FR2811486A1 - Procede de gestion d'une batterie d'accumulateurs - Google Patents
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Abstract
Ce procédé est destiné à gérer une batterie d'accumulateurs présentant une capacité nominale donnée, notamment pour véhicule à traction électrique ou de type hybride. Il consiste à faire subir à la batterie d'accumulateurs des cycles de charge/ décharge successives respectivement jusqu'à des tensions de fin de charge (Ufc ) et de fin de décharge (Ufd ) prédéterminées.Selon l'invention, on fait varier l'écart entre lesdites tension de fin de charge et de fin de décharge (Ufc, Ufd ) en fonction du degré de vieillissement de la batterie.
Description
La présente invention est relative à un procédé de
gestion d'une batterie d'accumulateurs.
Les batteries d'accumulateurs utilisées pour fournir de l'énergie au moteur ou aux moteurs de traction d'un véhicule électrique ou hybride doivent avoir une capacité aussi performante que possible pendant toute leur durée de vie. En fait, chaque cycle de charge/décharge de la batterie d'accumulateurs entraîne une perte de capacité ou d'énergie, phénomène que les spécialistes appellent "fading". La dégradation de performances qui en résulte se traduit par une perte d'autonomie du véhicule équipé de la batterie d'accumulateurs, cette perte d'autonomie étant directement perceptible par le conducteur. On considère en général que la fin de la vie d'une batterie d'accumulateurs est atteinte lorsque la perte de capacité
devient supérieure à 20% de la capacité initiale.
Il existe de nombreux procédés de gestion des batteries d'accumulateurs, visant à rendre optimale leur capacité ou l'énergie qui y est chargée, dans le but notamment d'en prolonger la durée de vie. Des exemples représentatifs de tels procédés peuvent être trouvés dans US 5 617 007 et US 5 633 576 dans lesquels l'optimisation de la gestion de la batterie d'accumulateurs est obtenue essentiellement par une commande judicieuses du courant de
charge.
Cependant, bien que ces procédés connus permettent de prolonger la durée de vie d'une batterie d'accumulateurs, ils ne peuvent empêcher à la longue une perte de
performances perceptible par l'utilisateur.
L'invention a pour but de fournir un procédé de gestion d'une batterie d'accumulateurs permettant de prolonger sa durée de vie en agissant sur des paramètres
autres que le seul courant de charge.
L'invention a donc pour objet un procédé de gestion d'une batterie d'accumulateurs présentant une capacité nominale donnée, procédé qui consiste à faire subir à la batterie d'accumulateurs des cycles de charge/décharge successives respectivement jusqu'à des tensions de fin de charge et de fin de décharge prédéterminées, caractérisé en ce qu'il consiste à faire varier l'écart entre lesdites tensions de fin de charge et de fin de décharge en
fonction du degré de vieillissement de la batterie.
Grâce à ces caractéristiques, il est possible de maintenir une capacité apparente à peu près constante de la batterie, en admettant en début d'utilisation une capacité légèrement inférieure à la capacité nominale de la batterie. Ce faisant, il est possible de masquer pour l'utilisateur du véhicule équipé de la batterie, la perte de capacité réelle due aux cycles successifs de charge/décharge. Ainsi, en définitive, on peut augmenter la durée de vie par une optimisation de sa capacité intrinsèque et fournir une énergie cumulée plus élevée comparée à celle pouvant être fournie par une batterie gérée de façon classique. Selon d'autres particularités avantageuses de l'invention: - le procédé consiste à augmenter la tension de fin de charge et/ou à réduire la tension de fin de décharge en fonction du degré de vieillissement de la batterie; - on modifie simultanément lesdites tensions de fin de charge et de décharge pour des augmentations constantes du degré de vieillissement; - le procédé consiste à opérer ladite augmentation et/ou ladite réduction par des valeurs de modification constantes. - le procédé consiste à déterminer ledit degré de vieillissement en fonction d'au moins l'un des paramètres suivants: nombre d'ampère heures chargés ou déchargés, nombre de cycles de charge/décharge, temps cumulé d'utilisation, nombre de kilomètres correspondant à l'autonomie assurée par la batterie, nombre cumulé de kilomètres parcourus et nombre de démarrages à partir de l'arrêt. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la
description qui va suivre, donnée uniquement à titre
d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - les figures 1A et lB sont des diagrammes illustrant le processus de charge d'une batterie d'accumulateurs dans le cadre du procédé de gestion selon l'invention; - les figures 2A et 2B sont des diagrammes analogues à ceux des figures 1A et lB, mais illustrant le processus de décharge d'une batterie d'accumulateurs dans le cadre du procédé de gestion selon l'invention; - la figure 3 est un graphique illustrant la mise en euvre du procédé de gestion selon l'invention; et - la figure 4 montre un schéma-blocs d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de gestion
selon l'invention.
Les figures 1A et lB auxquelles on va se référer maintenant, montrent que la capacité de la quasi totalité des types de batteries d'accumulateurs
commercialisées dépend de la tension de fin de charge.
Ainsi, on peut faire évaluer l'état de charge EDC de la batterie entre 0% et 100% en fin de charge si, au cours de différents processus de charge de la batterie, on la laisse se charger jusqu'à une tension de fin de charge Ufo pouvant être située entre une valeur FEMV qui est la force électromotrice à vide pour un état de charge EDC=0%, et une valeur Umaxfo qui est la tension maximale atteignable en fin de charge. En d'autres termes, en modifiant la tension de fin de charge Ufo à chacun des opérations de charge effectuées pendant des cycles de charge/décharge successives, il est possible de modifier la capacité de la batterie ou la quantité
d'énergie stockée.
En admettant que la capacité de la batterie dépend de façon linéaire de la tension de fin de charge Ufo, ce qui est souvent le cas pour les différents types de batteries comme le représente la figure lB, on peut écrire la relation suivante: C = (u' fcU. C (Ufc - UF).Cm aie tU max - U NMv) avec FEMv < Uf Umaxfc, C étant la capacité à un instant considéré et Cnominale la capacité nominale de la batterie
annoncée par le constructeur.
Il est à noter qu'au lieu de considérer la capacité de la batterie, on peut également travailler avec la grandeur représentant l'énergie stockée dans la batterie. Un raisonnement semblable peut être appliqué en ce qui concerne la tension d'arrêt en décharge de la batterie d'accumulateurs autrement dit pour la tension à laquelle on décide, après décharge, de commander un
nouveau cycle de recharge de la batterie.
Ainsi, on peut également faire évaluer l'état de charge EDC de la batterie entre 0% et 100% en fin de décharge si, au cours de différents processus de décharge de la batterie, on la laisse se décharger jusqu'à une tension de fin de décharge Ufd pouvant être située entre une valeur FEMv qui est la force électromotrice à vide pour un état de charge EDCl=100% et une valeur Uminfd qui est la tension minimale atteignable en fin de décharge. En d'autres termes, en modifiant la tension de fin de décharge Ufd à chacun des opérations de décharge effectuées pendant des cycles de charge/décharge successives, il est possible de modifier la capacité de la batterie ou la quantité d'énergie
stockée.
En admettant dans ce cas également que la capacité de la batterie dépend de façon linéaire de la tension de fin de décharge Ufo, comme le représente la figure 2B, on peut écrire la relation suivante: C (U= UFEM. Coi U - u Y*nominale T min fd l FEMv
avec Um nfd < Ufd > UFEMV.
Suivant une caractéristique essentielle de l'invention, ces constatations sont exploitées pour conférer à la batterie d'accumulateurs une capacité apparente constante pendant toute sa durée de vie, cette capacité étant inférieure à la capacité nominale de la
batterie qu'elle pourrait avoir en début d'utilisation.
En effet en augmentant progressivement la tension Ufo et/ou en réduisant progressivement la tension Ufd, on pourra, au fur et à mesure de l'utilisation de la batterie, compenser la perte de capacité que subit inévitablement celle-ci par suite des cycles de charge/décharge successifs qu'elle doit subir. Bien entendu, il serait également possible de ne modifier que la tension de fin de charge en laissant constante la tension de fin de décharge ou inversement, mais dans ce cas, les paliers de progression ou de diminution respectives de ces tensions devraient être différents pour conserver un même degré de compensation des pertes
de capacité de la batterie.
Le changement de l'écart entre les tensions de fin de charge et de fin de décharge sera réglé en fonction d'un ou de plusieurs paramètres représentatifs du degré de vieillissement de la batterie. Par exemple, on pourra faire en sorte que la perte de capacité de la batterie en fonction du degré de vieillissement soit toujours maintenue en dessous d'un seuil pour qu'elle ne soit pas perçue par le conducteur du véhicule. En effet, il a été constaté qu'une perte de capacité de 5% n'est pas
perceptible pour ce dernier.
Le figure 3 montre un exemple de courbes pouvant être mis en oeuvre en pratique par le procédé selon l'invention. Dans ce cas, une modification de l'écart entre les tension UfC et Ufd est opérée chaque fois qu'une augmentation de 10% du degré de vieillissement est constatée. Il peut se dérouler un ou plusieurs cycles de charge/décharge entre deux modifications successives de l'écart. Par ailleurs, dans l'exemple représenté à la figure 3, la valeur d'augmentation AUfc de la tension de fin de charge et la valeur de réduction AUfd de la tension de fin de décharge sont constantes, mais ceci n'est pas obligatoire, ces valeurs pouvant être déterminées en fonction d'exigences particulières de
gestion du fonctionnement de la batterie.
Le degré de vieillissement pourra être déterminé à
l'aide de paramètres tels que le nombre Ah d'ampère-
heures déchargés ou chargés, le nombre n de cycles de charge, le temps t d'utilisation cumulé, le nombre k de kilomètres pouvant être parcourus par le véhicule par charge de la batterie (autonomie du véhicule), le nombre kc cumulé de kilomètres parcourus par le véhicule, le nombre kd de démarrages après arrêt du véhicule et d'autres paramètres analogues. Ces paramètres pourront être appliqués seuls ou en combinaison les uns avec les autres. La figure 4 représente un schéma-blocs simplifié d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La batterie d'accumulateurs 1 à gérer est connectée à un groupe de consommateurs d'énergie du véhicule comme son ou ses moteur(s) de traction par exemple, ainsi qu'un circuit de charge 3 qui peut être du type décrit dans l'un ou l'autre des brevets
américains précités.
Ce circuit de charge 3 est commandé par un calculateur de gestion 4 qui lui fournit des données concernant le courant de charge à utiliser et les tensions de charge et de décharge à respecter. Le calculateur 4 est relié à un dispositif 5 de détermination du degré de vieillissement de la batterie 1. Ce dispositif est connecté à son tour à des capteurs et autres organes du véhicule dont il peut recevoir les données quantitatives concernant un ou plusieurs des paramètres cités plus haut, en déterminant le degré de vieillissement à l'aide d'une cartographie appropriée
par exemple.
Claims (5)
1. Procédé de gestion du fonctionnement d'une batterie d'accumulateurs (1) présentant une capacité nominale donnée, notamment pour véhicule à traction électrique ou de type hybride, procédé qui consiste à faire subir à la batterie d'accumulateurs des cycles de charge/décharge successives respectivement jusqu'à des tensions de fin de charge (Uf,) et de fin de décharge (Ufd) prédéterminées, caractérisé en ce qu'il consiste à faire varier l'écart entre lesdites tensions de fin de charge et de fin de décharge (Ufc, Ufd) en fonction du degré de
vieillissement de la batterie.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à augmenter la tension de fin de charge (Ufc) et/ou à réduire la tension de fin de décharge (Ufd) en
fonction du degré de vieillissement de la batterie.
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on modifie simultanément lesdites tensions de fin de charge et de décharge (Ufc, Ufd) pour des augmentations
constantes du degré de vieillissement.
4. Procédé suivant l'une quelconque des
revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il consiste à
opérer ladite augmentation et/ou ladite réduction par des
valeurs de modification constantes (AUfo, AUfd).
5. Procédé suivant l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il
consiste à déterminer ledit degré de vieillissement en fonction d'au moins l'un des paramètres suivants: nombre d'ampère heures chargés ou déchargés, nombre de cycles de charge/décharge, temps cumulé d'utilisation, nombre de kilomètres correspondant à l'autonomie assurée par la batterie, nombre cumulé de kilomètres parcourus, nombre de
démarrages à partir de l'arrêt.
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