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FR3140210A1 - Battery pack comprising a plurality of accumulators with integrated connectivity allowing the acquisition and exploitation of data in operation - Google Patents

Battery pack comprising a plurality of accumulators with integrated connectivity allowing the acquisition and exploitation of data in operation Download PDF

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Publication number
FR3140210A1
FR3140210A1 FR2209780A FR2209780A FR3140210A1 FR 3140210 A1 FR3140210 A1 FR 3140210A1 FR 2209780 A FR2209780 A FR 2209780A FR 2209780 A FR2209780 A FR 2209780A FR 3140210 A1 FR3140210 A1 FR 3140210A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
battery
telecommunications module
digital
measuring
battery pack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2209780A
Other languages
French (fr)
Inventor
Aurélien MESURON
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ARTS ENERGY
Original Assignee
ARTS ENERGY
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ARTS ENERGY filed Critical ARTS ENERGY
Priority to FR2209780A priority Critical patent/FR3140210A1/en
Priority to PCT/EP2023/076761 priority patent/WO2024068762A1/en
Publication of FR3140210A1 publication Critical patent/FR3140210A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

L’invention présente le pack de batterie comprenant une pluralité de cellules d’accumulateurs reliés mécaniquement et électriquement, ainsi qu’un moyen de mesure d’au moins un paramètre de la batterie et un module de télécommunication, les composants dudit pack étant intégrés dans un boîtier présentant des bornes de raccordement de puissance caractérisé en ce que ledit module de télécommunication comportant un contrôleur commandant la réception et la transmission de données numériques entre un serveur et ledit moyen de mesure de la batterie via le réseau 4G basse fréquence, soit grâce à un protocole de type CAT-M1 soit avec un circuit de repli 2G, et en ce ledit module de télécommunication comporte une mémoire non volatile réinscriptible pour l’enregistrement d’une partie au moins du code informatique exécuté par ledit calculateur, ainsi qu’une partie au moins des paramètres numériques calculés périodiquement en fonction des données fournies par ledit module de télécommunicationune mémoire de type RAM pour l’enregistrement des paramètres numériques calculés périodiquement en fonction des données fournies par ledit module de télécommunication dans un buffer circulaire et en ce ledit module de télécommunication comporte un circuit de commande de l’activation du module de télécommunication a) périodiquement pour la transmission des paramètres fournis par ledit moyen de mesure, b) en cas de détection d’un signal émis par ledit serveur pour la mise à jour du code informatique enregistré dans une mémoire dudit moyen de mesure et c) lorsque la tension de sortie desdites cellules d’accumulateur passe en dessous d’un seuil bas, pour émettre un message numérique d’avertissement. Figure de l’abrégé : 1 The invention presents the battery pack comprising a plurality of accumulator cells connected mechanically and electrically, as well as a means for measuring at least one parameter of the battery and a telecommunications module, the components of said pack being integrated into a housing having power connection terminals characterized in that said telecommunications module comprising a controller controlling the reception and transmission of digital data between a server and said battery measurement means via the low frequency 4G network, either using a CAT-M1 type protocol or with a fallback circuit 2G, and in this said telecommunications module comprises a rewritable non-volatile memory for recording at least part of the computer code executed by said computer, as well as at least part of the digital parameters calculated periodically as a function of the data provided by said telecommunications module, a RAM type memory for recording the digital parameters calculated periodically as a function of the data provided by said telecommunications module in a circular buffer And in this said telecommunications module comprises a circuit for controlling the activation of the telecommunications module a) periodically for the transmission of the parameters provided by said measuring means, b) in the event of detection of a signal emitted by said server for updating the computer code recorded in a memory of said measuring means and c) when the output voltage of said accumulator cells falls below a low threshold, to emit a digital warning message. Abstract figure: 1

Description

Pack de batterie comprenant une pluralité d'accumulateurs avec connectivité intégrée permettant l'acquisition et l'exploitation de données en fonctionnement.Battery pack comprising a plurality of accumulators with integrated connectivity allowing the acquisition and exploitation of data in operation. Domaine de l’inventionField of invention

La présente invention concerne le domaine des batteries intelligentes connectées de moyenne puissance, de moins d’un kilowatt.heure. Les packs de batteries de moyenne puissance pour équiper des équipements de mobilité électrique légère, tels que des bicyclettes ou des trottinettes électriques utilisent souvent des cellules d’accumulateurs à base de lithium dits « NMC, LCO, NCA… » dont la tension des cellules est de 3.6V - 3.7V et la densité énergétique est très souvent > 200Wh/kg.The present invention relates to the field of medium-power connected smart batteries, of less than one kilowatt-hour. Medium-power battery packs for equipping light electric mobility equipment, such as bicycles or electric scooters, often use lithium-based accumulator cells called "NMC, LCO, NCA, etc." whose cell voltage is 3.6V - 3.7V and the energy density is very often > 200Wh/kg.

D’autres packs de batteries utilisent des cellules LiFePO4, de tension nominale 3.2V et de densité énergétique inférieure (de l’ordre de 120Wh/kg). Ces cellules ont la particularité de pourvoir effectuer un plus grand nombre de cycles (> 2000 contre > 500 dans les autres technologies lithium) et sont plus stables d’un point de vue sécurité, emballement thermique. Un autre atout est que cette technologie phosphate supporte mieux les températures > 45°C et est plus robuste en termes de durée de vie.Other battery packs use LiFePO4 cells, with a nominal voltage of 3.2V and a lower energy density (around 120Wh/kg). These cells have the particularity of being able to perform a greater number of cycles (> 2000 compared to > 500 in other lithium technologies) and are more stable from a safety and thermal runaway point of view. Another advantage is that this phosphate technology better withstands temperatures > 45°C and is more robust in terms of lifespan.

Leur densité énergétique est plus faible, et pour un même encombrement, on a un produit qui présente une autonomie plus faible mais suffisante pour les utilisations faites, et surtout une meilleure disponibilité sur le marché. De plus, ce type de batteries présente les avantages suivants :

  • Durée de vie 3 à 4 fois supérieure au lithium classique
  • Un renouvellement des batteries beaucoup moins fréquentes pour les utilisateurs et ainsi un impact écologique positif
  • Un prix plus compétitif et donc plus accessible pour les utilisateurs
  • Même encombrement qu’une batterie en lithium classique
  • Une plus grande disponibilité de la technologie
  • Compatible avec les applications en lithium classique.
Their energy density is lower, and for the same size, we have a product that has a lower autonomy but sufficient for the uses made, and above all a better availability on the market. In addition, this type of batteries has the following advantages:
  • Lifespan 3 to 4 times longer than conventional lithium
  • Much less frequent battery renewal for users and therefore a positive ecological impact
  • A more competitive price and therefore more accessible for users
  • Same size as a classic lithium battery
  • Greater availability of technology
  • Compatible with conventional lithium applications.

Les batteries intelligentes intègrent un circuit électronique de management électrique de la batterie (BMS, correspondant à la désignation anglaise « battery management système ») pour optimiser le fonctionnement de la batterie notamment assurer la charge, la décharge, et la gestion/contrôle/équilibrage des cellules constitutives du packs et de batterie et pour la préserver.Smart batteries integrate an electronic battery management circuit (BMS, corresponding to the English term “battery management system”) to optimize the operation of the battery, in particular to ensure the charging, discharging, and management/control/balancing of the cells constituting the pack and battery and to preserve it.

Plus récemment, on a proposé des circuits de SmartBMS connectés, permettant de recueillir sur un serveur les données de fonctionnement et éventuellement piloter à distance certains paramètres de de fonctionnement des cellules d’un pack de batteries.More recently, connected SmartBMS circuits have been proposed, allowing operating data to be collected on a server and possibly to remotely control certain operating parameters of the cells of a battery pack.

Etat de la techniqueState of the art

On connaît dans l’état de la technique le brevet US7598880 décrit un système de surveillance de batterie, comprenant : un récepteur; et une pluralité d'émetteurs sans fil, chacun des émetteurs pouvant être connecté à une batterie correspondante, les émetteurs étant codés pour identifier la batterie correspondante, les émetteurs étant programmés pour transmettre des données concernant la batterie correspondante au récepteur, et les émetteurs étant en outre configurés pour connecter un charge aux bornes de la batterie correspondante, la charge étant un semi-conducteur modulé configuré pour tirer un courant dans un ordre de grandeur d'un courant de fuite de batterie normal.Known in the prior art is patent US7598880 which describes a battery monitoring system, comprising: a receiver; and a plurality of wireless transmitters, each of the transmitters being connectable to a corresponding battery, the transmitters being encoded to identify the corresponding battery, the transmitters being programmed to transmit data regarding the corresponding battery to the receiver, and the transmitters being further configured to connect a load across the terminals of the corresponding battery, the load being a modulated semiconductor configured to draw a current within an order of magnitude of a normal battery leakage current.

Le brevet européen EP2765643B1 décrit un contrôleur qui effectue une communication sans fil avec une pluralité de dispositifs de surveillance de batterie (BM1 - BM4) qui sont connectés à une batterie formée en connectant une pluralité de groupes de cellules de batterie en série les uns avec les autres, et qui surveillent un état de la batterie pour les groupes de cellules de batterie respectifs (GB1), chacun de la pluralité de groupes de cellules de batterie étant formé par une ou une pluralité de cellules de batterie (BC1 - BC4) connectées en série, dans lequel le contrôleur fixe de manière séquentielle des plages de communication, des puissances électriques de transmission, ou des gains d'antenne pour exécuter une communication sans fil avec la pluralité de dispositifs de surveillance de batterie respectifs (BM1 - BM4) dans un ordre des potentiels des groupes de cellules de batterie dans la batterie, auxquels les dispositifs de surveillance de batterie (BM1 - BM4) sont connectés, sur la base d'informations fixées à l'avance, et effectue une communication sans fil avec chacun des dispositifs de surveillance de batterie (BM1 - BM4) en accord avec le résultat fixé et attribue l'information d'identification à chacun de la pluralité de dispositifs de surveillance de batterie (BM1 - BM4) dans l'ordre des potentiels.European patent EP2765643B1 discloses a controller that performs wireless communication with a plurality of battery monitoring devices (BM1 - BM4) that are connected to a battery formed by connecting a plurality of battery cell groups in series with each other, and that monitor a battery state for the respective battery cell groups (GB1), each of the plurality of battery cell groups being formed by one or a plurality of battery cells (BC1 - BC4) connected in series, wherein the controller sequentially sets communication ranges, transmission electric powers, or antenna gains for performing wireless communication with the respective plurality of battery monitoring devices (BM1 - BM4) in an order of potentials of the battery cell groups in the battery, to which the battery monitoring devices (BM1 - BM4) are connected, on the basis of information set in advance, and performs wireless communication with each of the battery monitoring devices (BM1 - BM4) in accordance with the result set and assigns the identification information to each of the plurality of battery monitoring devices (BM1 - BM4) in the order of potentials.

Le brevet européen EP2778697B1 décrit un autre système comprenant un système de surveillance d'état de batterie et un équipement muni d'une batterie assemblée composée d'une pluralité de batteries de stockage connectées en série, et d'une installation de production d'énergie utilisant une énergie naturelle, dans lequel le système de surveillance d'état de batterie surveille un état de chaque batterie parmi la pluralité de batteries de stockage, le système de surveillance d'état de batterie (1) comprenant :

  • une unité de détection de courant qui détecte un courant dans chacune des batteries de stockage ;
  • une unité de mesure d’état qui mesure une température, une tension, et une résistance interne de chacune des batteries de stockage, la résistance interne étant mesurée en utilisant au moins deux types de fréquences ou plus, incluant au moins une première fréquence inférieure à 200 Hz, et une deuxième fréquence égale ou supérieure à 200 Hz et inférieure à 2 000 Hz;
  • une unité de commande configurée de manière à commander la décharge de la batterie de stockage vers une charge, et la charge de la batterie de stockage avec une puissance excédentaire provenant de l'installation de production d'énergie ; et
  • une unité de surveillance principale qui est configurée de manière à acquérir des données de mesure à partir de l'unité de mesure d’état correspondant à chacune des batteries de stockage, et qui est configurée de manière à émettre une instruction connexe à une opération, à destination de l'unité de détection de courant et de l'unité de mesure d'état ;
  • dans lequel l'unité de surveillance principale est configurée de manière à estimer une dégradation de chacune des batteries de stockage, sur la base d'au moins une ou plusieurs valeurs parmi la température, la tension et la résistance interne, mesurées par l'unité de mesure d'état, et d'une résistance continue de chacune des batteries de stockage obtenue à partir d'un rapport entre une variation d'une valeur de courant détectée par l'unité de détection de courant et une variation d'une valeur de tension mesurée par l'unité de mesure d'état lors de la charge et de la décharge de chacune des batteries de stockage ;
  • 'unité de surveillance principale est configurée de manière à donner instruction, à l'unité de commande, de connecter la batterie de stockage à un circuit de décharge vers la charge, lorsqu'une valeur de mesure de la tension de la batterie de stockage acquise à partir de l'unité de mesure d'état est égale ou supérieure à une tension de prévention de décharge excessive prédéterminée, et à donner instruction, à l'unité de commande, de déconnecter la batterie de stockage du circuit de décharge, lorsque la valeur de mesure de la tension est inférieure à la tension de prévention de décharge excessive; et
  • l'unité de surveillance principale est configurée de manière à donner instruction, à l'unité de commande, de connecter la batterie de stockage, à un circuit de charge, à partir de l'installation de production d'énergie, lorsque la valeur de mesure de la tension est égale ou inférieure à une tension de prévention de surcharge prédéterminée, et lorsque la valeur de mesure de la tension est supérieure à la tension de prévention de surcharge, et qu'une valeur de courant de charge vers la batterie de stockage, détectée par l'unité de détection de courant, est supérieure ou égale à une valeur prédéterminée, et à donner instruction, à l'unité de mesure d'état, d'acquérir une valeur de résistance interne de la batterie de stockage, et est également configurée de manière à donner instruction, à l'unité de commande, de déconnecter la batterie de stockage du circuit de charge, lorsque la valeur de mesure de la tension est supérieure à la tension de prévention de surcharge, et lorsque la valeur de courant de charge vers la batterie de stockage détectée par l'unité de détection de courant est inférieure à une valeur prédéterminée.
La demande de brevet EP3624297A1 décrit un dispositif de gestion de batteries comprenant :
  • une unité de gestion de batteries, configurée pour recevoir des informations sur l'état d'un ou plusieurs modules de batterie et des informations sur l'état d'un bloc de batteries et transmettre une instruction de commande vers un ou plusieurs circuits de mesure de cellules (CMC 1, CMC n), dans laquelle le bloc de batteries comprend l'un ou plusieurs modules de batterie et l'un ou plusieurs modules de batterie contiennent une ou plusieurs cellules (Cellule 1 ... Cellule n); dans laquelle l'une ou plusieurs circuits de mesure de cellules sont configurés pour collecter les informations sur l'état de l'une ou plusieurs modules de batterie, transmettre les informations sur l'état de l'une ou plusieurs modules de batterie vers l'unité de gestion de batteries, et recevoir et exécuter l'instruction de commande transmise depuis l'unité de gestion de batteries;
  • une ou plusieurs unités de détection, configurées pour collecter les informations sur l'état du bloc de batterie et transmettre les informations sur l'état du bloc de batterie vers l'unité de gestion de batteries.
  • Une unité de communication sans fil est disposée dans l'unité de gestion de batteries, et une unité de communication sans fil est disposée dans au moins un circuit de mesure de cellules de l'un ou plusieurs circuits de mesure de cellules (CMC 1 ... CMC n), de sorte que l'unité de gestion de batteries soit connectée à au moins un circuit de mesure de cellules de l'un ou plusieurs circuits de mesure de cellules par communication sans fil, et/ou qu'une unité de communication sans fil soit disposée dans au moins une unité de détection de l'une ou plusieurs unités de détection, de sorte que l'unité de gestion de batteries soit connectée à au moins une unité de détection d'une ou plusieurs unités de détection par communication sans fil; et
  • lorsqu'une première unité fonctionnelle ne parvient pas à communiquer avec l'unité de gestion de batteries, la première unité fonctionnelle est configurée pour établir une connexion de communication sans fil avec une deuxième unité fonctionnelle et communiquer avec l'unité de gestion de batteries via la deuxième unité fonctionnelle ; ou
  • lorsqu'une première unité fonctionnelle ne parvient pas à communiquer avec l'unité de gestion de batteries, la première unité fonctionnelle est configurée pour changer la fréquence de communication avec l'unité de gestion de batteries et établir à nouveau une communication sans fil avec l'unité de gestion de batteries ;
  • dans lequel la première unité fonctionnelle est l'une quelconque de l'une ou plusieurs unités de détection ou de l'une ou plusieurs circuits de mesure de cellules (CMC 1 ... CMC n) ayant une unité de communication sans fil disposée à l'intérieur, et la deuxième unité fonctionnelle est l'une quelconque de l'une ou plusieurs unités de détection ou de l'une ou plusieurs circuits de mesure de cellules (CMC 1... CMC n) ayant une unité de communication sans fil disposée à l'intérieur, autre que la première unité fonctionnelle.
European patent EP2778697B1 describes another system comprising a battery condition monitoring system and equipment provided with an assembled battery composed of a plurality of storage batteries connected in series, and a power generation facility using natural energy, wherein the battery condition monitoring system monitors a condition of each battery among the plurality of storage batteries, the battery condition monitoring system (1) comprising:
  • a current detection unit that detects a current in each of the storage batteries;
  • a state measurement unit that measures a temperature, a voltage, and an internal resistance of each of the storage batteries, the internal resistance being measured using at least two or more types of frequencies, including at least a first frequency of less than 200 Hz, and a second frequency of 200 Hz or more and less than 2,000 Hz;
  • a control unit configured to control the discharging of the storage battery to a load, and the charging of the storage battery with excess power from the power generation facility; and
  • a main monitoring unit which is configured to acquire measurement data from the state measurement unit corresponding to each of the storage batteries, and which is configured to issue an operation-related instruction to the current detection unit and the state measurement unit;
  • wherein the main monitoring unit is configured to estimate a degradation of each of the storage batteries, based on at least one or more of temperature, voltage and internal resistance, measured by the state measurement unit, and a DC resistance of each of the storage batteries obtained from a ratio between a variation in a current value detected by the current detection unit and a variation in a voltage value measured by the state measurement unit during charging and discharging of each of the storage batteries;
  • The main monitoring unit is configured to instruct the control unit to connect the storage battery to a discharge circuit to the load when a voltage measurement value of the storage battery acquired from the state measurement unit is equal to or greater than a predetermined over-discharge prevention voltage, and to instruct the control unit to disconnect the storage battery from the discharge circuit when the voltage measurement value is lower than the over-discharge prevention voltage; and
  • the main monitoring unit is configured to instruct the control unit to connect the storage battery to a charging circuit from the power generation facility when the voltage measurement value is equal to or less than a predetermined overcharge prevention voltage, and when the voltage measurement value is greater than the overcharge prevention voltage, and a charging current value to the storage battery detected by the current detection unit is greater than or equal to a predetermined value, and to instruct the state measurement unit to acquire an internal resistance value of the storage battery, and is also configured to instruct the control unit to disconnect the storage battery from the charging circuit when the voltage measurement value is greater than the overcharge prevention voltage, and when the charging current value to the storage battery detected by the current detection unit is less than a predetermined value.
Patent application EP3624297A1 describes a battery management device comprising:
  • a battery management unit, configured to receive status information of one or more battery modules and status information of a battery pack and transmit a control instruction to one or more cell measurement circuits (CMC 1, CMC n), wherein the battery pack comprises the one or more battery modules and the one or more battery modules contain one or more cells (Cell 1 ... Cell n); wherein the one or more cell measurement circuits are configured to collect the status information of the one or more battery modules, transmit the status information of the one or more battery modules to the battery management unit, and receive and execute the control instruction transmitted from the battery management unit;
  • one or more sensing units, configured to collect battery pack status information and transmit the battery pack status information to the battery management unit.
  • A wireless communication unit is provided in the battery management unit, and a wireless communication unit is provided in at least one cell measurement circuit of the one or more cell measurement circuits (CMC 1 ... CMC n), such that the battery management unit is connected to at least one cell measurement circuit of the one or more cell measurement circuits by wireless communication, and/or a wireless communication unit is provided in at least one detection unit of the one or more detection units, such that the battery management unit is connected to at least one detection unit of the one or more detection units by wireless communication; and
  • when a first functional unit fails to communicate with the battery management unit, the first functional unit is configured to establish a wireless communication connection with a second functional unit and communicate with the battery management unit via the second functional unit; or
  • when a first functional unit fails to communicate with the battery management unit, the first functional unit is configured to change the communication frequency with the battery management unit and establish wireless communication with the battery management unit again;
  • wherein the first functional unit is any one of one or more sensing units or one or more cell measurement circuits (CMC 1 ... CMC n) having a wireless communication unit disposed therein, and the second functional unit is any one of one or more sensing units or one or more cell measurement circuits (CMC 1 ... CMC n) having a wireless communication unit disposed therein, other than the first functional unit.

Inconvénients de l’art antérieurDisadvantages of the prior art

Les solutions de l’art antérieur ne sont pas totalement satisfaisantes car le module de communication constitue une source de consommation électrique significative, qui dégrade les capacités nominales du pack de batterie, en raison de la consommation continue du module de télécommunication, même lorsque la charge principale de la batterie est hors circuit. Pour des équipements susceptibles de rester inutilisés pendant une période prolongée, les solutions de l’art antérieur entrainent une consommation résiduelle significative conduisant à une décharge même lorsque l’équipement est au repos.The prior art solutions are not entirely satisfactory because the communication module constitutes a source of significant electrical consumption, which degrades the nominal capacities of the battery pack, due to the continuous consumption of the telecommunication module, even when the main load of the battery is off. For equipment likely to remain unused for a prolonged period, the prior art solutions result in significant residual consumption leading to a discharge even when the equipment is at rest.

Cette situation est particulièrement préjudiciable pour des packs de batteries utilisant des cellules LiFePO4 dont les performances énergétiques sont légèrement inférieures aux batteries à base de lithium mais qui présentent un intérêt car elles acceptent un plus grand nombre de charges/décharges.This situation is particularly detrimental for battery packs using LiFePO4 cells whose energy performance is slightly lower than lithium-based batteries but which are of interest because they accept a greater number of charges/discharges.

Par ailleurs, pour des équipements de mobilité léger susceptibles de se déplacer dans des zones où la couverture par les réseaux de télécommunication est imparfaite, les solutions connues conduisent à la perte de connexion et donc d’informations.Furthermore, for light mobility equipment likely to move in areas where telecommunications network coverage is imperfect, known solutions lead to loss of connection and therefore of information.

Solution apportée par l’inventionSolution provided by the invention

Afin de répondre à ces inconvénients, l’invention concerne selon son acception la plus générale un pack de batterie comprenant une pluralité de cellules d’accumulateurs reliés mécaniquement et électriquement, ainsi qu’un moyen de mesure d’au moins un paramètre de la batterie et un module de télécommunication, les composants dudit pack étant intégrés dans un boîtier présentant des bornes de raccordement de puissance caractérisé en ce que ledit module de télécommunication comportant un contrôleur commandant la réception et la transmission de données numériques entre un serveur et ledit moyen de mesure de la batterie via le réseau 4G basse fréquence, soit grâce à un protocole de type CAT-M1 soit avec un circuit de repli 2G, et en ce ledit module de télécommunication comporte

  1. une mémoire non volatile réinscriptible pour l’enregistrement d’une partie au moins du code informatique exécuté par ledit calculateur, ainsi qu’une partie au moins des paramètres numériques calculés périodiquement en fonction des données fournies par ledit module de télécommunication
  2. une mémoire de type RAM pour l’enregistrement des paramètres numériques calculés périodiquement en fonction des données fournies par ledit module de télécommunication dans un buffer circulaire.
ledit module de télécommunication comporte un circuit de commande de l’activation du module de télécommunication :
In order to address these drawbacks, the invention relates, in its most general sense, to a battery pack comprising a plurality of accumulator cells mechanically and electrically connected, as well as a means for measuring at least one parameter of the battery and a telecommunications module, the components of said pack being integrated into a housing having power connection terminals, characterized in that said telecommunications module comprises a controller controlling the reception and transmission of digital data between a server and said means for measuring the battery via the low-frequency 4G network, either using a CAT-M1 type protocol or with a 2G fallback circuit, and in that said telecommunications module comprises
  1. a rewritable non-volatile memory for recording at least part of the computer code executed by said calculator, as well as at least part of the digital parameters calculated periodically based on the data provided by said telecommunications module
  2. a RAM type memory for recording the digital parameters calculated periodically based on the data provided by said telecommunications module in a circular buffer.
said telecommunications module comprises a circuit for controlling the activation of the telecommunications module:

a) périodiquement pour la transmission des paramètres fournis par ledit moyen de mesure,
(a) periodically for the transmission of the parameters provided by said measuring means,

b) en cas de détection d’un signal émis par ledit serveur pour la mise à jour du code informatique enregistré dans une mémoire dudit moyen de mesure et
(b) in the event of detection of a signal emitted by said server for updating the computer code recorded in a memory of said measuring means and

c) lorsque la tension de sortie desdites cellules d’accumulateur passe en dessous d’un seuil bas, pour émettre un message numérique d’avertissement.(c) when the output voltage of said accumulator cells falls below a low threshold, to emit a digital warning message.

Selon des variantes, ledit moyen de mesure d’au moins un paramètre de la batterie comporte
According to variants, said means for measuring at least one parameter of the battery comprises

- un capteur de température
- a temperature sensor

- et/ou un capteur de courant
- and/or a current sensor

-et/ou un capteur de tension.
-and/or a voltage sensor.

Selon une autre variante ledit moyen de mesure est relié au système (103) de gestion (BMS) des batteries d'accumulateurs.According to another variant, said measuring means is connected to the battery management system (103) (BMS).

Avantageusement, ledit moyen de mesure comporte un module de géolocalisation et/ou un moyen pour commander la déconnection des cellules d’accumulateurs à la réception d’un message numérique transmis par un serveur.
Advantageously, said measuring means comprises a geolocation module and/or a means for controlling the disconnection of the accumulator cells upon receipt of a digital message transmitted by a server.

Pour des applications de mobilité, les cellules d’accumulateurs sont avantageusement de type lithium Phosphate de fer.For mobility applications, the accumulator cells are advantageously of the lithium iron phosphate type.

L’invention concerne aussi un module de télécommunication pour la télétransmission d’informations numériques provenant d’un circuit électronique de mesure d’au moins un paramètre de batterie caractérisé en ce qu’il comporte un contrôleur commandant la réception et la transmission de données numériques entre un serveur et ledit circuit électronique de mesure d’au moins un paramètre de la batterie via le réseau 4G basse fréquence, soit grâce à un protocole de type CAT-M1 soit avec un circuit de repli 2G, et un ensemble de mémoires comprenant :

  1. une mémoire non volatile réinscriptible pour l’enregistrement d’une partie au moins du code informatique exécuté par ledit calculateur, ainsi qu’une partie au moins des paramètres numériques calculés périodiquement en fonction des données fournies par ledit module de télécommunication
  2. une mémoire de type RAM pour l’enregistrement des paramètres numériques calculés périodiquement en fonction des données fournies par ledit module de télécommunication dans un buffer circulaire
et
The invention also relates to a telecommunications module for the remote transmission of digital information originating from an electronic circuit for measuring at least one battery parameter, characterized in that it comprises a controller controlling the reception and transmission of digital data between a server and said electronic circuit for measuring at least one battery parameter via the low-frequency 4G network, either using a CAT-M1 type protocol or with a 2G fallback circuit, and a set of memories comprising:
  1. a rewritable non-volatile memory for recording at least part of the computer code executed by said calculator, as well as at least part of the digital parameters calculated periodically based on the data provided by said telecommunications module
  2. a RAM type memory for recording the digital parameters calculated periodically based on the data provided by said telecommunications module in a circular buffer
And

un circuit de commande de l’activation du module de télécommunication
a control circuit for activating the telecommunications module

a) périodiquement pour la transmission des paramètres fournis par ledit moyen de mesure,
(a) periodically for the transmission of the parameters provided by said measuring means,

b) en cas de détection d’un signal émis par ledit serveur pour la mise à jour du code informatique enregistré dans une mémoire dudit moyen de mesure et
(b) in the event of detection of a signal emitted by said server for updating the computer code recorded in a memory of said measuring means and

c) lorsque la tension de sortie desdites cellules d’accumulateur passe en dessous d’un seuil bas, pour émettre un message numérique d’avertissement.(c) when the output voltage of said accumulator cells falls below a low threshold, to emit a digital warning message.

Un tel module permet d’équiper une batterie simple pour apporter des fonctionnalités nouvelles.Such a module makes it possible to equip a simple battery to provide new functionalities.

Selon une autre variante, ledit module de télécommunication comporte en outre un moyen pour commander la déconnection des cellules d’accumulateurs à la réception d’un message numérique transmis par un serveur.According to another variant, said telecommunications module further comprises means for controlling the disconnection of the accumulator cells upon receipt of a digital message transmitted by a server.

L’invention concerne aussi un procédé de télétransmission d’informations numériques provenant d’un moyen de mesure d’un paramètre au moins de d’une batterie caractérisée en ce qu’il comporte :

  • des étapes périodiques d’acquisition, pendant une période T paramétrée, des données numériques provenant dudit moyen de mesure et de calcul de paramètres fonction desdites données numériques
  • des étapes de stockage desdits paramètres à l’issue de chaque période dans un buffer circulaire
  • des étapes périodiques d’activation d’un modem, de transmission périodique à un serveur du contenu dudit buffer circulaire sous forme d’un message numérique selon le protocole http dont l’en-tête comporte notamment la taille du contenu, et d’effacement dudit buffer après réception d’un signal d’acquittement par ledit serveur et d’extinction dudit modem à l’issue de chaque étape de transmission.
Description détaillée d’un exemple non limitatif de réalisation The invention also relates to a method for remote transmission of digital information originating from a means for measuring at least one parameter of a battery, characterized in that it comprises:
  • periodic steps of acquisition, during a parameterized period T, of digital data coming from said means of measurement and calculation of parameters depending on said digital data
  • steps of storing said parameters at the end of each period in a circular buffer
  • periodic steps of activating a modem, of periodic transmission to a server of the content of said circular buffer in the form of a digital message according to the http protocol, the header of which includes in particular the size of the content, and of erasing said buffer after receipt of an acknowledgment signal by said server and of switching off said modem at the end of each transmission step.
Detailed description of a non-limiting example of embodiment

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant un exemple non limitatif de réalisation illustré par les dessins annexés où :
The present invention will be better understood upon reading the following description, concerning a non-limiting example of embodiment illustrated by the attached drawings where:

La représente une vue éclatée d’un exemple de pack de batterie selon l’invention
 There represents an exploded view of an exemplary battery pack according to the invention

La représente le synoptique système des briques logiciel d’un pack de batterie selon l’invention et de son interface utilisateur. There represents the system synopsis of the software bricks of a battery pack according to the invention and its user interface.

Principe général de l’inventionGeneral principle of the invention

Le pack de batterie représenté en à titre d’exemple non limitatif est constitué par un boîtier (1) intégrant un assemblage de cellules d’accumulateurs (2) maintenus par des platines de calage (3, 4) présentant des logements circulaires pour l’insertion des extrémités des cellules d’accumulateurs (2). Des pistes conductrices (5, 6) assurent les liaisons électriques entre les pôles des cellules, de manière connue. Les cellules d’accumulateurs sont des cellules LiFePO4, de tension nominale 3.2V et de densité énergétique inférieure (de l’ordre de 120Wh/kg). Ces cellules ont la particularité de pourvoir effectuer un plus grand nombre de cycles (> 2000 contre > 500 dans les autres technologies lithium) et sont plus stables d’un point de vue sécurité, emballement thermique.The battery pack shown in as a non-limiting example is constituted by a housing (1) integrating an assembly of accumulator cells (2) held by wedging plates (3, 4) having circular housings for inserting the ends of the accumulator cells (2). Conductive tracks (5, 6) provide the electrical connections between the poles of the cells, in a known manner. The accumulator cells are LiFePO4 cells, with a nominal voltage of 3.2V and a lower energy density (of the order of 120Wh/kg). These cells have the particularity of being able to carry out a greater number of cycles (> 2000 compared to > 500 in other lithium technologies) and are more stable from a safety point of view, thermal runaway.

Le boîtier (1) intègre aussi une carte électronique (7) d’un circuit de gestion électronique de batterie, ainsi qu’un module de radiocommunication (8) comportant un modem, un étage radiofréquence et un circuit électronique commandant l’acquisition et le traitement des données provenant du circuit de gestion électronique de batterie (7) ainsi que la commande de la télétransmission par l’étage radiofréquence. Ce module (8) est destiné à pouvoir récolter des informations sur une batterie de n’importe quelle technologie, de les transmettre à distance via le réseau 4G/LTE avec une option de fallback en 2G en cas de faiblesse du réseau.The housing (1) also integrates an electronic card (7) of an electronic battery management circuit, as well as a radiocommunication module (8) comprising a modem, a radiofrequency stage and an electronic circuit controlling the acquisition and processing of data from the electronic battery management circuit (7) as well as the control of remote transmission by the radiofrequency stage. This module (8) is intended to be able to collect information on a battery of any technology, to transmit it remotely via the 4G/LTE network with a fallback option in 2G in the event of network weakness.

Le module 8 et la carte électronique 7 peuvent être fusionnés sur une seule et même carteModule 8 and electronic card 7 can be merged on a single card

Toutes ces données sont récupérées et affichées sur une plateforme de supervision, permettant ainsi l’analyse des données.All this data is collected and displayed on a monitoring platform, thus enabling data analysis.

La carte (7) permet de récupérer des données sous forme de grandeurs analogique (Tension, courant et deux températures).Card (7) allows data to be retrieved in the form of analog quantities (Voltage, current and two temperatures).

La carte (7) est connectée directement sur la batterie par l’intermédiaire des pistes électriques (5, 6), et a été optimisée afin de consommer le minimum d’énergie. Les données récupérées sont envoyées périodiquement sur la plateforme au moyen d’une connexion 4G/LTE avec fallback 2G intégré. La période d’échantillonnage des grandeurs physiques ainsi que la période de transmission sur la plateforme peuvent être modifiée à distance via un fichier de configuration que l’on met à disposition et qui peut être indépendant pour chaque carte connectée. Cela permet de pouvoir affiner et optimiser la consommation de la carte en fonction de l’utilisation client et du volume de données nécessaires pour une bonne analyse.The card (7) is connected directly to the battery via the electrical tracks (5, 6), and has been optimized to consume the minimum energy. The data retrieved is sent periodically to the platform using a 4G/LTE connection with integrated 2G fallback. The sampling period of the physical quantities as well as the transmission period on the platform can be modified remotely via a configuration file that is made available and which can be independent for each connected card. This makes it possible to refine and optimize the consumption of the card according to customer use and the volume of data required for a good analysis.

On peut également effectuer une mise à jour du logiciel applicatif (firmware) de la carte à distance en mettant à disposition le fichier sur la plateforme.It is also possible to update the card's application software (firmware) remotely by making the file available on the platform.

La plateforme permet de visualiser sous forme de courbe l’évolution de la tension, du courant et des températures au fil du temps.The platform allows you to visualize the evolution of voltage, current and temperatures over time in the form of a curve.

Elle permet également de visualiser la version du logiciel applicatif (firmware) de la carte ainsi que celle du fichier de configuration. Un état de la batterie est aussi envoyé permettant de savoir si la batterie possède encore une tension suffisante pour émettre, ou bien si la transmission est interrompue car une tension batterie trop faible.It also allows you to view the version of the card's application software (firmware) as well as that of the configuration file. A battery status is also sent to know if the battery still has sufficient voltage to transmit, or if the transmission is interrupted because the battery voltage is too low.

Des alertes peuvent être définies pour chaque carte, permettant d’être informé de changements brutaux de la batterie LiFePO4 dont la performance énergétique est inférieure à celle des batteries utilisant des cellulesAlerts can be set for each card, allowing you to be informed of sudden changes in the LiFePO4 battery, which has a lower energy performance than batteries using cells.

Optionnellement, le module (8) comporte également une fonctionnalité de géolocalisation, via l’envoi de coordonnées GPS sur la plateforme, pour transmettre une position à l’instant donné, avec la visualisation sur une carte terrestre. Une solution moins précise et moins couteuse qui permet également de réaliser cette option, est la triangulation via les antennes LTE présente à proximité.Optionally, the module (8) also includes a geolocation functionality, via the sending of GPS coordinates on the platform, to transmit a position at a given moment, with visualization on a terrestrial map. A less precise and less expensive solution that also allows this option to be realized, is triangulation via the LTE antennas present nearby.

Un système « antivol », permettant de détecter si l’appareil d’un client est volé, pour pouvoir interdire l’utilisation de la batterieAn “anti-theft” system, which can detect if a customer’s device is stolen, in order to prohibit the use of the battery

L’intégration de remonter de données numériques, lorsque la carte IoT est couplée avec un BMS. Cela permettrait d’analyser un plus grand nombre de données, et de pouvoir ainsi adapter les paramètres du BMS en fonction des cas d’usage et des contraintes, en particulier de température.The integration of digital data upload, when the IoT card is coupled with a BMS. This would allow a greater amount of data to be analyzed, and thus to be able to adapt the BMS parameters according to the use cases and constraints, in particular temperature.

Fonctionnement du module de télétransmissionHow the teletransmission module works

La représente un synoptique système des briques logicielles du code informatique (25) du système comprenant un pack de batterie et un serveur (100) (en anglais firmware).There represents a system synopsis of the software bricks of the computer code (25) of the system comprising a battery pack and a server (100) (in English firmware).

Il comprend un ensemble de codes commandant le fonctionnement du module de télécommunication. Ce module est constitué des sous-ensembles suivants :

  • Un étage (10) radiofréquence d’émission et de réception sur un réseau étendu à basse consommation (Low Power Wide Area Network ouLPWAN) utilisant la fréquence basse 800 MHz du standard 4G avec le protocole LTE-M, ( eMTC (enhanced Machine Type Communication) ou LTE Cat M1) avec une fonction de repli sur le standard de seconde génération 2G avec une fréquence de 900 MHz par exemple
  • Une carte MicroSIM ou NanoSIM (11)
  • Deux pilotes de l’étage (10) radiofréquence, respectivement un pilote GSM (12) et un pilote LPWAN (13) destinés à exploiter les instructions provenant d’une brique calculant les commandes Hays (AT Commands en anglais) pour fournir des commandes dans le langage Hays.
It includes a set of codes controlling the operation of the telecommunications module. This module is made up of the following subsets:
  • A radiofrequency transmission and reception stage (10) on a low-power wide area network ( Low Power Wide Area Network or LPWAN) using the low frequency 800 MHz of the 4G standard with the LTE-M protocol, (eMTC (enhanced Machine Type Communication) or LTE Cat M1) with a fallback function to the second generation 2G standard with a frequency of 900 MHz for example
  • A MicroSIM or NanoSIM card (11)
  • Two drivers of the radio frequency stage (10), respectively a GSM driver (12) and an LPWAN driver (13) intended to exploit the instructions coming from a brick calculating the Hays commands (AT Commands in English) to provide commands in the Hays language.

Le logiciel embarqué (firmware) est enregistré dans une mémoire réinscriptible (15), et peut être actualisé par téléchargement d’un microcode transmis par le serveur (100).The embedded software (firmware) is stored in a rewritable memory (15), and can be updated by downloading a microcode transmitted by the server (100).

Les données fournies par le circuit BMS (103) de gestion de la batterie sont constitués par des variables de température, par exemple température de l’assemblage de cellules (2) et température extérieure du boîtier, la tension et l’intensité. Ces variables sont numérisées par un convertisseur ADC (30). Les acquisitions analogiques sont périodiques par le module de mesure. Les valeurs RAW sont converties en grandeurs physiques avec les ratios (lisible dans mesure.c et mesure.h.The data provided by the BMS circuit (103) for battery management consist of temperature variables, for example temperature of the cell assembly (2) and external temperature of the case, voltage and current. These variables are digitized by an ADC converter (30). The analog acquisitions are periodic by the measurement module. The RAW values are converted into physical quantities with the ratios (readable in measure.c and measure.h.

A cette valeur est ajouté un offset, cet offset est modifié au travers de la configuration. Il est caractérisé sur chaque carte. Cet offset peut être positif ou négatif et correspond à la correction à apporter sur la mesure en mVAn offset is added to this value, this offset is modified through the configuration. It is characterized on each card. This offset can be positive or negative and corresponds to the correction to be made to the measurement in mV

Ces données sont ensuite échantillonnées à une fréquence fixée par une horloge (35) et transformées par un calcul (31) d’un paramètre fonction des valeurs échantillonnées, par exemple une valeur maximale ou minimale. Ces paramètres sont enregistrés sous forme séquentielle dans un fichier historisé (33) de type fichier log.These data are then sampled at a frequency set by a clock (35) and transformed by a calculation (31) of a parameter depending on the sampled values, for example a maximum or minimum value. These parameters are recorded in sequential form in a historical file (33) of the log file type.

Lors de chaque acquisition, les valeurs minimales, maximales et moyennes sont mises à jour. Lorsque la période de calcul est terminée, ces valeurs sont figées puis stockées en RAM en attendant une transmission sur le serveur.During each acquisition, the minimum, maximum and average values are updated. When the calculation period is over, these values are frozen and then stored in RAM while waiting for transmission to the server.

La période de calcul n’est pas intégrée en termes de temporalités mais est convertie en nombre d'échantillons. Par exemple, si on a une acquisition d’une mesure toutes les secondes, et un calcul à 60 s, alors nous attendrons 60 échantillons pour réaliser l’étape de calcul. Par conséquent, il faut que la valeur définie dans calcul soit un multiple de la période de mesures.The calculation period is not integrated in terms of temporalities but is converted into number of samples. For example, if we have an acquisition of a measurement every second, and a calculation at 60 s, then we will wait 60 samples to perform the calculation step. Therefore, the value defined in calculation must be a multiple of the measurement period.

Dès qu’au moins une des mesures physiques requiert une phase de calcul, le résultat est stocké dans un log. Si plusieurs mesures ont des périodes de calcul différentes les unes aux autres, alors le log intégrera les données des mesures où le calcul se fait au même instant.As soon as at least one of the physical measurements requires a calculation phase, the result is stored in a log. If several measurements have different calculation periods from each other, then the log will integrate the data from the measurements where the calculation is done at the same time.

Exemple : Si le courant/tension a un calcul fait toutes les 10 s tandis que pour la température, le calcul est fait toutes les 30 secondes, alors :

  • log à t = 10s contiendra courant/tension
  • log à t = 20s contiendra courant/tension
  • log à t = 30s contiendra courant/tension, température
Example: If the current/voltage has a calculation done every 10s while for the temperature the calculation is done every 30s, then:
  • log at t = 10s will contain current/voltage
  • log at t = 20s will contain current/voltage
  • log at t = 30s will contain current/voltage, temperature

Si les périodes de calculs n’ont pas de diviseur commun, il y aura d’autant plus de logs à stocker.
If the calculation periods do not have a common divisor, there will be even more logs to store.

Si la période de calcul de tension/courant est fait toutes les 15 secondes et la période de température est fait toutes les 18 secondes alors, on aura :

  • log à t = 15 s contiendra courant/tension
  • log à t = 18 s contiendra température
  • log à t = 30 s contiendra courant/tension
  • log à t = 36 s contiendra température
If the voltage/current calculation period is done every 15 seconds and the temperature period is done every 18 seconds then we will have:
  • log at t = 15 s will contain current/voltage
  • log at t = 18 s will contain temperature
  • log at t = 30 s will contain current/voltage
  • log at t = 36 s will contain temperature

Le stockage des logs est fait grâce à un buffer circulaire. Cela permet, lorsque la quantité de logs stockées est atteinte, d’écraser les plus anciens en les remplaçant par les nouveaux.Log storage is done using a circular buffer. This allows, when the quantity of stored logs is reached, to overwrite the oldest ones by replacing them with the new ones.

Le stockage des logs permet de conserver jusqu’à 1440 échantillons (1 mesure/min pendant 24 heures). Cependant, à l’export, seuls les 1420 plus récents échantillons seront transmis pour éviter de corrompre les informations lorsque de nouveaux calculs sont stockés en cours de transmission au serveur.Log storage allows to keep up to 1440 samples (1 measurement/min for 24 hours). However, when exporting, only the most recent 1420 samples will be transmitted to avoid corrupting the information when new calculations are stored during transmission to the server.

Etant donné que ces mesures sont en RAM (Bloc SRAM2), à chaque reset du produit, les données présentes seront perdues. Cela a lieu :

  • Lors d’un niveau de batterie bas après un ultime upload des données restantes
  • Lors d’un niveau critique de la batterie
  • Lors d’un déclenchement du watchdog
  • Retrait de son alimentation
Since these measurements are in RAM (SRAM2 Block), each time the product is reset, the data present will be lost. This happens:
  • At low battery level after a final upload of remaining data
  • At critical battery level
  • When the watchdog is triggered
  • Withdrawal of his power supply

Une mémoire cache (40) enregistre les dernières valeurs dans une mémoire non volatile et assure le tampon des données entre le circuit BMS (103) et le module de télécommunication.A cache memory (40) stores the latest values in a non-volatile memory and provides data buffering between the BMS circuit (103) and the telecommunications module.

Les données sont regroupées (21) selon un format prédéfini, puis transférées (22) vers la brique logiciel (14) calculant les commandes AT.The data is grouped (21) according to a predefined format, then transferred (22) to the software brick (14) calculating the AT commands.

Le microcontrôleur comprend une zone de mise en veille (50) à très basse consommation, réactivable par la détection d’un signal provenant du serveur par exemple.The microcontroller includes a very low-consumption standby zone (50), which can be reactivated by detecting a signal from the server, for example.

L’interface du serveur (100) permet de récupérer et exploiter les données, et de reprogrammer le logiciel embarqué, en utilisant un débogueur (101) et un analyseur (102) exploitant la technologie RTT (Real-Time Transfer), par exemple SEGGER-RTT (nom commercial).The server interface (100) allows data to be retrieved and used, and the embedded software to be reprogrammed, using a debugger (101) and an analyzer (102) using RTT (Real-Time Transfer) technology, for example SEGGER-RTT (trade name).

Les données recueillies sont enregistrées dans une mémoire (110) non volatile NVMEM (« Non Volatile Memory layer »), par exemple un disque SSD et exploitées par un outil de configuration (104) interrogeable en ligne de commande grâce à une interface en ligne de commande (ILC) (105) pour la communication entre l'utilisateur et l'ordinateur s'effectue en mode texte : l'utilisateur tape une ligne de commande, c'est-à-dire du texte au clavier pour demander à l'ordinateur d'effectuer une opération.The collected data is recorded in a non-volatile NVMEM (“Non Volatile Memory layer”) memory (110), for example an SSD disk and used by a configuration tool (104) which can be queried on the command line using a command line interface (CLI) (105) for communication between the user and the computer is carried out in text mode: the user types a command line, i.e. text on the keyboard to ask the computer to perform an operation.

A titre d’exemple, le module de télétransmission comprend :

  • Des mémoires FLASH pour :
    • l’enregistrement du code de lancement (bootloader) du programme contenu dans le microcontrôleur lors de sa mise sous tension
    • du code commandant les échanges entre le code de lancement et de l’application embarquée constitué d’une structure de données qui est écrite par le logiciel embarqué avant un redémarrage logiciel, pour qu’il soit intercepté par le code de lancement, qui les réinitialise lorsque les process associés sont effectués
    • une zone de téléchargement (Download) dont la taille correspond à la taille de la zone contenant l’application embarquée et de la zone contenant les données de configuration
    • le code de l’application embarquée
    • les données de configuration reconfigurables
    • et des identifiants
  • une mémoire RAM, de type SRAM pour l’enregistrement des données provenant du circuit de gestion de la batterie (103), par exemple de 96 kB
  • une mémoire préservée RAM2 de type CCM-RAM, de plus petite capacité, par exemple de 32 kB. Dans le cas de sommeil profond, un circuit interne au microcontrôleur permet de préserver son contenu sans qu’il soit altéré.
For example, the teletransmission module includes:
  • FLASH memories for:
    • recording the launch code (bootloader) of the program contained in the microcontroller when it is powered up
    • code controlling the exchanges between the launch code and the embedded application consisting of a data structure which is written by the embedded software before a software restart, so that it can be intercepted by the launch code, which resets them when the associated processes are carried out
    • a download area whose size corresponds to the size of the area containing the embedded application and the area containing the configuration data
    • the embedded application code
    • reconfigurable configuration data
    • and identifiers
  • a RAM memory, of the SRAM type for recording data from the battery management circuit (103), for example 96 kB
  • a preserved memory RAM2 of type CCM-RAM, of smaller capacity, for example 32 kB. In the case of deep sleep, an internal circuit in the microcontroller allows its contents to be preserved without being altered.

Le programme de lancement « bootloader » est chargé de démarrer le logiciel embarqué qui a été installé préalablement et programmé en production (ou par sonde de programmation). Il constitue le véritable point d’entrée de l’application. Il est aussi chargé d'installer un nouveau logiciel embarqué et/ou une nouvelle configuration téléchargée et marquée comme “à installer” dans la zone d’échange.The bootloader is responsible for starting the embedded software that has been previously installed and programmed in production (or by programming probe). It is the real entry point of the application. It is also responsible for installing new embedded software and/or a new configuration downloaded and marked as “to be installed” in the exchange area.

Etages radiofréquences (Modem)Radio frequency stages (Modem)

Le module modem s’occupe de la communication avec le serveur distant par l’intermédiaire du modem présent sur le produit. La communication entre le processeur et le modem se fait via UART (115200, 8 bits, 1 bit stop, no parity) et la communication au serveur se fait en HTTP 1.0.The modem module takes care of communication with the remote server via the modem present on the product. The communication between the processor and the modem is done via UART (115200, 8 bits, 1 stop bit, no parity) and the communication to the server is done in HTTP 1.0.

Le module s’occupe des fonctions suivantes :

  • Mise sous tension du modem et adaptateur de niveau logique
  • Initialisation du protocole UART
  • Monitoring de la tension 1V8 généré par le modem pour vérifier sa mise sous tension
  • Création de commandes AT pour communiquer avec le modem
  • Gestion de la carte SIM
  • Récupération des informations du modem (IP, IMEI, Version logiciel, Version de module)
  • Vérification d’accroche au réseau
  • Ouverture de Socket
  • Moteur allégé HTTP pour générer des requêtes HTTP
  • Création et formatage de la donnée à transmettre au serveur sous un format JSON
  • Téléchargement d’un manifeste de mise à jour depuis le serveur, puis téléchargement d’une nouvelle configuration ou d’un nouveau firmware.
  • Extinction logicielle et électronique du modem
  • Sectionnement et dé-initialisation des alimentations/protocole de communication avec le modem.
The module takes care of the following functions:
  • Powering on the modem and logic level adapter
  • Initializing the UART protocol
  • Monitoring the 1V8 voltage generated by the modem to check its power on
  • Creating AT commands to communicate with the modem
  • SIM Card Management
  • Retrieving modem information (IP, IMEI, Software version, Module version)
  • Network connection check
  • Socket Opening
  • Lightweight HTTP engine to generate HTTP requests
  • Creation and formatting of the data to be transmitted to the server in JSON format
  • Downloading an update manifest from the server and then uploading a new configuration or firmware.
  • Software and electronic shutdown of the modem
  • Disconnection and de-initialization of power supplies/communication protocol with the modem.

L’ensemble de ce code est concentré dans les fichiers suivants :

  • modem.c/.h pour la partie module avec la gestion de la machine d’état du modem
  • usart.c/.h qui gère la partie UART Hardware du CPU.
  • modem_frame.c/.h qui gère le moteur JSON pour formater la trame à remonter
A titre d’exemple, le module modem est utilisé lors de trois évènements spécifiques :
  • Périodiquement, selon la valeur spécifiée sous “upload_period” qui permet la remontée des informations de mesures. La trame est de type “MEASURE”
  • Le traitement de la mise à jour OTA (Over-The-Air) est effectué après chaque remontée d’information.
  • Lorsque la tension d’alimentation passe en dessous du seuil bas. Un ultime message intégrant toutes les mesures à disposition est émis au serveur avant extinction et mise en stand by. La trame est de type “LOW_BATT”
All of this code is concentrated in the following files:
  • modem.c/.h for the module part with modem state machine management
  • usart.c/.h which manages the UART Hardware part of the CPU.
  • modem_frame.c/.h which manages the JSON engine to format the frame to be uploaded
As an example, the modem module is used during three specific events:
  • Periodically, according to the value specified under “upload_period” which allows the measurement information to be uploaded. The frame is of type “MEASURE”
  • Over-The-Air (OTA) update processing is performed after each information upload.
  • When the supply voltage falls below the low threshold. A final message integrating all the available measurements is sent to the server before switching off and putting it on standby. The frame is of type “LOW_BATT”

Le protocole HTTP impose d’envoyer un en-tête avant d’envoyer le contenu. Cet en-tête intègre de nombreuses informations comme la méthode HTTP, la version, l’URI du serveur etc... mais également la taille exacte du contenu.The HTTP protocol requires sending a header before sending the content. This header includes a lot of information such as the HTTP method, the version, the server URI, etc., but also the exact size of the content.

Etant donné que le contrôleur n’offre pas des ressources illimitées pour stocker en mémoire l’ensemble de la trame à remonter (jusqu’à 200 Ko), il est nécessaire de segmenter le message.Since the controller does not offer unlimited resources to store the entire frame to be uploaded in memory (up to 200 KB), it is necessary to segment the message.

De plus, cette trame est générée dynamiquement (les tailles des champs évoluent selon leurs valeurs), il est donc impossible de prédéterminer la taille du contenu final sans faire l’exercice de la générer. C’est pourquoi, la génération de la trame est exécutée deux fois. Une première fois, à vide (i.e. sans transmission), ce qui permet de déterminer et mesurer la taille de la trame à remonter et une deuxième fois où le contenu est envoyé au modem (et donc au socket HTTP ouvert). Cela demande un temps non négligeable (< 10 secondes). C’est pour cette raison, qu’au moment de la première itération, la liste des logs à remonter est “figée” en envoyant qu’au maximum les 1420 plus récents logs sur les 1440 disponibles afin d’éviter tout risque de modification du contenu de la trame entre les deux itérations.In addition, this frame is generated dynamically (the sizes of the fields evolve according to their values), so it is impossible to predetermine the size of the final content without doing the exercise of generating it. This is why the generation of the frame is executed twice. A first time, empty (i.e. without transmission), which allows to determine and measure the size of the frame to be sent and a second time where the content is sent to the modem (and therefore to the open HTTP socket). This requires a significant amount of time (< 10 seconds). This is why, at the time of the first iteration, the list of logs to be sent is “frozen” by sending at most the 1420 most recent logs out of the 1440 available in order to avoid any risk of modification of the content of the frame between the two iterations.

La séquence de mise en route, transmissions des données et extinction du modem dure entre 30 et 120 secondes. En cas d’échec de remontée (pas de réseau, erreur de communication), les logs ne sont pas écrasés et seront envoyés à nouveau lors de la nouvelle période d’upload en y intégrant les mesures les plus récentes.The modem startup, data transmission and shutdown sequence lasts between 30 and 120 seconds. In the event of a failed upload (no network, communication error), the logs are not overwritten and will be sent again during the new upload period, incorporating the most recent measurements.

A la suite de cet échec, la récupération des données de mise à jour (manifeste JSON) est tout de même effectuée s’il n’est pas lié à un problème d’accroche au réseau.Following this failure, the recovery of update data (JSON manifest) is still carried out if it is not linked to a network connection problem.

Module séquenceur :Sequencer module:

Un séquenceur (34) assure le séquençage des différentes tâches à réaliser : Que ça soit de l’acquisition de la grandeur physique, au calcul passant par la transmission des mesures au serveur, elles sont toutes gérées par ce séquenceur (34).A sequencer (34) ensures the sequencing of the different tasks to be carried out: Whether it is the acquisition of the physical quantity, the calculation through the transmission of the measurements to the server, they are all managed by this sequencer (34).

Ce séquenceur (34) s’appuie sur la RTC interne du microcontrôleur épaulé de son Qwartz Basse fréquence 32768 Hz. La RTC a été accéléré pour tourner à 16 Hz générant un tick de 62.5 ms.This sequencer (34) relies on the internal RTC of the microcontroller supported by its Qwartz Low frequency 32768 Hz. The RTC has been accelerated to run at 16 Hz generating a tick of 62.5 ms.

Il utilise l’alarme lié au calendrier de cette RTC pour fixer les prochains réveils et lancer les tâches programmées.It uses the alarm linked to the calendar of this RTC to set the next wake-ups and launch the scheduled tasks.

Connectivité serveurServer connectivity

La connectivité au serveur est offerte par une solution 4G ou LTE-M à travers les modules Telit LE-910/ME-910. Ce dernier est orchestré par le processeur principal par le biais d’une communication UART (115200, 8 bits, 1 bit stop, no parity). Périodiquement, le modem sera alimenté et transmettra l’ensemble des mesures stockées en RAM (jusqu’à 1420).Connectivity to the server is provided by a 4G or LTE-M solution through the Telit LE-910/ME-910 modules. The latter is orchestrated by the main processor through UART communication (115200, 8 bits, 1 stop bit, no parity). Periodically, the modem will be powered and will transmit all the measurements stored in RAM (up to 1420).

Théoriquement, il y a 1440 échantillons sauvegardés mais pour se prémunir des temps de traitements lors des remontées de données et par conséquent un risque d’écrasement de mesures antérieures, seules les 1420 plus récentes seront remontées pour garantir leur intégrité.Theoretically, there are 1440 samples saved but to protect against processing times during data uploads and therefore a risk of overwriting previous measurements, only the most recent 1420 will be uploaded to guarantee their integrity.

La communication au serveur se fait par HTTP en utilisant le mécanisme de Socket offert par le modem. Ce dernier utilise le protocole HTTP 1.0 et utilise la méthode POST pour pousser les données à remonter et GET pour récupérer les fichiers de mise à jour OTA.Communication to the server is done via HTTP using the Socket mechanism offered by the modem. The latter uses the HTTP 1.0 protocol and uses the POST method to push the data up and GET to retrieve the OTA update files.

Utilisation de l’inventionUse of the invention

Une batterie connectée selon l’invention permet de :

  • Collecter les données de fonctionnement de nos produits en application réelle sur le terrain (tension, courant, température)
  • Transmettre les données sur la plateforme
  • Optimiser les produits aux conditions d’utilisation réelles par analyse de ces données
  • Diagnostiquer et analyser les écarts de fonctionnements ou dysfonctionnement à distance
  • Donner accès à nos clients au comportement de nos produits dans leur application
  • Gérer des alertes pour des interventions en préventif ou curatif
  • Possibilité de suivre les consommations en temps réel et donc de proposer un service de « leasing »/ « Location »/ « vente de Wh »
Variante concernant la mesure des paramètres de la batterie A battery connected according to the invention makes it possible to:
  • Collect operating data from our products in real-world applications in the field (voltage, current, temperature)
  • Transmit data to the platform
  • Optimize products for real-world usage conditions by analyzing this data
  • Diagnose and analyze operating deviations or malfunctions remotely
  • Providing our customers with access to the behavior of our products in their application
  • Manage alerts for preventive or curative interventions
  • Possibility of monitoring consumption in real time and therefore offering a “leasing”/“rental”/“sale of Wh” service
Variant regarding the measurement of battery parameters

Dans l’exemple de réalisation susvisé, les paramètres de fonctionnement de la batterie sont obtenus par lecture des données disponible sur un circuit de gestion de batterie (BMS) assurant notamment l’équilibrage de chaque cellule que contient une batterie en fonction de paramètres tels que le courant, la tension et la température. Ces paramètres peuvent être acquis par le moyen de mesure par lecture des registres de la mémoire du BMS.In the above-mentioned exemplary embodiment, the operating parameters of the battery are obtained by reading the data available on a battery management circuit (BMS) ensuring in particular the balancing of each cell contained in a battery according to parameters such as the current, the voltage and the temperature. These parameters can be acquired by the measurement means by reading the registers of the BMS memory.

Pour des batteries ne disposant pas de BMS, le moyen de lecture est constitué par un circuit indépendant ou intégré au circuit de télécommunication, recevant des signaux provenant d’un capteur de température, ou mesurant la tension et/ou le courant pour chacune des cellules ou pour la batterie.For batteries without a BMS, the reading means is constituted by an independent circuit or integrated into the telecommunications circuit, receiving signals from a temperature sensor, or measuring the voltage and/or current for each of the cells or for the battery.

Claims (9)

Pack de batterie comprenant une pluralité de cellules d’accumulateurs (2) reliés mécaniquement et électriquement, ainsi qu’un moyen de mesure d’au moins un paramètre de la batterie et un module de télécommunication, les composants dudit pack étant intégrés dans un boîtier (1) présentant des bornes de raccordement de puissance caractérisé en ce que
  • ledit module de télécommunication comportant un contrôleur commandant la réception et la transmission de données numériques entre un serveur et ledit moyen de mesure de la batterie via le réseau 4G basse fréquence, soit grâce à un protocole de type CAT-M1 soit avec un circuit de repli 2G, et
  • en ce ledit module de télécommunication comporte
    • une mémoire non volatile réinscriptible pour l’enregistrement d’une partie au moins du code informatique exécuté par ledit calculateur, ainsi qu’une partie au moins des paramètres numériques calculés périodiquement en fonction des données fournies par ledit module de télécommunication
    • une mémoire de type RAM pour l’enregistrement des paramètres numériques calculés périodiquement en fonction des données fournies par ledit module de télécommunication dans un buffer circulaire
et
  • en ce ledit module de télécommunication comporte un circuit de commande de l’activation du module de télécommunication
  • périodiquement pour la transmission des paramètres fournis par ledit moyen de mesure,
  • en cas de détection d’un signal émis par ledit serveur pour la mise à jour du code informatique enregistré dans une mémoire dudit moyen de mesure et
  • lorsque la tension de sortie desdites cellules d’accumulateur passe en dessous d’un seuil bas, pour émettre un message numérique d’avertissement.
Battery pack comprising a plurality of accumulator cells (2) mechanically and electrically connected, as well as a means for measuring at least one parameter of the battery and a telecommunications module, the components of said pack being integrated in a housing (1) having power connection terminals, characterized in that
  • said telecommunications module comprising a controller controlling the reception and transmission of digital data between a server and said battery measuring means via the low-frequency 4G network, either using a CAT-M1 type protocol or with a 2G fallback circuit, and
  • in this said telecommunications module comprises
    • a rewritable non-volatile memory for recording at least part of the computer code executed by said calculator, as well as at least part of the digital parameters calculated periodically based on the data provided by said telecommunications module
    • a RAM type memory for recording the digital parameters calculated periodically based on the data provided by said telecommunications module in a circular buffer
And
  • in that said telecommunication module comprises a circuit for controlling the activation of the telecommunication module
  • periodically for the transmission of the parameters provided by said measuring means,
  • in the event of detection of a signal emitted by said server for updating the computer code recorded in a memory of said measuring means and
  • when the output voltage of said accumulator cells falls below a low threshold, to emit a digital warning message.
Pack de batterie selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit moyen de mesure d’au moins un paramètre de la batterie comporte un capteur de température.Battery pack according to claim 1 characterized in that said means for measuring at least one parameter of the battery comprises a temperature sensor. Pack de batterie selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit moyen de mesure d’au moins un paramètre de la batterie comporte un capteur de courant.Battery pack according to claim 1 characterized in that said means for measuring at least one parameter of the battery comprises a current sensor. Pack de batterie selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit moyen de mesure d’au moins un paramètre de la batterie comporte un capteur de tension.Battery pack according to claim 1 characterized in that said means for measuring at least one parameter of the battery comprises a voltage sensor. Pack de batterie selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit moyen de mesure est relié au système (103) de gestion (BMS) des batteries d'accumulateurs.Battery pack according to claim 1 characterized in that said measuring means is connected to the battery management system (103) (BMS). Pack de batterie selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit moyen de mesure comporte un module de géolocalisation.Battery pack according to claim 1 characterized in that said measuring means comprises a geolocation module. Pack de batterie selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit module de télécommunication comporte en outre un moyen pour commander la déconnection des cellules d’accumulateurs à la réception d’un message numérique transmis par un serveur.Battery pack according to claim 1 characterized in that said telecommunications module further comprises means for controlling the disconnection of the accumulator cells upon receipt of a digital message transmitted by a server. Pack de batterie selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites cellules d’accumulateurs sont de type lithium Phosphate de fer.Battery pack according to claim 1 characterized in that said accumulator cells are of the lithium iron phosphate type. Module de télécommunication pour la télétransmission d’informations numériques provenant d’un circuit électronique de mesure d’au moins un paramètre de batterie caractérisé en ce qu’il comporte :
  • un contrôleur commandant la réception et la transmission de données numériques entre un serveur et ledit circuit électronique de mesure d’au moins un paramètre de la batterie via le réseau 4G basse fréquence, soit grâce à un protocole de type CAT-M1 soit avec un circuit de repli 2G, et
  • un ensemble de mémoires comprenant :
    • une mémoire non volatile réinscriptible pour l’enregistrement d’une partie au moins du code informatique exécuté par ledit calculateur, ainsi qu’une partie au moins des paramètres numériques calculés périodiquement en fonction des données fournies par ledit module de télécommunication
    • une mémoire de type RAM pour l’enregistrement des paramètres numériques calculés périodiquement en fonction des données fournies par ledit module de télécommunication dans un buffer circulaire
et
  • un circuit de commande de l’activation du module de télécommunication
  • périodiquement pour la transmission des paramètres fournis par ledit moyen de mesure,
  • en cas de détection d’un signal émis par ledit serveur pour la mise à jour du code informatique enregistré dans une mémoire dudit moyen de mesure et
  • lorsque la tension de sortie desdites cellules d’accumulateur passe en dessous d’un seuil bas, pour émettre un message numérique d’avertissement.
Telecommunications module for the remote transmission of digital information from an electronic circuit for measuring at least one battery parameter, characterized in that it comprises:
  • a controller controlling the reception and transmission of digital data between a server and said electronic circuit for measuring at least one parameter of the battery via the low-frequency 4G network, either using a CAT-M1 type protocol or with a 2G fallback circuit, and
  • a set of memories including:
    • a rewritable non-volatile memory for recording at least part of the computer code executed by said calculator, as well as at least part of the digital parameters calculated periodically based on the data provided by said telecommunications module
    • a RAM type memory for recording the digital parameters calculated periodically based on the data provided by said telecommunications module in a circular buffer
And
  • a control circuit for activating the telecommunications module
  • periodically for the transmission of the parameters provided by said measuring means,
  • in the event of detection of a signal emitted by said server for updating the computer code recorded in a memory of said measuring means and
  • when the output voltage of said accumulator cells falls below a low threshold, to emit a digital warning message.
FR2209780A 2022-09-27 2022-09-27 Battery pack comprising a plurality of accumulators with integrated connectivity allowing the acquisition and exploitation of data in operation Pending FR3140210A1 (en)

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