WO2015197715A1 - Procede de determination de points de fonctionnement caracteristiques d'une batterie a partir de points de fonctionnement initiaux associes a une cellule unitaire etalon du type destine a equiper ladite batterie - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to the field of batteries.
- the invention more particularly relates to a method for characterizing a battery from data from a unit cell of the type equipping the battery.
- the energy status indicator can be used as part of a tracking algorithm for estimating and predicting the energy availability of a battery under various operating conditions (stress regimes and temperatures).
- This indicator is designed for unitary storage elements typically a battery cell.
- the battery will include one or more cells adapting said battery in terms of voltage levels and power. The assembly of cells causes changes in the electrical, thermal and ultimately energetic behaviors of the batteries.
- the energy performance characterization methods performed on the cells can be reproduced identically on a battery. However, they require the use of several batteries that can not be put back on the production line after the tests because too degraded by these tests.
- a battery can have tens, hundreds, even thousands of unit cells. We understand then that tests usually conducted on a cell are very expensive when conducted on a battery.
- the object of the present invention is to propose a solution that overcomes all or part of the disadvantages listed above. This is achieved by a method of determining a set of characteristic operating points defining the energy behavior of a predetermined battery provided with a plurality of unit cells, said method comprising the steps of: determining a set of initial operating points associated with a standard unit cell of the type intended to integrate said predetermined battery and being representative of the energy behavior of the standard unit cell,
- each of the characteristic operating points is defined by at least one value of a predetermined battery power state, a value of a predetermined battery power and a remaining battery power value of the predetermined battery
- each of the initial operating points and intermediate operating points is defined by at least one value of an energy state of the standard unit cell, a value of a standard unit cell power and an energy value. remaining unit cell unit.
- the step of determining the set of intermediate operating points comprises at least one cycle of the following steps:
- the comparison step comprises, on the one hand, for each initial operating point used during the comparison step, the formation of a pair of points comprising said initial operating point and a point of said established surface of which the energy state values of the standard unit cell and the power values of the standard unit cell are identical to those of said initial operating point and, on the other hand, for each point pair, determining a difference between the values of the remaining energy of said initial operating point and said point of said established surface,
- the validation step comprises the validation of said at least one set of potential intermediate operating points chosen if, for each pair of points, said difference, or a value representative of the difference, is less than a threshold.
- the method may include selecting a plurality of sets of potential intermediate operating points from the set of initial operating points, and multiple sets of potential intermediate operating points may be validated during the implementation of said step
- the method may further include a step of selecting a single set of intermediate operating points from among said plurality of validated intermediate operation point sets.
- Said selection step may comprise establishing, for each of the established areas associated with the sets of validated potential intermediate operating points, an average value of the determined difference between the remaining energy values of the points of each pair associated with said established area, the set of selected intermediate operating points corresponding to that associated with the established area whose average value is the lowest.
- the method comprises a first initialization step in which are fixed four end operating points selected from the set of initial operating points, the initial operating points remaining forming a set of internal operating points, and a second step comprising the following steps:
- the selection step is such that each set of potential intermediate operating points chosen has the four fixed end points and one of the possible combinations.
- the method may comprise a first iteration of the second step for which Nb p0 int is 1, and a second iteration of the second step for which Nb p0 int is 2 if no set of potential intermediate points is validated during the implementation of the cycle of steps associated with the first iteration of the second step.
- the method comprises a third step comprising the following steps:
- Nb p0 int increments of Nbpoint points, preferably distinct, selected from the points of the set of internal operating points until the number of sets of Nb p0 int points is equal to a threshold predetermined less than the number of possible combinations of Nb p0 int points out of the total number of points in the set of internal operating points,
- each of the surfaces of the plurality of surfaces being defined from the four fixed end points and from one of the sets of Nb p0 int points randomly formed
- each implementation of a test consists in carrying out a step of discharging the standard battery from a known energy state and a known discharge power determined from one of the points of the test. set of intermediate points determined, to measure a corresponding remaining energy, and to form the characteristic operating point by the combination of the known energy state, the known discharge power and the measured remaining energy.
- the invention also relates to a method for characterizing a predetermined battery provided with a plurality of unit cells for a plurality of temperatures, said method comprising, for each temperature, an implementation of the method of determining a set characteristic operating points defining the energy behavior of the predetermined battery as described, and a step of associating said temperature with said set of characteristic operating points.
- FIG. 1 illustrates a diagram of a determination method according to an embodiment of the invention
- FIG. 2 represents a table giving the available energy as a function of the state of energy and of the power at a predetermined temperature
- FIG. 3 represents a surface of the remaining energy available in a battery according to the state of energy of the battery and the power of the battery
- FIG. 4 illustrates a particular embodiment of step E2 of FIG. 1,
- FIG. 5 illustrates a particular embodiment of the method according to the invention
- FIG. 6 illustrates two curves giving the evolution of the energy state of a battery as a function of time with and without the invention to validate the utility of the determination method.
- the method described below differs from the state of the art in that it tends to determine, among a set of initial operating points characterizing a unit cell, a subset representative of the energy behavior of the unit cell.
- the subset has a number of operating points less than the number of points in the set of initial operating points.
- a battery including a plurality of unit cells is then tested using the points of said subset, and preferably only said points of said subset. As a result, the number of tests is minimized, and therefore the number of batteries to be rebused after testing is limited or nonexistent.
- a battery is a set of electric accumulators connected together so as to create an electrical generator of desired voltage and desired capacity.
- an electric accumulator is also called unit cell.
- the unit cells of the same battery are preferably identical.
- a unit cell may include one or more energy storage elements connected to each other.
- the power P is in a range of power of use recommended by the manufacturer of the unit cell, either directly supplied by this manufacturer, or derived for example from a range of current supplied by this manufacturer, by multiplication by a nominal voltage. provided.
- This power is a function of the state of use of the unit cell, namely the charge or the discharge. In case of discharge, it will be said that the power P is taken from the unit cell, and in case of load, it will be said that the power P is supplied to the unit cell.
- the power P available at time t may depend on the energy state, the temperature and the state of aging of the battery.
- the loaded and unloaded states are determined according to the technology of the unit cell. They can be obtained from the recommendations of the manufacturer of the accumulator (or the battery), and generally from threshold voltages.
- the energy remaining In corresponds to the useful energy of the unit cell, it is expressed in Wh, and takes into account the internal energy actually stored in the unit cell, and the energy lost by the effect Joule in the internal resistance of the unit cell.
- Ep rPdt: representing the energy lost by Joule effect in the internal resistance of the unit cell
- the remaining energy can correspond to the energy that the unit cell can actually restore according to its current conditions of use.
- the method described below allows to determine a set of characteristic operating points defining the energy behavior of a predetermined battery provided with a plurality of unit cells.
- the method comprises a step of determining E1 of a set of initial operating points associated with a unitary standard cell of the type intended to integrate said predetermined battery and being representative of the energy behavior of the unit cell. standard. These operating points are called "initial" because they form the basis for determining the characteristic operating points.
- the initial operating points can be obtained for example during a preliminary test phase or from a database containing them.
- the unit cells being available in large quantities and less expensive than a battery, several standard unit cells could be used to determine a number of initial operating points suitable.
- This step E1 determination of the initial operating points can be performed from known values and stored for example in a table.
- the determination step E1 may comprise a step of characterization by physical and / or electrical tests carried out on at least one standard unit cell.
- the characterization makes it possible to analyze the conformity of a cell and of collect additional information on its properties and characteristics through a set of physical or electrical tests.
- a cell is characterized in order to know its energy behavior and its ability to respond to certain applications, to adapt a monitoring algorithm to avoid overloading, to limit aging of the cell and finally to develop gauges.
- the characterization procedure of the unit cell consists of:
- This process can be performed for a multitude of different operating points. This operation takes a long time, and allows to obtain a single characteristic point among all the points measured to establish an energy surface at the temperature of -30 ° C (for example).
- discharge tests carried out in this way make it possible to generate a table giving the remaining energy available in depending on the desired power and the SOE energy state, such a table is illustrated in FIG.
- the method further comprises a step of determining E2 of a set of intermediate operating points forming a subset of the set of initial operating points. It will be understood that the number of intermediate operating points is less than the number of initial operating points (those represented in FIG. 3).
- the method comprises a step of determining E3 of said set of characteristic operating points by carrying out tests carried out on at least one standard battery representative of said predetermined battery, each test determining a characteristic operating point using data from one of said intermediate operating points. It is then understood that the number of characteristic points is equal to the number of intermediate operating points and therefore less than the number of initial operating points.
- the characteristic operating points can be used as part of an algorithm for monitoring the energy status of any battery of the type of the predetermined battery.
- each of the characteristic operating points is defined by at least one value of a predetermined battery power state, a predetermined battery power value and a value of a predetermined battery power level.
- remaining energy of the predetermined battery and each of the initial operating points, and intermediate operating points is defined by at least one value of an energy state of the standard unit cell, a value of a power of the standard unit cell. and a remaining energy value of the standard unit cell.
- a cell or a battery will be able to vary between 0 and 1 (or 0% and 100%) state of charge over a predetermined power range, for example between Pmin and Pmax, the corresponding remaining energy is associated with power and energy status values.
- the data used for example the energy status value and / or the power value
- the data used from one of the intermediate operating points to determine a corresponding characteristic operating point are adapted according to the structure of the the battery, in particular in the manner in which the unit cells of the battery are electrically connected to each other.
- each implementation of a test consists in carrying out a step of discharging the standard battery from a known energy state and a known discharge power determined from one of the points of the test. set of intermediate operating points determined to obtain a corresponding remaining energy by measurement. Therefore, the characteristic operating point is formed by the combination of the known energy state, the known discharge power and the measured remaining energy. More particularly, a test can resume the steps of the characterization procedure of the standard unit cell but this time applied to the battery.
- a predetermined battery characterization method for a plurality of temperatures comprises, for each temperature, an implementation of the method of determining a set of characteristic operating points defining the energy behavior of the predetermined battery as described. and a step of associating said temperature with said set of characteristic operating points.
- the characteristic operating points determined can then form an energy surface representative of the behavior of the battery.
- these points recorded in a table can be used during the operation of any battery of the type of the predetermined battery (that is to say, manufactured in such a way as to to be identical) to know in real time the energy remaining in the battery, in order to adapt the behavior of a system to ensure a predetermined function.
- the system is an electric car and the monitoring of the energy state will optimize the autonomy of the electric car depending on the remaining energy actually available in the battery.
- the determination step E2 of the set of intermediate operating points comprises at least one cycle of steps.
- This cycle of steps includes a step E2-1 of choosing at least one set of potential intermediate operating points from the initial operating point set. These intermediate operating points chosen are called “potential" because we will seek to determine if they can agree, that is to say if they are sufficiently representative of all the initial operating points.
- the cycle of steps further comprises an establishment step E2-2, for each set of potential intermediate operating points, of a corresponding surface, preferably established by the Delaunay triangulation. It is then understood that for each set of potential intermediate operating points chosen, the associated established surface comprises the points of said set of potential intermediate operating points and other computed or calculable points which it is easy to find when the established surface is known.
- an equation of said established surface could be determined by interpolation of points, for example using the Delaunay triangulation.
- the established area is such that all points on this surface whose coordinates in terms of energy state and power are identical to those of the initial operating points are found (i.e. remaining energy is determined for example by interpolation).
- an established surface makes it possible to visualize a set of points each comprising an energy state value of the standard unit cell, a power value of the standard unit cell and a value of the remaining energy of the unit cell. standard.
- the Delaunay triangulation uses the Voronoi diagram. These methods are well known to those skilled in the art and will not be described in detail here. Of course, any type of method for establishing the surface or an equation of the surface can also be used by those skilled in the art.
- the cycle of steps also comprises a comparison step E2-3 between each established surface and all or part of the initial operating points.
- the initial operating points used to establish said surface will not be compared with the latter because identical, this in particular to accelerate the processing of the cycle of steps.
- the cycle of steps may comprise a validation step E2-4 of the choice of said at least one set of potential intermediate operating points as a function of the result of said comparison. For example, this validation may be recorded if all the initial operating points are close enough to the corresponding operating points of the associated established surface.
- a set of potential intermediate operating points When a set of potential intermediate operating points is validated, it means that it can be used as part of the determination step E3 of the set of characteristic operating points. In other words, a set of valid potential intermediate operating points can form / constitute the determined set of intermediate operating points.
- L is the number of trials to save. Knowing that N is constant, maximizing L amounts to minimizing M, which represents the number of trials to be reduced. S represents a precision to be respected, in particular a value representative of a difference between z and z '.
- the comparison step E2-3 comprises, on the one hand, for each initial operating point used during the comparison step E2-3 (this is in other words, for all or part of the initial operating points), the formation of a pair of points comprising said initial operating point and a point of said established surface whose energy state values of the cell unitary unit and the power values of the standard unit cell are identical to those of said initial operating point and, on the other hand, for each pair of points, the determination of a difference between the values of the remaining energy of said point of initial operation and said point of said established surface.
- the validation step E2-4 comprises enabling said at least one set of potential intermediate operating points chosen if, for each pair of points, said difference, or a value representative of the difference, is less than a threshold (this threshold corresponding to S in the example above) then forming a first optimization condition.
- the value representative of the difference may, for example, be a percentage, typically the threshold is then less than 3% so that the value of the remaining energy of said point of said established surface is between -3% and + 3% compared to the value of the corresponding initial operating point.
- the method may comprise a selection step E2-5 of a single set of intermediate operating points among said several sets of validated intermediate operating points. From then on, this selected set will form the set of determined intermediate operating points.
- the selection step E2-5 comprises establishing, for each of the established areas associated with the sets of validated potential intermediate operating points, an average value of the determined difference between the the remaining energy values of the points of each pair associated with said established area, the set of selected intermediate operating points corresponding to that associated with the established area having the lowest average value.
- this new condition makes it possible to choose an optimal solution among the set of valid solutions (surfaces), that is to say that mathematically for any operating point P, - (XSOE /, ypd *, z E rw ) belonging to the set of initial points, and for any operating point of the established surface of coordinates S '(XSOEÎ, ypd /, z En -) associated with a set of intermediate operating points
- the validation step E2-4 can comprise a first phase in which it is checked whether, for each pair of points, said difference, or a value representative of the difference, is lower than the associated threshold (in the example above) and a second phase in which it is confirmed the validation of said set of potential intermediate points that if the average value (or a value representative of this average value) of the determined difference between the remaining energy values of the points of each pair associated with said established surface is less than a corresponding threshold (it is possible to then have Moy (
- a is defined in order to keep a resemblance between the initial and final (optimal) surface. The right choice of to make the surface (optimal) flat and avoid, locally, the presence of small bumps.
- the latter comprises a first initialization step E4 in which four end operating points chosen from set of initial operating points, the remaining initial operating points forming a set of internal operating points.
- the end operating points are formed by mesh points that "enclose" the internal operating points.
- the four end points are advantageously constituted by the following points: (0, Pmin, 0), (0, Pmax, 0), (1, Pmin, z1) and (1, Pmax, z2) with z1 and z2. associated values of remaining energy having been determined in particular during the characterization of the standard unit cell.
- the latter comprises a second step E5 comprising a step of defining E5-1 of a variable Nb p0 int representative of a number of operating points of the set of points. internal operation to use.
- the second step includes a step E5-2 of setting implementing the cycle of steps described above (steps E2-1 to E2-4 or E2-5 of Figure 2).
- the cycle of steps is such that all possible combinations of Nb p0 int points out of the total number of points of the set of internal operating points are determined
- the selection step (E2-1) is such that each set of potential intermediate operating points selected comprises (preferably only) the four fixed end points and one of said possible combinations.
- Nbpoint is equal to 1 (in other words, the definition step E5-1 of Nb p0 int initializes Nbpoint to 1). If no set of potential intermediate points is validated during the implementation of the cycle of steps associated with the first iteration of the second step, the method then comprises a second iteration of the second step E5 for which Nb p0 int is 2 (at the output of step E5-2, we return to step E5-1 where the variable Nb p0 int is incremented - the increment being made from 1 to 1).
- a step (not shown) consecutive to step E5-2 can make it possible to check if no set has been validated and if so the process returns to step E5-1, especially as long as Nb p0 int is strictly less than 3, where Nbpoint is incremented.
- all the sets of potential intermediate points chosen here form a set of corresponding corresponding surfaces that must be validated or not.
- Nbpoint 1 or 2
- the number of sets of potential intermediate operating points is such that a "raw" attack by testing all associated established surfaces is achievable, with computing means available to the skilled person, within a reasonable time.
- the step of determining the set of intermediate operating points can be stopped and the set intermediate operating points determined is formed / constituted by the set of potential intermediate operating points valid.
- this second step E5 can be described as non-random oriented part.
- the method comprises a third step E6 comprising the following steps:
- Nb p0 int incrementing Nb p0 int (preferably after the first incrementation of this step E6, Nb p0 int is equal to 3) and randomly forming sets of Nb p0 int points (E6-1), preferably distinct, chosen from the points of set of internal operating points until the number of sets of Nb p0 int points equals a predetermined threshold less than the number of possible combinations of Nb p0 int points out of the total number of points in the set of internal operating points,
- each of the surfaces of the plurality of surfaces being defined from the four fixed endpoints and from one of the sets of Nb p0 int points randomly formed ( in other words, these points are part of said surface),
- step E6-2 of FIG. 5 The steps of determining the plurality of surfaces, comparing and defining the points of step E6 are represented in step E6-2 of FIG. 5.
- the predetermined threshold less than the number of possible combinations of Nbpoint points out of the total number of points of the set of internal operating points makes it possible to limit the number of surfaces. established.
- This threshold can be a function of the calculation power available, typically it can be less than 15000.
- the optimization condition of the step of defining the points of step E6 may be identical to the first optimization condition, moreover the second optimization condition may also apply. It is then understood that all that has been said above for the validation step E2-4 of the cycle of steps is advantageously applicable in the step of defining the points of the step E6 in order to validate or not the points used to define a surface of the plurality of surfaces as validated intermediate operating points.
- the second step E5, or the third step E6 it is possible for the second step E5, or the third step E6, to find several sets of validated intermediate operating points.
- the selection step E2-5 described above can also be applied as part of the second step E5 or the third step E6 in order to select only a single set of validated intermediate operating points. .
- Nb p0 int is equal to 6 or when Nb p0 int is equal to 6. This limit therefore makes it possible to stop the process and to report a problem to an operator if no solution is found at this time.
- step E6 Nb p0 int valid surfaces
- step E8 the most optimal at the end of the method among the Nb p0 int valid surfaces
- the cycle of steps is carried out so that after the establishment of a surface, the associated comparison step is set prior to the establishment of any other surface, in order to validate or not the potential intermediate operating points associated with said established surface.
- the step of determining the intermediate operating points is stopped and the set of potential intermediate operating points validated is used in the step of determining the set of characteristic operating points as a set of determined intermediate operating points.
- an iteration of said cycle of steps involves the choice of a single set of potential intermediate operating points.
- the choice is validated, the step of determining the intermediate operating points is completed, otherwise a new iteration of the cycle is performed with a new single set of potential intermediate operating points chosen.
- the purpose of the two preceding paragraphs is also valid in the context of the implementation of the second stage or the third stage, even if the corresponding predetermined threshold has not yet been reached.
- the present determination method has been used to characterize a battery of which a unit cell is usually characterized by 36 initial operating points at a given temperature (Fig. 2).
- the method has been able to put forward less than 8 operating points of the relevant initial set of points to determine the set of characteristic operating points.
- Tests were therefore conducted to characterize the type of battery with the 8 points put forward and with the initial 36 points in order to obtain two separate maps representative of the energy behavior on 8 points and on 36 points.
- the mappings obtained were used in the context of simulation respectively on a first battery and on a second battery according to the same algorithm for monitoring the state of energy for the same behavior in terms of power consumption and in conditions of identical temperatures.
- Figure 6 illustrates two curves representative of the use, the curve C1 corresponds to the follow-up using 36-point mapping and C2 curve is tracking using 8-point mapping. It can be seen that the final difference between the simulations is relatively small (less than 2.4%) and is largely acceptable in view of the time gained and the cost associated with the characterization of the battery.
- a device may comprise a calculator and means for implementing the method for determining the set of characteristic operating points and / or the means for implementing the method for characterizing a predetermined battery provided with a plurality of unit cells for a plurality of temperatures.
- the device may comprise as many elements as steps of the associated method, it is understood that each element is configured to allow the implementation of a corresponding step of the associated method.
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Abstract
Le procédé de détermination d'un ensemble de points de fonctionnement caractéristiques définissant le comportement énergétique d'une batterie prédéterminée munie d'une pluralité de cellules unitaires, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - une détermination (E1) d'un ensemble de points de fonctionnement initiaux associé à une cellule unitaire étalon du type de celles destinées à intégrer ladite batterie prédéterminée et étant représentatif du comportement énergétique de la cellule unitaire étalon, - une détermination (E2) d'un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires formant un sous-ensemble de l'ensemble de points de fonctionnement initiaux, - une détermination (E3) dudit ensemble de points de fonctionnement caractéristiques par mise en œuvre de tests réalisés sur au moins une batterie étalon représentative de ladite batterie prédéterminée, chaque test déterminant un point de fonctionnement caractéristique en utilisant des données issues de l'un desdits points de fonctionnement intermédiaires.
Description
Procédé de détermination de points de fonctionnement caractéristiques d'une batterie à partir de points de fonctionnement initiaux associés à une cellule unitaire étalon du type destiné à équiper ladite batterie
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne le domaine des batteries.
L'invention a pour objet plus particulièrement un procédé permettant de caractériser une batterie à partir de données issues d'une cellule unitaire du type équipant la batterie.
État de la technique
Il est connu de caractériser une cellule d'une batterie en utilisant des données de puissance, d'énergie restante et d'état d'énergie. En ce sens, le document WO201 1/000872 de la demanderesse décrit un procédé de calibration permettant une telle caractérisation.
L'indicateur état d'énergie peut être utilisé dans le cadre d'un algorithme de suivi en vue d'estimer et de prévoir la disponibilité énergétique d'une batterie dans diverses conditions de fonctionnement (régimes des sollicitations et températures). Cet indicateur est conçu pour des éléments de stockage unitaires typiquement une cellule de batterie.
En fonction de l'application souhaitée, la batterie va comporter une ou plusieurs cellules adaptant ladite batterie en termes de niveaux de tension et de puissance. L'assemblage de cellules engendre des modifications des comportements électriques, thermiques et en définitive énergétiques des batteries.
Les méthodes de caractérisation des performances énergétiques réalisées sur les cellules peuvent être reproduites à l'identique sur une batterie. Cependant, elles nécessitent l'utilisation de plusieurs batteries qui ne pourront être remises sur la chaîne de production à l'issue des tests car trop dégradées par ces nombreux tests.
Une batterie peut comporter des dizaines, centaines, voir milliers de cellules unitaires. On comprend alors que les tests habituellement menés sur une cellule coûtent très cher lorsqu'ils sont menés sur une batterie.
Il est nécessaire d'adopter des méthodes de caractérisation permettant, d'une part, de réduire de façon drastique le nombre de batteries de tests, d'autre part de préserver les performances initiales d'une batterie à l'issue des tests de caractérisation afin qu'elles demeurent commercialisables.
Objet de l'invention
Le but de la présente invention est de proposer une solution qui remédie à tout ou partie des inconvénients listés ci-dessus.
On tend vers ce but grâce à un procédé de détermination d'un ensemble de points de fonctionnement caractéristiques définissant le comportement énergétique d'une batterie prédéterminée munie d'une pluralité de cellules unitaires, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : une détermination d'un ensemble de points de fonctionnement initiaux associé à une cellule unitaire étalon du type de celles destinées à intégrer ladite batterie prédéterminée et étant représentatif du comportement énergétique de la cellule unitaire étalon,
une détermination d'un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires formant un sous-ensemble de l'ensemble de points de fonctionnement initiaux,
une détermination dudit ensemble de points de fonctionnement caractéristiques par mise en œuvre de tests réalisés sur au moins une batterie étalon représentative de ladite batterie prédéterminée, chaque test déterminant un point de fonctionnement caractéristique en utilisant des données issues de l'un desdits points de fonctionnement intermédiaires. Préférentiellement, chacun des points de fonctionnement caractéristiques est défini par au moins une valeur d'un état d'énergie de la batterie prédéterminée, une valeur d'une puissance de la batterie prédéterminée et une valeur d'énergie restante de la batterie prédéterminée, et chacun des points de fonctionnement initiaux, et des points de fonctionnement intermédiaires est défini par au moins une valeur d'un état d'énergie de la cellule unitaire étalon, une valeur d'une puissance de la cellule unitaire étalon et une valeur d'énergie restante de la cellule unitaire étalon.
Selon une mise en œuvre particulière, l'étape de détermination de l'ensemble des points de fonctionnement intermédiaires comporte au moins un cycle des étapes suivantes :
- un choix d'au moins un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels parmi l'ensemble de point de fonctionnement initiaux,
- un établissement, pour chaque ensemble de point de fonctionnement intermédiaires potentiels, d'une surface correspondante, de préférence établie par la triangulation de Delaunay,
- une comparaison entre chaque surface établie et tout ou partie des points de fonctionnement initiaux,
une validation du choix dudit au moins un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels en fonction du résultat de ladite comparaison.
Avantageusement, pour chaque surface établie :
- l'étape de comparaison comporte d'une part, pour chaque point de fonctionnement initial utilisé au cours de l'étape de comparaison, la formation d'un couple de points comprenant ledit point de fonctionnement initial et un point de ladite surface établie dont les valeurs d'état d'énergie de la cellule unitaire étalon et les valeurs de puissance de la cellule unitaire étalon
sont identiques à celles dudit point de fonctionnement initial et comporte d'autre part, pour chaque couple de point, la détermination d'une différence entre les valeurs d'énergie restante dudit point de fonctionnement initial et dudit point de ladite surface établie,
l'étape de validation comprend la validation dudit au moins un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels choisi si, pour chaque couple de points, ladite différence, ou une valeur représentative de la différence, est inférieure à un seuil.
Selon une réalisation, le procédé peut comporter le choix de plusieurs ensembles de points de fonctionnement intermédiaires potentiels parmi l'ensemble de points de fonctionnement initiaux, et plusieurs ensembles de points de fonctionnement intermédiaires potentiels peuvent être validés lors de la mise en œuvre de ladite étape de validation ,dans ce cas le procédé peut en outre comporter une étape de sélection d'un unique ensemble de points de fonctionnement intermédiaires parmi lesdits plusieurs ensembles de points de fonctionnement intermédiaires validés.
Ladite étape de sélection peut comporter l'établissement, pour chacune des surfaces établies associées aux ensembles de points de fonctionnement intermédiaires potentiels validés, d'une valeur moyenne de la différence déterminée entre les valeurs d'énergie restante des points de chaque couple associé à ladite surface établie, l'ensemble de points de fonctionnement intermédiaire sélectionné correspondant à celui
associé à la surface établie dont la valeur de la moyenne est la plus faible.
Avantageusement, le procédé comporte une première étape d'initialisation dans laquelle sont fixés quatre points de fonctionnement d'extrémité choisis parmi l'ensemble de points de fonctionnement initiaux, les points de fonctionnement initiaux restant formant un ensemble de points de fonctionnement internes, et une deuxième étape comprenant les étapes suivantes :
o une définition d'une variable Nbp0int représentative d'un nombre de points de fonctionnement de l'ensemble de points de fonctionnement internes à utiliser,
o la mise en œuvre dudit cycle d'étapes dans lequel :
toutes les combinaisons possibles de Nbp0int points parmi le nombre total de points de l'ensemble de points de fonctionnement internes sont déterminées
l'étape de choix est telle que chaque ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels choisi comporte les quatre points d'extrémités fixés et l'une des combinaisons possibles.
Selon une réalisation, le procédé peut comporter une première itération de la deuxième étape pour laquelle Nbp0int vaut 1 , et une deuxième itération de la deuxième étape pour laquelle Nbp0int vaut 2 si aucun ensemble de points intermédiaires potentiels n'est validé lors de la mise en œuvre du cycle d'étapes associé à la première itération de la deuxième étape.
En outre, selon un perfectionnement, si après j itérations de la deuxième étape, de préférence j étant égal à 2, aucun ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels n'est validé, le procédé comporte une troisième étape comprenant les étapes suivantes :
incrémenter Nbp0int et former aléatoirement des ensembles de Nbpoint points, de préférence distincts, choisis parmi les points de l'ensemble de points de fonctionnement internes jusqu'à ce que le nombre d'ensembles de Nbp0int points soit égal à un seuil prédéterminé inférieur au nombre des combinaisons possibles de Nbp0int points parmi le nombre total de points de l'ensemble de points de fonctionnement internes,
- déterminer une pluralité de surfaces, notamment à partir de la triangulation de Delaunay, chacune des surfaces de la pluralité de surfaces étant définie à partir des quatre points d'extrémité fixés et de l'un des ensembles de Nbp0int points formé aléatoirement
- comparer chacune des surfaces de la pluralité de surfaces avec les points de fonctionnement de l'ensemble de points initiaux
- définir les points ayant servi à définir une surface de la pluralité de surfaces en tant qu'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires validé si ladite étape de comparaison de ladite surface satisfait une condition d'optimisation, sinon réaliser une nouvelle troisième étape, de préférence tant que Nbp0int est inférieur ou égal à 6.
Préférentiellement, chaque mise en œuvre d'un test consiste à réaliser une étape de décharge de la batterie étalon à partir d'un état d'énergie connu et d'une puissance de décharge connue déterminés à partir d'un des points de l'ensemble de points intermédiaire déterminés, à mesurer une énergie restante correspondante, et à former le point de fonctionnement caractéristique par l'association de l'état d'énergie connu, de la puissance de décharge connue et de l'énergie restante mesurée.
L'invention est aussi relative à un procédé de caractérisation d'une batterie prédéterminée munie d'une pluralité de cellules unitaires pour une pluralité de températures, ledit procédé comportant, pour chaque température, une mise en œuvre du procédé de détermination d'un ensemble de points de fonctionnement caractéristiques définissant le comportement énergétique de la batterie prédéterminée tel que décrit, et une étape d'association de ladite température audit ensemble de points de fonctionnement caractéristiques.
Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de
l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 illustre un diagramme d'un procédé de détermination selon un mode d'exécution de l'invention,
- la figure 2 représente une table donnant l'énergie disponible en fonction de l'état d'énergie et de la puissance à une température prédéterminée,
- la figure 3 représente une surface de l'énergie restante disponible dans une batterie en fonction de l'état d'énergie de la batterie et de la puissance de la batterie,
- la figure 4 illustre un mode de réalisation particulier de l'étape E2 de la figure 1 ,
- la figure 5 illustre une réalisation particulière du procédé selon l'invention,
- la figure 6 illustre deux courbes donnant l'évolution de l'état d'énergie d'une batterie en fonction du temps avec et sans l'invention pour valider l'utilité du procédé de détermination.
Description de modes préférentiels de l'invention Le procédé décrit ci-après diffère de l'état de la technique en ce qu'il tend à déterminer, parmi un ensemble de points de fonctionnement initiaux caractérisant une cellule unitaire, un sous-ensemble représentatif du comportement énergétique de la cellule unitaire. Par définition, le sous- ensemble comporte un nombre de points de fonctionnement inférieur au nombre de points de l'ensemble de points de fonctionnement initiaux. Une batterie incluant une pluralité de cellules unitaires est alors testée en utilisant les points dudit sous-ensemble, et de préférence uniquement lesdits points dudit sous-ensemble. Il en résulte que le nombre de tests
est minimisé, et donc que le nombre de batteries à mettre au rébus après les tests est limité, voire inexistant.
Autrement dit, on va chercher à minimiser le nombre de tests à pratiquer sur une batterie en se basant sur des informations recueillies sur une cellule unitaire du type de celle équipant la batterie. Concrètement, on va chercher à déterminer, avant de tester une ou plusieurs batteries, quels sont les points de la surface énergétique d'une batterie qui devraient être caractéristiques de son comportement énergétique.
Avant de détailler les étapes d'un mode d'exécution de l'invention, il convient d'apporter quelques définitions.
Une batterie est un ensemble d'accumulateurs électriques reliés entre eux de façon à créer un générateur électrique de tension désirée et de capacité désirée. Dans la présente description, un accumulateur électrique est aussi appelé cellule unitaire. Les cellules unitaires d'une même batterie sont préférentiellement identiques. Par ailleurs, une cellule unitaire peut comporter un ou plusieurs éléments de stockage d'énergie reliés entre eux.
Un état d'énergie, dénommé « State Of Energy » SOE, est défini comme le rapport entre l'énergie Ed PN restante disponible dans une cellule unitaire à l'instant t dans l'hypothèse d'une décharge d'énergie dans les conditions nominales de la cellule unitaire, et l'énergie totale nominale ENom, donc défini par la formule SOE = Ed/PN / ENom- Cette valeur de SOE est comprise entre 0 et 1 , la valeur égale à 1 correspondant à un état d'énergie de la cellule unitaire totalement chargé et la valeur égale à 0
comme un état totalement déchargé. Cette valeur peut aussi être exprimée en pourcentage variant entre 0% et 100%.
La puissance P se trouve dans une plage de puissance d'utilisation recommandée par le fabricant de la cellule unitaire, soit directement fournie par ce fabricant, soit déduite par exemple d'une plage de courant fournie par ce fabriquant, par multiplication par une tension nominale fournie. Cette puissance est fonction de l'état d'utilisation de la cellule unitaire, à savoir la charge ou la décharge. En cas de décharge, on dira que la puissance P est prélevée à la cellule unitaire, et en cas de charge, on dira que la puissance P est fournie à la cellule unitaire. La puissance P disponible à l'instant t peut dépendre de l'état d'énergie, de la température et de l'état de vieillissement de la batterie.
Les états chargés et déchargés sont déterminés selon la technologie de la cellule unitaire. Ils peuvent être obtenus à partir des recommandations du constructeur de l'accumulateur (ou de la batterie), et généralement à partir de tensions de seuil.
L'énergie restante En correspond à l'énergie utile de la cellule unitaire, elle est exprimée en Wh, et prend en compte l'énergie interne réellement stockée dans la cellule unitaire, et l'énergie perdue par effet joule dans la résistance interne de la cellule unitaire. Ainsi, on a :
En=Ei-Ep
Avec
Ep = r.P.dt : représentant l'énergie perdue par effet Joule dans la résistance interne de la cellule unitaire, et
Ei = Q.U : l'énergie interne stockée dans la cellule unitaire.
Autrement dit, l'énergie restante peut correspondre à l'énergie que la cellule unitaire pourra effectivement restituer en fonction de ses conditions courantes d'utilisation.
Bien que les notions d'état d'énergie, de puissance et d'énergie restante aient été définies en fonction de la cellule unitaire, ces notions s'appliquent aussi à la batterie comportant une pluralité de cellules unitaires. La puissance est alors adaptée, et l'énergie restante est fonction de nombre de cellules unitaires et de leur agencement spécifique qui peut modifier Ep.
Dans la présente description, par « combinaison », on entend la définition mathématique permettant de représenter un ensemble de k objets parmi n objets discernables numérotés de 1 à n et pour lequel l'ordre des objets n'a pas d'importance. En mathématique, la résolution d'un tel problème est donné par la formule Cn k ou
Le procédé décrit ci après permet de déterminer un ensemble de points de fonctionnement caractéristiques définissant le comportement énergétique d'une batterie prédéterminée munie d'une pluralité de cellules unitaires.
Comme illustré à la figure 1 , le procédé comporte une étape de détermination E1 d'un ensemble de points de fonctionnement initiaux associé à une cellule unitaire étalon du type de celles destinées à intégrer ladite batterie prédéterminée et étant représentatif du comportement énergétique de la cellule unitaire étalon. Ces points de fonctionnement sont dits « initiaux » car ils constituent la base permettant de déterminer les points de fonctionnement caractéristiques.
Les points de fonctionnement initiaux peuvent être obtenus par exemple au cours d'une phase préalable de test ou à partir d'une base de données les contenant.
Comme représenté sur la figure 3, selon un mode particulier de réalisation, trente points ont été sélectionnés.
Les cellules unitaires étant disponibles en grande quantité et moins chères qu'une batterie, plusieurs cellules unitaires étalons ont pu être utilisées pour déterminer un nombre de points de fonctionnement initiaux idoine.
Cette étape de détermination E1 des points de fonctionnement initiaux peut être réalisée à partir de valeurs connues et stockée par exemple dans une table.
Si ces valeurs ne sont pas connues, l'étape de détermination E1 peut comporter une étape de caractérisation par tests physiques et/ou électriques réalisés sur au moins une cellule unitaire étalon. En fait, la caractérisation permet d'analyser la conformité d'une cellule et de
collecter des informations complémentaires sur ses propriétés et ses caractéristiques grâce à un ensemble de tests physiques ou électriques. Une cellule est caractérisée afin de connaître son comportement énergétique et sa capacité à répondre à certaines applications, d'adapter un algorithme de suivi pour éviter la surcharge, de limiter le vieillissement de la cellule et enfin de développer des jauges.
Par exemple, pour faire un test de décharge d'un accumulateur à -30 °C en partant d'un état de charge initial égal à 80 %. La procédure de caractérisation de la cellule unitaire consiste à :
- charger ladite cellule unitaire à température ambiante pour atteindre un SOE de 100%,
- attendre une heure de relaxation,
- décharger de manière contrôlée 20% de l'énergie disponible dans la cellule unitaire,
- placer la cellule unitaire dans une enceinte refroidie à -30°C,
- attendre que la température interne de la cellule unitaire soit égale à -30°C,
- faire une décharge résiduelle à une puissance déterminée,
- mesurer l'énergie disponible à la fin de la décharge résiduelle.
Ceci permet alors de déduire un point de fonctionnement incluant un état d'énergie de 80%, une puissance égale à la puissance prédéterminée de la décharge résiduelle, et une énergie restante égale à l'énergie restante mesurée. Ce processus peut être réalisé pour une multitude de points de fonctionnement différents. Cette opération prend beaucoup de temps, et permet d'obtenir un seul point caractéristique parmi tous les points mesurés pour établir une surface énergétique à la température de -30°C (par exemple). Typiquement, des tests de décharge réalisés de la sorte permettent de générer une table donnant l'énergie restante disponible en
fonction de la puissance désirée et de l'état d'énergie SOE, une telle table est illustrée à la figure 2.
Le procédé comporte une outre une étape de détermination E2 d'un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires formant un sous- ensemble de l'ensemble de points de fonctionnement initiaux. On comprend alors que le nombre de points de fonctionnement intermédiaires est inférieur au nombre de points de fonctionnement initiaux (ceux représentés en figure 3).
Enfin, le procédé comporte une étape de détermination E3 dudit ensemble de points de fonctionnement caractéristiques par mise en œuvre de tests réalisés sur au moins une batterie étalon représentative de ladite batterie prédéterminée, chaque test déterminant un point de fonctionnement caractéristique en utilisant des données issues de l'un desdits points de fonctionnement intermédiaires. On comprend alors que le nombre de points caractéristiques est égal au nombre de points de fonctionnement intermédiaires et donc inférieur au nombre de points de fonctionnement initiaux.
Une fois les points de fonctionnement caractéristiques déterminés, ils pourront être utilisés dans le cadre d'un algorithme de suivi de l'état d'énergie de n'importe quelle batterie du type de la batterie prédéterminée.
De préférence, dans le cadre du procédé de détermination, chacun des points de fonctionnement caractéristiques est défini par au moins une valeur d'un état d'énergie de la batterie prédéterminée, une valeur d'une puissance de la batterie prédéterminée et une valeur d'énergie restante
de la batterie prédéterminée, et chacun des points de fonctionnement initiaux, et des points de fonctionnement intermédiaires est défini par au moins une valeur d'un état d'énergie de la cellule unitaire étalon, une valeur d'une puissance de la cellule unitaire étalon et une valeur d'énergie restante de la cellule unitaire étalon. En fonctionnement, une cellule ou une batterie va pouvoir varier entre 0 et 1 (ou 0% et 100%) d'état de charge sur une plage de puissance prédéterminée par exemple comprise entre Pmin et Pmax, l'énergie restante correspondante est associée aux valeurs de puissance et d'état d'énergie. Bien entendu, lors du passage de la cellule unitaire étalon à la batterie Pmin et Pmax sont adaptés en fonction de l'agencement desdites cellules unitaires au sein de la batterie. Ainsi, les données utilisées (par exemple la valeur d'état d'énergie et/ou la valeur de puissance) issues de l'un des points de fonctionnement intermédiaires pour déterminer un point de fonctionnement caractéristique correspondant sont adaptées en fonction de la structure de la batterie, en particulier de la manière selon laquelle les cellules unitaires de la batterie sont reliées électriquement entre elles.
Autrement dit, de manière mathématique, le procédé peut être résumé de la manière suivante :
E : Ensemble fini de N points P, appartenant à l'ensemble de points de fonctionnement initiaux numérotés de 1 à N tels que
E = {Pi≡ R3 , i=l , .... N}
Ρ,: Point de numéro et de coordonnées (x,, y,-, z,), avec x, une valeur d'état d'énergie, y, une valeur de puissance, z, une valeur d'énergie restante,
(x,, y,) : Définie une grille rectangulaire de R2, on comprend que cette grille est bornée du fait que la cellule unitaire étalon peut être associée à un état d'énergie qui varie entre 0 et 1 ou 0% et 100% et que la puissance varie dans une plage prédéterminée, notamment donnée par le constructeur de la cellule unitaire,
E' : Un sous ensemble de E formant l'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires tel que card(E') = M, dès lors M est strictement inférieur à N.
De préférence, chaque mise en œuvre d'un test consiste à réaliser une étape de décharge de la batterie étalon à partir d'un état d'énergie connu et d'une puissance de décharge connue déterminés à partir d'un des points de l'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires déterminés pour obtenir par mesure une énergie restante correspondante. Dès lors, le point de fonctionnement caractéristique est formé par l'association de l'état d'énergie connu, de la puissance de décharge connue et de l'énergie restante mesurée. Plus particulièrement, un test peut reprendre les étapes de la procédure de caractérisation de la cellule unitaire étalon mais cette fois appliquée à la batterie.
Avantageusement, le procédé de détermination est mis en œuvre à différentes températures de sorte à obtenir pour chaque température un
ensemble de points de fonctionnement caractéristiques associés. Plus particulièrement, un procédé de caractérisation de la batterie prédéterminée pour une pluralité de températures comporte, pour chaque température, une mise en œuvre du procédé de détermination d'un ensemble de points de fonctionnement caractéristiques définissant le comportement énergétique de la batterie prédéterminée tel que décrit, et une étape d'association de ladite température audit ensemble de points de fonctionnement caractéristiques.
Les points de fonctionnement caractéristiques déterminés peuvent alors former une surface énergétique représentative du comportement de la batterie. Ainsi, ces points enregistrés dans une table (par exemple du type de celle de la figure 2) peuvent être utilisés lors du fonctionnement de n'importe quelle batterie du type de la batterie prédéterminée (c'est-à- dire fabriquée de manière à être identique) pour connaître en temps réel l'énergie restante dans la batterie, en vue d'adapter le comportement d'un système devant assurer une fonction prédéterminée. Par exemple, le système est une voiture électrique et le suivi de l'état d'énergie va permettre d'optimiser l'autonomie de la voiture électrique en fonction de l'énergie restante réellement disponible dans la batterie.
Selon une mise en œuvre illustrée à la figure 4, l'étape de détermination E2 de l'ensemble des points de fonctionnement intermédiaires comporte au moins un cycle d'étapes. Ce cycle d'étapes comporte une étape de choix E2-1 d'au moins un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels parmi l'ensemble de point de fonctionnement initiaux. Ces points de fonctionnement intermédiaires choisis sont dits « potentiels » car on va chercher à déterminer si ces derniers peuvent convenir, c'est-à-dire si ces derniers sont suffisamment représentatifs de tous les points de fonctionnement initiaux.
Le cycle d'étapes comporte en outre une étape d'établissement E2-2, pour chaque ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels, d'une surface correspondante, de préférence établie par la triangulation de Delaunay. On comprend alors que pour chaque ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels choisi, la surface établie associée comporte les points dudit ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels et d'autres points calculés ou calculables qu'il est aisé de trouver lorsque la surface établie est connue. En fait, une équation de ladite surface établie a pu être déterminée par interpolation de points par exemple en utilisant la triangulation de Delaunay. De préférence, la surface établie est telle que tous les points de cette surface dont les coordonnées en termes d'état d'énergie et de puissance sont identiques à celles des points de fonctionnement initiaux soient trouvés (c'est-à-dire que l'énergie restante soit déterminée par exemple par interpolation). En fait, une surface établie permet de visualiser un ensemble de points comportant chacun une valeur d'état d'énergie de la cellule unitaire étalon, une valeur de puissance de la cellule unitaire étalon et une valeur de l'énergie restante de la cellule unitaire étalon.
Typiquement, la triangulation de Delaunay utilise le diagramme de Voronoï. Ces méthodes sont bien connues de l'homme du métier et ne seront pas ici décrites en détail. Bien entendu, tout type de méthode permettant d'établir la surface ou une équation de la surface peut aussi être utilisée par l'homme du métier.
Le cycle d'étapes comporte aussi une étape de comparaison E2-3 entre chaque surface établie et tout ou partie des points de fonctionnement initiaux. De préférence, les points de fonctionnement initiaux ayant servi à établir ladite surface ne seront pas comparés avec cette dernière car
identiques, ceci permettant notamment d'accélérer le traitement du cycle d'étapes.
Enfin, le cycle d'étapes peut comporter une étape de validation E2-4 du choix dudit au moins un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels en fonction du résultat de ladite comparaison. Par exemple, cette validation peut être actée si tous les points de fonctionnement initiaux sont assez proches des points de fonctionnement correspondants de la surface établie associée.
Lorsqu'un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels est validé, cela veut dire qu'il peut être utilisé dans le cadre de l'étape de détermination E3 de l'ensemble de points de fonctionnement caractéristiques. Autrement dit, un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels valide peut former/constituer l'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires déterminé.
Selon un exemple particulier, traduit en langage mathématique, le cycle d'étapes peut permettre pour un point S de l'ensemble de points de fonctionnement initiaux de coordonnées (XSOE, xpd, zEn) et S' un point de l'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels TD(E') de coordonnées (XSOE, ypd, z'En) de maximiser L = N - M vérifiant la condition suivante :
- Pour tout point S appartenant à l'ensemble de point initiaux et pour tout point S' appartenant à TD(E') on a | |ζ Εη-ζΈη| | ≤ δ
Si cette condition est satisfaite alors l'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels est validé.
Physiquement, L représente le nombre d'essais à économiser. Sachant que N est constant, maximiser L revient à minimiser M, qui représente le nombre d'essais à réduire. S représente une précision à respecter, en particulier une valeur représentative d'une différence entre z et z'.
N correspond au nombre maximal des points qui forment la surface initiale. Dans notre exemple, N = 36 points.
Ceci peut être généralisé par le fait que, pour chaque surface établie, l'étape de comparaison E2-3 comporte d'une part, pour chaque point de fonctionnement initial utilisé au cours de l'étape de comparaison E2-3 (c'est-à-dire autrement dit pour tout ou partie des points de fonctionnement initiaux), la formation d'un couple de points comprenant ledit point de fonctionnement initial et un point de ladite surface établie dont les valeurs d'état d'énergie de la cellule unitaire étalon et les valeurs de puissance de la cellule unitaire étalon sont identiques à celles dudit point de fonctionnement initial et comporte d'autre part, pour chaque couple de point, la détermination d'une différence entre les valeurs d'énergie restante dudit point de fonctionnement initial et dudit point de ladite surface établie. Ensuite, l'étape de validation E2-4 comprend la validation dudit au moins un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels choisi si, pour chaque couple de points, ladite différence, ou une valeur représentative de la différence, est inférieure à un seuil (ce seuil correspondant à S dans l'exemple ci-dessus) formant alors une première condition d'optimisation.
La valeur représentative de la différence peut, par exemple, être un pourcentage, typiquement le seuil est alors inférieur à 3% de telle sorte que la valeur d'énergie restante dudit point de ladite surface établie est
compris entre -3% et +3% par rapport à la valeur du point de fonctionnement initial correspondant.
On comprend de ce qui a été dit ci-dessus qu'il est possible de se retrouver dans la situation suivante :
- plusieurs ensembles de points de fonctionnement intermédiaires potentiels parmi l'ensemble de points de fonctionnement initiaux ont été choisis lors de la mise en œuvre de l'étape de choix E2-1 ,
- plusieurs ensembles de points de fonctionnement intermédiaires potentiels sont validés lors de la mise en œuvre de ladite étape de validation E2-4.
Il en résulte que plusieurs ensembles de points de fonctionnement intermédiaires validés pourraient être utilisés pour déterminer les points de fonctionnement caractéristiques. Cependant, comme l'on cherche à minimiser les points à tester sur la batterie, on va chercher à sélectionner un seul ensemble de points de fonctionnement intermédiaires validé. Cet ensemble sélectionné est, de préférence, le plus adapté et le plus représentatif du comportement de la cellule unitaire étalon.
En ce sens, le procédé peut comporter une étape de sélection E2-5 d'un unique ensemble de points de fonctionnement intermédiaires parmi lesdits plusieurs ensembles de points de fonctionnement intermédiaires validés. Dès lors, cet ensemble sélectionné formera l'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires déterminé.
Selon une mise en œuvre particulière de l'étape de sélection E2-5, cette dernière comporte l'établissement, pour chacune des surfaces établies associées aux ensembles de points de fonctionnement intermédiaires potentiels validés, d'une valeur moyenne de la différence déterminée entre les valeurs d'énergie restante des points de chaque couple associé à ladite surface établie, l'ensemble de points de fonctionnement intermédiaire sélectionné correspondant à celui associé à la surface établie dont la valeur de la moyenne est la plus faible.
Autrement dit, cette nouvelle condition permet de choisir une solution optimale parmi l'ensemble des solutions (surfaces) valides, c'est-à-dire que mathématiquement pour tout point de fonctionnement P,-(XSOE/, ypd*, zErw) appartenant à l'ensemble de points initiaux, et pour tout point de fonctionnement de la surface établie de coordonnées S'(XSOEÎ, ypd/, zEn - ) associée à un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires
N
validé, on a Moy (| |z Z ; ||) : la moyenne de (||z,-z) ||) = (1 /N)*
] | | .
L'utilisation d'une valeur moyenne peut aussi être intéressante dans le cadre de la validation E2-4 d'un ensemble de points intermédiaires potentiels. En effet, l'étape de validation E2-4 peut comporter une première phase dans laquelle il est vérifié si, pour chaque couple de points, ladite différence, ou une valeur représentative de la différence, est inférieure au seuil associé ( dans l'exemple ci-dessus) et une deuxième phase dans laquelle il est confirmé la validation dudit ensemble de points intermédiaires potentiels que si la valeur moyenne (ou une valeur représentative de cette valeur moyenne) de la différence déterminée entre les valeurs d'énergie restante des points de chaque couple associé à ladite surface établie est inférieure à un seuil correspondant (on peut
alors avoir Moy ( ||z Z ; | | ) ≤ a < S avec a un entier réel positif formant ledit seuil correspondant) formant alors une deuxième condition d'optimisation.
a est définit afin de garder une ressemblance entre la surface initiale et finale (optimale). Le bon choix d'à rend la surface (optimale) plane et évitera, localement, la présence des petites bosses.
Selon une mise en œuvre particulière du procédé de détermination de l'ensemble de points de fonctionnement caractéristiques illustrée à la figure 5, ce dernier comporte une première étape d'initialisation E4 dans laquelle sont fixés quatre points de fonctionnement d'extrémité choisis parmi l'ensemble de points de fonctionnement initiaux, les points de fonctionnement initiaux restant formant un ensemble de points de fonctionnement internes.
Les points de fonctionnement d'extrémité sont formés par des points de maillage qui « encadre » les points de fonctionnement internes. Les quatre points d'extrémité sont avantageusement constitués par les points suivants : (0, Pmin, 0), (0, Pmax, 0), (1 , Pmin, z1 ) et (1 , Pmax, z2) avec z1 et z2 les valeurs associées d'énergie restante ayant été déterminées en particulier lors de la caractérisation de la cellule unitaire étalon.
En outre, dans ladite mise en œuvre particulière du procédé, ce dernier comporte une deuxième étape E5 comprenant une étape de définition E5-1 d'une variable Nbp0int représentative d'un nombre de points de fonctionnement de l'ensemble de points de fonctionnement internes à utiliser. Par ailleurs, la deuxième étape comporte une étape E5-2 de mise
en œuvre du cycle d'étapes décrit ci avant (étapes E2-1 à E2-4 ou E2-5 de la figure 2). De préférence, le cycle d'étapes est tel que toutes les combinaisons possibles de Nbp0int points parmi le nombre total de points de l'ensemble de points de fonctionnement internes sont déterminées, et l'étape de choix (E2-1 ) est telle que chaque ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels choisi comporte (de préférence uniquement) les quatre points d'extrémités fixés et l'une desdites combinaisons possibles.
De préférence, lors d'une première itération de la deuxième étape E5, Nbpoint vaut 1 (autrement dit l'étape de définition E5-1 de Nbp0int a initialisé Nbpoint à 1 ). Si aucun ensemble de points intermédiaires potentiels n'est validé lors de la mise en œuvre du cycle d'étapes associé à la première itération de la deuxième étape, le procédé comporte alors une deuxième itération de la deuxième étape E5 pour laquelle Nbp0int vaut 2 (en sortie de l'étape E5-2 on retourne dans l'étape E5-1 où on incrémente la variable Nbp0int - l'incrément se faisant de 1 en 1 ). Dans ce cas précis, une étape (non représentée) consécutive à l'étape E5-2 peut permettre de vérifier si aucun ensemble n'a été validé et si oui le procédé retourne à l'étape E5-1 , notamment tant que Nbp0int est strictement inférieur à 3, où Nbpoint est incrémenté.
Préférentiellement, tous les ensembles de points intermédiaires potentiels choisis forment ici un ensemble de surfaces correspondantes établies qu'il convient de valider ou non.
Pour Nbpoint égal à 1 ou 2, le nombre d'ensembles de points de fonctionnement intermédiaires potentiels est tel qu'une attaque « brute » en testant toutes les surfaces établies associées est réalisable, avec les
moyens de calcul dont dispose l'homme du métier, dans un temps raisonnable.
Si un ensemble de points de fonctionnement potentiels choisi est validé alors l'étape de détermination de l'ensemble points de fonctionnement intermédiaires peut être stoppée et l'ensemble points de fonctionnement intermédiaires déterminé est formé/constitué par l'ensemble points de fonctionnement intermédiaires potentiels validé.
Mathématiquement, cette deuxième étape E5 peut être qualifiée de partie non aléatoire orientée.
Au-delà de Nbp0int = 2, il est préférable d'optimiser le déroulement du procédé afin diminuer le temps nécessaire pour trouver une ou plusieurs solution(s) au problème d'optimisation. En ce sens, il peut être mis en œuvre un choix aléatoire des points de d'ensembles de points à tester (appelé partie aléatoire en figure 5). En particulier, si après j itérations de la deuxième étape E5, de préférence j étant égal à 2, aucun ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels n'est validé , le procédé comporte une troisième étape E6 comprenant les étapes suivantes :
- incrémenter Nbp0int (préférentiellement après la première incrémentation de cette étape E6, Nbp0int est égal à 3) et former aléatoirement des ensembles de Nbp0int points (E6-1 ), de préférence distincts, choisis parmi les points de l'ensemble de points de fonctionnement internes jusqu'à ce que le nombre d'ensembles de Nbp0int points soit égal à un seuil prédéterminé inférieur au nombre des combinaisons possibles de Nbp0int
points parmi le nombre total de points de l'ensemble de points de fonctionnement internes,
- déterminer une pluralité de surfaces , notamment à partir de la triangulation de Delaunay, chacune des surfaces de la pluralité de surfaces étant définie à partir des quatre points d'extrémité fixés et de l'un des ensembles de Nbp0int points formé aléatoirement (autrement dit ces points font partis de ladite surface),
comparer chacune des surfaces de la pluralité de surfaces avec les points de fonctionnement de l'ensemble de points initiaux,
définir les points ayant servi à définir une surface de la pluralité de surfaces en tant qu'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires validés si ladite étape de comparaison de ladite surface satisfait une condition d'optimisation, sinon réaliser une nouvelle troisième étape, de préférence tant que Nbp0int est inférieur ou égal à 6.
Les étapes de détermination de la pluralité de surfaces, de comparaison et de définition des points de l'étape E6 sont représentées au sein de l'étape E6-2 de la figure 5.
Le seuil prédéterminé inférieur au nombre des combinaisons possibles de Nbpoint points parmi le nombre total de points de l'ensemble de points de fonctionnement internes permet de limiter le nombre de surfaces
établies. Ce seuil peut être fonction de la puissance de calcul dont on dispose, typiquement il peut être inférieur à 15000.
La condition d'optimisation de l'étape de définition des points de l'étape E6 peut être identique à la première condition d'optimisation, par ailleurs la deuxième condition d'optimisation peut aussi s'appliquer. On comprend alors que tout ce qui a été dit ci-dessus pour l'étape de validation E2-4 du cycle d'étapes est avantageusement applicable dans l'étape de définition des points de l'étape E6 en vue de valider ou non les points ayant servi à définir une surface de la pluralité de surfaces en tant que points de fonctionnement intermédiaires validés.
Par ailleurs, il est possible que la deuxième étape E5, ou que la troisième étape E6, permette de trouver plusieurs ensembles de points de fonctionnement intermédiaires validés. En ce sens, l'étape de sélection E2-5 décrite ci-avant peut aussi être appliquée dans le cadre de la deuxième étape E5 ou de la troisième étape E6 en vue de ne sélectionner qu'un unique ensemble de points de fonctionnement intermédiaires validé.
De manière générale, au moins un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels est trouvé avant que Nbp0int soit égal à 6 ou lorsque Nbp0int est égal à 6. Cette limite permet donc d'arrêter le procédé et de signaler un problème à un opérateur si aucune solution n'est trouvée à ce moment là.
Selon une variante visible à la figure 5, pour chaque valeur Nbp0int, on extrait une surface établie. Lorsque pour une valeur de Nbp0int on obtient plusieurs surfaces possibles (notamment pour des valeurs de Nbp0int au
dessus de 2, on ne conserve, pour ladite valeur de Nbp0int, que la surface la plus adéquate (notamment en mettant en œuvre l'étape E2-5 décrite ci-dessus). Dans cette variante, la valeur Nbp0int reste préférentiellement strictement inférieure à 7. On obtient alors, après la mise en œuvre de l'étape E6, Nbp0int surfaces valides (étape E7) et il convient alors de choisir la plus optimale (étape E8) au terme du procédé parmi les Nbp0int surfaces valides (par exemple en mettant en œuvre l'étape E2-5 décrite ci-dessus). Dans cette variante, l'étape E5 est préférentiellement mise en œuvre deux fois et l'étape E6 mise en œuvre quatre fois.
Dans le cas où on cherche à déterminer le plus rapidement possible l'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires, le cycle d'étapes est réalisé de telle sorte qu'après l'établissement d'une surface, l'étape de comparaison associée est mise en œuvre, avant l'établissement de tout autre surface, en vue de valider ou non les points de fonctionnement intermédiaires potentiels associés à ladite surface établie. Ainsi, dans le cas où les points de fonctionnement intermédiaires potentiels associés à ladite surface établie sont validés, l'étape de détermination des points de fonctionnement intermédiaires est stoppée et l'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels validé est utilisé dans l'étape de détermination de l'ensemble de points de fonctionnement caractéristiques en tant qu'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires déterminés.
Alternativement, une itération dudit cycle d'étapes comporte le choix d'un unique ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels. Ainsi, si dans cette itération le choix est validé, l'étape de détermination des points de fonctionnement intermédiaires est terminée, sinon une nouvelle itération du cycle est réalisée avec un nouvel unique ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels choisi.
L'objet des deux paragraphes précédents est aussi valable dans le cadre de la mise en œuvre de la deuxième étape ou de la troisième étape, et ce même si le seuil prédéterminé correspondant n'a pas été encore atteint.
Autrement dit, on comprend ici que dès qu'un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels est choisi, on cherche à déterminer s'il est valide ou non avant de choisir un autre ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels. Dès qu'un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels est validé, l'étape de détermination de l'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires est stoppée et l'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires déterminé correspond à l'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels validé.
Le présent procédé de détermination a été utilisé pour caractériser une batterie dont une cellule unitaire est usuellement caractérisée par 36 points de fonctionnement initiaux à une température donnée (figure 2). Ledit procédé a pu mettre en avant moins de 8 points de fonctionnement de l'ensemble de point initiaux pertinents pour déterminer l'ensemble de points de fonctionnement caractéristiques. Des tests ont donc été menés pour caractériser le type de batterie avec les 8 points mis en avant et avec les 36 points initiaux afin d'obtenir deux cartographies distinctes représentatives du comportement énergétique sur 8 points et sur 36 points. Ensuite, les cartographies obtenues ont été utilisées dans le cadre de simulation respectivement sur une première batterie et sur une deuxième batterie selon un même algorithme de suivi de l'état d'énergie pour un même comportement en termes de consommation électrique et dans des conditions de températures identiques. La figure 6 illustre deux courbes représentatives de l'utilisation, la courbe C1 correspond au suivi
en utilisant la cartographie à 36 points et la courbe C2 correspond au suivi en utilisant la cartographie à 8 points. On s'aperçoit que l'écart final entre les simulations est relativement faible (inférieur à 2,4%) et est largement acceptable à la vue du temps gagné et du coût associé à la caractérisation de la batterie.
Un dispositif peut comporter un calculateur et des moyens de mise en œuvre du procédé de détermination de l'ensemble de points de fonctionnement caractéristiques et/ou des moyens de mise en œuvre du procédé de caractérisation d'une batterie prédéterminée munie d'une pluralité de cellules unitaires pour une pluralité de températures. En particulier, le dispositif peut comporter autant d'éléments que d'étapes du procédé associé, on comprend alors que chaque élément est configuré de sorte à permettre la mise en œuvre d'une étape correspondante du procédé associé.
Claims
1 . Procédé de détermination d'un ensemble de points de fonctionnement caractéristiques définissant le comportement énergétique d'une batterie prédéterminée munie d'une pluralité de cellules unitaires, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : une détermination (E1 ) d'un ensemble de points de fonctionnement initiaux associé à une cellule unitaire étalon du type de celles destinées à intégrer ladite batterie prédéterminée et étant représentatif du comportement énergétique de la cellule unitaire étalon,
une détermination (E2) d'un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires formant un sous-ensemble de l'ensemble de points de fonctionnement initiaux,
une détermination (E3) dudit ensemble de points de fonctionnement caractéristiques par mise en œuvre de tests réalisés sur au moins une batterie étalon représentative de ladite batterie prédéterminée, chaque test déterminant un point de fonctionnement caractéristique en utilisant des données issues de l'un desdits points de fonctionnement intermédiaires.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chacun des points de fonctionnement caractéristiques est défini par au moins une valeur d'un état d'énergie de la batterie prédéterminée, une valeur d'une puissance de la batterie prédéterminée et une valeur d'énergie restante de la batterie prédéterminée, et en ce que chacun des points de fonctionnement initiaux, et des points de fonctionnement intermédiaires est défini par au moins une valeur d'un état d'énergie de la
cellule unitaire étalon, une valeur d'une puissance de la cellule unitaire étalon et une valeur d'énergie restante de la cellule unitaire étalon.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de détermination (E2) de l'ensemble des points de fonctionnement intermédiaires comporte au moins un cycle des étapes suivantes :
un choix (E2-1 ) d'au moins un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels parmi l'ensemble de point de fonctionnement initiaux,
un établissement (E2-2), pour chaque ensemble de point de fonctionnement intermédiaires potentiels, d'une surface correspondante, de préférence établie par la triangulation de Delaunay,
une comparaison (E2-3) entre chaque surface établie et tout ou partie des points de fonctionnement initiaux,
une validation (E2-4) du choix dudit au moins un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels en fonction du résultat de ladite comparaison.
4. Procédé selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que pour chaque surface établie :
- l'étape de comparaison (E2-3) comporte d'une part, pour chaque point de fonctionnement initial utilisé au cours de l'étape de comparaison (E2-3), la formation d'un couple de points comprenant ledit point de fonctionnement initial et un point de ladite surface établie dont les valeurs d'état d'énergie de la cellule unitaire étalon et les valeurs de puissance de la cellule unitaire étalon sont identiques à celles dudit point de fonctionnement initial et comporte d'autre part, pour chaque couple de point, la détermination d'une différence entre les valeurs d'énergie restante dudit point de fonctionnement initial et dudit point de ladite surface établie,
- l'étape de validation (E2-4) comprend la validation dudit au moins un ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels choisi si, pour chaque couple de points, ladite différence, ou une valeur représentative de la différence, est inférieure à un seuil.
Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce
- il comporte le choix (E2-1 ) de plusieurs ensembles de points de fonctionnement intermédiaires potentiels parmi l'ensemble de points de fonctionnement initiaux,
- plusieurs ensembles de points de fonctionnement intermédiaires potentiels sont validés lors de la mise en œuvre de ladite étape de validation (E2-4),
et en ce qu'il comporte une étape de sélection (E2-5) d'un unique ensemble de points de fonctionnement intermédiaires parmi lesdits plusieurs ensembles de points de fonctionnement intermédiaires validés.
6. Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ladite étape de sélection (E2-5) comporte l'établissement, pour chacune des surfaces établies associées aux ensembles de points de fonctionnement intermédiaires potentiels validés, d'une valeur moyenne de la différence déterminée entre les valeurs d'énergie restante des points de chaque couple associé à ladite surface établie, l'ensemble de points de fonctionnement intermédiaire sélectionné correspondant à celui associé à la surface établie dont la valeur de la moyenne est la plus faible.
7. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 3 et l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une première étape d'initialisation (E4) dans laquelle sont fixés quatre points de fonctionnement d'extrémité choisis parmi l'ensemble de points de fonctionnement initiaux, les points de fonctionnement initiaux restant formant un ensemble de points de fonctionnement internes, et une deuxième étape (E5) comprenant les étapes suivantes :
o une définition (E5-1 ) d'une variable Nbp0int représentative d'un nombre de points de fonctionnement de l'ensemble de points de fonctionnement internes à utiliser,
o la mise en œuvre (E5-2) dudit cycle d'étapes dans lequel :
■ toutes les combinaisons possibles de Nbp0int points parmi le nombre total de points de l'ensemble de points de fonctionnement internes sont déterminées,
■ l'étape de choix (E2-1 ) est telle que chaque ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels choisi comporte les quatre points d'extrémités fixés et l'une des combinaisons possibles.
8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une première itération de la deuxième étape (E5) pour laquelle Nbpoint vaut 1 , et en ce qu'il comporte une deuxième itération de la deuxième étape (E5) pour laquelle Nbp0int vaut 2 si aucun ensemble de points intermédiaires potentiels n'est validé lors de la mise en œuvre du cycle d'étapes associé à la première itération de la deuxième étape.
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que si après j itérations de la deuxième étape (E5), de préférence j étant égal à 2, aucun ensemble de points de fonctionnement intermédiaires potentiels n'est validé, le procédé comporte une troisième étape (E6) comprenant les étapes suivantes :
incrémenter Nbp0int et former aléatoirement des ensembles de Nbpoint points, de préférence distincts, choisis parmi les points de l'ensemble de points de fonctionnement internes jusqu'à ce que le nombre d'ensembles de Nbp0int points soit égal à un seuil prédéterminé inférieur au nombre des combinaisons
possibles de Nbp0int points parmi le nombre total de points de l'ensemble de points de fonctionnement internes,
- déterminer une pluralité de surfaces, notamment à partir de la triangulation de Delaunay, chacune des surfaces de la pluralité de surfaces étant définie à partir des quatre points d'extrémité fixés et de l'un des ensembles de Nbp0int points formé aléatoirement,
comparer chacune des surfaces de la pluralité de surfaces avec les points de fonctionnement de l'ensemble de points initiaux,
définir les points ayant servi à définir une surface de la pluralité de surfaces en tant qu'ensemble de points de fonctionnement intermédiaires validé si ladite étape de comparaison de ladite surface satisfait une condition d'optimisation, sinon réaliser une nouvelle troisième étape, de préférence tant que Nbp0int est inférieur ou égal à 6.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque mise en œuvre d'un test consiste à réaliser une étape de décharge de la batterie étalon à partir d'un état d'énergie connu et d'une puissance de décharge connue déterminés à partir d'un des points de l'ensemble de points intermédiaire déterminés, à mesurer une énergie restante correspondante, et à former le point de fonctionnement caractéristique par l'association de l'état d'énergie connu, de la puissance de décharge connue et de l'énergie restante mesurée.
1 1 . Procédé de caractérisation d'une batterie prédéterminée munie d'une pluralité de cellules unitaires pour une pluralité de températures, ledit procédé comportant, pour chaque température, une mise en œuvre du procédé de détermination d'un ensemble de points de fonctionnement caractéristiques définissant le comportement énergétique de la batterie prédéterminée selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, et une étape d'association de ladite température audit ensemble de points de fonctionnement caractéristiques.
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