FR3130039A1 - Estimation d’informations relatives à une batterie cellulaire - Google Patents

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Abstract

Un procédé est chargé d’estimer au moins une information relative à une batterie cellulaire d’un système comportant N cellules propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1, et ayant chacune un état de charge en cours, un état de santé résistif en cours et un état de santé en capacité en cours. Ce procédé comprend une étape (10-40) dans laquelle on estime une première information représentative d’une énergie totale disponible dans la batterie cellulaire en fonction des états de santé résistifs en cours, états de santé en capacité en cours et états de charge en cours, et d’un intervalle de temps pendant lequel on permet une décharge de la batterie cellulaire sous un courant de décharge choisi et à une température de référence. Fig. 3

Description

ESTIMATION D’INFORMATIONS RELATIVES À UNE BATTERIE CELLULAIRE
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne les batteries cellulaires, et plus précisément l’estimation d’information(s) relatives à de telles batteries.
Etat de la technique
Certaines batteries, pouvant par exemple équiper des véhicules, éventuellement de type automobile, comprennent au moins deux cellules de stockage d’énergie électrique, éventuellement électrochimiques (par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion) ou Ni-Mh ou Ni-Cd). On notera que dans le cas d’un véhicule la batterie cellulaire peut être une batterie dite « principale » (ou de traction) du fait qu’elle est chargée d’alimenter en courant électrique un réseau de bord du véhicule, via un convertisseur, et une machine motrice électrique du groupe motopropulseur (ou GMP) du véhicule. Mais dans le cas d’un véhicule la batterie cellulaire peut aussi être une batterie dite « de servitude » lorsqu’elle est de type très basse tension (typiquement entre 12 V et 48 V) et chargée d’alimenter en courant électrique un réseau de bord du véhicule en l’absence de batterie principale (et donc de machine motrice électrique) ou bien à la place ou en complément d’une batterie principale du véhicule.
Dans ce qui suit et ce qui précède, on entend par « réseau de bord » un réseau d’alimentation électrique auquel sont couplés des équipements (ou organes) électriques (ou électroniques) consommant de l’énergie électrique.
Comme le sait l’homme de l’art, les batteries cellulaires actuelles font l’objet d’une gestion de certains de leurs paramètres afin qu’elles puissent être utilisées de façon optimale, avec un risque minimisé de défaillance et d’incident, par exemple pour la sécurité et la tranquillité des usagers de leurs véhicules. Cette gestion a donc notamment pour but de permettre la réalisation de diagnostics de la batterie cellulaire permettant à leur tour d’optimiser son utilisation, de réduire les coûts des réparations et d’anticiper un dysfonctionnement majeur.
Parmi les paramètres gérés, on peut notamment citer l’énergie disponible dans la batterie cellulaire et l’état de santé en énergie de la batterie cellulaire (ou SOHE (« State Of Health of Energy »)) qui sont, par exemple et notamment, utilisés pour estimer l’autonomie d’un véhicule le plus précisément possible afin de ne pas surestimer ou sous-estimer les performances. Il est rappelé que l’énergie disponible estimée sert à estimer l’état de santé en énergie (ou SOHE).
Actuellement, au moins quatre solutions ont été proposées pour estimer l’énergie disponible.
Une première solution consiste à estimer l’énergie disponible dans la batterie cellulaire en prenant en compte la cellule qui est la plus limitante à l’instant considéré et à utiliser des cartographies préalablement constituées à partir de caractérisations des cellules neuves et donnant l’énergie disponible en fonction de l’état de charge (ou SOC (« State Of Charge »)) et de la température interne de chaque cellule de la batterie cellulaire.
Cette première solution fournit des estimations de l’énergie disponible qui sont trop pessimistes du fait qu’elle prend en compte la cellule ayant la plus petite capacité de stockage d’énergie électrique dans la batterie cellulaire (et donc l’état de santé en capacité (ou SOHC (« State Of Health of Capacity »)) le plus petit de toutes les cellules), ou ayant l’état de charge le plus petit dans la batterie cellulaire ou ayant la température interne la plus petite dans la batterie cellulaire. De plus, les estimations s’avèrent approximatives, du fait qu’elles reposent sur des cartographies obtenues lors de caractérisations de cellules qui ne sont pas forcément représentatives des celles qui équipent la batterie cellulaire considérée, et moins précises en cas de dispersion de la production des cellules.
Une deuxième solution consiste à estimer l’énergie disponible dans la batterie cellulaire en ne prenant en compte que les capacités estimées en cours de chacune des cellules de la batterie cellulaire, et donc leurs SOHCs respectifs.
Cette deuxième solution fournit des estimations de l’énergie disponible qui sont peu précises, et d’autant moins précises que l’on se rapproche de la fin de vie des cellules car on ne prend pas en compte les états de santé résistifs (ou SOHR (« State Of Health of Resistance »)) de chacune des cellules alors même qu’ils augmentent avec leur vieillissement et donc que leur impact sur la dissipation de l’énergie augmente.
Une troisième solution consiste à estimer l’énergie disponible dans la batterie cellulaire en utilisant un modèle de durabilité qui a été calibré hors ligne, par exemple ailleurs que chez un constructeur de véhicules (qui se charge généralement de l’assemblage des cellules en fonction des besoins). Chaque modèle de durabilité calibré hors ligne nécessite un important plan de caractérisation du vieillissement accéléré des cellules sous différentes conditions, m ais qui n’est pas capable de tenir compte d’une perte soudaine d’énergie d’une cellule en fin de vie à cause d’un usage qui sort de la limite du plan d’expérience initialement testé lors des essais.
Une quatrième solution consiste à estimer l’énergie disponible dans la batterie cellulaire au moyen d’une méthode d’apprentissage de type « boîte noire » (ou intelligence artificielle) qui utilise une base de données hors ligne, par exemple distante d’un véhicule. Ces méthodes d’apprentissage nécessitent des bases de données très riches, n’offrent pas une véritable réactivité en temps réel, monopolisent beaucoup de bande passante des réseaux de communication non filaires, et donnent des estimations imprécises lorsque la batterie cellulaire est utilisée en dehors des limites de l’apprentissage.
L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation.
Présentation de l’invention
Elle propose notamment à cet effet un procédé d’estimation d’information(s) destiné à être mis en œuvre dans un système comprenant une batterie cellulaire comportant N cellules propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1, et ayant chacune un état de charge en cours, un état de santé résistif en cours et un état de santé en capacité en cours.
Ce procédé d’estimation d’information(s) se caractérise par le fait qu’il comprend une étape dans laquelle on estime une première information représentative d’une énergie totale disponible dans la batterie cellulaire en fonction des états de santé résistifs en cours, états de santé en capacité en cours et états de charge en cours, et d’un intervalle de temps pendant lequel on permet une décharge de la batterie cellulaire sous un courant de décharge choisi et à une température de référence.
Cette prise en compte des paramètres qui définissent l’état réel dans lequel se trouve chacune des cellules de la batterie cellulaire permet de disposer dans le système d’une estimation particulièrement précise et fiable de la première information (représentative de l’énergie totale disponible dans la batterie cellulaire).
Le procédé d’estimation d’information(s) selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :
- dans son étape on peut estimer la première information en fonction en outre de capacités initiales de stockage d’énergie électrique de chacune des cellules et d’états de charge maximaux initiaux de chacune des cellules ;
- dans son étape on peut estimer la première information en fonction en outre de modèles théoriques choisis et représentatifs respectivement de résistances équivalentes de chacune des cellules ;
- dans son étape on peut estimer la première information en fonction en outre de sommes de tension à vide de chacune des cellules pour des valeurs d’état de charge comprises entre un état de charge maximal et un état de charge en fin de l’intervalle de temps ;
- dans son étape on peut choisir l’intervalle de temps en fonction d’une tension minimale limitante d’une cellule en dessous de laquelle on interdit la décharge de la batterie cellulaire sous le courant de décharge choisi et/ou d’un état de charge minimal d’une cellule en dessous duquel on interdit la décharge de la batterie cellulaire sous le courant de décharge choisi ;
- en présence de la dernière option, dans son étape on peut déterminer un premier intervalle de temps théorique en fonction de la tension minimale limitante, de capacités de stockage d’énergie électrique en cours de chacune des cellules, du courant de décharge choisi, de modèles théoriques choisis et représentatifs respectivement de résistances équivalentes de chacune des cellules, et d’états de charge initiaux de chacune des cellules, et un second intervalle de temps théorique en fonction de l’état de charge minimal, du courant de décharge choisi, des capacités de stockage d’énergie électrique en cours et des états de charge initiaux, puis on peut choisir l’intervalle de temps en prenant le plus petit de ces premier et second intervalles de temps théoriques ;
- dans son étape on peut estimer une seconde information représentative d’un état de santé en énergie de la batterie cellulaire en fonction de la première information et d’une énergie utile en début de vie de la batterie cellulaire.
L’invention propose également un produit programme d’ordinateur comprenant un jeu d’instructions qui, lorsqu’il est exécuté par des moyens de traitement, est propre à mettre en œuvre un procédé d’estimation d’information(s) du type de celui présenté ci-avant pour estimer au moins une information relative à une batterie cellulaire d’un système comportant N cellules propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1.
L’invention propose également un dispositif d’estimation d’information(s) destiné à équiper un système comprenant une batterie cellulaire comportant N cellules propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1, et ayant chacune un état de charge en cours, un état de santé résistif en cours et un état de santé en capacité en cours.
Ce dispositif d’estimation d’information(s) se caractérise par le fait qu’il comprend au moins un processeur et au moins une mémoire agencés pour effectuer les opérations consistant à estimer une première information représentative d’une énergie totale disponible dans la batterie cellulaire en fonction des états de santé résistifs en cours, états de santé en capacité en cours et états de charge en cours, et d’un intervalle de temps pendant lequel on permet une décharge de la batterie cellulaire sous un courant de décharge choisi et à une température de référence.
L’invention propose également un système, éventuellement un véhicule, et comprenant, d’une part, une batterie cellulaire comportant N cellules propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1, et ayant chacune un état de charge en cours, un état de santé résistif en cours et un état de santé en capacité en cours, et, d’autre part, un dispositif d’estimation d’information(s) du type de celui présenté ci-avant.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :
illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d’un véhicule comprenant un GMP à machine motrice électrique alimentée par une batterie cellulaire, et un dispositif d’estimation d’information(s) selon l’invention,
illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d’un calculateur de batterie comportant un dispositif d’estimation d’information(s) selon l’invention, et
illustre schématiquement un exemple d’algorithme mettant en œuvre un procédé d’estimation d’information(s) selon l’invention.

Claims (10)

  1. Procédé d’estimation d’information(s) relative(s) à une batterie cellulaire (BC) d’un système (V) comportant N cellules (CE) propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1, et ayant chacune un état de charge en cours, un état de santé résistif en cours et un état de santé en capacité en cours, caractérisé en ce qu’il comprend une étape (10-40) dans laquelle on estime une première information représentative d’une énergie totale disponible dans ladite batterie cellulaire (BC) en fonction desdits états de santé résistifs en cours, états de santé en capacité en cours et états de charge en cours, et d’un intervalle de temps pendant lequel on permet une décharge de ladite batterie cellulaire (BC) sous un courant de décharge choisi et à une température de référence.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-40) on estime ladite première information en fonction en outre de capacités initiales de stockage d’énergie électrique de chacune desdites cellules (CE) et d’états de charge maximaux initiaux de chacune desdites cellules (CE).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-40) on estime ladite première information en fonction en outre de modèles théoriques choisis et représentatifs respectivement de résistances équivalentes de chacune desdites cellules (CE).
  4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-40) on estime ladite première information en fonction en outre de sommes de tension à vide de chacune desdites cellules (CE) pour des valeurs d’état de charge comprises entre un état de charge maximal et un état de charge en fin dudit intervalle de temps.
  5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-40) on choisit ledit intervalle de temps en fonction d’une tension minimale limitante d’une cellule (CE) en dessous de laquelle on interdit ladite décharge de la batterie cellulaire (BC) sous ledit courant de décharge choisi et/ou d’un état de charge minimal d’une cellule (CE) en dessous duquel on interdit ladite décharge de la batterie cellulaire (BC) sous ledit courant de décharge choisi.
  6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-40) on détermine un premier intervalle de temps théorique en fonction de ladite tension minimale limitante, de capacités de stockage d’énergie électrique en cours de chacune desdites cellules (CE), dudit courant de décharge choisi, de modèles théoriques choisis et représentatifs respectivement de résistances équivalentes de chacune desdites cellules (CE), et d’états de charge initiaux de chacune desdites cellules (CE), et un second intervalle de temps théorique en fonction dudit état de charge minimal, dudit courant de décharge choisi, desdites capacités de stockage d’énergie électrique en cours et desdits états de charge initiaux, puis on choisit ledit intervalle de temps en prenant le plus petit desdits premier et second intervalles de temps théoriques.
  7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-40) on estime une seconde information représentative d’un état de santé en énergie de ladite batterie cellulaire (BC) en fonction de ladite première information et d’une énergie utile en début de vie de ladite batterie cellulaire (BC).
  8. Produit programme d’ordinateur comprenant un jeu d’instructions qui, lorsqu’il est exécuté par des moyens de traitement, est propre à mettre en œuvre le procédé d’estimation d’information(s) selon l’une des revendications 1 à 7 pour estimer au moins une information relative à une batterie cellulaire (BC) d’un système (V) comportant N cellules (CE) propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1.
  9. Dispositif d’estimation d’information(s) (DEI) pour un système (V) comprenant une batterie cellulaire (BC) comportant N cellules (CE) propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1, et ayant chacune un état de charge en cours, un état de santé résistif en cours et un état de santé en capacité en cours, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un processeur (PR1) et au moins une mémoire (MD) agencés pour effectuer les opérations consistant à estimer une première information représentative d’une énergie totale disponible dans ladite batterie cellulaire (BC) en fonction desdits états de santé résistifs en cours, états de santé en capacité en cours et états de charge en cours, et d’un intervalle de temps pendant lequel on permet une décharge de ladite batterie cellulaire (BC) sous un courant de décharge choisi et à une température de référence.
  10. Système (V) comprenant une batterie cellulaire (BC) comportant N cellules (CE) propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1, et ayant chacune un état de charge en cours, un état de santé résistif en cours et un état de santé en capacité en cours, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif d’estimation d’information(s) (DEI) selon la revendication 9.
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