FR3060132A1 - Procede de determination de l'etat de sante d'une batterie nickel chlorure de sodium - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de détermination d'une image de l'état de santé d'un ensemble d'accumulateurs de type Nickel Chlorure de Sodium (41), comprenant les étapes de : -l'ensemble d'accumulateurs étant au moins partiellement déchargé, le charger en mode tension constante jusqu'à atteindre un état de charge de 100% ; et -réaliser par exemple un processus de mesurer l'amplitude du maximum de courant de charge au début de ladite charge à tension constante et déterminer l'état de charge au début de ladite charge ; -déterminer l'image BAI de l'état de santé d'un ensemble d'accumulateurs en fonction du processus réalisé.
Description
Titulaire(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES Etablissement public.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : INNOVATION COMPETENCE GROUP.
PROCEDE DE DETERMINATION DE L'ETAT DE SANTE D'UNE BATTERIE NICKEL CHLORURE DE SODIUM.
FR 3 060 132 - A1 )5/) L'invention concerne un procédé de détermination d'une image de l'état de santé d'un ensemble d'accumulateurs de type Nickel Chlorure de Sodium (41), comprenant les étapes de:
-l'ensemble d'accumulateurs étant au moins partiellement déchargé, le charger en mode tension constante jusqu'à atteindre un état de charge de 100%; et
-réaliser par exemple un processus de mesurer l'amplitude du maximum de courant de charge au début de ladite charge à tension constante et déterminer l'état de charge au début de ladite charge;
-déterminer l'image BAI de l'état de santé d'un ensemble d'accumulateurs en fonction du processus réalisé.
PROCEDE DE DETERMINATION DE L’ETAT DE SANTE D’UNE BATTERIE NICKEL CHLORURE DE SODIUM
L’invention concerne la gestion de batteries de stockage d’énergie électrique, et en particulier la détermination de l’état de santé de batteries opérant à haute température, de type Nickel Chlorure de Sodium ou NiNaCb.
Les applications stockage stationnaires d’énergie renouvelables d’origine éolienne ou photovoltaïque, nécessitent un besoin de batteries de type puissance et / ou énergie selon le contexte. Ces applications permettent dans les zones insulaires d’augmenter la pénétration de ces énergies renouvelables. Les batteries Nickel Chlorure de Sodium se présentent comme une bonne alternative dans ces zones géographiques, de par leur fonctionnement à haute température. Elles présentent une grande stabilité en cyclages électriques, thermiques et calendaires, ainsi qu’une sécurité de fonctionnement.
De telles batteries ont une température de fonctionnement relativement élevée par rapport à la température ambiante, généralement comprise entre 250 et 340°C pour assurer la fonction de stockage. Par conséquent, pour des raisons de sécurité et d’optimisation énergétique du maintien en température, de telles batteries sont confinées et leurs éléments sont donc inaccessibles.
Pour assurer la maintenance et optimiser l’utilisation du système batteries, il est important de pouvoir déterminer le plus précisément possible la durée de vie résiduelle du système de batteries, et cela sans affecter la continuité de service du système de batteries. Les recherches se concentrent actuellement sur de l’analyse de données expérimentales liées à l’application de profils électriques prédéfinis mais qui ne sont pas représentatifs du fonctionnement nominal de l’application. Les analyses à froid permettent d’avancer des hypothèses de vieillissement mais ne permettent pas à ce jour de déterminer l’état de santé de la batterie durant son cycle de vie.
L’invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L’invention porte ainsi sur un procédé de détermination d’une image de l’état de santé d’un ensemble d’accumulateurs de type Nickel Chlorure de Sodium, comprenant les étapes de :
-l’ensemble d’accumulateurs étant au moins partiellement déchargé, le charger en mode tension constante jusqu’à atteindre un état de charge de 100% ; et
-réaliser l’un des processus suivants :
-mesurer l’amplitude du maximum de courant de charge au début de ladite charge à tension constante et déterminer l’état de charge au début de ladite charge ; ou
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-se positionner à un état de charge durant ladite charge et déterminer la durée de charge entre cet état de charge et l’état de charge de 100% ; ou - se positionner à un état de charge durant ladite charge et déterminer l’énergie de charge entre cet état de charge et l’état de charge de 100% ; ou
-déterminer le rendement énergétique d’un cycle incluant ladite charge et une phase de décharge ;
-déterminer l’image BAI de l’état de santé d’un ensemble d’accumulateurs en fonction du processus réalisé.
L’invention porte également sur les variantes suivantes. L’homme du métier comprendra que chacune des caractéristiques des variantes suivantes peut être combinée indépendamment aux caractéristiques ci-dessus, sans pour autant constituer une généralisation intermédiaire.
Selon une variante, le processus réalisé est une mesure de l’amplitude du maximum de courant de charge au début de ladite charge à tension constante et une détermination de l’état de charge au début de ladite charge, l’image BAI de l’état de santé de l’ensemble d’accumulateurs étant déterminée en fonction de ladite amplitude du maximum de courant.
Selon encore une variante, on mesure l’amplitude du maximum de courant de charge au début de ladite charge à tension constante, on extrapole une énergie de décharge Eext à partir d’une relation prédéfinie entre l’énergie de charge et l’amplitude du maximum de courant de charge au début de ladite charge à tension constante, on calcule l’image BAI par la relation suivante : BAI =Eext / Einit, avec Einit une énergie de décharge de l’ensemble d’accumulateurs mesurée lors de sa mise en service.
Selon une autre variante, le processus réalisé est un positionnement à un état de charge et une mesure de durée de charge entre cet état de charge et l’état de charge de 100%, l’image BAI de l’état de santé de l’ensemble d’accumulateurs étant déterminée en fonction de ladite durée de charge.
Selon encore une autre variante, le processus réalisé est un positionnement à un état de charge durant ladite charge et une détermination de l’énergie de charge entre cet état de charge et l’état de charge de 100%, l’image BAI de l’état de santé de l’ensemble d’accumulateurs étant déterminée en fonction de l’énergie de charge déterminée.
Selon une variante, le procédé comprend en outre une étape de décharge de l’ensemble d’accumulateurs postérieurement à ladite étape de charge à tension constante, et le rendement énergétique est calculé par un rapport entre les énergies Ec et Ed, avec Ed l’énergie débitée par l’ensemble d’accumulateurs durant ladite phase de décharge pour revenir à une valeur de
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SoC, et Ec l’énergie stockée dans l’ensemble d’accumulateurs durant la phase de charge à tension constante en partant de cette valeur de SoC jusqu’à 100%.
Selon une autre variante, le procédé comprend en outre une étape de recalibration de l’énergie disponible d’un ensemble d’accumulateurs incluant une phase de charge jusqu’à un état de charge à 100% par une charge à tension constante, et incluant une décharge jusqu’à un SOC donné après cette phase de charge, ladite recalibration étant effectuée à ce SOC donné.
L’invention porte également sur un système de stockage d’énergie, comprenant :
-un ensemble d’accumulateurs de type Nickel Chlorure de Sodium ;
-un dispositif d’acquisition de la tension aux bornes de l’ensemble d’accumulateurs et du courant de charge ou de décharge de l’ensemble d’accumulateurs ;
-un dispositif de traitement ;
-un dispositif de charge de l’ensemble d’accumulateurs, susceptible de charger l’ensemble d’accumulateurs dans un mode de charge à tension constante ;
-ledit dispositif de traitement est configuré pour identifier un mode de charge en tension constante jusqu’à un état de charge de 100%, et réaliser l’un des processus suivants :
-mesurer l’amplitude du maximum de courant de charge au début de ladite charge à tension constante et déterminer l’état de charge au début de ladite charge ; ou
-se positionner sur un état de charge durant ladite charge et déterminer la durée de charge entre cet état de charge et l’état de charge de 100% ; ou - se positionner sur un état de charge durant ladite charge et déterminer l’énergie de charge de l’ensemble d’accumulateurs entre cet état de charge et l’état de charge de 100% ; ou
-déterminer le rendement énergétique d’un cycle incluant ladite charge à tension constante et une phase de décharge;
- et configuré pour déterminer l’image BAI de l’état de santé de l’ensemble d’accumulateurs en fonction du processus réalisé.
Selon une variante, le dispositif de traitement est intégré dans un dispositif de gestion de l’ensemble d’accumulateurs.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
-la figure 1 est une représentation schématique d’étapes de procédé mises en œuvre dans un procédé de détermination d’une image de l’état de santé d’un ensemble d’accumulateurs selon l’invention ;
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-la figure 2 est un diagramme illustrant différents paramètres physiques lors d’un exemple de cycle spécifique de charge et de décharge d’un ensemble d’accumulateurs ;
-la figure 3 est un diagramme comparant différents courants bruts durant le temps de charge en fonction de la durée d’utilisation de l’ensemble d’accumulateurs ;
-la figure 4 est un diagramme comparant différents courants normalisés de charge en fonction de la durée d’utilisation de l’ensemble d’accumulateurs ;
-la figure 5 est un diagramme comparant différents courants bruts de charge en fonction de l’état de charge et en fonction de la durée d’utilisation de l’ensemble d’accumulateurs ;
-la figure 6 est un diagramme comparant les valeurs de durées normalisées de charge par rapport à la 1ère valeur calculée pour différentes durées d’utilisation de l’ensemble d’accumulateurs ;
-la figure 7 est un diagramme comparant les valeurs d’énergie normalisées en charge par rapport à la 1ère valeur calculée pour différentes durées d’utilisation de l’ensemble d’accumulateurs ;
-la figure 8 est un diagramme comparant les courants initiaux normalisés de charge par rapport à la 1ère valeur calculée pour différentes durées d’utilisation de l’ensemble d’accumulateurs ;
-la figure 9 est un diagramme illustrant les rendements énergétiques d’un ensemble d’accumulateurs en fonction de leur durée d’utilisation, avec une profondeur de décharge de 20% ;
-la figure 10 est un diagramme illustrant les rendements énergétiques d’un ensemble d’accumulateurs en fonction de leur durée d’utilisation, avec une profondeur de décharge de 70% ;
-la figure 11 est un exemple de diagramme caractéristique de couples énergie de décharge représentatifs de durées d’utilisation /courant de départ durant une charge à tension constante;
-la figure 12 illustre des exemples de mesures, validant l’extrapolation d’énergies de décharge à partir du diagramme de la figure 11.
Dans des utilisations courantes de stockage d’énergie en provenance de centrales photovoltaïques ou éoliennes, d’un ensemble d’accumulateurs de type Nickel Chlorure de Sodium sont chargées jusqu’à un état de charge inférieur à 100%, en fonction de l’énergie produite, en mode de charge en courant constant. Les inventeurs ont noté qu’au moins une phase de charge à tension constante jusqu’à atteindre un état de charge de 100% était mise en œuvre à intervalles réguliers dans le cycle de vie d’un ensemble d’accumulateurs de type Nickel Chlorure de Sodium pour fournir régulièrement au système de pilotage
ICG11090 FR Depot Texte.docx (BMS) une référence d’état de charge. En étudiant cette phase de charge à tension constante, les inventeurs ont déterminé différents paramètres qui se sont avérés représentatifs de l’état de santé de l’ensemble d’accumulateurs.
La figure 1 est une représentation schématique d’étapes d’un procédé mises en œuvre en vue de déterminer l’état de santé d’un ensemble d’accumulateurs électrochimiques 41, selon un mode de réalisation de l’invention. Un pack 4 comprend de façon connue en soi un ensemble d’accumulateurs électrochimiques 41 de type Nickel Chlorure de Sodium, une enceinte étanche et isolée thermiquement 42 dans laquelle l’ensemble des accumulateurs 41 est logé, et un dispositif de chauffage 43. Le dispositif de chauffage 43 est logé dans l’enceinte 42 et alimenté électriquement par l’ensemble d’accumulateurs 41. Le dispositif de chauffage 43 peut être mis en œuvre sous la forme de résistances chauffantes. L’invention s’applique à toute batterie de type Nickel Chlorure de Sodium, indépendamment de la structure de cette batterie. L’ensemble d’accumulateurs 41 est connecté à un dispositif de charge 6 de type convertisseur de puissance, permettant de la recharger selon différents modes. Le dispositif de charge 6 est par exemple susceptible de recharger l’ensemble d’accumulateurs 41 :
-en mode courant, lors de la recharge par une source d’énergie (par exemple éolienne, marémotrice, photovoltaïque) ou via le réseau électrique en mode de fonctionnement normal ;
-en mode tension constante (avec courant maximal limité), lors de la recharge par une source d’énergie (par exemple éolienne, marémotrice, photovoltaïque) ou via le réseau électrique en mode de fonctionnement normal, ou dans un mode de maintenance.
Un système 1 est configuré pour notamment mettre en œuvre un procédé de détermination de l’image de l’état de santé de l’ensemble d’accumulateurs 41. Le système 1 inclut un module d’acquisition 2 et un module de traitement 3.
Le module d’acquisition 2 est connecté à l’ensemble d’accumulateurs 41 et inclut par exemple des capteurs de différents paramètres de l’ensemble d’accumulateurs 41, par exemple :
-un ou plusieurs capteurs 21 du courant débité par chacun ou par l’ensemble d'accumulateurs 41 ;
-un ou plusieurs capteurs 22 de la tension aux bornes de l’ensemble d’accumulateurs 41 ;
-un ou plusieurs capteurs (non illustrés) de la température de l’ensemble d’accumulateurs 41 ;
-une horloge 23 en vue de dater les mesures des différents capteurs.
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Le module d’acquisition 2 peut présenter une structure connue en soi de l’homme du métier en vue de réaliser des contrôles des paramètres de fonctionnement de l’ensemble d’accumulateurs 41.
Un module de traitement 3 est connecté au module d’acquisition 2. Le module de traitement 3 peut par exemple être inclus dans un dispositif de gestion de batterie (désigné par l’acronyme BMS en langue anglaise) de structure connue en soi de l’homme du métier, auquel on ajoute des fonctions additionnelles détaillées par la suite. Le dispositif de gestion de batterie incluant éventuellement le module de traitement 3 peut de façon connue en soi être un système programmé pour réaliser les opérations suivantes :
-déterminer lorsque l’état de charge (usuellement désigné par l’acronyme SoC) de l’ensemble d’accumulateurs 41 a atteint 100% ;
-déterminer l’état de charge de l’ensemble d’accumulateurs 41 à différents instants lors d’une charge à tension constante par post-traitement de données mesurées par le module d’acquisition ; ou
-calculer des durées de charge dans les différents modes.
En mode de fonctionnement normal, le dispositif de gestion de batterie peut être configuré pour placer l’ensemble d’accumulateurs en mode de charge ou décharge en courant, par exemple :
-des phases de décharge comprises entre 100 et 10% du SoC de l’ensemble d’accumulateurs 41 ;
-des phases de charge comprises entre 0 et 90% du SoC de l’ensemble d’accumulateurs 41.
Pour certaines phases de fonctionnement, par exemple une charge par paliers avec un courant très faible, ou pour réaliser un recalage électrique (équilibrage de la tension des différents accumulateurs) ou un recalage logiciel (adaptation de l’indicateur de charge), le dispositif de gestion de batterie peut être configuré pour placer l’ensemble d’accumulateurs 41 en mode de charge à tension constante, pour une charge comprise entre 0% et 100% du SoC. Lors du mode à tension constante, la tension est imposée par l’intermédiaire du dispositif de charge 6. La tension est maintenue constante aux bornes de l’ensemble d’accumulateurs 41 et le courant de charge décroit progressivement durant la charge.
Le module de traitement 3 est ici décomposé en modules fonctionnels. Un module 31 est configuré pour recevoir des données brutes 301 provenant des différents capteurs du module d’acquisition 2. Le module 31 est configuré pour pouvoir mettre en œuvre différents traitements 311 des données brutes, par exemple détecter le mode de charge en fonction de la tension, en identifiant par exemple la tension constante d’une charge en tension constante. Un module 32 est configuré pour recevoir les données relatives au mode de charge 302
ICG11090 FR Depot Texte.docx (ainsi que des données brutes) provenant du module 31. Le module 32 est configuré pour pouvoir mettre en œuvre différents traitements 321 sur les données 302 et 301, par exemple déterminer la durée d’un mode de charge, la capacité de l’ensemble d’accumulateurs 41, l’énergie échangée avec le dispositif de charge 6, ou le rendement énergétique. Le module 32 génère ainsi des données traitées 303, qu’il fournit à un module d’analyse de résultats 33. En fonction des paramètres fournis, à partir de différents traitements 331 détaillés par la suite, le module 33 génère un indicateur 304 de l’image de l’état de santé (généralement désigné par l’acronyme SoH) de l’ensemble d’accumulateurs 41.
Cependant, le SOH est classiquement déterminé à partir de cycles charge/décharge complets (0-100%). Dans le cadre de l’invention, une telle détermination de SOH n’est pas accessible ni tolérée durant l’exploitation du système. On considère donc que l’on a accès qu’à une image du SOH à partir de décharges partielles sur des durées d’utilisation plus courtes et l’on introduit un nouveau paramètre appelé BAI (Battery Ageing Index en langue anglaise), image de l’état de santé de l’ensemble d’accumulateurs en dehors des conditions d’obtention d’un véritable SOH.
La figure 2 est un diagramme illustrant différents paramètres physiques lors d’un exemple de cycle spécifique de charge et de décharge d’un ensemble d’accumulateurs, permettant d’illustrer différents procédés de calcul de l’état de santé SoH de l’ensemble d’accumulateurs 41. Sur un même diagramme, on a illustré l’état de charge SoC de l’ensemble d’accumulateurs 41 (en trait plein), le courant de charge ou de décharge de l’ensemble d’accumulateurs 41 (en trait discontinu), la tension aux bornes de l’ensemble d’accumulateurs 41 (en tiret point), en fonction du temps exprimé en Jours.
Une phase 51 est initiée à partir d’un état de charge SoC de l’ensemble d’accumulateurs quelconque (30% sur la figure 2). L’ensemble d’accumulateurs 41 est placé en mode de charge en courant lors de la phase 51. La phase 51 débute par un courant de charge maintenu constant par limitation de courant, avec une croissance rapide du SoC, suivi d’un courant de charge décroissant (lié à l’atteinte de la tension maximale de l’ensemble d’accumulateurs). Le module de traitement 3 détermine alors selon ces paramètres que le SoC a approximativement atteint une valeur cible liée à l’application (80%).
Le mode de charge bascule en charge à tension constante lors de la phase 52. Lors de la transition de la phase 51 vers la phase 52, on constate une chute transitoire du courant de charge, suivie d’une reprise d’un courant de charge à partir d’une valeur initiale, suivie d’une décroissance exponentielle du courant de charge. La phase 52 se termine avec un courant de charge
ICG11090 FR Depot Texte.docx sensiblement nul lorsque le SoC atteint 100% (l’ensemble d’accumulateurs est pleinement chargé).
L’ensemble d’accumulateurs 41 passe alors en mode décharge en courant lors de la phase 53, en alimentant un consommateur électrique. La décharge se manifeste alors par une baisse progressive de la tension de l’ensemble d’accumulateurs 41 et une baisse progressive de l’état de charge SoC de l’ensemble d’accumulateurs 41. Dans l’exemple illustré, la phase 53 est poursuivie jusqu’à un SoC de 30%.
L’invention permet de façon simple d’améliorer le diagnostic de l’état de santé de l’ensemble d’accumulateurs 41 en vue de la planification d’interventions de maintenance et de prévention de dysfonctionnements. Une telle détermination de l’état de santé est avantageusement effectuée en posttraitement en déterminant le paramètre BAI, ce qui permet de ne pas stopper l’exploitation de l’ensemble d’accumulateurs 41 comme cela serait le cas pour déterminer le SOH de l’ensemble d’accumulateurs 41 sur des cycles complets, mais de simplement tenir compte des données en fonctionnement pour adapter le fonctionnement ultérieur de l’ensemble d’accumulateurs 41.
Un tel cyclage a été étudié lors de la mise en service de l’ensemble d’accumulateurs 41, après 1 mois d’utilisation de celle-ci, après 4 mois d’utilisation, après 7 mois d’utilisation, et après 13 mois d’utilisation.
Le diagramme de la figure 3 illustre l’évolution temporelle de différents courants bruts durant une phase de charge à tension constante, pour différentes durées d’utilisation de l’ensemble d’accumulateurs 41. La courbe en trait discontinu correspond à l’ensemble d’accumulateurs 41 lors de sa mise en service, la courbe en trait plein correspond à l’ensemble d’accumulateurs 41 après 4 mois d’utilisation, et la courbe en tiret point correspond à l’ensemble d’accumulateurs 41 après 13 mois d’utilisation. Le diagramme de la figure 4 illustre les mêmes courants de charge, en version normalisée en prenant les valeurs initiales du courant de charge comme référence.
On a pu constater d’une part que la valeur initiale du courant de charge pour un SoC donné est très représentative de l’image de l’état de santé SoH de l’ensemble d’accumulateurs 41. On a également constaté que la durée de la charge à tension constante de l’ensemble d’accumulateurs entre un SoC donné et un SoC de 100% est très représentative de l’image de l’état de santé SoH de l’ensemble d’accumulateurs 41.
Ainsi, selon un premier mode de détermination de l’image BAI de l’état de santé SoH de l’ensemble d’accumulateurs 41, on dispose de valeurs de référence du courant initial de charge à tension constante pour la même valeur
ICG11090 FR Depot Texte.docx initiale de SoC et différents états de dégradation de l’ensemble d’accumulateurs 41.
Le module de traitement 3 peut déterminer quel est le SoC au début de la charge à tension constante, récupérer la valeur initiale de courant de charge mesurée pour l’ensemble d’accumulateurs 41 pour ce SoC, puis déterminer l’image BAI du SoH de l’ensemble d’accumulateurs 41 en comparant cette valeur de courant avec des valeurs du courant initial de charge de référence mémorisées.
La figure 8 illustre (de façon normalisée par rapport à la référence de l’ensemble d’accumulateurs 41 lors de sa mise en service) les courants de début de charge Id en mode charge à tension constante pour différentes durées d’utilisation de l’ensemble d’accumulateurs 41.
De façon similaire, la valeur de l’échelon de courant au début de la charge à tension constante peut être utilisée pour déterminer la variation de la résistance de l’ensemble d’accumulateurs 41 (entre sa mise en service et le moment de la détermination de l’état de santé), sur la base de la relation suivante :
AR=AU/AI, avec AU un saut de tension entre une phase de repos (l=0) et une phase d’application du mode de charge à tension constante, ΔΙ un saut de courant entre une phase de repos (l=0) et une phase d’application du mode de charge à tension constante.
Selon un deuxième mode de détermination de l’image BAI du SoH de l’ensemble d’accumulateurs 41, on dispose de valeurs de référence de la durée de charge à tension constante pour différentes valeurs initiales de SoC et différentes durées d’utilisation de l’ensemble d’accumulateurs 41.
Par post-traitement, le module de traitement 3 se base sur la valeur du SoC au début (estimée par le BMS) de la charge à tension constante et récupère la durée de la charge à tension constante mesurée pour l’ensemble d’accumulateurs 41 pour ce SoC, puis le module de traitement 3 détermine l’image BAI du SoH de l’ensemble d’accumulateurs 41 en comparant cette valeur de durée de charge avec des valeurs de durées de charge de référence mémorisées.
La figure 6 illustre (de façon normalisée par rapport à la référence de l’ensemble d’accumulateurs 41 lors de sa mise en service) les durées de charge De pour la charge à tension constante pour différentes durées d’utilisation de l’ensemble d’accumulateurs 41.
La figure 7 illustre (de façon normalisée par rapport à la référence de l’ensemble d’accumulateurs 41 lors de sa mise en service) les énergies de charge Ec en mode charge à tension constante pour différentes durées de
ICGl 1090 FR Depot Texte.docx vieillissement de l’ensemble d’accumulateurs 41. On a également constaté que l’énergie de charge de l’ensemble d’accumulateurs 41 jusqu’à un SoC de 100% en mode de charge à tension constante était très représentative de l’image BAI de l’état de santé SoH. Ainsi, par post-traitement, le module de traitement 3 peut déterminer l’énergie de charge à partir des mesures de courant et de tension réalisées par le module d’acquisition 2 durant la phase de charge à tension constante. Selon un troisième mode de détermination de l’image BAI du SoH de l’ensemble d’accumulateurs 41, on dispose de valeurs de référence de l’énergie de charge à tension constante de l‘ensemble d’accumulateurs 41 pour différentes valeurs initiales du courant de charge et différents durées d’utilisation de l’ensemble d’accumulateurs 41.
Alternativement, une variation de rendement peut être calculée par une différence entre les énergies Ec et Ed, avec Ed l’énergie débitée par l’ensemble d’accumulateurs 41 durant la phase de décharge pour revenir à une valeur de SoC partant de 100% (phase 53), et Ec l’énergie stockée dans l’ensemble d’accumulateurs 41 durant la phase de charge à tension constante en partant de cette valeur de SoC.
z· SoCf
Ec = I Pc dt /soCj
SoCf valant 100%, SoCi étant le SoC initial, Pc étant la puissance de charge.
z· SoCf
Ed = Pd dt /soCi
SoCf étant le SoC de fin de décharge, SoCi valant 100%, Pd étant la puissance de décharge.
Par comparaison avec des mesures effectuées lors des phases 53 de décharge, effectuées pour différentes profondeurs de décharge, on constate que les modes de détermination mentionnés précédemment sont bien représentatifs de la dégradation des performances dans le temps constatées pour les phases de décharge : augmentation du temps de charge avec la durée d’utilisation à la figure 6, baisse de l’énergie de charge avec la durée d’utilisation à la figure 7, baisse du courant de début de charge avec la durée d’utilisation à la figure 8.
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De même, on a pu constater que le rendement énergétique de l’ensemble d’accumulateurs 41 sur un cycle constitué d’une charge à tension constante suivi d’une décharge était très représentatif de l’image BAI de son état de santé SoH. Ainsi, par post-traitement, le module de traitement 3 peut déterminer les rendements à partir des mesures réalisées par le module d’acquisition 2 durant les 2 phases ci-dessus. Selon un quatrième mode de détermination de l’image BAI du SoH de l’ensemble d’accumulateurs 41, on dispose de valeurs de référence du rendement énergétique de l’ensemble d’accumulateurs 41 pour différentes profondeurs de décharge et différentes durées d’utilisation de l’ensemble d’accumulateurs 41. Le rendement énergétique est calculé par exemple en faisant le rapport entre l’énergie déchargée et chargée dans l’ensemble d’accumulateurs 41 (déterminée par exemple à partir des valeurs de profondeur de décharge).. Pour améliorer la précision de l’estimation du SoC, il est souhaitable que la durée entre des phases d’égalisation à tension constante soit relativement courte, par exemple au plus d’une dizaine de jours. Alternativement, le rendement énergétique peut être calculé par un rapport entre l’énergie Ed et l’énergie Ec.
Selon encore un autre mode de détermination de l’image BAI de l’état de santé SOH, cette image BAI est une combinaison d’une quantité d’énergie de décharge pour une profondeur de décharge donnée, et d’un autre des paramètres calculés pendant la charge à tension constante, parmi :
-la durée de charge ;
-l’énergie de charge ;
-le courant de début de charge.
Les diagrammes des figures 9 et 10 illustrent des exemples d’évolutions d’énergies de décharge en fonction du temps, respectivement pour une profondeur de décharge de 20 % et de 70% de l’ensemble d’accumulateurs 41. Les mesures ponctuelles ont été approximées par des courbes de tendance polynomiales.
La figure 11 est un diagramme tracé à partir de couples incluant le courant de début de charge à tension constante et l’énergie de décharge de l’ensemble d’accumulateurs 41. Le diagramme est extrapolé à partir de plusieurs couples en début de vie (par exemple jusqu’à 3, 4 ou 5 mois d’exploitation) de l’ensemble d’accumulateurs 41, et prolongé pour le reste de la durée de vie. Les couples mesurés en début de vie correspondent ainsi à une phase d’apprentissage de l’évolution des caractéristiques de l’ensemble d’accumulateurs 41.
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Les points du diagramme de la figure 11 sont par exemple liés à des durées d’utilisation en mois comme indiqué dans le tableau ci-dessous. Les valeurs pour 8, 10, 12 et 13 mois sont extrapolées. Les valeurs extrapolées sont illustrées à la figure 12 par des cercles vides.
| Durée Mois | 0 | 1 | 3 | 5 | 8 | 10 | 12 | 13 |
| Id | -105 | -96 | -90 | -85 | -93 | -100 | -47 | -48 |
| Edc | 131 | 134 | 136 | 137 | 131 | 124 | 86 | 71 |
Id correspond au courant de début de charge en Ampère.
Edc correspond à l’énergie de décharge en kWh (ici pour une profondeur de décharge à 20%).
Par des mesures de couples courant/énergie de décharge effectuées sur un ensemble d’accumulateurs 41, et comparées au résultat obtenu avec un tel diagramme, on a obtenu une erreur d’estimation d’au plus 8%. Ces mesures de couples sont illustrées par des carrés à la figure 12.
Le mode de détermination de l’image BAI est ici basé sur :
-une mesure du courant de début de charge Id en début de charge pour une durée d’utilisation donnée ;
-une recherche d’une énergie de décharge correspondante Eext sur le diagramme ;
-le calcul d’un BAI par la relation BAI = Eext/ Einit, Einit étant une Energie de décharge initiale mesurée lors de la mise en service de l’ensemble d’accumulateurs 41, pour une même profondeur de décharge.
Un tel calcul d’un BAI s’avère à la fois aisé à mettre en œuvre (la mesure du courant de début de charge Id étant particulièrement rapide) et relativement fiable. Par ailleurs, des mesures des couples en début de vie de l’ensemble d’accumulateurs 41 sont relativement aisées à réaliser avec une profondeur de décharge réduite de 20%, un tel cycle de décharge étant aisé à mettre en œuvre de façon régulière.
Ces exemples ont été mis en œuvre avec les paramètres suivants :
-un début de la phase 52 de charge à tension constante à un SoC de
80% ;
-une tension constante de charge pendant la phase 52 de 640V.
L’étude a été menée sur un fonctionnement de 15 mois, un ensemble d’accumulateurs 41 comprenant 32 éléments d’accumulateurs en parallèle. Cet ensemble d’accumulateurs 41 présente comme caractéristiques une tension
ICG11090 FR Depot Texte.docx minimale de 460V, une tension nominale de 620V, et une tension maximale de 640V.
En analysant la figure 12, on constate que l’erreur entre les énergies de 5 décharge estimées et mesurées est incluse dans une enveloppe de détection d’environ 8%.
ICGl 1090 FR Depot Texte.docx
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Procédé de détermination d’une image de l’état de santé d’un ensemble d’accumulateurs de type Nickel Chlorure de Sodium (41), comprenant les étapes de :-l’ensemble d’accumulateurs étant au moins partiellement déchargé, le charger (52) en mode tension constante jusqu’à atteindre un état de charge de 100% ; et-réaliser l’un des processus suivants :-mesurer l’amplitude du maximum de courant de charge au début de ladite charge à tension constante et déterminer l’état de charge au début de ladite charge ; ou-se positionner à un état de charge durant ladite charge et déterminer la durée de charge entre cet état de charge et l’état de charge de 100% ; ou - se positionner à un état de charge durant ladite charge et déterminer l’énergie de charge entre cet état de charge et l’état de charge de 100% ; ou-déterminer le rendement énergétique d’un cycle incluant ladite charge et une phase de décharge ;-déterminer l’image BAI de l’état de santé d’un ensemble d’accumulateurs en fonction du processus réalisé.
- 2. Procédé de détermination de l’image de l’état de santé d’un ensemble d’accumulateurs de type Nickel Chlorure de Sodium (41) selon la revendication 1, dans lequel le processus réalisé est une mesure de l’amplitude du maximum de courant de charge au début de ladite charge à tension constante et une détermination de l’état de charge au début de ladite charge, l’image BAI de l’état de santé de l’ensemble d’accumulateurs étant déterminée en fonction de ladite amplitude du maximum de courant.
- 3. Procédé de détermination de l’image de l’état de santé d’un ensemble d’accumulateurs de type Nickel Chlorure de Sodium (41) selon la revendication 2, dans lequel on mesure l’amplitude du maximum de courant de charge au début de ladite charge à tension constante, on extrapole une énergie de décharge Eext à partir d’une relation prédéfinie entre l’énergie de charge et l’amplitude du maximum de courant de charge au début de ladite charge à tension constante, on calcule l’image BAI par la relation suivante : BAI =Eext / Einit, avec Einit une énergie de décharge de l’ensemble d’accumulateurs (41) mesurée lors de sa mise en service.
- 4. Procédé de détermination de l’image de l’état de santé d’un ensemble d’accumulateurs de type Nickel Chlorure de Sodium (41) selon laICGl 1090 FR Depot Texte.docx revendication 1, dans lequel le processus réalisé est un positionnement à un état de charge et une mesure de durée de charge entre cet état de charge et l’état de charge de 100%, l’image BAI de l’état de santé de l’ensemble d’accumulateurs étant déterminée en fonction de ladite durée de charge.
- 5. Procédé de détermination de l’image de l’état de santé d’un ensemble d’accumulateurs de type Nickel Chlorure de Sodium (41) selon la revendication 1, dans lequel le processus réalisé est un positionnement à un état de charge durant ladite charge et une détermination de l’énergie de charge entre cet état de charge et l’état de charge de 100%, l’image BAI de l’état de santé de l’ensemble d’accumulateurs étant déterminée en fonction de l’énergie de charge déterminée.
- 6. Procédé de détermination de l’état de santé d’un ensemble d’accumulateurs de type Nickel Chlorure de Sodium (41) selon la revendication 5, comprenant en outre une étape de décharge de l’ensemble d’accumulateurs (41) postérieurement à ladite étape de charge à tension constante, et dans lequel le rendement énergétique est calculé par un rapport entre les énergies Ec et Ed, avec Ed l’énergie débitée par l’ensemble d’accumulateurs (41) durant ladite phase de décharge pour revenir à une valeur de SoC, et Ec l’énergie stockée dans l’ensemble d’accumulateurs (41) durant la phase de charge à tension constante en partant de cette valeur de SoC jusqu’à 100%.
- 7. Procédé de détermination de l’état de santé d’un ensemble d’accumulateurs de type Nickel Chlorure de Sodium (41) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape de recalibration de l’énergie disponible d’un ensemble d’accumulateurs (41) incluant une phase de charge jusqu’à un état de charge à 100% par une charge à tension constante, et incluant une décharge jusqu’à un SOC donné après cette phase de charge, ladite recalibration étant effectuée à ce SOC donné.
- 8. Système de stockage d’énergie, comprenant :-un ensemble d’accumulateurs de type Nickel Chlorure de Sodium (41) ;-un dispositif d’acquisition (2) de la tension aux bornes de l’ensemble d’accumulateurs et du courant de charge ou de décharge de l’ensemble d’accumulateurs ;-un dispositif de traitement (3) ;-un dispositif de charge (6) de l’ensemble d’accumulateurs (41), susceptible de charger l’ensemble d’accumulateurs dans un mode de charge à tension constante ;Caractérisé en ce que :ICG11090 FR Depot Texte.docx-ledit dispositif de traitement (3) est configuré pour identifier un mode de charge en tension constante jusqu’à un état de charge de 100%, et réaliser l’un des processus suivants :-mesurer l’amplitude du maximum de courant de charge au début de 5 ladite charge à tension constante et déterminer l’état de charge au début de ladite charge ; ou-se positionner sur un état de charge durant ladite charge et déterminer la durée de charge entre cet état de charge et l’état de charge de 100% ; ou - se positionner sur un état de charge durant ladite charge et déterminer10 l’énergie de charge de l’ensemble d’accumulateurs entre cet état de charge et l’état de charge de 100% ; ou-déterminer le rendement énergétique d’un cycle incluant ladite charge à tension constante et une phase de décharge;- et configuré pour déterminer l’image BAI de l’état de santé de l’ensemble 15 d’accumulateurs (41) en fonction du processus réalisé.
- 9. Système de stockage d’énergie selon la revendication 8, dans lequel le dispositif de traitement (3) est intégré dans un dispositif de gestion de l’ensemble d’accumulateurs (41).ICGl 1090 FR Depot Texte.docx1/6
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