FR3041764A1

FR3041764A1 - Procede et dispositif de determination d'un indicateur d'etat de sante d'une batterie lithium

Info

Publication number: FR3041764A1
Application number: FR1559007A
Authority: FR
Inventors: Akram Eddahech
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2017-03-31
Anticipated expiration: 2035-09-24
Also published as: WO2017050944A1; FR3041764B1

Abstract

Le procédé de détermination d'un indicateur d'état de santé (SOH) d'une batterie lithium de l'invention comprend une étape (E3) de temporisation durant une phase de relaxation de la tension de la batterie postérieure à une phase de décharge, ou de charge, de la batterie, une étape (E4) de mesure d'une tension de la batterie après relaxation à un instant tn de fin de temporisation, et une étape (E5) de calcul de l'indicateur d'état de santé de la batterie à l'instant tn à partir de la tension après relaxation (OCVtn) mesurée à l'instant tn et d'une tension après relaxation de la batterie (OCVto) mesurée en début de vie de la batterie.

Description

Titre : Procédé et dispositif de détermination d’un indicateur d’état de santé d’une batterie lithium

Domaine technique de l'invention L’invention concerne un procédé de détermination d’un indicateur d’état de santé d’une batterie lithium, notamment d’une batterie lithium-ion, et d’un dispositif associé. Elle concerne aussi un système de contrôle d’une batterie lithium intégrant un tel dispositif ainsi qu’un véhicule automobile ou hybride et un dispositif nomade équipés de ce système de contrôle. État de la technique

Les batteries ou accumulateurs lithium, notamment les batteries lithium-ion, lithium-ion-polymère ou lithium-métal-polymère, sont largement utilisées dans le domaine automobile pour l’alimentation des véhicules automobiles électriques ou hybrides et dans le domaine de l’électronique nomade. En vieillissant, les performances de ces batteries se dégradent, ce qui se traduit par une baisse de leur capacité et par une augmentation de leur résistance. Il en résulte une perte d’autonomie de la batterie et une baisse de sa durée de vie. Le vieillissement se produit au cours du temps, même si la batterie est laissée au repos. L’état de santé d’une batterie est généralement représenté par un indicateur appelé « SOH >> (de l’anglais « State Of Health >>) exprimé en pourcentage, une batterie neuve ayant un SOH de 100% . Le suivi du SOH d’une batterie au cours du temps permet d’optimiser l’utilisation de la batterie et de se prémunir d’éventuels dysfonctionnements. Cela permet notamment de déterminer à partir de quel moment une batterie initialement utilisée pour une première application peut être changée de cadre d’utilisation afin d’être utilisée dans une seconde application ou doit simplement être remplacée par une batterie neuve pour éviter tout dysfonctionnement. Par exemple, une batterie peut être utilisée, en première application, pour alimenter un véhicule électrique ou hybride puis être exploitée, en deuxième application, pour alimenter des auxiliaires de centrales électriques ou de stations ou sous-stations des réseaux électriques. D’autres exemples d’usages de seconde vie sont présentés dans le document « Etude de la seconde vie des batteries des véhicules électriques et hybrides rechargeables » rapport ADEME, 2011.

Une première méthode standard pour estimer le SOH d’une batterie consiste à réaliser une charge complète de la batterie puis une décharge complète tout en mesurant la quantité d’ampères-heures déchargée afin d’obtenir la capacité de la batterie. Une telle méthode est consommatrice en temps. En outre, elle est difficile à mettre en œuvre durant une utilisation normale de la batterie, au cours de la vie de celle-ci. Elle constitue davantage une méthode de diagnostic ou de maintenance qu’une méthode de suivi.

Une deuxième méthode connue pour estimer le SOH d’une batterie utilise la spectroscopie d’impédance électrochimique. Cela nécessite de sortir la batterie de son cadre d’utilisation et de disposer d’une instrumentation adaptée et de moyens de suivi de paramètres d’un modèle d’impédance. Une telle méthode est complexe à mettre en œuvre et coûteuse. Elle ne permet pas de connaître la capacité de la batterie. De surcroît, elle ne peut pas être embarquée au sein d’un système de contrôle de la batterie ou BMS (de l’anglais « Battery Management System »). D’autres méthodes connues pour estimer le SOH d’une batterie s’appuient sur des techniques d’intelligence artificielle telles que les réseaux de neurones ou la logique floue, ou sur l’identification de paramètres d’un modèle, par exemple par filtrage de Kalman. Ces méthodes utilisent des algorithmes complexes qui nécessitent d’importantes ressources de traitement et de calcul.

La présente invention vient améliorer la situation.

Objet de l'invention A cet effet, l’invention concerne un procédé de détermination d’un indicateur d’état de santé d’une batterie lithium, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de temporisation durant une phase de relaxation de la tension de la batterie postérieure à une phase de décharge, ou de charge, de la batterie, une étape de mesure d’une tension de la batterie après relaxation à un instant tn de fin de temporisation, et une étape de calcul de l’indicateur d’état de santé de la batterie à l’instant tn à partir de la tension après relaxation mesurée à l’instant tn et d’une tension après relaxation de la batterie mesurée en début de vie de la batterie.

La détermination de l’état de santé d’une batterie lithium selon l’invention offre de multiples avantages : elle est simple à mettre en oeuvre, fiable et précise et peut être exécutée pendant une utilisation normale de la batterie, par exemple lors son utilisation au sein d’un véhicule électrique ou hybride ou au sein d’un dispositif nomade. Elle n’induit pas de vieillissement supplémentaire de la batterie.

Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, l’indicateur d’état de santé est calculé par la relation suivante :

où SOH(tn) est l’indicateur d’état de santé de la batterie à l’instant tn, OCVtn représente la tension de la batterie après relaxation mesurée à l’instant tn, OCVto représente la tension de la batterie après relaxation en début de vie de la batterie, B représente un coefficient de dégradation de la batterie.

Avantageusement, les étapes de temporisation et de mesure de la tension après relaxation de la batterie sont mises en oeuvre après une décharge, ou une charge, complète de la batterie. La détermination de l’état de santé de la batterie est fiable et précise en cas de mesure de la tension après relaxation suite à une

décharge complète ou à une charge complète à un régime de courant bien déterminé qui soit de préférence supérieure à C/2. Toutefois, la décharge (ou la charge) pourrait n’être que partielle, de préférence inférieure à 50% (respectivement supérieure à 50%).

Avantageusement encore, ladite phase de décharge, ou de charge, de la batterie s’effectue à une température déterminée de la batterie, notamment une température inférieure à 45°C, de préférence comprse entre 15°C et 50°C.

Dans un mode de réalisation particulier, le procédé comprend une étape de détection de ladite phase de décharge, ou de charge, de la batterie durant une utilisation de ladite batterie consistant à alimenter une charge. L’état de santé de la batterie est ainsi déterminé en cours d’utilisation de la batterie, connectée à un élément de charge tel qu’un moteur électrique de véhicule électrique ou hybride ou un dispositif nomade.

Avantageusement, l’étape de temporisation a une durée adaptée de sorte à ce que la tension après relaxation atteigne à l’instant de fin de temporisation une valeur comprise entre Ue-5itiv et Ue+5itiv, Ue représentant une valeur d’équilibre de la tension après relaxation complète.

Avantageusement encore, la durée de l’étape de temporisation est supérieure ou égale à 10 minutes, notamment supérieure ou égale à 20 minutes, notamment encore supérieure ou égale à 30 minutes.

Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, le procédé comprend la mise en oeuvre, en début de vie de ladite batterie, d’une étape de temporisation durant une phase de relaxation de la tension de la batterie postérieure à une phase de décharge, ou de charge, de la batterie, et d’une étape de mesure d’une tension après relaxation de la batterie à un instant to de fin de temporisation.

Le « début de vie >> de la batterie peut être caractérisé par un SOH supérieur ou égal à 98%. Généralement, c’est quand la capacité de la batterie est supérieure ou égale à sa valeur nominale.

De préférence, la durée de l’étape de temporisation précédant la mesure de la tension après relaxation à l’instant t0 de début de vie est identique à la durée de l’étape de temporisation précédant la mesure de la tension après relaxation à l’instant tn

De préférence encore, la phase de décharge, ou de charge, de la batterie précédant la mesure de la tension après relaxation à l’instant t0 de début de vie s’effectue à la même température déterminée que celle à laquelle s’effectue la phase de décharge, ou de charge, de la batterie précédant la mesure de la tension après relaxation à l’instant tn.

Ainsi, les conditions de température de batterie et/ou de durée de temporisation sont les mêmes pour la mesure de la tension après relaxation en début de vie et pour la mesure de la tension après relaxation à un instant quelconque en cours de vie de la batterie.

Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, le coefficient B est déterminé lors d’une étape de configuration mise en oeuvre sur une batterie témoin de même technologie que ladite batterie, lors de laquelle on détermine une valeur de coefficient B adaptée pour obtenir une courbe d’évolution de l’indicateur SOH de la batterie témoin en fonction d’un nombre de cycles de charge et de décharge, par la relation

.B, qui est ajustée à une courbe de référence d’évolution de l’indicateur SOH de la batterie témoin en fonction d’un nombre de cycles de charge et de décharge.

Avantageusement, on fait vieillir la batterie témoin en lui appliquant des cycles de charge et de décharge et, au cours du vieillissement de la batterie

témoin, on réalise des mesures de la tension après relaxation de la batterie témoin, à un instant t0 de début de vie de la batterie témoin et à différents instants tn en cours de vie de la batterie témoin, afin d’obtenir la tension après relaxation OCVto de début de vie et différentes tensions après relaxation OCVtnen cours de vie.

Avantageusement encore, les cycles de charge et de décharge de la batterie témoin sont exécutés dans les mêmes conditions de température et en utilisant les mêmes courants de charge et de décharge que pour l’exécution des cycles de charge et de décharge réalisés pour obtenir la courbe de référence d’évolution de l’indicateur SOH de la batterie témoin.

Ladite courbe de référence d’évolution de l’indicateur SOH peut être obtenue par une méthode de mesure de capacités déchargées suite à des charges complètes de batterie. L’invention concerne aussi un dispositif de détermination d’un indicateur d’état de santé d’une batterie lithium, caractérisé en ce qu’il comprend un module de temporisation durant une phase de relaxation de la tension de la batterie postérieure à une phase de décharge, ou de charge, de la batterie, un module de mesure d’une tension de la batterie après relaxation à un instant tn de fin de temporisation, et un module de calcul de l’indicateur d’état de santé de la batterie à l’instant tn à partir de la tension après relaxation mesurée à l’instant tn et d’une tension après relaxation de la batterie mesurée en début de vie de la batterie.

Le dispositif comprend avantageusement tout ou partie des caractéristiques additionnelles suivantes : - le module de calcul est agencé pour calculer l’indicateur d’état de santé est par la relation suivante :

où SOH(tn) est l’indicateur d’état de santé de la batterie à l’instant tn, OCVtn représente la tension de la batterie après relaxation mesurée à l’instant tn, OCVto représente la tension de la batterie après relaxation en début de vie de la batterie, B représente un coefficient de dégradation de la batterie. - le dispositif comprend un module de détection de ladite phase de décharge, ou de charge, de la batterie durant une utilisation de ladite batterie consistant à alimenter une charge ; - ledit module de détection est adapté pour détecter que ladite phase de décharge, ou de charge, s’effectue à une température déterminée de la batterie, notamment une température inférieure à 45°C, de préférence comprise entre 15°C et 50°C. L’invention concerne aussi un système de contrôle d’une batterie lithium intégrant le dispositif tel que défini plus haut. L’invention concerne encore un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant une batterie lithium et un système de contrôle de la batterie tel que défini ci-dessus. L’invention concerne enfin un dispositif nomade, comprenant une batterie lithium et un système de contrôle de la batterie tel que défini ci-dessus.

Description sommaire des dessins L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description suivante d’un mode de réalisation particulier du procédé de détermination d’un indicateur d’état de santé d’une batterie lithium et d’un dispositif associé, selon l’invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 représente des courbes d’évolution de la tension d’une batterie, en l’espèce une batterie lithium-ion, en fonction du temps, lors d’une décharge complète et durant une phase de relaxation qui suit cette décharge, pour différents SOH de la batterie ; - La figure 2 représente un organigramme des étapes du procédé de détermination d’un indicateur d’état de santé d’une batterie lithium selon un mode de réalisation particulier de l’invention ; - La figure 3 représente o deux courbes d’évolution du SOH d’une batterie témoin en fonction d’un nombre de cycles de charge/décharge, respectivement obtenues par un procédé standard de détermination du SOH et par le procédé de la figure 2, à une température de batterie de 25°C ; o deux courbes d’évolution du SOH d’une batterie témoin en fonction d’un nombre de cycles de charge/décharge, respectivement obtenues par un procédé standard de détermination du SOH et par le procédé de la figure 2, à une température de batterie de 45°C ; - la figure 4 représente un schéma bloc fonctionnel d’un dispositif de détermination d’un indicateur d’état de santé d’une batterie lithium selon une forme de réalisation particulière de l’invention, pour la mise en oeuvre du procédé de la figure 2.

Description détaillée de modes de réalisation particuliers de l'invention

Le procédé de l’invention vise à déterminer un paramètre représentatif ou un indicateur de l’état de santé d’une batterie lithium 1, en l’espèce le « SOH >> (de l’anglais « State Of Health >>). Le SOH d’une batterie est exprimé en pourcentage. Il est égal à 100% lorsque la batterie est à l’état neuf et diminue lors du vieillissement de la batterie.

La batterie 1 est destinée à alimenter électriquement une charge 2. Par le terme « charge >> on entend désigner un élément destiné à consommer l’énergie électrique fournie par la batterie 1. La charge 2 est par exemple un moteur électrique d’un véhicule automobile électrique ou hybride ou bien un dispositif nomade (téléphone mobile, tablette, ou autre). Le procédé est ici mis en œuvre durant une utilisation normale de la batterie, c’est-à-dire pendant que la batterie 1 est connectée à la charge 2 et l’alimente en énergie électrique. Il pourrait toutefois être mis en œuvre en dehors du cadre d’utilisation normale de la batterie, par exemple lors d’un diagnostic.

Un BMS 3 (de l’anglais « Battery Management System »), ou système de contrôle de batterie, est destiné à contrôler la batterie 1 et à surveiller l’état de différents éléments de la batterie 1. Le BMS 3 comprend un dispositif 4 de détermination du SOH de la batterie 1, destiné à mettre en œuvre le procédé de détermination du SOH de la batterie 1 de l’invention.

En référence à la figure 2, on va maintenant décrire le procédé de détermination du SOH de la batterie 1 selon un mode de réalisation particulier de l’invention.

Le procédé comprend une première étape E2 de détection d’une décharge, ici une décharge complète, de la batterie 1 à une température prédéfinie de la batterie 1, appelée température de référence Tref, avec une précision de ±ΔΓ = ±3°C. La décharge complète à la température Tref détectée se produit ici durant une utilisation normale de la batterie 1 connectée à la charge associée 2. La température Tref est ici égale à 25°C. La température Tref pourrait être différente de 25°C, avantageusement inférieure à 45°C, avantageusement encore comprise entre 15°C et 50°C.

Sur la figure 1, on a représenté différentes courbes d’évolution de la tension U de la batterie (exprimée en volts) en fonction du temps, pendant et après une décharge complète de la batterie 1, pour différents états de santé ou SOH de la batterie 1, en l’espèce pour les valeurs de SOH suivantes : 100% (courbe Co), 96,4% (courbe Ci), 93,5% (courbe C2), 86,5% (courbe C3), 75,1% (courbe C4) et 57,1% (courbe C5). Ces courbes Co à C5 sont déterminées à une température de la batterie 1 égale à la température de référence Tref. On voit sur cette figure 1 que la décharge complète de la batterie 1 provoque une baisse de la tension U de la batterie 1 jusqu’à une valeur minimale LUn, ici égale à 3V. La décharge complète de la batterie 1 est suivie d’une phase de relaxation durant laquelle la tension U augmente jusqu’à atteindre une tension d’équilibre Ue à laquelle elle se stabilise. Par souci de clarté, seules certaines des tensions d’équilibre Ueo, Uei, .... Ues relatives aux courbes de tension C0 à C5 sont indiquées sur la figure 1. La relaxation complète d’une batterie jusqu’à atteindre la tension d’équilibre Ue est un phénomène qui peut prendre plusieurs heures. Toutefois, comme on peut le voir sur la figure 1, la tension U de la batterie atteint une valeur proche de la tension d’équilibre Ue, comprise entre Ue-5itiV et Ue+5itiV, rapidement après le début de la phase de relaxation.

Suite à l’étape E2 de détection d’une décharge complète de la batterie 1, le procédé se poursuit par une étape E3 de temporisation ou de pause durant la phase de relaxation. Cette étape de temporisation E3 consiste à attendre que la tension U de la batterie 1 atteigne une valeur égale ou proche de la tension d’équilibre Ue- La durée de l’étape de temporisation E3 est paramétrable. Elle doit être adaptée de sorte à ce qu’une tension après relaxation mesurée, notée OCVtn, atteigne à l’instant tn de fin de temporisation une valeur comprise entre Ue-5itiv et Ue+5itiv, Ue représentant la valeur de la tension d’équilibre après relaxation complète de la batterie 1. Par définition, la « tension après relaxation >> représente la tension de la batterie 1 à la fin de l’étape de temporisation E3, après une relaxation au moins partielle de la batterie 1 de durée suffisante pour que la tension de la batterie 1 atteigne une valeur égale ou proche de la tension d’équilibre Ue, comprise entre Ue-5itiv et Ue+5itiv. Dans l’exemple de réalisation décrit ici, la durée τ de l’étape de temporisation E3 est égale, ou sensiblement égale, à 30 minutes. En variante, la durée de temporisation τ pourrait être supérieure ou égale à 10 minutes, de préférence supérieure ou égale à 20 minutes. En toute hypothèse, cette durée de temporisation τ est fixe, c’est-à-dire toujours la même à chaque détermination du SOH de la batterie 1. L’étape de temporisation E3 est suivie d’une étape E4 de mesure de la tension après relaxation OCVtn de la batterie 1 à l’instant tn de fin de temporisation, où n (entier supérieur ou égal à 1) indique le numéro d’ordre de la détermination du SOH durant la vie de la batterie 1.

En variante, au lieu de détecter une décharge complète de la batterie 1 durant son utilisation normale, on pourrait envisager de commander une décharge complète de la batterie 1 spécifiquement pour exécuter ensuite les étapes de temporisation E3 et de mesure de tension après relaxation E4.

Le procédé comprend ensuite une étape E5 de calcul de l’indicateur SOH d’état de santé de la batterie à l’instant tn à partir de la tension après relaxation OCVtn mesurée à l’instant tn et d’une tension après relaxation OCVto de la batterie 1 mesurée en début de vie de la batterie 1 à un instant to. Le SOH de la batterie 1 à l’instant tn est calculé par la relation suivante : où

- SOH(tn) est l’indicateur d’état de santé de la batterie 1 à l’instant tn, - OCVtn représente la tension après relaxation de la batterie 1 mesurée à l’instant tn, - OCVto représente la tension après relaxation de la batterie 1 mesurée en début de vie de la batterie 1 à un instant t0, - B représente un coefficient de dégradation de la batterie 1.

La tension après relaxation OCVtode début de vie de la batterie 1 est mesurée lors d’une première étape de configuration ou d’étalonnage EO. Par l’expression « début de vie de la batterie >>, on entend signifier que la batterie est dans un état neuf ou quasi-neuf, son SOH étant égal ou sensiblement égal à 100%, avantageusement supérieur ou égal à 98%.

L’étape de configuration EO comprend la mise en œuvre, en début de vie de ladite batterie 1, d’une étape E01 de temporisation durant une phase de relaxation de la tension de la batterie 1, postérieure à une phase E00 de décharge complète de la batterie 1, et d’une étape E02 de mesure d’une tension de la batterie après relaxation à un instant to de fin de temporisation. L’étape E00 de décharge complète de la batterie 1 est ici détectée par le système de contrôle ou BMS 3 de la batterie 1, ce qui déclenche l’exécution des étapes de temporisation E01 et de mesure E02. En variante, on pourrait commander (et donc forcer) une décharge complète de la batterie 1, en début de vie de celle-ci, pour ensuite mettre en œuvre les étapes de temporisation E01 et de mesure E02. Les étapes de temporisation E01 et de mesure E02 sont analogues aux étapes de temporisation E3 et de mesure E4 telles que précédemment décrites, à la différence près qu’elles sont mises en œuvre en début de vie de la batterie 1. En particulier, la durée de temporisation de l’étape E01 est égale à la durée τ de temporisation de l’étape E3. En outre, la température de la batterie 1 durant la phase de décharge complète précédant les étapes de temporisation E01 et de mesure E02 est égale à la température Tref avec une précision de ±ΔΓ (avec ΔΤ=3 ° C) de la batterie 1 lors de la décharge complète détectée lors de l’étape E2. Autrement dit les conditions de température de la batterie 1 et de durée de temporisation τ relatives à la mesure de OCVto sont les mêmes que celles relatives à la mesure de OCVtn.

En variante, la tension après relaxation OCVto en début de vie de la batterie 1 peut être une donnée fournie par le fabricant de la batterie 1.

Le coefficient B de dégradation de la batterie 1 est déterminé lors d’une deuxième étape préalable de configuration ou d’étalonnage E1. Cette étape E1 est mise en œuvre sur une batterie témoin de même technologie que la batterie 1. Par l’expression « de même technologie », on entend signifier que la batterie témoin et la batterie contrôlée 1 présentent à l’état neuf des caractéristiques techniques identiques (batteries identiques et/ou même constructeur et/ou même capacité et/ou de même série et/ou de même référence). L’étape E1 comprend plusieurs sous-étapes E10 à E13, décrites ci-après.

La première sous-étape E10 est une étape d’obtention de données d’évolution du SOH de la batterie témoin en fonction du nombre de cycles de charge et de décharge de la batterie témoin, à une température donnée de la batterie témoin, ici égale à la température de référence (25°C), en utilisant un courant de charge de 1C et un courant de décharge de 1C. Ces données d’évolution du SOH en fonction du nombre de cycles de charge/décharge sont déterminées par une méthode de mesure du SOH différente de celle de l’invention, par exemple par mesure de la capacité déchargée (c’est-à-dire du nombre d’ampères heures déchargés) lors d’une décharge complète après une charge complète. Elles sont représentées sur la figure 3 par la courbe SOHref dite « de référence >>. Ces données de référence d’évolution du SOH en fonction du nombre de cycles de charge/décharge sont généralement fournies par le constructeur de la batterie témoin. On pourrait bien entendu les mesurer directement en faisant vieillir la batterie témoin. Dans ce cas, l’étape suivante E11 (décrite ci-après) utilise une autre batterie témoin identique.

La sous-étape E11 est une étape de vieillissement de la batterie témoin, durant laquelle on fait vieillir la batterie témoin dans les mêmes conditions que celles qui viennent d’être indiquées relativement à la courbe SOHref, c’est-à-dire en lui appliquant une succession de cycles de charge et de décharge à une température donnée de la batterie (ici égale à la température de référence de 25°C), et en utilisant un courant de charge de 1C d un courant de décharge de 1C.

Au cours du vieillissement, on réalise plusieurs mesures de tension après relaxation de la batterie témoin, lors d’une sous-étape de mesure E12. Cette sous-étape E12 comprend, à un instant to de début de vie de la batterie témoin et à différents instants tn au cours de la vie de la batterie témoin (c’est-à-dire durant son vieillissement), des mesures de la tension après relaxation de la batterie témoin, après une décharge complète de la batterie témoin puis une temporisation de durée τ (de façon analogue aux étapes E2 et E3 précédemment décrites), afin d’obtenir la valeur OCVto et différentes valeurs OCVtn de tension après relaxation de la batterie témoin, en début de vie et à différents instants tn en cours de vie.

La sous-étape de mesure E12 est suivie d’une sous-étape d’ajustement E13. Lors de cette sous-étape d’ajustement E13, on recherche une valeur du coefficient B permettant d’obtenir une deuxième courbe d’évolution de l’indicateur SOH, notée SOHinv, en fonction d’un nombre de cycles de charge et de décharge de la batterie témoin, donnée par la relation

100β et qui soit ajustée au mieux à la première courbe de référence SOHref. Le coefficient B déterminé correspond à celui pour lequel l’ajustement entre les deux courbes de SOH, à savoir SOHref et SOHinv, est optimal. Cet ajustement optimal peut être défini par exemple par une erreur quadratique moyenne proche de 0,9 à 1 entre les deux courbes.

Le coefficient B ainsi déterminé pour une batterie témoin peut être utilisé pour déterminer le SOH de toutes les batteries de même technologie que la batterie témoin. Par exemple, pour les batteries de technologie LMO, le coefficient B vaut 10.

Le coefficient B ainsi déterminé permet également de déterminer le SOH à différentes températures de la batterie 1 par la relation SOH(tn) = 100 -

.B. Sur la figure 3, avec le coefficient B déterminé à une température de batterie de 25°C, on obtient une courbe de SOH, notée SOHinv_45, à une température de batterie de 45°C, qui est tès proche d’une courbe de SOH de référence SOHref_45 à la température de batterie (45°C), obtenue par exemple par une méthode de mesure de capacités déchargées.

Le procédé qui vient d’être décrit est mis en œuvre par le dispositif 4 de détermination de l’état de santé ou du SOH de la batterie, intégré dans le système de contrôle ou BMS 3 de la batterie 1.

Le dispositif 4 comprend : - un module 40 de détection d’une phase de décharge complète de la batterie 1 à une température déterminée de la batterie ici égale à la température de référence de 25 °C, durant une utilisation de la batterie consistant à alimenter une charge ; - un module 41 de temporisation durant une phase de relaxation de la tension de la batterie 1 postérieure à une phase de décharge complète détectée ; - un module 42 de mesure d’une tension après relaxation OCVtn de la batterie 1 à un instant tn de fin de temporisation ; - un module 43 de calcul de l’indicateur d’état de santé de la batterie, ou SOH, à l’instant tn, à partir de la tension après relaxation OCVtn mesurée à l’instant tn et d’une tension après relaxation de la batterie OCVtn mesurée en début de vie de la batterie 1. L0

Les modules 40, 41, 42, 43 sont destinée à commander l’exécution des étapes E2, E3, E4 et E5 respectivement.

Les modules 40, 41 et 42 sont également destinés à commander la mise en œuvre des étapes de configuration E00, E01 et E02 respectivement.

Le dispositif 4 comprend en outre une mémoire de stockage 44 dans laquelle la tension après relaxation OCVto mesurée en début de vie de la batterie 1 et le coefficient B sont enregistrés.

Le dispositif 4 est intégré dans le système de contrôle de la batterie ou BMS 3. L’invention concerne donc aussi le système 3 de contrôle de la batterie intégrant le dispositif 4. L’invention concerne également un véhicule automobile électrique ou hybride intégrant un tel système de contrôle de batterie 3. L’invention concerne enfin un dispositif nomade (par exemple téléphone mobile, tablette, etc.) intégrant un tel système de contrôle de batterie 3. L’étape de configuration ou d’étalonnage E1 destinée à déterminer le coefficient B pour les batteries d’une technologie donnée à partir d’une batterie témoin de cette technologie est mise en œuvre au moyen d’un équipement de test qui comprend : - un dispositif destiné à appliquer des cycles de charge et de décharge (complètes) de la batterie afin de faire vieillir la batterie, adapté pour mettre en œuvre l’étape E11 ; - un dispositif de mesure de tensions après relaxation de la batterie témoin, OCVtn,OCVto, à différents instants de fin de temporisation to et tn, adapté pour mettre en œuvre l’étape E12 ; - un dispositif de traitement intégrant un module logiciel d’ajustement, destiné à mettre en œuvre l’étape d’ajustement E13 afin de déterminer une valeur du coefficient B à partir des données relatives à la courbe de référence SOHref et des mesures OCVtn,OCVto.

Dans la description qui précède, les étapes de temporisation durant la phase de relaxation puis de mesure de la tension après relaxation sont mises en œuvre après une décharge complète de la batterie. En variante, on pourrait envisager de les mettre en œuvre après une décharge partielle de la batterie, jusqu’à un état de charge prédéfini, de préférence inférieur ou égal à 50%, par exemple égal à 50% ou à 20%, ou après une charge complète de la batterie, ou encore après une charge partielle de la batterie jusqu’à un état de charge prédéfini, de préférence supérieur ou égal à 50%, par exemple égal à 50% ou à 80%.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de détermination d’un indicateur d’état de santé (SOH) d’une batterie lithium (1), caractérisé en ce qu’il comprend une étape (E3) de temporisation durant une phase de relaxation de la tension de la batterie (1) postérieure à une phase de décharge, ou de charge, de la batterie (1), une étape (E4) de mesure d’une tension de la batterie après relaxation à un instant tn de fin de temporisation, et une étape (E5) de calcul de l’indicateur d’état de santé de la batterie à l’instant tn à partir de la tension après relaxation (OCVtn) mesurée à l’instant tn et d’une tension après relaxation de la batterie {OCVto) mesurée en début de vie de la batterie (1).
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’indicateur d’état de santé est calculé par la relation suivante :

où SOH(tn) est l’indicateur d’état de santé de la batterie à l’instant tn, OCVtn représente la tension de la batterie après relaxation mesurée à l’instant tn, OCVto représente la tension de la batterie après relaxation en début de vie de la batterie, B représente un coefficient de dégradation de la batterie.
3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les étapes de temporisation (E3) et de mesure (E4) de la tension après relaxation de la batterie sont mises en oeuvre après une décharge, ou une charge, complète de la batterie (1).
4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite phase de décharge, ou de charge, de la batterie (1) s’effectue à une température déterminée de la batterie, notamment une température inférieure à 45 °C, de préférence comprise entre 15Ό et 50°C.
5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de détection de ladite phase de décharge, ou de charge, de la batterie (1) durant une utilisation de ladite batterie consistant à alimenter une charge.
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de temporisation (E3) a une durée adaptée de sorte à ce que la tension après relaxation atteigne à l’instant de fin de temporisation une valeur comprise entre Ue-5itiv et Ue+5itiv, Ue représentant une valeur d’équilibre de la tension après relaxation complète.
7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée de l’étape de temporisation (E3) est supérieure ou égale à 10 minutes, notamment supérieure ou égale à 20 minutes, notamment encore supérieure ou égale à 30 minutes.
8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend la mise en œuvre, en début de vie de ladite batterie, d’une étape de temporisation (E01) durant une phase de relaxation de la tension de la batterie postérieure à une phase (E00) de décharge, ou de charge, de la batterie, et d’une étape (E02) de mesure d’une tension après relaxation de la batterie à un instant to de fin de temporisation.
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la durée de l’étape de temporisation (E01) précédant la mesure (E02) de la tension après relaxation à l’instant to de début de vie est identique à la durée de l’étape de temporisation (E3) précédant la mesure (E4) de la tension après relaxation à l’instant tn.
10. Procédé selon l’une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la phase de décharge (E00), ou de charge, de la batterie (1) précédant la mesure de la tension après relaxation à l’instant to de début de vie s’effectue à la même température déterminée que celle à laquelle s’effectue la phase de décharge (E2), ou de charge, de la batterie (1) précédant la mesure de la tension après relaxation à l’instant tn.
11. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le coefficient B est déterminé lors d’une étape de configuration (E1) mise en oeuvre sur une batterie témoin de même technologie que ladite batterie (1), lors de laquelle on détermine une valeur de coefficient B adaptée pour obtenir une courbe d’évolution de l’indicateur SOH de la batterie témoin en fonction d’un nombre de cycles de charge et de décharge, par la relation

B, qui est ajustée (E13) à une courbe de référence d’évolution de l’indicateur SOH de la batterie témoin en fonction d’un nombre de cycles de charge et de décharge.
12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’on fait vieillir la batterie témoin en lui appliquant (E11) des cycles de charge et de décharge et, au cours du vieillissement de la batterie témoin, on réalise (E12) des mesures de la tension après relaxation de la batterie témoin, à un instant t0 de début de vie de la batterie témoin et à différents instants tn en cours de vie de la batterie témoin, afin d’obtenir la tension après relaxation OCVto de début de vie et différentes tensions après relaxation OCVtnen cours de vie.
13. Procédé selon l’une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que les cycles de charge et de décharge de la batterie témoin sont exécutés dans les mêmes conditions de température et en utilisant les mêmes courants de charge et de décharge que pour l’exécution des cycles de charge et de décharge réalisés pour obtenir la courbe de référence d’évolution de l’indicateur SOH de la batterie témoin.
14. Procédé selon l’une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que ladite courbe de référence d’évolution de l’indicateur SOH est obtenue par une méthode de mesure de capacités déchargées suite à des charges complètes de batterie.
15. Dispositif de détermination d’un indicateur d’état de santé d’une batterie lithium, caractérisé en ce qu’il comprend un module (41) de temporisation durant une phase de relaxation de la tension de la batterie (1) postérieure à une phase de décharge, ou de charge, de la batterie (1), un module (42) de mesure d’une tension de la batterie après relaxation à un instant tn de fin de temporisation, et un module (43) de calcul de l’indicateur d’état de santé de la batterie à l’instant tn à partir de la tension après relaxation (OCVtn) mesurée à l’instant tn et d’une tension après relaxation de la batterie {OCVto) mesurée en début de vie de la batterie.
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le module de calcul (43) est agencé pour calculer l’indicateur d’état de santé est par la relation suivante :

où SOH(tn) est l’indicateur d’état de santé de la batterie à l’instant tn, OCVtn représente la tension de la batterie après relaxation mesurée à l’instant tn, OCVto représente la tension de la batterie après relaxation en début de vie de la batterie, B représente un coefficient de dégradation de la batterie.
17. Dispositif selon l’une des revendications 15 et 16, caractérisé en ce qu’il comprend un module (40) de détection de ladite phase de décharge, ou de charge, de la batterie (1) durant une utilisation de ladite batterie consistant à alimenter une charge.
18. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit module de détection (40) est adapté pour détecter que ladite phase de décharge, ou de charge, s’effectue à une température déterminée de la batterie, notamment une température inférieure à 45°C, de préférence comprise entre 15°C et 50°C.
19. Système de contrôle d’une batterie lithium, caractérisé en ce qu’il intègre le dispositif selon l’une des revendications 15 à 18.
20. Véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant une batterie lithium et un système de contrôle de la batterie selon la revendication 19.
21. Dispositif nomade, comprenant une batterie lithium et un système de contrôle de la batterie selon la revendication 19.