WO2011092403A1 - Procede de diagnostic de l1etat de sante d'une batterie - Google Patents

Procede de diagnostic de l1etat de sante d'une batterie Download PDF

Info

Publication number
WO2011092403A1
WO2011092403A1 PCT/FR2011/000051 FR2011000051W WO2011092403A1 WO 2011092403 A1 WO2011092403 A1 WO 2011092403A1 FR 2011000051 W FR2011000051 W FR 2011000051W WO 2011092403 A1 WO2011092403 A1 WO 2011092403A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
state
charge
soc
health
Prior art date
Application number
PCT/FR2011/000051
Other languages
English (en)
Inventor
Angel Zhivkov Kirchev
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives filed Critical Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
Priority to US13/522,148 priority Critical patent/US8589097B2/en
Priority to EP11708898.9A priority patent/EP2529242B1/fr
Priority to JP2012550489A priority patent/JP2013518272A/ja
Priority to AU2011209525A priority patent/AU2011209525A1/en
Priority to BR112012018548A priority patent/BR112012018548A2/pt
Priority to MA35144A priority patent/MA34001B1/fr
Publication of WO2011092403A1 publication Critical patent/WO2011092403A1/fr
Priority to ZA2012/05219A priority patent/ZA201205219B/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/378—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] specially adapted for the type of battery or accumulator
    • G01R31/379—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] specially adapted for the type of battery or accumulator for lead-acid batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements

Definitions

  • the invention relates to a method for diagnosing the state of health (SOH) of a battery.
  • SOH state of health
  • the state of health can be expressed by the standard CD discharge capacity by the nominal capacity of the CN battery.
  • the CD discharge capacity represents the amount of energy a battery can sustain in discharge after being fully charged.
  • SOH 100 ⁇ - (R1)
  • a decline in the state of health represents an irreversible loss of capacity due to various degradation phenomena such as the sulfation of the battery.
  • the SOH is conventionally determined by the complete discharge of a battery having previously been fully charged.
  • the discharge current is constant and traditionally equal to C N / 20h, with CN the nominal capacity of the battery.
  • the open circuit voltage used to determine the state of charge is an approximate representation of the state of health of the battery. Indeed, a charged battery having a low SOH may have an open circuit voltage substantially equal to or greater than that of a new battery.
  • the internal resistance of a battery only takes into account the ohmic components thereof. The resistances of the metal current collectors, the electrolyte volume and the resistance of the active materials not participating in the reactions are not taken into account in the measurement of the internal resistance.
  • the charge transfer resistor is, for example, omitted.
  • the measurement takes into account so-called contact resistances corresponding to the connections with the test device. If the quality of the contact is bad, the measurement error may be significant.
  • the aim of the invention is to provide a method for diagnosing the state of health that is simple and rapid and that does not require a large discharge of the battery.
  • this objective is aimed at by the fact that the method determines a first value of the state of charge from the battery voltage during a partial discharge with a constant current and a second value of the state of charge from the open circuit voltage of the battery, and by the fact that W
  • the state of health is determined from the difference between the first and second values of the state of charge.
  • FIG. 1 represents steps of a 2 represents a step detail of the method according to FIG. 1
  • FIGS. 3 and 4 represent the voltage V - ii at the terminals of an electrochemical cell of FIG. test during continuous discharge at constant current and during a constant-current discharge interrupted by open-circuit periods
  • FIG. 5 represents a step detail of the method according to FIG. 1
  • FIG. 6 represents the open-circuit voltage Vco of the cell as a function of its state of charge SOC 2 , for different relaxation times t2 of the battery
  • Figure 7 shows schematically a test device for implementing the method according to the invention.
  • the state of charge represents the amount of electricity (expressed in Ah) stored in a standard battery by the maximum amount that can be stored after a full charge of the battery.
  • Two techniques can be used to determine the state of charge SOC of a battery.
  • a first technique consists in measuring the voltage at the terminals of the battery during a partial discharge at constant current of the battery.
  • the value of the voltage makes it possible to determine the state of charge of the battery by means of charts.
  • the charts (like that shown in Figure 3) are generally established by measuring the discharged quantity Q D by amperometry.
  • a second state of charge determination technique uses a measurement of the open circuit battery voltage Vco.
  • this technique is based on the quasi-linear relationship between the concentration of sulfuric acid in the electrolyte (or the density of the electrolyte) and the electromotive force E of the battery.
  • the open circuit voltage Vco across the battery stabilizes at a value close to the electromotive force E of the battery.
  • the sulfuric acid of the electrolyte is an active component of the battery, consumed during a discharge and regenerated during a charge.
  • the acid concentration is proportional to the charge state SOC of the battery.
  • the state of charge When the state of charge is determined by measuring the open-circuit voltage Vco at equilibrium, it can be expressed by the following relation: with CN the rated capacity of the battery and QD the amount of energy discharged.
  • the state of charge according to the relation R3 is normalized with respect to the nominal capacity CN since the maximum state of charge corresponds to the maximum concentration of sulfuric acid (or density of the electrolyte).
  • FIG. 1 represents generic steps of a method for diagnosing the state of health SOH of a battery.
  • a step F1 a first value SOC 1 of the state of charge of the battery is determined from the voltage VD obtained after a partial discharge of the constant current battery.
  • a second SOC value 2 of the state of charge is determined from the open circuit voltage Vco of the battery.
  • the difference SOC 2 - SOC 1 is calculated and then used to determine the state of health SOH using the relation R6.
  • FIG. 2 represents a detailed example of step F1 of the diagnostic method of FIG. 1.
  • a step F11 the battery is discharged for a duration ti by a constant current I.
  • the voltage VD at the terminals of the battery is measured at the end of the discharge.
  • an abacus is used, previously established with reference batteries and providing SOC 1 state of charge values as a function of the different discharge voltages VD and different current densities.
  • the first SOC 1 value of the state of charge is obtained by reading the chart for the discharge voltage VD measured at F12 and the discharge current I applied at F11.
  • the discharge current I can be between CN / 10 h and CN / h, where CN is the nominal capacity of the battery. Preferably, the current I is between CN / 5 h and CN / 3 h.
  • the duration ti of the discharge is chosen so that the decrease in the charge of the battery is between 0.5% and 2%. The amount of energy consumed for the test therefore remains limited and the subsequent use of the battery is preserved.
  • the duration ti of the discharge is between 20 seconds and 10 minutes, preferably between 1 and 3 minutes. By way of example, a test discharge lasting 3 minutes at a current of CN / 5 h discharges the battery by 1% of its capacity.
  • FIG. 3 shows the voltage V ce ii across a battery electrochemical cell according to two types of discharge.
  • the cell used for these experimental tests is an acid-lead battery cell with valve ("Valve Regulated Lead-Acid Batteries "or VRLAB) manufacturer Sonnenschein.
  • This cell comprises an electrolyte in the form of a gel and its nominal capacity is of the order of 10 Ah
  • the dashed curve represents a constant current continuous discharge of 1 A conventionally performed to determine the state of charge SOC 1 .
  • V ce ii varies almost linearly for SOC 1 state of charge values between 20% and 90%.
  • the slope of the curve is of the order of 2.3 mV /% for a cell.
  • V it ii measured can be associated a SOC 1 charge state value, with an accuracy of the order of 0.5% to 1%.
  • the curve in solid line represents, under experimental conditions, the evolution of the voltage of the cell V ce ii according to the diagnostic method represented in FIG. 1, to determine each of the SOC 1 and SOC charge state values. 2 .
  • the discharge D of the battery is interrupted by periods P during which the supply circuit is open. In order for the curves of the two curves to be comparable, the duration of the periods P has been represented as zero, and only the voltage variation in each period P can be seen in FIG. 3.
  • a discharge period D with a constant current of 1 A allows an evaluation of the value SOC 1 according to the step F1 (FIG. 2) while an open circuit period P allows an evaluation of the value SOC 2 according to the step F2, which will be explained hereinafter at Figure 5. 5.
  • Figure 3 shows that in the case of interruptions of the discharge (full line curve), without taking into account the duration of the interruptions, the cell voltage remains close to that related to a discharge without interruptions (dashed curve) .
  • the method of diagnosis of the state of health can therefore be used repeatedly reliably, as shown schematically in Figure 3.
  • FIG. 5 represents a detailed example of the step F2 for determining the second SOC 2 value of the state of charge.
  • the discharge of step F1 is followed by the opening of the circuit during a step F21.
  • the state of the circuit remains unchanged for a duration t.2 (step F22).
  • the open circuit voltage Vco reaches a state of equilibrium, that is to say a value close to the electromotive force E of the battery.
  • the open circuit voltage Vco at equilibrium is measured (step F23) and used in a second chart during a step F24. This chart groups together the values of the open circuit voltage Vco at the equilibrium of a standard battery in correspondence with the SOC 2 state of charge values.
  • the open circuit voltage Vco or vacuum voltage reaches a steady state after a relaxation time.
  • the step of measuring the voltage Vco is generally performed after a waiting time of two hours after disconnection of the battery. This waiting time is obviously too long for implementation in a commercial battery park. We will see below a solution to shorten this time.
  • FIG. 6 represents the open circuit voltage Vco of the cell previously described as a function of the state of charge SOC 2 , for relaxation times t2 varying from 0 to 2 h.
  • a relaxation time of the order of 120 seconds makes it possible to reach a value of no-load voltage of the order of 90% of the maximum value.
  • the waiting time or relaxation time t2 is chosen, preferably between 120 and 300 seconds to minimize the duration of the diagnostic process and to maintain good accuracy.
  • the open circuit voltage Vco is therefore measured, preferably 120 to 300 seconds after the end of the partial discharge and the opening of the circuit.
  • the method of diagnosing the state of health is fast since a few minutes are sufficient to calculate each of the values of the state of charge. For a partial discharge of about three minutes followed by an open circuit period of about two minutes, the method of diagnosing the state of health has a duration of the order of six minutes, including the time required for calculations of the SOH value. On the other hand, the method does not significantly discharge the battery, since a discharge of 0.5% to 2% is sufficient to determine the first SOC 1 state of charge.
  • FIG. 7 represents a test device 1 for implementing the diagnostic method according to FIG. 1.
  • a battery 2 is connected to a load 3, for example a resistor.
  • a switch T is connected in series between the battery 1 and the load 3 to place the battery 2 in open or closed circuit.
  • the device further comprises a measuring circuit 4 for the voltage VD across the load 3 or the open circuit voltage Vco.
  • the measuring circuit 4 and the switch T are controlled by a control unit 5.
  • the voltages VD and Vco are supplied by the measuring circuit 4 to a computer 6, for example a microprocessor. From the voltages VD and Vco and abacuses 7 contained in a memory, the computer 6 determines the state of health SOH of the battery 2. Many variations and modifications will occur to the skilled person. In particular, the method of diagnosing the state of health can be applied to a fully charged battery, to a battery partially or completely discharged.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)

Abstract

Un procédé de diagnostic de l'état de santé d'une batterie comporte la détermination (Fl) d'une première valeur de l'état de charge (S0C1) à partir de la tension de la batterie lors d'une décharge partielle à courant constant, la détermination (F2) d'une seconde valeur de l'état de charge (S0C2) à partir de la tension de circuit ouvert de la batterie, et le calcul (F3) de l'état de santé (SOH) à partir de la différence entre les première et seconde valeurs de l'état de charge.

Description

PROCEDE DE DIAGNOSTIC DE L'ETAT DE
SANTE D'UNE BATTERIE
Domaine technique de l'invention
L'invention est relative à un procédé de diagnostic de l'état de santé (SOH) d'une batterie.
État de la technique
Le stockage d'énergie nécessite une surveillance régulière des batteries par le biais de tests afin de déterminer les batteries défaillantes. L'incapacité d'une batterie à fournir l'énergie demandée est une première indication de sa détérioration. Le test d'une batterie peut être réalisé en déterminant son état de santé (SOH, « state of health » en anglais). L'état de santé SOH est généralement représentatif de la condition d'une batterie, de sa détérioration ou de sa capacité à fournir le courant voulu.
L'état de santé peut être exprimé par la capacité de décharge CD normalisée par la capacité nominale de la batterie CN. La capacité de décharge CD représente la quantité d'énergie qu'une batterie peut subir en décharge après avoir été complètement chargée. Ainsi, plus la capacité de décharge est proche de la capacité nominale de la batterie, meilleur est son état de santé. Selon cette définition, l'état de santé s'écrit par la relation suivante : SOH = 100 ·— (R1 )
CN
Une baisse de l'état de santé représente une perte irréversible de capacité due à différents phénomènes de dégradation tels que la sulfatation de la batterie. Le SOH est déterminé, de manière classique, par la décharge complète d'une batterie ayant été précédemment chargée en totalité. Le courant de décharge est constant et traditionnellement égal à CN/20h , avec CN la capacité nominale de la batterie.
Utiliser cette définition directement pour mesurer l'état de santé d'une batterie n'est pas applicable dans une situation réelle. En effet, il faudrait régulièrement procéder à la décharge de chaque batterie d'un parc pendant une vingtaine d'heures, ce qui réduit l'efficacité d'utilisation du parc. Les méthodes classiques de test rapide d'état de santé effectuent une mesure de la tension de circuit ouvert (« open-circuit voltage », en anglais, OCV) et une mesure de la résistance interne de la batterie, à partir de signaux alternatifs de faible amplitude ou à partir de pulsations de courant en créneaux. Le document US4912416 décrit l'un de ces dispositifs de test de batteries. Le dispositif mesure la conductance dynamique d'une batterie (c'est-à-dire l'inverse de la résistance interne), représentative de sa condition électrique. La conductance de la batterie étant dépendante de son état de charge (« state of charge » en anglais, SOC), celui-ci est également évalué pour corriger la valeur de la conductance. L'état de charge est généralement déterminé par la mesure de la tension de circuit ouvert Vco aux bornes de la batterie.
Ces techniques de test de l'état de santé présentent néanmoins des inconvénients. La tension de circuit ouvert utilisée pour déterminer l'état de charge est une représentation approximative de l'état de santé de la batterie. En effet, une batterie chargée ayant un SOH faible peut avoir une tension de circuit ouvert sensiblement égale, voire supérieure, à celle d'une batterie neuve. De plus, la résistance interne d'une batterie ne tient compte que des composants ohmiques de celle-ci. Les résistances des collecteurs de courant métalliques, le volume d'électrolyte et la résistance des matériaux actifs ne participant pas aux réactions ne sont pas pris en compte dans la mesure de la résistance interne. La résistance de transfert de charge est, par exemple, omise.
En revanche, la mesure tient compte des résistances dites de contact correspondant aux connexions avec le dispositif de test. Si la qualité du contact est mauvaise, l'erreur sur la mesure peut être significative.
Résumé de l'invention
L'invention vise un procédé de diagnostic de l'état de santé simple, rapide et qui ne nécessite pas une décharge importante de la batterie.
Selon l'invention, on tend vers cet objectif par le fait que le procédé détermine une première valeur de l'état de charge à partir de la tension de la batterie lors d'une décharge partielle à courant constant et une seconde valeur de l'état de charge à partir de la tension de circuit ouvert de la batterie, et par le fait que W
3
l'état de santé est déterminé à partir de la différence entre les première et seconde valeurs de l'état de charge.
Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés à l'aide des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente des étapes d'un procédé de diagnostic de l'état de santé selon l'invention, - la figure 2 représente un détail d'étape du procédé selon la figure 1 , les figures 3 et 4 représentent la tension Vœii aux bornes d'une cellule électrochimique de test lors d'une décharge continue à courant constant et lors d'une décharge à courant constant interrompue par des périodes de circuit ouvert; - la figure 5 représente un détail d'étape du procédé selon la figure 1 , la figure 6 représente la tension en circuit ouvert Vco de la cellule en fonction de son état de charge SOC2, pour différents temps de relaxation t2 de la batterie, et la figure 7 représente, de manière schématique, un dispositif de test pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention.
Description d'un mode de réalisation préféré de l'invention
L'état de charge (SOC) représente la quantité d'électricité (exprimée en Ah) stockée dans une batterie normalisée par la quantité maximale qui peut être stockée après une charge complète de la batterie. Deux techniques peuvent être employées pour déterminer l'état de charge SOC d'une batterie.
Une première technique consiste à mesurer la tension aux bornes de la batterie lors d'une décharge partielle à courant constant de la batterie. La valeur de la tension permet de déterminer l'état de charge de la batterie à l'aide d'abaques. Les abaques (comme celui représenté à la figure 3) sont généralement établis en mesurant la quantité déchargée QD par ampérométrie.
Il s'avère que l'état de charge SOC1 ainsi déterminé peut s'écrire de la manière suivante :
SOC = 100 . (Cp -Qp)
cD (R2). où CD est la capacité de décharge maximale et QD la quantité d'énergie déchargée (CD et QD en Ah). Cette première valeur de SOC est donc normalisée par la capacité de décharge CD.
Une seconde technique de détermination de l'état de charge utilise une mesure de la tension de la batterie en circuit ouvert Vco. Dans le cas des batteries acide-plomb, cette technique repose sur la relation quasi-linéaire entre la concentration d'acide sulfurique dans l'électrolyte (ou la densité de l'électrolyte) et la force électromotrice E de la batterie. Après un temps de relaxation suffisamment long après l'ouverture du circuit, la tension de circuit ouvert Vco aux bornes de la batterie se stabilise à une valeur proche de la force électromotrice E de la batterie. Par ailleurs, l'acide sulfurique de l'électrolyte est un composant actif de la batterie, consommé lors d'une décharge et régénéré lors d'une charge. Ainsi, la concentration en acide est proportionnelle à l'état de charge SOC de la batterie. Une relation quasi-linéaire entre l'état de charge SOC et la tension de circuit ouvert Vco dite « équilibrée » est ainsi obtenue. Cette relation est explicitée, par exemple, dans l'article « Battery monitoring and electrical energy managment precondition for future vehicle electric power Systems » (Meissner et al., Journal of Power Sources, 1 16, 79-98, 2003).
Lorsque l'état de charge est déterminé par la mesure de la tension en circuit ouvert Vco à l'équilibre, il peut être exprimé par la relation suivante :
Figure imgf000006_0001
avec CN la capacité nominale de la batterie et QD la quantité d'énergie déchargée. L'état de charge selon la relation R3 est normalisé par rapport à la capacité nominale CN puisque l'état de charge maximum correspond à la concentration en acide sulfurique (ou densité de l'électrolyte) maximale.
Il a été découvert par les inventeurs que l'état de santé (SOH) d'une batterie peut être estimé à l'aide de ces deux mesures de l'état de charge. En effet, la relation R2 exprimant la première valeur de l'état de charge SOC1 comprend des informations sur l'état de santé SOH de la batterie puisque la capacité de décharge CD varie en fonction de la détérioration de la batterie. A titre d'exemple, la capacité CD diminue dans le temps si la batterie est soumise à des phénomènes de corrosion des grilles ou de dégradation du matériau actif de la batterie. A l'inverse, la relation R3 exprimant la seconde valeur SOC2 ne tient pas compte du vieillissement de la batterie, c'est-à-dire que cette relation est fiable si la batterie est scellée (sans maintenance) ou si la maintenance de la batterie est régulièrement effectuée. La seconde valeur SOC2 reflète donc des informations sur l'état initial de la batterie. Ainsi, ces deux méthodes de calcul de l'état de charge ne donnent pas la même valeur suivant l'état de santé de la batterie.
Il est possible de retrouver la définition de l'état de santé selon la relation R1 par une relation basée sur la différence entre SOC2 et SOC.
D'après les relations R2 et R3, la différence SOC2-SOC1 s'écrit :
ASOC =SOC2 - SOC1 = 100 QD) (CD - QD) (R4)
La relation R4 se simplifie de la manière suivante :
Figure imgf000007_0001
SOC1
Avec— = d'après la relation R1 et d'après la relation R2,
N 100 100
on obtient :
Figure imgf000007_0002
On établit ainsi une relation permettant de calculer l'état de santé SOH à partir de la différence entre deux valeurs de l'état de charge, déterminées selon des techniques distinctes ne nécessitant pas un cycle de charge-décharge complet. Il est proposé de mettre en application ce constat à l'aide d'un procédé de diagnostic décrit ci-dessous.
La figure 1 représente des étapes génériques d'un procédé de diagnostic de l'état de santé SOH d'une batterie. Dans une étape F1 , une première valeur SOC1 de l'état de charge de la batterie est déterminée à partir de la tension VD obtenue après une décharge partielle de la batterie à courant constant. En F2, une seconde valeur SOC2 de l'état de charge est déterminée à partir de la tension de circuit ouvert Vco de la batterie. En F3, la différence SOC2- SOC1 est calculée puis utilisée pour déterminer l'état de santé SOH à l'aide de la relation R6.
La figure 2 représente un exemple détaillé de l'étape F1 du procédé de diagnostic de la figure 1. Dans une étape F11 , la batterie est déchargée pendant une durée ti par un courant I constant. Dans une étape F12, la tension VD aux bornes de la batterie est mesurée à la fin de la décharge. A l'étape F13, on utilise un abaque, établi au préalable à l'aide de batteries étalon et fournissant les valeurs de l'état de charge SOC1 en fonction des différentes tensions de décharge VD et différentes densités de courant. Ainsi, la première valeur SOC1 de l'état de charge est obtenue en lisant l'abaque pour la tension de décharge VD mesurée en F12 et le courant de décharge I appliqué en F11.
Le courant de décharge I peut être compris entre CN/10 h et CN/ h, CN étant la capacité nominale de la batterie. De préférence, le courant I est compris entre CN/5 h et CN/3 h. La durée ti de la décharge est choisie de manière que la diminution de la charge de la batterie soit comprise entre 0,5% et 2%. La quantité d'énergie consommée pour le test reste donc limitée et l'utilisation ultérieure de la batterie est préservée. La durée ti de la décharge est comprise entre 20 secondes et 10 minutes, de préférence entre 1 et 3 minutes. A titre d'exemple, une décharge de test d'une durée de 3 minutes à un courant de CN/5 h décharge la batterie de 1 % de sa capacité.
La figure 3 représente la tension Vceii aux bornes d'une cellule électrochimique de batterie selon deux types de décharge. La cellule utilisée pour ces essais expérimentaux est une cellule de batterie acide-plomb à valve ( « Valve Regulated Lead-Acid Batteries » ou VRLAB) du fabricant Sonnenschein. Cette cellule comporte un électrolyte sous forme de gel et sa capacité nominale est de l'ordre de 10 A.h.
La courbe en pointillés représente une décharge continue à courant constant de 1 A classiquement réalisée pour déterminer l'état de charge SOC1. Pendant cette décharge continue, la tension de la cellule Vceii varie de manière quasi- linéaire pour des valeurs de l'état de charge SOC1 comprises entre 20 % et 90 %. La pente de la courbe est de l'ordre de 2,3 mV/% pour une cellule. A une valeur de Vceii mesurée peut être associée une valeur de l'état de charge SOC1, avec une précision de l'ordre de 0,5 % à 1 %.
La courbe en trait plein représente, dans des conditions expérimentales, l'évolution de la tension de la cellule Vceii selon le procédé de diagnostic représenté à la figure 1, pour déterminer chacune des valeurs de l'état de charge SOC1 et SOC2. La décharge D de la batterie est interrompue par des périodes P pendant lesquelles le circuit d'alimentation est ouvert. Pour que les allures des deux courbes soient comparables, la durée des périodes P a été représentée comme nulle, et on n'aperçoit à la figure 3 que la variation de tension sur chaque période P. Une période de décharge D à courant constant de 1 A permet une évaluation de la valeur SOC1 selon l'étape F1 (Fig.2) tandis qu'une période P de circuit ouvert permet une évaluation de la valeur SOC2 selon l'étape F2, qui sera explicitée ci-après à l'aide de la figure 5. Chaque période P de circuit ouvert correspond à un pic de la tension de la cellule. En effet, lors d'une déconnexion de la cellule après une décharge, la tension en circuit ouvert V∞ = Vceii remonte vers une valeur d'équilibre. La décharge D redémarre alors à partir de cette valeur. La figure 3 montre que dans le cas d'interruptions de la décharge (courbe en trait plein), sans tenir compte de la durée des interruptions, la tension de la cellule reste proche de celle liée à une décharge sans interruptions (courbe en pointillés).
La figure 4 représente, en vue agrandie, une période P de circuit ouvert suivie d'une période de décharge D, à une valeur de l'état de charge SOC1 d'environ 72 %. Après ouverture du circuit d'alimentation et stabilisation de la tension aux bornes de la cellule, la tension Vceii est à son maximum. Lorsque la décharge D reprend, la tension diminue rapidement et atteint en quelques minutes une valeur proche de celle obtenue dans le cas d'une décharge ininterrompue. Les figures 3 et 4 montrent donc que la déconnexion temporaire de la batterie, servant à l'évaluation de la valeur SOC2, influe peu sur la tension VD = Vœii de la cellule lors de la décharge D, et donc sur la détermination de la première valeur de l'état de charge SOC1. Le procédé de diagnostic de l'état de santé peut donc être employé à plusieurs reprises de façon fiable, comme schématisé sur la figure 3.
La figure 5 représente un exemple détaillé de l'étape F2 de détermination de la seconde valeur SOC2 de l'état de charge. La décharge de l'étape F1 est suivie par l'ouverture du circuit lors d'une étape F21. L'état du circuit reste inchangé pendant une durée t.2 (étape F22). Pendant cette période, la tension de circuit ouvert Vco atteint un état d'équilibre, c'est-à-dire une valeur proche de la force électromotrice E de la batterie. Enfin, la tension de circuit ouvert Vco à l'équilibre est mesurée (étape F23) et utilisée dans un second abaque lors d'une étape F24. Cet abaque regroupe les valeurs de la tension de circuit ouvert Vco à l'équilibre d'une batterie étalon en correspondance avec les valeurs de l'état de charge SOC2.
Comme décrit précédemment, la tension de circuit ouvert Vco ou tension à vide atteint un état stationnaire après un temps de relaxation. Pour permettre une évaluation précise de l'état de charge SOC2, l'étape de mesure de la tension Vco est généralement réalisée après une durée d'attente de deux heures après déconnexion de la batterie. Ce délai d'attente est évidemment trop long pour une mise en œuvre dans un parc de batteries commercial. On verra ci-après une solution pour raccourcir ce délai.
La figure 6 représente la tension de circuit ouvert Vco de la cellule précédemment décrite en fonction de l'état de charge SOC2, pour des temps de relaxation t2 variant de 0 à 2 h. La valeur maximale de la tension Vco est atteinte pour Î2 = 2 h. On remarque qu'un temps de relaxation de l'ordre de 120 secondes permet d'atteindre une valeur de tension à vide de l'ordre de 90 % de la valeur maximale. Ainsi, la durée d'attente ou temps de relaxation t2 est choisi, de préférence, entre 120 et 300 secondes pour minimiser la durée du procédé de diagnostic et conserver une bonne précision. La tension de circuit ouvert Vco est donc mesurée, de préférence, 120 à 300 secondes après la fin de la décharge partielle et l'ouverture du circuit. Le procédé de diagnostic de l'état de santé est rapide puisque quelques minutes suffisent à calculer chacune des valeurs de l'état de charge. Pour une décharge partielle d'environ trois minutes suivie d'une période de circuit ouvert d'environ deux minutes, le procédé de diagnostic de l'état de santé a une durée de l'ordre de six minutes, y compris le temps nécessaire aux calculs de la valeur SOH. Par ailleurs, le procédé ne décharge pas la batterie de manière significative, puisque une décharge de 0,5 % à 2 % est suffisante pour déterminer la première valeur de l'état de charge SOC1.
La figure 7 représente un dispositif de test 1 pour la mise en œuvre du procédé de diagnostic selon la figure 1. Une batterie 2 est reliée à une charge 3, par exemple une résistance. Un interrupteur T est connecté en série entre la batterie 1 et la charge 3 pour placer la batterie 2 en circuit ouvert ou fermé. Le dispositif comporte, de plus, un circuit de mesure 4 de la tension VD aux bornes de la charge 3 ou de la tension de circuit ouvert Vco. Le circuit de mesure 4 et l'interrupteur T sont commandés par une unité de commande 5.
Les tensions VD et Vco sont fournies par le circuit de mesure 4 à un calculateur 6, par exemple un microprocesseur. A partir des tensions VD et Vco et d'abaques 7 contenus dans une mémoire, le calculateur 6 détermine l'état de santé SOH de la batterie 2. De nombreuses variantes et modifications apparaîtront à l'homme du métier. En particulier, le procédé de diagnostic de l'état de santé pourra être appliqué à une batterie totalement chargée, à une batterie partiellement ou totalement déchargée.

Claims

Procédé de diagnostic de l'état de santé (SOH) d'une batterie, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : déterminer (F1) une première valeur de l'état de charge (SOC1) à partir de la tension (VD) de la batterie lors d'une décharge partielle à courant constant (I), déterminer (F2) une seconde valeur de l'état de charge (SOC2) à partir de la tension de circuit ouvert (Vco) de la batterie, et déduire (F3) l'état de santé (SOH) à partir de la différence entre les première et seconde valeurs de l'état de charge (SOC1, SOC2).
Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'état de santé SOH est calculé à partir de la relation
Figure imgf000012_0001
où SOC1 est première valeur de l'état de charge et SOC2 est la seconde valeur de l'état de charge.
Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le courant de décharge partielle (I) est compris entre CN/10 h et CN/1 h, CN étant la capacité nominale de la batterie.
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le courant de décharge partielle (I) est compris entre CN/5 h et CN/3 h.
Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la décharge partielle a lieu pendant une durée (ti) telle que la diminution de la charge de la batterie est comprise entre 0,5% et 2% .
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la décharge partielle a lieu pendant une durée (ti) comprise entre 20 secondes et 10 minutes.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la durée de la décharge partielle (ti) est comprise entre 1 minute et 3 minutes. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape (F2) de détermination de la seconde valeur de l'état de charge (SOC2) comprend les étapes suivantes : déconnecter la batterie pendant une durée (t2) comprise entre 60 à 300 secondes, et mesurer la tension de circuit ouvert (Vco) de la batterie.
PCT/FR2011/000051 2010-01-27 2011-01-26 Procede de diagnostic de l1etat de sante d'une batterie WO2011092403A1 (fr)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/522,148 US8589097B2 (en) 2010-01-27 2011-01-26 Method for diagnosing the state of health of a battery
EP11708898.9A EP2529242B1 (fr) 2010-01-27 2011-01-26 Procédé de diagnostic de l'état de santé d'une batterie
JP2012550489A JP2013518272A (ja) 2010-01-27 2011-01-26 電池の劣化状態を診断する方法
AU2011209525A AU2011209525A1 (en) 2010-01-27 2011-01-26 Method for diagnosing the state of health of a battery
BR112012018548A BR112012018548A2 (pt) 2010-01-27 2011-01-26 processo de diagnóstico de estado de funcionamento de uma bateria
MA35144A MA34001B1 (fr) 2010-01-27 2011-01-26 Procede de diagnostic de l'etat de sante d'une batterie
ZA2012/05219A ZA201205219B (en) 2010-01-27 2012-07-13 Method for diagnosing the stsate of health of a battery

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1000311A FR2955670B1 (fr) 2010-01-27 2010-01-27 Procede de diagnostic de l'etat de sante d'une batterie
FR1000311 2010-01-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011092403A1 true WO2011092403A1 (fr) 2011-08-04

Family

ID=42752279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2011/000051 WO2011092403A1 (fr) 2010-01-27 2011-01-26 Procede de diagnostic de l1etat de sante d'une batterie

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8589097B2 (fr)
EP (1) EP2529242B1 (fr)
JP (1) JP2013518272A (fr)
AU (1) AU2011209525A1 (fr)
BR (1) BR112012018548A2 (fr)
FR (1) FR2955670B1 (fr)
MA (1) MA34001B1 (fr)
WO (1) WO2011092403A1 (fr)
ZA (1) ZA201205219B (fr)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9244132B2 (en) * 2011-09-12 2016-01-26 Eaglepicher Technologies, Llc Systems and methods for determining battery state-of-health
US9077181B2 (en) * 2013-01-11 2015-07-07 GM Global Technology Operations LLC Battery section balancing methods and systems
DE102013209389A1 (de) 2013-05-22 2014-11-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Überwachung eines Zustands eines Akkumulators auf Basis eines den jeweiligen Zustand des Akkumulator kennzeichnenden Zustandswertes
FR3015048B1 (fr) * 2013-12-12 2015-12-18 Renault Sas Evaluation de la quantite d'energie dans une batterie de vehicule automobile
FR3020142B1 (fr) * 2014-04-16 2016-05-13 Renault Sa Procede d'estimation de l'etat de sante d'une batterie
KR102225667B1 (ko) 2014-07-02 2021-03-12 삼성전자주식회사 배터리의 상태를 추정하는 방법 및 장치
US10481210B2 (en) 2014-07-14 2019-11-19 Ford Global Technologies, Llc Methods to determine battery cell voltage relaxation time based on cell usage history and temperature
US10459034B2 (en) * 2014-12-26 2019-10-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for estimating state of health (SOH) of battery
KR102357351B1 (ko) 2015-01-07 2022-01-28 삼성전자주식회사 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 팩의 상태를 추정하는 장치 및 방법
FR3044773A1 (fr) * 2015-12-04 2017-06-09 Renault Sas Procede d'evaluation de l'etat de sante d'une batterie electrochimique
EP3408129B1 (fr) * 2016-01-29 2021-07-14 Toyota Motor Europe Dispositif et procédé de commande pour décharger une batterie rechargeable
KR102559200B1 (ko) * 2016-10-05 2023-07-25 삼성전자주식회사 배터리 유닛을 관리하는 장치, 방법, 및 시스템
CN108572320B (zh) * 2017-03-09 2020-02-14 郑州宇通客车股份有限公司 电池最小单体及系统有效容量、健康状态估算方法及装置
CN109375115B (zh) * 2018-09-29 2019-06-25 佳木斯大学 基于算法的铅酸蓄电池soh估计方法和装置
KR102521576B1 (ko) * 2019-03-18 2023-04-12 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치
EP3751299B1 (fr) * 2019-06-11 2023-08-09 Volvo Car Corporation Détection de défauts latents dans une cellule d'un système de stockage d'énergie
DE102019211050B4 (de) * 2019-07-25 2022-10-13 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Restkapazität einer Batterie
CN114002603B (zh) * 2020-07-13 2022-08-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 识别电芯的方法、装置及计算机存储介质
CN112172608B (zh) * 2020-09-11 2022-05-10 广州小鹏汽车科技有限公司 电池监测方法、装置、车辆及存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4912416A (en) 1988-06-06 1990-03-27 Champlin Keith S Electronic battery testing device with state-of-charge compensation
JPH07183050A (ja) * 1993-12-24 1995-07-21 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 鉛蓄電池の寿命判定方法
WO2006107247A1 (fr) * 2005-04-07 2006-10-12 St Jude Medical Ab Procede et appareil pour determiner un moment de remplacement d'une batterie electrique
US20070194756A1 (en) * 2006-02-23 2007-08-23 Powercart Systems Inc. System and method for monitoring battery state
WO2009158226A2 (fr) * 2008-06-27 2009-12-30 Gm Global Technology Operations, Inc. Technique d'estimation de la capacité d'une batterie

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3063105B2 (ja) * 1990-01-16 2000-07-12 ソニー株式会社 電池残量表示装置
JP2004354050A (ja) * 2002-05-14 2004-12-16 Yazaki Corp バッテリの充電状態推定方法及び開回路電圧推定方法、並びに、劣化度算出方法及び装置
JP4227814B2 (ja) * 2003-02-07 2009-02-18 エスペック株式会社 電池状態診断装置および電池状態診断方法
JP2005037230A (ja) * 2003-07-14 2005-02-10 Toyota Motor Corp 電池劣化検出装置および方法
AU2007359887B2 (en) * 2007-10-10 2012-10-18 Commissariat A L'energie Atomique Method of estimation of the state of charge of a lead-acid battery

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4912416A (en) 1988-06-06 1990-03-27 Champlin Keith S Electronic battery testing device with state-of-charge compensation
JPH07183050A (ja) * 1993-12-24 1995-07-21 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 鉛蓄電池の寿命判定方法
WO2006107247A1 (fr) * 2005-04-07 2006-10-12 St Jude Medical Ab Procede et appareil pour determiner un moment de remplacement d'une batterie electrique
US20070194756A1 (en) * 2006-02-23 2007-08-23 Powercart Systems Inc. System and method for monitoring battery state
WO2009158226A2 (fr) * 2008-06-27 2009-12-30 Gm Global Technology Operations, Inc. Technique d'estimation de la capacité d'une batterie

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MEISSNER E ET AL: "Battery Monitoring and Electrical Energy Management - Precondition for future vehicle electric power systems", JOURNAL OF POWER SOURCES, ELSEVIER SA, CH LNKD- DOI:10.1016/S0378-7753(02)00713-9, vol. 116, no. 1-2, 1 July 2003 (2003-07-01), pages 79 - 98, XP004433272, ISSN: 0378-7753 *
MEISSNER ET AL., JOURNAL OF POWER SOURCES, vol. 116, 2003, pages 79 - 98

Also Published As

Publication number Publication date
US8589097B2 (en) 2013-11-19
ZA201205219B (en) 2013-03-27
US20120296586A1 (en) 2012-11-22
AU2011209525A1 (en) 2012-08-16
FR2955670B1 (fr) 2012-01-27
JP2013518272A (ja) 2013-05-20
EP2529242B1 (fr) 2021-04-14
FR2955670A1 (fr) 2011-07-29
BR112012018548A2 (pt) 2016-05-03
MA34001B1 (fr) 2013-02-01
EP2529242A1 (fr) 2012-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2529242B1 (fr) Procédé de diagnostic de l'état de santé d'une batterie
EP2397863B1 (fr) Systeme de surveillance de l'etat d'une batterie
EP2233937B1 (fr) Procédé de détermination de l'état de santé d'une batterie
EP2410346B1 (fr) Procédé de détermination d'un paramètre d'au moins un accumulateur d'une batterie
EP2634591B1 (fr) Méthode et système d'estimation de l'état de charge d'un élément électrochimique au lithium comprenant une électrode positive de type phosphate lithié
EP3443370B1 (fr) Procede de determination de la valeur de parametres relatifs a l'etat d'un accumulateur d'une batterie, batterie et systeme de gestion electronique d'une batterie
FR2965360A1 (fr) Procede de diagnostic in situ de batteries par spectroscopie d'impedance electrochimique
EP2537040A1 (fr) Methode de diagnostic in situ de batteries par spectroscopie d'impedance electrochimique
WO2003034084A1 (fr) Testeur de batterie electronique a sortie de test relative
EP3258282A1 (fr) Procédé et dispositif d'évaluation d'un indicateur d'état de santé d'une cellule d'une batterie lithium
FR2929409A1 (fr) Procede d'estimation de la charge d'une batterie d'un vehicule automobile
EP2344900A1 (fr) Procede de determination de l'etat de charge d'une batterie en phase de charge ou de decharge
EP3667345A1 (fr) Procédé de détermination de l'état de santé des cellules d'une batterie
FR2994772A1 (fr) Procede de charge d'une batterie
EP3948316A1 (fr) Procédé d'initialisation de l'état de charge d'une batterie
FR3072501A1 (fr) Detection de defaut d’isolation d’une batterie de traction
EP2406647A1 (fr) Procede pour determiner l'etat de charge d'une source electrochimique pour la traction electrique de vehicules
FR2965361A1 (fr) Procede d'estimation de l'etat de sante d'une batterie d'un vehicule et vehicule mettant en oeuvre un tel procede
JP7172891B2 (ja) 二次電池の製造方法
EP2947471A1 (fr) Procédé et dispositif de diagnostic d'aptitude à la régénération d'une batterie
FR2934374A1 (fr) Procede de determination de la capacite maximale d'une batterie d'un vehicule automobile
FR3134895A1 (fr) Procédé de diagnostic pour la détermination d’une aptitude d’une batterie plomb-acide à être régénérée
FR3098922A1 (fr) Procédé de détermination de l'état de charge des cellules d'une batterie
FR3098921A1 (fr) Estimation du SoH d’un élément électrochimique
FR3125480A1 (fr) Véhicule comprenant une batterie rechargeable et des moyens de détermination d’une puissance maximale admissible pour la batterie lors d’une phase de charge

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11708898

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13522148

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011209525

Country of ref document: AU

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012550489

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2011209525

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20110126

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011708898

Country of ref document: EP

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112012018548

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112012018548

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20120726