FR3143763A1 - Procédé d’estimation de l’autodécharge d’un élément électrochimique d’une batterie, procédés et dispositifs associés - Google Patents

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Abstract

Procédé d’estimation de l’autodécharge d’un élément électrochimique d’une batterie, procédés et dispositifs associés La présente invention concerne un procédé d’estimation de l’autodécharge d’un élément électrochimique sur lequel est appliqué un courant d’équilibrage, le procédé comprenant les étapes de : - obtention de : - la capacité de l’élément électrochimique - premières valeurs de mesure comprenant des mesures du courant et du courant d’équilibrage appliqué à des premiers instants, et - deuxièmes valeurs de mesure comprenant des mesures de l’état de charge à des deuxièmes instants, estimation de la valeur de l’autodécharge à un deuxième instant d’estimation par application d’une fonction d’estimation sur les valeurs obtenues, la fonction d’estimation calculant une première contribution correspondant à la variation de l’état de charge et une deuxième contribution correspondant à l’accumulation de charge liée aux premières valeurs. Figure pour l'abrégé : figure 3

Description

Procédé d’estimation de l’autodécharge d’un élément électrochimique d’une batterie, procédés et dispositifs associés
La présente invention concerne un procédé d’estimation de l’autodécharge d’au moins un élément électrochimique d’une batterie. Elle concerne aussi des procédés mettant en œuvre le procédé d’estimation précité, à savoir un procédé d’évaluation de la dispersion de l’état de charge et un procédé de contrôle de l’équilibrage en courant des éléments électrochimiques d’une batterie. L’invention se rapporte aussi à un calculateur, un système de gestion et une batterie associés.
Typiquement une batterie comprend un ou plusieurs accumulateurs de courant appelés aussi générateurs électrochimiques, cellules ou éléments. Un accumulateur est un dispositif de production d'électricité dans lequel de l'énergie chimique est convertie en énergie électrique. L'énergie chimique provient des composés électrochimiquement actifs déposés sur au moins une face d'électrodes disposées dans l'accumulateur. L'énergie électrique est produite par des réactions électrochimiques au cours d'une décharge de l'accumulateur. Les électrodes, disposées dans un conteneur, sont connectées électriquement à des bornes de sortie de courant qui assurent une continuité électrique entre les électrodes et un consommateur électrique auquel l'accumulateur est associé.
Afin d'augmenter la puissance électrique délivrée, on peut associer plusieurs accumulateurs étanches entre eux pour former une batterie. Ainsi, une batterie peut être divisée en modules, chaque module étant composé d'un ou plusieurs accumulateurs reliés entre eux en série et/ou en parallèle. Ainsi, une batterie peut par exemple comporter une ou plusieurs branches parallèles d'accumulateurs reliés en série et/ou une ou plusieurs branches parallèles de modules reliés en série.
Un circuit de charge est généralement prévu auquel la batterie peut être branchée pour recharger les accumulateurs.
Par ailleurs, un système de gestion électronique comprenant des capteurs de mesures et un circuit électronique de contrôle, plus ou moins évolué selon les applications, peut être associé à la batterie. Un tel système permet notamment d'organiser et de contrôler la charge et la décharge de la batterie, pour équilibrer la charge et la décharge des différents accumulateurs de la batterie les uns par rapport aux autres.
Pour équilibrer la charge et la décharge des différents accumulateurs, il convient d’être capable d’obtenir avec soin le déséquilibre en courant entre ces accumulateurs.
Pour cela, il est connu d’effectuer une décharge complète pour déterminer l’état de charge et ensuite de compenser les écarts d’état de charge observés par un équilibrage des accumulateurs mais cela implique d’arrêter fréquemment le système complet, ce qui peut être problématique pour certaines applications.
Il existe donc un besoin pour un procédé permettant de déterminer efficacement les grandeurs impliquées dans l’équilibrage en courant d’éléments électrochimiques d’une batterie et de mieux contrôler cet équilibrage.
En particulier, une bonne connaissance des dispersions d’autodécharge permettrait un contrôle plus intelligent de l’équilibrage permettant de compenser ces effets sans avoir à effectuer une décharge complète.
A cet effet, la description décrit un procédé d’estimation de l’autodécharge d’au moins un élément électrochimique d’une batterie par rapport à une valeur de référence, un courant d’équilibrage propre à l’élément électrochimique étant appliqué sur chaque élément électrochimique, le procédé étant mis en œuvre par un calculateur, le procédé comprenant, pour au moins un élément électrochimique, les étapes de :
- obtention de :
- la capacité de l’élément électrochimique,
- premières valeurs de mesure, les premières valeurs comprenant des mesures ou des estimations du courant de l’élément électrochimique et du courant d’équilibrage appliqué sur l’élément électrochimique à des premiers instants, et
- deuxièmes valeurs de mesure, les deuxièmes valeurs comprenant des mesures ou des estimations de l’état de charge de l’élément électrochimique à des deuxièmes instants,
  • estimation de la valeur de l’autodécharge de l’élément électrochimique à un deuxième instant, dit deuxième instant d’estimation, par application d’une fonction d’estimation sur la capacité, des premières valeurs de mesure et des deuxièmes valeurs de mesure,
la fonction d’estimation calculant deux contributions à l’autodécharge, une première contribution correspondant à la variation de l’état de charge de l’élément électrochimique entre le deuxième instant d’estimation et un deuxième instant antérieur et une deuxième contribution correspondant à l’accumulation de charge dans l’élément électrochimique liée aux premières valeurs de mesure dans l’intervalle de temps entre le deuxième instant antérieur et le deuxième instant d’estimation.
Selon des modes de réalisation particuliers, le procédé d’estimation de l’autodécharge présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la valeur de référence est la valeur d’autodécharge d’un autre élément électrochimique, l’autre élément électrochimique étant, de préférence, l’élément électrochimique pour lequel la valeur d’autodécharge au deuxième instant antérieur est la plus élevée, la fonction d’estimation prenant également en compte une troisième contribution correspondant à la variation de l’état de charge de l’autre élément électrochimique entre le deuxième instant d’estimation et le deuxième instant antérieur et une quatrième contribution correspondant à l’accumulation de charge dans l’autre élément électrochimique liée aux premières valeurs de mesure dans l’intervalle de temps entre le deuxième instant antérieur et le deuxième instant d’estimation.
- la fonction d’estimation est une somme pondérée des contributions et de la valeur de l’autodécharge par rapport à la valeur de référence au deuxième instant antérieur.
- les contributions sont pondérées par un même coefficient de gain, le coefficient de gain dépendant :
- d’un premier paramètre, le premier paramètre étant le produit de la capacité de l’élément électrochimique avec l’intervalle de temps entre le deuxième instant antérieur et le deuxième instant d’estimation,
- d’un deuxième paramètre, le deuxième paramètre étant une valeur réglable, et éventuellement
- d’un troisième paramètre prenant en compte l’incertitude des deuxièmes mesures, le troisième paramètre dépend, de préférence, du rapport entre l’incertitude des deuxièmes mesures et la valeur des contributions,
le coefficient de gain étant de préférence une fonction hyperbolique pouvant s’écrire sous la forme :
avec P1 le premier paramètre, P2 le deuxième paramètre et P3 le troisième paramètre.
La description se rapporte également à un procédé d’évaluation de la dispersion de l’état de charge d’une pluralité d’éléments électrochimiques d’une batterie, la pluralité comportant, de préférence, l’ensemble des éléments électrochimiques de la batterie, le procédé d’évaluation de la dispersion de l’état de charge étant mis en œuvre par un calculateur et comprenant les étapes de :
- mise en œuvre, pour la pluralité d’éléments électrochimiques de la batterie (10), des étapes d’un procédé d’estimation de l’autodécharge d’un élément électrochimique d’une batterie par rapport à une valeur de référence, le procédé étant tel que précédemment décrit, pour obtenir une valeur d’autodécharge par rapport à la valeur de référence pour chaque élément électrochimique de la pluralité d’éléments électrochimiques, et
- détermination de la dispersion de l’état de charge au sein de la pluralité à un instant d’évaluation comme la différence entre l’état de charge de l’élément électrochimique de la pluralité qui est le plus élevé et l’état de charge de l’élément électrochimique de la pluralité qui est le moins élevé, l’étape de détermination comprenant l’application d’une fonction d’évaluation sur des valeurs utilisées ou obtenues lors de l’étape de mise en œuvre.
Selon des modes de réalisation particuliers, le procédé d’évaluation de la dispersion de l’état de charge présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la batterie est pourvue d’un circuit d’équilibrage permettant d’appliquer un courant d’équilibrage respectif dans chaque élément électrochimique de la pluralité d’éléments électrochimiques, le circuit d’équilibrage présentant deux états, un état actif et un état inactif,
la fonction d’évaluation appliquée étant choisie entre plusieurs sous-fonctions selon au moins un critère prédéfini, l’au moins un critère prédéfini étant de préférence que l’instant d’évaluation corresponde au deuxième instant d’estimation et l’état du circuit d’équilibrage à l’instant d’évaluation.
- les sous-fonctions sont choisies parmi :
- une sous-fonction de calcul calculant le maximum de la différence des états de charge à l’instant d’évaluation.
- une fonction d’estimation appliquée aux valeurs obtenues à l’issue de l’étape de mise en œuvre, la fonction d’estimation calculant deux contributions à la dispersion, une première contribution liée à l’autodécharge propre à chaque élément électrochimique et une deuxième contribution liée à l’autodécharge maximale de l’ensemble des éléments électrochimiques de la pluralité, et
- une sous-fonction est une fonction d’estimation appliquée aux valeurs obtenues à l’issue de l’étape de mise en œuvre, la fonction d’estimation calculant trois contributions à la dispersion, une première contribution liée à l’autodécharge propre à chaque élément électrochimique, une deuxième contribution liée à l’autodécharge maximale de l’ensemble des éléments électrochimiques de la pluralité et une troisième contribution liée aux courants d’équilibrage appliqués sur les éléments électrochimiques de la pluralité d’éléments électrochimiques.
- lorsqu’un critère selon lequel l’instant d’évaluation correspond au deuxième instant d’estimation est vérifié, la fonction d’évaluation choisie est la sous-fonction de calcul, et lorsque le circuit d’équilibrage est dans l’état actif, la fonction d’évaluation choisie étant la sous-fonction d’estimation calculant trois contributions, la fonction d’évaluation choisie est la sous-fonction d’estimation calculant deux contributions sinon.
La description se rapporte également à un procédé de contrôle de l’équilibrage en courant des éléments électrochimiques d’une batterie, la batterie étant pourvue d’un circuit d’équilibrage permettant d’appliquer un courant d’équilibrage respectif dans chaque élément électrochimique de la pluralité d’éléments électrochimiques, le circuit d’équilibrage présentant deux états, un état actif et un état inactif, le procédé de contrôle étant mis en œuvre par un calculateur, le procédé de contrôle comportant les étapes de :
- mise en œuvre des étapes du procédé d’évaluation de la dispersion de l’état de charge d’une pluralité d’éléments électrochimiques d’une batterie, le procédé d’évaluation étant tel que précédemment décrit, pour obtenir une dispersion évaluée,
- comparaison de la dispersion évaluée avec un seuil de dispersion, et
- contrôle de l’état du circuit d’équilibrage en fonction du résultat de la comparaison par mise dans l’état actif du circuit d’équilibrage si la dispersion évaluée est supérieure ou égale au seuil de dispersion éventuellement diminué d’un seuil d’hystérésis et la mise dans l’état inactif du circuit d’équilibrage sinon.
La description concerne aussi un procédé de contrôle de l’équilibrage en courant des éléments électrochimiques d’une batterie, le procédé de contrôle étant mis en œuvre par un calculateur, le procédé de contrôle comportant les étapes de :
- mise en œuvre des étapes du procédé d’évaluation de la dispersion de l’état de charge d’une pluralité d’éléments électrochimiques d’une batterie, le procédé d’évaluation étant tel que précédemment décrit, pour obtenir une dispersion évaluée,
- comparaison de la dispersion évaluée avec un seuil de dispersion, et
- contrôle de l’intervalle de temps entre deux deuxièmes instants consécutifs à utiliser pour les mesures ultérieures en fonction du résultat de la comparaison.
Selon des modes de réalisation particuliers, le procédé de contrôle de l’équilibrage en courant des éléments électrochimiques présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l’étape de contrôle comporte une incrémentation de l’intervalle de temps d’un premier incrément de temps lorsque la dispersion évaluée est inférieure ou égale au seuil et une diminution de l’intervalle de temps d’un deuxième incrément de temps lorsque la dispersion évaluée est inférieure ou égale au seuil, l’intervalle de temps étant fixé à une valeur prédéfinie si la diminution du deuxième incrément conduit à une valeur inférieure à la valeur prédéfinie, le premier incrément de temps et le deuxième incrément de temps étant de préférence égaux.
- le procédé comporte, en outre, une étape de test de la validité de la mesure, l’étape de test comportant un test de l’amplitude de variation de la dispersion par rapport à une valeur maximale de variation possible.
La description se rapporte aussi à un calculateur propre à mettre en œuvre un procédé tel que précédemment décrit.
La description concerne également à un système de gestion d’une pluralité d’éléments électrochimiques d’une batterie, les éléments électrochimiques présentant des bornes, le système de gestion comprenant :
- un circuit d’équilibrage propre à appliquer un courant d’équilibrage respectif sur chacun des éléments électrochimiques de la pluralité d’éléments électrochimiques,
- pour chaque élément électrochimique de la pluralité d’éléments électrochimiques :
- un capteur du courant délivré par l’élément électrochimique,
- un capteur du courant d’équilibrage appliqué, et
- un capteur de tension propre à mesurer la tension aux bornes de l’élément électrochimique, et
- un calculateur tel que précédemment décrit.
La description se rapporte aussi à une batterie comprenant :
- des éléments électrochimiques, et
- un système de gestion tel que précédemment décrit.
Dans la présente description, l’expression « propre à » signifie indifféremment « adapté pour », « adapté à » ou « configuré pour ».
Des caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la est une représentation schématique d’un exemple de batterie comportant un élément électrochimique,
- la est un graphe illustrant un exemple de caractéristique état de charge – tension en circuit ouvert de l’élément électrochimique de la ,
- la est une représentation en schéma-bloc d’un exemple de mise en œuvre de procédé d’estimation de l’autodécharge d’un élément électrochimique,
- la est un ordinogramme d’un exemple de mise en œuvre d’un procédé d’évaluation de la dispersion d’état de charge au sein d’une pluralité d’éléments électrochimiques,
- la est un ordinogramme d’un exemple de mise en œuvre d’un procédé de contrôle de l’équilibrage,
- la est un ordinogramme d’un exemple de mise en œuvre d’un autre procédé de contrôle de l’équilibrage,
- la est un ordinogramme d’un exemple de mise en œuvre d’encore un autre procédé de contrôle de l’équilibrage,
- la est une représentation par bloc de l’agencement des procédés des figures 3 à 7,
- les figures 9 à 12 présentant des résultats expérimentaux obtenus par la Demanderesse en mettant en œuvre les procédés des figures 3 à 7.
Une batterie 10 est représentée sur la .
De manière connue en soi, une batterie est généralement un agencement d’une pluralité d’éléments électrochimiques mais dans un souci de simplification du propos, il est décrit un cas à un seul élément électrochimique dans ce qui suit, sachant que la transposition à d’autres agencements est immédiate.
La batterie 10 comporte un élément électrochimique 12 et un système de gestion 14 de l’élément électrochimique 12.
Comme expliqué précédemment, un élément électrochimique 12 est un dispositif de production d'électricité dans lequel de l'énergie chimique est convertie en énergie électrique.
L’élément électrochimique 12 délivre donc un courant et une tension entre deux bornes.
L’élément électrochimique 12 peut présenter une caractéristique état de charge SOC – tension en circuit ouvert OCV telle que visible sur la . Cette caractéristique est notée caractéristique SOC/OCV dans la suite.
L'état de charge est une information utile au système de gestion 14 pour optimiser l’utilisation et la durée de vie de la batterie 10. L’état de charge est souvent désigné par l’abréviation SOC qui renvoie à la dénomination anglaise de « State of Charge ».
La tension en circuit ouvert est souvent désignée par l’abréviation OCV qui renvoie à la dénomination anglaise de « Open Circuit Voltage ».
Dans la , l’état de charge SOC est exprimé en pourcentage d’un état de charge maximale.
La caractéristique SOC/OCV peut présenter, par exemple, quatre zones, une première zone Z1, une deuxième zone Z2, une troisième zone Z3 et une quatrième zone Z4.
La première zone Z1 correspond au début de la charge et la quatrième zone Z4 à la fin de la charge.
Pour les deux zones intermédiaires, dans la mesure où les deuxième zone Z2 et troisième zone Z3 correspondent à une portion plane, il sera utilisé la dénomination portion plane (Z23) dans la suite.
La portion plane Z23 est une portion dans laquelle la variation de tension en circuit ouvert OCV est inférieure à 30 mV pour une variation d’au moins 10% de l’état de charge SOC.
Un tel type de caractéristique SOC/OCV se retrouve notamment lorsque l’élément électrochimique 12 est un élément électrochimique comprenant un matériau actif cathodique choisi dans les groupes suivants ou leurs mélanges :
i) un composé de formule LixFe1-yMyPO4où M est choisi dans le groupe consistant en B, Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb et Mo; et 0,8≤x≤1,2 ; 0≤y≤0,6,
ii) un composé de formule LixMn1-y-zM’yM’’zPO4, où M’ et M’’ sont différents l’un de l’autre et sont choisis dans le groupe consistant en B, Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb et Mo, avec 0,8≤x≤1,2 ; 0≤y≤0,6 ; 0≤z≤0,2,
iii) un composé de formule LixMn2-y-zNiyMzO4-d-cFcoù M représente un ou plusieurs éléments choisis dans le groupe consistant en B, Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Ru, W et Mo; et 1≤x≤1,4 ; 0<y≤0,6 ; 0≤z≤0,2 ; 0≤d≤1 ; 0≤c≤1,
iv) un composé de formule LixMn2-y-zM'yM''zO4, où M' et M" sont choisis dans le groupe consistant en B, Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb et Mo ; M' et M" étant différents l’un de l’autre, et 1≤x≤1,4 ; 0≤y≤0,6 ; 0≤z≤0,2, et
v) un composé de formule LiVPO4F.
La matière active anodique n’est pas particulièrement limitée. Elle est un matériau capable d’insérer du lithium dans sa structure. Elle peut être choisie parmi des composés du lithium, des matériaux carbonés comme le graphite, le coke, le noir de carbone et le carbone vitreux. Elle peut aussi être à base d’étain, de silicium, de composés à base de carbone et de silicium, de composés à base de carbone et d’étain ou de composés à base de carbone, d’étain et de silicium. Elle peut aussi être un oxyde de titane lithié tel que Li4Ti5O12ou un oxyde de titane de niobium tel que TiNb2O7.
Bien entendu, ces exemples sont non limitatifs et les procédés décrits ultérieurement pourront être utilisés pour n'importe quel type d’élément électrochimique 12.
Le système de gestion 14 est un système propre à gérer l’élément électrochimique 12.
Le système de gestion 14 comporte un circuit d’équilibrage 15 et, pour chaque élément électrochimique 12, un capteur de tension 16, un premier capteur du courant 18 et un deuxième capteur de courant 20.
Le circuit d’équilibrage 15 est propre à appliquer un courant d’équilibrage respectif sur chacun des éléments électrochimiques 12 de la batterie.
Le circuit d’équilibrage 15 présente deux états, à savoir un état actif dans lequel le circuit d’équilibrage 15 applique un courant d’équilibrage et un état inactif dans lequel le circuit d’équilibrage 15 n’applique pas le courant d’équilibrage.
Le capteur de tension 16 est propre à mesurer la tension aux bornes de l’élément électrochimique 12.
Le premier de capteur de courant 18 est propre à mesurer le courant délivré par l’élément électrochimique 12.
Le deuxième capteur de courant 20 est propre à mesurer le courant d’équilibrage appliqué sur l’élément électrochimique 12 par le circuit d’équilibrage 15.
Le calculateur 22 est propre à mettre en œuvre une pluralité de procédés qui seront décrits ultérieurement.
Le calculateur 22 est un circuit électronique conçu pour manipuler et/ou transformer des données représentées par des quantités électroniques ou physiques dans des registres du calculateur et/ou des mémoires en d'autres données similaires correspondant à des données physiques dans les mémoires de registres ou d'autres types de dispositifs d'affichage, de dispositifs de transmission ou de dispositifs de mémorisation.
En tant qu’exemples spécifiques, le calculateur 22 comprend un processeur monocœur ou multicœurs (tel qu’une unité de traitement centrale (CPU), une unité de traitement graphique (GPU), un microcontrôleur et un processeur de signal numérique (DSP)), un circuit logique programmable, comme un circuit intégré spécifique à une application (ASIC), un réseau de portes programmablesin situ(FPGA), un dispositif logique programmable (PLD) et des réseaux logiques programmables (PLA), une machine à états, une porte logique et des composants matériels discrets.
Un fonctionnement du calculateur 22 est maintenant décrit en référence à la qui est un ordinogramme illustrant un exemple de mise en œuvre d’un procédé d’estimation de l’autodécharge d’au moins un élément électrochimique 12 de la batterie 10 par rapport à une valeur de référence.
Selon l’exemple décrit, le procédé d’estimation comporte une étape d’obtention et une étape d’estimation.
Lors d’une étape d’obtention, le calculateur 22 obtient la capacité de l’élément électrochimique 12, des premières valeurs de mesure et des deuxièmes valeurs de mesure.
Cette étape d’obtention est schématisée sur la par les carrés 30, 32 et 34 correspondant respectivement à la capacité, les premières valeurs et les deuxièmes valeurs.
La capacité peut être obtenue par tout moyen, notamment par mise en œuvre d’une estimation.
Pour la suite, la capacité est notée avec i un indice servant à repérer les éléments électrochimiques 12. La capacité est ainsi la capacité du ième élément électrochimique 12 de la batterie 10.
En effet, les éléments électrochimiques 12 sont supposés ici connectés en série.
Les premières valeurs de mesure sont des valeurs du courant de l’élément électrochimique 12 et du courant d’équilibrage appliqué sur l’élément électrochimique 12.
Dans la suite, et désignent respectivement le courant de l’élément électrochimique 12 d’indice i et le courant d’équilibrage appliqué sur l’élément électrochimique 12 d’indice i.
Chacune des premières valeurs de mesure sont obtenues à des premiers instants.
Selon l’exemple décrit, les premières valeurs de mesures sont obtenues à intervalle régulier, cet intervalle de temps étant noté .
Selon l’exemple décrit, les deux capteurs de courant 18 et 20 mesurent ces valeurs de courant.
En variante, les premières valeurs de mesure sont obtenues par une estimation.
Les premières valeurs de mesure sont donc obtenues soit par des mesures soit par des estimations ou si cela est pertinent, par exemple parce que certaines mesures ne sont pas réalisables à certains premiers instants, par des mesures et des estimations.
Les deuxièmes valeurs de mesure sont des valeurs de l’état de charge de l’élément électrochimique.
Chacune des deuxièmes valeurs de mesure sont obtenues à des deuxièmes instants.
Les deuxièmes instants sont notés tndans la suite, l’indice n étant un entier.
Les deuxièmes valeurs de mesure peuvent ainsi être notées , i désignant le i-ième élément électrochimique 12 et n le deuxième instant tn.
Comme pour les premières valeurs de mesure, les deuxièmes valeurs de mesure sont obtenues soit par des mesures ou des estimations.
Pour une mesure, il convient d’effectuer une décharge ou une charge complète.
Une telle opération est souvent désignée par l’appellation « prise de photo ».
A l’issue de l’étape d’obtention, le calculateur 22 dispose ainsi d’une pluralité de valeurs pour plusieurs grandeurs physiques et va utiliser ces valeurs pour estimer l’autodécharge de l’élément électrochimique 12.
Lors de l’étape d’estimation, le calculateur 22 estime ainsi la valeur de l’autodécharge de l’élément électrochimique 12 à un deuxième instant, dit deuxième instant d’estimation, par application d’une fonction d’estimation sur la capacité, des premières valeurs de mesure et une deuxième valeur de mesure.
Cette étape d’estimation est symbolisée par un rectangle 36.
Selon un premier exemple de réalisation de l’étape d’obtention, la valeur de référence est nulle et la fonction d’estimation est un observateur basé sur une formule qui peut être qualifiée de « coulométrie ».
Plus précisément, l’état de charge peut être exprimé par la formule suivante :
La fonction d’estimation cherche donc à obtenir l’estimation de l’autodécharge de l’élément électrochimique considéré.
Généralement, le courant d’autodécharge s’exprime en perte de capacité par mois de l’élément électrochimique 12 considéré.
Autrement dit, une perte de 3% de capacité par mois d’un élément électrochimique de 180 Ah correspond à un courant de .
Il peut également être précisé ici que la convention utilisée pour le courant est la convention récepteur, de sorte que le courant de décharge est négatif et ainsi les courants d’autodécharge à estimer sont des courants négatifs.
En l’occurrence, la fonction d’estimation calcule deux contributions à l’autodécharge, une première contribution et une deuxième contribution.
La première contribution correspond à la variation de l’état de charge de l’élément électrochimique 12 entre le deuxième instant d’estimation et un deuxième instant antérieur.
La deuxième contribution correspond à l’accumulation de charge dans l’élément électrochimique 12 liée aux premières valeurs de mesure dans l’intervalle de temps entre le deuxième instant antérieur et le deuxième instant d’estimation.
Plus précisément, la fonction d’estimation est une somme pondérée des contributions et de la valeur de l’autodécharge par rapport à la valeur de référence au deuxième instant antérieur.
Les contributions sont ici pondérées par un même coefficient de gain.
La fonction d’estimation s’écrit mathématiquement :
Où :
  • ,
  • ,
  • correspond à la valeur de aux temps , k étant un entier variant entre 0 et M-1, et
  • est le coefficient de gain.
Selon un premier mode de réalisation, le coefficient de gain dépend de deux paramètres, un premier paramètre étant le produit de la capacité de l’élément électrochimique avec l’intervalle de temps entre le deuxième instant antérieur et le deuxième instant d’estimation et le deuxième paramètre étant une valeur réglable.
De plus, le coefficient de gain est une fonction hyperbolique pouvant s’écrire sous la forme :
avec P1 le premier paramètre et P2 le deuxième paramètre.
A titre d’exemple particulier, le coefficient de gain est donné par :
Où :
  • est un paramètre de réglage (deuxième paramètre P2) qui permet de contrôler la vitesse de mise à jour de l’observateur.
Selon un deuxième mode de réalisation, le coefficient de gain utilisé prend également en compte un troisième paramètre, le troisième paramètre prenant en compte l’incertitude des deuxièmes mesures.
Par exemple, le coefficient de gain est une fonction hyperbolique pouvant s’écrire sous la forme :
avec P1 le premier paramètre, P2 le deuxième paramètre et P3 le troisième paramètre.
Le coefficient de gain devient alors :
où désigne le troisième paramètre et dépend du rapport entre l’incertitude des deuxièmes mesures et la valeur des contributions.
Selon un exemple particulier, le troisième paramètre vérifie la relation suivante :
Où :
  • est un paramètre de réglage, ce paramètre vérifiant
  • et représentent, respectivement, l’incertitude sur la mesure d’état de charge aux deuxièmes instants et ,
  • correspond aux incertitudes sur les mesures des courants des éléments électrochimiques 12 et d’autodécharge,
  • désigne un nombre positif relativement petit, dont le rôle est d’éviter la division par 0 si le terme est nul, et
  • désigne l’erreur sur l’estimation de l’autodécharge, cette valeur étant donnée selon la formule suivante :
Le troisième paramètre introduit ainsi un mécanisme dit dezone mortedans le procédé d’estimation. Autrement dit, pour qu’il y ait mise à jour, l’estimation doit être suffisamment grande relativement aux incertitudes de mesures .
Selon un deuxième exemple, la fonction d’estimation est un observateur basé sur un modèle de coulométrie et la valeur de référence est la valeur d’autodécharge d’un élément électrochimique 12 de référence.
Selon un exemple particulier, l’élément électrochimique 12 de référence est l’élément électrochimique 12 pour lequel la valeur d’autodécharge au deuxième instant antérieur est la plus élevée.
Une telle fonction d’estimation permet ainsi l’estimation de la différence d’autodécharge entre l’élément électrochimique 12 considéré et celle de l’élément électrochimique 12 de référence.
En plus des première et deuxième contributions précédentes, la fonction d’estimation selon le deuxième exemple prend également en compte deux contributions additionnelles.
La troisième contribution correspond à la variation de l’état de charge de l’élément électrochimique de référence entre le deuxième instant d’estimation et le deuxième instant antérieur.
La quatrième contribution correspond, quant à elle, à l’accumulation de charge dans l’élément électrochimique de référence liée aux premières valeurs de mesure dans l’intervalle de temps entre le deuxième instant antérieur et le deuxième instant d’estimation.
Par ailleurs, comme pour le mode de réalisation précédent, la fonction d’estimation est une somme pondérée des contributions et de la valeur de l’autodécharge par rapport à la valeur de référence au deuxième instant antérieur.
Les contributions sont ici pondérées par un même coefficient de gain.
La fonction d’estimation s’écrit mathématiquement :
Où :
  • représente l’estimation de l’écart d’autodécharge du ième élément électrochimique 12 relativement à l’autodécharge de l’élément électrochimique 12 de référence,
  • désigne l’indice de l’élément électrochimique de référence, dans l’exemple décrit, du fait du choix de l’élément électrochimique de référence, l’indice vérifie la relation suivante :
  • est la différence d’état de charge entre le ième élément électrochimique et l’élément électrochimique de référence, cette valeur vérifiant ainsi la relation mathématique suivante :
Comme pour le cas précédent, deux exemples peuvent être envisagés en particulier pour le coefficient de gain .
Selon le premier exemple, le coefficient de gain s’exprime toujours comme suit :
Dans le cas du deuxième exemple, le coefficient de gain peut s’écrire :
où comme précédemment (la quantité servant toujours à éviter une division par 0) mais avec une nouvelle formulation pour l’estimation qui devient :
Dans chacun des cas décrits précédemment, il est obtenu à la fin du procédé une valeur pour l’autodécharge d’un élément électrochimique 12. Cela est représenté schématiquement sur la par le cercle 38.
Un tel procédé permet ainsi d’obtenir une estimation de l’autodécharge qui soit plus fiable.
L’estimation de l’autodécharge peut être utilisée pour de nombreuses applications.
Selon une première application, l’estimation de l’autodécharge est utilisée pour obtenir la dispersion de l’état de charge des éléments électrochimiques.
Ainsi, à titre d’exemple, le calculateur 22 peut également mettre en œuvre un procédé d’évaluation de la dispersion de l’état de charge des éléments électrochimiques selon l’ordinogramme illustré sur la .
Le procédé d’évaluation comporte une étape de mise en œuvre et une étape de détermination.
Lors de l’étape de mise en œuvre, le calculateur 22 met en œuvre le procédé d’estimation de l’autodécharge pour une pluralité d’éléments électrochimiques 12 de la batterie 10.
La pluralité d’éléments électrochimiques 12 regroupe, de préférence, l’ensemble des éléments électrochimiques 12 de la batterie 10.
Le calculateur 22 permet ainsi d’obtenir une valeur d’autodécharge par rapport à la valeur de référence pour chaque élément électrochimique 12 de la pluralité.
Lors de l’étape de détermination,le calculateur 22 détermine la dispersion de l’état de charge au sein de la pluralité à un instant d’évaluation comme la différence entre l’état de charge de l’élément électrochimique 12 de la pluralité qui est le plus élevé et l’état de charge de l’élément électrochimique 12 de la pluralité qui est le moins élevé.
Alternativement, il serait possible d’envisager une étape de détermination durant laquelle il est utilisé l’estimation de la différence d’autodécharge relativement à l’élément électrochimique 12 ayant la plus grande valeur d’autodécharge.
Selon l’exemple de la , l’étape de détermination comporte une opération de test et une opération d’application.
Lors de l’opération de test, un ou plusieurs critères prédéfinis sont utilisés.
Dans le cas décrit, ce sont deux critères qui sont utilisés.
Un premier critère consiste à déterminer si l’instant d’évaluation correspond à un deuxième instant d’estimation.
Ce test est représenté sur la par un losange représentant schématiquement un test de la valeur de la variable de prise de photo PF.
Si la variable de prise de photo PF vaut une première valeur, cela indique que la prise de photo a été faite alors que si la variable de prise de photo PF vaut une deuxième valeur, cela indique que la prise de photo n’a pas été faite.
La variable de prise de photo PF est ainsi, par exemple, un booléen dont la première valeur est VRAI (notée O dans la ) et la deuxième valeur est FAUX (notée N dans la ).
Un deuxième critère utilisé lors de l’opération de test est de tester l’état du circuit d’équilibrage à l’instant d’évaluation.
Ce test est représenté sur la par un losange représentant schématiquement un test de la valeur de la variable d’activation ABF.
La variable d’activation ABF est un booléen prenant la valeur VRAI lorsque le circuit d’équilibrage 15 est dans l’état actif et FAUX sinon.
Lors de l’opération d’application, le calculateur 22 applique une fonction d’évaluation sur des valeurs utilisées ou obtenues lors de l’étape de mise en œuvre.
La fonction de calcul d’évaluation appliquée est choisie selon le résultat de l’opération de test.
Plus précisément, la fonction de calcul d’évaluation sera choisie parmi plusieurs sous-fonctions en fonction du ou des critères prédéfinis utilisés lors de l’opération de test.
Dans le cas illustré, le calculateur 22 dispose de trois sous-fonctions différentes notées respectivement SFC, SFE1 et SFE2.
Lorsque le premier critère est vérifié, le calculateur 22 applique comme fonction de calcul une sous-fonction de calcul SFC.
La sous-fonction de calcul SFC calcule le maximum de la différence des états de charge des éléments électrochimiques 12 de la pluralité à l’instant d’évaluation.
Une telle sous-fonction de calcul SFC s’écrit :
Où :
  • SS désigne la déviation en état de charge SS, c’est-à-dire la différence de pourcentage entre l’élément électrochimique 12 le plus chargé et l’élément électrochimique 12 le moins chargé au sein de la pluralité, et
  • MOWS correspond à la fenêtre maximale pour observer des écarts d’états de charge dans la zone de mesure, une telle fenêtre peut par exemple être fixée comme le niveau d’état de charge maximal de la zone Z1 sur la ,
Lorsque le deuxième critère est vérifié mais pas le premier critère, le calculateur 22 applique comme fonction de calcul une première sous-fonction d’estimation SFE1.
La première sous-fonction d’estimation SFE1 est appliquée aux valeurs obtenues à l’issue de l’étape de mise en œuvre.
Contrairement à la sous-fonction de calcul SFC qui utilise des mesures également utilisées dans l’étape de mise en œuvre, la première sous-fonction d’estimation SFE1 utilise les données de sorties de l’étape de mise en œuvre.
La première sous-fonction d’estimation SFE1 estime quatre contributions à la dispersion, à savoir :
- une première contribution liée à la déviation en état de charge au sein de la pluralité,
- une deuxième contribution liée à l’autodécharge propre à chaque élément électrochimique 12,
- une troisième contribution liée à l’autodécharge maximale de l’ensemble des éléments électrochimiques 12 de la pluralité, et
- une quatrième contribution liée aux courants d’équilibrage appliqués sur les éléments électrochimiques 12 de la pluralité d’éléments électrochimiques 12.
Plus précisément, dans l’exemple décrit, la première sous-fonction d’estimation SFE1 s’écrit :
Où :
  • DT désigne l’intervalle de temps entre deux itérations (en seconde),
  • SBWB désigne la quantité de charge équilibrée par le circuit d’équilibrage 15 entre les instants et en pourcentage d’état de charge de l’élément électrochimique 12 considéré, ceci correspondant à la formule suivante :
où est l’indice de l’élément électrochimique 12 considérée et est le courant d’équilibrage appliqué à l’élément électrochimique 12 en ampère,
  • MSD%: autodécharge maximale estimée sur l’ensemble des éléments électrochimiques 12 constituant la pluralité :
Où désigne la capacité de la cellule i en et l’auto-décharge de l’élément électrochimique 12 estimée en , et
  • CSD%,i: autodécharge estimée du ième l’élément électrochimique 12 considéré :
Lorsqu’aucun des deux critères n’est vérifié, le calculateur 22 applique une deuxième sous-fonction d’estimation SFE2.
Le calculateur 22 applique donc cette deuxième sous-fonction d’estimation SFE2 lorsque le circuit d’équilibrage 15 est dans l’état actif et que l’instant d’évaluation ne correspond pas au deuxième instant d’estimation.
Comme pour le cas de la première sous-fonction d’estimation SFE1, la deuxième sous-fonction d’estimation SFE2 est une fonction d’estimation appliquée aux valeurs obtenues à l’issue de l’étape de mise en œuvre.
La deuxième sous-fonction d’estimation SFE2 estime trois contributions à la dispersion, à savoir :
- une première contribution liée à la déviation en état de charge au sein de la pluralité,
- une deuxième contribution liée à l’autodécharge propre à chaque élément électrochimique 12, et
- une troisième contribution liée à l’autodécharge maximale de l’ensemble des éléments électrochimiques 12 de la pluralité.
Plus précisément, dans l’exemple décrit, la deuxième sous-fonction d’estimation SFE2 s’écrit :
Dans chacun des cas, il est ainsi obtenu à la fin une valeur mesurée ou estimée pour la déviation en état de charge SS en prenant en compte les meilleures valeurs disponibles.
Le procédé d’évaluation permet d’obtenir la valeur la plus précise de la déviation en état de charge SS au sein de la pluralité d’éléments électrochimiques 12.
Selon une deuxième application, l’estimation de l’autodécharge est utilisée pour contrôler l’équilibrage en courant des éléments électrochimiques.
Deux exemples spécifiques vont maintenant être décrits en référence aux ordinogrammes des figures 5 et 6.
Selon un premier exemple correspondant à la , le calculateur 22 met en œuvre un procédé de contrôle de l’équilibrage en courant des éléments électrochimiques.
Le procédé de contrôle comporte une étape de mise en œuvre, une étape de comparaison et une étape de contrôle.
Lors de l’étape de mise en œuvre, le calculateur 22 met en œuvre le procédé d’évaluation précédent pour obtenir une dispersion évaluée.
La partie haute de la figure (avant l’accolade) correspond donc à la reprise de l’ordinogramme de la .
Lors de l’étape de comparaison, le calculateur 22 compare la dispersion évaluée avec un seuil de dispersion SST.
Le seuil de dispersion SST est un paramètre fixant la différence de pourcentage d’état de charge maximale tolérée dans la pluralité au moment des prises de photos.
Le seuil de dispersion SST est choisi pour garantir qu’au moment des prises de photos les éléments soient observables et évite que la capacité disponible ne soit trop réduite. Un seuil de dispersion SST compris entre 1% et 5% permet usuellement de remplir ces conditions.
Cette opération est symbolisée sur la par un losange donnant le résultat de la comparaison (O pour dispersion supérieure au seuil de dispersion SST et N pour une dispersion inférieure au seuil de dispersion SST).
Lors de l’étape de contrôle, le calculateur 22 contrôle l’état du circuit d’équilibrage 15 en fonction du résultat de la comparaison.
Selon l’exemple décrit, le calculateur met le circuit d’équilibrage dans l’état actif du circuit d’équilibrage si la dispersion évaluée est supérieure ou égale au seuil de dispersion.
Cela est symbolisé sur la par un rectangle dans lequel il est inscrit ABF =1.
Dans le cas contraire, le calculateur 22 met le circuit d’équilibrage 15 dans l’état inactif.
Ceci est illustré schématiquement le rectangle où il est inscrit ABF = 0.
Selon un deuxième exemple correspondant à la , un test complémentaire est ajouté.
Ce test consiste à vérifier si la dispersion évaluée est supérieure ou égale au seuil de dispersion diminué d’un seuil d’hystérésis.
Si oui, le calculateur 22 garde le circuit d’équilibrage dans l’état actif du circuit d’équilibrage 15.
Dans le cas contraire, le calculateur 22 met le circuit d’équilibrage dans l’état inactif, comme l’illustre schématiquement le rectangle où il est inscrit ABF = 0.
Un tel test complémentaire permet d’éviter le blocage du circuit d’équilibrage 15 en mode actif.
Le procédé de contrôle de l’équilibrage décrit précédemment permet une gestion efficace du circuit d’équilibrage 15 pour qu’il assure un bon équilibrage de l’état de charge des éléments électrochimiques 12 au sein de la pluralité.
Selon un deuxième exemple correspondant à la , le calculateur 22 met en œuvre un procédé de contrôle de l’équilibrage comportant une étape de mise en œuvre, une étape de comparaison et une étape de contrôle.
Les étapes de mise en œuvre et de comparaison sont similaires aux cas précédents.Les mêmes remarques s’appliquent donc ici et ne sont pas répétées.
Lors de l’étape de contrôle, le calculateur 22 contrôle l’intervalle de temps entre deux deuxièmes instants consécutifs à utiliser pour les mesures ultérieures en fonction du résultat de la comparaison, c’est-à-dire l’intervalle de temps entre deux prises de photo.
Un tel intervalle de temps sera donc appelé dans la suite intervalle de mesure pour clarifier le reste de la description.
Idéalement, cet intervalle de temps doit être le plus long possible pour interrompre le moins souvent possible l’utilisation de la batterie 10.
Le contrôle réalisé par le calculateur 22 peut consister à mettre en œuvre une ou plusieurs des opérations exposées dans ce qui suit.
Par exemple, selon une première opération, l’intervalle de mesure est incrémenté d’un premier incrément de temps lorsque la dispersion évaluée est inférieure ou égale à un seuil.
Selon une deuxième opération, l’intervalle de mesure est diminué d’un deuxième incrément de temps lorsque la dispersion évaluée est inférieure ou égale au seuil
Selon une troisième opération, l’intervalle de mesure est fixé à une valeur prédéfinie si la diminution du deuxième incrément conduit à une valeur inférieure à la valeur prédéfinie.
Dans les trois opérations précédentes, le premier incrément de temps et le deuxième incrément de temps peuvent avantageusement être égaux.
Selon des opérations plus complexes, le premier incrément de temps et le deuxième incrément de temps dépendent d’autres paramètres, par exemple du nombre d’itérations déjà effectuées dans la mise en œuvre du procédé ou de l’écart de la dispersion évaluée au seuil. Plus la dispersion est faible par rapport au seuil et plus le premier incrément de temps peut être grand.
Pour l’exemple spécifique de la , il est maintenant décrit un exemple de successions d’actions.
Lors d’une action d’initialisation, l’intervalle de mesure BP est initialisé à une valeur initiale T0.
Cette action est représentée sur la par un rectangle dans lequel il est indiqué BP=T0.
Tant que le temps écoulé depuis la dernière prise de photo est inférieur à l’intervalle de mesure BP, le calculateur 22 maintient la variable PR à une première valeur indiquant qu’une décharge n’est pas nécessaire.
Lorsque le temps écoulé devient supérieur ou égal, la valeur de la variable PR est modifiée à une deuxième valeur.
Cette deuxième valeur correspond au fait qu’il convient d’effectuer une décharge.
Par exemple, la première valeur est 0 et la deuxième valeur est 1, de sorte que la première valeur correspond à VRAI tandis que la deuxième valeur correspond à FAUX.
Cette action est représentée schématiquement par un losange dans lequel il est indiqué et des rectangles indiquant PR = 0 ou PR = 1 selon le cas de figure.
Selon un mode de réalisation plus élaboré, cette action peut comporter des critères complémentaires, par exemple, si la dispersion de l’état de charge dépasse un seuil, il peut également être imposé le passage à 1 de la variable PR.
Cette information sur la dispersion de l’état de charge provient ici du procédé d’évaluation décrit précédemment.
Le calculateur 22 met ensuite une action de test pour tester si l’élément électrochimique 12 est dans la zone de mesure, c’est-à-dire une zone adaptée de la caractéristique SOC/OCV de la .
Une telle action de test correspond ainsi à une étape de test de la validité de la mesure.
Cette action est représentée schématiquement par un losange dans lequel il est indiqué « Z1/Z4 ? ».
Lorsque l’élément électrochimique 12 est effectivement dans la zone de mesure, il est alors testé si la différence en état de charge avec équilibrage est inférieure ou égale à la valeur MOWS déjà explicitée précédemment.
Dans la figure 7, c’est un losange avec l’indication qui correspond à cette action.
Si non, l’intervalle de mesure BP est remis à la valeur initiale T0 comme indiqué sur le rectangle correspondant de la .
Dans l’autre cas, le calculateur 22 met en œuvre un deuxième test.
Ce test détermine si la différence en état de charge avec équilibrage est inférieure ou égale à la valeur MUL.
La valeur MUL correspond à la tolérance maximale autorisée pour la dispersion au moment de la mesure.
La valeur MUL est inférieure ou égale à la valeur MOWS.
La valeur MUL peut notamment être fixée à la valeur du seuil de dispersion SST.
Comme précédemment, l’action correspondant au deuxième test est représentée par un losange avec l’indication .
Si la condition est remplie, l’intervalle de mesure BP est incrémenté d’un intervalle de temps prédéfini TS par rapport à la valeur actuelle de d’intervalle de mesure notée BPndans le rectangle correspondant.
Le temps prédéfini TS pourra être fixé à la valeur souhaitée selon la précision souhaitée sur l’obtention de l’intervalle de mesure BP. A titre d’exemple non limitatif, on pourra choisir une valeur égale à 1 jour.
Si non, la valeur actuelle de l’intervalle de mesure BPnest comparée à l’intervalle de temps prédéfini TS.
Si résultat de la différence est positif (BPn> TS), l’intervalle de temps prédéfini TS est retiré la valeur actuelle de l’intervalle de mesure BPnpour obtenir une nouvelle valeur pour l’intervalle de mesure BP et sinon, la valeur actuelle de l’intervalle de mesure BPnest conservée.
Un tel procédé est mis en œuvre itérativement jusqu’à obtenir une valeur pour l’intervalle de mesure BP qui soit satisfaisante.
Un tel procédé de contrôle permet donc de régler de manière dynamique l’intervalle de mesure BP. Il en résulte une disponibilité augmentée de la batterie 10.
En référence à la qui est une vue par blocs des procédés qui viennent d’être décrits, le procédé comporte quatre blocs : un premier bloc B1 fournissant une valeur d’autodécharge pour chaque élément électrochimique 12, un deuxième bloc B2 donnant la valeur de la dispersion au sein de la pluralité d’éléments électrochimiques 12, un troisième bloc B3 contrôlant l’intervalle de mesure et un quatrième bloc B4 contrôlant l’activation du circuit d’équilibrage 15.
Ces différents blocs sont indépendants au sens où ils ont uniquement besoin de la sortie du bloc précédent pour être mis en œuvre.
Cela signifie que tout autre manière de fournir la même valeur peut être envisagée.
Ainsi, à titre d’exemple, les actions du troisième bloc B3 peuvent être mise en œuvre avec n’importe quel procédé permettent d’obtenir la valeur de la dispersion au sein de la pluralité d’éléments électrochimiques 12, par exemple, une combinaison des blocs B1 et B2 correspondant au procédé décrit, mais aussi une combinaison de B2 avec un autre bloc que le bloc B1 ou une combinaison de blocs totalement différentes.
Des remarques similaires sont valables pour le deuxième bloc B2 et le quatrième bloc B4.
Dans chacun des cas, les blocs B1 à B4 sont avantageusement utilisés pour permettre d’assurer un meilleur équilibrage en courant des éléments électrochimiques 12.
Cela a été montré dans le cadre d’expériences réalisées par la Demanderesse et dont les résultats sont visibles sur les figures 9 à 12.
Dans ces expériences, la batterie comporte 5 éléments électrochimiques 12 en série.
Le temps final considéré est de 180 jours.
Les capacités et autodécharge de chaque élément électrochimique 12 sont données dans le tableau suivant :
Elément E 1 E 2 E 3 E 4 E 5
Capacité (A.h) 199,64 199,5 199,09 194,95 196,33
Autodécharge
(mA)		 2,5 1 2 6,5 5,5
Les courbes correspondantes d’autodécharge pour chacun des éléments électrochimiques 12 sont représentées sur la qui montre l’évolution du courant avec le temps.
Ces informations permettent par mise en œuvre du procédé d’évaluation d’obtenir la dispersion d’autodécharge.
La tolérance pour la dispersion maximale d’état de charge au sein de la batterie 10 est paramétrée à 1%.
Avec la mise en œuvre du procédé, il est obtenu les résultats des figures 10 et 11 à comparer au résultat de la correspondant à un équilibrage en courant sans mise en œuvre du procédé.
Les figures 10 et 12 représentent l’évolution de la dispersion d’état de charge avec le temps et en traits pointillés les temps auxquelles une photo est prise.
La montre comment l’intervalle de mesure BP augmente avec le temps.
Il ressort de cette comparaison que le procédé permet d’obtenir une réduction d’un facteur 4 de la dispersion de l’état de charge ainsi qu’un gain d’un facteur 3 sur l’intervalle de mesure BP.
Les procédés décrits permettent donc d’obtenir un meilleur équilibrage avec des prises de photos espacées.

Claims (15)

  1. Procédé d’estimation de l’autodécharge d’au moins un élément électrochimique (12) d’une batterie (10) par rapport à une valeur de référence, un courant d’équilibrage propre à l’élément électrochimique (12) étant appliqué sur chaque élément électrochimique (12), le procédé étant mis en œuvre par un calculateur (22), le procédé comprenant, pour au moins un élément électrochimique (12), les étapes de :
    - obtention de :
    - la capacité de l’élément électrochimique (12),
    - premières valeurs de mesure, les premières valeurs comprenant des mesures ou des estimations du courant de l’élément électrochimique (12) et du courant d’équilibrage appliqué sur l’élément électrochimique (12) à des premiers instants, et
    - deuxièmes valeurs de mesure, les deuxièmes valeurs comprenant des mesures ou des estimations de l’état de charge de l’élément électrochimique (12) à des deuxièmes instants,
    • estimation de la valeur de l’autodécharge de l’élément électrochimique (12) à un deuxième instant, dit deuxième instant d’estimation, par application d’une fonction d’estimation sur la capacité, des premières valeurs de mesure et des deuxièmes valeurs de mesure,
    la fonction d’estimation calculant deux contributions à l’autodécharge, une première contribution correspondant à la variation de l’état de charge de l’élément électrochimique (12) entre le deuxième instant d’estimation et un deuxième instant antérieur et une deuxième contribution correspondant à l’accumulation de charge dans l’élément électrochimique (12) liée aux premières valeurs de mesure dans l’intervalle de temps entre le deuxième instant antérieur et le deuxième instant d’estimation.
  2. Procédé d’estimation de l’autodécharge selon la revendication 1, dans lequel la valeur de référence est la valeur d’autodécharge d’un autre élément électrochimique (12), l’autre élément électrochimique (12) étant, de préférence, l’élément électrochimique (12) pour lequel la valeur d’autodécharge au deuxième instant antérieur est la plus élevée, la fonction d’estimation prenant également en compte une troisième contribution correspondant à la variation de l’état de charge de l’autre élément électrochimique (12) entre le deuxième instant d’estimation et le deuxième instant antérieur et une quatrième contribution correspondant à l’accumulation de charge dans l’autre élément électrochimique (12) liée aux premières valeurs de mesure dans l’intervalle de temps entre le deuxième instant antérieur et le deuxième instant d’estimation.
  3. Procédé d’estimation de l’autodécharge selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la fonction d’estimation est une somme pondérée des contributions et de la valeur de l’autodécharge par rapport à la valeur de référence au deuxième instant antérieur.
  4. Procédé d’estimation de l’autodécharge selon la revendication 3, dans lequel les contributions sont pondérées par un même coefficient de gain, le coefficient de gain dépendant :
    - d’un premier paramètre, le premier paramètre étant le produit de la capacité de l’élément électrochimique (12) avec l’intervalle de temps entre le deuxième instant antérieur et le deuxième instant d’estimation,
    - d’un deuxième paramètre, le deuxième paramètre étant une valeur réglable, et éventuellement
    - d’un troisième paramètre prenant en compte l’incertitude des deuxièmes mesures, le troisième paramètre dépend, de préférence, du rapport entre l’incertitude des deuxièmes mesures et la valeur des contributions,
    le coefficient de gain étant de préférence une fonction hyperbolique pouvant s’écrire sous la forme :

    avec P1 le premier paramètre, P2 le deuxième paramètre et P3 le troisième paramètre.
  5. Procédé d’évaluation de la dispersion de l’état de charge d’une pluralité d’éléments électrochimiques (12) d’une batterie (10), la pluralité comportant, de préférence, l’ensemble des éléments électrochimiques (12) de la batterie (10), le procédé d’évaluation de la dispersion de l’état de charge étant mis en œuvre par un calculateur (22) et comprenant les étapes de :
    - mise en œuvre, pour la pluralité d’éléments électrochimiques (12) de la batterie (10), des étapes d’un procédé d’estimation de l’autodécharge d’un élément électrochimique (12) d’une batterie (10) par rapport à une valeur de référence selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, pour obtenir une valeur d’autodécharge par rapport à la valeur de référence pour chaque élément électrochimique de la pluralité d’éléments électrochimiques (12), et
    - détermination de la dispersion de l’état de charge au sein de la pluralité à un instant d’évaluation comme la différence entre l’état de charge de l’élément électrochimique (12) de la pluralité qui est le plus élevé et l’état de charge de l’élément électrochimique (12) de la pluralité qui est le moins élevé, l’étape de détermination comprenant l’application d’une fonction d’évaluation sur des valeurs utilisées ou obtenues lors de l’étape de mise en œuvre.
  6. Procédé d’évaluation de la dispersion de l’état de charge selon la revendication 5, dans lequel :
    la batterie (10) est pourvue d’un circuit d’équilibrage (15) permettant d’appliquer un courant d’équilibrage respectif dans chaque élément électrochimique (12) de la pluralité d’éléments électrochimiques (12), le circuit d’équilibrage (15) présentant deux états, un état actif et un état inactif,
    la fonction d’évaluation appliquée étant choisie entre plusieurs sous-fonctions selon au moins un critère prédéfini, l’au moins un critère prédéfini étant de préférence que l’instant d’évaluation corresponde au deuxième instant d’estimation et l’état du circuit d’équilibrage (15) à l’instant d’évaluation.
  7. Procédé d’évaluation de la dispersion de l’état de charge selon la revendication 6, dans lequel les sous-fonctions sont choisies parmi :
    - une sous-fonction de calcul calculant le maximum de la différence des états de charge à l’instant d’évaluation.
    - une fonction d’estimation appliquée aux valeurs obtenues à l’issue de l’étape de mise en œuvre, la fonction d’estimation calculant deux contributions à la dispersion, une première contribution liée à l’autodécharge propre à chaque élément électrochimique (12) et une deuxième contribution liée à l’autodécharge maximale de l’ensemble des éléments électrochimiques (12) de la pluralité, et
    - une sous-fonction est une fonction d’estimation appliquée aux valeurs obtenues à l’issue de l’étape de mise en œuvre, la fonction d’estimation calculant trois contributions à la dispersion, une première contribution liée à l’autodécharge propre à chaque élément électrochimique (12), une deuxième contribution liée à l’autodécharge maximale de l’ensemble des éléments électrochimiques (12) de la pluralité et une troisième contribution liée aux courants d’équilibrage appliqués sur les éléments électrochimiques (12) de la pluralité d’éléments électrochimiques.
  8. Procédé d’évaluation de la dispersion de l’état de charge selon l’une quelconque les revendications 6 et 7, dans lequel :
    - lorsqu’un critère selon lequel l’instant d’évaluation correspond au deuxième instant d’estimation est vérifié, la fonction d’évaluation choisie est la sous-fonction de calcul, et
    - lorsque le circuit d’équilibrage (15) est dans l’état actif, la fonction d’évaluation choisie étant la sous-fonction d’estimation calculant trois contributions, la fonction d’évaluation choisie est la sous-fonction d’estimation calculant deux contributions sinon.
  9. Procédé de contrôle de l’équilibrage en courant des éléments électrochimiques (12) d’une batterie (10), la batterie (10) étant pourvue d’un circuit d’équilibrage (15) permettant d’appliquer un courant d’équilibrage respectif dans chaque élément électrochimique (12) de la pluralité d’éléments électrochimiques (12), le circuit d’équilibrage (15) présentant deux états, un état actif et un état inactif, le procédé de contrôle étant mis en œuvre par un calculateur (22), le procédé de contrôle comportant les étapes de :
    - mise en œuvre des étapes du procédé d’évaluation de la dispersion de l’état de charge d’une pluralité d’éléments électrochimiques (12) d’une batterie (10) selon l’une quelconque des revendications 5 à 8, pour obtenir une dispersion évaluée,
    - comparaison de la dispersion évaluée avec un seuil de dispersion, et
    - contrôle de l’état du circuit d’équilibrage (15) en fonction du résultat de la comparaison par mise dans l’état actif du circuit d’équilibrage (15) si la dispersion évaluée est supérieure ou égale au seuil de dispersion éventuellement diminué d’un seuil d’hystérésis et la mise dans l’état inactif du circuit d’équilibrage (15) sinon.
  10. Procédé de contrôle de l’équilibrage en courant des éléments électrochimiques (12) d’une batterie (10), le procédé de contrôle étant mis en œuvre par un calculateur (22), le procédé de contrôle comportant les étapes de :
    - mise en œuvre des étapes du procédé d’évaluation de la dispersion de l’état de charge d’une pluralité d’éléments électrochimiques (12) d’une batterie (10) selon l’une quelconque des revendications 5 à 8, pour obtenir une dispersion évaluée,
    - comparaison de la dispersion évaluée avec un seuil de dispersion, et
    - contrôle de l’intervalle de temps entre deux deuxièmes instants consécutifs à utiliser pour les mesures ultérieures en fonction du résultat de la comparaison.
  11. Procédé de contrôle de l’équilibrage selon la revendication 10, dans lequel l’étape de contrôle comporte une incrémentation de l’intervalle de temps d’un premier incrément de temps lorsque la dispersion évaluée est inférieure ou égale au seuil et une diminution de l’intervalle de temps d’un deuxième incrément de temps lorsque la dispersion évaluée est inférieure ou égale au seuil, l’intervalle de temps étant fixé à une valeur prédéfinie si la diminution du deuxième incrément conduit à une valeur inférieure à la valeur prédéfinie, le premier incrément de temps et le deuxième incrément de temps étant de préférence égaux.
  12. Procédé de contrôle de l’équilibrage selon la revendication 10 ou 11, dans lequel le procédé comporte, en outre, une étape de test de la validité de la mesure, l’étape de test comportant un test de l’amplitude de variation de la dispersion par rapport à une valeur maximale de variation possible.
  13. Calculateur (22) propre à mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12.
  14. Système de gestion (14) d’une pluralité d’éléments électrochimiques (12) d’une batterie (10), les éléments électrochimiques (12) présentant des bornes, le système de gestion (14) comprenant :
    - un circuit d’équilibrage (15) propre à appliquer un courant d’équilibrage respectif sur chacun des éléments électrochimiques (12) de la pluralité d’éléments électrochimiques (12),
    - pour chaque élément électrochimique (12) de la pluralité d’éléments électrochimiques (12) :
    - un capteur du courant (18) délivré par l’élément électrochimique (12),
    - un capteur du courant (20) d’équilibrage appliqué, et
    - un capteur de tension (16) propre à mesurer la tension aux bornes de l’élément électrochimique (12), et
    - un calculateur (22) selon la revendication 13.
  15. Batterie (10) comprenant :
    - des éléments électrochimiques (12), et
    - un système de gestion (14) selon la revendication 14.
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