EP4402016A1 - Estimation de l'état de santé d'un dispositif électrochimique - Google Patents

Estimation de l'état de santé d'un dispositif électrochimique

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EP4402016A1
EP4402016A1 EP22783429.8A EP22783429A EP4402016A1 EP 4402016 A1 EP4402016 A1 EP 4402016A1 EP 22783429 A EP22783429 A EP 22783429A EP 4402016 A1 EP4402016 A1 EP 4402016A1
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EP
European Patent Office
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electrochemical device
health
thermal response
state
heat
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Application number
EP22783429.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Marion FUHRMANN
Yo Kobayashi
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Electricite de France SA
Original Assignee
Electricite de France SA
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M10/61—Types of temperature control
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • 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

  • This disclosure relates to the field of energy storage in electrochemical devices of the battery type in particular, and to the second life of such devices.
  • Such an electrochemical energy storage device can be used in any electrical device or system of the smartphone, laptop, etc. type, or else respectively of the electric vehicle (EV) type or battery energy storage system. (BES) in particular for operators of an electrical distribution network.
  • EV electric vehicle
  • BES battery energy storage system
  • an electrochemical device of the aforementioned type may comprise a rechargeable battery or a primary battery.
  • the rechargeable batteries it may be a lithium-ion battery, a nickel-metal-hydride battery, a nickel-cadmium battery, a lead-acid battery, a solid lithium-ion battery, a lithium-metal solid state battery, a sodium-ion battery, a sodium-ion solid battery, a sodium-metal solder state battery, or even a sodium-sulfur battery.
  • the primary batteries it may be an alkaline battery, a lithium battery, a lithium-air battery, or even a zinc-air battery.
  • the invention can be applied to all devices and systems in which there are electrochemical energy storage devices of the aforementioned type.
  • the estimate of SOH may differ depending on the nature of the electrochemical device (rechargeable or primary).
  • electrochemical reactions are usually reversible, but some irreversible reactions (side reactions) may occur.
  • side reactions may occur.
  • the recharging capacity of the battery decreases due to these irreversible reactions.
  • the materials inside the battery cannot be analyzed without dismantling and destroying the device.
  • the state of health of the battery is estimated from the charge/discharge capacity and the variation trend of its voltage in operation. In these cases, historical data from the battery is needed to estimate its SOH.
  • the obvious method is to charge / discharge the target battery several times to estimate its SOH. This type of estimation is necessary when the battery of an electric vehicle (EV) for example is reused in second life to be used in a BES type system. Normally charging and discharging takes a long time. In the case of large battery systems such as EVs and BES, a large amount of electric power is required, and the process takes a long time.
  • EV electric vehicle
  • the irreversible reaction is mainly due to the consumption of electrolyte. Focusing on this characteristic, the change in electrolyte composition is proposed as an indicator of SOH. However, the proposed measures require cooling to -40°C relative to ambient temperature. Additionally, precise linear temperature control is required to capture the melting point and/or glass transition temperature of the electrolyte.
  • the batteries tested are limited to small cell sizes, typically 40mm x 20mm x 3.5mm in size. If the proposed procedure is applied to large batteries used for EVs and BES, it would require a huge and expensive metering system. Cells are normally assembled in modules. Therefore, users should disassemble the module to extract the cells before applying these measures. These procedures are not practical.
  • the proposed procedure can only be applied to batteries containing electrolytes having a melting and/or glass transition temperature.
  • solid electrolytes without melting and/or glass transition temperature have been proposed for new generation batteries. In this case, such an estimate of the SOH is not feasible.
  • a method for estimating a state of health (or "SoH” for "State of Health” in English) of an electrochemical device comprising the steps: - Record a thermal response of the electrochemical device to a heat input applied to the electrochemical device,
  • results presented below show a correlation between a parameter characterizing the thermal inertia of the device and its state of health, so that the measurement of this parameter can make it possible to deduce the state of health of the device, or even to predict its remaining life under similar conditions of use.
  • the amount of heat supplied can be "positive” (heating of the device) or “negative” (cooling), the main thing being to measure the thermal response of the device to this supply, and to deduce measurements of the aforementioned parameter.
  • the heat input can be produced by a source (cold or hot), external to the device. Alternatively, the heat input can simply result from the normal operation of the device, for example during the charging phases, the device heating naturally during these phases.
  • the thermal response of the device can be obtained for example by noting the variation of its temperature over time after (and/or from) the application of the heat input.
  • the thermal response can be obtained by measuring a heat flux by a device comprising a Peltier module.
  • thermal response of the device via a heat sink or not
  • a heat sink or not
  • This thermal response can follow the application of a heat source (hot or cold), external, or follow a particular operating phase of the device (load for example). From the analysis of this thermal response, we deduce the state of health of the device.
  • the thermal inertia of the electrochemical devices tested increases when the state of health of the device decreases.
  • the trend may be reversed.
  • the aforementioned measured parameter may include a delay (reference fdeiay) of the start of thermal response of the electrochemical device relative to a start time of application of heat input.
  • the thermal response of the electrochemical device as a function of time is recorded and the aforementioned measured parameter comprises a slope of variation of the thermal response as a function of time (dP/dt).
  • the heat supply being applied continuously after a moment of start of application of the heat supply, for a chosen duration, then interrupted after this chosen duration, the measured parameter comprises a maximum amplitude (Pmax) of the thermal response of the electrochemical device.
  • the measured parameter may comprise a duration (T) for the return of the thermal response of the electrochemical device to a predefined threshold (Po), after an end of application of the heat input, as illustrated in figure 2.
  • the electrochemical device is in service during the application of the heat input. Such an embodiment is not necessary to apply the method but is advantageous because it does not require dismantling the electrochemical device to carry out the measurements of the aforementioned parameter.
  • measurements of the aforementioned parameter can be stored in memory to monitor changes over time in the state of health of the electrochemical device. It can thus be evaluated a prognosis on the remaining lifetime, for example.
  • the method can also provide for the generation of an alert signal when the state of health of the electrochemical device falls below a threshold.
  • Such an embodiment then makes it possible to predict, for example, the end of life of the electrochemical device.
  • the present invention also relates to a device for estimating a state of health of an electrochemical device, comprising:
  • At least one sensor for detecting a thermal response of the electrochemical device to a heat input applied to the electrochemical device
  • a processing circuit for measuring in the thermal response at least one parameter representative of a thermal inertia of the electrochemical device, and for deducing from the measurement of said parameter an estimate of the state of health of the electrochemical device.
  • the aforementioned sensor may for example be a Peltier module as described below by way of example (using the Seebeck effect for example), or any other means for measuring the thermal response of the electrochemical device.
  • the device may further comprise, in one embodiment, a heat transfer device attached to the electrochemical device, and configured to apply the aforementioned contribution of heat to the electrochemical device.
  • a heat transfer device attached to the electrochemical device, and configured to apply the aforementioned contribution of heat to the electrochemical device.
  • the very operation of the electrochemical device can be the source of a heat input.
  • the device may further comprise a sole made of an electrically insulating material, the transfer device being configured to be attached to a first main face of the electrochemical device by means of this sole.
  • the transfer device can also be coated in such an insulating material and take the form of a mat heating the electrochemical device.
  • the device may also include a heat sink attached to the electrochemical device.
  • the heat sink can be attached to a second main face of the electrochemical device, opposite the aforementioned first main face.
  • the heat sink can be used for example to measure the thermal response. It is not necessary (but useful for small electrochemical devices to concentrate the heat flux when measuring it).
  • the aforementioned processing circuit may comprise in one embodiment a memory for storing at least measurements of said parameter and monitoring changes over time in the state of health of the electrochemical device.
  • the present invention also relates to a computer program comprising instructions for implementing the steps of the method presented above, when said instructions are executed by a processing circuit.
  • a non-transitory, computer-readable recording medium on which such a program is recorded.
  • FIG. 1 illustrates a schematic example of a device for measuring the heating and the thermal response of an electrochemical device according to one embodiment.
  • FIG. 2 illustrates the typical thermal response of the electrochemical device after energization by a heat source.
  • FIG. 3 illustrates the thermal response (with a heat flux peak) after power supply by a heat source applied according to a step power (range on the left of figure 3) of a cell at 99.5%, 91.5% and 87.4% SOH.
  • Fig. 4 illustrates the thermal response (with a heat flux peak) after power supply by a heat source applied according to a step power (range on the left of figure 3) of a cell at 99.5%, 91.5% and 87.4% SOH.
  • Fig. 4 illustrates the thermal response (with a heat flux peak) after power supply by a heat source applied according to a step power (range on the left of figure 3) of a cell at 99.5%, 91.5% and 87.4% SOH.
  • Fig. 4 illustrates the thermal response (with a heat flux peak) after power supply by a heat source applied according to a step power (range on the left of figure 3) of a cell at 99.5%, 91.5% and 87.4% SOH.
  • FIG. 4 illustrates the thermal response of another electrochemical device to different device health states.
  • FIG. 5 shows the correlation between the slope of the temporal variation of the thermal response as a function of time (dP/dt), to the state of health of the device.
  • FIG. 6 shows the correlation of the return time (T) of the thermal response, to the state of health of the device.
  • FIG. 7 shows the correlation of the peak height (Pmax) of the thermal response, to the state of health of the device.
  • FIG. 8 shows the correlation of the delay (tdeiay) of the thermal response after application of a heat input, to the state of health of the device.
  • FIG. 9 illustrates a device comprising a CT processing circuit according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 10 illustrates the steps of a method according to one embodiment of the invention.
  • the electrochemical devices are typically those for which, in the case of rechargeable devices, a drop in capacity has been reached following one or more irreversible reactions, initiating the device degradation. Indeed, when the SOH of the device changes, an irreversible reaction occurs inside the device. This irreversible reaction creates new phases in the device material, having different thermal properties such as heat capacity and/or heat transfer. For example, in the case of lithium batteries in particular, a deposit containing lithium can be observed at the anode. Furthermore, this irreversible reaction induces a change in the volume of the device. These property changes can occur simultaneously or independently.
  • the reference “a” designates an electrochemical device of the battery type for example
  • the reference “c” designates a temperature or heat flux sensor
  • the reference “d” designates a heat sink.
  • Thermal energy is applied to the electrochemical energy storage device, and the thermal response is obtained to estimate the SOH of the device.
  • the energy is applied, for example, by a heating element placed on the device, as shown in Figure 1.
  • a cooling device can also be used to change the thermal state of the device in a controlled manner.
  • the cooling device may include a Peltier effect module.
  • the heat or cold sources can be placed outside or inside the electrochemical device.
  • the “supply” of thermal energy (therefore positive or negative) consists, for example, in applying an energy, the value of which is known, in order to modify the thermal state of the device as shown in FIG.
  • One way to proceed may consist in applying a thermal energy corresponding to the maximum increase in the thermal response.
  • the temperature of the device begins to rise or fall. Then, after a long supply of energy to the device, its temperature reaches an equilibrium state and the additional energy applied is then released to the environment due to the heat transfer between the device and the surrounding atmosphere. Between the starting point of the power supply and the steady state of the device, the temperature therefore reaches a maximum, as shown in Figure 2. This point is the most important to compare the difference of the thermal properties of the device.
  • the procedure proposed above is only a non-limiting example.
  • Another method may consist in comparing the relaxation rate after the supply of thermal energy.
  • the thermal relaxation rate of the material is expressed by "Newton's cooling law".
  • the thermal relaxation exhibits an exponential relationship with time and the exponential term includes a heat transfer coefficient which occurs, for such electrochemical devices, as having a proportional relationship with the heat capacity of the device C, and an inverse relationship with the heat transfer coefficient a.
  • the change in device volume also induces a change in thermal capacity and/or heat transfer. Therefore, the SOH can be estimated by measuring the relaxation rate of the device after the thermal energy supply.
  • Another parameter characterizing the thermal inertia of the electrochemical device is the slope of the temporal variation of the thermal response (for example the rising slope in FIG. 2).
  • the applied thermal energy detection method can be selected from several choices.
  • thermocouple thermistor
  • RTD resistance-temperature detector
  • temperature thermometer infrared radiation can be used.
  • a Peltier effect module as a thermal flux sensor.
  • Such a sensor measures the heat flux by delivering an electrical signal (in mV for example) by Seebeck effect and thus makes it possible to measure the thermal response of the electrochemical device (measurement given in mV in the experimental procedures presented below as example).
  • heat flux generated by the device is too low to modify its measured temperature
  • a heat flux sensor can be used between the device and the outside atmosphere or between the electrochemical device and a heat sink, bearing the reference “d” in the figures.
  • Such a realization makes it possible to increase the signal-to-noise ratio of the measurements.
  • a lithium-ion battery is used below as a sample for tests, the results of which are illustrated in FIG. 3.
  • the nominal capacity of the battery is 4000 mAh. Its size is 50mm (width) x 90mm (length) x 5mm (thickness).
  • the battery was charged and discharged at 200mA between 4.4V and 3.0V.
  • the reversible capacity starting point was set for 100% SOH. Then the battery was continuously charged and discharged. After a few first cycles, the capacity conservation was verified under the same conditions as those defined at the beginning of the experimental procedure.
  • the thermal property of the battery was measured as follows.
  • the battery under test was placed in a temperature-controlled chamber set at 25°C.
  • the battery was heated using a heating element, such as a heating mat separated from the battery (or coated) by a rubber sole (rubber being a heat conductor but an electrical insulator), and attached to battery.
  • the heat applied was 0.74 W for 180 seconds.
  • the thermal response of the battery was measured using a Peltier module attached to the opposite side of the heating element. The Peltier module is then inserted between the battery and an aluminum plate (acting as a heat sink).
  • the difference between the highest value of the thermal response and the base PO value was defined as Pmax.
  • the cooling rate thereafter was defined using the following equation:
  • P Po + A.e ⁇
  • P the thermal response.
  • PO is the base value of the thermal response.
  • A is a function of the applied power
  • t is the elapsed time.
  • tO is the heating start point.
  • T is the battery cooling rate.
  • Pmax is obtained by observing the largest peak value P - PO.
  • the thermal response using the proposed procedure can be an indicator to estimate the SOH of the battery.
  • the battery volume is also an indicator to estimate the SOH of the battery, and can corroborate the estimation of SOH by thermal measurement.
  • the proposed procedure for estimating the SOH of a device using its thermal response changes thus depends on the heat capacity and/or heat transfer of the materials inside.
  • This procedure using the thermal response can be applied to other devices using other detection methods.
  • a similar technique can be applied to determine the degree of corrosion because the thermal response is influenced by the formation of an element corrosive.
  • a similar technique can be applied to determine the degree of water absorption, as the thermal response is influenced by the formation elements related to water absorption.
  • Such a method can therefore be proposed for estimating the SOH of an electrochemical device during the actual operation of the system of which it is part, such as electric cars and BES systems.
  • a large number of devices are used.
  • the SOH of the total system can be estimated during system operation, such as during charging and discharging.
  • dismantling the system is mandatory to measure the SOH of each device.
  • the proposed method can allow to estimate the SOH of a device without any disassembly operation because each device can be easily equipped with a thermal source and a thermal sensor.
  • Such an embodiment makes it possible to identify and replace a defective device in a storage system instead of replacing the entire system and can be useful to operators of electrochemical storage systems.
  • an electrochemical storage device can be used in a second life in a BES system. This type of second use is recommended to reduce the carbon footprint of the lifecycle device, to increase the resale value of the EV, and to reduce the cost of installing the BES.
  • the estimation of the SOH of each device is necessary.
  • the individual estimation of the SOH using the realization described above is useful.
  • FIG. 4 illustrates the thermal response of another electrochemical device, for different states of health of the device.
  • Thermal inertia parameters such as:
  • FIG. 9 illustrates a CT processing circuit connected to the sensor c to measure the thermal response to the AC heat input that the CT processing circuit can drive (the references a, b, and c of Figure 1 representing the same elements in figure 9).
  • the processing circuit CT can typically comprise a processor PROC cooperating with a storage memory MEM to read and execute there instructions of a computer program of the type presented above (as well as thermal response measurement values, and parameter values thermal inertia at different timestamps, estimated health status values, or others).
  • the processor PROC can also control the heat input as well as the recovery of the SS measurement by the sensor c.
  • the processing circuit CT can thus be configured for:
  • step S2 drive the sensor to record a thermal response of the electrochemical device to the heat input
  • the measurement of the thermal response can be ensured by the sensor c by various means such as:
  • thermocouples to measure a temperature
  • thermoelectric module for example of the Peltier type by Seebeck effect (to measure a heat flux, the measurements in the tables above having been obtained by such means),
  • thermometers infrared for example.
  • the heat input can be ensured by applying a heat or cooling source which can be for example:
  • the environment of the electrochemical device itself when handling an electrochemical device from a storage warehouse at a given temperature (for example 25° C.) to another environment (at a different temperature), it can be to a measurement of its thermal response to this temperature variation, and from there, to an estimate of its state of health.
  • a given temperature for example 25° C.
  • another environment at a different temperature
  • the simple movement of the device electrochemical in an environment with a different temperature can be conducive to measuring its state of health. It is thus possible to sort, during this simple movement, the electrochemical devices likely for example to be reused in a second life, from those which should be definitively recycled.

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Abstract

L'invention concerne l'estimation d'un état de santé d'un dispositif électrochimique, comprenant les étapes : - Relever une réponse thermique du dispositif électrochimique à un apport de chaleur appliqué au dispositif électrochimique, - Mesurer dans la réponse thermique au moins un paramètre représentatif d'une inertie thermique du dispositif électrochimique, et - Déduire de la mesure dudit paramètre, une estimation de l'état de santé (SOH) du dispositif électrochimique.

Description

Description
Titre : Estimation de l’état de santé d’un dispositif électrochimique
Domaine technique
[0001] La présente divulgation relève du domaine du stockage de l'énergie dans des dispositifs électrochimiques de type batterie notamment, et de la seconde vie de tels dispositifs.
[0002] Un tel dispositif de stockage d'énergie électrochimique peut être utilisé dans tout appareil ou système électrique de type smartphone, ordinateur portable, etc., ou encore respectivement de type véhicule électrique (VE) ou système de stockage d’énergie par batterie (BES) notamment pour des exploitants d’un réseau de distribution électrique.
[0003] Plus généralement, un dispositif électrochimique du type précité peut comporter une batterie rechargeable ou une batterie primaire.
[0004] Parmi les batteries rechargeables, il peut s’agir d’une batterie lithium-ion, une batterie nickel- métal-hydrure, une batterie nickel-cadmium, une batterie au plomb, une batterie solide au lithium- ion, une batterie solide lithium-métal, une batterie sodium-ion, une batterie solide sodium-ion, une batterie à l'état soldé sodium-métal, ou encore d’une batterie sodium-soufre.
[0005] Parmi les batteries primaires, il peut s’agir d’une pile alcaline, d’une batterie au lithium, d’une batterie lithium-air, ou encore d’une batterie zinc-air.
[0006] Par conséquent, l'invention peut être appliquée à tous les dispositifs et systèmes dans lesquels se trouvent des dispositifs de stockage d'énergie électrochimique du type précité.
[0007] Dans de tels dispositifs de stockage, on cherche à obtenir l'état de santé (ou SOH pour « State Of Health » en anglais) des dispositifs de stockage d'énergie électrochimique. Les techniques connues peuvent implémenter une mesure de la capacité de charge/décharge du dispositif, une mesure de l'impédance du dispositif, ou une consultation des données d’historique du dispositif.
Technique antérieure
[0008] L’estimation de SOH peut différer en fonction de la nature du dispositif électrochimique (rechargeable ou primaire). Dans le cas d’une batterie rechargeable, la plupart des réactions électrochimiques sont habituellement réversibles, mais certaines réactions irréversibles (réactions secondaires) peuvent se produire. La capacité de recharge de la batterie diminue à cause de ces réactions irréversibles. Cependant, les matériaux à l'intérieur de la batterie ne peuvent pas être analysés sans démontage et destruction du dispositif. Il existe des techniques particulières pour analyser les matériaux à l'intérieur de la batterie, utilisant des rayons X à haute énergie, par exemple, mais ces techniques sont très coûteuses et ne sont pas utilisées en pratique.
[0009] La plupart du temps, l'état de santé de la batterie (SOH) est estimé à partir de la capacité de charge/décharge et de la tendance de variation de sa tension en fonctionnement. Dans ces cas, des données d’historique de la batterie sont nécessaires pour estimer son SOH. Lorsqu’il est souhaité de connaître le SOH de la batterie sans historique, la méthode qui s’impose consiste à charger / décharger la batterie cible plusieurs fois pour estimer son SOH. Ce type d'estimation est nécessaire lorsque la batterie d'un véhicule électrique (VE) par exemple est réutilisée en seconde vie pour être utilisée dans un système de type BES. Normalement, la charge et la décharge prennent beaucoup de temps. Dans le cas de grands systèmes de batteries tels que les VE et les BES, une grande quantité d'énergie électrique est nécessaire, et le procédé prend beaucoup de temps.
[0010] La réaction irréversible est principalement due à la consommation d'électrolyte. En se concentrant sur cette caractéristique, le changement de composition de l'électrolyte est proposé comme indicateur de SOH. Cependant, les mesures proposées nécessitent un refroidissement à - 40°C par rapport à la température ambiante. De plus, un contrôle linéaire précis de la température est nécessaire pour capturer le point de fusion et/ou la température de transition vitreuse de l'électrolyte. Les batteries testées sont limitées à des cellules de petite taille, typiquement de 40 mm x 20 mm x 3,5 mm de dimensions. Si la procédure proposée est appliquée aux grandes batteries utilisées pour les VE et les BES, elle nécessiterait un système de mesure énorme et coûteux. Les cellules sont normalement assemblées en modules. Par conséquent, les utilisateurs devraient démonter le module pour extraire les cellules avant d'appliquer ces mesures. Ces procédures ne sont pas pratiques. En outre, la procédure proposée ne peut être appliquée que sur des batteries contenant des électrolytes ayant une température de fusion et/ou de transition vitreuse. Récemment, des électrolytes solides sans température de fusion et/ou de transition vitreuse ont été proposés pour des batteries de nouvelle génération. Dans ce cas, une telle estimation du SOH n'est pas réalisable.
[0011] Dans le cas d'une batterie plomb-acide, une mesure de l'impédance de la batterie est généralement appliquée pour estimer son SOH car les batteries plomb-acide sont utilisées en général au même état de charge SOC (pour « State Of Charge » en anglais). Cependant, d'autres batteries rechargeables sont utilisées à différents SOC. En général, les changements d'impédance de la batterie dépendent du SOC. Par conséquent, il est nécessaire dans ce cas de charger ou décharger toutes les batteries au même SOC afin de comparer les valeurs d'impédance et d'estimer leur SOH. Dans tous les cas, une charge ou une décharge de la batterie est nécessaire.
[0012] Pour le cas d’une batterie primaire, certaines de ces batteries présentent une baisse de tension proportionnelle à leur SOH. D'autre part, des batteries telles que la batterie zinc-air présentent un profil de tension plat dans la plupart des processus de décharge. Dans ce cas, il est difficile d’estimer un SOH fiable à partir de sa tension. Par conséquent, la variation de la tension de la batterie ne permet pas d'estimer le SOH de la batterie primaire.
Résumé
[0013] La présente divulgation vient améliorer la situation.
[0014] Il est proposé un procédé d’estimation d’un état de santé (ou « SoH » pour « State of Health » en anglais) d’un dispositif électrochimique, comprenant les étapes : - Relever une réponse thermique du dispositif électrochimique à un apport de chaleur appliqué au dispositif électrochimique,
- Mesurer dans la réponse thermique au moins un paramètre représentatif d’une inertie thermique du dispositif électrochimique, et
- Déduire de la mesure dudit paramètre, une estimation de l’état de santé du dispositif électrochimique.
[0015] Ainsi, il a été observé que la réponse thermique d’un dispositif électrochimique était modifiée en fonction de l’âge de ce dispositif et notamment de son état de santé. Les exemples de réalisation et résultats présentés plus loin montrent bien un effet de l’état de santé du dispositif en particulier sur son inertie thermique. Dans les exemples présentés ci-après, plus le dispositif est dégradé et plus son inertie thermique augmente. Cette observation peut s’expliquer par le fait que les réactions non-réversibles que subit le dispositif pendant son utilisation (en dégradant son état de santé) modifient les matériaux présents dans le dispositif, ces nouvelles phases ayant alors une inertie thermique différente.
[0016] Les résultats présentés ci-après montrent une corrélation entre un paramètre caractérisant l’inertie thermique du dispositif et son état de santé, de sorte que la mesure de ce paramètre peut permettre d’en déduire l’état de santé du dispositif, voire de prévoir sa durée de vie restante dans des conditions similaires d’utilisation.
[0017] A cet effet, il suffit d’apporter de la chaleur au dispositif et de mesurer ce paramètre caractérisant l’inertie thermique. La quantité de chaleur apportée peut être « positive » (chauffage du dispositif) ou « négative » (refroidissement), l’essentiel étant de mesurer la réponse thermique du dispositif à cet apport, et d’en déduire des mesures du paramètre précité. L’apport en chaleur peut être produit par une source (de froid ou de chaud), externe au dispositif. Alternativement, l’apport de chaleur peut résulter simplement du fonctionnement normal dispositif, par exemple pendant les phases de charge, le dispositif chauffant naturellement pendant ces phases.
[0018] La réponse thermique du dispositif peut être obtenue par exemple en relevant la variation de sa température dans le temps après (et/ou à partir de) l’application de l’apport de chaleur. Alternativement, la réponse thermique peut être obtenue par mesure d’un flux thermique par un appareil comprenant un module Peltier.
[0019] Ainsi, il est proposé de mesurer la réponse thermique du dispositif (par l’intermédiaire d’un dissipateur de chaleur ou non), qui peut être représentée par sa température ou par le flux thermique entre le dispositif et le dissipateur ou simplement entre le dispositif et l’air ambiant. Cette réponse thermique peut faire suite à l’application d’une source de chaleur (chaude ou froide), externe, ou faire suite à une phase de fonctionnement particulière du dispositif (charge par exemple). A partir de l’analyse de cette réponse thermique, on en déduit l’état de santé du dispositif.
[0020] Comme indiqué précédemment, dans les exemples de réalisation présentés ci-après, l’inertie thermique des dispositifs électrochimiques testés augmente quand l’état de santé du dispositif diminue. Néanmoins, pour des dispositifs électrochimiques différents, la tendance peut être inverse. [0021] Comme illustré sur le graphique du bas de la figure 2 commentée plus loin, le paramètre mesuré, précité, peut comprendre un retard (référence fdeiay) de commencement de réponse thermique du dispositif électrochimique relativement à un instant de début d’application de l’apport de chaleur.
[0022] Alternativement ou en complément, l’apport de chaleur étant appliqué continûment après un instant de début d’application de l’apport de chaleur, il est relevé la réponse thermique du dispositif électrochimique en fonction du temps et paramètre mesuré précité comprend une pente de variation de la réponse thermique en fonction du temps (dP/dt).
[0023] Alternativement ou en complément, l’apport de chaleur étant appliqué continûment après un instant de début d’application de l’apport de chaleur, pendant une durée choisie, puis interrompu après cette durée choisie, le paramètre mesuré comprend une amplitude maximale (Pmax) de la réponse thermique du dispositif électrochimique.
[0024] Alternativement ou en complément, le paramètre mesuré peut comprendre une durée (T) de retour de la réponse thermique du dispositif électrochimique à un seuil prédéfini (Po), après une fin d’application de l’apport de chaleur, comme illustré sur la figure 2.
[0025] Dans une réalisation, le dispositif électrochimique est en service pendant l’application de l’apport de chaleur. Une telle réalisation n’est pas nécessaire pour appliquer le procédé mais est avantageuse car elle ne nécessite pas de démonter le dispositif électrochimique pour réaliser les mesures du paramètre précité.
[0026] Dans une réalisation, des mesures du paramètre précité peuvent être stockées en mémoire pour suivre une évolution dans le temps de l’état de santé du dispositif électrochimique. Il peut être ainsi évalué un pronostic sur la durée de vie restante, par exemple.
[0027] Par exemple, le procédé peut prévoir en outre la génération d’un signal d’alerte quand l’état de santé du dispositif électrochimique devient inférieur à un seuil. Une telle réalisation permet alors de pronostiquer par exemple la fin de vie du dispositif électrochimique.
[0028] La présente invention vise aussi un dispositif d’estimation d’un état de santé d’un dispositif électrochimique, comprenant :
- au moins un capteur pour relever une réponse thermique du dispositif électrochimique à un apport de chaleur appliqué au dispositif électrochimique, et
- un circuit de traitement pour mesurer dans la réponse thermique au moins un paramètre représentatif d’une inertie thermique du dispositif électrochimique, et pour déduire de la mesure dudit paramètre une estimation de l’état de santé du dispositif électrochimique.
[0029] Le capteur précité peut être par exemple un module Peltier comme décrit plus loin à titre d’exemple (utilisant l’effet Seebeck par exemple), ou tout autre moyen de mesure de la réponse thermique du dispositif électrochimique.
[0030] Le dispositif peut comprendre en outre, dans un mode de réalisation, un appareil de transfert de chaleur accolé au dispositif électrochimique, et configuré pour appliquer l’apport précité de chaleur au dispositif électrochimique. Alternativement ou complémentairement, le fonctionnement- même du dispositif électrochimique peut être à l’origine d’un apport de chaleur.
[0031] Par exemple, le dispositif peut comporter en outre une semelle réalisée dans un matériau électriquement isolant, l’appareil de transfert étant configuré pour être accolé à une première face principale du dispositif électrochimique par l’intermédiaire de cette semelle. L’appareil de transfert peut être aussi enrobé dans un tel matériau isolant et prendre la forme d’un tapis chauffant le dispositif électrochimique.
[0032] Le dispositif peut inclure en outre un dissipateur de chaleur accolé au dispositif électrochimique. Par exemple, le dissipateur de chaleur peut être accolé à une deuxième face principale du dispositif électrochimique, opposée à la première face principale, précitée.
[0033] Le dissipateur de chaleur peut servir par exemple à la mesure de la réponse thermique. Il n’est pas nécessaire (mais utile pour de petits dispositifs électrochimiques afin de concentrer le flux thermique lors de sa mesure).
[0034] Le circuit de traitement précité peut comporter dans une réalisation une mémoire pour stocker au moins des mesures dudit paramètre et suivre une évolution dans le temps de l’état de santé du dispositif électrochimique.
[0035] La présente invention vise aussi un programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre des étapes du procédé présenté ci-avant, lorsque lesdites instructions sont exécutées par un circuit de traitement.
[0036] Selon un autre aspect, il est proposé un support d’enregistrement non transitoire, lisible par un ordinateur, sur lequel est enregistré un tel programme.
Brève description des dessins
[0037] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
Fig. 1
[0038] [Fig. 1] illustre un exemple schématique d’un dispositif de mesure du chauffage et de la réponse thermique d’un dispositif électrochimique selon un mode de réalisation.
Fig. 2
[0039] [Fig. 2] illustre la réponse thermique typique du dispositif électrochimique après l'alimentation par une source de chaleur.
Fig. 3
[0040] [Fig. 3] illustre la réponse thermique (avec un pic de flux thermique) après alimentation par une source de chaleur appliquée selon une puissance en échelon (créneau à gauche de la figure 3) d'une cellule à 99,5%, 91 ,5% et 87,4% de SOH. Fig. 4
[0041] [Fig. 4] illustre la réponse thermique d’un autre dispositif électrochimique à différents états de santé du dispositif.
Fig. 5
[0042] [Fig. 5] montre la corrélation entre la pente de la variation temporelle de la réponse thermique en fonction du temps (dP/dt), à l’état de santé du dispositif.
Fig. 6
[0043] [Fig. 6] montre la corrélation de la durée de retour (T) de la réponse thermique, à l’état de santé du dispositif.
Fig. 7
[0044] [Fig. 7] montre la corrélation de la hauteur de pic (Pmax) de la réponse thermique, à l’état de santé du dispositif.
Fig. 8
[0045] [Fig. 8] montre la corrélation du retard (tdeiay) de la réponse thermique après application d’un apport de chaleur, à l’état de santé du dispositif.
Fig. 9
[0046] [Fig. 9] illustre un dispositif comportant un circuit de traitement CT selon un mode de réalisation de l’invention.
Fig. 10
[0047] [Fig. 10] illustre les étapes d’un procédé selon un mode de réalisation de l’invention.
Description des modes de réalisation
[0048] Dans les exemples de réalisation présentés ci-après, les dispositifs électrochimiques sont typiquement ceux pour lesquels, lorsqu’il s’agit de dispositifs rechargeables, une chute de la capacité a été atteinte suite à une ou des réactions irréversibles, amorçant la dégradation du dispositif. En effet, lorsque le SOH du dispositif change, une réaction irréversible se produit à l'intérieur du dispositif. Cette réaction irréversible crée de nouvelles phases dans le matériau du dispositif, ayant des propriétés thermiques différentes telles que la capacité thermique et/ou le transfert de chaleur. Par exemple, dans le cas de batteries au lithium notamment, un dépôt contenant du lithium peut être observé à l’anode. En outre, cette réaction irréversible induit un changement de volume du dispositif. Ces changements de propriétés peuvent se produire simultanément ou indépendamment.
[0049] L'estimation du SOH des dispositifs de stockage d'énergie électrochimique présentée ci- après utilise la différence de caractéristiques thermiques du dispositif après la chute de capacité précitée. [0050] Il est maintenant fait référence à la figure 1 , sur laquelle :
- la référence « a » désigne un dispositif électrochimique de type batterie par exemple,
- la référence « b » désigne un élément chauffant,
- la référence « c » désigne un capteur de température ou de flux thermique,
- la référence « d » désigne un dissipateur de chaleur.
[0051] Une énergie thermique est appliquée au dispositif de stockage d'énergie électrochimique, et la réponse thermique est obtenue pour estimer le SOH du dispositif. Ici, l'énergie est appliquée, par exemple, par un élément chauffant placé sur le dispositif, comme le montre la figure 1 . Néanmoins, cette technique n'est pas limitée à un élément en particulier « chauffant ». Un dispositif de refroidissement peut également être utilisé pour changer de façon contrôlée l’état thermique du dispositif. Par exemple, le dispositif de refroidissement peut comprendre un module à effet Peltier.
[0052] Les sources de chaleur ou de froid peuvent être placées à l'extérieur ou à l'intérieur du dispositif électrochimique.
[0053] La « fourniture » d'énergie thermique (positive ou négative donc) consiste, par exemple, à appliquer une énergie, dont la valeur est connue, afin de modifier l'état thermique du dispositif comme le montre la figure 2.
[0054] Une façon de procéder peut consister à appliquer une énergie thermique correspondant à l'augmentation maximale de la réponse thermique. En général, lorsque l'énergie thermique est appliquée au dispositif, la température du dispositif commence à augmenter ou à diminuer. Ensuite, après un long apport d'énergie au dispositif, sa température atteint un état d'équilibre et l'énergie supplémentaire appliquée est alors libérée dans l'environnement en raison du transfert de chaleur entre le dispositif et l'atmosphère ambiante. Entre le point de départ de l'alimentation en énergie et l'état d'équilibre du dispositif, la température atteint donc un maximum, comme l’illustre la figure 2. Ce point est le plus important pour comparer la différence des propriétés thermiques du dispositif.
[0055] Toutefois, la procédure proposée ci-dessus n'est qu'un exemple non limitatif. Par exemple, il est également possible de comparer le point de départ du changement de température du dispositif (référencé fdeiay sur la figure 2) pour évaluer les changements du comportement thermique du dispositif électrochimique.
[0056] Une autre méthode peut consister à comparer la vitesse de relaxation après l'apport d'énergie thermique. En général, la vitesse de relaxation thermique du matériau est exprimée par la "loi de refroidissement de Newton". Ici, la relaxation thermique présente une relation exponentielle avec le temps et le terme exponentiel comprend un coefficient de transfert de chaleur qui se présente, pour de tels dispositifs électrochimiques, comme ayant une relation proportionnelle avec la capacité thermique du dispositif C, et une relation inverse avec le coefficient de transfert de chaleur a. Le changement de volume du dispositif induit également un changement de la capacité thermique et/ou du transfert de chaleur. Par conséquent, le SOH peut être estimé en mesurant la vitesse de relaxation du dispositif après l'apport d'énergie thermique. [0057] Un autre paramètre caractérisant l’inertie thermique du dispositif électrochimique est la pente de la variation temporelle de la réponse thermique (par exemple la pente montante sur la figure 2).
Procédures de détection
[0058] La méthode de détection de l'énergie thermique appliquée peut être sélectionnée parmi plusieurs choix.
[0059] Si un changement de température détectable du dispositif peut être mesuré après l'application de l'énergie thermique, divers capteurs de température tels qu'un thermocouple, une thermistance, un détecteur de résistance-température (RTD) ou un thermomètre à rayonnement infrarouge peuvent être utilisés. On peut également utiliser un module à effet Peltier comme capteur de flux thermique. Un tel capteur mesure le flux thermique en délivrant un signal électrique (en mV par exemple) par effet Seebeck et permet ainsi de mesurer la réponse thermique du dispositif électrochimique (mesure donnée en mV dans les procédures expérimentales ci-après présentées ci-après à titre d’exemple).
[0060] Si le flux thermique généré par le dispositif est trop faible pour modifier sa température mesurée, un tel capteur de flux thermique peut être utilisé entre le dispositif et l'atmosphère extérieure ou entre le dispositif électrochimique et un dissipateur de chaleur, portant la référence « d » sur les figures. Une telle réalisation permet d’augmenter le rapport signal à bruit des mesures.
Procédures expérimentales
[0061] Une batterie lithium-ion est utilisée ci-après comme échantillon pour des tests dont les résultats sont illustrés sur la figure 3. La capacité nominale de la batterie est de 4000 mAh. Sa taille est de 50 mm (largeur) x 90 mm (longueur) x 5 mm (épaisseur). La batterie a été chargée et déchargée à 200 mA entre 4,4 V et 3,0 V. Le point de départ de la capacité réversible a été défini pour un SOH 100%. Ensuite, la batterie a été chargée et déchargée en continu. Après quelques premiers cycles, la conservation de la capacité a été vérifiée dans les mêmes conditions que celles définies au début de la procédure expérimentale.
[0062] Après la vérification de la capacité, la propriété thermique de la batterie a été mesurée comme suit. La batterie testée a été placée dans une chambre à température contrôlée réglée à 25°C. Ensuite, la batterie a été chauffée à l'aide d'un élément chauffant, tel qu’un tapis chauffant séparé de la batterie (ou enrobé) par une semelle en caoutchouc (le caoutchouc étant conducteur thermique mais isolant électrique), et accolé à la batterie. La chaleur appliquée était de 0,74 W pendant 180 secondes. La réponse thermique de la batterie a été mesurée à l'aide d'un module Peltier fixé sur le côté opposé de l'élément chauffant. Le module Peltier est alors intercalé entre la batterie et une plaque d'aluminium (jouant le rôle de dissipateur thermique). La différence entre la valeur la plus élevée de la réponse thermique et la valeur de base PO a été définie comme Pmax. Le taux de refroidissement ensuite a été défini à l'aide de l'équation suivante :
[0063] P = Po + A. e ~ [0064] Ici, P est la réponse thermique. PO est la valeur de base de la réponse thermique. A est une fonction de la puissance appliquée, t est le temps écoulé. tO est le point de départ du chauffage. T est la vitesse de refroidissement de la batterie. Pmax est obtenu en observant la plus grande valeur de pic P - PO.
[0065] Par ailleurs, le volume global de la batterie a été mesuré par la méthode d'Archimède.
[0066] Dans la condition initiale : lorsque le SOH de la batterie était de 99,5 %, la valeur Pmax était de 23,0 mV, T est de 149,5 secondes, et le volume de la batterie était de 19,59 cm3.
[0067] Dans une première condition expérimentale ensuite : lorsque le SOH de la batterie était de 91 ,5%, la valeur Pmax était de 22,0 mV, T était 160,7 secondes.
[0068] Dans une deuxième condition expérimentale ensuite : lorsque le SOH de la batterie était de 87,4%, la valeur de Pmax était de 21 ,6 mV, T est de 165,8 secondes, et le volume de la batterie était de 21 ,07 cm3.
[0069] Ces valeurs sont référencées dans le tableau ci-après :
[0070] [Tableau 1]
[0071] Ces résultats peuvent être tirés de la figure 3.
[0072] Comme indiqué ci-dessus, la valeur Pmax diminue et la vitesse T augmente lorsque le SOH diminue. Le volume de la batterie augmente lorsque le SOH diminue. Par conséquent, la réponse thermique utilisant la procédure proposée peut être un indicateur pour estimer le SOH de la batterie. Le volume de la batterie est également un indicateur pour estimer le SOH de la batterie, et pouvant corroborer l’estimation de SOH par mesure thermique.
[0073] La procédure proposée pour estimer le SOH d'un dispositif en utilisant ses changements de réponse thermique dépend ainsi de la capacité thermique et/ou du transfert de chaleur des matériaux à l'intérieur. Cette procédure utilisant la réponse thermique peut être appliquée à d'autres dispositifs utilisant d'autres méthodes de détection.
[0074] Par exemple, si certains matériaux à l'intérieur d'un dispositif ont une réaction de corrosion après utilisation, une technique similaire peut être appliquée pour déterminer le degré de corrosion car la réponse thermique est influencée par la formation d'un élément corrosif. [0075] Par exemple, si certains matériaux à l'intérieur d'un dispositif absorbent l'humidité après utilisation, une technique similaire peut être appliquée pour déterminer le degré d'absorption d'eau, car la réponse thermique est influencée par la formation d'éléments liés à l'absorption d'eau.
[0076] Un tel procédé peut donc être proposé pour estimer le SOH d'un dispositif électrochimique pendant le fonctionnement-même du système dont il fait partie, comme les voitures électriques et les systèmes BES. Dans ces systèmes, un grand nombre de dispositifs sont utilisés. En général, le SOH du système total peut être estimé pendant le fonctionnement du système, comme pendant la charge et la décharge. Cependant, dans le cas de l'estimation du SOH de chaque dispositif, le démontage du système est obligatoire pour mesurer le SOH de chaque dispositif. Ici, le procédé proposé peut permettre d’estimer le SOH d'un dispositif sans aucune opération de démontage car chaque dispositif peut être facilement équipé d'une source thermique et d'un capteur thermique.
[0077] Une telle réalisation permet d'identifier et de remplacer un dispositif défectueux dans un système de stockage au lieu de remplacer le système entier et peut être utile aux opérateurs de systèmes de stockage électrochimique.
[0078] Par exemple, après avoir été utilisé dans un VE, un dispositif de stockage électrochimique peut être utilisé en seconde vie dans un système BES. Ce type de deuxième utilisation est recommandé pour réduire l'empreinte carbone du dispositif à cycle de vie, pour augmenter la valeur de revente du VE et pour réduire le coût d'installation du BES.
[0079] Lors de cette deuxième utilisation, l'estimation de la SOH de chaque appareil est nécessaire. Dans certains cas, il n'existe pas de données d’historique fiables sur la première utilisation dans le VE. Dans ce cas, l'estimation individuelle du SOH à l'aide de la réalisation exposée ci-avant est utile.
[0080] En outre, cette procédure ne nécessite aucune charge ou décharge du dispositif pour estimer son SOH. Il s'agit également d'un mérite important en vue d’une économie de temps et d'énergie d'exploitation. Une telle application peut être utile aux vendeurs de voitures, aux revendeurs/utilisateurs de batteries de deuxième vie et aux sociétés d'énergie.
[0081] On a illustré sur la figure 4 la réponse thermique d’un autre dispositif électrochimique, pour différents états de santé du dispositif. Les paramètres d’inertie thermique tels que :
- la pente de la variation temporelle de la réponse thermique en fonction du temps (dP/dt) (figure 5),
- la durée de retour (T) de la réponse thermique au seuil Po (figure 6),
- la hauteur de pic (Pmax) de la réponse thermique (figure 7),
- le retard (tdeiay) de la réponse thermique après application d’un apport de chaleur (figure 8), montrent une forte corrélation avec l’état de santé du dispositif.
[0082] La hauteur de pic (Pmax), au moins, s’avère être un paramètre dont la corrélation est remarquable. De plus, l’erreur sur sa mesure est faible. [0083] La figure 9 illustre un circuit de traitement CT relié au capteur c pour mesurer la réponse thermique à l’apport de chaleur AC que peut piloter le circuit de traitement CT (les références a, b, et c de la figure 1 représentant les mêmes éléments sur la figure 9). Le circuit de traitement CT peut comporter typiquement un processeur PROC coopérant avec une mémoire de stockage MEM pour y lire et exécuter des instructions d’un programme informatique du type présenté précédemment (ainsi que des valeurs de mesures de réponse thermique, et des valeurs de paramètres d’inertie thermique à différentes horodates, des valeurs estimées d’état de santé, ou autres). Le processeur PROC peut piloter en outre l’apport en chaleur ainsi que la récupération de la mesure MES par le capteur c. Typiquement, en référence à la figure 10, le circuit de traitement CT peut ainsi être configuré pour :
- déclencher une application d’un apport de chaleur au dispositif électrochimique (étape S1 de la figure 10),
- piloter le capteur pour enregistrer une réponse thermique du dispositif électrochimique à l’apport de chaleur (étape S2),
- évaluer dans la réponse thermique au moins un paramètre représentatif d’une inertie thermique du dispositif électrochimique (S3), et
- déduire de la valeur de ce paramètre, une estimation de l’état de santé SOH du dispositif électrochimique (S4).
[0084] La mesure de la réponse thermique peut être assurée par le capteur c par différents moyens tels que:
- des thermocouples (pour mesurer une température),
- des détecteurs de température à résistance (pour mesurer une température),
- un module thermoélectrique, par exemple de type Peltier par effet Seebeck (pour mesurer un flux thermique, les mesures des tableaux ci-dessus ayant été obtenues par un tel moyen),
- des thermistors (pour mesurer une température),
- des thermomètres (infrarouge par exemple).
[0085] L’apport de chaleur peut être assuré par application d’une source de chaleur ou de refroidissement qui peut être par exemple :
- une résistance, une pastille ou un tapis chauffant (type Kapton® ou autre),
- un circuit à liquides caloporteurs (contrôlés en température),
- une réaction chimique,
- un rayon laser, dans le visible ou l’infrarouge, ou autre,
- le dispositif électrochimique lui-même (par exemple en charge),
- l’environnement-même du dispositif électrochimique. Ainsi dans cette application par exemple, lors d’une manutention d’un dispositif électrochimique d’un entrepôt de stockage à une température donnée (par exemple de 25°C) vers un autre environnement (à une température différente), il peut être procédé à une mesure de sa réponse thermique à cette variation de température, et de là, à une estimation de son état de santé. Ainsi, dans ce cas, le simple déplacement du dispositif électrochimique dans un environnement ayant une température différente peut être propice à la mesure de son état de santé. Il est ainsi possible de trier, pendant ce simple déplacement, les dispositifs électrochimiques susceptibles par exemple d’être réutilisés en seconde vie, de ceux qui devraient être définitivement recyclés.
[0086] Grâce à la réalisation générale présentée ci-avant, les constructeurs automobiles peuvent alors fournir une estimation plus précise du SOH aux utilisateurs de VE. En outre, ils peuvent indiquer une valeur de revente précise pour les seconds utilisateurs de la batterie.
[0087] Dans le cas des sociétés d'énergie, les années de fonctionnement précises des BES peuvent être estimées grâce à cette réalisation. Pour l'utilisation d'un BES dans le secteur résidentiel, les sociétés d'énergie peuvent fournir une estimation fiable du SOH aux utilisateurs résidentiels et les alerter pour la période de maintenance ou de remplacement du BES.
[0088] Plusieurs tests ont été réalisés sur différents types de cellules (différentes tailles, formats et chimies). Les résultats montrent que cette réalisation est efficace pour estimer le SOH d'une batterie, et peut être immédiatement développée à des fins industrielles.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé d’estimation d’un état de santé (SoH) d’un dispositif électrochimique, comprenant les étapes :
- Relever une réponse thermique du dispositif électrochimique à un apport de chaleur appliqué au dispositif électrochimique,
- Mesurer dans la réponse thermique au moins un paramètre représentatif d’une inertie thermique du dispositif électrochimique, et
- Déduire de la mesure dudit paramètre, une estimation de l’état de santé du dispositif électrochimique.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l’inertie thermique du dispositif électrochimique augmente quand l’état de santé du dispositif diminue.
[Revendication 3] Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le paramètre mesuré comprend un retard (tdelay) de commencement de réponse thermique du dispositif électrochimique relativement à un instant de début d’application de l’apport de chaleur.
[Revendication 4] Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l’apport de chaleur est appliqué continûment après un instant de début d’application de l’apport de chaleur, et dans lequel il est relevé la réponse thermique du dispositif électrochimique en fonction du temps, ledit paramètre mesuré comprenant une pente de variation de ladite réponse thermique en fonction du temps (dP/dt).
[Revendication 5] Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l’apport de chaleur est appliqué continûment après un instant de début d’application de l’apport de chaleur, pendant une durée choisie, puis interrompu après ladite durée choisie, et dans lequel le paramètre mesuré comprend une amplitude maximale (Pmax) de la réponse thermique du dispositif électrochimique.
[Revendication 6] Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le paramètre mesuré comprend une durée (T) de retour de la réponse thermique du dispositif électrochimique à un seuil prédéfini, après une fin d’application de l’apport de chaleur.
[Revendication 7] Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif électrochimique est en service pendant l’application de l’apport de chaleur.
[Revendication 8] Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel des mesures dudit paramètre sont stockées en mémoire pour suivre une évolution dans le temps de l’état de santé du dispositif électrochimique.
[Revendication 9] Procédé selon la revendication 8, comportant une génération d’un signal d’alerte quand l’état de santé du dispositif électrochimique est inférieur à un seuil.
[Revendication 10] Dispositif d’estimation d’un état de santé (SoH) d’un dispositif électrochimique, comprenant :
- au moins un capteur pour relever une réponse thermique du dispositif électrochimique à un apport de chaleur appliqué au dispositif électrochimique, et
- un circuit de traitement pour mesurer dans la réponse thermique au moins un paramètre représentatif d’une inertie thermique du dispositif électrochimique, et pour déduire de la mesure dudit paramètre une estimation de l’état de santé du dispositif électrochimique.
[Revendication 11] Dispositif selon la revendication 10, comprenant en outre un appareil de transfert de chaleur accolé au dispositif électrochimique, et configuré pour appliquer ledit apport de chaleur au dispositif électrochimique.
[Revendication 12] Dispositif selon la revendication 11 , comportant en outre une semelle réalisée dans un matériau électriquement isolant, l’appareil de transfert étant configuré pour être accolé à une première face principale du dispositif électrochimique par l’intermédiaire de ladite semelle.
[Revendication 13] Dispositif selon l’une des revendications 10 à 12, comportant en outre un dissipateur de chaleur accolé au dispositif électrochimique.
[Revendication 14] Dispositif selon l'une des revendications 10 à 13, dans lequel le circuit de traitement comporte une mémoire pour stocker au moins des mesures dudit paramètre et suivre une évolution dans le temps de l’état de santé du dispositif électrochimique.
[Revendication 15] Programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre des étapes du procédé selon l’une des revendications 1 à 9, lorsque lesdites instructions sont exécutées par un circuit de traitement.
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