FR2980274A1 - Procede d'estimation d'indicateurs de vieillissement d'une batterie de traction d'un vehicule automobile electrique ou hybride - Google Patents

Abstract

Pour estimer des indicateurs de vieillissement d'une batterie de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride, on effectue des étapes consistant à: mesurer en permanence (100) et mémoriser (102) l'intensité du courant circulant dans la batterie et la température de la batterie ; et fournir (106) à un utilisateur du véhicule un indicateur de l'état de santé de la batterie après une durée d'utilisation donnée du véhicule pour une propriété prédéterminée de la batterie, cet indicateur d'état de santé étant déterminé à partir des valeurs mémorisées d'intensité et de température et à partir d'un modèle de prévision du vieillissement de la batterie.

Description

PROCEDE D'ESTIMATION D'INDICATEURS DE VIEILLISSEMENT D'UNE BATTERIE DE TRACTION D'UN VEHICULE AUTOMOBILE ELECTRIQUE OU HYBRIDE La présente invention se rapporte à un procédé d'estimation d'indicateurs de vieillissement d'une batterie de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride. La présente invention se rapporte également à un dispositif mettant en oeuvre un tel procédé et à un véhicule automobile comportant un tel dispositif.

L'invention appartient au domaine des systèmes de stockage d'énergie électrique. Elle s'applique aux véhicules automobiles comportant une batterie électrique de traction (par exemple mais non nécessairement une batterie lithium-ion), qu'il s'agisse de véhicules électriques ou de véhicules hybrides électriques, c'est-à-dire comportant un moteur thermique et une machine électrique. Les propriétés des batteries évoluent en fonction du temps et de l'utilisation qui en est faite. La qualité du service rendu par le pack batterie de l'automobile dépend directement des propriétés de la batterie. La disparité des utilisateurs induit des disparités d'évolution et d'état de la batterie après son utilisation, qu'il n'est pas aisé de quantifier. Les dégradations subies par la batterie peuvent être plus ou moins importantes et dépendent en grande partie des conditions dans lesquelles l'automobiliste utilise son véhicule : température de stockage, nombre d'utilisations, intensité des courants de recharge appliqués, etc.

A l'heure actuelle, il existe pour les véhicules thermiques certains indicateurs relatifs à la conduite de l'utilisateur, tels que des indicateurs visuels d'"éco-conduite", qui visent à permettre au conducteur de juger si sa conduite est en adéquation avec un comportement "éco-conducteur" (anticipation du freinage, choix du rapport de boîte de vitesses, conduite à vitesse stabilisée). En revanche, actuellement, pour le conducteur d'un véhicule électrique ou hybride, il n'existe pas d'indicateur de l'état de santé de la batterie de son véhicule. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient.

Dans ce but, la présente invention propose un procédé d'estimation d'indicateurs de vieillissement d'une batterie de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride, remarquable en ce qu'il comporte des étapes consistant à : mesurer en permanence et mémoriser l'intensité du courant circulant dans la batterie et la température de la batterie ; et fournir à un utilisateur du véhicule un indicateur de l'état de santé de la batterie après une durée d'utilisation donnée du véhicule pour une propriété prédéterminée de la batterie, cet indicateur d'état de santé étant déterminé à partir des valeurs mémorisées d'intensité et de température et à partir d'un modèle de prévision du vieillissement de la batterie implanté au sein du véhicule. Cela permet au conducteur d'obtenir un estimateur fiable et concret de l'état de santé d'un pack batterie au sein d'un véhicule. Cette information est très importante pour l'utilisateur et le constructeur pour assurer les meilleures performances tout au long de la vie du véhicule.

Les garanties constructeurs et les entretiens peuvent reposer sur ces indicateurs de vieillissement, qui sont d'autant plus utiles que l'état de santé d'une batterie varie beaucoup d'un automobiliste à un autre en raison de sollicitations très différentes. Tant pour l'usager que pour le constructeur, l'invention apporte une information améliorée qui permet de savoir si des réparations et/ou des changements doivent être effectués. Pour le constructeur, cela permet en outre d'éviter d'éventuels changements de packs batterie préventifs qui seraient inutiles. Par conséquent, cela permet de mieux maîtriser les coûts et de les réduire à la fois pour l'utilisateur et pour le constructeur.

De façon générale, l'invention permet d'améliorer l'utilisation du pack batterie de l'automobile pour en maximiser la durée de vie et les performances (car les dégradations seront moins rapides) et pour mieux en répartir la charge financière (en n'engendrant que le coût réel de l'usage). Dans un mode particulier de réalisation, le procédé conforme à l'invention comporte en outre une étape consistant à fournir à l'utilisateur du véhicule un indicateur de l'impact de la conduite automobile de l'utilisateur sur le vieillissement de la batterie après une durée d'utilisation donnée du véhicule pour la propriété prédéterminée précitée, par rapport à un profil recommandé prédéterminé d'utilisation de la batterie.

Ce second indicateur permet, à partir d'un simple coefficient, de comparer la conduite de l'automobiliste à une conduite recommandée de référence. En donnant cette information au conducteur, l'invention permet de l'inciter à davantage de précautions et permet au conducteur d'évaluer s'il prend soin du pack batterie de son véhicule et, le cas échéant, de justifier des réparations, facturations et/ou changements. L'invention permet donc de fournir une meilleure information à l'automobiliste. Par ailleurs, dans certains cas, cet indicateur pourrait même conditionner la garantie du constructeur et éviter de coûteuses interventions de ce dernier en cas d'usage abusif. Selon une caractéristique particulière, l'indicateur d'état de santé est défini par la formule suivante : (v usage (is t ) X BoL )><100 SOHrge (t1) = OU X BoL SOHxusage (0 désigne l'indicateur d'état de santé de la batterie après une durée t1 d'utilisation du véhicule pour la propriété X, Xusage (0 désigne la propriété X estimée par le modèle de prévision du vieillissement au temps t1 et X BoL désigne la propriété X au début de la vie du véhicule.

Selon une caractéristique particulière, l'indicateur d'impact de la conduite sur le vieillissement de la batterie est défini par la formule suivante : SOH7 (ti) - SOHZage (t1) - k impact (t1) - OU 100 SOH x ,E0L kixinPact (t 1) désigne l'indicateur d'impact de la conduite sur le vieillissement de la batterie après une durée t1 d'utilisation du véhicule pour la propriété X, SOHxrec(tI) désigne l'indicateur d'état de santé de la batterie après une durée t1 d'utilisation du véhicule selon le profil recommandé pour la propriété X, SOHxusage(tI) désigne l'indicateur d'état de santé de la batterie après une durée t1 d'utilisation du véhicule pour la propriété X et SOHx,E0L désigne un indicateur d'état de santé prédéfini de la batterie en fin de vie pour la propriété X. Selon une caractéristique particulière, la propriété prédéterminée qu'on considère est la capacité de la batterie ou l'énergie ou la puissance délivrée par la batterie ou la résistance interne de la batterie. Selon une caractéristique particulière, la température de la batterie provient de différentes mesures effectuées par plusieurs capteurs de température disposés à différents emplacements de la batterie et est la moyenne ou le maximum des différentes mesures.

Dans le même but que celui indiqué plus haut, la présente invention propose également un dispositif d'estimation d'indicateurs de vieillissement d'une batterie de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride, remarquable en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre des étapes d'un procédé tel que succinctement décrit ci-dessus. Toujours dans le même but, la présente invention propose en outre un véhicule automobile électrique ou hybride comportant une batterie de traction, remarquable en ce qu'il comporte un dispositif d'estimation d'indicateurs de vieillissement de la batterie tel que succinctement décrit ci- dessus. D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : - la figure 1 est un organigramme illustrant les principales étapes d'un procédé d'estimation d'un premier indicateur de vieillissement d'une batterie de traction conformément à un premier mode particulier de réalisation de l'invention ; et - la figure 2 est un organigramme illustrant les principales étapes d'un procédé d'estimation d'un second indicateur de vieillissement d'une batterie de traction conformément à un deuxième mode particulier de réalisation de l'invention. On considère dans le cadre de la présente invention un véhicule automobile électrique ou hybride électrique, c'est-à-dire comportant un moteur thermique et une machine électrique de traction. Dans tous les cas, ce véhicule comporte au moins une batterie électrique de traction. Les facteurs qui influencent la vitesse et la nature du vieillissement d'une batterie sont multiples et peuvent être internes au véhicule (par exemple, le courant demandé) comme externes (par exemple la température 30 extérieure). Conformément à la présente invention, on estime un indicateur de vieillissement de la batterie sur la base d'un modèle de prévision du vieillissement. Ce modèle de prévision du vieillissement de la batterie est implanté au sein même du véhicule. Il est utilisé comme centre de calcul afin 35 de fournir un indicateur de vieillissement de la batterie à l'automobiliste et/ou au personnel effectuant l'entretien du véhicule ou, plus généralement, à toute personne concernée par son usage.

Ce modèle de prévision du vieillissement est un outil qui permet de prévoir diverses propriétés X de la batterie après une certaine sollicitation dans des conditions nominales. Il est à noter que ce modèle présente une différence fondamentale par rapport aux nombreux modèles connus de comportement, comme par exemple les modèles de prévision de la réponse d'une batterie en fonction d'un appel de puissance ou la prévision de l'état de charge d'une batterie en fonction d'un intégrateur du courant débité par celle-ci : le modèle de vieillissement conforme à l'invention permet d'effectuer des prévisions à long, voire très long terme (plusieurs semaines ou même des années). Les propriétés X considérées peuvent être la capacité de la batterie, ou l'énergie délivrée par celle-ci, ou la puissance délivrée par celle-ci, ou la résistance interne de la batterie, ces exemples étant donnés à titre nullement limitatif.

L'organigramme de la figure 1 illustre les principales étapes d'estimation d'un premier indicateur par le procédé conforme à l'invention, dans un premier mode particulier de réalisation. Il s'agit d'un indicateur de l'état de santé de la batterie après une durée d'utilisation donnée, notée t1, du véhicule et pour une propriété prédéterminée, notée X, de la batterie.

On mesure en permanence, au fil du temps t, (étape 100) et on mémorise (étape 102) dans une mémoire dite "d'usage" MU de la batterie l'intensité 1(t) du courant qui circule dans la batterie ainsi que la température de la batterie T(t). L'intensité 1(t) est mesurée par un capteur de courant. La température T(t) peut être mesurée par un seul ou par plusieurs capteurs de température. S'il y a plusieurs capteurs de température, ceux-ci sont avantageusement disposés en différents emplacements de la batterie, par exemple un capteur par cellule du pack batterie. A titre d'exemples non limitatifs, la valeur choisie comme étant représentative de la température de la batterie peut être la valeur moyenne des valeurs mesurées par tous les capteurs, ou la valeur maximale mesurée, tous capteurs confondus. Ces mesures ne sont pas nécessairement effectuées spécifiquement dans le cadre de l'estimation d'indicateurs de vieillissement de la batterie. Elles peuvent provenir d'autres organes de la chaîne de commande électrique du pack batterie.

Ces mesures d'intensité et de température effectuées au fil du temps s'accumulent dans la mémoire d'usage MU tout au long de la vie du pack batterie et tout au long de l'utilisation qui en est faite par l'automobiliste. A un instant donné t1 (étape 104), la mémoire d'usage MU transmet ces mesures enregistrées à un modèle de prévision du vieillissement MV. Ce dernier est capable de simuler la perte de propriété normalisée X du pack batterie après cet usage. La propriété X est sélectionnée par l'utilisateur parmi toutes les possibilités offertes par le modèle de prévision du vieillissement.

En variante, on pourrait envisager de modéliser toutes les propriétés de la batterie et définir un indicateur plus général les regroupant toutes. Lorsque l'utilisateur a choisi la propriété X, dans la mesure où le modèle est juste, la perte simulée par le modèle de prévision du vieillissement MV correspond à la propriété X en usage à l'instant t1, en conditions nominales. En retranchant de cette propriété en usage à t1 la propriété X en début de vie de la batterie et en divisant par la propriété X normalisée en début de vie de la batterie, on obtient le pourcentage d'augmentation ou de perte de la propriété. Ainsi, par exemple, on pourra avoir -7,2 % de la capacité normalisée initiale de la batterie.

Autrement dit, à l'étape 106, on fournit à l'utilisateur du véhicule un indicateur de l'état de santé de la batterie après une durée d'utilisation t1 du véhicule pour la propriété X, cet indicateur étant défini, dans un mode particulier de réalisation, par la formule suivante : usage (t1) - XB' )x100 SOW;csage (t1) = ou X BoL SOIrx"ge (t1) désigne l'indicateur d'état de santé de la batterie après une durée t1 d'utilisation du véhicule pour la propriété X, xusage ) désigne la propriété X estimée par le modèle de prévision du vieillissement au temps t1 et X BoL désigne la propriété X au début de la vie du véhicule ("BoL" pour "Beginning of Life", i.e. début de vie, en anglais). L'organigramme de la figure 2 illustre un deuxième mode particulier de réalisation du procédé conforme à l'invention, dans lequel on fournit en outre à l'utilisateur un second indicateur de vieillissement de la batterie. Ce second indicateur est représentatif de l'impact de la conduite automobile de l'utilisateur sur le vieillissement de la batterie, toujours après une durée d'utilisation donnée et pour une propriété prédéterminée, cet impact étant déterminé par rapport à un profil recommandé prédéterminé d'utilisation de la batterie en ce qui concerne la propriété en question. En d'autres termes, ce second indicateur donne à l'utilisateur une information sur l'endommagement qu'il a fait subir au pack batterie du fait de 5 sa conduite, par comparaison avec un profil recommandé par le constructeur. Dans ce deuxième mode de réalisation, on retrouve les mêmes étapes 100, 102 et 104 que dans le premier mode de réalisation décrit précédemment en liaison avec la figure 1. 10 Ainsi, cet estimateur de coefficient d'impact fait également intervenir des capteurs de température et de courant, une mémoire d'usage MU et un modèle de prévision du vieillissement MV. Dans ce deuxième mode particulier de réalisation, lors de la demande du coefficient d'impact à un instant t1, l'estimateur de santé qui a été décrit 15 précédemment en liaison avec la figure 1 fournit l'indicateur de l'état de santé en usage de la batterie correspondant à la propriété X, soit SOH xusage (t1) De plus, le modèle de prévision du vieillissement MV reçoit (étape 206), en provenance d'une autre mémoire dite de "profil recommandé", des données d'utilisation recommandées par le constructeur, à savoir, une 20 intensité recommandée rec(t) pour le courant circulant dans la batterie et une température recommandée Trec(t) de la batterie. Ces données d'intensité et de température correspondent à un usage considéré comme "vertueux" de la batterie, recommandé par le fabricant. Le modèle de prévision du vieillissement qui reçoit ce nouveau profil 25 estime alors l'état de santé qu'aurait une batterie après avoir suivi un tel profil d'utilisation. Il en résulte un état de santé de l'usage recommandé à l'instant t1 pour la propriété X, noté SOHxrec(t1). On obtient le coefficient d'impact à l'instant t1 pour la propriété X, noté kximpa, ) en divisant l'écart d'état de santé entre l'état réel en usage, noté 30 SOH l'instant t1, par l'écart entre l'état de santé en début de vie de la batterie, qui est par définition 100 %, et l'état de santé en fin de vie, noté SOHx,E0L ("EoL" pour "End of Life", i.e. fin de vie, en anglais). L'état de santé en fin de vie SOHx,E0L est défini avant la mise en route 35 de l'automobile et est fixe. A titre d'exemple nullement limitatif, si la propriété X est la capacité de la batterie, l'état de santé en fin de vie est typiquement de 80 %. usage ) et le profil recommandé, noté SOHxusage(t1), tous deux pris à Ainsi, le coefficient d'impact ou indicateur d'impact de la conduite sur le vieillissement de la batterie, fourni à l'utilisateur du véhicule à l'étape 208, est défini par la formule suivante : k pact (t1) SOH X rec (t1) - SOH`;age (t1) i;n ou 100 SOH x ,E0L kixmpact (t1) vieillissement de la batterie après une durée t1 d'utilisation du véhicule pour la propriété X, SOHxrec(tI) désigne l'indicateur d'état de santé de la batterie après une durée t1 d'utilisation du véhicule selon le profil recommandé pour la propriété X, SOHrge (t1) désigne l'indicateur d'état de santé de la batterie après une durée t1 d'utilisation du véhicule pour la propriété X et SOHx,E0L désigne un indicateur d'état de santé prédéfini de la batterie en fin de vie pour la propriété X.

Ce coefficient d'impact est un indicateur qui sert à établir la qualité de l'utilisation du pack batterie, en donnant un pourcentage, positif ou négatif, d'aggravation du vieillissement de la batterie du fait de la façon de conduire de l'automobiliste par rapport à une utilisation conseillée du pack batterie. A titre d'exemple nullement limitatif, si la propriété X considérée est la capacité de la batterie, pour un automobiliste dit "non vertueux", avoir un coefficient d'impact de +12 % signifie que son utilisation du pack batterie fait vieillir la capacité de cette batterie 12 % plus vite que s'il avait adopté l'utilisation recommandée. Les deux indicateurs de vieillissement SOHxusage(t1) et kx""Pact(tI) décrits précédemment sont d'une grande aide et peuvent être utilisés par plusieurs intervenants ou utilisateurs. Le coefficient d'impact kx""Pact(tI) peut être personnalisé en fonction de chaque utilisateur. Par exemple, il peut être fourni via un afficheur sous forme d'un nombre, d'une couleur ou de la position d'une aiguille, sur le tableau de bord du véhicule, pour indiquer au conducteur que l'utilisation qu'il fait de son automobile impacte le pack batterie de façon plus ou moins importante. Le coefficient d'impact kx""Pact(t1) et/ou l'état de santé SOHxusage(t1) peuvent également servir au fabricant, loueur ou propriétaire du véhicule pour déterminer si l'utilisation qui est faite de leur véhicule est correcte, selon l'exigence soit de chacun, soit d'un contrat. Ainsi, l'impact sur le pack batterie désigne l'indicateur d'impact de la conduite sur le pourra par exemple conditionner des retours de batterie en atelier, des pertes de garanties ou des facturations supplémentaires dans le cas d'un loueur, ou encore des limitations de la prise en charge de la batterie ou un bonus/malus en cas de revente du véhicule.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation d'indicateurs de vieillissement d'une batterie de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à : mesurer en permanence (100) et mémoriser (102) l'intensité du courant circulant dans la batterie et la température de la batterie ; et fournir (106) à un utilisateur du véhicule un indicateur de l'état de santé de la batterie après une durée d'utilisation donnée du véhicule pour une propriété prédéterminée de la batterie, ledit indicateur d'état de santé étant déterminé à partir des valeurs mémorisées d'intensité et de température et à partir d'un modèle de prévision du vieillissement de la batterie implanté au sein du véhicule.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape consistant à fournir (208) à l'utilisateur du véhicule un indicateur de l'impact de la conduite automobile de l'utilisateur sur le vieillissement de la batterie après une durée d'utilisation donnée du véhicule pour ladite propriété prédéterminée, par rapport à un profil recommandé prédéterminé d'utilisation de la batterie.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit indicateur d'état de santé est défini par la formule suivante : (v usage ( t ) X BoL >< )100 SOHrge (t1) = OU X BoL SOHxusage(t1) désigne l'indicateur d'état de santé de la batterie après une durée t1 d'utilisation du véhicule pour la propriété X, Xusage(tI) désigne la propriété X estimée par le modèle de prévision du vieillissement au temps t1 et X BoL désigne la propriété X au début de la vie du véhicule.
4. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit indicateur d'impact de la conduite sur le vieillissement de la batterie est défini par la formule suivante : pact SOH (t1)- SOH;age (t1) - ou 100 - SOH x,E0L kijcmpact (t1) vieillissement de la batterie après une durée t1 d'utilisation du véhicule pour la propriété X, désigne l'indicateur d'impact de la conduite sur leSOHxrec(tI) désigne l'indicateur d'état de santé de la batterie après une durée t1 d'utilisation du véhicule selon le profil recommandé pour la propriété X, SOlirge(t1) désigne l'indicateur d'état de santé de la batterie après une durée t1 d'utilisation du véhicule pour la propriété X et SOHx,E0L désigne un indicateur d'état de santé prédéfini de la batterie en fin de vie pour la propriété X.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite propriété prédéterminée est la capacité de la batterie ou l'énergie ou la puissance délivrée par la batterie ou la résistance interne de la batterie.
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de la batterie provient de différentes mesures effectuées par plusieurs capteurs de température disposés à différents emplacements de la batterie et est la moyenne ou le maximum des différentes mesures.
7. 7. Dispositif d'estimation d'indicateurs de vieillissement d'une batterie de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre des étapes d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
8. 8. Véhicule automobile électrique ou hybride comportant une batterie de traction, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'estimation d'indicateurs de vieillissement de la batterie selon la revendication 7.