FR2981754A1 - Procede et systeme de determination d'etat de charge d'une cellule elementaire et d'une batterie - Google Patents

Abstract

La détermination de l'état de charge (SoC ) d'une cellule élémentaire (i) d'une batterie de stockage d'électricité, comprend une étape d'estimation périodique de l'état de charge (SoC ) de la cellule, où l'étape d'estimation comprend une étape de correction de l'état de charge estimé (SoC ) à au moins une valeur prédéterminée d'état de charge (SoC ). L'invention concerne aussi un système de détermination de l'état de charge.

Description

Procédé et système de détermination d'état de charge d'une cellule élémentaire et d'une batterie Domaine technique de l'invention L'invention concerne le domaine de la détermination de l'état de charge d'une cellule élémentaire, et plus généralement d'une batterie de stockage d'électricité multi-cellules (montées en série et/ou en parallèle). L'invention a pour objet plus particulièrement un procédé de détermination de l'état de charge individuel d'une cellule élémentaire de batterie de stockage d'électricité, comprenant une étape d'estimation périodique de l'état de charge de la cellule. Elle concerne aussi un système de détermination qui met en oeuvre ce procédé. Elle a aussi trait à un procédé et un système de détermination de l'état de charge général d'une batterie à partir de la détermination des états de charge individuels des cellules élémentaires qui la composent. État de la technique Dans de nombreux domaines industriels, et notamment dans l'automobile, l'utilisation d'une jauge représentant l'état de charge ou d'énergie d'une batterie est indispensable. L'un des critères pour juger de la qualité d'une jauge est sa précision. Pour améliorer celle-ci, l'utilisation de composants supplémentaires est souvent rendue nécessaire : mesure très précise de la tension aux bornes de chacune des cellules élémentaires qui composent la batterie (assemblées en série et/ou en parallèle), mesure également précise du courant parcourant les cellules, utilisation de modèles sophistiqués pour décrire le comportement de chaque cellule (filtre de Kalman notamment). Dans le cas d'une batterie haute tension, telles que celles utilisées pour un véhicule électrique, le grand nombre de cellules élémentaires (96 bi-cellules dans les batteries actuelles) rend le coût du système de jauge extrêmement important.

En contrepartie, la précision de cette jauge permet de rassurer l'utilisateur de la batterie quant à l'autonomie réellement restante, et peut être perçue comme une preuve de qualité de l'objet utilisé.

II existe trois catégories de solutions connues pour l'élaboration d'une jauge précise, appliquée à une batterie composée de plusieurs cellules élémentaires : - utilisation de capteurs de tension précis et surveillant la tension de manière continue, dont le coût est important, mais qui permettent d'avoir une information pertinente sur l'état de charge progressif de chaque cellule, - utilisation de capteurs de courant précis, l'intégration de l'intensité mesurée au cours du temps permettant d'estimer la charge restante dans chaque cellule. Le calcul d'intégration pose toutefois le problème de la dérive et des biais de mesure, ce qui peut amener à des écarts importants après de longues périodes entre la valeur réelle et la valeur estimée. De plus, l'équilibrage des cellules ne peut pas être pris en compte si un seul capteur de courant est utilisé pour l'ensemble de la batterie, - et celles combinant les deux approches ci-dessus, où schématiquement l'estimation par intégration du courant est corrigée grâce aux mesures de tension aux bornes des cellules, c'est-à-dire que l'estimation est arbitrairement modifiée en lui assignant une valeur prédéterminée de correction, avec des logiques particulières (correction sur des conditions particulières, comme un arrêt du véhicule par exemple) ou des outils d'estimation dédiés (filtrage de Kalman, par exemple). Une méthode est connue qui permet, dans un premier temps, d'estimer, par filtrage de Kalman, l'état de charge de chaque cellule individuellement et, ensuite, de les combiner pour obtenir l'état de charge global de la batterie. Cette approche, qui dans l'état de l'art fournit les estimations les meilleures, présente comme inconvénient principal son coût. Ainsi le problème de l'estimation précise de l'état de charge d'une batterie peut être résolu par les méthodes ci-dessus (notamment la troisième), mais pour un coût très important. Le document US2009210179 divulgue un système et un algorithme pour estimer l'état de charge d'une batterie, en se basant sur les mesures continues de courant, de tension et de température, et en utilisant un algorithme capable de tenir compte du phénomène d'hystérésis observé sur les batteries (influence du signe du courant et de son historique sur la mesure de tension). L'algorithme d'estimation est basé sur un modèle d'hystérésis et des tables de relation entre la tension à vide et l'état de charge (figure 2). Cette méthode d'estimation rentre dans la troisième catégorie. Le document US2006022677 décrit une solution consistant à mesurer la tension aux bornes de la batterie lorsqu'elle est en charge, et lorsqu'elle ne l'est pas, pour en déduire une estimation du courant qui la parcourt.

Cette estimation de courant s'appuie sur un modèle de type RC (résistance et capacité, montées en parallèle, et dupliqué deux fois) pour la batterie. Une jauge d'état de charge est mise à jour à partir de cette estimation de courant. Il est donc prévu une mesure continue de tension et une distinction entre la situation de charge et la situation de décharge, ainsi que l'utilisation d'un modèle électrique équivalent pour l'estimation du courant. Cette méthode rentre dans la première catégorie.

Le document US2011031938 décrit une solution basée sur une mesure continue de la tension aux bornes de chaque cellule, et sur une mesure du courant parcourant la batterie. L'estimation de l'état de charge s'appuie sur ces deux mesures, et sur des valeurs mises à jour des coefficients d'un modèle (coefficient de diffusion des ions, résistance interne,...). Un module de mise à jour des coefficients du modèle est également décrit : ces coefficients sont mis à jour en fonction de l'écart observé entre une estimation de la tension de cellule et la valeur mesurée. Indépendamment des détails de conception, cette méthode d'estimation rentre dans la troisième catégorie. L'état de charge est alors estimé à partir d'un modèle de chaque cellule. Le document W02010091170 présente une solution utilisant un capteur spécifique capable de mesurer la susceptibilité magnétique de l'électrolyte ou des électrodes de chaque cellule. L'état de charge de la cellule peut ensuite être déduit de cette mesure spécifique. Cette méthode ne rentre dans aucune des trois catégories définies précédemment.

Objet de l'invention La présente invention propose notamment une solution de détermination d'état de charge qui remédie aux inconvénients de coût et de précision détaillés ci-dessus. Un premier but de l'invention est de fournir une estimation précise de l'état de charge de chaque cellule dans des zones de fonctionnement prédéterminées, où la précision présente le plus d'importance (en fin de 30 décharge ou en fin de charge par exemple).

Un deuxième but est de diminuer le coût total de la solution, et d'en faciliter la mise au point, tout en gardant une prestation qui, vue de l'utilisateur, est acceptable. La précision dans les zones où celle-ci n'est pas indispensable (typiquement à mi-charge de la batterie) peut éventuellement être moins bonne que pour l'art antérieur. Un premier aspect de l'invention concerne un procédé de détermination de l'état de charge d'une cellule élémentaire d'une batterie de stockage d'électricité, comprenant une étape d'estimation périodique de l'état de charge de la cellule, où l'étape d'estimation comprend une étape de correction de l'état de charge estimé à au moins une valeur prédéterminée d'état de charge. L'étape de correction peut notamment comprendre les étapes suivantes : - comparaison entre la tension électrique aux bornes de la cellule et au moins une valeur seuil de tension à laquelle est associée au moins une valeur prédéterminée d'état de charge, - comparaison entre l'état de charge estimé et la valeur prédéterminée d'état de charge, - correction de l'état de charge estimé à la valeur prédéterminée d'état de charge en fonction de l'issue des deux étapes de comparaison. La correction peut inclure de modifier l'état de charge estimé en le rendant égal à la valeur prédéterminé d'état de charge si l'une des conditions de correction suivantes est satisfaite : - la tension électrique aux bornes de la cellule est supérieure à la valeur seuil de tension alors que l'état de charge estimé est inférieur à la valeur prédéterminée d'état de charge, ou ; - la tension électrique aux bornes de la cellule est inférieure à la valeur seuil de tension alors que l'état de charge estimé est supérieur à la valeur prédéterminée d'état de charge.

L'étape d'estimation peut inclure une étape de calcul de l'intensité du courant total circulant dans la cellule puis une étape d'intégration dans le temps de cette intensité.

Le procédé peut comprendre une étape de filtrage, après l'étape de correction, pour éviter une variation brusque de l'état de charge déterminé pour la cellule en cas de correction.

L'étape d'estimation peut être répétée de manière périodique à des instants d'échantillonnage sur une durée de fonctionnement. À la première étape d'estimation peut être utilisé le dernier état de charge déterminé pour la cellule à la fin de la durée de fonctionnement précédente. Chaque étape d'estimation sauf la première peut ensuite utiliser l'état de charge déterminé pour la cellule à l'instant d'échantillonnage précédent et une mesure de l'intensité du courant total circulant dans la cellule à l'instant d'échantillonnage courant. Il peut être prévu que l'étape de correction soit exécutée uniquement si l'intensité du courant total circulant dans la cellule est inférieure à un seuil déterminé et/ou si les conditions de correction sont remplies pendant un délai déterminé. À l'issue de la durée de fonctionnement, le procédé peut comprendre une étape d'enregistrement de la dernière valeur déterminée d'état de charge de la cellule.30 Un deuxième aspect de l'invention concerne un procédé de détermination de l'état de charge d'une batterie de stockage d'électricité comprenant une pluralité de cellules élémentaires montées en série et/ou en parallèle. Ce procédé comprend une phase d'évaluation de l'état de charge de la batterie comprenant une étape de détermination des états de charge individuels de toutes les cellules en appliquant, pour chacune d'elles, le procédé tel que décrit ci-dessus, puis une étape de calcul de l'état de charge de la batterie à partir des résultats de l'étape précédente.

L'étape de détermination des états de charge individuels de toutes les cellules peut inclure d'appliquer, pour chacune d'elles, au moins deux fois le procédé tel que décrit ci-dessus en utilisant, dans leurs étapes de comparaison de tension, des valeurs de seuil de tension différentes. À l'issue de la durée de fonctionnement, le procédé peut comprendre une étape d'enregistrement de la dernière valeur déterminée de l'état de charge de la batterie. Un troisième aspect de l'invention concerne un système de détermination 20 de l'état de charge d'une cellule élémentaire qui comprend des moyens matériels et/ou logiciels qui mettent en oeuvre un procédé tel que défini ci-dessus. Les moyens matériels et/ou logiciels peuvent comprendre : 25 - au moins un comparateur de tension placé au niveau de la cellule générant un signal représentatif de la comparaison entre la tension électrique aux bornes de la cellule et une valeur seuil de tension, - un capteur de courant pour déterminer l'intensité du courant total traversant la cellule, 30 - et une unité de commande estimant un état de charge à partir de l'intensité du courant déterminée, et corrigeant l'état de charge estimé en fonction du signal provenant de l'au moins un comparateur et d'une valeur prédéterminée d'état de charge associée à la valeur seuil de tension.

Un quatrième aspect de l'invention concerne un système de détermination de l'état de charge d'une batterie de stockage d'électricité comprenant une pluralité de cellules élémentaires montées en série et/ou en parallèle équipées chacune d'un système de détermination de l'état de charge d'une cellule élémentaire.

Un cinquième aspect de l'invention concerne un support d'enregistrement de données lisible par un calculateur, sur lequel est enregistré un programme informatique comprenant des moyens de codes de programme informatique de mise en oeuvre des phases et/ou des étapes d'un procédé ci-dessus. Un sixième aspect de l'invention concerne un programme informatique comprenant des moyens de codes de programme informatique adapté à la réalisation des phases et/ou des étapes d'un procédé ci-dessus, lorsque le programme est exécuté sur un calculateur. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la 25 description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 schématise une architecture possible d'un système de détermination selon l'invention, 30 - la figure 2 illustre par une courbe la relation typique, pour une cellule Li-ion, entre la tension à vide et l'état de charge SoC.

Description de modes préférentiels de l'invention La figure 1 montre une architecture possible d'un système général de détermination de l'état de charge « SOCbatterie » (pour « State Of Charge » en terminologie anglo-saxonne) d'une batterie de stockage d'électricité 10 comprenant une pluralité (par exemple au nombre de N) de cellules élémentaires, par exemple de type Lithium-ion, montées en série et/ou en parallèle, et repérées 1 1 1, ....Il 1, ...., 11N.

Ce système général de détermination de l'état de charge général SOCbatterie de la batterie comprend une pluralité de systèmes individuels de détermination de l'état de charge SoCi des cellules élémentaires, chaque système individuel de détermination étant associé à une cellule élémentaire donnée. Un système individuel de détermination de l'état de charge SoC, individuel d'une cellule élémentaire d'indice i, comprend des moyens matériels et/ou logiciels qui mettent en oeuvre un procédé de détermination qui sera détaillé plus loin. Les moyens matériels et/ou logiciels comprennent notamment : - au moins un comparateur de tension 131, ..., 131, ..., 13N placé au niveau de la cellule i, générant un signal C1, C,, CN représentatif de la comparaison entre la tension électrique V, aux bornes de la cellule i et une valeur seuil de tension Vseuii, - un capteur de courant 12 pour déterminer l'intensité du courant traversant la batterie, - et une unité de commande 14 estimant un état de charge SoC, à partir de l'intensité du courant déterminée par le capteur 12, et corrigeant l'état de charge estimé SoC, en fonction du signal C, provenant d'au moins un comparateur et d'une valeur prédéterminée d'état de charge SOCprédéterminé associée à la valeur seuil de tension Vseuii. Bien évidemment, l'unité de commande 14 peut être commune pour l'ensemble des systèmes individuels associés aux cellules élémentaires qui composent la batterie. Elle peut notamment être intégrée dans l'unité de pilotage qui assure la gestion globale de la batterie. Selon une caractéristique essentielle, grâce à une stratégie spécifique sous forme d'algorithme associé, un système individuel associé à une cellule i permet de mettre en oeuvre un procédé de détermination de l'état de charge de la cellule i avec : - une étape d'estimation de l'état de charge de la cellule, - puis une étape de correction de l'état de charge estimé à au moins une valeur prédéterminée d'état de charge. En fonction du choix du ou des valeur(s) prédéterminée(s), ce système permet d'élaborer une jauge avec une précision variable sur certaines zones de la plage de fonctionnement. Le nombre de comparateurs de tension 13, placés au niveau de chaque cellule i dépend de la précision souhaitée, et du nombre de zones dans lesquelles on la souhaite accrue. Les comparateurs de tensions 13, sont des éléments pré-calibrés à une valeur Vseuii. Au moins un comparateur 13, est monté en parallèle de chaque cellule repérée par l'indice i (i variant de 1 au nombre total N de cellules constituant la batterie), et fournit un signal logique C, à l'unité de commande 14, tel que : Ci ^ 1 si V, ^ V'',/ C, ^ 0 si V, ^ V'',/ où V, est la tension réelle aux bornes de la cellule i.30 À cette valeur de tension Vseuii est donc associée une valeur SOCprédéterminé, par exemple à partir de la caractéristique entre la tension en circuit ouvert (OCV pour « Open Circuit Voltage » selon la terminologie anglo-saxonne) et l'état de charge de la cellule. Cette caractéristique (voir figure 2) très largement utilisée dans le domaine des batteries notamment au lithium, est soit fournie directement par le fabricant de cellules, soit obtenue par essai sur un banc de test de cellules. Il convient de préciser que cette caractéristique dépend généralement de la température d'utilisation de la cellule : si une mesure ou une estimation de température Ti au voisinage de chaque cellule i est disponible, plusieurs caractéristiques à différentes températures peuvent être utilisées : on note alors la valeur de SoC correspondant au seuil de tension SoCprédétermine (Ti).

Le capteur de mesure d'intensité 12 mesure notamment le courant principal le parcourant la batterie. Dans le cas où toutes les cellules sont montées en série, cette mesure représente le courant total qui parcourt chaque cellule i, en dehors des courants dus à un éventuel système d'équilibrage. Par convention, le courant est positif quand la batterie est en charge, et négatif lorsqu'elle est en décharge. En présence d'un éventuel système d'équilibrage des cellules, il est recommandé de considérer comme courant principal utilisé dans l'algorithme ci-dessous la somme de ce courant principal le mesuré par le capteur 12 et du courant d'équilibrage par cellule i qui peut être estimé. 0 4 = + Iequ Le courant total est alors, pour chaque cellule i : E 1, où l, est le courant total parcourant chaque cellule, et I equ j est le courant dû au système d'équilibrage.

A partir du signal le (ou I, suivant le cas de figure) et des signaux C,, un algorithme hébergé dans l'unité de commande 14 estime quel est l'état de charge individuel SoC, de chaque cellule i, puis l'état de charge SOCbatterie de la batterie. Par définition, l'état de charge SoC, d'une cellule i est défini par le rapport entre la charge Q, contenue dans cette cellule i, et la charge maximale Qmax i (également appelée capacité) que cette cellule i peut contenir dans sa plage de fonctionnement usuelle, soit : SoC = Un procédé de détermination de l'état de charge SoC, d'une cellule et/ou d'une batterie SOCbatterie peut être obtenu par la mise en oeuvre de 10 l'algorithme suivant, qui n'est pas limitatif : 15 Cet algorithme prévoit une répétition périodique sur une durée de fonctionnement, à une fréquence d'échantillonnage donnée, de phases d'évaluation de l'état de charge SOCbatterie. Chaque phase d'évaluation comprend une étape consistant à déterminer les états de charge SoC, 20 individuels de toutes les cellules i, puis une étape de calcul de l'état de charge de la batterie à partir des résultats de l'étape précédente. La détermination de chaque état de charge SoC, se fait alors selon le concept de l'invention combinant l'étape d'estimation et l'étape de correction éventuelle. 25 Ainsi l'algorithme prévoit une première phase d'évaluation dite initiale, puis une multitude de phases d'évaluations suivantes. Pour la phase d'évaluation initiale de la durée de fonctionnement (par 30 exemple au moment de la mise en route de l'automobile) : - il convient de partir des N valeurs SoCunit pour les N cellules constituant la batterie, et d'une valeur SOCbatterie irait pour la batterie complète. Ces valeurs initiales de SoC, peuvent par exemple correspondre aux dernières valeurs estimées, qui sont mémorisées lors d'un arrêt du véhicule. Ainsi, pour une cellule donnée, la première étape d'estimation de la durée de fonctionnement consiste à reprendre le dernier état de charge déterminé pour cette cellule à la fin de la durée de fonctionnement précédente. - puis une vérification initiale de la cohérence entre les valeurs initiales SoCunit et les valeurs C1 fournies initialement par les comparateurs de tensions est opérée : Vi E 1, NO: si Ci =1 et SoC init > SoC',,i SoC finit = SoC nit si Ci =1 et SoC'' < SoCs.. SoC'' = SoCs.. si Ci = 0 et SoC'. > SoCs.. SoCi.' = SoCs.. si Ci = 0 et SoC'' < SoC''ii SoC = SoC Ainsi en cas d'incohérence, l'état de charge estimé (qui correspond ici à l'état de charge précédemment enregistré à la fin de la durée de fonctionnement précédente) est corrigé de la manière ci-dessus. - ensuite les SoC, des cellules i sont calculés par intégration de la mesure de courant principal : Vi E 1, N11, soc, (1) = SoC. ni t + le (1)- Te iQinax Où Te est la période d'échantillonnage du signal de courant, et où SoC,(1) et lc(1) représentent respectivement l'estimation de SoC, pour la cellule i et la mesure de courant le au premier instant d'échantillonnage. - puis les états de charge estimés au premier instant d'échantillonnage de la durée de fonctionnement sont vérifiés en termes de cohérence et corrigés éventuellement de la manière ci-dessous, grâce aux comparateurs 13, : ei G 1, 4 si C ,(1)= 1 et SoCi(1)> SoC''ii SoCi(1)= SoCi(1) si Ci(1)= 1 et SoCi(1) SoC''ii SoCi(1)= SoC''ii si Ci(1)= 0 et SoCi(1)> SoC''ii SoCi(1)= SoC''ii si Ci(1)= 0 et SoCi(1) SoCseuil SoCi(1)= SoCi(1) où CO ) représente la valeur du signal fourni par le comparateur de tension placé aux bornes de la cellule i, au premier instant d'échantillonnage. - enfin, en fin de la première phase d'évaluation, l'état de charge de la batterie SOCbatterie est calculé pour le premier instant d'échantillonnage SOCpack (1) = min(SoCi (1)) selon la formule suivante : 1N Toutefois toute autre manière de calculer l'état de charge de la batterie à partir de la connaissance des états de charge individuels des cellules i peut être implémentée. Puis, pour chacune des phases d'évaluation qui suivent la première phase : à chaque instant discret d'échantillonnage, repéré par l'entier k (correspondant à des multiples de la période d'échantillonnage Te): les états de charge individuels des cellules SoC,(k) sont calculés, par intégration de la mesure de courant principal le : ViE N11, SoCi (k) = SoCi (k - 1)+ ,(k) - Te où SoC,(k) et Ic(k) représentent respectivement l'estimation de SoC, pour la cellule i et la mesure de courant, à l'instant discret d'échantillonnage k. puis ces états de charge sont vérifiés en termes de cohérence puis éventuellement corrigés, grâce aux comparateurs 13, : Vi E 1, 4 si Ci(k)= 1 et SoCi(k)> SoC''ii SoCi(k)= SoCi(k) si Ci (k) =1 et SoCi(k) SoC ''ii soc i(k) = SoC ''ii si C i(k)= 0 et SoCi(k)> SoC''ii SoCi(k)= SoC''ii si Ci(k)= 0 et SoCi(k) SoC',iii SoCi(k)= SoCi(k) où C1(k) représente la valeur du signal fourni par le comparateur de tension placé aux bornes de la cellule i, à l'instant discret d'échantillonnage k. - puis, en fin de la phase d'évaluation à l'instant d'échantillonnage k, l'état de charge de la batterie SOCbatterie est calculé pour l'instant SoCpack (k) = min(SoC t(k)) d'échantillonnage k selon la formule suivante : 111^7 ou de toute autre façon à partir des SoC, des cellules.

L'algorithme peut prévoir qu'à la fin de la durée de fonctionnement (c'est- à-dire, véhicule arrêté, juste avant l'endormissement de l'unité de commande 14), les dernières valeurs déterminées de SoC, et/ou de SOCbatterie soient écrites dans une mémoire : di E 1, N11, SoC,'it = SoCi (k) SoCpack mit = SOCpack (k) À l'issue de la durée de fonctionnement, il peut donc être prévu une étape d'enregistrement de la dernière valeur déterminée de l'état de charge de la batterie SOCbatterie et/ou de la dernière valeur déterminée d'état de charge SoC, de chaque cellule i.

Puis au redémarrage du véhicule, l'algorithme débute à nouveau à la première phase d'évaluation. Ainsi, chaque étape d'estimation suivant la première de la durée de fonctionnement utilise l'état de charge SoCi(k-1) déterminé pour cette cellule à l'instant d'échantillonnage précédent et une mesure de l'intensité du courant total circulant dans cette cellule. Il ressort de ce qui précède que durant chacune des phases d'évaluation de l'algorithme, l'étape de correction associée à chaque cellule est implémentée de sorte à comprendre les étapes suivantes : - comparaison entre la tension électrique V, aux bornes de la cellule et au moins une valeur seuil de tension Vseuii à laquelle est associée au moins une valeur prédéterminée d'état de charge SoCprédéterminé, - comparaison entre l'état de charge estimé SoC, et au moins une valeur prédéterminée d'état de charge SoCprédéterminé, - confrontation des résultats des deux étapes de comparaison précédentes, - et correction de l'état de charge estimé en fonction de la confrontation, consistant à modifier l'état de charge estimé SoC, en le rendant égal à la valeur prédéterminé d'état de charge SoCprédéterminé dans le cas où : - la tension électrique V, aux bornes de la cellule i est supérieure à la valeur seuil de tension Vseuii alors que l'état de charge estimé SoC, est inférieur à la valeur prédéterminée d'état de charge SoCprédéterminé, - ou la tension électrique V, aux bornes de la cellule est inférieure à la valeur seuil de tension Vseuii alors que l'état de charge estimé SoC, est supérieur à la valeur prédéterminée d'état de charge SOCprédéterminé- Durant l'étape d'estimation du SoC, associé à chaque cellule i au cours d'une phase d'évaluation à l'instant d'échantillonnage k, la mesure de l'intensité du courant total circulant dans cette cellule i est utilisée, notamment par mise en oeuvre d'une intégration dans le temps de cette intensité, selon la formule suivante : ViE N11, SoCi (k) = SoCi (k - 1)+ I,(k)-T, Qmax Pour pouvoir faire une intégration dans le temps, l'intensité est mesurée notamment à l'instant discret d'échantillonnage de la phase d'évaluation donnée de sorte que l'intégration est obtenue par une multiplication de l'intensité par la durée Te de la période d'échantillonnage. Il peut aussi être prévu une étape éventuelle de filtrage, après l'étape de correction, pour éviter une variation brusque de l'état de charge déterminé pour cette cellule i en cas de correction. Notamment, chaque phase d'évaluation peut comprendre un tel filtrage avant l'étape de calcul du SOCbatterie pour éviter, pour chaque cellule i, une variation brusque de l'état de charge SoC, déterminé pour cette cellule i en cas de correction. Un filtre de type passe-bas est par exemple appliqué aux estimations de SoC,.

Comme l'étape d'estimation est effectuée à chaque phase d'évaluation et que les phases d'évaluation sont répétées de manière périodique à des instants discrets d'échantillonnage échelonnés sur une durée de fonctionnement, il en résulte finalement que l'étape d'estimation est répétée de manière périodique aux instants discrets d'échantillonnage échelonnés sur la durée de fonctionnement. Toutefois, une variante de l'algorithme pourrait consister à prévoir que seules les étapes d'estimation soient périodiques selon une période Te tandis que les phases d'évaluation seraient répétées à une fréquence moins élevée, par exemple de sorte à calculer SOCbatterie à partir de moyennes de SoC, sur des périodes données. Pour compenser l'influence de l'impédance interne de chaque cellule i sur sa tension V,, une temporisation et/ou une condition sur la valeur du courant total peut(vent) être ajoutée(s) à l'algorithme : l'étape de correction est exécutée uniquement si l'intensité du courant total circulant dans la cellule i est inférieure à un seuil déterminé et/ou si les conditions de correction sont remplies pendant un délai déterminé. Ceci permet d'éviter des corrections indésirables des estimations de SoC1. Le seuil déterminé d'intensité et le délai déterminé peuvent être ajustables. Autrement dit, un changement de résultat à l'une des étapes de comparaison de tension est pris en compte sous réserve de la validation d'une condition de confirmation basée sur un délai de confirmation de présence du changement et/ou sur une valeur seuil d'intensité de courant total. En effet, pour de fortes valeurs du courant total, les tensions réelles aux bornes de chaque cellule i subissent une forte chute de potentiel, due à leur résistance interne. La tension V, aux bornes d'une cellule i peut en effet être décrite de la façon suivante : Vi = OCV(SoCi ) - Ri - I, , où OCV(SoC,) représente la tension en circuit ouvert qui dépend elle-même du SoC1 de la cellule i (voir à cet effet la figure 2), où l, est le courant total parcourant la cellule i, et où R int représente sa résistance interne équivalente. Pour de fortes valeurs de courant total, la tension V, aux bornes de la cellule i est susceptible de passer temporairement sous le seuil de tension d'un comparateur 13,, ce qui dans l'algorithme impose de corriger l'estimation, et provoque donc des discontinuités (variations soudaines de la jauge, partiellement limitées par le filtrage passe-bas éventuel).

Pour s'affranchir de cet effet indésirable, il peut donc être aménagé : - un délai de confirmation peut être ajouté dans de l'algorithme : un changement de valeur d'un comparateur 13, n'est confirmé qu'après un délai déterminé (d'une durée typique de l'ordre de quelques secondes). - une condition sur la valeur du courant total peut aussi être ajoutée : un changement de valeur d'un comparateur 13, n'est confirmé que si le courant est inférieur à une valeur seuil (typiquement 10A). Cette condition peut s'accompagner d'une autre condition sur un délai maximum ajustable : au changement de valeur d'un comparateur 13,, si le courant reste supérieur au seuil très longtemps (typiquement environ 60s, par exemple en situation de roulage sur autoroute), le passage du seuil Vseuii du comparateur 13, est confirmé à la fin de ce délai. L'étape de détermination des états de charge SoC, individuels de toutes les cellules i peut avantageusement consister à appliquer, pour chacune d'elles, au moins deux procédés de détermination tels que présentés précédemment et utilisant, dans leurs étapes de comparaison de tension, des valeurs seuil de tension Vseuii différentes. En effet, l'utilisation de plusieurs comparateurs de tension 13, aux bornes de chaque cellule i peut être avantageuse: en utilisant plusieurs comparateurs 13, avec des seuils de tension Vseuii différents, il devient possible de corriger les estimations de états de charge SoC, des cellules à différents points dans leur plage de fonctionnement. Ceci limite l'effet des dérives liées à l'intégration du courant total, et permet de conserver une précision d'autant meilleure que le nombre de comparateurs 13, est grand.

L'algorithme doit alors être adapté pour comparer les SoC, à tous les seuils SOCprédéterminé pré-calibrés, durant les vérifications et les corrections. Cela permet une correction des estimations de SoC, pour les cellules (et par voie de conséquence pour la batterie) au voisinage d'une ou plusieurs valeurs prédéterminées par calibration, correspondant au(x) seuil(s) de tension Vseuii du (des) comparateur(s) 13, placé(s) aux bornes de chaque cellule i. Si l'estimation par intégration du courant subit une dérive, la correction au passage de chaque seuil de tension Vseuii permet de récupérer une bonne précision à cet instant.

L'amélioration proposée consiste ainsi à n'augmenter la précision de l'estimation de l'état de charge SoC, des cellules i composant la batterie, et donc celui SOCbatterie de la batterie, que dans les zones où cette estimation est importante, et pour un coût bien moindre que les solutions de l'art antérieur.

Une estimation des incertitudes sur l'estimation du SOCbatterie est également possible, à partir des caractéristiques du capteur de courant 12 (bruit de mesure, précision,...). La solution de détermination précédemment décrite présente finalement les avantages suivants : - le coût d'un comparateur de tension 13, tel qu'utilisé dans la présente solution est bien moindre que celui d'un capteur continu de tension utilisé dans les solutions de l'art antérieur. Le coût total du matériel requis est donc bien plus faible, tout en gardant une bonne précision dans la (ou les) zone(s) choisie(s) par le positionnement du (ou des) seuil(s) de tension Vseuii des comparateurs 13i, - le positionnement des seuils de tension Vseuii des comparateurs 13, peut dépendre de la finalité choisie : bonne précision en fin de décharge (seuil de tension Vseuii proche de la tension minimale de cellule), en fin de charge (seuil de tension Vseuii proche de la tension maximale de cellule), à mi-charge (seuil de tension Vseuii entre les tensions minimale et maximale de cellule), etc..., - la solution de détermination obtenue est robuste à l'utilisation d'un système d'équilibrage des cellules, sans faire appel à des moyens de mesures supplémentaires : le fait de placer un ou plusieurs comparateurs 13, aux bornes de chaque cellule i garantit que l'estimation obtenue pour la batterie prend bien en compte l'état de chaque cellule i (équilibrage ou non). Le fait par exemple de décharger une cellule i dans une résistance, comme c'est le cas pour un système d'équilibrage dissipatif standard, peut être détecté par le comparateur 13,, au franchissement du seuil la souplesse sur la définition technique du système est améliorée : pour une performance globale de la solution de détermination quasi équivalente, il est possible soit de dégrader la précision du capteur de courant 12 et d'augmenter le nombre de comparateurs 13, aux bornes de chaque cellule i, soit de diminuer le nombre de comparateurs 13, et d'augmenter la précision du capteur de courant 12. L'invention porte aussi sur un support d'enregistrement de données lisible par un calculateur tel que l'unité de commande 14, sur lequel est enregistré un programme informatique comprenant des moyens de codes de programme informatique de mise en oeuvre des phases et/ou des étapes d'un procédé ci-dessus. Elle concerne aussi un programme informatique comprenant un moyen 15 de codes de programme informatique adapté à la réalisation des phases et/ou des étapes d'un procédé ci-dessus, lorsque le programme est exécuté sur un calculateur tel que l'unité de commande 14. La solution technique présentée dans ce document peut s'appliquer à 20 tout type de jauge pour batterie, dans divers domaines industriels (automobile, téléphonie, ordinateurs, ...). Elle est valable à la fois pour les systèmes embarqués et débarqués.

Claims (18)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de l'état de charge (SoCi) d'une cellule élémentaire (i) d'une batterie de stockage d'électricité, comprenant une étape d'estimation périodique de l'état de charge (SoCi) de la cellule, caractérisé en ce que l'étape d'estimation comprend une étape de correction de l'état de charge estimé (SoCi) à au moins une valeur prédéterminée d'état de charge (SoCprédéterminé).
2. 2. Procédé de détermination de l'état de charge d'une cellule élémentaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de correction comprend les étapes suivantes : - comparaison entre la tension électrique (V1) aux bornes de la cellule et au moins une valeur seuil de tension (Vseuii) à laquelle est 15 associée au moins une valeur prédéterminée d'état de charge (SOCprédéterminé), - comparaison entre l'état de charge estimé (SoCi) et la valeur prédéterminée d'état de charge (SoCprédéterminé), - correction de l'état de charge estimé (SoCi) à la valeur 20 prédéterminée d'état de charge (SoCprédéterminé) en fonction de l'issue des deux étapes de comparaison.
3. 3. Procédé de détermination de l'état de charge d'une cellule élémentaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que la correction inclut de modifier l'état de charge estimé (SoCi) en le rendant égal à la 25 valeur prédéterminé d'état de charge (SOCprédéterminé) si l'une des conditions de correction suivantes est satisfaite : - la tension électrique (V,) aux bornes de la cellule (i) est supérieure à la valeur seuil de tension (Vseuii) alors que l'état de charge estimé (SoCi)est inférieur à la valeur prédéterminée d'état de charge (SoCprédéterminé), OU ; la tension électrique (V1) aux bornes de la cellule (i) est inférieure à la valeur seuil de tension (Vseuil) alors que l'état de charge estimé (SoC,) est supérieur à la valeur prédéterminée d'état de charge (SoCprédéterminé)-
4. 4. Procédé de détermination de l'état de charge d'une cellule élémentaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape d'estimation inclut une étape de calcul de l'intensité (le, I,) du courant total circulant dans la cellule (i) puis une étape d'intégration dans le temps de cette intensité.
5. 5. Procédé de détermination de l'état de charge d'une cellule élémentaire selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de filtrage, après l'étape de correction, pour éviter une variation brusque de l'état de charge déterminé (SoC,) pour la cellule en cas de correction.
6. 6. Procédé de détermination de l'état de charge d'une cellule élémentaire selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape d'estimation est répétée de manière périodique à des instants d'échantillonnage sur une durée de fonctionnement.
7. 7. Procédé de détermination de l'état de charge d'une cellule élémentaire selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'à la première étape d'estimation est utilisé le dernier état de charge déterminé (SoCunit) pour la cellule (i) à la fin de la durée de fonctionnement précédente.
8. 8. Procédé de détermination de l'état de charge d'une cellule élémentaire selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque étape d'estimation sauf la première utilise l'état de charge déterminé (SoC1(k-1)) pour la cellule (i) à l'instant d'échantillonnage précédent (k-1) et une mesure de l'intensité (l (k), I,(k)) du courant total circulant dans la cellule (i) à l'instant d'échantillonnage courant (k).
9. 9. Procédé de détermination de l'état de charge d'une cellule élémentaire selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'étape de correction est exécutée uniquement si l'intensité (le, I,) du courant total circulant dans la cellule (i) est inférieure à un seuil déterminé et/ou si les conditions de correction sont remplies pendant un délai déterminé.
10. 10. Procédé de détermination de l'état de charge d'une cellule élémentaire selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'à l'issue de la durée de fonctionnement, il comprend une étape d'enregistrement de la dernière valeur déterminée d'état de charge (SoC,) de la cellule.
11. 11. Procédé de détermination de l'état de charge (SOCbatterie) d'une batterie de stockage d'électricité comprenant une pluralité de cellules élémentaires (i) montées en série et/ou en parallèle, caractérisé en ce qu'il comprend une phase d'évaluation de l'état de charge de la batterie (SOCbatterie) comprenant une étape de détermination des états de charge individuels (SoC,) de toutes les cellules en appliquant, pour chacune d'elles, le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, puis une étape de calcul de l'état de charge de la batterie (SOCbatterie) à partir des résultats de l'étape précédente.
12. 12. Procédé de détermination de l'état de charge d'une batterie selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape de détermination des états de charge individuels (SoC,) de toutes les cellules (i) inclut d'appliquer, pour chacune d'elles, au moins deux fois le procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 10 en utilisant, dans leurs étapes de comparaison de tension, des valeurs de seuil de tension (Vseuil) différentes.
13. 13. Procédé de détermination de l'état de charge d'une batterie selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce qu'à l'issue de la durée de fonctionnement, il comprend une étape d'enregistrement de la dernière valeur déterminée de l'état de charge de la batterie.
14. 14. Système de détermination de l'état de charge (SoC,) d'une cellule élémentaire (i), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels et/ou logiciels qui mettent en oeuvre un procédé selon l'une des revendications 1 à 10.
15. 15. Système de détermination selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens matériels et/ou logiciels comprennent : - au moins un comparateur de tension (13,) placé au niveau de la cellule (i) générant un signal (C,) représentatif de la comparaison entre la tension électrique (V,) aux bornes de la cellule (i) et une valeur seuil de tension (Vseu,l), - un capteur de courant (12) pour déterminer l'intensité (I;, Ic) du courant total traversant la cellule, - et une unité de commande (14) estimant un état de charge (SoC,) à partir de l'intensité du courant déterminée, et corrigeant l'état de charge estimé en fonction du signal (C,) provenant de l'au moins un comparateur(13;) et d'une valeur prédéterminée d'état de charge (SoCprédéterminé) associée à la valeur seuil de tension (Vseuii).
16. 16. Système de détermination de l'état de charge (SOCbatterie) d'une batterie de stockage d'électricité comprenant une pluralité de cellules élémentaires (i) montées en série et/ou en parallèle équipées chacune d'un système selon l'une des revendications 14 ou 15.
17. 17. Support d'enregistrement de données lisible par un calculateur, sur lequel est enregistré un programme informatique comprenant des moyens de codes de programme informatique de mise en oeuvre des phases et/ou des étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 13.
18. 18. Programme informatique comprenant des moyens de codes de programme informatique adapté à la réalisation des phases et/ou des étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 13, lorsque le programme est exécuté sur un calculateur.