WO2023099823A1 - Estimation d'informations relatives à une batterie cellulaire - Google Patents

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Abstract

Un procédé est chargé d'estimer au moins une information relative à une batterie cellulaire d'un système comportant N cellules propres à stocker de l'énergie électrique, avec N > 1, et ayant chacune un état de charge en cours, un état de santé résistif en cours et un état de santé en capacité en cours. Ce procédé comprend une étape (10-40) dans laquelle on estime une première information représentative d'une énergie totale disponible dans la batterie cellulaire en fonction des états de santé résistifs en cours, états de santé en capacité en cours et états de charge en cours, et d'un intervalle de temps pendant lequel on permet une décharge de la batterie cellulaire sous un courant de décharge choisi et à une température de référence.

Description

DESCRIPTION
TITRE : ESTIMATION D’INFORMATIONS RELATIVES À UNE BATTERIE CELLULAIRE
La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2112900 déposée le 03.12.2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne les batteries cellulaires, et plus précisément l’estimation d’information(s) relatives à de telles batteries.
Etat de la technique
Certaines batteries, pouvant par exemple équiper des véhicules, éventuellement de type automobile, comprennent au moins deux cellules de stockage d’énergie électrique, éventuellement électrochimiques (par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion) ou Ni-Mh ou Ni-Cd). On notera que dans le cas d’un véhicule la batterie cellulaire peut être une batterie dite « principale » (ou de traction) du fait qu’elle est chargée d’alimenter en courant électrique un réseau de bord du véhicule, via un convertisseur, et une machine motrice électrique du groupe motopropulseur (ou GMP) du véhicule. Mais dans le cas d’un véhicule la batterie cellulaire peut aussi être une batterie dite « de servitude » lorsqu’elle est de type très basse tension (typiquement entre 12 V et 48 V) et chargée d’alimenter en courant électrique un réseau de bord du véhicule en l’absence de batterie principale (et donc de machine motrice électrique) ou bien à la place ou en complément d’une batterie principale du véhicule.
Dans ce qui suit et ce qui précède, on entend par « réseau de bord » un réseau d’alimentation électrique auquel sont couplés des équipements (ou organes) électriques (ou électroniques) consommant de l’énergie électrique. Comme le sait l’homme de l’art, les batteries cellulaires actuelles font l’objet d une gestion de certains de leurs paramétrés afin qu elles puissent etre utilisées de façon optimale, avec un risque minimisé de défaillance et d’incident, par exemple pour la sécurité et la tranquillité des usagers de leurs véhicules. Cette gestion a donc notamment pour but de permettre la réalisation de diagnostics de la batterie cellulaire permettant à leur tour d’optimiser son utilisation, de réduire les coûts des réparations et d’anticiper un dysfonctionnement majeur.
Parmi les paramètres gérés, on peut notamment citer l’énergie disponible dans la batterie cellulaire et l’état de santé en énergie de la batterie cellulaire (ou SOHE (« State Of Health of Energy »)) qui sont, par exemple et notamment, utilisés pour estimer l’autonomie d’un véhicule le plus précisément possible afin de ne pas surestimer ou sous-estimer les performances. Il est rappelé que l’énergie disponible estimée sert à estimer l’état de santé en énergie (ou SOHE).
Actuellement, au moins quatre solutions ont été proposées pour estimer l’énergie disponible.
Une première solution consiste à estimer l’énergie disponible dans la batterie cellulaire en prenant en compte la cellule qui est la plus limitante à l’instant considéré et à utiliser des cartographies préalablement constituées à partir de caractérisations des cellules neuves et donnant l’énergie disponible en fonction de l’état de charge (ou SOC (« State Of Charge »)) et de la température interne de chaque cellule de la batterie cellulaire.
Cette première solution fournit des estimations de l’énergie disponible qui sont trop pessimistes du fait qu’elle prend en compte la cellule ayant la plus petite capacité de stockage d’énergie électrique dans la batterie cellulaire (et donc l’état de santé en capacité (ou SOHC (« State Of Health of Capacity »)) le plus petit de toutes les cellules), ou ayant l’état de charge le plus petit dans la batterie cellulaire ou ayant la température interne la plus petite dans la batterie cellulaire. De plus, les estimations s’avèrent approximatives, du fait qu’elles reposent sur des cartographies obtenues lors de caractérisations de cellules qui ne sont pas forcément représentatives des celles qui équipent la batterie cellulaire considérée, et moins précises en cas de dispersion de la production des cellules. Une deuxieme solution consiste a estimer I energie disponible dans la batterie cellulaire en ne prenant en compte que les capacités estimées en cours de chacune des cellules de la batterie cellulaire, et donc leurs SOHCs respectifs. Cette deuxième solution fournit des estimations de l’énergie disponible qui sont peu précises, et d’autant moins précises que l’on se rapproche de la fin de vie des cellules car on ne prend pas en compte les états de santé résistifs (ou SOHR (« State Of Health of Resistance »)) de chacune des cellules alors même qu’ils augmentent avec leur vieillissement et donc que leur impact sur la dissipation de l’énergie augmente.
Une troisième solution consiste à estimer l’énergie disponible dans la batterie cellulaire en utilisant un modèle de durabilité qui a été calibré hors ligne, par exemple ailleurs que chez un constructeur de véhicules (qui se charge généralement de l’assemblage des cellules en fonction des besoins). Chaque modèle de durabilité calibré hors ligne nécessite un important plan de caractérisation du vieillissement accéléré des cellules sous différentes conditions, mais qui n’est pas capable de tenir compte d’une perte soudaine d’énergie d’une cellule en fin de vie à cause d’un usage qui sort de la limite du plan d’expérience initialement testé lors des essais.
Une quatrième solution consiste à estimer l’énergie disponible dans la batterie cellulaire au moyen d’une méthode d’apprentissage de type « boîte noire » (ou intelligence artificielle) qui utilise une base de données hors ligne, par exemple distante d’un véhicule. Ces méthodes d’apprentissage nécessitent des bases de données très riches, n’offrent pas une véritable réactivité en temps réel, monopolisent beaucoup de bande passante des réseaux de communication non filaires, et donnent des estimations imprécises lorsque la batterie cellulaire est utilisée en dehors des limites de l’apprentissage.
L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation.
Présentation de l’invention
Elle propose notamment à cet effet un procédé d’estimation d’information(s) destiné à être mis en œuvre dans un système comprenant une batterie cellulaire comportant N cellules propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1 , et ayant chacune un état de charge en cours, un état de santé résistif en cours et un état de santé en capacité en cours.
Ce procédé d’estimation d’information(s) se caractérise par le fait qu’il comprend une étape dans laquelle on estime une première information représentative d’une énergie totale disponible dans la batterie cellulaire en fonction des états de santé résistifs en cours, états de santé en capacité en cours et états de charge en cours, et d’un intervalle de temps pendant lequel on permet une décharge de la batterie cellulaire sous un courant de décharge choisi et à une température de référence.
Cette prise en compte des paramètres qui définissent l’état réel dans lequel se trouve chacune des cellules de la batterie cellulaire permet de disposer dans le système d’une estimation particulièrement précise et fiable de la première information (représentative de l’énergie totale disponible dans la batterie cellulaire).
Le procédé d’estimation d’information(s) selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :
- dans son étape on peut estimer la première information en fonction en outre de capacités initiales de stockage d’énergie électrique de chacune des cellules et d’états de charge maximaux initiaux de chacune des cellules ;
- dans son étape on peut estimer la première information en fonction en outre de modèles théoriques choisis et représentatifs respectivement de résistances équivalentes de chacune des cellules ;
- dans son étape on peut estimer la première information en fonction en outre de sommes de tension à vide de chacune des cellules pour des valeurs d’état de charge comprises entre un état de charge maximal et un état de charge en fin de l’intervalle de temps ;
- dans son étape on peut choisir l’intervalle de temps en fonction d’une tension minimale limitante d’une cellule en dessous de laquelle on interdit la décharge de la batterie cellulaire sous le courant de décharge choisi et/ou d’un état de charge minimal d’une cellule en dessous duquel on interdit la décharge de la batterie cellulaire sous le courant de décharge choisi ; - en presence de la dermere option, dans son etape on peut determiner un premier intervalle de temps théorique en fonction de la tension minimale limitante, de capacités de stockage d’énergie électrique en cours de chacune des cellules, du courant de décharge choisi, de modèles théoriques choisis et représentatifs respectivement de résistances équivalentes de chacune des cellules, et d’états de charge initiaux de chacune des cellules, et un second intervalle de temps théorique en fonction de l’état de charge minimal, du courant de décharge choisi, des capacités de stockage d’énergie électrique en cours et des états de charge initiaux, puis on peut choisir l’intervalle de temps en prenant le plus petit de ces premier et second intervalles de temps théoriques ;
- dans son étape on peut estimer une seconde information représentative d’un état de santé en énergie de la batterie cellulaire en fonction de la première information et d’une énergie utile en début de vie de la batterie cellulaire.
L’invention propose également un produit programme d’ordinateur comprenant un jeu d’instructions qui, lorsqu’il est exécuté par des moyens de traitement, est propre à mettre en œuvre un procédé d’estimation d’information(s) du type de celui présenté ci-avant pour estimer au moins une information relative à une batterie cellulaire d’un système comportant N cellules propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1 .
L’invention propose également un dispositif d’estimation d’information(s) destiné à équiper un système comprenant une batterie cellulaire comportant N cellules propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1 , et ayant chacune un état de charge en cours, un état de santé résistif en cours et un état de santé en capacité en cours.
Ce dispositif d’estimation d’information(s) se caractérise par le fait qu’il comprend au moins un processeur et au moins une mémoire agencés pour effectuer les opérations consistant à estimer une première information représentative d’une énergie totale disponible dans la batterie cellulaire en fonction des états de santé résistifs en cours, états de santé en capacité en cours et états de charge en cours, et d’un intervalle de temps pendant lequel on permet une décharge de la batterie cellulaire sous un courant de décharge choisi et à une température de référence.
L’invention propose également un système, éventuellement un véhicule, et comprenant, d une part, une batterie cellulaire comportant N cellules propres a stocker de l’énergie électrique, avec N > 1 , et ayant chacune un état de charge en cours, un état de santé résistif en cours et un état de santé en capacité en cours, et, d’autre part, un dispositif d’estimation d’information(s) du type de celui présenté ci-avant.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :
[Fig. 1] illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d’un véhicule comprenant un GMP à machine motrice électrique alimentée par une batterie cellulaire, et un dispositif d’estimation d’information(s) selon l’invention,
[Fig. 2] illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d’un calculateur de batterie comportant un dispositif d’estimation d’information(s) selon l’invention, et
[Fig. 3] illustre schématiquement un exemple d’algorithme mettant en œuvre un procédé d’estimation d’information(s) selon l’invention.
Description détaillée de l’invention
L’invention a notamment pour but de proposer un procédé d’estimation d’information(s), et un dispositif d’estimation d’information(s) DEI associé, destinés à permettre une estimation précise et fiable d’au moins une information relative à une batterie cellulaire BC d’un système V comportant N cellules CE.
Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le système V est un véhicule de type automobile, comme par exemple une voiture, comme illustré sur la figure 1 . Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de système. Elle concerne en effet tout type de système comprenant au moins une batterie cellulaire rechargeable (quel qu’en soit le mode). Ainsi, elle concerne, par exemple, les véhicules terrestres (véhicules utilitaires, camping-cars, minibus, cars, camions, motocyclettes, engins de voirie, engins de chantier, engins agricoles, engins de loisir (motoneige, kart), et engins à chenille(s), par exemple), les bateaux et les aeronefs, mais aussi tout système fixe ou stationnaire, comme par exemple une installation de fourniture d’énergie électrique et plus généralement tout appareil électronique (éventuellement de grande consommation), tout bâtiment ou toute installation (y compris de type industriel). A titre d’exemple illustratif la batterie cellulaire BC du système V peut être raccordée à une source d’énergie renouvelable (notamment photovoltaïque ou éolienne).
Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que le système V (ici un véhicule) comprend un groupe motopropulseur (ou GMP) de type tout électrique (et donc dont la motricité est assurée exclusivement par au moins une machine motrice électrique MME). Mais le GMP pourrait être de type hybride (thermique et électrique) ou purement thermique.
De plus, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que la batterie cellulaire BC est une batterie principale (ou de traction). Mais la batterie cellulaire objet des estimations d’information(s) pourrait être une batterie de servitude (éventuellement rechargeable via un convertisseur alimenté en énergie électrique par une batterie principale).
On a schématiquement représenté sur la figure 1 un système V (ici un véhicule) comprenant une chaîne de transmission à GMP électrique, un réseau de bord RB, un groupe d’alimentation comprenant une batterie de servitude BS et (ici) un générateur d’énergie électrique GE associé à une batterie cellulaire BC, et un dispositif d’estimation d’information(s) DEI selon l’invention.
Le réseau de bord RB est un réseau d’alimentation électrique auquel sont couplés des équipements (ou organes) électriques (ou électroniques) qui consomment de l’énergie électrique.
La batterie de servitude BS est chargée de fournir de l’énergie électrique au réseau de bord RB, en complément de celle fournie par le générateur d’énergie électrique GE alimenté par la batterie cellulaire BC, et parfois à la place de ce générateur d’énergie électrique GE (en particulier lorsque le GMP est endormi et le générateur d’énergie électrique GE inactif). Par exemple, cette batterie de servitude BS peut être agencée sous la forme d’une batterie de type très basse tension (typiquement 12 V, 24 V ou 48 V). Elle est rechargeable au moins par le générateur d energie electnque GE. On considéré dans ce qui suit, a titre d’exemple non limitatif, que la batterie de servitude BS est de type Lithium-ion 12 V.
La chaîne de transmission a un GMP qui est, ici, purement électrique, et donc qui comprend, notamment, une machine motrice MME électrique, un arbre moteur AM, et un arbre de transmission AT. On entend ici par « machine motrice électrique » une machine électrique agencée de manière à fournir ou récupérer du couple pour déplacer le système V (ici un véhicule). Le fonctionnement du GMP est supervisé par un calculateur de supervision CS.
La machine motrice électrique MME (ici un moteur électrique) est couplée à la batterie cellulaire BC, afin d’être alimentée en énergie électrique, ainsi qu’éventuellement d’alimenter cette batterie cellulaire BC en énergie électrique pendant une phase de freinage récupératif. Elle est couplée à l’arbre moteur AM, pour lui fournir du couple par entraînement en rotation. Cet arbre moteur AM est ici couplé à un réducteur RD qui est aussi couplé à l’arbre de transmission AT, lui-même couplé à un premier train T1 (ici de roues), de préférence via un différentiel D1 .
Ce premier train T1 est ici situé dans la partie avant PW du véhicule V. Mais dans une variante ce premier train T1 pourrait être celui qui est ici référencé T2 et qui est situé dans la partie arrière PRV du véhicule V.
La machine motrice MME est, ici, aussi couplée au générateur d’énergie électrique GE qui est aussi couplé indirectement à la batterie de servitude BS, notamment pour la recharger avec de l’énergie électrique issue de la batterie cellulaire BC et convertie.
Ce générateur d’énergie électrique GE est un convertisseur de courant couplé électriquement au connecteur de recharge CN du véhicule V, à titre d’exemple. Il est ici aussi chargé d’alimenter le réseau de bord RB en énergie électrique issue de la batterie cellulaire BC et convertie lorsque le GMP est en fonctionnement ou lorsque le GMP est endormi mais que le véhicule V est dans une phase de recharge de sa batterie cellulaire BC, en plus d’assurer la recharge de la batterie de servitude BS.
Dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 1 la batterie cellulaire BC est adaptée non seulement aux recharges en mode 2 ou 3, mais aussi aux recharges en mode 4.
Par exemple, la batterie cellulaire BC peut comprendre des cellules électrochimiques de stockage d’énergie électrique CE, éventuellement de type lithium-ion (ou Li-ion) ou Ni-Mh ou Ni-Cd. Egalement par exemple, la batterie cellulaire BC peut être de type basse tension (typiquement 450 V à titre illustratif). Mais elle pourrait être de type moyenne tension ou haute tension.
On notera, comme illustré non limitativement sur la figure 1 , que les cellules CE peuvent faire partie de modules MC qui sont couplés entre eux, par exemple en série, au sein de la batterie cellulaire BC. On entend ici par « module MC » un groupe d’au moins une cellule CE. Lorsqu’un module MC comprend plusieurs cellules CE, ces dernières (CE) peuvent être couplées entre elles en série et/ou en parallèle.
On notera que la batterie cellulaire BC est associée à un boîtier de batterie BB qui comprend notamment des moyens de mesure de tension, courant et température interne (non illustrés) et un calculateur de batterie CB. Ce calculateur de batterie CB centralise les mesures de courant, les mesures de tension et les mesures de température interne (notamment celles qui concernent individuellement chacune des N cellules CE), et estime des paramètres de la batterie cellulaire BC en fonction de ces mesures, et notamment sa résistance interne, sa tension minimale et son état de charge (ou SOC) en cours.
On notera également que dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 1 le véhicule V comprend aussi un boîtier de distribution BD auquel sont couplés la batterie de servitude BS, le générateur d’énergie électrique GE et le réseau de bord RB. Ce boîtier de distribution BD est chargé de distribuer dans le réseau de bord RB l’énergie électrique qui est produite par le générateur d’énergie électrique GE ou stockée dans la batterie de servitude BS, pour l’alimentation des organes (ou équipements) électriques couplés au réseau de bord RB, en fonction de demandes d’alimentation reçues (notamment du calculateur de supervision CS du GMP).
Comme évoqué plus haut, l’invention propose notamment un procédé d estimation d information (s) destine a permettre une estimation precise et fiable d’au moins une information ibn relative à une batterie cellulaire BC d’un véhicule V comportant N cellules CE (i), avec N > 1 . Dans ce qui suit, « i » est un indice qui désigne chacune des cellules CE, et donc qui prend des valeurs comprises entre 1 et N.
Ce procédé (d’estimation d’information(s)) peut être mis en œuvre au moins partiellement par le dispositif d’estimation d’information(s) DEI (illustré sur les figures 1 et 2) qui comprend à cet effet au moins un processeur PR1 , par exemple de signal numérique (ou DSP (« Digital Signal Processor »)), et au moins une mémoire MD. Ce dispositif d’estimation d’information(s) DEI peut donc être réalisé sous la forme d’une combinaison de circuits ou composants électriques ou électroniques (ou « hardware ») et de modules logiciels (ou « software »).
La mémoire MD est vive afin de stocker des instructions pour la mise en œuvre par le processeur PR1 d’une partie au moins du procédé d’estimation d’information(s). Le processeur PR1 peut comprendre des circuits intégrés (ou imprimés), ou bien plusieurs circuits intégrés (ou imprimés) reliés par des connections filaires ou non filaires. On entend par circuit intégré (ou imprimé) tout type de dispositif apte à effectuer au moins une opération électrique ou électronique.
Dans l’exemple illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, le dispositif d’estimation d’information(s) DEI fait partie du calculateur de batterie CB (et donc du boîtier de batterie BB). Mais cela n’est pas obligatoire. En effet, le dispositif d’estimation d’information(s) DEI pourrait comprendre son propre calculateur dédié, lequel peut alors être couplé au calculateur de batterie CB.
Comme illustré non limitativement sur la figure 3, le procédé (d’estimation d’information(s)), selon l’invention, comprend une étape 10-40 qui est mise en œuvre dans le véhicule V chaque fois qu’une estimation d’au moins une première information ib1 (n = 1 ), représentative de l’énergie totale Etot ref disponible dans la batterie cellulaire BC, est demandée, par exemple par le calculateur de batterie CB.
Cette étape 10-40 comprend une sous-étape 30 dans laquelle on (le dispositif d estimation d mformation(s) DEI) estime la premiere information ib1 en fonction des états de santé résistifs SOHRi en cours de chacune des N cellules CE, des états de santé en capacité SOHC en cours de chacune des N cellules CE, des états de charge SOCi en cours de chacune des N cellules CE, et d’un intervalle de temps Atfjn pendant lequel on permet une décharge de la batterie cellulaire BC sous un courant de décharge Idc choisi et à une température de référence Tref.
Grâce à cette prise en compte d’au moins les paramètres SOHR, SOHCi et SOHi qui définissent l’état réel dans lequel se trouve chacune des cellules CE de la batterie cellulaire BC (et non pas seulement la plus limitante), on dispose désormais dans le véhicule V, en temps réel, d’une estimation particulièrement précise et fiable de la première information ib1 (représentative de l’énergie totale Etot ref disponible dans la batterie cellulaire BC).
On comprendra que ce sont au moins les processeur PR1 et mémoire MD du dispositif d’estimation DEI qui sont agencés pour effectuer les opérations consistant à estimer la première information ib1 en fonction des états de santé résistifs SOHRi, des états de santé en capacité SOHC, des états de charge SOCi, et de l’intervalle de temps Atfin pendant lequel on permet une décharge de la batterie cellulaire BC sous le courant de décharge Idc choisi et à la température de référence Tref.
Par exemple, la température de référence Tref peut être égale à 25°C. Mais d’autres valeurs peuvent être utilisées.
Egalement par exemple, le courant de décharge Idc peut être choisi de manière à obtenir un régime de décharge égal au tiers de la capacité totale (soit C/3), notamment lorsque le GMP est tout électrique. Mais d’autres valeurs de courant de décharge Idc peuvent être utilisées.
On notera que l’étape 10-40 peut aussi comprendre une sous-étape 10 préliminaire dans laquelle on estime tous les états de santé résistifs SOHRi, états de santé en capacité SOHCi et états de charge SOCi, à partir des mesures de tension, de courant et de température interne de chacune des cellules CE (i). Il est rappelé que chaque état de santé en capacité SOHC est estimé à partir de l’état de charge SOC, que chaque état de santé résistif SOHRi est estimé à partir de I état de charge SOCi et de la temperature interne associée, et que chaque état de charge SOCi est lui-même estimé à partir d’estimations antérieures de l’état de santé résistif SOHR et de l’état de santé en capacité SOHCi au sein d’une boucle de rétroaction.
Les états de santé résistifs SOHR et/ou états de santé en capacité SOHCi et/ou états de charge SOC peuvent être estimés par le dispositif d’estimation d’information(s) DEI ou par le calculateur de batterie CB.
On notera également que l’étape 10-40 peut aussi comprendre une sous-étape 20 préliminaire dans laquelle on choisit l’intervalle de temps Atfjn en fonction d’une tension minimale limitante Ucutoff_min d’une cellule CE en dessous de laquelle on interdit la décharge de la batterie cellulaire BC sous le courant de décharge Idc choisi et/ou d’un état de charge minimal SOCmin_seuii d’une cellule CE en dessous duquel on interdit la décharge de la batterie cellulaire BC sous le courant de décharge Idc choisi.
En présence de cette dernière option dans la sous-étape 20 de l’étape 10-40 on peut, par exemple, déterminer un premier intervalle de temps théorique AtfJn et un second intervalle de temps théorique At °c.
Le premier intervalle de temps théorique AtfJn est déterminé en fonction de la tension minimale limitante Ucutoff_min, des capacités de stockage d’énergie électrique capai en cours de chacune des cellules CE, du courant de décharge Idc choisi, des modèles théoriques choisis (représentatifs respectivement des résistances équivalentes R de chacune des cellules CE), et d’états de charge initiaux SOCini.i de chacune des cellules CE.
Par exemple, la résistance équivalente R peut être donnée de façon simplifiée par l’équation suivante :
Ri = Ro,i +
Figure imgf000013_0001
où Ro i est la résistance à vide du circuit qui représente la cellule CE (i), Ri ,i est la résistance interne de la cellule CE (i), et Atfjn (= tfin - tini) est la durée de la décharge comprise entre l’instant initial tini et l’instant final tfin.
On notera que l’équation qui précède peut être remplacée en première approximation par l’équation :
Ri = R0,i + Rl,i- Egalement par exemple, en utilisant pour chacune des cellules CE la resistance équivalente approximée indiqué ci-dessus (Rj = R0,i + Rifi), le premier intervalle de temps théorique Atdn peut être déterminé au moyen de l’équation suivante :
Figure imgf000014_0001
Le second intervalle de temps théorique At °c est déterminé en fonction de l’état de charge minimal SOCmin_seuii, du courant de décharge Idc choisi, des capacités de stockage d’énergie électrique capai en cours et des états de charge initiaux SOCinij. On comprendra qu’atteindre SOCmin_seuil en fin de décharge constitue une contrainte liée à la durabilité de la batterie cellulaire BC ou au risque de ne pas atteindre une performance minimale en puissance.
Par exemple, en visant At °c quand un état de charge de cellule SOCi atteint l’état de charge minimal SOCmin_seuii, le second intervalle de temps théorique Atfi°c peut être déterminé au moyen de l’équation suivante :
Figure imgf000014_0002
Puis, dans la sous-étape 20 de l’étape 10-40 on peut choisir l’intervalle de temps Atfin en prenant le plus petit des premier et second intervalles de temps théoriques (soit
Figure imgf000014_0003
On notera également que dans la sous-étape 30 de l’étape 10-40 on peut estimer la première information ib1 en fonction également de capacités initiales de stockage d’énergie électrique capai (à tini) de chacune des cellules CE et des états de charge maximaux initiaux SOCmax de chacune des cellules CE.
On notera également que dans la sous-étape 30 de l’étape 10-40 on peut estimer la première information ib1 en fonction également de modèles théoriques choisis et représentatifs respectivement des résistances équivalentes Ri.
Par exemple, on peut utiliser pour chacune des cellules CE un même modèle théorique dit « RC » qui la représente au sein d’un circuit RC, et dans lequel la tension U aux bornes d’une cellule CE (i) est donnée par l’équation suivante : = OCV(SOCi) + Ru * Idc, où OCV(SOC) est la tension à vide de la cellule CE (i) en présence d’un état de charge SOCi.
On notera que la tension à vide peut être donnée par l’équation suivante : OCV(SOCi) = 0Cvfs0Cini>i - tfin~tini IdcY où SOCini.i est l’état de charge initial de la cellule CE (i) à l’instant initial tini de début de décharge.
Des modèles théoriques plus complexes que le modèle RC peuvent être utilisés, comme par exemple un modèle théorique dans lequel on utilise pour chaque cellule CE (i) une combinaison d’au moins deux circuits RC montés en parallèle, au lieu d’un unique circuit RC.
On notera également que dans la sous-étape 30 de l’étape 10-40 on peut estimer la première information ib1 en fonction également de sommes de tension à vide OCVi de chacune des cellules CE pour des valeurs d’état de charge comprises entre un état de charge maximal SOCmax et un état de charge SOCfin.i en fin de l’intervalle de temps Atfjn-
Par exemple, les sommes de tension à vide OCV de chacune des cellules CE (i) peuvent être déterminées au moyen de l’intégrale suivante :
Figure imgf000015_0001
Egalement par exemple, chaque état de charge final SOCfin.i peut être déterminé au moyen de l’équation suivante :
Figure imgf000015_0002
Chaque intégrale peut être calculée de façon numérique. Dans une première variante, le résultat de chaque intégrale peut être trouvé dans une cartographie déterminée préalablement et donnant la tension à vide OCVi en fonction de l’état de charge SOCi. Dans une seconde variante, le résultat de chaque intégrale peut être trouvé au moyen de la méthode des trapèzes, ou de toute méthode équivalente connue de l’homme de l’art.
En présence des options décrites ci-avant, la première information ib1 peut être déterminée au moyen de l’équation suivante lorsqu’elle est égale à l’énergie totale disponible pour la décharge Etot ref : où capaBOL * SOHCi = capai, SOHRi * (Ro , Tref BOL, i + Ri ,Tref BOL,i) - (Ro,i + Ri,i), Te est la période d’échantillonnage équivalente à la fréquence d’appel de la fonction de calcul de la première information ib1 dans le dispositif d’estimation d’information(s) DEI, et par exemple égale à 100 ms ou 1 s, Ro, Tref BOL, i est la résistance à vide du circuit qui représente la cellule CE (i) à la température de référence Tref et en début de vie de la cellule CE (i), et Ri ref BOL est la résistance interne de la cellule CE (i) à la température de référence Tref et en début de vie de la cellule CE (i).
Cette dernière équation de ib1 découle du fait que l’énergie totale disponible Etot (pour la température de fonctionnement en cours de la batterie cellulaire BC) est donnée par l’équation générale : i=N /.tfin
Figure imgf000016_0002
qui peut être réécrite comme suit :
Figure imgf000016_0001
où dt = — 5— x dSOC,
Idc cette dernière équation pouvant à son tour être réécrite comme suit : On comprendra que le passage de Etot à Etot ref se fait en remplaçant SOCini.i par SOCmax.i dans l’intégrale car on se rapporte à l’énergie maximale au début de vie de la cellule CE (i), et (RO.BOL + RI .BOL ) par (Ro.TrefBou + Ri,TrefBOL,i) car on se place à la température de référence Tref.
On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 3, que l’étape 10-40 peut comprendre une sous-étape 40 dans laquelle on estime une seconde information ib2 (n = 2) qui est représentative de l’état de santé en énergie SOHE de la batterie cellulaire BC, en fonction de la première information ib1 et d’une énergie utile en début de vie Etot BOL de la batterie cellulaire BC.
Par exemple, la seconde information ib2 peut être déterminée au moyen de l’équation suivante lorsqu’elle est égale à l’état de santé en énergie SOHE : ib2 = SOHE = 100 Etot Ref .
Etot BOL
Egalement par exemple, lorsque l’on veut prendre une marge de dispersion de production des N cellules CE, l’énergie utile en début de vie Etot BOL peut être choisie égale à (Etot BOL_avg - 3o), où Etot BOL_avg est l’énergie utile moyenne en début de vie et o est l’écart type.
On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 2, que le calculateur de batterie CB (ou le calculateur dédié du dispositif d’estimation d’information(s) DEI) peut aussi comprendre une mémoire de masse MM1 , notamment pour le stockage temporaire des mesures de tension, de courant et de température interne des N cellules CE et d’éventuelles données intermédiaires intervenant dans tous ses calculs et traitements. Par ailleurs, ce calculateur de batterie CB (ou le calculateur dédié du dispositif d’estimation d’information(s) DEI) peut aussi comprendre une interface d’entrée IE pour la réception d’au moins les mesures de tension, de courant et de température interne des N cellules CE pour les utiliser dans des calculs ou traitements, éventuellement après les avoir mises en forme et/ou démodulées et/ou amplifiées, de façon connue en soi, au moyen d’un processeur de signal numérique PR2. De plus, ce calculateur de batterie CB (ou le calculateur dédié du dispositif d’estimation d’information(s) DEI) peut aussi comprendre une interface de sortie IS, notamment pour délivrer la première information ib1 et l’éventuelle seconde information ib2.
On notera également que l’invention propose aussi un produit programme d’ordinateur (ou programme informatique) comprenant un jeu d’instructions qui, lorsqu’il est exécuté par des moyens de traitement de type circuits électroniques (ou hardware), comme par exemple le processeur PR1 , est propre à mettre en œuvre le procédé d’estimation d’information(s) décrit ci-avant pour estimer au moins une information ibn relative à la batterie cellulaire BC du système V.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d’estimation d’information(s) relative(s) à une batterie cellulaire (BC) d’un système (V) comportant N cellules (CE) propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1 , et ayant chacune un état de charge en cours, un état de santé résistif en cours et un état de santé en capacité en cours, caractérisé en ce qu’il comprend une étape (10-40) dans laquelle on estime une première information représentative d’une énergie totale disponible dans ladite batterie cellulaire (BC) en fonction desdits états de santé résistifs en cours, états de santé en capacité en cours et états de charge en cours, et d’un intervalle de temps pendant lequel on permet une décharge de ladite batterie cellulaire (BC) sous un courant de décharge choisi et à une température de référence.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que dans ladite étape (10-40) on estime ladite première information en fonction en outre de capacités initiales de stockage d’énergie électrique de chacune desdites cellules (CE) et d’états de charge maximaux initiaux de chacune desdites cellules (CE).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-40) on estime ladite première information en fonction en outre de modèles théoriques choisis et représentatifs respectivement de résistances équivalentes de chacune desdites cellules (CE).
4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-40) on estime ladite première information en fonction en outre de sommes de tension à vide de chacune desdites cellules (CE) pour des valeurs d’état de charge comprises entre un état de charge maximal et un état de charge en fin dudit intervalle de temps.
5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-40) on choisit ledit intervalle de temps en fonction d’une tension minimale limitante d’une cellule (CE) en dessous de laquelle on interdit ladite décharge de la batterie cellulaire (BC) sous ledit courant de décharge choisi et/ou d’un état de charge minimal d’une cellule (CE) en dessous duquel on interdit ladite décharge de la batterie cellulaire (BC) sous ledit courant de décharge choisi.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-40) on determine un premier intervalle de temps théorique en fonction de ladite tension minimale limitante, de capacités de stockage d’énergie électrique en cours de chacune desdites cellules (CE), dudit courant de décharge choisi, de modèles théoriques choisis et représentatifs respectivement de résistances équivalentes de chacune desdites cellules (CE), et d’états de charge initiaux de chacune desdites cellules (CE), et un second intervalle de temps théorique en fonction dudit état de charge minimal, dudit courant de décharge choisi, desdites capacités de stockage d’énergie électrique en cours et desdits états de charge initiaux, puis on choisit ledit intervalle de temps en prenant le plus petit desdits premier et second intervalles de temps théoriques.
7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-40) on estime une seconde information représentative d’un état de santé en énergie de ladite batterie cellulaire (BC) en fonction de ladite première information et d’une énergie utile en début de vie de ladite batterie cellulaire (BC).
8. Produit programme d’ordinateur comprenant un jeu d’instructions qui, lorsqu’il est exécuté par des moyens de traitement, est propre à mettre en œuvre le procédé d’estimation d’information(s) selon l’une des revendications 1 à 7 pour estimer au moins une information relative à une batterie cellulaire (BC) d’un système (V) comportant N cellules (CE) propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1 .
9. Dispositif d’estimation d’information(s) (DEI) pour un système (V) comprenant une batterie cellulaire (BC) comportant N cellules (CE) propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1 , et ayant chacune un état de charge en cours, un état de santé résistif en cours et un état de santé en capacité en cours, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un processeur (PR1 ) et au moins une mémoire (MD) agencés pour effectuer les opérations consistant à estimer une première information représentative d’une énergie totale disponible dans ladite batterie cellulaire (BC) en fonction desdits états de santé résistifs en cours, états de santé en capacité en cours et états de charge en cours, et d’un intervalle de temps pendant lequel on permet une décharge de ladite batterie cellulaire (BC) sous un courant de décharge choisi et à une température de référence.
10. Système (V) comprenant une batterie cellulaire (BC) comportant N cellules (CE) propres à stocker de l’énergie électrique, avec N > 1 , et ayant chacune un état de charge en cours, un état de santé résistif en cours et un état de santé en capacité en cours, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif d’estimation d’information(s) (DEI) selon la revendication 9.
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