce qui signifie que la tension à ses bornes évolue très faiblement sur une large plage de fonctionnement.As described above, a cell of the Li/MnO 2 type presents a discharge curve (which in fact corresponds to the evolution of its voltage as a function of time, for a fixed discharge rate) having the profile represented in the figure 2. In this figure 2, the curve was obtained by carrying out a complete discharge between 3.3 V and 0.3 V of a battery made up of the Li/MnO 2 couple. This curve was obtained in a button cell under 30 μA (Li versus MnO 2 coated on an aluminum current collector with a Celgard 2420 used as separator). It can be seen on this curve that a cell of the Li/MnO 2 type mainly has two operating levels, a first level P1 at high potential (around 2.5 V) which corresponds to the level conventionally used when using a battery with this technology and a second level P2 around 0.5V. The exploitation of this second stage P2 thus makes it possible to increase the overall capacity of the module, without any modification, and thus, for certain applications, to prolong its use. On this second plateau, the discharge curve is generally flat, which means that the voltage at its terminals evolves very slightly over a wide operating range.

Partant de ce principe, le système de l’invention comporte N modules, avec N supérieur ou égal à 2. Sur les figures, chaque module est référencé M_i avec l'indice i allant de 1 à N.Starting from this principle, the system of the invention comprises N modules, with N greater than or equal to 2. In the figures, each module is referenced M_i with the index i ranging from 1 to N.

Les N modules du système peuvent être identiques. Par "modules identiques", on entend que les modules ont notamment une même architecture (même nombre de cellules) et une même technologie. Cependant, ils peuvent être dans des états de charge (SOC) différents et présenter des états de santé (SOH) différents.The N modules of the system can be identical. By “identical modules”, it is meant that the modules have in particular the same architecture (same number of cells) and the same technology. However, they can be in different states of charge (SOC) and exhibit different states of health (SOH).

Chaque module comporte plusieurs cellules d’alimentation réalisées suivant la technologie Li/MnO2. Ces cellules d’alimentation sont avantageusement toutes identiques en architecture et en technologie.Each module comprises several power supply cells produced using Li/MnO 2 technology. These power supply cells are advantageously all identical in architecture and in technology.

A titre d’exemple, un module M_i peut comporter cinquante cellules réparties en cinq groupes de cellules en parallèles, avec dix cellules en série par groupe. D'autres configurations sont bien entendu envisageables.For example, a module M_i can comprise fifty cells divided into five groups of cells in parallel, with ten cells in series per group. Other configurations are of course possible.

La figure 2 représente le profil de décharge d’une mono-cellule sous 0,8 C. Ainsi, par extrapolation, le profil de décharge (sous 0,8 C par cellule) du module composé de cinquante cellules selon la répartition décrite ci-dessus est représenté sur la figure 3.Figure 2 shows the discharge profile of a single cell under 0.8 C. Thus, by extrapolation, the discharge profile (under 0.8 C per cell) of the module composed of fifty cells according to the distribution described below above is shown in Figure 3.

Sur le plateau haut, le module délivre 25 V soit 100 W sous 0,8 C pour une énergie de 125 Wh (possibilité de monter à 3 C soit 375 W). Il s’agit ici de la première partie de la décharge. Lorsqu’il est sur le plateau bas, le module délivre une tension d’environ 3 V pour une énergie totale de 135 Wh. Si le besoin est de 3 W alors le régime de décharge est de 0,2 C.On the top plate, the module delivers 25 V or 100 W at 0.8 C for an energy of 125 Wh (possibility of increasing to 3 C or 375 W). This is the first part of the release. When it is on the low plate, the module delivers a voltage of approximately 3 V for a total energy of 135 Wh. If the requirement is 3 W then the discharge rate is 0.2 C.

En référence aux figures 4A et 4B, le système 1, 10 comporte des moyens de mesure de tension Um_i au niveau de chaque module M_i. Ces moyens de mesure de tension (Par exemple un capteur de tension classique) sont destinés à mesurer la tension de sortie aux bornes de chaque module M_i. De manière connue, dans une batterie de type primaire ou secondaire, la tension à ses bornes (tension de sortie) diminue ou augmente en fonction de son niveau de charge. La tension sera maximale lorsque la batterie est totalement chargée et minimale lorsqu’elle est vide.With reference to FIGS. 4A and 4B, the system 1, 10 comprises voltage measurement means Um_i at the level of each module M_i. These voltage measurement means (for example a conventional voltage sensor) are intended to measure the output voltage at the terminals of each module M_i. In a known manner, in a battery of the primary or secondary type, the voltage at its terminals (output voltage) decreases or increases according to its level of charge. The voltage will be maximum when the battery is fully charged and minimum when it is empty.

Ainsi, en référence à la figure 3, selon sa tension de sortie, le module M_i peut être :Thus, with reference to Figure 3, depending on its output voltage, the module M_i can be:

  • Dans un premier état ST1 si sa tension de sortie est supérieure à une première valeur seuil Vth_1 ;In a first state ST1 if its output voltage is greater than a first threshold value Vth_1;
  • Dans un deuxième état ST2 si sa tension de sortie est comprise entre la première valeur seuil Vth_1 et une deuxième valeur seuil Vth_2, inférieure à la première valeur seuil ;In a second state ST2 if its output voltage is between the first threshold value Vth_1 and a second threshold value Vth_2, lower than the first threshold value;
  • Dans un troisième état ST3 si sa tension de sortie est inférieure à la deuxième valeur seuil Vth_2 ;In a third state ST3 if its output voltage is lower than the second threshold value Vth_2;

La première valeur seuil Vth_1 correspond à une valeur de tension haute, choisie pour délimiter une zone de fonctionnement dans laquelle le module M_i fonctionne autour du plateau haut de tension et peut délivrer son maximum de puissance.The first threshold value Vth_1 corresponds to a high voltage value, chosen to delimit an operating zone in which the module M_i operates around the high voltage plateau and can deliver its maximum power.

La deuxième valeur seuil Vth_2 correspond à une valeur de tension basse qui est inférieure à la première valeur seuil, et qui est choisie pour délimiter une zone de fonctionnement dans laquelle le module M_i fonctionne au niveau du plateau bas de tension.The second threshold value Vth_2 corresponds to a low voltage value which is lower than the first threshold value, and which is chosen to delimit an operating zone in which the module M_i operates at the level of the low voltage plateau.

Les deux valeurs seuils seront choisis en fonction des niveaux de tension de la courbe de décharge du module.The two threshold values will be chosen according to the voltage levels of the module discharge curve.

Chaque module peut comporter un identifiant unique. L’état (ST1, ST2 ou ST3) de chaque module est mémorisé en association avec cet identifiant.Each module can have a unique identifier. The state (ST1, ST2 or ST3) of each module is stored in association with this identifier.

En référence à la figure 5A, parmi les N modules du système 1, 10 on a ainsi :With reference to FIG. 5A, among the N modules of system 1, 10 we thus have:

  • Un nombre n1 de modules dans le premier état, n1 pouvant aller de 0 à N ;A number n1 of modules in the first state, n1 being able to range from 0 to N;
  • Un nombre n2 de modules dans le deuxième état, n2 pouvant aller de 0 à N ;A number n2 of modules in the second state, n2 possibly ranging from 0 to N;
  • Un nombre n3 de modules dans le troisième état, n3 pouvant aller de 0 à N ;A number n3 of modules in the third state, n3 possibly ranging from 0 to N;

En tenant compte de l’ensemble des modules, on a ainsi :Taking into account all the modules, we thus have:

N=n1+n2+n3N=n1+n2+n3

Le système peut également comporter des moyens de mesure du courant en sortie de chaque module.The system can also include means for measuring the current at the output of each module.

Pour chaque module, le système 1, 10 peut comporter une unité de gestion déportée (BMS_i pour Battery Management System). Cette unité de gestion déportée peut être amenée à déterminer certains paramètres de fonctionnement du module tels que par exemple :For each module, the system 1, 10 can comprise a remote management unit (BMS_i for Battery Management System). This remote management unit may be required to determine certain operating parameters of the module such as for example:

  • SOH (état de santé du module) ;SOH (module health status);
  • SOC (état de charge du module) ; Pour rappel, à partir des courbes de décharges connues d'une pile, on peut déterminer l'autonomie restante de la pile (c'est-à-dire son état de charge), en mesurant sa tension de sortie et le courant débité par la pile ;SOC (module state of charge); As a reminder, from the known discharge curves of a battery, it is possible to determine the remaining autonomy of the battery (that is to say its state of charge), by measuring its output voltage and the current delivered by the battery ;
  • DOD (profondeur de décharge du module) ;DOD (module depth of discharge);
  • Energie totale depuis la première mise en service ;Total energy since first commissioning;
  • Gestion de la communication avec les autres unités de gestion déportées et avec l’unité centrale ;Management of communication with other remote management units and with the central unit;

Le système 1, 10 comporte une unité centrale UC à laquelle sont reliées les unités de gestion déportées BMS_i décrites ci-dessus et associées chacune à un module M_i distinct. La liaison de communication (non représentée) entre l’unité centrale UC et les unités de gestion déportées peut être de type bus, par exemple un bus CAN.The system 1, 10 comprises a central unit UC to which are connected the remote management units BMS_i described above and each associated with a distinct module M_i. The communication link (not shown) between the central unit UC and the remote management units can be of the bus type, for example a CAN bus.

Cette unité centrale UC peut comporter des moyens de traitement (microprocesseur et mémoire notamment) et des moyens de communication pour communiquer avec les unités de gestion déportées BMS_i. Elle comporte aussi des modules logiciels de gestion destinés à gérer les N modules du système.This central unit UC can comprise processing means (microprocessor and memory in particular) and communication means for communicating with the remote management units BMS_i. It also comprises management software modules intended to manage the N modules of the system.

De manière non limitative, en référence aux figures 5A et 5B, ces modules logiciels de gestion peuvent être les suivants :In a non-limiting manner, with reference to FIGS. 5A and 5B, these management software modules can be the following:

  • Un module d’acquisition des données de mesure de tension réalisées aux bornes de chaque module M_i par les capteurs de tension Um_i ;A module for acquiring voltage measurement data taken at the terminals of each module M_i by the voltage sensors Um_i;
  • Un module de comparaison de la tension mesurée aux bornes de chaque module avec les deux valeurs seuils Vth_1, Vth_2 définies ci-dessus, afin de déterminer l’état (ST1, ST2, ST3) de chaque module M_i ;A module for comparing the voltage measured at the terminals of each module with the two threshold values Vth_1, Vth_2 defined above, in order to determine the state (ST1, ST2, ST3) of each module M_i;
  • Un module de détermination de l’état de chaque module, parmi le premier état ST1, le deuxième état ST2 et le troisième état ST3, selon la valeur de la tension à ses bornes par rapport aux deux valeurs seuils ;A module for determining the state of each module, among the first state ST1, the second state ST2 and the third state ST3, according to the value of the voltage at its terminals with respect to the two threshold values;
  • Un module de mémorisation de l’état déterminé pour chaque module, cet état pouvant évoluer au cours du temps, au fur et à mesure de la décharge du module ; Une mise à jour peut être effectuée à intervalles réguliers ;A module for storing the state determined for each module, this state being able to change over time, as the module discharges; An update can be performed at regular intervals;
  • Un module de détermination d’une configuration de fonctionnement du système 1, 10 en tenant compte de certains ou de tous les paramètres suivants :
    • L’état de chaque module M_i du système ;
    • Les caractéristiques des différentes unités Z_j (avec j allant de 1 à M et M supérieur ou égal à 2) à alimenter présentes dans l’installation électrique et en particulier leur besoin individuel de puissance et/ou de tension d’entrée ; Il faut noter que le besoin de puissance et/ou de tension (Uz_j) d’entrée de chaque unité peut évoluer au cours du temps ; L’installation peut par exemple comporter une unité dite haute puissance (alimentation d’un moteur électrique) et une unité dite basse puissance (alimentation d’un circuit de contrôle, de communication, de mesure…), ce qui donne pour cet exemple à deux unités :
      • La tension de consigne (désignée Uz_1, Uz_2 pour chaque unité Z_1 et Z_2) de chaque unité de l’installation électrique à alimenter ;
      • La puissance électrique (Pref_1, Pref_2) nécessaire au fonctionnement de chaque unité de l'installation ;
    A module for determining an operating configuration of the system 1, 10 taking into account some or all of the following parameters:
    • The status of each M_i module in the system;
    • The characteristics of the various units Z_j (with j ranging from 1 to M and M greater than or equal to 2) to be supplied present in the electrical installation and in particular their individual need for power and/or input voltage; It should be noted that the input power and/or voltage (Uz_j) requirement of each unit may change over time; The installation can for example comprise a so-called high-power unit (power supply for an electric motor) and a so-called low-power unit (power supply for a control, communication, measurement circuit, etc.), which gives for this example two units:
      • The setpoint voltage (designated Uz_1, Uz_2 for each unit Z_1 and Z_2) of each unit of the electrical installation to be supplied;
      • The electrical power (Pref_1, Pref_2) necessary for the operation of each unit of the installation;
  • Un module de détermination des commandes à envoyer selon la configuration de fonctionnement déterminée ;A module for determining the commands to be sent according to the determined operating configuration;
  • Un module d'alerte, configuré pour alerter un opérateur lorsqu'au moins l'un des N modules se trouve dans le troisième état ST3, c'est-à-dire dans un état hors service nécessitant son remplacement ou lorsque parmi les N modules, plus aucun module ne se trouve dans le premier état ST1 ; Cette option d’alerte est pertinente lorsque le système comporte au moins une unité dite haute puissance à alimenter (par exemple un moteur électrique) ;An alert module, configured to alert an operator when at least one of the N modules is in the third state ST3, that is to say in an out of service state requiring its replacement or when among the N modules , no more module is in the first state ST1; This alert option is relevant when the system includes at least one so-called high power unit to be powered (for example an electric motor);

Selon une particularité de l’invention, la configuration de fonctionnement est liée aux caractéristiques de l'installation électrique à alimenter.According to a feature of the invention, the operating configuration is linked to the characteristics of the electrical installation to be powered.

Selon une particularité de l'invention, la configuration de fonctionnement est susceptible d'évoluer au cours du temps, du fait de l'évolution de l'état de chaque module. On verra que si un module passe du premier état ST1 au deuxième état ST2, il peut être nécessaire de modifier la configuration de fonctionnement pour s'assurer que l'installation électrique reste alimentée de la manière souhaitée.According to a feature of the invention, the operating configuration is likely to change over time, due to the change in the state of each module. It will be seen that if a module passes from the first state ST1 to the second state ST2, it may be necessary to modify the operating configuration to ensure that the electrical installation remains powered in the desired manner.

Pour répondre à la configuration de fonctionnement déterminée, le système comporte des moyens de commande.To respond to the determined operating configuration, the system comprises control means.

En référence à la figure 4A, ces moyens de commande peuvent comporter une unité de commande 100_i associée à chaque module M_i. L'unité de commande est agencée et commandée pour définir la topologie de connexion de chaque module M_i sur une installation électrique à alimenter.Referring to FIG. 4A, these control means may comprise a control unit 100_i associated with each module M_i. The control unit is arranged and controlled to define the connection topology of each module M_i on an electrical installation to be supplied.

L'unité de commande 100_i peut comporter des moyens de commutation, par exemple deux interrupteurs commandables, l'un pour court-circuiter le module M_i par rapport à l'installation électrique à alimenter, l'autre pour connecter le module en série avec l'installation électrique à alimenter. En commandant les interrupteurs de manière adaptée, il est ainsi possible de connecter un seul module parmi les N modules, de connecter plusieurs modules en parallèle ou de connecter plusieurs modules en série parmi les N modules.The control unit 100_i can comprise switching means, for example two controllable switches, one to short-circuit the module M_i with respect to the electrical installation to be powered, the other to connect the module in series with the electrical installation to be powered. By controlling the switches in an appropriate manner, it is thus possible to connect a single module among the N modules, to connect several modules in parallel or to connect several modules in series among the N modules.

Dans une variante de réalisation, comme représenté sur la figure 4B, l'unité de commande de chaque module M_i du système 10 peut également comporter, pour chaque module M_i, un convertisseur de tension déporté, par exemple de type DC/AC (référencé DC/AC_i sur les figures) ou de type DC/DC (non illustré) destiné à convertir une première tension fournie par le module en une deuxième tension variable.In a variant embodiment, as represented in FIG. 4B, the control unit of each module M_i of the system 10 can also comprise, for each module M_i, a remote voltage converter, for example of the DC/AC type (referenced DC /AC_i in the figures) or of the DC/DC type (not shown) intended to convert a first voltage supplied by the module into a second variable voltage.

Dans les deux réalisations, les moyens de commande peuvent également comporter un convertisseur central, qui sera de type DC/AC lorsque l'unité de commande associée à chaque module comporte uniquement les moyens de commutation évoqués ci-dessus (réalisation de la figure 4A) ou de type AC/AC lorsque chaque unité de commande intègre un convertisseur de tension déporté de type DC/AC (réalisation de la figure 4B). Selon la configuration, il est entendu que ce convertisseur central peut aussi être de type DC/DC.In both embodiments, the control means may also comprise a central converter, which will be of the DC/AC type when the control unit associated with each module comprises only the switching means mentioned above (embodiment of FIG. 4A) or of the AC/AC type when each control unit incorporates a remote voltage converter of the DC/AC type (embodiment of FIG. 4B). Depending on the configuration, it is understood that this central converter can also be of the DC/DC type.

Partant de cette architecture du système, l'unité centrale UC peut donc gérer les modules M_i du système en tenant compte des contraintes de l'installation électrique à alimenter.Starting from this architecture of the system, the central processing unit UC can therefore manage the modules M_i of the system taking into account the constraints of the electrical installation to be powered.

De manière générale, le principe de gestion mis en œuvre par l'unité centrale UC consiste à exploiter chaque module M_i dans son premier état ST1 puis dans son deuxième état ST2 en adaptant la configuration de fonctionnement à l'état des modules.In general, the management principle implemented by the central processing unit UC consists in operating each module M_i in its first state ST1 then in its second state ST2 by adapting the operating configuration to the state of the modules.

Sur la figure 5A, le diagramme représenté illustre le classement des modules par état, réalisé par l'unité centrale UC. Dans sa mémoire, l'unité centrale peut comporter une table répertoriant les modules par état. Cette table comporte ainsi n1 modules dans le premier état ST1, n2 modules dans le deuxième état ST2 et n3 modules dans le troisième état ST3.In FIG. 5A, the diagram represented illustrates the classification of the modules by state, produced by the central processing unit UC. In its memory, the central unit may include a table listing the modules by state. This table thus comprises n1 modules in the first state ST1, n2 modules in the second state ST2 and n3 modules in the third state ST3.

La figure 5B illustre pour sa part un principe de détermination d'une configuration de fonctionnement par l'unité centrale UC. L'unité centrale UC dispose de l'état à jour de chacun des modules qu'elle a en gestion. En entrée, l'unité centrale UC peut recevoir au moins une première puissance Pref_1 à fournir et éventuellement une deuxième puissance Pref_2 à fournir. Elle peut également recevoir une ou deux tensions de consigne (Uz_1, Uz_2) correspondant aux puissances (Pref_1, Pref_2). En fonction de ces données d'entrée, l'unité centrale UC établit la configuration de fonctionnement adaptée. Comme on peut le voir sur la figure 5B, elle va activer un nombre X de modules parmi les n1 modules qui sont dans le premier état ST1 et un nombre Y de modules parmi les n2 modules qui sont dans le deuxième état. Elle peut également distribuer l’énergie électrique entre différentes unités Z_1, Z_2 liées aux caractéristiques de puissance et tension ci-dessus. Elle peut activer les convertisseurs de tension de type DC/AC_i associés à chaque module pour convertir la tension fournie en une tension de consigne Uz_j donnée. En parallèle, l'unité centrale UC surveille également l'évolution de l'état de chaque module. Grâce à son module d'alerte, elle peut alerter qu'un module est passé dans le troisième état ST3 ou que le système ne comporte plus aucun module dans le premier état ST1.FIG. 5B illustrates for its part a principle for determining an operating configuration by the central processing unit UC. The central processing unit UC has the up-to-date status of each of the modules it manages. As input, the central processing unit UC can receive at least a first power Pref_1 to be supplied and possibly a second power Pref_2 to be supplied. It can also receive one or two reference voltages (Uz_1, Uz_2) corresponding to the powers (Pref_1, Pref_2). Depending on these input data, the central processing unit UC establishes the appropriate operating configuration. As can be seen in FIG. 5B, it will activate a number X of modules among the n1 modules which are in the first state ST1 and a number Y of modules among the n2 modules which are in the second state. It can also distribute electrical energy between different units Z_1, Z_2 linked to the power and voltage characteristics above. It can activate the DC/AC_i type voltage converters associated with each module to convert the supplied voltage into a given setpoint voltage Uz_j. In parallel, the central processing unit UC also monitors the evolution of the state of each module. Thanks to its alert module, it can alert that a module has passed into the third state ST3 or that the system no longer comprises any module in the first state ST1.

Différentes applications du système de l’invention sont décrites ci-dessous.Different applications of the system of the invention are described below.

A titre d'exemple et de manière générale, le système de l'invention présente notamment un intérêt dans une application où les demandes en énergie/puissance de l'installation ne sont pas dissociées. Pour cette application, le système 1, 10 comporte au moins deux modules, un premier module qui est naturellement à une première tension haute (par exemple 25V) pour répondre aux demandes de puissances, un second dont la tension de sortie est basse, mais réhaussée au niveau de la première tension pour répondre à la demande d’énergie. De manière avantageuse, il s'agit de consommer sur la même durée l'énergie disponible dans le premier module qui est dans le premier état ST1 et l'énergie du deuxième module qui est dans le deuxième état ST2. A partir de l'état de charge (SOC) réel de chaque module et de l'évolution de cet état de charge au cours du temps, l'unité centrale UC peut piloter chaque module à la demande pour contrôler la décharge de chaque module et faire en sorte que les deux modules se trouvent dans un état de charge final similaire, à la fin de l'exploitation de l'installation alimentée, permettant un remplacement des deux modules au même moment.By way of example and generally, the system of the invention has in particular an interest in an application where the energy/power demands of the installation are not dissociated. For this application, the system 1, 10 comprises at least two modules, a first module which is naturally at a first high voltage (for example 25V) to meet power demands, a second whose output voltage is low, but raised at the first voltage to meet the power demand. Advantageously, it is a question of consuming over the same duration the energy available in the first module which is in the first state ST1 and the energy of the second module which is in the second state ST2. From the real state of charge (SOC) of each module and the evolution of this state of charge over time, the central processing unit UC can control each module on demand to control the discharge of each module and ensure that the two modules are in a similar final state of charge, at the end of the operation of the supplied installation, allowing replacement of the two modules at the same time.

A titre d'exemple, une application particulière du système peut consister à utiliser des modules identiques dans des conditions identiques (courant, tension) les uns après les autres lorsque ceux-ci sont dans le premier état ST1 puis, lorsque tous les modules sont dans le deuxième état ST2, à commander une mise en série de plusieurs modules pour permettre, en définissant le nombre de modules par rapport à une tension de consigne de l'installation, de prolonger la durée de vie du système. Dans cette application, le nombre N de modules devra être suffisant pour qu'une fois connectée en série, ils puissent assurer la fourniture de la tension totale de fonctionnement de l'installation à alimenter. Dans ce mode particulier de fonctionnement, un message d'alerte peut être émis par l'unité centrale UC à destination de l'opérateur pour lui indiquer que le remplacement des modules sera à effectuer dans un futur proche.By way of example, a particular application of the system may consist in using identical modules under identical conditions (current, voltage) one after the other when these are in the first state ST1 then, when all the modules are in the second state ST2, to control a series connection of several modules to allow, by defining the number of modules with respect to a setpoint voltage of the installation, to extend the life of the system. In this application, the number N of modules must be sufficient so that, once connected in series, they can ensure the supply of the total operating voltage of the installation to be supplied. In this particular mode of operation, an alert message can be sent by the central processing unit UC to the operator to indicate to him that the replacement of the modules will have to be carried out in the near future.

Une autre application particulière peut consister à basculer un ou plusieurs modules encore dans le premier état ST1 en module dans le deuxième état ST2 pour les faire fonctionner à une tension moindre. Pour cela, il s’agit d’appliquer une décharge volontaire du module à dégrader en dissipant son énergie dans une résistance de décharge. Cela peut s’avérer pertinent lorsque l’on souhaite que tous les modules soient tous au même niveau de charge, ou pour précipiter le remplacement d’un module.Another particular application may consist of switching one or more modules still in the first state ST1 into a module in the second state ST2 to make them operate at a lower voltage. For this, it is a question of applying a voluntary discharge of the module to be degraded by dissipating its energy in a discharge resistor. This can be relevant when you want all the modules to be all at the same charge level, or to rush the replacement of a module.

De manière plus concrète, comme représenté sur la figure 6, le système 1, 10 peut être employé pour fournir l’énergie électrique nécessaire à un ballon-sonde 2, utilisé pour faire des relevés météorologiques. Un tel ballon-sonde dispose de deux unités dissociées :More concretely, as shown in Figure 6, the system 1, 10 can be used to provide the electrical energy needed for a weather balloon 2, used to take meteorological readings. Such a weather balloon has two separate units:

  • Une première unité Z_1 de puissance comprenant les moteurs électriques du ballon-sonde ;A first power unit Z_1 comprising the electric motors of the weather balloon;
  • Une deuxième unité Z_2 de mesure/contrôle/communication comprenant les appareils de mesure météorologique du ballon-sonde, son unité centrale, ainsi que ses moyens de communication ;A second measurement/control/communication unit Z_2 comprising the meteorological measurement devices of the weather balloon, its central unit, as well as its means of communication;

Le profil d'alimentation de l'unité de puissance est composé de pics de puissance de 100W pendant 30s toutes les vingt minutes environ, ce qui permet une autonomie d’environ 48h pour 150 pics de puissance. Ces impulsions permettent, par vent relativement faible, une bonne orientation du ballon.The power supply profile of the power unit is composed of power peaks of 100W for 30s approximately every twenty minutes, which allows an autonomy of approximately 48h for 150 power peaks. These impulses allow, in relatively light winds, a good orientation of the ball.

Le profil d'alimentation de l'unité de mesure est relativement constant entre 2W et 5W sous une tension Uz_2 de 3V sur une durée identique de 48h, ce qui représente 135 Wh.The power supply profile of the measurement unit is relatively constant between 2W and 5W under a voltage Uz_2 of 3V over an identical duration of 48h, which represents 135 Wh.

Ainsi à partir du système de l'invention, il est possible de répondre aux deux demandes en utilisant deux modules d’architectures identiques M_1, M_2. Le premier module M_1 fonctionnerait dans la gamme standard de fonctionnement des piles primaires Li/MnO2et le second module M_2, pouvant fonctionner dans la seconde partie de la courbe de décharge (tension à 0.3V pour une cellule).Thus from the system of the invention, it is possible to respond to the two requests by using two modules of identical architectures M_1, M_2. The first module M_1 would operate in the standard operating range of Li/MnO 2 primary batteries and the second module M_2, being able to operate in the second part of the discharge curve (voltage at 0.3V for one cell).

Pour une telle application, on peut envisager un système dont les modules pourraient être composés de cellules Li/MnO2de 1 Ah soit environ 4g de MnO2(pour une capacité restituée de 250 mAh par gramme de MnO2). La structure du module serait par exemple de cinq cellules en parallèle et dix cellules en série soit cinquante cellules.For such an application, it is possible to envisage a system whose modules could be composed of Li/MnO 2 cells of 1 Ah, ie approximately 4 g of MnO 2 (for a restored capacity of 250 mAh per gram of MnO 2 ). The structure of the module would for example be five cells in parallel and ten cells in series, ie fifty cells.

Pour répondre au besoin "puissance" de l’application, c'est-à-dire l'alimentation de la première unité, le module délivre une tension Uz_1 de 25 V soit 100 W sous 0,8 C pour une énergie de 125 Wh (possibilité de monter à 3 C soit 375 W). Il s’agit ici de la première partie de la décharge pour ce module qui doit être dans un état ST1.To meet the "power" requirement of the application, i.e. supplying the first unit, the module delivers a voltage Uz_1 of 25 V, i.e. 100 W at 0.8 C for an energy of 125 Wh (possibility to go up to 3 C or 375 W). This is the first part of the dump for this module which must be in an ST1 state.

Pour répondre au besoin "énergie" de l’application, c'est-à-dire l'alimentation de la deuxième unité, c’est le second plateau qui peut être utilisé, basé sur un module n’étant pas obligatoirement en état ST1, mais pouvant également être en état ST2. Ce module peut ainsi être issu d’une réutilisation d’un module déjà utilisé. Ici la tension est d’environ 3 V pour une énergie totale de 135 Wh. Si le besoin est de 3 W alors le régime de décharge est de 0,2 C.To meet the "energy" need of the application, i.e. the supply of the second unit, it is the second tray that can be used, based on a module that is not necessarily in ST1 state , but can also be in ST2 state. This module can thus be the result of a reuse of a module already used. Here the voltage is about 3 V for a total energy of 135 Wh. If the requirement is 3 W then the discharge rate is 0.2 C.

Dans cette application, les moyens de commande 100_1 et 100_2 associés à chaque module sont agencés pour pouvoir connecter leur module à la première unité Z_1 de puissance ou à la deuxième unité Z_2.In this application, the control means 100_1 and 100_2 associated with each module are arranged to be able to connect their module to the first power unit Z_1 or to the second unit Z_2.

Dans le cas de cette application ballon-sonde 2, au bout d’une certaine durée (par exemple 48 heures), le module M_2 bascule dans le troisième état ST3. Après la mission du ballon sonde et lors de son reconditionnement, le module M_2 peut être remplacé par un module neuf qui répondra à son tour au besoin "puissance" pour alimenter cette fois-ci la première unité Z_1 de puissance. L’unité centrale UC peut ensuite commander les moyens de commande 100_1 associés au module M_1 pour le connecter à l'alimentation de la deuxième unité Z_2 et ainsi exploiter la plateau basse tension de ce module, avant son remplacement.In the case of this balloon-probe application 2, after a certain period (for example 48 hours), the module M_2 switches to the third state ST3. After the sounding balloon mission and during its reconditioning, the M_2 module can be replaced by a new module which will in turn meet the "power" requirement to supply this time the first power unit Z_1. The central processing unit UC can then control the control means 100_1 associated with the module M_1 to connect it to the power supply of the second unit Z_2 and thus exploit the low voltage plate of this module, before its replacement.

Sur la figure 6, on retrouve notamment les différents composant du système conforme à l'invention, notamment l'unité centrale UC, les moyens de mesure de tension Um_1, Um_2 associés à chaque module, les moyens de commande 100_1, 100_2 affectés à chaque module, l'unité de gestion déportée BMS_1, BMS_2 de chaque module.In FIG. 6, there are in particular the various components of the system in accordance with the invention, in particular the central processing unit UC, the voltage measurement means Um_1, Um_2 associated with each module, the control means 100_1, 100_2 assigned to each module, the remote management unit BMS_1, BMS_2 of each module.

On comprend que l'invention présente de nombreux avantages, parmi lesquels :It is understood that the invention has many advantages, including:

  • Une solution permettant d'optimiser l'utilisation des modules Li/MnO2grâce à l'exploitation du deuxième palier de tension de la courbe de décharge ;A solution to optimize the use of Li/MnO 2 modules by exploiting the second voltage level of the discharge curve;
  • Une solution simple à mettre en œuvre et fiable pour l'alimentation de certaines applications (type ballon-sonde ou autres) ;An easy-to-implement and reliable solution for supplying certain applications (storage balloon type or others);
  • Une solution qui permet d'exploiter au mieux les caractéristiques d'un module au Li/MnO2, chaque module n'étant pas automatiquement remplacé lorsque sa tension de sortie devient insuffisante et inférieure à la première valeur seuil ;A solution which makes it possible to make the best use of the characteristics of a Li/MnO 2 module, each module not being automatically replaced when its output voltage becomes insufficient and lower than the first threshold value;

Claims (15)

Système d'alimentation électrique (1, 10) comportant :
- N modules (M_i) d'alimentation identiques, N étant supérieur ou égal à 2, chaque module comprenant plusieurs cellules de type Li/MnO2,
- Des moyens de mesure de tension (Um_i) aux bornes de chaque module,
- Une unité centrale (UC) reliée aux moyens de mesure de tension, configurée pour recevoir et traiter des données de mesure de tension en provenance des moyens de mesure de tension,
- Des moyens de commande (100_i) pour connecter/déconnecter chaque module,
Caractérisé en ce que l'unité centrale (UC) est configurée pour :
- Acquérir la tension mesurée aux bornes de chaque module,
- Comparer la tension mesurée aux bornes de chaque module avec une première valeur seuil (Vth_1) et avec une deuxième valeur seuil (Vth_2) inférieure à ladite première valeur seuil,
- Déterminer l'état de chaque module entre un premier état (ST1) pour lequel sa tension est supérieure à la première valeur seuil, un deuxième état (ST2) pour lequel sa tension est comprise entre la première valeur seuil et la deuxième valeur seuil et un troisième état (ST3) pour lequel sa tension est inférieure à la deuxième valeur seuil,
- Mémoriser l'état de chaque module (M_i),
- Déterminer une configuration de fonctionnement en tenant compte, de l'état mémorisé pour chaque module, d'une ou plusieurs puissances de consigne appliquées en entrée, d’une ou plusieurs tensions de consigne appliquée(s) en entrée,
- Commander les moyens de commande associés à chaque module pour appliquer la configuration de fonctionnement déterminée.
Power supply system (1, 10) comprising:
- N identical supply modules (M_i), N being greater than or equal to 2, each module comprising several Li/MnO 2 type cells,
- Voltage measurement means (Um_i) at the terminals of each module,
- A central unit (UC) connected to the voltage measurement means, configured to receive and process voltage measurement data from the voltage measurement means,
- Control means (100_i) to connect/disconnect each module,
Characterized in that the central processing unit (CPU) is configured for:
- Acquire the voltage measured at the terminals of each module,
- Compare the voltage measured at the terminals of each module with a first threshold value (Vth_1) and with a second threshold value (Vth_2) lower than said first threshold value,
- Determine the state of each module between a first state (ST1) for which its voltage is greater than the first threshold value, a second state (ST2) for which its voltage is between the first threshold value and the second threshold value and a third state (ST3) for which its voltage is lower than the second threshold value,
- Store the status of each module (M_i),
- Determine an operating configuration taking into account the memorized state for each module, one or more setpoint powers applied at the input, one or more setpoint voltages applied at the input,
- Control the control means associated with each module to apply the determined operating configuration.
Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la configuration de fonctionnement est également déterminée en tenant compte de différentes unités à alimenter, et de leur besoin individuel en puissance et tension.System according to Claim 1, characterized in that the operating configuration is also determined taking into account the various units to be powered, and their individual power and voltage requirements. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour chaque module, les moyens de commande (100_i) comportent un premier interrupteur agencé en série avec le module et un deuxième interrupteur agencé en parallèle dudit module.System according to Claim 1 or 2, characterized in that, for each module, the control means (100_i) comprise a first switch arranged in series with the module and a second switch arranged in parallel with said module. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur de tension déporté affecté à chaque module.System according to one of Claims 1 to 3, characterized in that it comprises a remote voltage converter assigned to each module. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur de tension central auquel est connecté le convertisseur de tension déporté associé à chaque module.System according to one of Claims 1 to 4, characterized in that it comprises a central voltage converter to which the remote voltage converter associated with each module is connected. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité centrale (UC) est configurée pour tenir compte de l'état de charge de chaque module (M_i) dans la détermination de la configuration de fonctionnement.System according to Claim 1, characterized in that the central unit (UC) is configured to take account of the state of charge of each module (M_i) in determining the operating configuration. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'unité centrale (UC) est configurée pour émettre un message d'alerte lorsque plus aucun module (M_i) parmi les N modules ne se trouve dans le premier état (ST1).System according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the central unit (UC) is configured to send an alert message when no longer any module (M_i) among the N modules is in the first state ( ST1). Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'unité centrale (UC) est configurée pour émettre un message d'alerte lorsqu'un module se trouve dans le troisième état (ST3).System according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the central unit (UC) is configured to send an alert message when a module is in the third state (ST3). Système selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de gestion déportée (BMS_i) distincte affectée à la gestion de chaque module (M_i).System according to one of Claims 1 to 8, characterized in that it comprises a separate remote management unit (BMS_i) assigned to the management of each module (M_i). Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la première valeur seuil (Vth_1) correspond à une valeur de tension haute, choisie pour délimiter une zone de fonctionnement dans laquelle le module (M_i) de type Li/MnO2 fonctionne autour de son plateau haut de tension et peut délivrer son maximum de puissance.System according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the first threshold value (Vth_1) corresponds to a high voltage value, chosen to delimit an operating zone in which the Li/MnO2 type module (M_i) operates around its high voltage plateau and can deliver its maximum power. Système selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la deuxième valeur seuil (Vth_2) correspond à une valeur de tension basse qui est inférieure à la première valeur seuil, et qui est choisie pour délimiter une zone de fonctionnement dans laquelle le module (M_i) de type Li/MnO2 fonctionne au niveau de son plateau bas de tension.System according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the second threshold value (Vth_2) corresponds to a low voltage value which is lower than the first threshold value, and which is chosen to delimit an operating zone in which the Li/MnO2 type module (M_i) operates at its low voltage plateau. Procédé de commande d'un système d'alimentation électrique tel que défini dans l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- Mesure de la tension aux bornes de chaque module (M_i),
- Comparaison de la tension mesurée aux bornes de chaque module avec une première valeur seuil (Vth_1) et avec une deuxième valeur seuil (Vth_2) inférieure à ladite première valeur seuil,
Détermination de l'état de chaque module entre un premier état (ST1) pour lequel sa tension est supérieure à la première valeur seuil, un deuxième état (ST2) pour lequel sa tension est comprise entre la première valeur seuil et la deuxième valeur seuil et un et un troisième état (ST3) pour lequel sa tension est inférieure à la deuxième valeur seuil,
- Mémorisation de l'état déterminé pour chaque module (M_i),
- Détermination d'une configuration de fonctionnement en tenant compte, de l'état mémorisé pour chaque module, d'une ou plusieurs puissances de consigne appliquées en entrée, d’une ou plusieurs tensions de consigne appliquée(s) en entrée,
- Commande des moyens de commande associés à chaque module pour appliquer la configuration de fonctionnement déterminée.
Method for controlling an electrical power supply system as defined in one of Claims 1 to 11, characterized in that it comprises the following steps:
- Measurement of the voltage at the terminals of each module (M_i),
- Comparison of the voltage measured at the terminals of each module with a first threshold value (Vth_1) and with a second threshold value (Vth_2) lower than said first threshold value,
Determination of the state of each module between a first state (ST1) for which its voltage is greater than the first threshold value, a second state (ST2) for which its voltage is between the first threshold value and the second threshold value and one and a third state (ST3) for which its voltage is lower than the second threshold value,
- Storage of the state determined for each module (M_i),
- Determination of an operating configuration taking into account the memorized state for each module, one or more setpoint powers applied at the input, one or more setpoint voltages applied at the input,
- Control of the control means associated with each module to apply the determined operating configuration.
Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de génération d'un message d'alerte lorsque plus aucun module (M_i) parmi les N modules ne se trouve dans le premier état (ST1).Method according to Claim 12, characterized in that it comprises a step of generating an alert message when no more module (M_i) among the N modules is in the first state (ST1). Procédé selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de génération d'un message d'alerte lorsqu'un module se trouve dans le troisième état (ST3).Method according to Claim 12 or 13, characterized in that it includes a step of generating an alert message when a module is in the third state (ST3). Utilisation du système d'alimentation électrique tel que défini dans l'une des revendications 1 à 11, pour alimenter un ballon-sonde météorologique en utilisant deux modules d'alimentation électrique, un premier module dans le premier état (ST1) pour alimenter une première unité de puissance et un deuxième module dans le deuxième état (ST2) pour alimenter une unité de contrôle/mesure.Use of the power supply system as defined in one of claims 1 to 11, to power a meteorological sounding balloon by using two power supply modules, a first module in the first state (ST1) to power a first power unit and a second module in the second state (ST2) to supply a control/measurement unit.
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