FR3041765A1

FR3041765A1 - Procede d'estimation d'un indicateur d'etat de sante d'une batterie lithium et dispositif d'estimation associe

Info

Publication number: FR3041765A1
Application number: FR1559051A
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: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2017-03-31
Anticipated expiration: 2035-09-25
Also published as: FR3041765B1; WO2017050945A1

Abstract

La batterie étant caractérisée par une signature thermique relative à une charge, ou une décharge, de la batterie à un régime donné, le procédé d'estimation comprend, durant une phase charge, ou de décharge, de la batterie au régime donné, une première étape de calcul d'une durée caractéristique d(t) entre un premier instant caractéristique t de la phase de charge, ou de décharge, et un deuxième instant ultérieur caractéristique de la phase de charge, ou de décharge, et une deuxième étape de calcul d'une estimation de l'indicateur d'état de santé de la batterie par la relation SOH(t) = 100 - (ΔSOC(t0) - ΔSOC(t)), où - ASOC(t) est égal à 100.d(t)/dtot représentant la durée totale de la phase de charge, ou de décharge, en début de vie de la batterie, - ΔSOC(to) est égal à 100.d(to)/dtot, t0 représentant un instant de début de vie de la batterie et d(t0) ayant une valeur prédéterminée.

Description

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

Domaine technique de l'invention L’invention concerne un procédé d’estimation d’un indicateur d’état de santé d’une batterie lithium, notamment d’une batterie lithium-ion, et d’un dispositif d’estimation associé. 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. A partir d’un certain SOH, par exemple 80%, on peut décider de remplacer la batterie par une batterie neuve pour éviter tout dysfonctionnement et éventuellement changer la batterie partiellement usagée de cadre d’utilisation afin de l’utiliser dans une seconde application différente de sa première application. 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 de 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 d’estimation d’un indicateur d’état de santé d’une batterie lithium caractérisée par une signature thermique relative à une charge, ou une décharge, de la batterie à un régime donné, caractérisé en ce qu’il comprend, durant une phase charge, ou de décharge, de la batterie au régime donné, une première étape de calcul d’une durée caractéristique d(t) entre un premier instant caractéristique t de la phase de charge, ou de décharge, et un deuxième instant ultérieur caractéristique de la phase de charge, ou de décharge, et une deuxième étape de calcul d’une estimation de l’indicateur d’état de santé de la batterie par la relation SOH(t) = 100 - (ASOCÇto) - ASOC(t)), OÙ - ASOC(t) est égal à

dtot représentant la durée totale de la phase de charge, ou de décharge, en début de vie de la batterie, - ASOC(t0) est égal à

, t0 représentant un instant de début de vie de la batterie et d(t0) ayant une valeur prédéterminée.

Le procédé d’estimation d’un indicateur d’état de santé d’une batterie lithium repose sur l’exploitation d’une signature thermique de la batterie lors d’une phase de charge ou de décharge à une régime donné. Par « signature thermique >> on entend désigner une courbe d’évolution de la température de la batterie en fonction de son état de charge, par exemple au cours d’une charge de la batterie à un régime donné (c’est-à-dire avec un courant de charge et/ou une tension de charge prédéfinis). Cette courbe d’évolution thermique présente une forme particulière qui constitue une signature thermique de la batterie. Le vieillissement d’une batterie lithium, notamment d’une batterie lithium-ion, se traduit par une réduction, voire une suppression, d’étages d’insertion des ions lithium au sein des électrodes. Cela a pour conséquence de modifier le comportement thermique de la batterie et d’induire un changement de son coefficient d’entropie. Il en résulte une modification progressive de la signature thermique de la batterie, au cours de son vieillissement. Le procédé de

l’invention exploite cette modification de la signature thermique de la batterie pour estimer son état de santé. En particulier, le procédé selon l’invention estime l’état de santé de la batterie en s’appuyant sur la détermination d’une durée caractéristique de la phase de charge ou de décharge en début de vie et en cours de vie de la batterie.

Dans un mode de réalisation particulier, le procédé comprend, durant une phase de charge CC à courant constant, une étape de détection d’une phase d’augmentation de la température de la batterie à partir d’un état de charge proche de 30%, compris entre 20% et 40%, et en ce que, lors de la première étape de calcul, on calcule au moins la durée caractéristique d(t) entre l’instant t de début de ladite phase d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et un instant ultérieur caractéristique de la phase de charge CC, et, durant la deuxième étape de calcul, on estime l’indicateur d’état de santé de la batterie par la relation SOH(t) = 100 - (ASOC(t0) - ASOC(t)), où - ASOC(t) est égal à

dcc représentant la durée totale de la phase de charge CC en début de vie de la batterie, - ASOC(t0) est égal à

Dans un premier mode de réalisation, ledit instant ultérieur caractéristique de la phase CC est l’instant de fin de la phase de charge CC et en ce que la première étape de calcul calcule une durée caractéristique d^t) entre l’instant t de début de ladite phase d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et l’instant de fin de la phase de charge CC, et la deuxième étape de calcul calcule une estimation de l’indicateur d’état de santé de la batterie par larelation SOH^t) = 100 - (Δ5Ο^(ί0) - ASOC^t)), où

di(t0) ayant une valeur prédéterminée.

Dans ce cas, l’estimation de l’état de santé de la batterie s’appuie sur la détermination de la durée d^t) entre l’instant t de début de la phase d’augmentation thermique à partir d’un SOC proche de 30% et l’instant de fin de la phase de charge CC.

Dans un deuxième mode de réalisation, ledit instant ultérieur caractéristique de la phase CC est un instant de transition entre une phase de diminution de la température de la batterie, suivant ladite phase d’augmentation à partir d’un état de charge proche de 30%, et une phase terminale d’augmentation de la température en fin de phase CC, et en ce que la première étape de calcul calcule une durée caractéristique d2(t) entre l’instant t de début de ladite phase d’augmentation de température et ledit instant de transition, et la deuxième étape de calcul calcule une estimation de l’indicateur d’état de charge de la batterie par la relation SOH2(t) = 100 - (ASOC2(t0) - ASOC2(t)), où

ayant une valeur prédéterminée.

Dans ce cas, l’estimation de l’état de santé de la batterie s’appuie sur la détermination de la durée d2(t) entre l’instant t de début de la phase d’augmentation thermique à partir d’un SOC proche de 30% et un instant ultérieur de transition entre une phase de diminution thermique et une phase terminale d’augmentation thermique (en fin de phase de charge CC).

Avantageusement, l’indicateur d’état de santé estimé pour l’instant t est obtenu soit par l’estimation SOH-i(t), soit par l’estimation SOH2(t), selon que ledit indicateur d’état de santé est respectivement soit inférieur soit supérieur ou égal à un seuil prédéfini, ledit seuil étant compris entre 70% et 90%, notamment égal à 80%.

Ainsi, l’estimation de l’état de santé de la batterie est basée sur la durée d2(t) lorsque l’état de santé est compris entre 100% et le seuil fixé (par exemple 80%), et sur la durée d^t) lorsque l’état de santé est au-dessous du seuil fixé.

La durée utilisée selon que l’état de santé de la batterie est situé au-dessus ou au-dessous du seuil fixé fournit une indication fiable sur l’état de santé de la batterie.

Dans un mode de réalisation particulier, on estime d’abord l’indicateur d’état de santé pour l’instant t par le calcul de SOH-i(t), on vérifie si la première estimation SOH-i(t) de l’indicateur d’état de santé est supérieur ou égal à un seuil prédéfini, compris entre 70% et 90%, notamment égal à 80%, puis on estime l’indicateur d’état de santé par le calcul de SOH2(t) si SOH-i(t) est supérieur ou égal au seuil prédéfini.

Avantageusement, il comprend une opération initiale d’étalonnage, mise en œuvre en début de vie de la batterie, comprenant, durant une phase de charge CC à courant constant, une étape de détection d’une phase d’augmentation de la température de la batterie à partir d’un état de charge proche de 30%, notamment compris entre 20% et 40%, une étape de calcul d’une première durée caractéristique di(t0) entre l’instant t0 de début de ladite phase d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et l’instant de fin de la phase de charge CC, et de la durée totale dcc de la phase de charge CC en début de vie de la batterie.

Avantageusement encore, l’opération initiale d’étalonnage comprend une étape de calcul d’une deuxième durée caractéristique d2(t0) entre l’instant to de début de ladite phase d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et un instant de transition entre une phase de diminution de la température de la batterie, suivant ladite phase d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30%, et une phase terminale d’augmentation de la température en fin de phase de charge CC.

Dans un mode de réalisation particulier, l’estimation de l’indicateur d’état de santé de la batterie à un instant t est mis en œuvre par un système de contrôle ou BMS de la batterie. Le procédé d’estimation de l’invention peut ainsi être réalisé durant une utilisation normale de la batterie, connectée à une charge telle qu’une batterie électrique d’un véhicule automobile électrique ou hybride ou un dispositif nomade.

Avantageusement, la phase de charge CC est suivie d’une phase de charge CV à tension constante, la batterie étant chargée en mode CC/CV. L’invention concerne aussi un dispositif d’estimation d’un indicateur d’état de santé d’une batterie lithium caractérisée par une signature thermique relative à une charge, ou une décharge, de la batterie à un régime donné, caractérisé en ce qu’il comprend : - un premier module de calcul d’une durée caractéristique d(t) entre un premier instant caractéristique t d’une phase charge, ou de décharge, de la batterie à un régime donné ; - un deuxième module de calcul d’une estimation de l’indicateur d’état de santé de la batterie par la relation SOH(t) = 100 -(ASOCÇto) - ASOC(t)), où o ASOC(t) est égal à

dcc représentant la durée totale de la phase de charge, ou de décharge, en début de vie de la batterie, o ASOC(t0) est égal à

Dans une forme de réalisation particulière, le dispositif d’estimation : - comprend un module de détection, durant une phase de charge CC à courant constant de la batterie, d’une phase d’augmentation de la température de la batterie à partir d’un état de charge de la batterie proche de 30%, compris entre 20% et 40%, - et le premier module de calcul est agencé pour calculer au moins une durée caractéristique d(t) entre l’instant t de début de ladite phase

d’augmentation de température et un instant ultérieur caractéristique de la phase de charge CC, et le deuxième module de calcul est agencé pour estimer l’indicateur d’état de santé de la batterie par la relation SOH(t) = 100 - (ASOC(t0) - ASOC(t)), où o ASOC(t) est égal à

dcc représentant la durée totale de la phase de charge CC en début de vie de la batterie, o ASOC(t0) est égal à

Le dispositif de l’invention peut comprendre tout ou partie des caractéristiques additionnelles suivantes : - le premier module de calcul est agencé calculer une durée caractéristique d^t) entre l’instant t de début de ladite phase d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et l’instant de fin de la phase de charge CC, et le deuxième module de calcul est agencé pour calculer une estimation de l’indicateur d’état de santé de la batterie par la relation SOH^t) =

ayant une valeur prédéterminée ; - le premier module de calcul est agencé pour calculer une durée caractéristique d2(t) entre l’instant t de début de ladite phase d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et un instant de transition entre une phase de diminution de la température de la batterie, suivant ladite phase d’augmentation à partir d’un état de charge proche de 30%, et une phase terminale d’augmentation de la température en fin de phase de charge CC, et le deuxième module de calcul (44) est agencé pour calculer une estimation de l’indicateur d’état de charge de la batterie par la relation

SOH2(t) = 100 - (ASOC2(t0) - ASOC2(t)), OÙ ASOC2(t) = 100.— et dcc ASOC2(t0) = 100.—d2(tQ) ayant une valeur prédéterminée ; “cc - le deuxième module de calcul est agencé pour estimer l’état de santé de la batterie pour l’instant t soit par l’estimation SOH^t), soit par l’estimation SOhhit), selon que ledit indicateur d’état de santé est respectivement soit inférieur soit supérieur ou égal à un seuil prédéfini, ledit seuil étant compris entre 70% et 90%, notamment égal à 80%, - le premier module de calcul est agencé pour mettre en œuvre une opération initiale d’étalonnage durant laquelle, pendant une phase de charge CC à courant constant en début de vie de la batterie, ledit premier module de calcul détecte une phase d’augmentation de la température de la batterie à partir d’un état de charge proche de 30%, notamment compris entre 20% et 40%, puis calcule une première durée caractéristique di(t0) entre l’instant t0 de début de ladite phase d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et l’instant de fin de la phase de charge CC, et la durée totale dcc de la phase de charge CC ; - durant l’opération initiale d’étalonnage, le premier module de calcul est agencé pour calculer une deuxième durée caractéristique d2(t0) entre l’instant t0 de début de ladite phase d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et un instant de transition entre une phase de diminution de la température de la batterie, suivant ladite phase d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30%, et une phase terminale d’augmentation de la température en fin de phase de charge CC. L’invention concerne aussi un système de contrôle d’une batterie lithium, caractérisé en ce qu’il intègre le dispositif d’estimation tel que défini ci-dessus. L’invention concerne encore un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant une batterie lithium et un système de contrôle de la batterie tel qu’il vient d’être défini. L’invention concerne aussi un dispositif nomade, comprenant une batterie lithium et un système de contrôle de la batterie tel qu’il vient d’être défini.

Description sommaire des dessins L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description suivante d’un mode de réalisation particulier du procédé d’estimation 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 une courbe d’évolution de la température d’une batterie lithium en fonction de son état de charge durant une charge de la batterie, la batterie ayant un SOH (état de santé) de 100% ; - La figure 2 représente différentes courbes d’évolution de la température de la batterie de la figure 1 en fonction de son état de charge durant une charge de la batterie, pour différents SOH de la batterie ; - La figure 3 représente un organigramme du procédé d’estimation d’un indicateur d’état de santé de la batterie selon un mode de réalisation particulier de l’invention ; - La figure 4 représente un schéma bloc fonctionnel du dispositif d’estimation d’un indicateur d’état de santé de la batterie selon une forme de réalisation particulière de l’invention ; - La figure 5 représente trois courbes d’évolution du SOH d’une batterie lithium d’un type donné obtenues respectivement par une méthode de mesure standard et par deux méthodes d’estimation selon deux modes particuliers de réalisation de l’invention.

Description détaillée de modes de réalisation particuliers de l'invention

Le procédé de l’invention vise à estimer 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 lorsque la batterie vieillit.

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 oeuvre durant une utilisation normale de la batterie, c’est-à-dire pendant que la batterie 1 est connectée à la charge 2 aux fins de l’alimenter en énergie électrique. Il pourrait toutefois être mis en oeuvre en dehors du cadre d’utilisation normale de la batterie, par exemple lors d’un diagnostic de la batterie.

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 intègre un dispositif 4 d’estimation du SOH de la batterie 1, destiné à mettre en oeuvre le procédé d’estimation du SOH de la batterie 1 selon un mode de réalisation particulier de l’invention.

En référence à la figure 3, on va maintenant décrire le procédé d’estimation du SOH de la batterie 1 selon un mode de réalisation particulier de l’invention.

Le procédé comprend une opération initiale d’étalonnage E0. Elle est mise en oeuvre en début de vie de la batterie 1, c’est-à-dire lorsque l’état de santé SOH de la batterie 1 est égal ou sensiblement égal à 100%, avantageusement supérieur ou égal à 98%. Elle est avantageusement mise en œuvre lorsque la température de la batterie est à une température de référence Tref, ici égale à 25 °C. Cette température de référence pourrait avoir une autre valeur, de préférence inférieure à 50 °C. L’étalonnage comprend une première étape E00 de détection d’une charge de la batterie 1 depuis un état de charge nul (c’est-à-dire un SOC de 0%) jusqu’à un état de charge complète (c’est-à-dire un SOC de 100%). La charge de la batterie 1 s’effectue ici de façon connue en mode CC/CV : elle comprend une phase de charge CC (de l’anglais « Constant Current») de charge à courant constant suivie d’une phase de charge CV (de l’anglais « Constant Voltage ») de charge à tension constante. Le courant de charge Icc durant la phase CC est ici égal au courant de régime 1C de la batterie 1. En variante, le régime de charge pourrait être compris entre C/3 et 1C. Le courant de fin de charge Icv pendant la phase CV est beaucoup plus faible, par exemple égal à lcc/20. Cette étape de charge peut être par exemple la première charge de la batterie 1 en début de vie de celle-ci.

Par définition, on appelle «régime 1C» le courant permettant de décharger la capacité nominale Q de la batterie en 1 heure. On appelle « régime xC >> le courant que fournirait la batterie en un nombre 1/x d’heure(s). Il est égal au produit de x et de Q, soit x.Q et est exprimé en A (ampères). Prenons l’exemple d’une batterie ayant une capacité nominale Q égale à 5Ah. Le régime 1C de cette batterie est égal à = — = SA, soit un courant de 5A. Le régime 2,2C de cette même batterie est égal à 2'2xQ^K) - 2’2xSAh _ SOjt un courant ’ 3 1 (K) 1 h de 11 A.

Pendant la charge de la batterie 1 (E00), lors d’une étape de mesure E01, à différents instants de mesure, un capteur thermique mesure la température T_BAT de la batterie 1. En outre, le BMS 3 mesure le SOC, c’est-à-dire de l’état de charge de la batterie 1. Les données mesurées T_BAT et SOC à différents instants de mesure sont fournies au dispositif d’estimation 4. Elles permettent d’obtenir l’évolution de la température de la batterie 1 en fonction de son SOC durant une charge complète, qui peut être représentée sous la forme une courbe. La courbe d’évolution de la température T_BAT de la batterie 1 en fonction du SOC a une forme particulière, telle que représentée à titre d’exemple illustratif sur la figure 1 pour la batterie 1 à SOH de 100%. Elle constitue une signature thermique de la batterie 1 au cours d’une charge à un régime donné, autrement dit avec un courant de charge donné.

Le vieillissement de la batterie 1 se traduit par de légères modifications de la signature thermique de la batterie 1. Sur la figure 2, on a représenté différentes signatures thermiques (c’est-à-dire des courbes d’évolution de la température en fonction du SOC) relatives à différents états de santé ou SOH de la batterie 1 : SOH 100% (courbe Co), SOH 96,7% (courbe Ci), SOH 89,7% (courbe C2), SOH 76,6% (courbe C3). La présente invention exploite ces modifications pour déterminer l’état de santé SOH de la batterie 1 à un instant quelconque au cours de la vie.

Le procédé comprend ensuite une étape E02 de détection des éléments suivants dans la signature thermique de la batterie 1 à SOH 100% (autrement dit dans les données d’évolution de la température de la batterie en fonction de son SOC) : - une première phase φ! d’augmentation de la température à partir d’un état de charge proche de 30%, ici compris entre 20% et 40%, - une deuxième phase φ2 de diminution de la température, suivant la phase d’augmentation φ! ; - une troisième phase terminale φ3 d’augmentation de la température, en fin de phase CC, suivant la phase de diminution φ2.

Puis, lors d’une étape E03, à partir des données mesurées et des phases ς>ι, φ2 et cp3 détectées, on calcule les paramètres suivants : - une première durée caractéristique di(t0) entre l’instant t0 de début de la phase q>i d’augmentation de température et l’instant de fin de la phase de charge CC ; - une deuxième durée caractéristique d2(t0) entre l’instant to de début de la phase <p2 d’augmentation de température et un instant de transition entre la deuxième phase <p2 de diminution de la température et la troisième phase terminale <p3 d’augmentation de la température, en fin de phase CC ; - une durée caractéristique dcc correspondant à la durée totale de la phase de charge CC en début de vie de la batterie 1.

Durant la vie de la batterie 1, l’état de santé SOH de la batterie est estimé par la mise en œuvre des étapes de procédé, selon un mode particulier de réalisation particulier de l’invention, qui vont maintenant être décrites en référence à la figure 3.

Le procédé comprend une étape E1 de détection d’une mise en charge de la batterie 1 à partir d’un état de charge ou SOC (de l’anglais « State of Charge ») initial inférieur à une valeur prédéfinie. Cet état de charge initial est strictement inférieur à 30%, avantageusement inférieur à 20%, avantageusement encore égal ou sensiblement égal à 0%. La charge détectée est ici une charge réalisée durant une utilisation normale de la batterie, connectée à la charge 2. En variante, il pourrait s’agir d’une charge commandée spécifiquement pour estimer l’état de santé de la batterie 1.

De préférence, lors de l’étape E4, on détecte une mise en charge de la batterie 1 à une température de batterie proche de la température de référence Tref, ici égale à 25 °C. Par « proche de la température de référence >>, on entend signifier que la température de la batterie 1 est égale à la température de référence ±2°C.

Sur détection d’une mise en charge de la batterie 1, de préférence à une température proche de Tref, on déclenche une étape E2 de mesure de la température T_BAT de la batterie 1. Lors de l’étape de mesure E2, à différents instants de mesure, le capteur thermique mesure la température de la batterie 1. En outre, parallèlement, le BMS 3 estime et indique l’état de charge de la batterie 1 aux différents instants de mesure. Les données mesurées peuvent être représentées sur la forme d’une courbe d’évolution de la température T_BAT de la batterie 1 en fonction de son état de charge SOC, comme représenté sur la figure 2.

Le procédé comprend ensuite une étape E3 de détection d’une phase φ! d’augmentation de la température à partir d’un état de charge proche de 30%, ici compris entre 20% et 40%, à partir des données mesurées d’évolution de la température en fonction du SOC de la batterie 1.

Le procédé comprend ensuite une première étape E4 de calcul d’une première durée caractéristique d^t) entre l’instant t de début de la phase cpi d’augmentation de température détectée et un instant ultérieur caractéristique de la phase CC, en l’espèce l’instant de fin de la phase de charge CC.

La première étape E4 de calcul de la durée caractéristique d^t) est suivie d’une deuxième étape E5 de calcul d’une première estimation de l’indicateur d’état de santé de la batterie 1, basée sur la durée d^t), par la relation : SOH^t) = 100 - (ASOC^to) - ASOCt(t)) (1 ) OÙ - ASOCt(t) est égal à 100

, dcc représentant la durée totale de la phase CC en début de vie de la batterie, prédéterminée lors de l’étalonnage E0 ; - ASOC^t0) est égal à 100. , d^to) ayant une valeur prédéterminée lors de l’étalonnage E0.

Dans le mode de réalisation décrit ici, le procédé comprend ensuite une étape de test E6 destinée à vérifier si la première estimation SOH-i(t) de l’état de santé de la batterie 1 est supérieure ou égale à un seuil prédéfini ici égal à 80%. Ce seuil pourrait être compris entre 70% et 90%.

Si l’état de santé SOH-i(t) estimé lors de l’étape E5 est supérieur ou égal à 80%, alors le procédé réalise une deuxième estimation de l’état de santé de la batterie 1 par la mise en oeuvre des étapes E7 à E9 décrites ci-après.

Lors de l’étape E7, on détecte un instant de transition entre, d’une part, une phase tp2de diminution de la température de la batterie 1, suivant la phase φ! d’augmentation de la température à partir d’un état de charge proche de 30%, et, d’autre part, une phase terminale φ3 d’augmentation de la température en fin de phase CC.

Lors de l’étape E8, on calcule une durée caractéristique d2(t) entre l’instant t de début de la phase ς>ι d’augmentation de température et l’instant de transition entre la phase cp2 de diminution de la température de la batterie 1 et la phase terminale cp3 d’augmentation de la température de la batterie 1.

Lors de l’étape E9, on calcule une deuxième estimation de l’indicateur d’état de santé SOH de la batterie 1, basée sur la durée caractéristique d2(t), par la relation SOH2(t) = 100 - (A5OC2(t0) - MOC2(t)), (2) OÙ

ayant une valeur prédéterminée lors de l’étalonnage.

Le procédé comprend une étape E10 d’indication de l’état de santé SOH(t) estimé à l’instant t. En cas de test E6 positif (autrement dit si soH^t) >

80%), l’état de santé indiqué SOH(t) est égal à la deuxième estimation de l’état de santé, soit SOH2(t). En cas de test E6 négatif (autrement dit si soH^t) < 80%), l’état de santé indiqué SOH(t) est égal à la première estimation de l’état de santé, soit SOH^t). Autrement dit, l’estimation du SOH de la batterie 1 est basée sur la durée caractéristique d2(t) pour un état de santé de la batterie 1 supérieur ou égal à 80%, et sur la durée caractéristique dt(t) pour un état de santé de la batterie 1 inférieur à 80%.

En variante, on pourrait estimer l’état de santé SOH de la batterie soit par la relation (1), autrement dit sur la base de la durée caractéristique d^t), soit par la relation (2), autrement dit sur la base de la durée caractéristique d2(t), quel que soit l’état de santé de la batterie 1.

Sur la figure 5, on a représenté différentes courbes d’évolution du SOH en fonction du nombre de cycles de charge et de décharge de la batterie. La courbe de référence SOHref est obtenue par une méthode standard de mesure du SOH, en l’espèce par mesure de la capacité déchargée après une charge complète. La courbe SOHi est obtenue par un mode de réalisation particulier du procédé d’estimation de l’invention, dans lequel l’état de santé de la batterie est estimé par la relation (1) quel que soit la valeur du SOH et est donc uniquement basé la durée caractéristique d^t). La courbe SOH2 est obtenue par un mode de réalisation particulier du procédé d’estimation de l’invention, dans lequel l’état de santé de la batterie est estimé par la relation (1) ou par la relation (2) selon que l’état de santé de la batterie est inférieur ou bien supérieur ou égal à un seuil prédéfini (par exemple 80%) comme décrit en référence à la figure 3. On constate que les courbes SOHi et SOH2 obtenues sont très proches de la courbe de référence SOHref. La courbe SOH2 est la mieux ajustée à la courbe de référence SOHref. D’une manière plus générale, le procédé comprend au moins une première étape de calcul d’au moins une durée caractéristique d(t) entre l’instant t de début de la phase ς>ι d’augmentation de température et un instant ultérieur caractéristique de la phase CC, et au moins une deuxième étape de calcul d’une estimation de l’indicateur d’état de santé de la batterie par la relation SOH(t) = 100 - (ASOCÇto) - ASOC(t)), OÙ - ASOC(t) est égal à 100.

dcc représentant la durée totale de la phase CC en début de vie de la batterie, prédéterminée lors de l’étalonnage, - ASOC(t0) est égal à 100.

, t0 représentant un instant de début de vie de la batterie et d(t0) ayant une valeur prédéterminée lors de l’étalonnage.

En référence à la figure 4, le dispositif 4 d’estimation d’un indicateur d’état de santé SOH de la batterie 1 comprend : - un module 40 de détection d’une mise en charge de la batterie 1 ; - un module 41 d’obtention de données de température mesurées et de données d’état de charge mesurées, relatives à la batterie 1 ; - un module 42 de détection, durant une phase de charge CC de la batterie, d’une ou plusieurs phases d’augmentation et/ou de diminution de la température de la batterie ; - un premier module 43 de calcul d’une ou plusieurs durées caractéristiques relatives à la phase de charge CC; - un deuxième module 44 de calcul d’au moins une estimation de l’état de santé SOH de la batterie pour un instant t donné ; - un module 45 d’indication de l’état de santé estimé de la batterie pour un instant t.

Le module 41 est destiné à recevoir des données de température de la batterie 1 mesurées par un capteur thermique de la batterie 1 (non représenté) et des données d’état de charge de la batterie 1 mesurées par le BMS 3.

Le module de détection 42 est ici destiné à détecter les phases suivantes :

- une phase ς>ι d’augmentation de la température de la batterie 1 durant la phase CC à partir d’un état de charge de la batterie proche de 30%, compris entre 20% et 40%, - une phase φ2 de diminution de la température, suivant la phase d’augmentation tpi, et - une troisième phase terminale φ3 d’augmentation de la température, en fin de phase CC, suivant la phase de diminution φ2.

Le module 42 est destiné à mettre en oeuvre les étapes de procédé E02, E3 et E7 telle que précédemment décrites.

Le premier module de calcul 43 est destiné à calculer une ou plusieurs durées caractéristiques de la phase de charge CC. Dans la forme de réalisation décrite ici, il est destiné à calculer les durées caractéristiques suivantes : - la durée caractéristique dcc correspondant à la durée totale de la phase de charge CC en début de vie de la batterie 1 ; - la première durée caractéristique d^t) entre l’instant t de début de la phase φ2 d’augmentation de température détectée et l’instant de fin de la phase de charge CC ; - la deuxième durée caractéristique d2(t) entre l’instant t de début de la phase φ2 d’augmentation de température et l’instant de transition entre la phase cp2de diminution de la température de la batterie 1 et la phase terminale cp3 d’augmentation de la température de la batterie 1. L’instant t peut être un instant t0 de début de vie de la batterie ou un instant t ultérieur en cours de vie de la batterie.

Le module 43 est destiné à mettre en oeuvre les étapes de procédé E03, E4 et E8 précédemment décrites.

Le deuxième module de calcul 44 est destiné à estimer l’état de santé SOH de la batterie à un instant t quelconque (en début de vie ou en cours de vie de la batterie). Dans la forme de réalisation décrite ici, il est agencé pour calculer une première estimation de SOHi(t) sur la base de la durée d^t), à l’aide de la relation (1), et une deuxième estimation de SOH2(t) sur la base de la durée d2(t), à l’aide de la relation (2). En outre, le module de calcul 44 est destiné à vérifier si la première estimation SOH-i(t) de l’état de santé de la batterie 1 est supérieur ou égal à un seuil prédéfini ici égal à 80%. Si le test est positif (SOHi(t)> 80%), alors le module de calcul 44 est destiné à calculer la deuxième estimation SOH2(t). Le module 44 est adapté pour mettre en oeuvre les étapes E5 à E9 précédemment décrites.

Le module 45 est destiné à indiquer l’état de santé estimé SOH(t) pour l’instant t qui est égal soit à la première estimation SOH-i(t), soit à la deuxième estimation SOH2(t), selon que l’état de santé estimé est supérieur ou égal ou inférieur au seuil prédéfini (ici égal à 80%). Il est destiné à mettre en oeuvre l’étape E10.

Le dispositif d’estimation 4 est intégré dans un système 3 de contrôle de la batterie 1, ou BMS. L’invention concerne donc aussi le système de contrôle 3 intégrant le dispositif d’estimation 4. L’invention concerne encore un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant la batterie lithium 1 et le système 3 de contrôle de la batterie. L’invention concerne aussi un dispositif nomade, comprenant la batterie lithium 1 et le système 3 de contrôle de la batterie.

Dans la description qui précède, l’estimation de l’indicateur SOH d’état de santé de la batterie est réalisée durant une phase de charge qui comporte un front d’augmentation thermique de la batterie à partir d’un SOC proche de 30%. De façon plus générale, l’estimation de l’indicateur SOH pourrait être réalisée durant une phase de charge, ou de décharge, à un régime donné (c’est-à-dire avec un courant de charge, ou de décharge, prédéfini). Ainsi, plus généralement, l’invention concerne un procédé d’estimation d’un indicateur d’état de santé SOH d’une batterie lithium 1 caractérisée par une signature thermique relative à une charge, ou une décharge, de la batterie à un régime donné, qui comprend, durant une phase charge, ou une décharge, de la batterie au régime donné, une première étape de calcul d’une durée caractéristique d(t) entre un premier instant caractéristique t de la phase de charge ou de décharge et un deuxième instant ultérieur caractéristique de la phase de charge ou de décharge, et une deuxième étape de calcul d’une estimation de l’indicateur d’état de santé de la batterie par la relation SOH(t) = 100 - (ASOC(t0) - ASOC(t)), où - ASOC(t) est égal à 100

dtot représentant la durée totale de la phase de charge ou de décharge en début de vie de la batterie, - ASOC(to) est égal à 100.

Par « régime donné », on entend signifier que le courant de charge ou de décharge a des caractéristiques prédéfinies. Avantageusement, il est constant et égal à une valeur donnée. Il peut toutefois être variable et avoir une valeur moyenne donnée ou comprise dans une plage de valeurs donnée. Comme précédemment indiqué, le régime de charge est de préférence compris entre C/3 et 1C. La charge se fait généralement à courant constant mais on peut envisager de réaliser une charge à courant non constant. La décharge se fait de préférence à courant constant, compris entre C/3 et 1C, ou avec un profil de courant non constant mais ayant une valeur moyenne faible, comprise entre C/3 et 1C (le « régime » de la batterie étant caractérisé par cette valeur moyenne de courant de décharge).

Dans ce cas, le dispositif d’estimation d’un indicateur d’état de santé SOH d’une batterie lithium caractérisée par une signature thermique relative à une charge, ou une décharge, de la batterie à un régime donné, comprend :

- un premier module de calcul d’une durée caractéristique d(t) entre un premier instant caractéristique t d’une phase charge, ou de décharge, de la batterie à un régime donné ; - un deuxième module de calcul d’une estimation de l’indicateur d’état de santé de la batterie par la relation SOH(t) = 100 -(ASOCÇto) - ASOC(t)), où o ASOC(t) est égal à 100.

dtot représentant la durée totale de la phase de charge, ou de décharge, en début de vie de la batterie, o ASOC(t0) est égal à 100.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé d’estimation d’un indicateur d’état de santé (SOH) d’une batterie lithium (1) caractérisée par une signature thermique relative à une charge, ou une décharge, de la batterie à un régime donné, caractérisé en ce qu’il comprend, durant une phase charge, ou de décharge, de la batterie au régime donné, une première étape de calcul d’une durée caractéristique d(t) entre un premier instant caractéristique t de la phase de charge, ou de décharge, et un deuxième instant ultérieur caractéristique de la phase de charge, ou de décharge, et une deuxième étape de calcul d’une estimation de l’indicateur d’état de santé de la batterie par la relation SOH(t) = 100 -(ASOCÇto) - ASOCÇt)), où - ASOC(t) est égal à

dtot représentant la durée totale de la phase de charge, ou de décharge, en début de vie de la batterie, - ASOC(t0) est égal à

, t0 représentant un instant de début de vie de la batterie et d(t0) ayant une valeur prédéterminée.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend, durant une phase de charge CC à courant constant, une étape (E3) de détection d’une phase (q^) d’augmentation de la température de la batterie (1) à partir d’un état de charge proche de 30%, compris entre 20% et 40%, et en ce que, lors de la première étape de calcul (E4 ; E8), on calcule au moins la durée caractéristique d(t) entre l’instant t de début de ladite phase (q^) d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et un instant ultérieur caractéristique de la phase de charge CC, et, durant la deuxième étape (E5 ;E9) de calcul, on estime l’indicateur d’état de santé de la batterie par la relation SOH(t) = 100 - (ASOC(t0) - ASOC(t)), où - ASOC(t) est égal à

dcc représentant la durée totale de la phase de charge CC en début de vie de la batterie,

- ASOC(t0) est égal à

, t0 représentant un instant de début de vie de la batterie et d(t0) ayant une valeur prédéterminée.
3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit instant ultérieur caractéristique de la phase CC est l’instant de fin de la phase de charge CC et en ce que la première étape (E4) de calcul calcule une durée caractéristique d^t) entre l’instant t de début de ladite phase (<pi) d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et l’instant de fin de la phase de charge CC, et la deuxième étape de calcul (E5) calcule une estimation de l’indicateur d’état de santé de la batterie (1) par la relation

ayant une valeur prédéterminée.
4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit instant ultérieur caractéristique de la phase CC est un instant de transition entre une phase (<p2) de diminution de la température de la batterie (1 ), suivant ladite phase (cpi) d’augmentation à partir d’un état de charge proche de 30%, et une phase terminale (φ3) d’augmentation de la température en fin de phase CC, et en ce que la première étape de calcul (E8) calcule une durée caractéristique d2(t) entre l’instant t de début de ladite phase d’augmentation de température (ς>ι) et ledit instant de transition, et la deuxième étape de calcul (E9) calcule une estimation de l’indicateur d’état de charge de la batterie par la relation SOH2(t) = 100 - (ASOC2(t0) -ASOC2(t)), où

d2(t0) ayant une valeur prédéterminée.
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’indicateur d’état de santé estimé pour l’instant t est obtenu soit par l’estimation SOH-i(t), soit par l’estimation SOH2(t), selon que ledit indicateur d’état de santé est

respectivement soit inférieur soit supérieur ou égal à un seuil prédéfini, ledit seuil étant compris entre 70% et 90%, notamment égal à 80%.
6. Procédé selon l’une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu’on estime (E5) d’abord l’indicateur d’état de santé pour l’instant t par le calcul de SOH-i(t), on vérifie (E6) si la première estimation SOH-i(t) de l’indicateur d’état de santé est supérieur ou égal à un seuil prédéfini, compris entre 70% et 90%, notamment égal à 80%, puis on estime (E9) l’indicateur d’état de santé par le calcul de SOH2(t) si SOH-i(t) est supérieur ou égal au seuil prédéfini.
7. Procédé selon l’une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend une opération initiale d’étalonnage (E0), mise en oeuvre en début de vie de la batterie, comprenant, durant une phase de charge CC à courant constant, une étape (E02) de détection d’une phase (q>i) d’augmentation de la température de la batterie (1) à partir d’un état de charge proche de 30%, notamment compris entre 20% et 40%, une étape (E03) de calcul d’une première durée caractéristique d^to) entre l’instant to de début de ladite phase (q^) d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et l’instant de fin de la phase de charge CC, et de la durée totale dcc de la phase de charge CC en début de vie de la batterie.
8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’opération initiale d’étalonnage (E0) comprend une étape (E03) de calcul d’une deuxième durée caractéristique d2(t0) entre l’instant to de début de ladite phase d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et un instant de transition entre une phase (<p2) de diminution de la température de la batterie, suivant ladite phase (φ^ d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30%, et une phase terminale (<p3) d’augmentation de la température en fin de phase de charge CC.
9. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’estimation de l’indicateur d’état de santé de la batterie à un instant t est mis en oeuvre par un système (4) de contrôle ou BMS de la batterie (1).
10. Procédé selon l’une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que la phase de charge CC est suivie d’une phase de charge CV à tension constante, la batterie étant chargée en mode CC/CV.
11. Dispositif d’estimation d’un indicateur d’état de santé (SOH) d’une batterie lithium (1) caractérisée par une signature thermique relative à une charge, ou une décharge, de la batterie à un régime donné, caractérisé en ce qu’il comprend : - un premier module (43) de calcul d’une durée caractéristique d(t) entre un premier instant caractéristique t d’une phase charge, ou de décharge, de la batterie à un régime donné ; - un deuxième module (44) de calcul d’une estimation de l’indicateur d’état de santé de la batterie par la relation SOH(t) = 100 -(ASOCÇto) - ASOC(t)), où o ASOC(t) est égal à

dtot représentant la durée totale de la phase de charge, ou de décharge, en début de vie de la batterie, o ASOC(t0) est égal à

t0 représentant un instant de début de vie de la batterie et d(t0) ayant une valeur prédéterminée.
12. Dispositif d’estimation d’un indicateur d’état de santé (SOH) d’une batterie lithium (1) selon la revendication 11, caractérisé : - en ce qu’il comprend un module (40) de détection, durant une phase de charge CC à courant constant de la batterie, d’une phase (cpi) d’augmentation de la température de la batterie à partir d’un état de charge de la batterie proche de 30%, compris entre 20% et 40%,

- et en ce que le premier module de calcul (43) est agencé pour calculer au moins une durée caractéristique d(t) entre l’instant t de début de ladite phase (ς>ι) d’augmentation de température et un instant ultérieur caractéristique de la phase de charge CC, et le deuxième module de calcul (44) est agencé pour estimer l’indicateur d’état de santé de la batterie par la relation SOH(t) = 100 - (ASOC(t0) - ASOC(t)), où o ASOC(t) est égal à

dcc représentant la durée totale de la phase de charge CC en début de vie de la batterie, o ASOC(t0) est égal à

, t0 représentant un instant de début de vie de la batterie et d(t0) ayant une valeur prédéterminée.
13. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier module de calcul (43) est agencé calculer une durée caractéristique d^t) entre l’instant t de début de ladite phase (ς>ι) d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et l’instant de fin de la phase de charge CC, et le deuxième module de calcul (44) est agencé pour calculer une estimation de l’indicateur d’état de santé de la batterie par la relation

et

ayant une valeur prédéterminée.
14. Dispositif selon l’une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que le premier module de calcul (43) est agencé pour calculer une durée caractéristique d2(t) entre l’instant t de début de ladite phase (ς>ι) d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et un instant de transition entre une phase (<p2) de diminution de la température de la batterie, suivant ladite phase d’augmentation à partir d’un état de charge proche de 30%, et une phase terminale (<p3) d’augmentation de la température en fin de phase de charge CC, et le deuxième module de calcul (44) est agencé pour calculer une estimation de l’indicateur d’état de charge

de la batterie par la relation SOH2(t) = 100 - (ASOC2(t0) - ASOC2(t)), où

d2(t0) ayant une valeur prédéterminée.
15. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le deuxième module de calcul (44) est agencé pour estimer l’état de santé de la batterie pour l’instant t soit par l’estimation SOH-i(t), soit par l’estimation SOH2(t), selon que ledit indicateur d’état de santé est respectivement soit inférieur soit supérieur ou égal à un seuil prédéfini, ledit seuil étant compris entre 70% et 90%, notamment égal à 80%.
16. Dispositif selon l’une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que le premier module de calcul (43) est agencé pour mettre en oeuvre une opération initiale d’étalonnage durant laquelle, pendant une phase de charge CC à courant constant en début de vie de la batterie, ledit premier module de calcul détecte une phase d’augmentation de la température de la batterie à partir d’un état de charge proche de 30%, notamment compris entre 20% et 40%, puis calcule une première durée caractéristique d^to) entre l’instant to de début de ladite phase d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et l’instant de fin de la phase de charge CC, et la durée totale dcc de la phase de charge CC.
17. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, durant l’opération initiale d’étalonnage, le premier module de calcul (43) est agencé pour calculer une deuxième durée caractéristique d2(t0) entre l’instant to de début de ladite phase d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30% et un instant de transition entre une phase de diminution de la température de la batterie, suivant ladite phase d’augmentation de température à partir d’un état de charge proche de 30%, et une phase terminale d’augmentation de la température en fin de phase de charge CC.
18. Système de contrôle d’une batterie lithium, caractérisé en ce qu’il intègre le dispositif selon l’une des revendications 11 à 17.
19. Véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant une batterie lithium et un système de contrôle de la batterie selon la revendication 18.
20. Dispositif nomade, comprenant une batterie lithium et un système de contrôle de la batterie selon la revendication 18.