FR3118188A1 - Dispositif plug de détermination de l’état de santé d’une batterie d’un véhicule électrique. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif (1) de détermination de l'état de santé d'une batterie d'un véhicule électrique. Le dispositif (1) comprend des connecteurs (2) à une prise (20) de service plug du véhicule, et des organes de mesure (3) lors d'une charge / décharge de grandeurs électriques et/ou physiques de la batterie. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
DOMAINE DE L'INVENTION
Le domaine de l’invention est celui des véhicules électriques. L’invention concerne plus particulièrement la détermination de l’état de santé d’une batterie d’un véhicule électrique.
ETAT DE LA TECHNIQUE
L’invention concerne le domaine des véhicules électriques et/ou des véhicules hybrides rechargeables.
Dans les deux cas, ces véhicules sont alimentés, au moins en partie, par une batterie électrique fournissant l’énergie nécessaire au déplacement du véhicule.
Pour fonctionner, la batterie doit être régulièrement rechargée.
Les différents modes de recharge
La série de normes internationales 61851 (dédiée à la recharge des véhicules électriques) définissent quatre modes de recharge adaptés à une recharge de quelques kilowatts sur une prise domestique chez le particulier jusqu’à une recharge très forte, puissante de plusieurs centaines de kilowatts, destinée aux grands axes routiers.
Ces modes de recharges sont schématisés sur les figures 1 à 4.
En référence à la , un premier mode consiste uniquement en une recharge en courant alternatif (AC) sur une prise secteur domestique. Dans ce mode de recharge, aucun contrôle de sécurité n’est opéré sur l’alimentation électrique.
En référence à la , un deuxième mode consiste en une recharge en courant alternatif (AC) sur une prise secteur domestique. Dans ce mode, le câble de charge est équipé d’un boitier de contrôle permettant de communiquer sur la sécurité électrique et la puissance de charge disponible. Ce mode fonctionne jusqu’à une puissance maximum de 7,2kW.
En référence à la , un troisième mode de recharge concerne une recharge en courant alternatif (AC) sur un coffret d’alimentation dédié. Dans cette configuration le coffret d’alimentation dédié permet d’alimenter la batterie et permet de communiquer sur la sécurité électrique et la puissance de charge disponible. En général ce mode ne peut fonctionner que jusqu’à une puissance maximum de 7 ,2 kW en monophasé (32 A/phase) et 22 kW en triphasé (32 A/phase) avec un cordon de charge mobile et 43 kW (63 A/phase) avec un cordon fixé à la borne de charge.
En référence aux figures 4 et 5, selon un quatrième mode, le véhicule est chargé en courant continu (DC) sur un coffret dédié. Ce mode permet une communication fonctionnelle et sécuritaire entre le coffret d’alimentation et le véhicule. Aujourd’hui, ce mode ne peut fonctionner que jusqu’à une puissance maximum de 350kW. On distingue deux technologies majeures fonctionnant selon ce mode : la technologie « Combo CCS » ( ) et la technologie « CHAdeMO » ( ).
Différents types de prises de recharge côté véhicule
Outre, les modes de recharge, les prises de recharges varient elles aussi en fonction des technologies choisies par les constructeurs automobiles.
La norme IEC 62196-2 définit différentes variantes de prises et socles pour les câbles et les équipements de recharge conductive et les véhicules électriques.
On distingue quatre types principaux de prises/socles côté véhicule, représentés sur les figures 6 à 9.
En référence à la , un premier type concerne les prises/socles pour courant alternatif. Ces prises acceptent une tension maximale de 250V et un courant maximal de 32A, ce qui correspond à une puissance électrique maximale de 7,2kW. Ces prises sont adaptées pour le deuxième mode de recharge, et dans une moindre mesure pour le troisième mode de recharge (prise limitée à la charge monophasée).
En référence à la , un deuxième type de prises/socles concerne les prises/socles pour courant alternatif. Ces prises acceptent une tension maximale de 500V et un courant maximal de 63A, ce qui correspond à une puissance électrique maximale de 43kW. Ces prises sont adaptées pour le deuxième mode de recharge et pour le troisième mode de recharge. Ces prises/socles supportent les charges monophasées et/ou triphasées.
En référence à la , un troisième type de prises/socles concerne les prises/socles les charges à courant continu (DC) du type « COMBO CCS ». Ces prises acceptent une tension maximale de 1000V et un courant maximal de 500A. Aujourd’hui, la puissance électrique maximum de charge constatée est de 350 kW et les puissances usuelles sont comprises entre 50 et 150 kW. Ces prises sont adaptées pour le quatrième mode de recharge dans une configuration de type « COMBO CCS ».
En référence à la , un quatrième type de prises/socles concerne les prises/socles pour courant continu du type « CHAdeMO ». Ces prises acceptent une tension maximale de 1000V et un courant maximal de 400A. Aujourd’hui la puissance maximum de charge constatée est de 350 kW et les puissances usuelles sont comprises entre 50 et 150 kW. Ces prises sont adaptées pour le quatrième mode de recharge dans une configuration de type « CHAdeMO ».
Il est notable que depuis quelques années, la prise de deuxième type (charge mono et triphasée pour une puissance de charge jusqu’à 43 kW) s’impose au niveau mondial au détriment de la prise de premier type (limitée à une charge monophasée et une puissance de charge de 7,2 kW).
L’Europe a retenu, en charge AC, la prise/socle de deuxième type et en charge DC, la prise/socle COMBO CCS 2. Cependant, les véhicules CHAdeMO sont très présents en Europe d’où une présence très importante de ces systèmes de charge sur les axes routiers.
Contexte - Différents types de prises de recharge côté équipement d’alimentation et véhicule électrique
En fonction du mode de recharge choisi mais aussi de choix technologiques propres à chaque constructeur, il existe aussi plusieurs types de prises/socles côté équipement d’alimentation.
En référence à la , un premier type de prise/socle est la prise domestique classique. La plupart des véhicules peuvent être rechargés sur une telle prise. Cependant, elle ne fournit une puissance maximale que de 2 ou 3 kW. Ce type de prise/socle est adapté pour le deuxième mode de charge.
Un deuxième type de prise/socle est présenté sur la . Ce type de prise/socle autorise une puissance maximale de 22kW en courant triphasé et est adapté pour le troisième mode de recharge.
Un troisième type de prise/socle est présenté en . Ce type de prise/socle autorise une puissance maximale de 22kW en courant triphasé et est adapté pour le troisième mode de recharge.
On comprend donc que le marché des véhicules électriques ou hybrides rechargeable présente un grand nombre de standards dans le domaine de la recharge. Ainsi il existe une pluralité de technologie de rechargement et une pluralité d’architectures de prises/socles. Ce grand nombre de structures différentes ne favorise pas la création d’équipements standards adaptables sur n’importe quel véhicule ou borne de recharge.
Besoin de détermination de l’état de santé de la batterie
Par ailleurs, depuis la mise sur le marché des véhicules électriques utilisant la technologie des batteries lithium-ion il y a plus de 10 ans (iMiev® de Mitsubishi® en 2009, Renault Zoé® en 2012, …), un marché de l’occasion s’est naturellement développé.
Ce marché va se renforcer avec l’augmentation sensible du nombre de véhicules électriques dans le parc français. Tous les constructeurs présentent plusieurs modèles électriques (100% ou hybride rechargeable). D’après les études d’experts, leur nombre pourrait atteindre en France 11 millions en 2035.
Le point essentiel lors de l’achat d’un véhicule électrique d’occasion est la connaissance de l’état de santé réel de la batterie. Ce paramètre permet de définir la durée de vie restante de la batterie, qui constitue un composant essentiel de la valeur du véhicule électrique.
Le vieillissement d’une batterie se traduit par une perte d’autonomie du véhicule (nombre de kilomètres réalisés pour une charge complète) et une diminution du nombre de cycles de charges/décharges complètes.
Le vieillissement est dû, d’une part, à des phénomènes naturels liés à la chimie, d’autre part, aux conditions d’usages et d’utilisations, tels que le courant de charge/décharge, la température pendant les phases de charge, la profondeur de décharge, etc., qui peuvent avoir un impact important sur la durée de vie de la batterie. Par conséquent, deux batteries équivalentes peuvent avoir des durées de vie très différentes.
Méthodes actuelles d’évaluation de l’état de santé d’une batterie
Aujourd’hui, les utilisateurs de véhicules électriques n’ont aucun moyen de connaître l’état de santé réelle de la batterie du véhicule. Ils disposent uniquement d’un affichage de l’autonomie sur le tableau de bord exprimé en pourcentage ou en kilomètres.
Cette information présente plusieurs défauts :
• L’autonomie affichée dépend directement des habitudes de conduite du conducteur (accélération, freinage, anticipation, route sinueuse, ville…). Cet affichage d’autonomie prédictif est instable et il varie fortement d’un conducteur à un autre. Il ne reflète pas ou peu l’autonomie résiduelle réelle de la batterie par rapport à une mesure normalisée (telle qu’une mesure obtenue selon « la procédure d'essai mondiale harmonisée pour les voitures particulières et véhicules utilitaires légers » ou « WLTP » par exemple).
• Cette autonomie est calculée à partir d’algorithmes différents d’un constructeur à un autre, ces algorithmes ne sont pas toujours précis ; ils peuvent dériver ou même, ils pourraient être manipulables à des fins commerciales.
Pour plusieurs modèles de véhicules électriques mis sur le marché au début des années 2010, il peut y avoir un écart de 60% entre l’autonomie affichée au tableau de bord après une charge complète et le kilométrage réellement réalisé.
Par ailleurs, certaines entreprises proposent un diagnostic de la batterie, à partir des données constructeurs disponibles sur la prise OBD2 du véhicule. Cette méthode présente deux inconvénients. Le premier inconvénient est l’utilisation de données constructeurs dont on ne connait pas la fiabilité. Le deuxième inconvénient concerne la disponibilité des données nécessaires sur la prise OBD2 pour évaluer l’état de santé de la batterie. Cette disponibilité dépend uniquement du bon vouloir des constructeurs de véhicule qui n’ont aucune obligation réglementaire de mettre à disposition ces informations. Par conséquent cette méthode n’est pas applicable à tous les véhicules électriques, et actuellement, les entreprises proposent ce service uniquement sur certains véhicules électriques.
Conséquences du manque de fiabilité de la connaissance de l’état de santé de la batterie
La faible fiabilité de cette information et la méconnaissance de l’état de santé de la batterie peuvent induire en erreur le potentiel acheteur et conduire à de fortes déceptions.
Cela peut conduire les utilisateurs à l’impossibilité d’utiliser le véhicule dû à une autonomie trop faible pour l’application prévue et à devoir, soit renoncer à utiliser leur véhicule, soit à s’équiper d’une nouvelle batterie quelque temps après l’achat. Il est important de noter que la batterie est l’élément crucial le plus cher du véhicule (plusieurs milliers d’euros, lorsque la batterie n’est plus sous garantie), d’où l’importance de connaître l’état de santé réel de la batterie avant l’achat.
Si ce genre de difficultés devait se généraliser, cela créerait un climat de forte défiance sur le marché des véhicules électriques d’occasion.
Afin d’éviter que l’achat d'une voiture électrique d'occasion devienne un acte risqué, il est possible de mettre en œuvre une méthode de certification de l’état de santé de n’importe quel véhicule électrique à partir d’une mesure de paramètres électriques de la batterie.
Dans ce contexte, il existe un important besoin pour des dispositifs, indépendants des constructeurs automobiles, qui permettraient de quantifier l’état de santé des batteries de motorisation embarquées des véhicules électriques.
L’invention porte sur un dispositif de détermination de l'état de santé d'une batterie d'un véhicule électrique. Le dispositif comprend des connecteurs à une prise de service plug du véhicule, et des organes de mesure lors d'une charge / décharge de grandeurs électriques et/ou physiques de la batterie.
Les grandeurs électriques mesurées peuvent comprendre une tension électrique aux bornes de la batterie, ou un courant électrique circulant dans la batterie.
Les grandeurs physiques mesurées peuvent comprendre une température de la batterie.
Les organes de mesure peuvent comprendre au moins deux connecteurs électriques, un capteur de courant électrique, un capteur de tension électrique et une unité de traitement configurée pour déterminer un état de santé de la batterie à partir des grandeurs électriques mesurées.
Les organes de mesure peuvent comprendre un capteur de température de la batterie ledit capteur de température étant relié à l'unité de traitement.
Le dispositif peut comprendre une interface homme-machine, pour afficher des grandeurs électriques mesurées et l’état de santé déterminé de la batterie.
L'interface homme-machine peut comprendre au moins un écran permettant d'afficher un résultat d'une mesure opérée par au moins un organe de mesure.
L’interface homme-machine peut comprendre un clavier permettant de piloter le dispositif.
Le dispositif peut comprendre un émetteur récepteur sans fil, qui est préférentiellement un émetteur récepteur Wifi et/ou un émetteur récepteur Bluetooth.
Le dispositif peut comprendre un fusible interposé entre l'un des connecteurs électriques et le capteur de tension, le fusible permettant de protéger le dispositif d’un court-circuit.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un procédé de détermination de l'état de santé d'une batterie de motorisation d'un véhicule électrique, utilisant un dispositif selon l’invention, le procédé comprenant au moins la mesure d'une grandeur électrique et / ou physique de la batterie lors d’une charge ou décharge de la batterie, et comprenant la comparaison de ladite grandeur mesurée avec une grandeur de référence déterminée préalablement.
Le procédé pouvant comprendre au moins les étapes suivantes :
(a) mesure d’un ensemble de grandeurs physiques et électrique de la batterie en en point à courant nul et après un temps de relaxation prédéterminé ;
(b) application d’un échelon de courant de charge sur la batterie et mesure d’un ensemble de grandeurs électriques et physiques de la batterie ;
(c) répétition de l’étape (b) pour différentes valeurs de courant durant un intervalle de temps prédéterminé pour obtenir un échantillon statistique pour un état de charge prédéterminé ;
(d) répétition des étapes (b) et (c) pour différents états de charges de la batterie, pour obtenir une distribution statistique de l’ensemble de grandeurs électriques mesuré à différents états de charge ;
(f) Calcul d’une distribution statistique d’un état de santé de la batterie, à partir de la distribution statistique obtenue à l’étape (d).
Les grandeurs physiques et électriques de la batterie mesurées à l’étape (a) peuvent être choisies parmi la tension, le courant et la température, ou une combinaison de ces grandeurs.
L’étape (a) peut comprendre une estimation d’une température interne de la batterie en utilisant un modèle thermique et une mesure de température.
L’étape (a) peut comprendre une détermination d’un état de charge apparent de la batterie par traitement d’une tension mesurée et de la température interne estimée.
Les grandeurs physiques et électriques de la batterie mesurées à l’étape (b) peuvent être choisies parmi la tension, le courant et la température, ou une combinaison de ces grandeurs.
L’étape (b) peut comprendre une estimation d’une distribution de la température interne de la batterie en utilisant un modèle thermique et une mesure de température.
L’étape (b) peut comprendre un recalage de l’ensemble des mesures par rapport à la distribution de température estimée.
L’étape (b) peut comprendre un calcul d’une résistance apparente de la batterie.
L’étape (b) peut comprendre une estimation d’une distribution statistique connaissant une résistance théorique de la batterie lorsque son état de santé est à 100% et connaissant la résistance apparente calculée.
Si la batterie comprend plusieurs cellules, l’étape (b) peut comprendre le calcul de paramètres de tension, de courant et de résistance interne pour chaque cellule, pour obtenir une distribution statistique par cellule.
L’état de charge peut être calculé par intégration coulométrique.
Le procédé peut comprendre une étape (e) intermédiaire des étapes (d) et (f), l’étape (e) comprenant un calcul de distributions statistiques de l’état de santé de chaque cellule de la batterie, à partir de la distribution statistique par cellule des paramètres de tension.
L’étape (f) peut être réalisée en utilisant les distributions statistiques des états de santé de chaque cellule déterminées à l’étape (e), et en utilisant une configuration électrique connue de la batterie.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Architecture générale
Selon un premier aspect, tel que représenté sur la , l’invention concerne un dispositif 1 de détermination de l'état de santé d'une batterie d'un véhicule électrique. Le dispositif 1 comprend des connecteurs 2 reliés à une prise de service plug du véhicule, et des organes de mesure 3 lors d'une charge / décharge de grandeurs électriques et/ou physiques de la batterie.
L’intégration du dispositif 1 à une prise de service plug est particulièrement avantageuse. En effet, tous les véhicules électriques avec batterie de traction disposent obligatoirement de cette prise. Traditionnellement, (comme représenté sur les figures 13, 15 et 16) le service plug est composé d’une part d’un socle 10 relié d’un côté à la batterie de traction et de l’autre coté à la partie utilisation du véhicule. D’autre part, le service plug comprend une prise 20 qui permet d’isoler électriquement la batterie de traction et de limiter ainsi le risque de choc électrique lors des opérations d’entretiens, de dépannages et dans certain cas lors d’interventions des pompiers sur un véhicule accidenté. Cette prise 20 ne peut être manipulée que par des personnes habilitées. En d’autres termes, l’intégration du dispositif 1 dans une prise 20 de service plug garantit qu’il soit connectable avec tous les véhicules indépendamment de la technologie de rechargement choisie. De plus, la prise 20 de service plug n’étant manipulable que par un personnel agréé, cela évite qu’un simple utilisateur d’un véhicule puisse manipuler un dispositif de mesure précis électriquement connecté au circuit d’alimentation. En d’autres termes, le positionnement sur une prise de service plug permet de s’affranchir des choix technologiques des systèmes de recharge et permet de garantir la sécurité des utilisateurs.
En sus, l’intégration d’organes de mesure 3 lors d'une charge / décharge de grandeurs électriques et/ou physiques de la batterie, permet de quantifier précisément et en direct, l’état de santé des batteries de motorisation embarquées des véhicules électriques, en s’affranchissant des constructeurs automobiles. En d’autres termes, le dispositif 1 selon l’invention permet à n’importe quel opérateur habilité à manipuler une prise 20 de service plug (typiquement un garagiste, ou un centre agréé de contrôle technique) d’effectuer une mesure fiable de l’état de santé de la batterie.
D’une manière préférentielle, les grandeurs électriques mesurées comprennent une tension électrique aux bornes de la batterie. Un courant électrique circulant dans la batterie, peut aussi faire partie des grandeurs électriques mesurées.
En outre, les grandeurs physiques mesurées peuvent comprendre une température de la batterie.
Tel que cela sera décrit ci-après, d’une manière particulièrement avantageuse, le dispositif selon l’invention mesure la tension, le courant et la température pour déterminer l’état de santé de la batterie.
Ainsi, d’une manière avantageuse, en référence à la , les organes de mesure 3 peuvent comprendre au moins deux connecteurs électriques 3a et 3b, un capteur de courant électrique 3c, un capteur de tension électrique 3d et une unité de traitement 3e configurée pour déterminer un état de santé de la batterie à partir des grandeurs électriques mesurées. De plus, les organes de mesure 3 comprennent un capteur de température 3f de la batterie ledit capteurs de température étant relié à l'unité de traitement 3e.
Typiquement, selon le schéma de la , les connecteurs 3a et 3b sont respectivement branchés sur les connecteurs 2a et 2b de la prise 20 de service plug. Le connecteur 3a pouvant par exemple être relié au connecteur 2a correspondant à la phase électrique. Le connecteur 3b peut être, par exemple, relié au connecteur 2b correspondant à la masse. Le capteur de tension 3d peut être un voltmètre relié aux capteurs 3a et 3b.
Le capteur de courant électrique 3c, peut être un ampèremètre à induction (effet Hall) positionné autour du connecteur 2a de la prise 20 de service plug, pour mesurer l’intensité du courant circulant dans ce connecteur 2a. Le choix d’un ampèremètre à induction permet de garantir la fiabilité de la mesure sans ajouter de capteur au sein même du circuit électrique de la prise plug. En effet, la mesure par induction se fait autour du connecteur et ne vient pas ajouter un ampèremètre en série dans le circuit électrique de la prise 20 de service plug. Ainsi, cette disposition permet de garantir le bon fonctionnement de la prise 20 même si le capteur de courant 3c tombe en panne (ce qui ne serait pas nécessairement le cas avec un capteur incorporé en série dans le circuit électrique de la prise 20 de service plug).
Tel que représenté sur la , le capteur de courant 3c, le capteur de tension 3d et le capteur de température 3f sont tous reliés à l’unité de traitement 3e. Typiquement, l’unité de traitement 3e peut être un microcontrôleur ou un microprocesseur.
Selon une disposition particulièrement avantageuse, le dispositif 1 peut comprendre un fusible 5 interposé entre l'un des connecteurs électriques 2a de la prise 20 de service plug et le capteur de tension 3d, le fusible 5 permet de protéger le dispositif 1 en cas d’un défaut lié à un court-circuit.
En outre, le dispositif 1 peut comprendre une interface homme-machine 6, pour afficher des grandeurs électriques mesurées et l’état de santé déterminé de la batterie. L'interface homme-machine 6 peut comprendre au moins un écran 6a permettant d'afficher un résultat d'une mesure opérée par au moins un capteur 3. L’écran 6a peut être déporté de sorte à ne pas être physiquement sur la prise 20 de service plug. Ainsi, l’écran 6a peut être un élément branché à la prise 20 de service plug, ou relié par une liaison sans fil. Cette disposition permet de faciliter la lisibilité sur l’écran 6a, celui-ci pouvant être conservé à portée de main / de regard d’un utilisateur, alors que la prise 20 de service plug peut être dans un endroit difficile d’accès du véhicule.
L’interface homme machine 6 peut aussi comprendre un clavier 6b permettant de piloter le dispositif.
D’une manière particulièrement avantageuse, tout comme l’écran 6a, le clavier 6b peut être déporté (i.e. être physiquement à distance de la prise plug).
En outre, selon une disposition particulièrement avantageuse, l’écran 6a et le clavier 6b peuvent être des composants d’un même ordinateur. Dans ce cas, l’ordinateur peut être un poste spécifique fourni avec la prise 20 de service plug, ou peut-être un ordinateur communiquant avec la prise 20 de service plug via un logiciel spécifique.
Le dispositif 1 peut aussi comprendre un émetteur récepteur sans fil 7, l’émetteur récepteur sans fil 7 étant préférentiellement un émetteur récepteur Wifi et/ou un émetteur récepteur Bluetooth. L’émetteur récepteur sans fil 7 peut permettre de communiquer avec des éléments du dispositif 1 qui peuvent être physiquement distants de la prise 20 de service plug, comme par exemple le clavier 6b et l’écran 6a, ou un ordinateur distant, ou un smartphone ou une tablette, comprenant le clavier 6b et l’écran 6a.
Ainsi, selon l’exemple présenté en , l’interface homme machine 6 est physiquement déportée de la prise 20 de service plug. Comme on peut l’observer sur la , cette disposition permet au dispositif 1 d’être particulièrement compact.
Procédé de détermination de l’état de santé d’une batterie
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un procédé de détermination de l'état de santé d'une batterie de motorisation d'un véhicule électrique, utilisant un dispositif 1 selon l’invention.
Selon une définition générale, le procédé comprend la mesure d'une grandeur électrique et / ou physique de la batterie lors d’une charge ou décharge de la batterie, et comprend la comparaison de ladite grandeur mesurée avec une grandeur de référence déterminée préalablement.
Plus précisément, le procédé peut comprendre les étapes suivantes :
(a) mesure d’un ensemble de grandeurs physiques et électriques de la batterie en un point à courant nul et après un temps de relaxation prédéterminé ;
(b) application d’un échelon de courant de charge sur la batterie et mesure d’un ensemble de grandeurs électriques et physiques de la batterie ;
(c) répétition de l’étape (b) pour différentes valeurs de courant durant un intervalle de temps prédéterminé pour obtenir un échantillon statistique pour un état de charge prédéterminé ;
(d) répétition des étapes (b) et (c) pour différents états de charge de la batterie, pour obtenir une distribution statistique de l’ensemble de grandeurs électriques mesuré à différents états de charge ;
(f) Calcul d’une distribution statistique d’un état de santé de la batterie, à partir de la distribution statistique obtenue à l’étape (d).
Par grandeur de référence préalablement déterminée, il est entendu des données de calibration obtenues préalablement, ou des données constructeurs.
D’une manière préférentielle, le procédé selon l’invention est exécuté en ayant une connaissance préalable de l’architecture de la batterie (connexion des cellules, nombre de cellules, etc.) et des données de calibration obtenues préalablement sur les cellules qui composent la batterie du véhicule. Il est précisé que les données de calibration sont des données sur les caractéristiques initiales de la batterie, notamment la quantité d’énergie stockée dans la batterie et sa résistance interne.
Détails de l’étape (a)
Comme indiqué précédemment, l’étape (a) consiste en la mesure d’un ensemble de grandeurs physiques et électriques de la batterie à courant nul et après un temps de relaxation prédéterminé.
Il est précisé que par « temps de relaxation », il est entendu un temps de repos de la batterie durant lequel la batterie n’est pas sollicitée que ce soit en charge ou en décharge.
D’une manière avantageuse, les grandeurs physiques et électriques de la batterie mesurées à l’étape (a) peuvent être choisies parmi la tension, le courant et la température, ou une combinaison de ces grandeurs.
En outre, l’étape (a) peut comprendre une estimation d’une température interne de la batterie en utilisant un modèle thermique et une mesure de température.
Suite à cette estimation, l’étape (a) peut aussi comprendre une détermination d’un état de charge apparent de la batterie par traitement d’une tension mesurée et de la température interne estimée ou mesurée.
Détails de l’étape (b)
Comme indiqué précédemment, l’étape (b) consiste en l’application d’un échelon de courant de charge sur la batterie et mesure d’un ensemble de grandeurs électriques et physiques de la batterie.
D’une manière préférentielle, les grandeurs physiques et électriques de la batterie mesurées à l’étape (b) peuvent être choisies parmi la tension, le courant et la température, ou une combinaison de ces grandeurs.
En sus, l’étape (b) peut comprendre une estimation d’une distribution de la température interne de la batterie en utilisant un modèle thermique et un ensemble de température mesuré lors de l’étape (a)
Suite à cette estimation, l’étape (b) peut comprendre un recalage de l’ensemble des mesures par rapport à la distribution de température estimée.
Puis, l’étape (b) peut comprendre un calcul d’une résistance apparente de la batterie.
Suite à ce calcul, l’étape (b) peut comprendre une estimation d’une distribution statistique d’une résistance et d’un courant de la batterie ou de chaque cellule, connaissant une résistance théorique de la batterie lorsque son état de santé est à 100% et connaissant la résistance apparente calculée. Si la batterie comprend plusieurs cellules, l’étape (b) peut comprendre le calcul de paramètres de tension, de courant et de résistance interne pour chaque cellule, pour obtenir une distribution statistique par cellule.
Etape (c)
Comme indiqué précédemment, l’étape (c) consiste en la répétition de l’étape (b) pour différentes valeurs de courant durant un intervalle de temps prédéterminé pour obtenir un échantillon statistique pour un état de charge prédéterminé.
L’obtention d’un échantillon statistique permet d’écarter d’éventuelles aberrations liées à des mesures discrètes. L’objectif de cette étape est de faire ressortir une corrélation entre les valeurs de temps et de courant avec une très faible variation d’état de charge (inférieure ou égale à 1%).
Etape (d)
Comme indiqué précédemment l’étape (d) consiste principalement en la répétition des étapes (b) et (c) pour différents états de charges de la batterie, pour obtenir une distribution statistique pour différents états de charges.
D’une manière particulièrement avantageuse, l’état de charge peut être calculé par intégration coulométrique. Cette disposition permet de calculer une charge et donc une variation d’état de charge, en utilisant uniquement la mesure du courant en fonction du temps.
En outre, selon un mode de réalisation avantageux, les différents états de charges sont par exemple des paliers de 10%. Il est précisé que la variation des états de charge est directement liée aux capacités de la borne de recharge.
Etape (e)
Selon une disposition particulière, le procédé peut comprendre une étape (e) intermédiaire des étapes (d) et (f).
L’étape (e) comprend un calcul de distributions statistiques de l’état de santé de chaque cellule de la batterie, à partir d’une distribution statistique par cellule des paramètres de tension obtenue lorsque l’étape (b) a été exécutée pour chaque cellule. Il est précisé que l’état de santé peut être défini comme la capacité de la batterie (ou de la cellule) en fonction du temps divisée par la capacité nominale de la batterie (ou de la cellule). Il est aussi précisé que la capacité en fonction du temps correspond à la capacité totale de la batterie le jour du test, lors de l’évaluation du SOH (state of health – ce qui signifie l’état de santé). La capacité nominale correspond à la capacité totale de la batterie lorsque celle-ci est neuve.
Ainsi, dans le cas d’une batterie possédant plusieurs cellules, cette étape permet de cartographier, de déterminer, l’état de santé de chaque cellule.
Etape (f)
Comme indiqué précédemment, l’étape (f) consiste principalement en un calcul d’une distribution statistique d’un état de santé de la batterie, à partir de la distribution statistique obtenues à l’étape (d). En d’autres termes, l’étape (f) consiste à estimer différents paramètres de la batterie, pour différents états de charge, ce qui permet une estimation précise de l’état de santé de la batterie.
Si la batterie analysée possède plusieurs cellules et que l’étape (e) a été réalisée, alors, l’étape (f) peut être réalisée en utilisant les distributions statistiques des états de santé de chaque cellule déterminée à l’étape (e), et en utilisant une configuration électrique connue de la batterie.
Claims (24)
- Dispositif (1) de détermination de l'état de santé d'une batterie d'un véhicule électrique caractérisé en ce que le dispositif (1) comprend des connecteurs (2) à une prise (20) de service plug du véhicule, et des organes de mesure (3) lors d'une charge / décharge de grandeurs électriques et/ou physiques de la batterie.
- Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel les grandeurs électriques mesurées comprennent une tension électrique aux bornes de la batterie, ou un courant électrique circulant dans la batterie.
- Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les grandeurs physiques mesurées comprennent une température de la batterie.
- Dispositif (1) selon la revendication 2, dans lequel les organes de mesure (3) comprennent au moins deux connecteurs électriques (3a, 3b), un capteur de courant électrique (3c), un capteur de tension électrique (3d) et une unité de traitement (3e) configurée pour déterminer un état de santé de la batterie à partir des grandeurs électriques mesurées.
- Dispositif (1) selon les revendications 3 et 4 en combinaison, les organes de mesure (3) comprennent un capteur de température (3f) de la batterie ledit capteur de température (3f) étant relié à l'unité de traitement (3e).
- Dispositif (1) selon l'une de revendications 4 ou 5, comprenant une interface homme-machine (6), pour afficher des grandeurs électriques mesurées et l’état de santé déterminé de la batterie.
- Dispositif (1) selon la revendication 6, dans lequel l'interface homme-machine (6) comprend au moins un écran (6a) permettant d'afficher un résultat d'une mesure opérée par au moins un organe de mesure (3).
- Dispositif (1) selon les revendications 6 ou 7, dans lequel l’interface homme-machine (6) comprend un clavier (6b) permettant de piloter le dispositif (1).
- Dispositif (1) selon l'une des revendications 4 à 8, comprenant un émetteur récepteur sans fil (7), qui est préférentiellement un émetteur récepteur Wifi et/ou un émetteur récepteur Bluetooth.
- Dispositif (1) selon l'une des revendications 4 à 9, comprenant un fusible (5) interposé entre l'un des connecteurs électriques (2a) et le capteur de tension (3d), le fusible (5) permettant de protéger le dispositif (1) d’un court-circuit.
- Procédé de détermination de l'état de santé d'une batterie de motorisation d'un véhicule électrique, utilisant un dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, le procédé comprenant au moins la mesure d'une grandeur électrique et / ou physique de la batterie lors d’une charge ou décharge de la batterie, et comprenant la comparaison de ladite grandeur mesurée avec une grandeur de référence déterminée préalablement.
- Procédé selon la revendication 11, comprenant au moins les étapes suivantes :
(a) mesure d’un ensemble de grandeurs physiques et électrique de la batterie en en point à courant nul et après un temps de relaxation prédéterminé ;
(b) application d’un échelon de courant de charge sur la batterie et mesure d’un ensemble de grandeurs électriques et physiques de la batterie ;
(c) répétition de l’étape (b) pour différentes valeurs de courant durant un intervalle de temps prédéterminé pour obtenir un échantillon statistique pour un état de charge prédéterminé ;
(d) répétition des étapes (b) et (c) pour différents états de charges de la batterie, pour obtenir une distribution statistique de l’ensemble de grandeurs électriques mesuré à différents états de charge ;
(f) Calcul d’une distribution statistique d’un état de santé de la batterie, à partir de la distribution statistique obtenue à l’étape (d). - Procédé selon la revendication 12, dans lequel les grandeurs physiques et électriques de la batterie mesurées à l’étape (a) sont choisies parmi la tension, le courant et la température, ou une combinaison de ces grandeurs.
- Procédé selon la revendication 12, dans lequel l’étape (a) comprend une estimation d’une température interne de la batterie en utilisant un modèle thermique et une mesure de température.
- Procédé selon les revendications 13 et 14 en combinaison, dans lequel l’étape (a) comprend une détermination d’un état de charge apparent de la batterie par traitement d’une tension mesurée et de la température interne estimée.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 15, dans lequel les grandeurs physiques et électriques de la batterie mesurées à l’étape (b) sont choisies parmi la tension, le courant et la température, ou une combinaison de ces grandeurs.
- Procédé selon la revendication 16, dans lequel l’étape (b) comprend une estimation d’une distribution de la température interne de la batterie en utilisant un modèle thermique et une mesure de température.
- Procédé selon la revendication 17, dans lequel l’étape (b) comprend un recalage de l’ensemble des mesures par rapport à la distribution de température estimée.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 18, dans lequel l’étape (b) comprend un calcul d’une résistance apparente de la batterie.
- Procédé selon la revendication 19, dans lequel l’étape (b) comprend une estimation d’une distribution statistique connaissant une résistance théorique de la batterie lorsque son état de santé est à 100% et connaissant la résistance apparente calculée.
- Procédé selon la revendication 20, dans lequel si la batterie comprend plusieurs cellules, l’étape (b) comprend le calcul de paramètres de tension, de courant et de résistance interne pour chaque cellule, pour obtenir une distribution statistique par cellule.
- Procédé selon la revendication 21, comprenant une étape (e) intermédiaire des étapes (d) et (f), l’étape (e) comprenant un calcul de distributions statistiques de l’état de santé de chaque cellule de la batterie, à partir de la distribution statistique par cellule des paramètres de tension.
- Procédé selon la revendication 22, dans lequel l’étape (f) est réalisée en utilisant les distributions statistiques des états de santé de chaque cellule déterminées à l’étape (e), et en utilisant une configuration électrique connue de la batterie.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 23, dans lequel l’état de charge est calculé par intégration coulométrique.
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| EP21848279.2A EP4264302A1 (fr) | 2020-12-18 | 2021-12-16 | Procede et dispositif de determination de l'etat de sante d'une batterie d'un vehicule electrique |
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Citations (4)
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-
2020
- 2020-12-18 FR FR2013672A patent/FR3118188B1/fr active Active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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