WO2016066970A1 - Procédé de gestion thermique et de sécurisation d'un système autonome connecté à une batterie et à une source d'énergie intermittente - Google Patents

Procédé de gestion thermique et de sécurisation d'un système autonome connecté à une batterie et à une source d'énergie intermittente Download PDF

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WO2016066970A1
WO2016066970A1 PCT/FR2015/052922 FR2015052922W WO2016066970A1 WO 2016066970 A1 WO2016066970 A1 WO 2016066970A1 FR 2015052922 W FR2015052922 W FR 2015052922W WO 2016066970 A1 WO2016066970 A1 WO 2016066970A1
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battery
temperature
charge
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Jean-Marie Klein
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Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives
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Publication date
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a method of using an autonomous system comprising an intermittent energy source, an electrical device powered by a battery and a thermal management system.
  • the international application WO2013 / 162845 describes a method for managing a battery.
  • the method includes a step of monitoring the temperature and state of charge of the battery of a wireless communication device.
  • the monitored parameters are compared and then integrated in a decision matrix to perform a charging step and / or a cooling operation of the battery of said device.
  • This method is not suitable for autonomous systems having an intermittent energy source. Indeed, for this type of autonomous systems a global management method is necessary.
  • the method of using an autonomous system comprises the following steps:
  • a battery connected to a first source of intermittent electrical power and to an electrical device so as to supply said electrical device;
  • thermo management system configured to control the temperature of the battery, the thermal management system being powered by the battery and the first source, and comprising battery coolers;
  • the chillers when the temperature of the battery is greater than or equal to the second critical value and when the state of charge of the battery is greater than a second threshold value by defining a second mode of operation, the chillers being supplied with less the battery.
  • the electrical device is disconnected from the battery in the second mode of operation.
  • the temperature of the battery is greater than or equal to the first critical value and when the state of charge of the battery is less than or equal to the second threshold value:
  • the first source of intermittent electrical power is advantageously disconnected from the battery when the state of charge of the battery is greater than or equal to a second critical value greater than the second threshold value, and when the system is used. according to the first mode of operation.
  • the first source of intermittent electrical power charges the battery when the state of charge of the battery is lower than the second threshold value and when the system is used according to the first mode of operation;
  • the chillers are activated when the first source of intermittent electrical energy is exhausted and when the temperature of the battery is greater than or equal to the second critical value and the state of charge of the battery is greater than the second threshold value;
  • the chillers are deactivated when the temperature of the battery is between a minimum value and the first threshold value greater than the minimum value, so as to define a normal operating mode (Mn).
  • Mn normal operating mode
  • the first source of intermittent electrical power charges the battery when the state of charge of the battery is lower than the second threshold value.
  • the first source of intermittent electrical power is disconnected from the battery when the state of charge of the battery is greater than the second critical value;
  • the thermal management system comprises a device for heating the battery, and when the temperature of the battery is lower than the minimum value, the heating device is activated.
  • FIG. 1 illustrates in block diagram, an autonomous system used according to the method of the invention
  • FIG. 2 illustrates an overall management diagram of a system illustrating modes of operation as a function of the temperature and the state of charge of the battery.
  • an autonomous system is defined as a system that can independently provide its administration and power supply.
  • an autonomous system 10 may comprise a battery 1 1 connected to a first source 14 of intermittent electrical energy and to an electrical device 12.
  • the battery 1 1 is configured so supplying the electric device 12 with electrical energy.
  • the first source 14 of intermittent electrical power is a source of renewable electrical energy that is not permanently available, that is, its availability is not controllable.
  • the first source 14 may be based on solar energy, wind, hydroelectric, etc.
  • the first source 14 comprises a panel provided with photovoltaic solar cells.
  • electrical device any device requiring a supply of electrical energy to perform a specific function.
  • the electrical device can be a floor lamp, a roller shutter, a time stamp, etc.
  • the battery 1 1 is an electric accumulator, in other words, an electrochemical system configured to store energy.
  • the system restores a chemical energy generated by electrochemical reactions, in the form of electrical energy.
  • the battery 1 1 comprises a reversible electrochemical system, the battery is thus rechargeable.
  • the battery 1 1 is configured to be charged by the first source 14.
  • the battery 1 1 may be a lead-acid battery, an alkaline battery for example nickel-cadmium, or a lithium-based battery.
  • the battery 1 1 is a lithium-ion type battery.
  • the autonomous system 10 also comprises a thermal management system 13 configured to control the temperature of the battery 1 1.
  • the thermal management system 13 is connected to the battery 1 1 and the first source 14.
  • the system 13 can be supplied with electrical energy by the battery 1 1 and / or the first source 14.
  • the system 13 is configured to be supplied with electrical energy by the battery 1 1 and / or directly by the first source 14. Par, the system 13 is directly powered by the first source 14, it is meant that in this case there is no intermediate device, such as a battery, between the first source 14 and the management system 13.
  • thermal management system 13 includes chillers 15 of the battery 1 1.
  • the system 13 preferably comprises a device 15 'for measuring the temperature of the battery 1 1 (see FIG.
  • the device 15 ' is configured to provide information on the temperature T b of the battery January 1, and it may comprise several temperature sensors not shown in Figure 1.
  • the temperature sensors can be distributed in the battery 1 1, for example they can be distributed on the surface of the battery 1 1.
  • the temperature sensors may include a thermometer, a thermocouple, a thermistor, or any system for providing a measurement of temperature.
  • the chillers 15 may comprise a system based on a network of conduits or heat pipes in direct or indirect contact with the battery January 1.
  • a heat transfer fluid can circulate in these ducts so as to dissipate and control the temperature of the battery 1 1 by adjusting the temperature of the fluid flowing in said conduits or heat pipes.
  • the coolers 15 comprise at least one fan configured to cool the battery January 1.
  • the fan makes it possible to lower the ambient temperature around the battery 1 1 by forced convection.
  • the autonomous system 10 preferably comprises a device (not shown in the figures) configured to measure the charge state Cb of the battery 1 1.
  • This device can be included in the battery 1 1, and communicating the state of charge information Cb of the battery 1 1 to a control unit 19.
  • the autonomous system 10 advantageously comprises the control unit 19 configured to govern the thermal management system 13, the battery 1 1 and the first source 14 of intermittent electrical energy.
  • the control unit 19 can be integrated in the management system 13, or remote from the thermal management system 13 ( Figure 1).
  • the thermal management system 13 comprises the control unit 19.
  • the control unit 19 can be supplied with electrical energy by the battery 1 1 and / or by the first energy source 14. intermittent electric.
  • the control unit 19 may comprise a memory and a processor configured to process the various data and to control the operation of the battery 11, the thermal management system 13 and the first source 14, in other words, to implement the variants and embodiments of the method described above and hereinafter.
  • control unit 19 is configured to compare the measured value of the temperature of the battery T b with one or more previously fixed values. In the same way, the control unit 19 is configured to compare the measured value of the state of charge of the battery Cb with one or more previously fixed values. The control unit 19 can perform these comparisons continuously or sequentially.
  • the method of using the autonomous system 10 comprises a first step for measuring the temperature T b and the state of charge Cb of the battery 1 1.
  • the data relating to the temperature T b and the state of charge C b are transmitted to the control unit 19 in a continuous manner.
  • the measurements of the temperature T b and / or the state of charge C b of the battery are carried out dynamically and they are recovered by the control unit 19.
  • the measurements of the temperature T b and / or the state of charge of the battery 11 can be carried out sequentially. In other words, these measurements are performed in an established order, for example after the completion of a process step or after the lapse of a predefined period of time.
  • the measured temperature of the battery T b is compared with a first threshold value T s and a first critical value T c greater than the first threshold value T s .
  • the measured state of charge of the battery C b is also compared with a second threshold value C s and a second critical value C c greater than the second threshold value C s .
  • control unit 19 advantageously orders the thermal management system 13 to activate the coolers 15 when the temperature T b of the battery 1 1 is between the first value threshold T s and the first critical value T c .
  • a first operating mode M 1 is defined.
  • the coolers 15 are powered by at least the first source 14 of intermittent electrical energy.
  • the battery 1 1 has as priority the power supply of the electrical device 12. Moreover, if the battery 1 1 is sufficiently charged so as to be able to supply correctly, the electrical device 12 and to deliver a certain amount of electrical energy moreover, under these conditions, the battery can advantageously also supply the coolers 15. As a result, the battery can be rapidly cooled.
  • the method of using the autonomous system 10 allows the management of the temperature T b of the battery 1 1 and its state of charge C b , as well as the optimization of the use of the energy of the first source 14.
  • the management of these three factors in particular the conditioning of the actions of the thermal management system by the results of comparing the temperature and the state of charge of the battery with several previously fixed values, advantageously allows a secure use of the battery while avoiding the accelerated aging of the battery, especially a lithium ion type battery.
  • the method aims in particular to maintain the battery in a normal operating mode Mnor.
  • it is intended to maintain the temperature T b of the battery 1 1 lower than T s and preferably in an ideal range of operating temperatures [T mm , T s ]: the temperature T b is between a minimum value T min and the first threshold value T s greater than the minimum value T min .
  • This ideal range of operating temperatures is generally determined by the manufacturer of the battery 1 1.
  • the minimum value T min and the first threshold value T s can also be determined after a series of tests.
  • the first threshold value T s is advantageously known and is fixed beforehand.
  • the thermal management of the battery 1 1 is not necessary.
  • the coolers 15 are deactivated when the temperature of the battery T b is between the minimum value T min and the first threshold value T s .
  • the method also aims at preventing the temperature of the battery from exceeding the first critical value T c .
  • This critical value generally corresponds to a threshold temperature beyond which the battery 1 1 risks irreversible degradation, for example the battery risks a phenomenon of thermal runaway.
  • the first critical value T c is known and previously fixed.
  • the solid electrolyte can melt and / or the surface of the negative electrode can dissolve or delaminate. Depending on the composition of the electrolyte, this can cause direct contact between the electrodes, thus generating a strongly exothermic reaction. This reaction can destroy the battery or even cause it to explode, threatening the physical integrity of the user or devices and equipment near the battery.
  • the minimum value T min is equal to 0 ° C
  • the first threshold value T s is equal to 35 ° C
  • the first critical value T c is equal to 70 ° C.
  • the minimum value T min is equal to 5 ° C
  • the first threshold value T s is equal to 30 ° C
  • the first critical value T c is equal to 65 ° C.
  • the minimum value T mm , the first threshold value T s , and the first critical value T c are adjustable.
  • these temperature values can be adjusted according to the age and / or the state of health of the battery 1 1.
  • the minimum value T mm , the first threshold value T s , and the first critical value T c depend on the age and / or the state of health, in other words on the aging state of the battery 1 1.
  • the method further comprises a step in which a second mode of operation M2 is defined when the temperature of the battery T b is greater than or equal to the first critical value T c and when the state of charge of the battery C b is greater than a second threshold value C s .
  • control unit 19 orders the thermal management system 13 to activate the coolers 15, which are powered at least by the battery January 1.
  • the method of using the autonomous system comprises a step of activating the chillers 15, supplied with electrical energy by at least the battery 1 1, when the temperature of the battery T b is greater than or equal to the first critical value T c and when the state of charge of the battery C b is greater than a second threshold value C s .
  • the priority is given to the lowering of the temperature T b of the battery 1 1 in order to avoid the phenomenon of thermal runaway.
  • the coolers 15 are advantageously powered by the battery 1 1 and the first source 14 to lower as quickly as possible the temperature T b of the battery January 1 and away from the first critical value T c .
  • the coolers 15 are activated and they are preferentially fed only by the first source 14.
  • the second threshold value C s corresponds to a state of charge of the battery 1 1 below which a charge of the battery 1 1 is recommended. In other words, when the state of charge of the battery 1 1 is lower than the threshold value C s , the battery 1 1 is in an unloaded state.
  • the second threshold value C s is between 10 and 20% of the total state of charge of the battery 1 1.
  • C s also corresponds to a threshold above which, the self-discharge does not degrade the battery and the application powered by the battery is able to operate.
  • the second threshold value C s is advantageously known and is fixed beforehand.
  • a second critical value C c of the state of charge of the battery 1 1 is also defined, preferably corresponding to a state in which the battery 1 1 is fully charged or quasi-charged.
  • the second critical value C c of the state of charge of the battery 1 1 is substantially equal to a value between 90% and 100% of the total state of charge of the battery 1 1.
  • the second critical value C c is known and is fixed beforehand.
  • the second threshold value C s and the second critical value C c are adjustable. For example, these values of the state of charge of the battery 1 1 can be adjusted according to the age of the battery 1 1, its type and its characteristics.
  • the second threshold value C s depends on the age, in other words on the state of aging of the battery 1 1.
  • the skilled person can also adapt different values C c and C s depending on the use of the source device 14 and 12, depending on the security level assigned to the autonomous system 10, and based on characteristics of the battery 1 1 and its type.
  • the method of using the autonomous system 10, in particular the conditioning of the actions of the thermal management system by the results of comparing the temperature and the state of charge of the battery with several previously fixed values, advantageously makes it possible to ensure optimal security to the battery 1 1 and therefore to the autonomous system 10, especially when the temperature of the battery is higher than the first critical value T c . Recall that the risk of thermal runaway of a battery is even greater than its state of charge is important at a given temperature.
  • the battery 1 1 advantageously supplies the chillers 15 activated.
  • the method of use makes it possible to lower at the same time the temperature T b and the state of charge Cb of the battery.
  • This simultaneous action on the temperature T b and the state of charge Cb of the battery 1 1 advantageously avoids the phenomenon of thermal runaway, and bring the autonomous system 10 to the first operating mode M1, then preferentially to stabilize the system 10 in the normal Mnor mode.
  • the method advantageously reduces the accelerated aging of the battery 1 1, and optimizes the use of the energy produced by the first source 14 of intermittent electrical energy.
  • the battery is completely drained by connecting it to a resistor.
  • the use of a resistor causes a temperature increase by joule effect, which is counterproductive to avoid the risk of thermal runaway and accelerated aging of the battery.
  • the battery is completely discharged, and it can not perform any function.
  • the clever use method described above overcomes these disadvantages. Indeed, the method allows a gradual discharge of the battery to prevent an increase in its temperature, plus the discharge of the battery is advantageously useful since it contributes to the cooling of the battery.
  • the supply of the coolers 15 by the battery January 1, in particular in addition to the supply by the first source 14, increases the amount of energy received by the coolers 15.
  • the coolers 15 can then provide a more heat energy.
  • the battery 1 1 is rapidly cooled, and the risk of thermal runaway is quickly avoided.
  • the security of the autonomous system is advantageously ensured and part of the energy stored in the battery 11 can be kept to ensure a minimum power supply for the operation of the electronic device 12.
  • the thermal management system 13 also comprises a heating device 16 of the battery 1 1.
  • the heating device 16 may comprise a heating resistor or thermoelectric devices.
  • the device 16 can be placed in the battery 1 1 or close to it.
  • the heating device 16 is advantageously activated to increase the temperature T b of the battery 1 1.
  • This embodiment defines a third mode of M3 operation, and it overcomes the disadvantages mentioned above.
  • the method comprises a step in which the electronic device 12 is disconnected from the battery January 1, when the autonomous system operates according to the second mode of operation M2. In other words, the battery 1 1 no longer supplies the electronic device 12 and devotes all its energy to the thermal management system 13, including chillers 15.
  • the unit control 19 activates the chillers 15, but at the same time disconnects the battery 1 1 chillers 15.
  • the chillers 15 are thus fed exclusively by the first source 14.
  • the energy stored in the battery 1 1 does not contribute to the supply of the coolers 15 under these conditions.
  • the battery 1 1 can advantageously conserve its energy for a possible start of the electronic device 12.
  • the method also avoids an intensive load of the battery so that it does not reach a deep discharge level can degrade the battery 1 1.
  • the first source 14 distributes advantageously its energy as a function of the state of charge C b of the battery 1 1.
  • the first source 14 d intermittent electrical energy is preferably disconnected from the battery 1 1.
  • the first source 14 advantageously charges the battery January 1 if it is able to effectively power the coolers 15 that have priority in the M1 mode, and the battery 1 1.
  • the first source 14 of intermittent electrical power charges the battery 1 1 when the state of charge of the battery C b is lower than the second threshold value C s .
  • the first source 14 of intermittent electrical energy charges the battery 1 1.
  • the first source 14 of intermittent electrical energy is disconnected from the battery 1 1 when the state of charge of the battery C b is greater than or equal to the second critical value C c .
  • C c can be considered as the end of charge threshold, in other words, when this threshold is reached, the battery is considered fully charged.
  • the operating modes described in the preceding paragraph advantageously make it possible to optimize the use of the energy supplied by the first source 14, either by reserving it exclusively for the coolers 15 or by sharing it between the coolers 15 and the battery 1 1, if the latter is in a state requiring recharging.
  • the control unit 19 envisages different actions.
  • the method of use advantageously makes it possible to adapt to the unpredictability of feeding by a source of intermittent electrical energy.
  • the temperature of the battery T b is greater than or equal to the first critical value T c and the state of charge of the battery Cb is greater than the second threshold value C s .
  • the coolers 15 are activated and they are powered by the battery 1 1.
  • the first source 14 is not available, the chillers 15 are activated and powered by the battery 1 1 since it is in an unfavorable state with the risk of premature aging or even thermal runaway. As a result, priority is given to securing the battery 1 1 by cooling it down and lowering its state of charge by activating and feeding the chillers 15.
  • a predictive model of the amount of electrical energy that can be supplied by the first source 14 can be used by the control unit 19 to better manage the state of charge and the temperature of the battery 1 1 and that the optimization of the use of the energy provided by the first source 14.
  • an irradiation forecasting model can be used to predict the amount of energy that the solar panels can provide.
  • this predictive model can be coupled to a weather model configured to predict the ambient temperature in contact with the battery, as well as the degree of solicitation of the battery by a possible start of the electronic device 12.
  • the method of using the system 10 is advantageously able to manage both the state of charge Cb of the battery 1 1 to charge if necessary, and the temperature T b of the battery 1 1 as described above.
  • the method avoids the two main causes of aging of the battery.
  • the rules for managing and using the method described above can be applied to different autonomous systems with different objectives and levels of security.
  • the control unit 19 manages both the battery 1 1, the first source 14 and the chillers 15 according to the decision matrix shown in Table 1.
  • This decision matrix represents the actions carried out by the control unit 19 for the various embodiments described above, and additional cases that can be encountered.
  • the term sb > 0 or l s / gt > 0 means that the first source 14 supplies electrical energy respectively, the battery 1 1 to charge it, or the thermal management system 13 to activate either the chillers 15 is the heating device 16.
  • I s / b ⁇ 0 indicates that the first source 14 can charge the battery 1 1, if the first source 14 is able to properly supply the management system 13 (the chillers 15) which is a priority, and the battery 1 1 which is less.
  • l b defines the intensity of the current delivered by the battery 1
  • l / gt and lb / d define the current intensities delivered by the battery 1 1 respectively to the thermal management system 13 and the electronic device 12.
  • the battery 1 1 provides only the thermal management system 13 and the electronic device 12.
  • 1 b / g t> 0 means that the battery 1 1 supplies the thermal management system 13, in particular the coolers 15 or the heating device 16.
  • I b / g t ⁇ 0 indicates that the battery 1 1 can supply the chillers 15, if it is sufficiently charged so as to correctly feed the electrical device 12 which has priority, and coolers 15 which are less in this case.
  • the thermal management system 13 is configured so that if the temperature T b of the battery 1 1 reaches a threshold temperature, the chillers 15 are fed exclusively by the battery 1 1 so as to have a rapid lowering of the temperature.
  • temperature T b and the state of charge Cb of the battery 1 1 here the mode of operation M2.
  • the management system is configured so that if the temperature T b of the battery 1 1 reaches another threshold temperature, the chillers 15 are fed exclusively by the source 14 because the state of charge Cb of the battery 1 1 is lower than the second threshold value C s so as to preserve the state of charge of the battery while lowering the temperature.
  • the thermal management system 13 is configured so that if the temperature T b of the battery 1 1 is between a third threshold temperature and T c , the third threshold value preferably being between T s and T c , the coolers 15 are powered by the battery 1 1 and the source 14 so as to slightly reduce the state of charge of the battery 1 1 and have a maximum power on the coolers 15.

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Abstract

Le procédé d'utilisation d'un système autonome (10) muni d'une batterie (11) connectée à une première source (14) d'énergie électrique intermittente et à un dispositif électrique (12), et des refroidisseurs (15), comporte une première étape de mesure de la température (Tb) et l'état de charge (Cb) de la batterie (11). Selon le procédé, les refroidisseurs (15) sont activées lorsque la température de la batterie (Tb) est comprise entre une première valeur seuil (Ts) et une première valeur critique (Tc) supérieure à la première valeur seuil (Ts), de manière à activer les refroidisseurs (15) alimentés par la première source (14). Le procédé prévoit en outre l'activation des refroidisseurs (15) lorsque la température de la batterie (Tb) est supérieure ou égale à la première valeur critique (Tc) et lorsque l'état de charge de la batterie (Cb) est supérieure à une deuxième valeur seuil (Cs), les refroidisseurs (15) étant alimentés par la batterie (11).

Description

Procédé de gestion thermique et de sécurisation d'un système autonome connecté à une batterie et à une source d'énergie intermittente
Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un procédé d'utilisation d'un système autonome comportant une source d'énergie intermittente, un dispositif électrique alimenté par une batterie et un système de gestion thermique.
État de la technique
L'évolution incessante des sources d'énergie intermittentes et leur démocratisation, nécessitent le développement de nouveaux procédés d'utilisation et de sécurisation de systèmes autonomes comportant une batterie et utilisant de telles sources d'énergie.
Il est connu que la durée de vie et la fiabilité d'une batterie dépendent fortement des conditions de son utilisation surtout de son état de charge et de sa température. Notamment pour une batterie au lithium, le vieillissement est d'autant plus accéléré que son état de charge et sa température sont élevés. Par ailleurs, pour assurer une sécurisation et un fonctionnement optimal d'une batterie, son utilisation à des températures extrêmes est à éviter. La plupart des systèmes autonomes existants, comporte uniquement un système de gestion de l'état de charge de la batterie. L'objectif dudit système est d'éviter à la fois une surcharge mais aussi une décharge profonde de la batterie, pouvant provoquer une dégradation physique irréversible de cette dernière. Par ailleurs, des batteries associées à des moyens de refroidissement disposés à proximité des éléments de la batterie ont été également proposées.
A titre d'exemple, la demande internationale WO2013/162845 décrit un procédé de gestion d'une batterie. Le procédé comporte une étape de surveillance de la température et de l'état de charge de la batterie d'un dispositif de communication sans fil. Les paramètres surveillés sont comparés puis intégrés dans une matrice de décision pour exécuter une étape de charge et/ou une opération de refroidissement de la batterie dudit dispositif.
Ce procédé n'est pas adapté pour des systèmes autonomes comportant une source d'énergie intermittente. En effet, pour ce type de systèmes autonomes un procédé de gestion globale est nécessaire.
Objet de l'invention
Pour un système autonome utilisant une source d'énergie intermittente et comportant une batterie alimentant un dispositif électronique, il y a un besoin de fournir un procédé de gestion globale permettant une gestion facile et fiable de l'état de charge, une sécurisation de la batterie, ainsi qu'une optimisation de l'utilisation de l'énergie intermittente. On tend à satisfaire ce besoin en prévoyant des moyens de refroidissement alimentés à la fois par la batterie et par la source d'énergie intermittente, et un procédé de gestion globale du système prenant en compte l'alimentation de ces moyens de refroidissement, la sécurisation de la batterie et l'optimisation de l'utilisation de l'énergie intermittente.
Le procédé d'utilisation d'un système autonome comporte les étapes suivantes :
- prévoir ledit système autonome muni :
+ d'une batterie connectée à une première source d'énergie électrique intermittente et à un dispositif électrique de manière à alimenter ledit dispositif électrique ;
+ d'un système de gestion thermique configuré pour contrôler la température de la batterie, le système de gestion thermique étant alimenté par la batterie et par la première source, et comportant des refroidisseurs de la batterie ;
- mesurer la température et l'état de charge de la batterie ;
- activer les refroidisseurs lorsque la température de la batterie est comprise entre une première valeur seuil et une première valeur critique supérieure à la première valeur seuil, de manière à définir un premier mode de fonctionnement dans lequel les refroidisseurs sont alimentés par au moins la première source d'énergie électrique intermittente ;
- activer les refroidisseurs lorsque la température de la batterie est supérieure ou égale à la deuxième valeur critique et lorsque l'état de charge de la batterie est supérieur à une deuxième valeur seuil en définissant un deuxième mode de fonctionnement, les refroidisseurs étant alimentés par au moins la batterie.
De manière avantageuse, le dispositif électrique est déconnecté de la batterie dans le deuxième mode de fonctionnement. Selon un mode de réalisation, lorsque la température de la batterie est supérieure ou égale à la première valeur critique et lorsque l'état de charge de la batterie est inférieure ou égale à la deuxième valeur seuil :
+ les refroidisseurs sont activés ; et
+ la batterie est déconnectée des refroidisseurs.
En outre, la première source d'énergie électrique intermittente est, avantageusement, déconnectée de la batterie lorsque l'état de charge de la batterie est supérieur ou égale à une deuxième valeur critique supérieure à la deuxième valeur seuil, et lorsque le système est utilisé selon le premier mode de fonctionnement.
Par ailleurs, selon d'autres modes de réalisation avantageux et non limitatifs :
- la première source d'énergie électrique intermittente charge la batterie lorsque l'état de charge de la batterie est inférieur à la deuxième valeur seuil et lorsque le système est utilisé selon le premier mode de fonctionnement ;
- les refroidisseurs sont activés lorsque la première source d'énergie électrique intermittente est épuisée et lorsque la température de la batterie est supérieure ou égale à la deuxième valeur critique et que l'état de charge de la batterie est supérieure à la deuxième valeur seuil ;
- les refroidisseurs sont désactivés lorsque la température de la batterie est comprise entre une valeur minimum et la première valeur seuil supérieure à la valeur minimum, de manière à définir un mode de fonctionnement normal (Mn). Préférentiellement, la première source d'énergie électrique intermittente charge la batterie lorsque l'état de charge de la batterie est inférieure à la deuxième valeur seuil. Avantageusement, la première source d'énergie électrique intermittente est déconnectée de la batterie lorsque l'état de charge de la batterie est supérieur à la deuxième valeur critique ; - le système de gestion thermique comporte un dispositif d'échauffement de la batterie, et lorsque la température de la batterie est inférieure à la valeur minimum, le dispositif d'échauffement est activé.
Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 illustre en schéma blocs, un système autonome utilisé selon le procédé de l'invention ;
- la figure 2 illustre un diagramme de gestion globale d'un système illustrant des modes de fonctionnement en fonction de la température et de l'état de charge de la batterie.
Description d'un mode préférentiel de l'invention
Un système autonome est défini comme un système pouvant assurer de manière indépendante son administration et son alimentation en énergie. Selon un mode particulier de réalisation illustré à la figure 1 , on prévoit un système autonome 10 pouvant comporter une batterie 1 1 connectée à une première source 14 d'énergie électrique intermittente et à un dispositif électrique 12. La batterie 1 1 est configurée de manière à alimenter le dispositif électrique 12 en énergie électrique. Par ailleurs, la première source 14 d'énergie électrique intermittente est une source d'énergie électrique renouvelable qui n'est pas disponible de manière permanente, autrement dit, sa disponibilité n'est pas contrôlable. La première source 14 peut être à base d'énergie solaire, éolienne, hydroélectrique, etc.
Préférentiellement, la première source 14 comporte un panneau muni de cellules solaires photovoltaïques.
Par dispositif électrique, on entend tout dispositif nécessitant une alimentation en énergie électrique pour remplir une fonction déterminée. Le dispositif électrique peut être un lampadaire, un volet roulant, un horodateur, etc.
La batterie 1 1 est un accumulateur électrique, autrement dit, un système électrochimique configuré pour stocker de l'énergie. Le système restitue une énergie chimique générée par des réactions électrochimiques, sous forme d'une énergie électrique. La batterie 1 1 comporte un système électrochimique réversible, la batterie est ainsi rechargeable. La batterie 1 1 est configurée pour être chargée par la première source 14.
La batterie 1 1 peut être un accumulateur au plomb, un accumulateur alcalin par exemple nickel-cadmium, ou encore un accumulateur à base de lithium. Préférentiellement, la batterie 1 1 est une batterie de type lithium-ion. Le système autonome 10 comporte également un système de gestion thermique 13 configuré pour contrôler la température de la batterie 1 1 . Le système de gestion thermique 13 est connecté à la batterie 1 1 et à la première source 14. En fait, le système 13 peut être alimenté en énergie électrique par la batterie 1 1 et/ou par la première source 14. Préférentiellement, le système 13 est configuré pour être alimenté en énergie électrique par la batterie 1 1 et/ou directement par la première source 14. Par, le système 13 est directement alimenté par la première source 14, on entend qu'il n'existe pas dans ce cas un dispositif intermédiaire, tel qu'une batterie, entre la première source 14 et le système de gestion 13. Par ailleurs, le système de gestion thermique 13 comporte des refroidisseurs 15 de la batterie 1 1 . Le système 13 comporte préférentiellement un dispositif de mesure 15' de la température de la batterie 1 1 (cf. figure 1 ).
Le dispositif 15' est configuré pour fournir une information sur la température Tb de la batterie 1 1 , et il peut comporter plusieurs capteurs de température non représentés à la figure 1 . Les capteurs de température peuvent être distribués dans la batterie 1 1 , par exemple ils peuvent être répartis sur la surface de la batterie 1 1 . Les capteurs de température peuvent comporter un thermomètre, un thermocouple, une thermistance ou n'importe quel système permettant de fournir une mesure de la température.
Les refroidisseurs 15 peuvent comporter un système à base d'un réseau de conduits ou de caloducs en contact direct ou indirect avec la batterie 1 1 . Un fluide caloporteur peut circuler dans ces conduits de sorte à dissiper et à contrôler la température de la batterie 1 1 en ajustant la température du fluide circulant dans lesdits conduits ou caloducs.
Préférentiellement, les refroidisseurs 15 comportent au moins un ventilateur configuré pour refroidir la batterie 1 1 . Autrement dit, le ventilateur permet d'abaisser la température ambiante aux environs de la batterie 1 1 par convection forcée.
En outre, le système autonome 10 comporte préférentiellement un dispositif (non représenté aux figures) configuré pour mesurer l'état de charge Cb de la batterie 1 1 . Ce dispositif peut être compris dans la batterie 1 1 , et communiquer l'information de l'état de charge Cb de la batterie 1 1 à une unité de contrôle 19.
Le système autonome 10 comporte avantageusement l'unité de contrôle 19 configurée pour régir le système de gestion thermique 13, la batterie 1 1 et la première source 14 d'énergie électrique intermittente. L'unité de contrôle 19 peut être intégrée dans le système de gestion 13, ou déportée hors du système de gestion thermique 13 (figure 1 ). De manière avantageuse, le système de gestion thermique 13 comporte l'unité de contrôle 19. De ce fait, l'unité de contrôle 19 peut être alimentée en énergie électrique par la batterie 1 1 et/ou par la première source 14 d'énergie électrique intermittente. L'unité de contrôle 19 peut comporter une mémoire et un processeur configuré pour traiter les différentes données et contrôler le fonctionnement de la batterie 1 1 , du système de gestion thermique 13 et de la première source 14, autrement dit, pour mettre en œuvre les variantes et les modes de réalisation du procédé décrits ci-dessus et ci-après. Notamment, l'unité de contrôle 19 est configurée pour comparer la valeur mesurée de la température de la batterie Tb avec une ou plusieurs valeurs préalablement fixées. De la même manière, l'unité de contrôle 19 est configurée pour comparer la valeur mesurée de l'état de charge de la batterie Cb avec une ou plusieurs valeurs préalablement fixées. L'unité de contrôle 19 peut effectuer ces comparaisons de manière continue ou de manière séquentielle.
Selon un mode de réalisation, le procédé d'utilisation du système autonome 10 comporte une première étape destinée à mesurer la température Tb et l'état de charge Cb de la batterie 1 1 . De manière préférentielle, les données concernant la température Tb et l'état de charge Cb sont transmises à l'unité de contrôle 19 de manière continue. Les mesures de la température Tb et/ou de l'état de charge Cb de la batterie sont effectuées de manière dynamique et elles sont récupérées par l'unité de contrôle 19.
Les mesures de la température Tb et/ou l'état de charge de la batterie 1 1 peuvent être réalisées de manière séquentielle. Autrement dit, ces mesures sont effectuées dans un ordre établi, par exemple, après la réalisation d'une étape du procédé ou encore après l'écoulement d'un laps de temps prédéfini.
Ensuite, la température mesurée de la batterie Tb est comparée à une première valeur seuil Ts et une première valeur critique Tc supérieure à la première valeur seuil Ts. L'état de charge mesurée de la batterie Cb est également comparé à une deuxième valeur seuil Cs et une deuxième valeur critique Cc supérieure à la deuxième valeur seuil Cs.
A la suite de l'étape de comparaison et de ses résultats, l'unité de contrôle 19 ordonne avantageusement au système de gestion thermique 13 d'activer les refroidisseurs 15 lorsque la température Tb de la batterie 1 1 est comprise entre la première valeur seuil Ts et la première valeur critique Tc.
Comme illustré à la figure 2, lorsque la température Tb satisfait ces conditions, un premier mode de fonctionnement M1 est défini.
Selon le mode de fonctionnement M1 , les refroidisseurs 15 sont alimentés par au moins la première source 14 d'énergie électrique intermittente.
Pendant le premier mode de fonctionnement M1 , la batterie 1 1 a comme priorité l'alimentation du dispositif électrique 12 en énergie. Par ailleurs, si la batterie 1 1 est suffisamment chargée de manière à pouvoir alimenter correctement le dispositif électrique 12 et à délivrer une certaine quantité d'énergie électrique en plus, dans ces conditions, la batterie peut avantageusement alimenter en outre les refroidisseurs 15. De ce fait, la batterie peut être rapidement refroidie.
Le procédé d'utilisation du système autonome 10 permet la gestion de la température Tb de la batterie 1 1 et de son état de charge Cb, ainsi que l'optimisation de l'utilisation de l'énergie de la première source 14. La gestion de ces trois facteurs, notamment le conditionnement des actions du système de gestion thermique par les résultats de comparaison de la température et l'état de charge de la batterie avec plusieurs valeurs préalablement fixées, permet avantageusement une utilisation sécurisée de la batterie tout en évitant le vieillissement accéléré de la batterie, notamment une batterie de type lithium ion.
Il est connu que les performances d'une batterie sont améliorées avec l'augmentation de la température puisque les processus de diffusion et de conduction ionique sont favorisés dans les réactions électrochimiques. Cependant, une augmentation de la température de fonctionnement de la batterie accélère également le phénomène de vieillissement.
Le procédé vise notamment à maintenir la batterie, dans un mode de fonctionnement normal Mnor. Autrement dit, on vise à maintenir la température Tb de la batterie 1 1 inférieure à Ts et de préférence dans une gamme idéale de températures de fonctionnement [Tmm, Ts] : la température Tb est comprise entre une valeur minimum Tmin et la première valeur seuil Ts supérieure à la valeur minimum Tmin. Cette gamme idéale de températures de fonctionnement est généralement déterminée par le fabricant de la batterie 1 1. La valeur minimum Tmin et la première valeur seuil Ts, peuvent également être déterminées après une série de test. Ainsi, la première valeur seuil Ts est avantageusement connue et elle est préalablement fixée. De préférence, lorsque la température Tb de la batterie 1 1 est inférieure à Ts et de préférence comprise dans cette gamme idéale [Tmm, Ts], la gestion thermique de la batterie 1 1 n'est pas nécessaire. Autrement dit, les refroidisseurs 15 sont désactivés lorsque la température de la batterie Tb est comprise entre la valeur minimum Tmin et la première valeur seuil Ts. Ainsi, l'énergie électrique de la batterie 1 1 et/ou de la première source 14 n'est pas gaspillée pour remplir une fonction inutile dans ces conditions. Le procédé vise également à éviter que la température de la batterie dépasse la première valeur critique Tc. Cette valeur critique correspond généralement à une température seuil au-delà de laquelle la batterie 1 1 risque une dégradation irréversible, par exemple la batterie risque un phénomène d'emballement thermique. Avantageusement, la première valeur critique Tc est connue et préalablement fixée.
En effet, dans une batterie lithium ion par exemple, lorsque la température avoisine ou dépasse la température critique d'emballement thermique, Pélectrolyte solide peut fondre et/ou la surface de l'électrode négative peut se dissoudre ou se délaminer. Selon la composition de l'électrolyte, cela peut provoquer un contact direct entre les électrodes, générant ainsi une réaction fortement exothermique. Cette réaction peut détruire la batterie ou même provoquer son explosion menaçant ainsi l'intégrité physique de son utilisateur ou des dispositifs et du matériel situés à proximité de la batterie.
En effet, selon l'article scientifique « Thermal Modeling of Automotive Lithium Ion Cells using the Finite Eléments Method in Modelica » de Imke Krïiger et al. publié dans « Proceedings 7th Modelica Conférence, Como, Italy, Sep. 20-22, 2009 », la réduction de la durée de vie d'une batterie peut atteindre jusqu'à 50% pour une augmentation de la température moyenne de fonctionnement de 10 ° C. Selon cet article, une batterie au lithium ion risque un emballement thermique à des températures supérieures à 70 °C, et la gamme de température idéale est comprise entre 25 et 30 °C ou exceptionnellement entre 25 et 40 °C. Préférentiellement, la valeur minimum Tmin est égale à 0 °C, la première valeur seuil Ts est égale à 35 °C, et la première valeur critique Tc est égale à 70 °C. De manière encore plus préférentielle, la valeur minimum Tmin est égale à 5 °C, la première valeur seuil Ts est égale à 30 °C, et la première valeur critique Tc est égale à 65 °C.
Selon un mode de réalisation avantageux, la valeur minimum Tmm, la première valeur seuil Ts, et la première valeur critique Tc sont ajustables. Par exemple, ces valeurs de températures peuvent être ajustées en fonction de l'âge et/ou l'état de santé de la batterie 1 1 . Avantageusement, la valeur minimum Tmm, la première valeur seuil Ts, et la première valeur critique Tc dépendent de l'âge et/ou l'état de santé, autrement dit de l'état de vieillissement de la batterie 1 1 . Ainsi, le procédé d'utilisation du système autonome 10, notamment le conditionnement des actions du système de gestion thermique par les résultats de comparaison de la température et l'état de charge de la batterie avec plusieurs valeurs préalablement fixées, permet, en outre et de manière avantageuse, la gestion du vieillissement de la batterie.
Bien entendu, l'homme du métier pourra adapter les différentes valeurs Tmm, Ts et Tc en fonction des caractéristiques de la batterie 1 1 et de son type, et en fonction du niveau de sécurité qu'on voudra assurer au système autonome 10.
Le procédé comporte en outre, une étape dans laquelle on définit un deuxième mode de fonctionnement M2 lorsque la température de la batterie Tb est supérieure ou égale à la première valeur critique Tc et lorsque l'état de charge de la batterie Cb est supérieur à une deuxième valeur seuil Cs.
Selon le mode de fonctionnement M2, l'unité de contrôle 19 ordonne au système de gestion thermique 13 d'activer les refroidisseurs 15, qui sont alimentés au moins par la batterie 1 1.
Autrement dit, le procédé d'utilisation du système autonome comporte une étape d'activation des refroidisseurs 15, alimentés en énergie électrique par au moins la batterie 1 1 , lorsque la température de la batterie Tb est supérieure ou égale à la première valeur critique Tc et lorsque l'état de charge de la batterie Cb est supérieure à une deuxième valeur seuil Cs.
Pendant le deuxième mode de fonctionnement M2, la priorité est donnée à l'abaissement de la température Tb de la batterie 1 1 afin d'éviter le phénomène d'emballement thermique. Ainsi, les refroidisseurs 15 sont avantageusement alimentés et par la batterie 1 1 et par la première source 14 afin d'abaisser le plus rapidement possible la température Tb de la batterie 1 1 et de s'éloigner de la première valeur critique Tc.
Par ailleurs, lorsque l'état de charge de la batterie Cb est inférieure à la deuxième valeur seuil Cs, et la température de la batterie Tb est supérieure à la première valeur seuil Ts, les refroidisseurs 15 sont activés et ils sont préférentiellement alimentés uniquement par la première source 14.
Préférentiellement, la deuxième valeur seuil Cs correspond à un état de charge de la batterie 1 1 en dessous duquel une charge de la batterie 1 1 est recommandée. Autrement dit, lorsque l'état de charge de la batterie 1 1 est inférieur à la valeur seuil Cs, la batterie 1 1 est dans un état déchargé. De manière préférentielle, la deuxième valeur seuil Cs est comprise entre 10 et 20 % de l'état de charge totale de la batterie 1 1 . Cs correspond en outre à un seuil au-dessus duquel, l'autodécharge ne dégrade pas la batterie et l'application alimentée par la batterie est en mesure de fonctionner. Ainsi, la deuxième valeur seuil Cs est avantageusement connue et elle est préalablement fixée.
Par ailleurs, selon un autre mode de réalisation avantageux, on définit également une deuxième valeur critique Cc de l'état de charge de la batterie 1 1 correspondant préférentiellement à un état dans lequel la batterie 1 1 est totalement chargée ou quasi-chargée. Autrement dit, la deuxième valeur critique Cc de l'état de charge de la batterie 1 1 est sensiblement égale à une valeur comprise entre 90 % et 100 % de l'état de charge totale de la batterie 1 1 . Avantageusement, La deuxième valeur critique Cc est connue et elle est préalablement fixée. Selon un mode de réalisation avantageux, la deuxième valeur seuil Cs, et la deuxième valeur critique Cc sont ajustables. Par exemple, ces valeurs de l'état de charge de la batterie 1 1 peuvent être ajustées en fonction de l'âge de la batterie 1 1 , de son type et de ses caractéristiques. Avantageusement, la deuxième valeur seuil Cs dépend de l'âge, autrement dit de l'état de vieillissement de la batterie 1 1.
Bien entendu, l'homme du métier pourra également adapter les différentes valeurs Cc et Cs en fonction de l'utilisation de la source 14 et du dispositif 12, en fonction du niveau de sécurité affecté au système autonome 10, et en fonction des caractéristiques de la batterie 1 1 et de son type.
Le procédé d'utilisation du système autonome 10, notamment le conditionnement des actions du système de gestion thermique par les résultats de comparaison de la température et l'état de charge de la batterie avec plusieurs valeurs préalablement fixées, permet de manière avantageuse d'assurer une sécurité optimale à la batterie 1 1 et de ce fait au système autonome 10, notamment lorsque la température de la batterie est supérieure à la première valeur critique Tc. Rappelons que le risque d'emballement thermique d'une batterie est d'autant plus grand que son état de charge est important à une température donnée.
Lorsque le système autonome 10 fonctionne selon le deuxième mode M2, la batterie 1 1 alimente avantageusement les refroidisseurs 15 activés. Ainsi, le procédé d'utilisation permet d'abaisser en même temps la température Tb et l'état de charge Cb de la batterie. Cette action simultanée visant la température Tb et l'état de charge Cb de la batterie 1 1 permet de manière avantageuse d'éviter le phénomène d'emballement thermique, et de ramener le système autonome 10 vers le premier mode de fonctionnement M1 , puis préférentiellement de stabiliser le système 10 dans le mode normal Mnor. Ainsi, le procédé réduit avantageusement le vieillissement accéléré de la batterie 1 1 , et optimise l'utilisation de l'énergie produite par la première source 14 d'énergie électrique intermittente.
Généralement, pour abaisser l'état de charge d'une batterie dans des systèmes de gestion de batterie conventionnels, la batterie est complètement vidée en la connectant à une résistance. L'utilisation d'une résistance engendre une augmentation de la température par effet joule, ce qui est contre productif pour éviter le risque d'emballement thermique et le vieillissement accéléré de la batterie. En outre, la batterie se retrouve totalement déchargée, et elle ne peut assurer aucune fonction. Le procédé d'utilisation astucieux décrit ci-dessus permet de remédier à ces inconvénients. En effet, le procédé permet une décharge progressive de la batterie pour éviter une augmentation de sa température, de plus la décharge de la batterie est avantageusement utile puisqu'elle contribue au refroidissement de la batterie. En outre, l'alimentation des refroidisseurs 15 par la batterie 1 1 , notamment en plus de l'alimentation par la première source 14, permet d'augmenter la quantité d'énergie reçue par les refroidisseurs 15. Les refroidisseurs 15 peuvent alors fournir une énergie calorifique plus importante. Ainsi, la batterie 1 1 est rapidement refroidie, et le risque d'emballement thermique est rapidement évité. De ce fait, la sécurité du système autonome est avantageusement assurée et une partie de l'énergie stockée dans la batterie 1 1 peut être conservée pour assurer une alimentation minimum pour le fonctionnement du dispositif électronique 12.
Selon un mode de réalisation avantageux, le système de gestion thermique 13 comporte également un dispositif d'échauffement 16 de la batterie 1 1. Le dispositif d'échauffement 16 peut comporter une résistance chauffante ou des dispositifs thermoélectriques. Le dispositif 16 peut être placé dans la batterie 1 1 ou à proximité de celle-ci.
En effet, pour une batterie notamment une batterie au lithium ion, à basses températures, autrement dit à une température inférieure à 0 °C et notamment inférieure à -10 °C, son impédance interne augmente et la mobilité des porteurs diminue. De ce fait, la capacité à courant élevé de la batterie 1 1 est limitée. De plus, la plupart des fabricants des batteries interdisent la charge de la batterie si sa température est inférieure à une limite prédéfinie, puisque la charge de la batterie dans ces conditions peut l'endommager.
Ainsi, lorsque la température de la batterie Tb est inférieure à la valeur minimum Tmin, le dispositif d'échauffement 16 est avantageusement activé pour faire augmenter la température Tb de la batterie 1 1. Ce mode de réalisation définit un troisième mode de fonctionnement M3, et il permet de palier les inconvénients cités ci-dessus. Selon un perfectionnement, le procédé comporte une étape dans laquelle le dispositif électronique 12 est déconnecté de la batterie 1 1 , lorsque le système autonome fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement M2. Autrement dit, la batterie 1 1 n'alimente plus le dispositif électronique 12 et consacre toute son énergie au système de gestion thermique 13, notamment aux refroidisseurs 15.
Ainsi, une énergie calorifique plus importante est avantageusement fournie par les refroidisseurs 15, permettant ainsi un refroidissement rapide et efficace de la batterie 1 1 . La sécurité de la batterie 1 1 est assurée et un retour au mode de fonctionnement normal Mnor s'effectue de manière rapide.
Selon une variante, lorsque la température de la batterie Tb est supérieure ou égale à la première valeur critique Tc et lorsque l'état de charge de la batterie Cb est inférieure ou égale à la deuxième valeur seuil Cs, l'unité de contrôle 19 active les refroidisseurs 15, mais en même temps déconnecte la batterie 1 1 des refroidisseurs 15. Les refroidisseurs 15 sont ainsi alimentés exclusivement par la première source 14.
L'énergie stockée dans la batterie 1 1 ne contribue pas à l'alimentation des refroidisseurs 15 dans ces conditions. Ainsi, la batterie 1 1 peut conserver avantageusement son énergie pour une éventuelle mise en marche du dispositif électronique 12. Le procédé permet également d'éviter une sollicitation intensive de la batterie afin qu'elle n'atteigne pas un niveau de décharge profonde pouvant dégrader la batterie 1 1 . De plus, bien que la température de la batterie 1 1 soit élevée, son état de charge est assez bas (Cb <= Cs) ce qui réduit le risque d'emballement thermique. Par ailleurs, lorsque le système autonome 10 fonctionne selon le premier mode de fonctionnement M1 , la première source 14 répartit avantageusement son énergie en fonction de l'état de charge Cb de la batterie 1 1. En fait, lorsque l'état de charge de la batterie Cb est supérieur ou égale à la deuxième valeur critique Cc, la première source 14 d'énergie électrique intermittente est préférentiellement déconnectée de la batterie 1 1 . Lorsque l'état de charge Cb est compris entre Cs et Cc, la première source 14 charge avantageusement la batterie 1 1 si elle est en mesure d'alimenter efficacement les refroidisseurs 15 qui sont prioritaires dans le mode M1 , et la batterie 1 1 . En outre, la première source 14 d'énergie électrique intermittente charge la batterie 1 1 lorsque l'état de charge de la batterie Cb est inférieur à la deuxième valeur seuil Cs.
De plus, lorsque le système autonome 10 fonctionne selon le mode de fonctionnement normal Mnor, et que l'état de charge de la batterie Cb est inférieur à la deuxième valeur seuil Cs, la première source 14 d'énergie électrique intermittente charge la batterie 1 1 . Préférentiellement, la première source 14 d'énergie électrique intermittente est déconnectée de la batterie 1 1 lorsque l'état de charge de la batterie Cb est supérieur ou égale à la deuxième valeur critique Cc. Dans ce cas, Cc peut être considérée comme le seuil de fin de charge, autrement dit, lorsque ce seuil est atteint la batterie est considérée comme pleinement chargée.
Les modes de fonctionnements décrits dans le paragraphe précèdent, permettent de manière avantageuse d'optimiser l'utilisation de l'énergie fournie par la première source 14, soit en la réservant exclusivement aux refroidisseurs 15, soit en la partageant entre les refroidisseurs 15 et la batterie 1 1 , si cette dernière est dans un état nécessitant une recharge.
Par ailleurs, lorsque la première source 14 d'énergie électrique intermittente est épuisée, autrement dit, elle n'est pas en mesure de fournir une énergie électrique, l'unité de contrôle 19 envisage des actions différentes. Le procédé d'utilisation permet avantageusement de s'adapter à l'imprévisibilité de l'alimentation par une source d'énergie électrique intermittente. Ainsi, lorsque la température de la batterie Tb est supérieure ou égale à la première valeur critique Tc et que l'état de charge de la batterie Cb est supérieure à la deuxième valeur seuil Cs, les refroidisseurs 15 sont activés et ils sont alimentés par la batterie 1 1 . Bien que la première source 14 ne soit pas disponible, les refroidisseurs 15 sont activés et alimentés par la batterie 1 1 puisqu'elle se trouve dans un état défavorable avec risque de vieillissement prématuré voire même d'emballement thermique. De ce fait, la priorité est donnée à la sécurisation de la batterie 1 1 en la refroidissant et en abaissant son état de charge par activation et alimentation des refroidisseurs 15.
De manière avantageuse, un modèle prévisionnel de la quantité d'énergie électrique pouvant être fourni par la première source 14 peut être utilisé par l'unité de contrôle 19 afin de mieux gérer l'état de charge et la température de la batterie 1 1 ainsi que l'optimisation de l'utilisation de l'énergie fournie par la première source 14.
Par exemple, lorsque la première source 14 est une source d'énergie photovoltaïque, un modèle prévisionnel d'irradiation peut être utilisé pour prévoir la quantité d'énergie que les panneaux solaires peuvent fournir. Avantageusement, ce modèle prévisionnel peut être couplé à un modèle météorologique configuré pour prévoir la température ambiante au contact de la batterie, ainsi que le degré de sollicitation de la batterie par une éventuelle mise en marche du dispositif électronique 12.
En connaissant les besoins du dispositif électrique 12, d'un point de vue énergie électrique, le procédé d'utilisation du système 10 est avantageusement en mesure de gérer à la fois, l'état de charge Cb de la batterie 1 1 pour ne charger que si besoin, et la température Tb de la batterie 1 1 comme décrit ci-dessus. Ainsi, le procédé évite les deux principales causes de vieillissement de la batterie. Les règles de gestion et d'utilisation du procédé décrites ci-dessus peuvent être appliquées à différents systèmes autonomes avec des objectifs et des niveaux de sécurité différents.
Figure imgf000022_0001
Tableau
De manière avantageuse, en fonction de la température Tb et de l'état de charge Cb de la batterie et de la disponibilité de l'énergie électrique de la première source 14, l'unité de contrôle 19 gère à la fois la batterie 1 1 , la première source 14 et les refroidisseurs 15 selon la matrice de décision représentée dans le tableau 1. Cette matrice de décision représente les actions menées par l'unité de contrôle 19 pour les différents modes de réalisations décrits ci-dessus, et des cas de figures supplémentaires qui peuvent être rencontrés.
Dans le tableau 1 , le paramètre ls définit l'intensité du courant délivré par la première source 14. On entend par ls = 0, que la première source 14 d'énergie électrique intermittente n'est pas en mesure de fournir une énergie électrique, autrement dit, elle est épuisée. On entend par ls > 0 que la première source 14 est fonctionnelle et qu'elle peut délivrer une énergie électrique à la batterie 1 1 et/ou au système de gestion thermique 13. Is/b et ls/gt définissent les intensités de courant délivrés par la première source 14 respectivement à la batterie 1 1 et au système de gestion thermique 13. Préférentiellement, la première source ne fournit que la batterie 1 1 et le système 13. Ainsi, on a la relation suivante :
Figure imgf000023_0001
Dans le tableau 1 , on entend par ls b > 0 ou ls/gt > 0 que la première source 14 fournit en énergie électrique respectivement, la batterie 1 1 pour la charger, ou le système de gestion thermique 13 pour activer soit les refroidisseurs 15 soit le dispositif d'échauffement 16. Is/b≥ 0 indique que la première source 14 peut charger la batterie 1 1 , si la première source 14 est en mesure d'alimenter correctement le système de gestion 13 (les refroidisseurs 15) qui est prioritaire, et la batterie 1 1 qui l'est moins.
De plus, ls/b = 0 indique que la batterie 1 1 est déconnectée de la première source 14. On entend par ls = ls/gt , que toute l'énergie de la première source 14 sera consacrée au système de gestion 13 afin que les refroidisseurs 15 ou les dispositif d'échauffement 16 fournissent une énergie calorifique la plus importante possible. lb définit l'intensité du courant délivré par la batterie 1 1 , l /gt et lb/d définissent les intensités de courant délivrés par la batterie 1 1 respectivement au système de gestion thermique 13 et au dispositif électronique 12. Préférentiellement, la batterie 1 1 ne fournit que le système de gestion thermique 13 et le dispositif électronique 12. Ainsi, on a la relation suivante :
Figure imgf000024_0001
Dans le tableau 1 , on entend par lb/gt > 0, que la batterie 1 1 alimente le système de gestion thermique 13, notamment les refroidisseurs 15 ou le dispositif d'échauffement 16. Par ailleurs, ls/gt = 0 ou lb/gt = 0 indique que le système de gestion thermique 13 est déconnecté respectivement de la première source 14 ou de la batterie 1 1 . Ib/gt≥ 0 indique que la batterie 1 1 peut alimenter les refroidisseurs 15, si elle est suffisamment chargée de manière à alimenter correctement le dispositif électrique 12 qui est prioritaire, et les refroidisseurs 15 qui le sont moins dans ce cas.
En outre, lb = lb/gt indique que la batterie 1 1 fournit un maximum de courant électrique au système de gestion 13 afin que les refroidisseurs 15 ou les dispositif d'échauffement 16 fournisse une énergie calorifique la plus importante possible, et que la batterie 1 1 puisse se décharger rapidement de façon à éviter, notamment un emballement thermique.
De manière générale, le système de gestion thermique 13 est configuré de sorte que si la température Tb de la batterie 1 1 atteint une température seuil, les refroidisseurs 15 sont alimentés exclusivement par la batterie 1 1 de manière à avoir rapidement un abaissement de la température Tb et de l'état de charge Cb de la batterie 1 1 (ici le mode de fonctionnement M2).
De préférence le système de gestion est configuré de sorte que si la température Tb de la batterie 1 1 atteint une autre température seuil, les refroidisseurs 15 sont alimentés exclusivement par la source 14 car l'état de charge Cb de la batterie 1 1 est inférieur à la deuxième valeur seuil Cs de manière à préserver l'état de charge de la batterie tout en abaissant la température. Avantageusement, le système de gestion thermique 13 est configuré de sorte que si la température Tb de la batterie 1 1 est entre une troisième température seuil et Tc, la troisième valeur seuil étant de préférence comprise entre Ts et Tc, les refroidisseurs 15 sont alimentés par la batterie 1 1 et par la source 14 de manière à légèrement diminuer l'état de charge de la batterie 1 1 et avoir un maximum de puissance sur les refroidisseurs 15.

Claims

Revendications
1. Procédé d'utilisation d'un système autonome (10) comportant les étapes suivantes :
- prévoir ledit système autonome (10) muni :
+ d'une batterie (1 1 ) connectée à une première source (14) d'énergie électrique intermittente et à un dispositif électrique (12) de manière à alimenter ledit dispositif électrique (12) ;
+ d'un système de gestion thermique (13) configuré pour contrôler la température de la batterie (1 1 ), le système de gestion thermique (13) étant alimenté par la batterie (1 1 ) et par la première source (14), et comportant des refroidisseurs (15) de la batterie (1 1 ) ;
- mesurer la température (Tb) et l'état de charge (Cb) de la batterie (1 1 ) ;
- comparer la température de la batterie (Tb) à une première valeur seuil (Ts) et une première valeur critique (Tc) supérieure à la première valeur seuil (Ts), et comparer l'état de charge de la batterie (Cb) à une deuxième valeur seuil (Cs) et une deuxième valeur critique (Cc) supérieure à la deuxième valeur seuil (Cs) ;
- activer les refroidisseurs (15) lorsque la température de la batterie (Tb) est comprise entre la première valeur seuil (Ts) et la première valeur critique (Tc), de manière à définir un premier mode de fonctionnement (M1 ) dans lequel les refroidisseurs (15) sont alimentés par au moins la première source (14) d'énergie électrique intermittente ;
- activer les refroidisseurs (15) lorsque la température de la batterie (Tb) est supérieure ou égale à la première valeur critique (Tc) et lorsque l'état de charge de la batterie (Cb) est supérieure à la deuxième valeur seuil (Cs) en définissant un deuxième mode de fonctionnement (M2), les refroidisseurs (15) étant alimentés par au moins la batterie (1 1 ).
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif électrique (12) est déconnecté de la batterie (1 1 ) dans le deuxième mode de fonctionnement (M2).
3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que lorsque la température de la batterie (Tb) est supérieure ou égale à la première valeur critique (Tc) et lorsque l'état de charge de la batterie (Cb) est inférieure ou égale à la deuxième valeur seuil (Cs) :
+ les refroidisseurs (15) sont activés ; et
+ la batterie (1 1 ) est déconnectée des refroidisseurs (15).
4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la première source (14) d'énergie électrique intermittente est déconnectée de la batterie (1 1 ) lorsque l'état de charge de la batterie (Cb) est supérieure ou égale à la deuxième valeur critique (Cc), et lorsque le système est utilisé selon le premier mode de fonctionnement (M1 ).
5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la première source (14) d'énergie électrique intermittente charge la batterie (1 1 ) lorsque l'état de charge de la batterie (Cb) est inférieur à la deuxième valeur seuil (Cs) et lorsque le système est utilisé selon le premier mode de fonctionnement (M1 ).
6. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que lorsque la première source (14) d'énergie électrique intermittente est épuisée et lorsque la température de la batterie (Tb) est supérieure ou égale à la deuxième valeur critique (Tc) et que l'état de charge de la batterie (Cb) est supérieure à la deuxième valeur seuil (Cs), les refroidisseurs (15) sont activés.
7. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les refroidisseurs (15) sont désactivés lorsque la température de la batterie (Tb) est comprise entre une valeur minimum (Tmin) et une première valeur seuil (Ts) supérieure à la valeur minimum (Tmin), de manière à définir un mode de fonctionnement normal (Mn).
8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que la première source (14) d'énergie électrique intermittente charge la batterie (1 1 ) lorsque l'état de charge de la batterie (Cb) est inférieur à la deuxième valeur seuil (Ce).
9. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que la première source (14) d'énergie électrique intermittente est déconnectée de la batterie (1 1 ) lorsque l'état de charge de la batterie (Cb) est supérieur ou égale à la deuxième valeur critique (Cc).
10. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système de gestion thermique (13) comporte un dispositif d'échauffement (16) de la batterie, et en ce que lorsque la température de la batterie (Tb) est inférieure à la valeur minimum (Tmin), le dispositif d'échauffement (16) est activé.
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