EP4078209A1 - Procede de determination de la valeur d'un parametre relatif a l'etat de sante d'un element electrochimique dans une batterie, systeme de gestion electronique d'une batterie, et batterie correspondante - Google Patents

Procede de determination de la valeur d'un parametre relatif a l'etat de sante d'un element electrochimique dans une batterie, systeme de gestion electronique d'une batterie, et batterie correspondante

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Publication number
EP4078209A1
EP4078209A1 EP20829920.6A EP20829920A EP4078209A1 EP 4078209 A1 EP4078209 A1 EP 4078209A1 EP 20829920 A EP20829920 A EP 20829920A EP 4078209 A1 EP4078209 A1 EP 4078209A1
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EP
European Patent Office
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value
charge
electrochemical element
state
values
Prior art date
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Pending
Application number
EP20829920.6A
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German (de)
English (en)
Inventor
Sébastien LAURENT
Nathalie LEGRAND
Sébastien Benjamin
Cédric GOUSSET
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SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Original Assignee
SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
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Filing date
Publication date
Application filed by SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA filed Critical SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Publication of EP4078209A1 publication Critical patent/EP4078209A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/80—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including monitoring or indicating arrangements
    • H02J7/82—Control of state of charge [SOC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the value of one or more parameters relating to the state of health of at least one accumulator of a battery intended to supply electrical energy to an external application.
  • the invention also relates to an electronic battery management system implementing this method, as well as to a battery provided with this system.
  • a battery typically comprises one or more current accumulators also called electrochemical generators, cells or elements.
  • An accumulator is a device for producing electricity in which chemical energy is converted into electrical energy. Chemical energy comes from electrochemically active compounds present in the electrodes of the accumulator. Electrical energy is produced by electrochemical reactions during battery discharge.
  • the electrodes, arranged in a container, are electrically connected to current output terminals which provide electrical continuity between the electrodes and an electrical consumer with which the accumulator is associated.
  • a battery can be divided into modules, each module being composed of one or more accumulators linked together in series and / or in parallel.
  • a battery can for example comprise one or more parallel branches of accumulators connected in series and / or one or more parallel branches of modules connected in series.
  • a charging circuit is generally provided to which the battery can be connected to recharge the accumulators.
  • an electronic management system comprising measurement sensors and an electronic control circuit, more or less advanced according to the applications, can be associated with the battery.
  • Such a system makes it possible in particular to organize and control the charging and discharging of the battery, to balance the charging and discharging of the various accumulators of the battery with respect to each other.
  • the state of health (SOH for "State of Health” in English) is useful information for the electronic battery management system to optimize its use and its lifespan. It makes it possible to estimate the aging of the battery between a new state and an end of life state, or more generally, between an initial state and a final state.
  • One method of determining the SOH of a battery is to monitor the temperature, voltage, and possibly current values of the battery in order to determine an SOH value from aging laws. These aging laws are obtained from tests carried out in the laboratory. An SOH algorithm then gives an estimate of the aging of the battery. However, this method of determining the SOH of the battery is subject to the assumption of uniform aging of the battery accumulators. The method of determining SOH by a predictive model also assumes a fault-free power circuit between the accumulators.
  • Another method of determining the SOH of a battery consists in calculating the ratio of the resistance of the battery at a given time to the resistance of the battery in the new or initial state under the same measurement conditions (especially under the same temperature conditions).
  • the resistance increases with the aging of the battery, resulting in a loss of power. This is referred to as an SOH state of health related to battery resistance (SOHR for "State of Health related to battery resistance").
  • the SOH can also be calculated from the ratio of the capacity of the battery at a given time to the capacity of the battery in the new or initial state under the same measurement conditions (in particular under the same temperature conditions).
  • the capacity indeed decreases with aging, reflecting a loss of available energy.
  • SOHC battery capacity
  • an SOH calculation can be provided for the battery as a whole or for each module, or for each electrochemical element of a module.
  • electrochemical elements exhibit a no-load voltage curve as a function of the state of charge with large plateaus areas, as shown in FIG. 1. This is the case for example with electrochemical elements of the type. LiFeP04 or LiMnFeP04.
  • Another method of determining capacity aging is to observe the rate of deformation of the element over a partial cycle.
  • the object of the invention is to solve in particular the aforementioned problems, by proposing a method for determining the value of a parameter relating to the state of health of an electrochemical element in a battery, such as resistance, which is precise and which does not require any additional pulse or specific action on the part of the user, in particular in the case of electrochemical elements whose open-circuit voltage curve as a function of the state of charge has a plateau area as explained above.
  • the subject of the invention is therefore, according to a first aspect, a method for determining the value of a first parameter (R) relating to the state of health linked to the resistance of at least one electrochemical element of a battery.
  • the electrochemical element being of the type exhibiting a state of charge curve, representing the open circuit voltage (OCV) at the terminals of the electrochemical element as a function of the state of charge (SOC) expressed as a percentage of a maximum state of charge, of which at least a determined portion is substantially flat or which comprises at least one determined portion in which the relationship between the state of charge (SOC) and the open circuit voltage (OCV) is substantially non-bijective, the process comprising:
  • the method further comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the value of the electrical capacity C of the electrochemical element is determined, and at least one of the steps for determining the SOC value of the state of charge (SOC) comprises:
  • the first parameter is the resistance (R) of the electrochemical element
  • the OCV value is determined from a table associating state of charge (SOC) values with open circuit voltage (OCV) values;
  • the OCV value is the constant value of the open circuit voltage on the sought area [SOCmin SOCmax] of state of charge values
  • the step of calculating the value R of the resistance (R) comprises repeating the implementation of the calculation (U - OCV) / 1 for several SOC values of the state of charge (SOC) included in the zone sought ([SOCmin, SOCmax]), and calculating the average of the results of said calculation (U-OCV) / I;
  • a step of determining a value of the electric charge (Ah) of the electrochemical element is carried out then a step of verifying that the determined value of the electric charge (Ah) belongs to an extended zone ([Ahmin and, Ahmax and]), and,
  • the lower limit Ah m in and and the upper limit Ah ma x_et of the extended zone ([Ahmin and, Ahmax and]) of electric charge values (Ah) are determined from the lower limit SOCmin and from the upper limit SOCmax of the sought area ([SOCmin, SOCmax]) of state of charge values;
  • Ahmax_et C x (1 - SOCmin);
  • Ah ma x_et C x SOCmax, where C is the nominal capacity of the electrochemical element.
  • the first parameter is the resistance (R) of the electrochemical element, and for each determined Ah value of electrical charge (Ah):
  • OCV OCV being a function of the determined Ah value of the electrical load (Ah)
  • this resistance value (R) is stored in a table of resistance values
  • - OCV is determined from a table associating state of charge values (SOC) with open circuit voltage values (OCV), each state of charge value (SOC) being associated with a value of the first parameter (Ah);
  • the OCV value is the constant value of the open circuit voltage on the sought area [SOCmin SOC max] of state of charge values;
  • the step of calculating the value R of the resistance (R) comprises repeating the implementation of the calculation (U - OCV) / 1 for several Ah values of the electrical parameter (Ah) included in the extended zone ([ Ahmin and, Ah ma x_et]); - the value of the electrical capacity C of the electrochemical element is determined and the value of a first parameter (R) relating to the state of health linked to the resistance is determined from the resistance values in the table of resistors, for which it has been verified that the value Ah of electric charge in said table belongs to a sought-after zone ([Ahmin, Ahmax]) of electric charge corresponding to the sought-after zone ([SOCmin, SOCmax]) of values of the state dump.
  • the lower limit Ahmin and the upper limit Ahmax of the sought zone ([Ahmin, Ahmax]) of electric charge values (Ah) are determined from the lower limit SOCmin and the upper limit SOCmax of the sought zone ([ SOCmin, SOCmax]) of state of charge values.
  • Ahmax C x (1 - SOCmin);
  • Ahmax C x SOCmax, where C is the determined capacity of the electrochemical element
  • the state of charge (SOC) is expressed as a percentage of a maximum state of charge, and the sought area ([SOCmin, SOCmax]) of values of the state of charge (SOC) is included in the interval [ 44%, 60%], preferably [46%, 58%];
  • the method comprises a step of determining the value of a second parameter (SOHR) relating to the state of health linked to the resistance of the element electrochemical as a function of the value R of the resistance (R) determined;
  • SOHR second parameter
  • the step of determining the value of the second parameter comprises a step of determining a first value Rinit of the resistance (R) as a function of a temperature and / or current value, from a table associating temperature and / or current values with resistance values;
  • the SOHR value of the second parameter (SOHR) is determined according to the following calculation:
  • Another subject of the invention is an electronic battery management system comprising at least one electrochemical element, the system comprising:
  • Another subject of the invention is a battery comprising at least one electrochemical element, and at least one electronic management system as presented above.
  • the method of the invention allows a reliable estimate of the resistance of an electrochemical element, without specific action by the user, in the presence of a plateau zone in the curve of the open circuit voltage as a function of the state of charge corresponding to this electrochemical element.
  • FIG. 1 graphic representation of the curve of the open circuit voltage as a function of the state of charge of an electrochemical element of the LiFeP04 type
  • FIG. 2 schematic representation of the steps of the process according to the invention.
  • the first parameter relating to the state of health linked to the resistance of the electrochemical element in question is the resistance itself of that electrochemical element.
  • the electrochemical element in question is of the type having an open-circuit voltage curve of which at least a determined portion is substantially flat, or comprising a determined portion in which the relationship between SOC state of charge and OCV open circuit voltage is substantially non-one-to-one.
  • the open circuit voltage curve of an electrochemical element graphically represents the open circuit voltage OCV at the terminals of the electrochemical element, as a function of the state of charge SOC expressed as a percentage of a maximum state of charge. .
  • the method mainly comprises a determination step (1) and a verification step (2).
  • Step (1) is a step of determining the value of the state of charge SOC of the electrochemical element, the SOC being expressed as a percentage of a maximum state of charge.
  • this step (1) is a step for determining the value of the electrical charge Ah of the electrochemical element.
  • Step (2) is a step of verifying that the determined value belongs to a particular interval of values, called the sought area [SOCmin, SOCmax] when it comes to determining the state of charge value.
  • SOC in the determination step (1) or extended area [Ah m in and, Ah ma x_et] when it comes to determining the electric charge value Ah in the determination step (1).
  • the sought area ([SOCmin, SOCmax]) corresponding to a portion of the open circuit voltage curve included in the determined portion.
  • the determination step (1) then the verification step (2) are repeated, as long as the result of the verification step (2) is not positive, that is to say as long as the value determined in the determination step (1) is not included in the corresponding interval ([SOCmin, SOCmax]) OR [Ahmin and, Ahmax and] ⁇
  • the value of the first parameter R is calculated as a function of at least the value of the state of charge SOC, or the value of the electrical charge Ah, determined during the last determination step (1).
  • the successive determination step (s) (1) are steps of determining the SOC value of the state of charge (SOC). This SOC value is then calculated as follows:
  • the value R of the resistance calculated in calculation step (3) is obtained as follows:
  • U and I are the respective voltage and current values across the electrochemical cell
  • OCV is the open circuit voltage value.
  • OCV is a function of the SOC value of the state of charge determined during the corresponding determination step (1).
  • the OCV value is determined from a table that associates SOC values of state of charge with OCV values of open circuit voltage.
  • the OCV value can also be the constant value of the open circuit voltage on the sought area [SOCmin SOC max] of values of the state of charge of the electrochemical element.
  • the successive determination step (s) (1) are steps of determining the Ah value of the electric charge.
  • the lower limit Ahmin and and the upper limit Ahmax and of the interval [Ahmin and, Ah ma x_et] of Ah electric charge values, called extended zone are determined from the lower limit SOCmin and the upper limit SOCmax of the sought zone [SOCmin, SOCmax] of state of charge values.
  • C is the minimum achievable capacity of the electrochemical element.
  • Ah ma x_et of the extended zone [Ahmin et, Ah ma x_et] is obtained as follows:
  • Ahmax_et C x (1 - SOCmin);
  • the first parameter of which it is a question of determining the value being the resistance of the electrochemical element as indicated above the value R of the resistance calculated in the calculation step (3) is obtained as explained above. after.
  • a resistance value R is determined and this resistance value R is stored in a table of resistance values.
  • U and I are the respective voltage and current values across the electrochemical cell
  • OCV is the open circuit voltage value
  • the OCV value is a function of the determined Ah value of the electrical load.
  • the OCV value is determined from a table associating SOC values of state of charge with OCV values of open circuit voltage, each SOC value of state of charge being moreover associated with an Ah value of state of charge.
  • the OCV value can also be the constant value of the open circuit voltage on the sought area [SOCmin SOC ma x] of values of the state of charge of the electrochemical element.
  • the resistance values stored in the aforementioned table of resistances are used, for which it has been verified that the value Ah of electric charge associated in said table belongs to a sought zone [ Ahmin, Ahmax] of electrical charge.
  • This searched area corresponds to the searched area [SOCmin, SOCmax] of state of charge values.
  • the lower limit and the upper limit Ah max of the zone sought [Ahmin, Ahmax] are determined from the lower limit SOCmin and from the upper limit SOCmax of the sought area [SOCmin, SOCmax].
  • Ahmin C x SOCmin
  • Ahmax C x (1 - SOCmin);
  • Ahmax C x SOCmax
  • the applicant has determined that the area sought for the SOC values of state of charge, expressed as a percentage of a maximum state of charge, included in the range [44%, 60%], of preference [46%, 58%], gave very good results in terms of precision of the determination of the value of the parameter relating to the state of health linked to the resistance of the electrochemical element of the battery, in this case the value of the resistance itself. Provision is also made, in all the embodiments, to determine the SOHR value of a second parameter relating to the state of health linked to the resistance of the electrochemical element as a function of the value R of the determined resistance.
  • a first value Ri nit of the resistance as a function of a temperature and / or current value.
  • a table is used associating temperature and / or current values with resistance values.
  • the method of the invention is particularly suited to situations in which the electrochemical element in question is of the type exhibiting an open circuit voltage curve of which at least a portion is substantially flat or a portion in which the relationship between the SOC charge state and OCV open circuit voltage is substantially non-bijective, as shown in Figure 1.
  • the method of the invention can be implemented by programming a microprocessor of an electronic battery management system comprising at least one electrochemical element.
  • a system further comprises means for measuring at least the voltage U and the current I, at the terminals of the electrochemical element (s), during a charge or discharge of this or these electrochemical elements, to enable the electrochemical element (s). microprocessor to implement the process steps.
  • a battery comprising at least one electrochemical element, and at least one electronic management system as presented above, allows efficient and precise monitoring of its actual aging, in particular despite the modifications of certain internal parameters inherent in aging, thanks to a efficient and accurate determination of resistance R.
  • the invention is not limited to the two specific embodiments presented by way of example. It is based on the use of an interval of state of charge values [SOCmin, SOCmax], called the sought-after state of charge zone, or of an interval of electric charge values [Ah m in and, Ah ma x_et], of which we saw above that the lower and upper limits were linked to the lower and upper limits of the requested state of charge zone, the sought zone [SOCmin, SOCmax] being included in the plateau zone of the open circuit voltage curve, that is to say the determined portion of this curve which is substantially flat, or determined portion in which the relationship between the state of charge SOC and the open circuit voltage OCV is substantially non-bijective.
  • the two aforementioned embodiments give two examples of the type of calculation which make it possible to obtain the desired resistance value R.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de détermination de la valeur d'un ou plusieurs paramètres relatifs à l'état de santé d'au moins un accumulateur d'une batterie destinée à fournir de l'énergie électrique à une application extérieure. Un premier paramètre relatif à l'état de santé lié à la résistance d'au moins un élément électrochimique de la batterie, est déterminé selon le procédé comprenant : - une étape de détermination (1) de la valeur de l'état de charge de l'élément électrochimique, exprimé en pourcentage d'un état de charge maximal; - une étape de vérification (2) de l'appartenance de la valeur déterminée de l'état de charge à une zone recherchée; - une étape de répétition, tant que le résultat de l'étape de vérification (2) n'est pas positif, de l'étape de détermination (1) puis de l'étape de vérification (2); - calcul de la valeur du premier paramètre en fonction d'au moins la valeur de l'état de charge déterminée lors de la dernière étape de détermination (1).

Description

Description
Titre : Procédé de détermination de la valeur d’un paramètre relatif à l’état de santé d’un élément électrochimique dans une batterie, système de gestion électronique d’une batterie, et batterie correspondante
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte à un procédé de détermination de la valeur d’un ou plusieurs paramètres relatifs à l’état de santé d’au moins un accumulateur d’une batterie destinée à fournir de l’énergie électrique à une application extérieure. L’invention se rapporte également à un système de gestion électronique d’une batterie mettant en œuvre ce procédé, ainsi qu’à une batterie pourvue de ce système.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans la présente description, par abus de langage et dans un souci de simplification, l’expression « détermination d’un paramètre » est parfois utilisée à la place de l’expression « détermination de la valeur d’un paramètre » mais désigne la même opération.
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 présents dans les électrodes de 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.
L’état de santé (SOH pour « State of Health » en anglais) est une information utile au système électronique de gestion de la batterie pour optimiser son utilisation et sa durée de vie. Il permet d’estimer le vieillissement de la batterie entre un état neuf et un état fin de vie, ou plus généralement, entre un état initial et un état final.
Une méthode de détermination du SOH d’une batterie, dite statique, consiste à surveiller les valeurs de température, de tension, et éventuellement de courant de la batterie afin de déterminer une valeur de SOH à partir de lois de vieillissement. Ces lois de vieillissement sont obtenues à partir d’essais réalisés en laboratoire. Un algorithme de SOH donne alors une estimation du vieillissement de la batterie. Cependant ce mode de détermination du SOH de la batterie est soumis à l’hypothèse d’un vieillissement homogène des accumulateurs de la batterie. Le mode de détermination du SOH par un modèle prédictif suppose également un circuit de puissance sans défaillance entre les accumulateurs.
Une autre méthode de détermination du SOH d’une batterie, dite dynamique, consiste à calculer le rapport de la résistance de la batterie à un instant donné sur la résistance de la batterie à l’état neuf ou initial dans les mêmes conditions de mesure (notamment dans les mêmes conditions de température). La résistance augmente en effet avec le vieillissement de la batterie, traduisant une perte de puissance. On parle alors d’un état de santé SOH lié à la résistance de la batterie (SOHR pour « State of Health related to battery Résistance »).
Le SOH peut également être calculé à partir du rapport de la capacité de la batterie à un instant donné sur la capacité de la batterie à l’état neuf ou initial dans les mêmes conditions de mesure (notamment dans les mêmes conditions de température). La capacité diminue en effet avec le vieillissement, traduisant une perte d’énergie disponible. On parle alors d’un état de santé SOH lié à la capacité de la batterie (SOHC pour « State of Health related to battery Capacity »). Selon la taille de la batterie et/ou selon les applications, un calcul de SOH peut être fourni pour la batterie dans son ensemble ou pour chaque module, ou encore pour chaque élément électrochimique d’un module.
En fonction de leur nature, certains éléments électrochimiques présentent une courbe de tension à vide en fonction de l’état de charge avec de larges zones plateaux, tel que présenté sur la figure 1. C’est le cas par exemple des éléments électrochimiques de type LiFeP04 ou LiMnFeP04.
D’un point de vue système, la difficulté majeure dans la gestion de ces éléments tient justement dans l’existence du plateau dans la zone 2-3 de la figure 1. Dans cette zone, les calculs possibles sont limités du fait qu’il n’est pas possible d’associer de manière précise un état de charge à une mesure de tension.
Pour ce type d’élément, on peut par exemple déterminer le vieillissement en capacité sur une décharge complète lors d’un cycle de maintenance.
Une autre méthode pour déterminer le vieillissement en capacité est d’observer l’allure de la déformation de l’élément sur un cycle partiel.
Cependant, ces méthodes ne permettent pas de déterminer le vieillissement en résistance d’une batterie.
Il est par ailleurs connu de caractériser une résistance sur un échelon de courant. Cette solution consiste à mesurer le rapport entre la variation de tension et la variation de courant. Mais une telle solution nécessite un cycle additionnel spécifique, et n’est donc pas réalisable de façon native car elle nécessite par exemple un chargeur avec une capacité de puise significative, ce qui est contraignant pour l’utilisateur.
En outre, une telle solution est difficilement reproductible en application car le temps de puise, la valeur d’état de charge au moment où le puise est réalisé, ainsi que le courant de puise, sont autant de variables qui influent sur la mesure de la résistance.
De plus, quand bien même cette solution serait réalisable et reproductible, l’évolution des propriétés chimiques de l’élément avec le vieillissement implique une modification de certains paramètres internes comme les constantes de temps par exemple. Aussi, cette solution ne permet pas de donner une information significative sur le vieillissement réel. En conséquence, ce vieillissement est bien souvent minimisé lorsque la résistance est estimée sur la zone transitoire d’un échelon de courant. RESUME DE L’INVENTION
Ainsi, l’invention a pour objet de résoudre notamment les problèmes précités, en proposant un procédé de détermination de la valeur d’un paramètre relatif à l’état de santé d’un élément électrochimique dans une batterie, tel que la résistance, qui soit précis et qui ne nécessite pas de puise additionnel ou d’action spécifique de la part de l’utilisateur, en particulier dans le cas d’éléments électrochimiques dont la courbe de tension en circuit ouvert en fonction de l’état de charge présente une zone plateau tel qu’expliqué plus haut.
L’invention a donc pour objet, selon un premier aspect, un procédé de détermination de la valeur d’un premier paramètre (R) relatif à l’état de santé lié à la résistance d’au moins un élément électrochimique d’une batterie, l’élément électrochimique étant du type présentant une courbe d’état de charge, représentant la tension en circuit ouvert (OCV) aux bornes de l’élément électrochimique en fonction de l’état de charge (SOC) exprimé en pourcentage d’un état de charge maximale, dont au moins une portion déterminée est sensiblement plate ou qui comprend au moins une portion déterminée dans laquelle la relation entre l’état de charge (SOC) et la tension en circuit ouvert (OCV) est sensiblement non-bijective, le procédé comprenant :
- une étape de détermination de la valeur de l’état de charge (SOC) de l’élément électrochimique, exprimé en pourcentage d’un état de charge maximal, ou de la valeur de la charge électrique (Ah) de l’élément électrochimique ;
- une étape de vérification de l’appartenance de la valeur déterminée de l’état de charge (SOC) à une zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) présentant une borne inférieure SOCmin et une borne supérieure SOCmax, ou d’appartenance de la valeur déterminée de la charge électrique (Ah) à une zone étendue ([Ahmin et, Ahmax_et]), présentant une borne inférieure une borne supérieure Ahmax_et déterminées à partir de la borne inférieure SOCmin et de la borne supérieure SOCmax de la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]), la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) correspondant à une portion de la courbe d’état de charge comprise dans la portion déterminée ;
- une étape de répétition, tant que le résultat de l’étape de vérification n’est pas positif, de l’étape de détermination puis de l’étape de vérification ;
- calcul de la valeur du premier paramètre (R) en fonction d’au moins la valeur de l’état de charge (SOC) déterminée lors de la dernière étape de détermination. Suivant certains modes de mise en œuvre, le procédé comprend en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- préalablement au moins à la première étape de détermination, la valeur de la capacité électrique C de l’élément électrochimique est déterminée, et au moins une des étapes de détermination de la valeur SOC de l’état de charge (SOC) comprend :
- la mise en œuvre du calcul suivant : SOC = 1 - Ah/C, où Ah est la charge électrique de l’élément électrochimique exprimée en Ampère-heure en décharge dudit élément électrochimique ; ou
- la mise en œuvre du calcul suivant : SOC = Ah/C, où Ah est la charge électrique de l’élément électrochimique exprimée en Ampère-heure en charge dudit élément électrochimique ;
- le premier paramètre est la résistance (R) de l’élément électrochimique, et l’étape de calcul de la valeur R de la résistance (R) comprend la mise en œuvre du calcul suivant : R = (U - OCV) / 1 , où U et I sont les valeurs respectives de tension et de courant aux bornes de l’élément électrochimique, et OCV est la valeur de tension en circuit ouvert (OCV), OCV étant fonction de la valeur SOC de l’état de charge (SOC) déterminée lors de l’étape de détermination correspondante ;
- la valeur OCV est déterminée à partir d’une table associant des valeurs d’état de charge (SOC) avec des valeurs de tension en circuit ouvert (OCV) ;
- la valeur OCV est la valeur constante de la tension en circuit ouvert sur la zone recherchée [SOCmin SOCmax] de valeurs de l’état de charge ;
- l’étape de calcul de la valeur R de la résistance (R) comprend la répétition de la mise en œuvre du calcul (U - OCV) / 1 pour plusieurs valeurs SOC de l’état de charge (SOC) comprises dans la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]), et le calcul de la moyenne des résultats dudit calcul (U-OCV)/I ;
- préalablement à l’étape de détermination de la valeur de l’état de charge (SOC) :
- on effectue une étape de détermination d’une valeur de la charge électrique (Ah) de l’élément électrochimique puis une étape de vérification de l’appartenance de la valeur déterminée de la charge électrique (Ah) à une zone étendue ([Ahmin et, Ahmax et]), et,
- tant que le résultat de l’étape de vérification de l’appartenance de la valeur déterminée de la charge électrique (Ah) à une zone étendue ([Ahmin et, Ahmax_et]) n’est pas positif, on répète l’étape de détermination d’une valeur de la charge électrique
(Ah) puis ladite étape de vérification ;
- la borne inférieure Ahmin et et la borne supérieure Ahmax_et de la zone étendue ([Ahmin et, Ahmax et]) de valeurs de charge électrique (Ah) sont déterminées à partir de la borne inférieure SOCmin et de la borne supérieure SOCmax de la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge ;
- la borne inférieure Ahmin et de la zone étendue ([Ahmin et, Ahmax_et]) de valeurs de charge électrique (Ah) est obtenue à partir de la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge par mise en œuvre du calcul suivant :
- en décharge de l’élément électrochimique, x (1 - SOCmax) ; ou
- en charge de l’élément électrochimique, x SOCmin, où C est la capacité minimale atteignable de élément électrochimique ;
- la borne supérieure Ahmax_et de la zone étendue ([Ahmin et, Ahmax_et]) de valeurs de charge électrique (Ah) est obtenue à partir de la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge par mise en œuvre du calcul suivant :
- en décharge de l’élément électrochimique, Ahmax_et = C x (1 - SOCmin) ; ou
- en charge de l’élément électrochimique, Ahmax_et = C x SOCmax, où C est la capacité nominale de élément électrochimique.
- le premier paramètre est la résistance (R) de l’élément électrochimique, et pour chaque valeur Ah déterminée de charge électrique (Ah) :
- on détermine une valeur R de résistance (R) en mettant en œuvre du calcul suivant :
R = (U - OCV) / 1 , où U et I sont les valeurs respectives de tension et de courant aux bornes de l’élément électrochimique, et OCV est la valeur de tension en circuit ouvert
(OCV), OCV étant fonction de la valeur Ah déterminée de la charge électrique (Ah),
- et on stocke cette valeur de résistance (R) dans une table de valeurs de résistance ;
- OCV est déterminée à partir d’une table associant des valeurs d’état de charge (SOC) avec des valeurs de tension en circuit ouvert (OCV), chaque valeur d’état de charge (SOC) étant associée à une valeur du premier paramètre (Ah) ;
- la valeur OCV est la valeur constante de la tension en circuit ouvert sur la zone recherchée [SOCmin SOC max] de valeurs de l’état de charge ;
- l’étape de calcul de la valeur R de la résistance (R) comprend la répétition de la mise en œuvre du calcul (U - OCV) / 1 pour plusieurs valeurs Ah du paramètre électrique (Ah) comprises dans la zone étendue ([Ahmin et, Ahmax_et]) ; - la valeur de la capacité électrique C de l’élément électrochimique est déterminée et, on détermine la valeur d’un premier paramètre (R) relatif à l’état de santé lié à la résistance à partir des valeurs de résistance dans la table de résistances, pour lesquelles on a vérifié que la valeur Ah de charge électrique dans ladite table appartient à une zone recherchée ([Ahmin, Ahmax]) de charge électrique correspondant à la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge.
- la borne inférieure Ahmin et la borne supérieure Ahmax de la zone recherchée ([Ahmin, Ahmax]) de valeurs de charge électrique (Ah) sont déterminées à partir de la borne inférieure SOCmin et de la borne supérieure SOCmax de la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge.
- la borne inférieure Ahmin de la zone recherchée ([Ahmin, Ahmax]) de valeurs de charge électrique (Ah) est obtenue à partir de la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge par mise en œuvre du calcul suivant :
- en décharge de l’élément électrochimique, C x (1 - SOCmax) ; ou
- en charge de l’élément électrochimique, C x SOCmin, où C est la capacité déterminée de élément électrochimique ;
- la borne supérieure Ahmax de la zone recherchée ([Ahmin, Ahmax]) de valeurs de charge électrique (Ah) est obtenue à partir de la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge par mise en œuvre du calcul suivant :
- en décharge de l’élément électrochimique, Ahmax = C x (1 - SOCmin) ; ou
- en charge de l’élément électrochimique, Ahmax = C x SOCmax, où C est la capacité déterminée de élément électrochimique ;
- l’état de charge (SOC) est exprimé en pourcentage d’un état de charge maximale, et la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge (SOC) est comprise dans l’intervalle [44%, 60%], de préférence [46%, 58%] ;
- le premier paramètre est la résistance (R) de l’élément électrochimique, et le procédé comprend une étape de détermination de la valeur d’un deuxième paramètre (SOHR) relatif à l’état de santé lié à la résistance de l’élément électrochimique en fonction de la valeur R de la résistance (R) déterminée ;
- l’étape de détermination de la valeur du deuxième paramètre (SOHR) comprend une étape de détermination d’une première valeur Rinit de la résistance (R) en fonction d’une valeur de température et/ou de courant, à partir d’une table associant des valeurs de température, et/ou de courant, à des valeurs de résistance ; - la valeur SOHR du deuxième paramètre (SOHR) est déterminée selon le calcul suivant :
SOHR = R / Rinit ;
L’invention a également pour objet, selon un deuxième aspect, un système de gestion électronique pour batterie comprenant au moins un élément électrochimique, le système comprenant :
- des moyens de mesure d’au moins la tension (U) et le courant (I), aux bornes dudit élément électrochimique, lors d’une charge ou d’une décharge de ce dit élément électrochimique ;
- un microprocesseur programmé pour mettre en œuvre le procédé tel que présenté ci-dessus.
L’invention a encore pour objet, selon un troisième aspect, une batterie comprenant au moins un élément électrochimique, et au moins un système de gestion électronique tel que présenté ci-dessus.
Ainsi, le procédé de l’invention permet une estimation fiable de la résistance d’un élément électrochimique, sans action spécifique de l’utilisateur, en présence d’une zone plateau dans la courbe de la tension en circuit ouvert en fonction de l’état de charge correspondant à cet élément électrochimique.
FIGURES
Les caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et non limitative, en référence aux figures annexées suivantes :
[FIG. 1]: représentation graphique de la courbe de la tension en circuit ouvert en fonction de l’état de charge d’un élément électrochimique de type LiFeP04;
[FIG. 2]: représentation schématique des étapes du procédé selon l’invention.
EXPOSE DE MODES DE REALISATION
Le procédé de l’invention est décrit ci-après selon deux modes de mise en œuvre particuliers.
Il est ainsi question de déterminer la valeur d’un premier paramètre relatif à l’état de santé lié à la résistance d’au moins un élément électrochimique d’une batterie. Dans les deux modes de mise en œuvre précités, le premier paramètre relatif à l’état de santé lié à la résistance de l’élément électrochimique en question, est la résistance elle-même de cet élément électrochimique.
Comme on peut le voir sur l’exemple de la figure 1, l’élément électrochimique dont il est question est du type présentant une courbe de tension en circuit ouvert dont au moins une portion déterminée est sensiblement plate, ou comprenant une portion déterminée dans laquelle la relation entre l’état de charge SOC et la tension en circuit ouvert OCV est sensiblement non-bijective.
On rappelle que la courbe de tension en circuit ouvert d’un élément électrochimique représente graphiquement la tension en circuit ouvert OCV aux bornes de l’élément électrochimique, en fonction de l’état de charge SOC exprimé en pourcentage d’un état de charge maximale.
Une telle courbe est donc représentée sur la figure 1, avec en zone 2-3 la portion déterminée sensiblement plate, dans laquelle la relation entre l’état de charge SOC et la tension en circuit ouvert OCV est sensiblement non-bijective.
Dans cette zone 2-3 correspondant à la portion déterminée de la courbe, il n’est pas possible d’associer de manière précise un état de charge à une mesure de tension. En effet, à une seule valeur de tension en ordonnée (plus ou moins une marge très faible) correspondent plusieurs valeurs d’état de charge (en abscisse).
Comme représenté schématiquement sur la figure 2, le procédé comprend principalement une étape de détermination (1) et une étape de vérification (2).
L’étape (1) est une étape de détermination de la valeur de l’état de charge SOC de l’élément électrochimique, le SOC étant exprimé en pourcentage d’un état de charge maximal. Alternativement, cette étape (1) est une étape de détermination de la valeur de la charge électrique Ah de l’élément électrochimique.
L’étape (2) est une étape de vérification de l’appartenance de la valeur déterminée à un intervalle de valeurs particulier, appelé zone recherchée [SOCmin, SOCmax] lorsqu’il est question de la détermination de la valeur d’état de charge SOC à l’étape de détermination (1), ou zone étendue [Ahmin et, Ahmax_et] lorsqu’il est question de la détermination de la valeur de charge électrique Ah à l’étape de détermination (1).
La zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) correspondant à une portion de la courbe de tension en circuit ouvert comprise dans la portion déterminée.
L’étape de détermination (1) puis l’étape de vérification (2) sont répétées, tant que le résultat de l’étape de vérification (2) n’est pas positif, c’est-à-dire tant que la valeur déterminée à l’étape de détermination (1) n’est pas comprise dans l’intervalle correspondant ([SOCmin, SOCmax]) OU [Ahmin et, Ahmax et]·
Ensuite, lors d’une étape de calcul (3), la valeur du premier paramètre R est calculée en fonction d’au moins la valeur de l’état de charge SOC, ou la valeur de la charge électrique Ah, déterminée lors de la dernière étape de détermination (1).
Préalablement à l’étape de détermination (1) de la valeur de l’état de charge SOC ou de la charge électrique Ah, comme on le verra par la suite, on détermine (0) de préférence la valeur de la capacité électrique C de l’élément électrochimique.
Dans un premier mode de mise en œuvre, la ou les étapes successives de détermination (1) sont des étapes de détermination de la valeur SOC de l’état de charge (SOC). Cette valeur SOC est alors calculée de la façon suivante :
- SOC = 1 - Ah/C, où Ah est la charge électrique de l’élément électrochimique exprimée en Ampère-heure en décharge de cet élément électrochimique ; ou
- SOC = Ah/C, où Ah est la charge électrique de l’élément électrochimique exprimée en Ampère-heure en charge de cet élément électrochimique.
Par ailleurs, le premier paramètre dont il est question de déterminer la valeur étant la résistance de l’élément électrochimique comme indiqué plus haut, la valeur R de la résistance calculée à l’étape de calcul (3) est obtenue de la façon suivante :
- R = (U - OCV) / 1
Dans ce calcul, U et I sont les valeurs respectives de tension et de courant aux bornes de l’élément électrochimique, et OCV est la valeur de tension en circuit ouvert. OCV est fonction de la valeur SOC de l’état de charge déterminée lors de l’étape de détermination (1) correspondante.
Plus précisément, la valeur OCV est déterminée à partir d’une table qui associe des valeurs SOC d’état de charge avec des valeurs OCV de tension en circuit ouvert. La valeur OCV peut aussi être la valeur constante de la tension en circuit ouvert sur la zone recherchée [SOCmin SOC max] de valeurs de l’état de charge de l’élément électrochimique.
On peut aussi choisir de déterminer la valeur de R comme étant la moyenne de plusieurs valeurs de résistances déterminées par le calcul (U - OCV) / 1 présenté ci-dessus, pour plusieurs valeurs SOC de l’état de charge comprises dans l’intervalle [SOCmin, SOCmax] dit zone recherchée. Dans un deuxième mode de mise en œuvre, la ou les étapes successives de détermination (1) sont des étapes de détermination de la valeur Ah de la charge électrique.
Dans ce mode de réalisation, la borne inférieure Ahmin et et la borne supérieure Ahmax et de l’intervalle [Ahmin et, Ahmax_et] de valeurs Ah de charge électrique, dit zone étendue, sont déterminées à partir de la borne inférieure SOCmin et de la borne supérieure SOCmax de la zone recherchée [SOCmin, SOCmax] de valeurs de l’état de charge.
Plus précisément, la borne inférieure la zone étendue [Ahmin et, Ahmax_et] est obtenue de la façon suivante :
- en décharge de l’élément électrochimique, x (1 - SOCmax) ; ou
- en charge de l’élément électrochimique, Ahmin e = C x SOCmin,
Dans ce calcul, C est la capacité minimale atteignable de l’élément électrochimique.
Par ailleurs, la borne supérieure Ahmax_et de la zone étendue [Ahmin et, Ahmax_et] est obtenue de la façon suivante :
- en décharge de l’élément électrochimique, Ahmax_et = C x (1 - SOCmin) ; ou
- en charge de l’élément électrochimique, Ahmax_et = C x SOCmax,
Dans ce calcul C est la capacité nominale de l’élément électrochimique.
Ensuite, le premier paramètre dont il est question de déterminer la valeur étant la résistance de l’élément électrochimique comme indiqué plus haut, la valeur R de la résistance calculée à l’étape de calcul (3) est obtenue tel qu’expliqué ci-après.
Pour chaque valeur Ah déterminée de charge électrique (Ah) on détermine une valeur R de résistance et on stocke cette valeur R de résistance dans une table de valeurs de résistance.
Le calcul des valeurs R de résistance est réalisé de la façon suivante : R = (U- ocvyi.
Dans ce calcul, U et I sont les valeurs respectives de tension et de courant aux bornes de l’élément électrochimique, et OCV est la valeur de tension en circuit ouvert.
La valeur OCV est fonction de la valeur Ah déterminée de la charge électrique.
Plus précisément, la valeur OCV est déterminée à partir d’une table associant des valeurs SOC d’état de charge avec des valeurs OCV de tension en circuit ouvert, chaque valeur SOC d’état de charge étant par ailleurs associée à une valeur Ah de l’état de charge. La valeur OCV peut aussi être la valeur constante de la tension en circuit ouvert sur la zone recherchée [SOCmin SOC max] de valeurs de l’état de charge de l’élément électrochimique.
Pour ce mode de réalisation, il est nécessaire de déterminer préalablement la valeur de la capacité C pour appliquer la suite du procédé. Cette capacité peut être déterminée par tous moyens connus de l’homme du métier (exemples : charge ou décharge à courant constant)
De préférence, pour ce calcul de la valeur R de la résistance, on utilise les valeurs de résistance stockées dans la table de résistances précitée, pour lesquelles on a vérifié que la valeur Ah de charge électrique associée dans ladite table appartient à une zone recherchée [Ahmin, Ahmax] de charge électrique. Cette zone recherchée correspondant à la zone recherchée [SOCmin, SOCmax] de valeurs de l’état de charge.
Ainsi, la borne inférieure et la borne supérieure Ahmax de la zone recherchée [Ahmin, Ahmax] sont déterminées à partir de la borne inférieure SOCmin et de la borne supérieure SOCmax de la zone recherchée [SOCmin, SOCmax].
Plus précisément, la borne inférieure Ahmin de la zone recherchée [Ahmin, Ahmax] est obtenue à par le calcul suivant :
- en décharge de l’élément électrochimique, C x (1 - SOCmax) ; ou
- en charge de l’élément électrochimique, Ahmin = C x SOCmin,
Par ailleurs, la borne supérieure Ahmax de la zone recherchée [Ahmin, Ahmax] est obtenue par le calcul suivant :
- en décharge de l’élément électrochimique, Ahmax = C x (1 - SOCmin) ; ou
- en charge de l’élément électrochimique, Ahmax = C x SOCmax,
Dans tous les modes de réalisation, la demanderesse a déterminé que la zone recherchée pour les valeurs SOC d’état de charge, exprimées en pourcentage d’un état de charge maximale, comprise dans l’intervalle [44%, 60%], de préférence [46%, 58%], donnait de très bons résultats en termes de précision de la détermination de la valeur du paramètre relatif à l’état de santé lié à la résistance de l’élément électrochimique de la batterie, en l’occurrence la valeur de la résistance elle-même. On prévoit également, dans tous les modes de réalisation, de déterminer la valeur SOHR d’un deuxième paramètre relatif à l’état de santé lié à la résistance de l’élément électrochimique en fonction de la valeur R de la résistance déterminée.
Pour ce faire, on commence par déterminer une première valeur Rinit de la résistance en fonction d’une valeur de température et/ou de courant. Dans ce but, on utilise une table associant des valeurs de température, et/ou de courant, à des valeurs de résistance.
Ensuite, la valeur SOHR du deuxième paramètre est obtenue de la façon suivante : SOHR = R / Ri„it
De la sorte, on peut décorréler l’impact de la température ou du courant sur le calcul.
Le procédé de l’invention est particulièrement adapté aux situations dans lesquelles l’élément électrochimique dont il est question est du type présentant une courbe de tension en circuit ouvert dont au moins une portion est sensiblement plate ou une portion dans laquelle la relation entre l’état de charge SOC et la tension en circuit ouvert OCV est sensiblement non-bijective, tel que représenté à la figure 1.
Le procédé de l’invention peut être mis en œuvre par programmation d’un microprocesseur d’un système de gestion électronique pour batterie comprenant au moins un élément électrochimique. Un tel système comprend en outre des moyens de mesure d’au moins la tension U et le courant I, aux bornes du ou des éléments électrochimiques, lors d’une charge ou d’une décharge de ce ou ces éléments électrochimiques, pour permettre au microprocesseur de mettre en œuvre les étapes du procédé.
Une batterie comprenant au moins un élément électrochimique, et au moins un système de gestion électronique tel que présenté ci-dessus, permet une surveillance efficace et précise de son vieillissement réel, malgré notamment les modifications de certains paramètres internes inhérentes au vieillissement, grâce à une détermination efficace et précise de la résistance R.
La présente description est donnée à titre d’exemple et n’est pas limitative de l’invention.
En particulier, l’invention ne se limite pas aux deux modes de mises en œuvre spécifiques présentés à titre d’exemple. Elle repose sur l’utilisation d’un intervalle de valeurs d’état de charge [SOCmin, SOCmax], dit zone recherchée d’état de charge, ou d’un intervalle de valeurs de charge électrique [Ahmin et, Ahmax_et], dont on a vu plus haut que les bornes inférieure et supérieure étaient liées aux bornes inférieure et supérieure de la zone recherchée d’état de charge, la zone recherchée [SOCmin, SOCmax] étant comprise dans la zone plateau de la courbe de tension en circuit ouvert, c’est-à-dire la portion déterminée de cette courbe qui est sensiblement plate, ou portion déterminée dans laquelle la relation entre l’état de charge SOC et la tension en circuit ouvert OCV est sensiblement non-bijective. Les deux modes de réalisation précités donnent deux exemples de type de calcul qui permettent d’obtenir la valeur R de résistance recherchée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination de la valeur d’un premier paramètre (R) relatif à l’état de santé lié à la résistance d’au moins un élément électrochimique d’une batterie, ledit élément électrochimique étant du type présentant une courbe d’état de charge, représentant la tension en circuit ouvert (OCV) aux bornes de l’élément électrochimique en fonction de l’état de charge (SOC) exprimé en pourcentage d’un état de charge maximale, dont au moins une portion déterminée (zone 2-3) est sensiblement plate ou qui comprend au moins une portion déterminée (zone 2-3) dans laquelle la relation entre l’état de charge (SOC) et la tension en circuit ouvert (OCV) est sensiblement non-bijective, le procédé comprenant :
- une étape de détermination (1) de la valeur de l’état de charge (SOC) de l’élément électrochimique, exprimé en pourcentage d’un état de charge maximal, ou de la valeur de la charge électrique (Ah) de l’élément électrochimique ;
- une étape de vérification (2) de l’appartenance de la valeur déterminée de l’état de charge (SOC) à une zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) présentant une borne inférieure SOCmin et une borne supérieure SOCmax, ou de l’appartenance de la valeur déterminée de la charge électrique (Ah) à une zone étendue ([Ahmin et, Ahmax_et]) présentant une borne inférieure une borne supérieure Ahmax_et déterminées à partir de la borne inférieure SOCmin et de la borne supérieure SOCmax de la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]), la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) correspondant à une portion de la courbe d’état de charge comprise dans la portion déterminée (zone 2-3) ;
- une étape de répétition, tant que le résultat de l’étape de vérification (2) n’est pas positif, de l’étape de détermination (1) puis de l’étape de vérification (2) ;
- une étape de calcul (3) de la valeur du premier paramètre (R) en fonction d’au moins la valeur de l’état de charge (SOC) ou de la charge électrique (Ah) déterminée lors de la dernière étape de détermination (1).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, préalablement au moins à la première étape de détermination (1), la valeur de la capacité électrique C de l’élément électrochimique est déterminée (0), et en ce qu’au moins une des étapes de détermination (1) est une étape de détermination de la valeur SOC de l’état de charge (SOC) et comprend :
- la mise en œuvre du calcul suivant : SOC = 1 - Ah/C, où Ah est la charge électrique de l’élément électrochimique exprimée en Ampère-heure en décharge dudit élément électrochimique ; ou
- la mise en œuvre du calcul suivant : SOC = Ah/C, où Ah est la charge électrique de l’élément électrochimique exprimée en Ampère-heure en charge dudit élément électrochimique.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier paramètre est la résistance (R) de l’élément électrochimique, et en ce que l’étape de calcul (3) de la valeur R de la résistance (R) comprend la mise en œuvre du calcul suivant : R = (U - OCV) / 1 , où U et I sont les valeurs respectives de tension et de courant aux bornes de l’élément électrochimique, et OCV est la valeur de tension en circuit ouvert (OCV), OCV étant fonction de la valeur SOC de l’état de charge (SOC) déterminée lors de l’étape de détermination (1) correspondante.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur OCV est déterminée à partir d’une table associant des valeurs d’état de charge (SOC) avec des valeurs de tension en circuit ouvert (OCV).
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur OCV est la valeur constante de la tension à vide sur la zone recherchée [SOCmin, SOCmax] de l’élément électrochimique.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l’étape de calcul (3) de la valeur R de la résistance (R) comprend la répétition de la mise en œuvre du calcul (U - OCV) / 1 pour plusieurs valeurs SOC de l’état de charge (SOC) comprises dans la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]), et le calcul de la moyenne des résultats dudit calcul (U-OCV)/I.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape de détermination (1) est une étape de détermination de la valeur Ah de la charge électrique (Ah), et en ce que la borne inférieure Ahmin et de la zone étendue ([Ahmin et, Ahmax et]) de valeurs de charge électrique (Ah) est obtenue à partir de la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge par mise en œuvre du calcul suivant :
- en décharge de l’élément électrochimique, Ahmin et = C x (1 - SOCmax) ; ou
- en charge de l’élément électrochimique, Ahmin et = C x SOCmin, où C est la capacité minimale atteignable de élément électrochimique.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la borne supérieure Ahmax et de la zone étendue ([Ahmin et, Ahmax_et]) de valeurs de charge électrique (Ah) est obtenue à partir de la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge par mise en œuvre du calcul suivant :
- en décharge de l’élément électrochimique, Ahmax_et = C x (1 - SOCmin) ; ou
- en charge de l’élément électrochimique, Ahmax_et = C x SOCmax, où C est la capacité nominale de élément électrochimique.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le premier paramètre est la résistance (R) de l’élément électrochimique, et en ce que pour chaque valeur Ah déterminée de charge électrique (Ah) :
- on détermine une valeur R de résistance (R) en mettant en œuvre du calcul suivant : R = (U - OCV) / 1 , où U et I sont les valeurs respectives de tension et de courant aux bornes de l’élément électrochimique, et OCV est la valeur de tension en circuit ouvert (OCV), OCV étant fonction de la valeur Ah déterminée de la charge électrique (Ah),
- et on stocke cette valeur de résistance (R) dans une table de valeurs de résistance.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que OCV est déterminée à partir d’une table associant des valeurs d’état de charge (SOC) avec des valeurs de tension en circuit ouvert (OCV), chaque valeur d’état de charge (SOC) étant associée à une valeur de l’état de charge (Ah).
1 1. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la valeur OCV est la valeur constante de la tension à vide sur la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax], de l’élément électrochimique.
12. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la valeur de la capacité électrique C de l’élément électrochimique est déterminée et, on détermine la valeur d’un premier paramètre (R) relatif à l’état de santé lié à la résistance à partir des valeurs de résistance dans la table de résistances, pour lesquelles on a vérifié que la valeur Ah de charge électrique dans ladite table appartient à une zone recherchée ([Ahmin, Ahmax]) de charge électrique correspondant à la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la borne inférieure Ahmin et la borne supérieure Ahmax de la zone recherchée ([Ahmin, Ahmax]) de valeurs de charge électrique (Ah) sont déterminées à partir de la borne inférieure SOCmin et de la borne supérieure SOCmax de la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la borne inférieure la zone recherchée ([Ahmin, Ahmax]) de valeurs de charge électrique (Ah) est obtenue à partir de la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge par mise en œuvre du calcul suivant :
- en décharge de l’élément électrochimique, C x (1 - SOCmax) ; ou
- en charge de l’élément électrochimique, Ahmin = C x SOCmin, où C est la capacité déterminée de élément électrochimique.
15. Procédé selon l’une quelconques des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que la borne supérieure Ahmax de la zone recherchée ([Ahmin, Ahmax]) de valeurs de charge électrique (Ah) est obtenue à partir de la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge par mise en œuvre du calcul suivant :
- en décharge de l’élément électrochimique, Ahmax = C x (1 - SOCmin) ; ou
- en charge de l’élément électrochimique, Ahmax = C x SOCmax, où C est la capacité déterminée de élément électrochimique.
16. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’état de charge (SOC) est exprimé en pourcentage d’un état de charge maximale, et en ce que la zone recherchée ([SOCmin, SOCmax]) de valeurs de l’état de charge (SOC) est comprise dans l’intervalle [44%, 60%], de préférence [46%, 58%].
17. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier paramètre est la résistance (R) de l’élément électrochimique, et en ce qu’il comprend une étape de détermination de la valeur d’un deuxième paramètre (SOHR) relatif à l’état de santé lié à la résistance de l’élément électrochimique en fonction de la valeur R de la résistance (R) déterminée.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l’étape de détermination de la valeur du deuxième paramètre (SOHR) comprend une étape de détermination d’une première valeur Rinit de la résistance (R) en fonction d’une valeur de température et/ou de courant, à partir d’une table associant des valeurs de température, et/ou de courant, à des valeurs de résistance.
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la valeur SOHR du deuxième paramètre (SOHR) est déterminée selon le calcul suivant : SOHR = R / Rinit
20. Système de gestion électronique pour batterie comprenant au moins un élément électrochimique, le système comprenant :
- des moyens de mesure d’au moins la tension (U) et le courant (I), aux bornes dudit élément électrochimique, lors d’une charge ou d’une décharge de ce dit élément électrochimique ;
- un microprocesseur programmé pour mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 19.
21. Batterie comprenant au moins un élément électrochimique, et au moins un système de gestion électronique selon la revendication 20.
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