WO2013068672A1 - Dispositif et procédé de gestion d'une batterie en vue de sa non utilisation pendant une durée choisie - Google Patents

Dispositif et procédé de gestion d'une batterie en vue de sa non utilisation pendant une durée choisie Download PDF

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WO2013068672A1
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battery
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self
discharge
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PCT/FR2012/052485
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Agnes DEBOURG
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Peugeot Citroen Automobiles Sa
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0069—Charging or discharging for charge maintenance, battery initiation or rejuvenation
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to the field of batteries (possibly multicellular type), and more specifically the management of such batteries when they no longer need to be used for a chosen period.
  • the object of the invention is therefore to improve the situation, and more precisely to enable the determination of an optimal initial state of charge of a battery before a phase of non-use, in order to prevent it from being discharged in below a predefined threshold and that its aging is accelerated by the conditions in which it is placed during this phase of non-use.
  • a device for managing the state of charge of a battery comprising:
  • calculation means arranged, in the event of reception of a duration Ds during which the battery will no longer be used and of an outside temperature Te around this battery, to determine, on the one hand, speeds of discharging the battery for different initial states of charge as a function of self-discharge acceleration factors corresponding respectively to these and the external temperature Te, and secondly, final charge states at expiration duration Ds starting from the different initial states of charge and as a function of aging acceleration factors corresponding respectively to these and self-discharge rates, and
  • selection means arranged to determine an optimal initial charge state to which the final charge state corresponds, among those determined, which is, by a higher value, of a chosen threshold, so that this optimal initial charge state is applied to the battery so that it presents this state of final charge at the expiration of the duration Ds.
  • the invention therefore advantageously makes it possible to adapt the initial state of charge of a battery as a function of the duration during which it is intended not to use it and of the expected outside temperature in the zone where it will be placed during any this duration.
  • the device according to the invention may comprise other characteristics which may be taken separately or in combination, and in particular:
  • its selection means can be arranged to determine an optimum initial charge state to which the final charge state corresponds, among those determined, which is, by a higher value, of the chosen threshold;
  • each self-discharge speed corresponding to one of the initial states of charge can be determined by multiplying a reference self-discharge rate by a self-discharge acceleration factor which corresponds to this initial state of charge;
  • its calculation means can be arranged to determine each final charge state corresponding to one of the initial states of charge by multiplying the self-discharge rate corresponding to this initial state of charge by the corresponding acceleration factor of aging. at this initial state of charge;
  • its calculating means can be arranged to determine the final state of charge, which corresponds to an initial state of charge which follows another initial state of charge corresponding to a final state of charge lower or equal to the threshold, by using a speed of self-discharge corresponding to this other initial state of charge;
  • its calculation means can be arranged to determine the acceleration factors of aging and self-discharge of the battery for the different initial states of charge as a function of the external temperature Te;
  • its calculation means can be arranged to determine an internal temperature Ti of the battery as a function of the external temperature Te and of a thermal evolution model of the battery, and to use this internal temperature Ti to determine the speeds of self-discharge and said final charge states, as well as optionally the acceleration factors of aging and self-discharge.
  • the invention also proposes a computer, intended to equip a system comprising a battery, and comprising a management device of the type of that presented above.
  • the invention also proposes a system comprising a battery and a calculator of the type of that presented above.
  • a system may, for example, constitute a vehicle, possibly of automobile type.
  • the invention also proposes a method for managing the state of charge of a battery, and comprising, in the event of receiving a duration Ds during which the battery will no longer be used and an outside temperature Te around this drums :
  • FIG. 1 schematically and functionally illustrates a vehicle comprising a multicellular battery coupled to a computer comprising a management device according to the invention
  • FIG. 2 diagrammatically illustrates, within a diagram, an example of an evolution of the acceleration factor of self-discharge of a battery as a function of the initial state of charge of this battery, for an internal battery temperature. given,
  • FIG. 3 schematically illustrates, in a diagram, three examples of evolution of the aging acceleration factor of a battery as a function of the internal temperature of this battery and for three different initial states of charge of this battery
  • FIG. 4 schematically illustrates an exemplary flow chart for implementing the management method according to the invention.
  • the invention proposes in particular a management device D for managing the initial state of charge of a battery BA when it is expected that the latter (BA) is not used for a duration Ds chosen.
  • the cells Ci of the battery BA are of Li-ion type. But the invention is not limited to this type of cell. It concerns indeed any type of cell capable of storing electrical energy in order to restore it. Thus, the cells may also be of the Ni-Mh or lead type, for example, provided that their characteristics are available.
  • the battery BA is part of a system constituting a vehicle, possibly of automotive type.
  • the vehicle is of hybrid or all-electric type.
  • the invention is not limited to this type of system. It concerns indeed any type of system comprising at least one rechargeable battery (possibly of multicellular type), regardless of its technical field of use.
  • a management device D comprises calculation means MC and selection means MS.
  • a device (management) D can, for example and as illustrated, be implanted in a computer CA, such as that which is responsible for controlling the operation of the battery BA. Consequently, the (management) device D is preferably implemented in the form of software (or computer) modules. But it could also be realized in the form of a combination of electronic circuits and software modules.
  • the calculation means MC are arranged (or designed) to intervene each time they receive first data which represent a duration Ds during which the battery BA will no longer be used and second data which represent the external temperature Te which is provided around of the battery BA for the duration Ds.
  • first Ds and seconds Te data can be provided by a user (here a passenger of the vehicle V) via a man / machine interface (of the vehicle V) which is coupled to the computer CA (via the computer network of the vehicle V) .
  • the calculating means MC receive such duration Ds and external temperature Te, they determine the self-discharging speeds Vad of the battery BA for different initial states of charge ECi as a function, on the one hand, of self-discharge acceleration Fa corresponding respectively to the latter (ECi), and, secondly, the external temperature Te. Then, the calculation means MC determine final load states ECf, representative respectively of the states of charge that the battery BA could take at the expiration of the duration Ds, starting from the different initial load states ECi and depending on factors Fv aging acceleration corresponding respectively to these (ECi) and Vad self-discharge rates determined first.
  • the self discharge rates Vad can be calculated as a percentage of state of charge loss per day (or per hour).
  • the computing means MC are preferably designed to determine these aging acceleration factors Fv and of the self-discharge Fa for the different initial load states ECi as a function of the outside temperature Te.
  • the computing means MC may, for example, use, on the one hand, stored data which represent the evolution curves of the self-discharge factor Fa as a function of the initial state of charge ECi, for different external temperatures Te respectively (or different internal temperatures Ti given by the battery BA), and secondly, stored data which represent the evolution curves of the aging acceleration factor Fv as a function of the temperature external Te (or internal temperature Ti of the battery BA), respectively for different initial load states ECi.
  • an acceleration factor may be greater or less than one (1). This results from the fact that it is generally calculated with respect to a reference acceleration factor supplied by the manufacturer of the battery BA, and for example valid for an internal temperature Ti equal to 25 ° C. and a charging state ECi equal to at 100% (which is not necessarily an optimal torque).
  • FIG. 2 schematically illustrates an example of curve C1 1 for the evolution of the self-discharge acceleration factor Fa of a battery BA as a function of the initial state of charge ECi of this battery BA, for a Tib internal battery temperature given.
  • FIG. 3 schematically illustrates three examples of curve C21 to C23 for the evolution of the aging acceleration factor Fv of a battery BA as a function of the internal temperature Ti of this battery BA and respectively for three states. initial load ECi different from this battery BA.
  • the curve C21 represents the evolution of the aging acceleration factor Fv of a battery BA as a function of the internal temperature Ti of this battery BA and for an initial state of charge ECi equal to 100%
  • the curve C22 represents the evolution of the aging acceleration factor Fv of a battery BA as a function of the internal temperature Ti of this battery BA and for an initial charge state ECi equal to 80%
  • the curve C23 represents the evolution of the aging acceleration factor Fv of a battery BA as a function of the internal temperature Ti of this battery BA and for an initial state of charge ECi equal to 60%.
  • internal temperature of a battery the temperature inside the battery, for example on the outer surface (or” skin ) of its cells (when it is multicellular).
  • This internal temperature Ti varies in known manner as a function of the temperature Te which prevails outside the battery BA. This variation depends on the thermal inertia of the battery. For example, it takes about six hours for the internal temperature Ti cells of a Li-ion type battery tends to the temperature outside the battery.
  • the evolution of the internal temperature Ti as a function of the external temperature Te can be governed by a thermal evolution model M t of the battery BA which is known to the calculation means MC.
  • the calculation means MC may be arranged to determine the internal temperature Ti of the battery BA as a function of the outside temperature Te and the thermal evolution model M t of the battery BA.
  • the computing means MC when the computing means MC are not arranged to determine the internal temperature Ti of the battery BA, or when the duration Ds of non-use of the battery BA is greater than several days, they can consider that in first instance approximation the internal temperature Ti is equal to the external temperature Te.
  • calculation means MC are capable of determining the internal temperature Ti of the battery BA, it is particularly advantageous that they use this internal temperature Ti to determine the Vad self-discharge rates and the charge states. ECf final, as well as possibly Fv aging accelerators and Fa self-discharge.
  • the calculation means MC may, for example, be arranged to determine the final state of charge ECfn + i, which corresponds to an initial state of charge ECi n + i which follows another initial state of charge ECi n , which corresponds to a final state of charge ECf n less than or equal to the selected threshold ECs, by using a self-discharge speed Vad (ECin) which corresponds to this other initial state of charge ECi n instead of the speed of d self-discharge Vad (ECi n + i) which should have corresponded to the initial state of charge ECi n + i.
  • ECin self-discharge speed Vad
  • the selection means MS of the management device D, are arranged (or designed) to determine an initial optimum load state EC10 which corresponds to the final load state ECfo, among the different final load states ECf which have been determined. by the calculating means MC, which is, by a higher value, a selected threshold ECs. This threshold ECs is the same as that mentioned previously.
  • the optimal initial state of charge ECio which is thus determined, is then that which must be applied to the battery BA at the beginning of the duration Ds so that it presents the final state of charge ECfo at the expiry of this duration ds.
  • the selection means MS are arranged to determine an optimum initial charge state EC10 which corresponds to the final charge state ECfo, among those determined ECf, which is the nearest, by higher value, of the selected threshold ECs. For example, if there are seven initial load states ECi equal to 100%, 90%, 80%, 70%, 60%, 50% and 40% and an ECs threshold equal to 30%, and the calculations made by the calculating means MC result in seven final load states ECf equal to 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25% and 20%, respectively, then the selection means MS will select as state of final load ECFo that which is equal to 35% (because it is the closest to the threshold ECs (of 30%) by higher value) and will thus recommend as optimal initial state of charge ECio to be introduced in the battery BA that which corresponds to the final state of charge ECFo selected and whose value is here equal to 70%.
  • the invention can also be considered from the angle of a management method, which can be implemented in particular by means of a management device D of the type described above.
  • the functionalities offered by the implementation of the method according to the invention being identical to those offered by the management device D described above, only the combination of main features offered by the method is presented below.
  • This management method comprises at least two steps which are performed when data representative of a duration Ds of non-use of the battery BA and of an outside temperature Te around the battery BA are received.
  • a first step consists in determining, on the one hand, self-discharge rates Vad of the battery BA for different initial states of charge ECi as a function of self-discharge acceleration factors Fa corresponding respectively to these ( ECi) and the external temperature Te received, and on the other hand, final load states ECf at the expiration of the duration Ds starting from the different initial load states ECi and as a function of aging acceleration factors. Fv respectively corresponding to these (ECi) and Vad self-discharge rates.
  • the second step consists in determining an optimal initial charge state ECio which corresponds to the final charge state ECfo, among those determined (ECf), which is, by a higher value, of a selected threshold ECs, so that this state of ECIO optimal initial load is applied to the BA battery for that it presents the state of final load ECfo at the expiration of the duration Ds.
  • this flow chart starts with a first sub-step 10 in which one (for example a user) provides (for example to the management device D) a non-use time Ds and an expected outside temperature TE.
  • one for example the management device D can estimate the internal temperature Tib of the battery BA as a function of the outside temperature Te supplied and a thermal model M t .
  • one for example the management device D can calculate, on the one hand (30-1), the acceleration factors of the car. -discharge Fa according to the estimated internal temperature Tib (or the outside temperature Te), and secondly (30-2), aging acceleration factors Fv as a function of the estimated internal temperature Tib ( or of the outside temperature Te), for different initial load states ECi of the battery BA.
  • a fourth substep 40 (for example the management device D) can calculate Vad self-discharge rates as a function of the self-discharge acceleration factors Fa (possibly calculated during the step 30-1), for each of the different initial states of charge ECi of the battery BA.
  • a fifth substep 50 (for example the management device D) can calculate final load states ECf possible of the battery BA as a function of the self discharge rates Vad, the acceleration factors of the battery. aging Fv (possibly calculated during the sub-step 30-2) and the duration of non-use Ds, for each of the different initial load states ECi of the battery BA.
  • sub-steps 10 to 50 constitute the first step of the method according to the invention in its most complete version.
  • a sixth substep 60 there is (for example the device D) can determine an optimal initial charge state ECio which corresponds to the final charge state ECfo, among those (ECf) determined in the fifth substep 50, which is (the most) near, by higher value, d a selected threshold ECs, so that it is applied to the battery BA so that it presents this final charge state ECfo at the expiration of the duration Ds.
  • a seventh substep 70 it is possible (for example the management device D) to compare the current charge state ECc of the battery BA with optimal initial charge state ECio determined in the sixth substep 60, in order to determine whether the battery BA has to be charged or discharged to present this optimal initial state of charge ECio. Then, (for example, the management device D) can issue a charging or discharging command of the battery BA according to the result of the comparison, so that it is placed in the optimal initial state of charge EC10.
  • a discharge can be obtained by means of a resistor connected to the battery, and recharging can be performed by the battery charger.
  • substeps 60 and 70 constitute the second step of the method according to the invention in its most complete version.
  • the invention is not limited to the embodiments of management device, computer, management system and management method described above, only by way of example, but it encompasses all variants that may be considered by man of the art in the context of the claims below.

Abstract

Ce dispositif (D) comprend, d'une part, des moyens de calcul (MC) agencés, en cas de réception d'une durée Ds pendant laquelle la batterie (BA) ne sera plus utilisée et d'une température extérieure Te autour de cette batterie (BA), pour déterminer des vitesses d'auto-décharge de la batterie (BA) pour différents états de charge initiaux en fonction de facteurs d'accélération d'auto-décharge et de la température extérieure Te, et des états de charge finaux à l'expiration de Ds en partant des différents états de charge initiaux et en fonction de facteurs d'accélération du vieillissement et des vitesses d'auto-décharge, et, d'autre part, des moyens de sélection (MS) agencés pour déterminer un état de charge initial optimal auquel correspond l'état de charge final qui est près, par valeur supérieure, d'un seuil choisi, afin qu'il soit appliqué à la batterie (BA) pour qu'elle présente cet état de charge final à l'expiration de Ds.

Description

DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE GESTION D'UNE BATTERIE EN VUE DE SA NON UTILISATION PENDANT UNE DURÉE CHOISIE
L'invention concerne le domaine des batteries (éventuellement de type multicellulaire), et plus précisément la gestion de telles batteries lorsqu'elles ne doivent plus être utilisées pendant une durée choisie.
Comme le sait l'homme de l'art, lorsqu'un système qui comprend une batterie n'est pas utilisé, sa batterie s'auto-décharge. Par conséquent, lorsqu'un utilisateur veut réutiliser un tel système, il retrouve la batterie au moins partiellement déchargée. Si l'état de charge (ou SOC (pour « State Of Charge »)) de la batterie est supérieur à un seuil prédéfini (généralement fonction de son type), elle peut être rechargée relativement rapidement, et sa décharge partielle n'induit pas d'accélération de son vieillissement. Dans le cas contraire (état de charge inférieur au seuil prédéfini), non seulement le temps de recharge de la batterie est beaucoup plus long, mais également le vieillissement de la batterie se trouve accéléré, ce qui est doublement pénalisant pour l'utilisateur.
Afin d'éviter, autant que faire se peut, que l'état de charge d'une batterie ne tombe en dessous du seuil prédéfini associé consécutivement à une durée de non utilisation relativement longue, il a été proposé, notamment dans le document brevet FR 2939977, de déterminer l'état de charge que doit présenter cette batterie avant que ne débute cette durée de non utilisation pour qu'elle présente un état de charge minimal à l'expiration de cette durée.
Une telle solution ne s'avère pas entièrement satisfaisante dans la mesure où elle ne prend pas en considération la température extérieure de la zone où est situé le système (et donc la batterie) pendant qu'il n'est pas utilisé, alors même qu'elle influence ce que l'homme de l'art appelle les facteurs d'accélération du vieillissement et d'auto-décharge de la batterie. Il est rappelé que les deux facteurs d'accélération précités sont interdépendants, et que leurs évolutions respectives dépendent de l'état de charge courant de la batterie et de la température de la batterie, et donc de la température à l'extérieur de la batterie. Il est également rappelé que la vitesse d'auto-décharge résulte d'une perte réversible de la capacité de stockage de la batterie, alors que le vieillissement résulte d'une perte irréversible de la capacité de stockage de la batterie, et qu'en outre la vitesse de vieillissement augmente avec la vitesse d'auto-décharge.
L'invention a donc pour but d'améliorer la situation, et plus précisément de permettre la détermination d'un état de charge initial optimal d'une batterie avant une phase de non utilisation, afin d'éviter qu'elle ne se décharge en dessous d'un seuil prédéfini et que son vieillissement ne soit accéléré par les conditions dans lesquelles elle est placée pendant cette phase de non utilisation.
Elle propose notamment à cet effet un dispositif, destiné à gérer l'état de charge d'une batterie, et comprenant :
- des moyens de calcul agencés, en cas de réception d'une durée Ds pendant laquelle la batterie ne sera plus utilisée et d'une température extérieure Te autour de cette batterie, pour déterminer, d'une part, des vitesses d'auto-décharge de la batterie pour différents états de charge initiaux en fonction de facteurs d'accélération d'auto-décharge correspondant respectivement à ces derniers et de la température extérieure Te, et, d'autre part, des états de charge finaux à l'expiration de la durée Ds en partant des différents états de charge initiaux et en fonction de facteurs d'accélération du vieillissement correspondant respectivement à ces derniers et des vitesses d'auto-décharge, et
- des moyens de sélection agencés pour déterminer un état de charge initial optimal auquel correspond l'état de charge final, parmi ceux déterminés, qui est près, par valeur supérieure, d'un seuil choisi, afin que cet état de charge initial optimal soit appliqué à la batterie pour qu'elle présente cet état de charge final à l'expiration de la durée Ds.
L'invention permet donc avantageusement d'adapter l'état de charge initial d'une batterie en fonction de la durée pendant laquelle il est prévu de ne pas l'utiliser et de la température extérieure prévue dans la zone où elle sera placée pendant toute cette durée.
Le dispositif selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :
- ses moyens de sélection peuvent être agencés pour déterminer un état de charge initial optimal auquel correspond l'état de charge final, parmi ceux déterminés, qui est près, par valeur supérieure, du seuil choisi ;
- ses moyens de calcul peuvent être agencés pour déterminer chaque vitesse d'auto-décharge correspondant à l'un des états de charge initiaux en multipliant une vitesse d'auto-décharge de référence par un facteur d'accélération d'auto-décharge qui correspond à cet état de charge initial ;
- ses moyens de calcul peuvent être agencés pour déterminer chaque état de charge final correspondant à l'un des états de charge initiaux en multipliant la vitesse d'auto-décharge correspondant à cet état de charge initial par le facteur d'accélération du vieillissement correspondant à cet état de charge initial ;
ses moyens de calcul peuvent être agencés pour déterminer l'état de charge final, qui correspond à un état de charge initial qui suit un autre état de charge initial correspondant à un état de charge final inférieur ou égal au seuil, en utilisant une vitesse d'auto-décharge correspondant à cet autre état de charge initial ;
- ses moyens de calcul peuvent être agencés pour déterminer les facteurs d'accélération du vieillissement et d'auto-décharge de la batterie pour les différents états de charge initiaux en fonction de la température extérieure Te ;
- ses moyens de calcul peuvent être agencés pour déterminer une température interne Ti de la batterie en fonction de la température extérieure Te et d'un modèle thermique d'évolution de la batterie, et pour utiliser cette température interne Ti pour déterminer les vitesses d'auto- décharge et lesdits états de charge finaux, ainsi qu'éventuellement les facteurs d'accélération du vieillissement et d'auto-décharge.
L'invention propose également un calculateur, destiné à équiper un système comprenant une batterie, et comportant un dispositif de gestion du type de celui présenté ci-avant.
L'invention propose également un système comprenant une batterie et un calculateur du type de celui présenté ci-avant. Un tel système peut, par exemple, constituer un véhicule, éventuellement de type automobile.
L'invention propose également un procédé destiné à gérer l'état de charge d'une batterie, et comprenant, en cas de réception d'une durée Ds pendant laquelle la batterie ne sera plus utilisée et d'une température extérieure Te autour de cette batterie :
- une étape consistant à déterminer, d'une part, des vitesses d'auto- décharge de la batterie pour différents états de charge initiaux en fonction de facteurs d'accélération d'auto-décharge correspondant respectivement à ces derniers et de la température extérieure Te, et, d'autre part, des états de charge finaux à l'expiration de la durée Ds en partant des différents états de charge initiaux et en fonction de facteurs d'accélération du vieillissement correspondant respectivement à ces derniers et des vitesses d'auto-décharge, et
- une étape consistant à déterminer un état de charge initial optimal auquel correspond l'état de charge final, parmi ceux déterminés, qui est près, par valeur supérieure, d'un seuil choisi, afin que cet état de charge initial optimal soit appliqué à la batterie pour qu'elle présente cet état de charge final à l'expiration de la durée Ds.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels:
- la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un véhicule comportant une batterie multicellulaire couplée à un calculateur comprenant un dispositif de gestion selon l'invention,
- la figure 2 illustre schématiquement au sein d'un diagramme un exemple d'évolution du facteur d'accélération d'auto-décharge d'une batterie en fonction de l'état de charge initial de cette batterie, pour une température interne de batterie donnée,
- la figure 3 illustre schématiquement au sein d'un diagramme trois exemples d'évolution du facteur d'accélération du vieillissement d'une batterie en fonction de la température interne de cette batterie et pour trois états de charge initiaux différents de cette batterie, et - la figure 4 illustre schématiquement un exemple d'organigramme permettant de mettre en œuvre le procédé de gestion selon l'invention.
Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
Comme indiqué précédemment, l'invention propose notamment un dispositif de gestion D destiné à gérer l'état de charge initial d'une batterie BA lorsqu'il est prévu que cette dernière (BA) ne soit pas utilisée pendant une durée Ds choisie.
Dans ce qui suit, on considère à titre d'exemple non limitatif que la batterie BA est de type multicellulaire. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de batterie. On notera que l'on entend ici par « batterie multicellulaire » un équipement comportant N cellules de stockage d'énergie électrique Ci (i = 1 à N, avec N > 2).
Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que les cellules Ci de la batterie BA sont de type Li-ion. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de cellule. Elle concerne en effet tout type de cellule capable de stocker de l'énergie électrique en vue de la restituer. Ainsi, les cellules pourront être également de type Ni-Mh ou plomb, par exemple, à condition que l'on dispose de leurs caractéristiques.
De plus, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif que la batterie BA fait partie d'un système constituant un véhicule, éventuellement de type automobile. Par exemple, le véhicule est de type hybride ou tout électrique. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de système. Elle concerne en effet tout type de système comportant au moins une batterie rechargeable (éventuellement de type multicellulaire), quel que soit son domaine technique d'utilisation.
Comme illustré non limitativement sur la figure 1 , un dispositif de gestion D, selon l'invention, comprend des moyens de calcul MC et des moyens de sélection MS. Un tel dispositif (de gestion) D peut, par exemple et comme illustré, être implanté dans un calculateur CA, comme par exemple celui qui est chargé de contrôler le fonctionnement de la batterie BA. Par conséquent, le dispositif (de gestion) D est préférentiellement réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques). Mais il pourrait également être réalisé sous la forme d'une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels.
Les moyens de calcul MC sont agencés (ou conçus) pour intervenir chaque fois qu'ils reçoivent des premières données qui représentent une durée Ds pendant laquelle la batterie BA ne sera plus utilisée et des secondes données qui représentent la température extérieure Te qui est prévue autour de la batterie BA pendant la durée Ds. Par exemple, ces premières Ds et secondes Te données peuvent être fournies par un utilisateur (ici un passager du véhicule V) via une interface homme/machine (du véhicule V) qui est couplée au calculateur CA (via le réseau informatique du véhicule V).
Chaque fois que les moyens de calcul MC reçoivent de telles durée Ds et température extérieure Te, ils déterminent des vitesses Vad d'auto- décharge de la batterie BA pour différents états de charge initiaux ECi en fonction, d'une part, de facteurs d'accélération d'auto-décharge Fa qui correspondent respectivement à ces derniers (ECi), et, d'autre part, de la température extérieure Te. Puis, les moyens de calcul MC déterminent des états de charge finaux ECf, représentatifs respectivement des états de charge que la batterie BA pourrait prendre à l'expiration de la durée Ds, en partant des différents états de charge initiaux ECi et en fonction de facteurs d'accélération du vieillissement Fv qui correspondent respectivement à ces derniers (ECi) et des vitesses d'auto-décharge Vad déterminées en premier lieu.
Par exemple, on peut déterminent huit vitesses d'auto-décharge Vad respectivement pour huit états de charge initiaux ECi égaux à 100%, 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40% et 30%. Dans ce cas, on utilise huit facteurs d'accélération d'auto-décharge Fa et huit facteurs d'accélération du vieillissement Fv qui correspondent respectivement à ces huit états de charge initiaux ECi.
A titre d'exemple, les vitesses d'auto-décharge Vad peuvent être calculées en pourcentage de perte d'état de charge par jour (ou par heure).
On notera que les moyens de calcul MC sont de préférence agencés pour déterminer ces facteurs d'accélération du vieillissement Fv et d'auto- décharge Fa pour les différents états de charge initiaux ECi en fonction de la température extérieure Te. Pour ce faire, les moyens de calcul MC peuvent, par exemple, utiliser, d'une part, des données stockées qui représentent les courbes d'évolution du facteur d'auto-décharge Fa en fonction de l'état de charge initial ECi, respectivement pour différentes températures extérieures Te données (ou différentes températures internes Ti données de la batterie BA), et, d'autre part, des données stockées qui représentent les courbes d'évolution du facteur d'accélération du vieillissement Fv en fonction de la température extérieure Te (ou température interne Ti de la batterie BA), respectivement pour différents états de charge initiaux ECi.
Il est important de noter qu'un facteur d'accélération peut être supérieur ou inférieur à un (1 ). Cela résulte du fait qu'il est généralement calculé par rapport à un facteur d'accélération de référence fourni par le fabricant de la batterie BA, et par exemple valable pour une température interne Ti égale à 25°C et un état de charge ECi égal à 100% (ce qui n'est pas forcément un couple optimal).
On a schématiquement illustré sur la figure 2 un exemple de courbe C1 1 d'évolution du facteur d'accélération d'auto-décharge Fa d'une batterie BA en fonction de l'état de charge initial ECi de cette batterie BA, pour une température interne de batterie Tib donnée. Par ailleurs, on a schématiquement illustré sur la figure 3 trois exemples de courbe C21 à C23 d'évolution du facteur d'accélération du vieillissement Fv d'une batterie BA en fonction de la température interne Ti de cette batterie BA et respectivement pour trois états de charge initiaux ECi différents de cette batterie BA. Plus précisément, la courbe C21 représente l'évolution du facteur d'accélération du vieillissement Fv d'une batterie BA en fonction de la température interne Ti de cette batterie BA et pour un état de charge initial ECi égal à 100%, la courbe C22 représente l'évolution du facteur d'accélération du vieillissement Fv d'une batterie BA en fonction de la température interne Ti de cette batterie BA et pour un état de charge initial ECi égal à 80%, et la courbe C23 représente l'évolution du facteur d'accélération du vieillissement Fv d'une batterie BA en fonction de la température interne Ti de cette batterie BA et pour un état de charge initial ECi égal à 60%.
On notera que l'on entend ici par « température interne d'une batterie » la température qui règne à l'intérieur de cette batterie, par exemple sur la surface externe (ou « peau ») de ses cellules (lorsqu'elle est de type multicellulaire). Cette température interne Ti varie de façon connue en fonction de la température Te qui règne à l'extérieur de la batterie BA. Cette variation dépend de l'inertie thermique de la batterie. A titre d'exemple, il faut environ six heures pour que la température interne Ti des cellules d'une batterie de type Li-ion tende vers la température qui règne à l'extérieur de cette batterie. Par exemple, l'évolution de la température interne Ti en fonction de la température extérieur Te peut être régie par un modèle thermique d'évolution Mt de la batterie BA qui est connu des moyens de calcul MC. Dans ce cas, les moyens de calcul MC peuvent être agencés pour déterminer la température interne Ti de la batterie BA en fonction de la température extérieure Te et du modèle thermique d'évolution Mt de la batterie BA.
On notera également que lorsque les moyens de calcul MC ne sont pas agencés pour déterminer la température interne Ti de la batterie BA, ou lorsque la durée Ds de non utilisation de la batterie BA est supérieure à plusieurs jours, ils peuvent considérer qu'en première approximation la température interne Ti est égale à la température extérieure Te.
On notera également que lorsque les moyens de calcul MC sont capables de déterminer la température interne Ti de la batterie BA, il est particulièrement avantageux qu'ils utilisent cette température interne Ti pour déterminer les vitesses d'auto-décharge Vad et les états de charge finaux ECf, ainsi qu'éventuellement les facteurs d'accélération du vieillissement Fv et d'auto-décharge Fa.
Par exemple, les moyens de calcul MC peuvent être agencés pour déterminer chaque vitesse d'auto-décharge Vad, qui correspond à l'un des états de charge initiaux Eci considérés (par exemple les huit précités), en multipliant une vitesse d'auto-décharge de référence Vadr (connue) par un facteur d'accélération d'auto-décharge Fa qui correspond à l'état de charge initial ECi concerné (soit Vad(ECi) = Vadr(ECi)*Fa(ECi)).
De même, les moyens de calcul MC peuvent par exemple être agencés pour déterminer chaque état de charge final ECf, qui correspond à l'un des états de charge initiaux ECi, en multipliant la vitesse d'auto-décharge Vad(ECi), qui correspond à cet état de charge initial ECi, par le facteur d'accélération du vieillissement Fv(ECi), qui correspond à cet état de charge initial ECi (soit ECf(ECi) = Vad(ECi)*Fv(ECi)).
On notera que lorsque l'état de charge initial le plus élevé qui est utilisé dans les calculs est assez faible, et proche d'un seuil choisi d'état de charge final (ECs) en dessous duquel il n'est pas souhaité tomber à l'expiration de la durée Ds, on peut effectuer une actualisation de certaines vitesses d'auto-décharge Vad en cours de calcul. Par exemple, si on commence le calcul avec un état de charge initial ECi égal à 40%, et si la durée Ts est relativement longue, il est quasi certain que l'on atteindra le seuil choisi ECs (par exemple égal à 30%), et donc il est préférable de changer (ou actualiser) la vitesse d'auto-décharge Vad. A cet effet, les moyens de calcul MC peuvent, par exemple, être agencés pour déterminer l'état de charge final ECfn+i , qui correspond à un état de charge initial ECin+i qui suit un autre état de charge initial ECin, qui correspond à un état de charge final ECfn inférieur ou égal au seuil choisi ECs, en utilisant une vitesse d'auto-décharge Vad(ECin) qui correspond à cet autre état de charge initial ECin en lieu et place de la vitesse d'auto-décharge Vad(ECin+i ) qui aurait dû correspondre à l'état de charge initial ECin+i .
Les moyens de sélection MS, du dispositif de gestion D, sont agencés (ou conçus) pour déterminer un état de charge initial ECio dit optimal auquel correspond l'état de charge final ECfo, parmi les différents états de charge finaux ECf qui ont été déterminés par les moyens de calcul MC, qui est près, par valeur supérieure, d'un seuil choisi ECs. Ce seuil ECs est le même que celui mentionné précédemment. L'état de charge initial optimal ECio, qui est ainsi déterminé, est alors celui qui doit être appliqué à la batterie BA au début de la durée Ds afin qu'elle présente l'état de charge final ECfo à l'expiration de cette durée Ds.
De préférence, les moyens de sélection MS sont agencés pour déterminer un état de charge initial optimal ECio auquel correspond l'état de charge final ECfo, parmi ceux ECf déterminés, qui est le plus près, par valeur supérieure, du seuil choisi ECs. Par exemple, si l'on a sept états de charge initiaux ECi égaux à 100%, 90%, 80%, 70%, 60%, 50% et 40% et un seuil ECs égal à 30%, et que les calculs effectués par les moyens de calcul MC aboutissent à sept états de charge finaux ECf égaux respectivement à 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25% et 20%, alors, les moyens de sélection MS vont sélectionner comme état de charge final ECFo celui qui est égale à 35% (car il est le plus près du seuil ECs (de 30%) par valeur supérieure) et vont donc recommander comme état de charge initial optimal ECio à instaurer dans la batterie BA celui qui correspond à l'état de charge final ECFo sélectionné et dont la valeur est ici égale à 70%.
Il est important de noter que l'invention peut être également considérée sous l'angle d'un procédé de gestion, pouvant être notamment mis en œuvre au moyen d'un dispositif de gestion D du type de celui décrit ci- avant. Les fonctionnalités offertes par la mise en œuvre du procédé selon l'invention étant identiques à celles offertes par le dispositif de gestion D décrit ci-avant, seule la combinaison de fonctionnalités principales offerte par le procédé est présentée ci-après.
Ce procédé de gestion comprend au moins deux étapes qui sont effectuées lorsque sont reçues des données représentatives d'une durée Ds de non utilisation de la batterie BA et d'une température extérieure Te autour de la batterie BA.
Une première étape consiste à déterminer, d'une part, des vitesses d'auto-décharge Vad de la batterie BA pour différents états de charge initiaux ECi en fonction de facteurs d'accélération d'auto-décharge Fa correspondant respectivement à ces derniers (ECi) et de la température extérieure Te reçue, et, d'autre part, des états de charge finaux ECf à l'expiration de la durée Ds en partant des différents états de charge initiaux ECi et en fonction de facteurs d'accélération du vieillissement Fv correspondant respectivement à ces derniers (ECi) et des vitesses d'auto-décharge Vad.
La seconde étape consiste à déterminer un état de charge initial optimal ECio auquel correspond l'état de charge final ECfo, parmi ceux (ECf) déterminés, qui est près, par valeur supérieure, d'un seuil choisi ECs, afin que cet état de charge initial optimal ECio soit appliqué à la batterie BA pour qu'elle présente l'état de charge final ECfo à l'expiration de la durée Ds.
Afin de mettre en œuvre le procédé de gestion selon l'invention, on peut, par exemple, utiliser un organigramme du type de celui qui est illustré sur la figure 4.
Plus précisément, cet organigramme commence par une première sous-étape 10 dans laquelle on (par exemple un utilisateur) fournit (par exemple au dispositif de gestion D) une durée de non utilisation Ds et une température extérieure prévue TE.
Puis, dans une deuxième sous-étape 20 (optionnelle), on (par exemple le dispositif de gestion D) peut estimer la température interne Tib de la batterie BA en fonction de la température extérieure Te fournie et d'un modèle thermique Mt.
Puis, dans une troisième sous-étape 30-1 et 30-2 (optionnelle), on (par exemple le dispositif de gestion D) peut calculer, d'une part (30-1 ), des facteurs d'accélération d'auto-décharge Fa en fonction de la température interne Tib estimée (ou bien de la température extérieure Te), et, d'autre part (30-2), des facteurs d'accélération du vieillissement Fv en fonction de la température interne Tib estimée (ou bien de la température extérieure Te), pour différents états de charge initiaux ECi de la batterie BA.
Puis, dans une quatrième sous-étape 40, on (par exemple le dispositif de gestion D) peut calculer des vitesses d'auto-décharge Vad en fonction des facteurs d'accélération d'auto-décharge Fa (éventuellement calculés lors de la sous-étape 30-1 ), pour chacun des différents états de charge initiaux ECi de la batterie BA.
Puis, dans une cinquième sous-étape 50, on (par exemple le dispositif de gestion D) peut calculer des états de charge finaux ECf possibles de la batterie BA en fonction des vitesses d'auto-décharge Vad, des facteurs d'accélération du vieillissement Fv (éventuellement calculés lors de la sous- étape 30-2) et de la durée de non utilisation Ds, pour chacun des différents états de charge initiaux ECi de la batterie BA.
On notera que les sous-étapes 10 à 50 constituent la première étape du procédé selon l'invention dans sa version la plus complète.
Puis, dans une sixième sous-étape 60, on (par exemple le dispositif de gestion D) peut déterminer un état de charge initial optimal ECio auquel correspond l'état de charge final ECfo, parmi ceux (ECf) déterminés dans la cinquième sous-étape 50, qui est (le plus) près, par valeur supérieure, d'un seuil choisi ECs, afin qu'il soit appliqué à la batterie BA pour qu'elle présente cet état de charge final ECfo à l'expiration de la durée Ds.
Enfin, dans une septième sous-étape 70 (optionnelle), on (par exemple le dispositif de gestion D) peut comparer l'état de charge courant ECc de la batterie BA à état de charge initial optimal ECio déterminé dans la sixième sous-étape 60, afin de déterminer si la batterie BA doit être chargée ou déchargée pour présenter cet état de charge initial optimal ECio. Ensuite, on (par exemple le dispositif de gestion D) peut délivrer un ordre de charge ou de décharge de la batterie BA selon le résultat de la comparaison, afin qu'elle soit placée dans l'état de charge initial optimal ECio.
On notera qu'une décharge peut être obtenue au moyen d'une résistance reliée à la batterie, et qu'un rechargement peut être effectué par le chargeur de la batterie.
On notera également que les sous-étapes 60 et 70 constituent la seconde étape du procédé selon l'invention dans sa version la plus complète.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de dispositif de gestion, de calculateur, de système et de procédé de gestion décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif (D) de gestion de l'état de charge d'une batterie (BA), caractérisé en ce qu'il comprend i) des moyens de calcul (MC) agencés, en cas de réception d'une durée Ds pendant laquelle ladite batterie (BA) ne sera plus utilisée et d'une température extérieure Te autour de ladite batterie (BA), pour déterminer des vitesses d'auto-décharge de ladite batterie (BA) pour différents états de charge initiaux en fonction de facteurs d'accélération d'auto-décharge correspondant respectivement à ces derniers et de ladite température extérieure Te, et des états de charge finaux à l'expiration de ladite durée Ds en partant desdits différents états de charge initiaux et en fonction de facteurs d'accélération du vieillissement correspondant respectivement à ces derniers et desdites vitesses d'auto-décharge, et ii) des moyens de sélection (MS) agencés pour déterminer un état de charge initial optimal auquel correspond l'état de charge final, parmi ceux déterminés, qui est près, par valeur supérieure, d'un seuil choisi, afin qu'il soit appliqué à ladite batterie (BA) pour qu'elle présente cet état de charge final à l'expiration de ladite durée Ds.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (MC) sont agencés pour déterminer chaque vitesse d'auto- décharge correspondant à l'un desdits états de charge initiaux en multipliant une vitesse d'auto-décharge de référence par un facteur d'accélération d'auto-décharge correspondant à cet état de charge initial.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (MC) sont agencés pour déterminer chaque état de charge final correspondant à l'un desdits états de charge initiaux en multipliant ladite vitesse d'auto-décharge correspondant à cet état de charge initial par le facteur d'accélération du vieillissement correspondant à cet état de charge initial.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (MC) sont agencés pour déterminer l'état de charge final, qui correspond à un état de charge initial qui suit un autre état de charge initial correspondant à un état de charge final inférieur ou égal audit seuil, en utilisant une vitesse d'auto-décharge correspondant à cet autre état de charge initial.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (MC) sont agencés pour déterminer lesdits facteurs d'accélération du vieillissement et d'auto-décharge de la batterie (BA) pour lesdits différents états de charge initiaux en fonction de ladite température extérieure Te.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (MC) sont agencés pour déterminer une température interne Ti de ladite batterie (BA) en fonction de ladite température extérieure Te et d'un modèle thermique d'évolution de ladite batterie (BA), et pour utiliser cette température interne Ti pour déterminer lesdites vitesses d'auto- décharge et lesdits états de charge finaux, ainsi qu'éventuellement lesdits facteurs d'accélération du vieillissement et d'auto-décharge.
7. Calculateur (CA) pour un système (V) comprenant une batterie (BA), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de gestion (D) selon l'une des revendications précédentes.
8. Système (V) comprenant une batterie (BA), caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur (CA) selon la revendication 7.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il constitue un véhicule.
10. Procédé de gestion de l'état de charge d'une batterie (BA), caractérisé en ce qu'il comprend, en présence d'une durée Ds pendant laquelle ladite batterie (BA) ne sera plus utilisée et d'une température extérieure Te autour de ladite batterie (BA), i) une étape consistant à déterminer des vitesses d'auto-décharge de ladite batterie (BA) pour différents états de charge initiaux en fonction de facteurs d'accélération d'auto-décharge correspondant respectivement à ces derniers et de ladite température extérieure Te, et des états de charge finaux à l'expiration de ladite durée Ds en partant desdits différents états de charge initiaux et en fonction de facteurs d'accélération du vieillissement correspondant respectivement à ces derniers et desdites vitesses d'auto-décharge, et ii) une étape consistant à déterminer un état de charge initial optimal auquel correspond l'état de charge final, parmi ceux déterminés, qui est près, par valeur supérieure, d'un seuil choisi, afin qu'il soit appliqué à ladite batterie (BA) pour qu'elle présente cet état de charge final à l'expiration de ladite durée Ds.
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