WO2023144463A1 - Estimation fiable de la capacité de stockage de cellule(s) d'une batterie cellulaire - Google Patents

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WO2023144463A1
WO2023144463A1 PCT/FR2022/052268 FR2022052268W WO2023144463A1 WO 2023144463 A1 WO2023144463 A1 WO 2023144463A1 FR 2022052268 W FR2022052268 W FR 2022052268W WO 2023144463 A1 WO2023144463 A1 WO 2023144463A1
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WO
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charge
state
cell
satisfied
battery
Prior art date
Application number
PCT/FR2022/052268
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Inventor
Akram EDDAHECH
Kodjo Senou Rodolphe MAWONOU
Zhihao SHI
Konstantinos FATISIS
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Psa Automobiles Sa
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/13—Maintaining the SoC within a determined range
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC

Definitions

  • TITLE RELIABLE ESTIMATE OF THE CELL(S) STORAGE CAPACITY OF A CELLULAR BATTERY
  • the invention relates to cellular batteries, and more precisely to the estimation of the storage capacity of cells of such batteries.
  • Certain systems such as for example certain vehicles (possibly of the automobile type), comprise a cellular battery comprising at least one electrical energy storage cell, possibly electrochemical (for example of the lithium-ion (or Li-ion) or Ni- Mh or Ni-Cd).
  • the cellular battery can be a so-called “main” (or traction) battery because it is responsible for supplying electrical current to an on-board network of the vehicle, via a converter, and an electric motor machine of the powertrain (or GMP) of the vehicle.
  • the cellular battery can also be a so-called "service” battery when it is of the very low voltage type (typically between 12 V and 48 V) and responsible for supplying electric current to a network of edge of the vehicle in the absence of a main battery (and therefore of an electric motor) or instead of or in addition to a main battery of the vehicle.
  • service battery when it is of the very low voltage type (typically between 12 V and 48 V) and responsible for supplying electric current to a network of edge of the vehicle in the absence of a main battery (and therefore of an electric motor) or instead of or in addition to a main battery of the vehicle.
  • the term "on-board network” means an electrical power supply network to which electrical (or electronic) equipment (or components) consuming electrical energy are coupled.
  • the cellular batteries of the systems presented above are generally subject to management of some of their parameters so that they can be used optimally, with a minimized risk of failure and incident, for example for the safety and peace of mind of their users. This management is intended in particular to enable diagnostics to be carried out on the cellular battery, in turn enabling its use to be optimized, the cost of repairs to be reduced and a major malfunction to be anticipated.
  • SOC State Of Charge
  • SOHC State Of Health of Capacity
  • the invention relates more particularly to the estimation of the storage capacity of at least one cell, which makes it possible to deduce therefrom the state of health in terms of capacity of this cell.
  • Kalman filter proves to be difficult to implement because of its high sensitivity.
  • the filtering being carried out after the determination not only of the couples, but also of the prediction of the storage capacity, it does not make it possible to overcome measurement noise, which makes the use of the filter even more difficult. of Kalman. Consequently, this solution offers results which are not sufficiently satisfactory.
  • the object of the invention is therefore in particular to improve the situation. Presentation of the invention
  • an estimation method intended to estimate a storage capacity of at least one cell capable of storing electrical energy, having a state of charge and a charge, and equipping a cellular battery with a system.
  • This estimation method is characterized in that it comprises a step in which, for at least one cell in use, it is determined whether conditions relating at least to its state of charge and to a temperature of the battery cellular are satisfied, then in the affirmative one determines at M successive instants M pairs each comprising first and second variations respectively of its state of charge and of its charge between two successive instants, then one selects among these determined pairs those which include first and second variations respectively satisfying first and second criteria, then a parametric estimator is fed with these selected pairs in order to obtain an estimate of its storage capacity.
  • This first filtering carried out before the determination of the pairs makes it possible to overcome measurement noise, and therefore to obtain M pairs among which a second filtering can be carried out to retain those which are the most usable for a parametric estimator easy to implement. work and less sensitive than a Kalman filter.
  • the estimation method according to the invention may comprise other characteristics which may be taken separately or in combination, and in particular:
  • the condition relating to the state of charge can be satisfied when this state of charge has been initialized from a voltage measurement at equilibrium of the cell, and the condition relating to the temperature can be satisfied when the latter is greater than a first chosen threshold;
  • the first criterion can be satisfied when an absolute value of the first variation is greater than a second chosen threshold, and the second criterion can be satisfied when an absolute value of the second variation is greater than a third chosen threshold ;
  • recursive least squares or RLS (“Recursive Least squares”)
  • the additional condition relating to the mode of use of the cellular battery can be satisfied when the latter is in a recharging phase by an external power source;
  • - in its step M can be between 10 and 100.
  • the invention also proposes a computer program product comprising a set of instructions which, when it is executed by processing means, is capable of implementing an estimation method of the type of that presented above for estimate a storage capacity of at least one cell capable of storing electrical energy, having a state of charge and a charge, and equipping a cellular battery of a system.
  • the invention also proposes an estimation device intended to equip a system comprising a cellular battery comprising at least one cell capable of storing electrical energy and having a state of charge and a charge.
  • This estimation device is characterized in that it comprises at least one processor and at least one memory arranged to perform the operations consisting, for at least one cell in use, in determining whether conditions relating at least to its state of charge and at a temperature of the cellular battery are satisfied, then in the affirmative to determine at M successive instants M pairs each comprising first and second variations respectively of its state of charge and of its charge between two successive instants, then to select among these determined couples those who comprise first and second variations respectively satisfying first and second criteria, then feeding a parametric estimator with these selected pairs in order to obtain an estimate of its storage capacity.
  • the invention also proposes a system, possibly a vehicle, and comprising, on the one hand, a cellular battery comprising at least one cell capable of storing electrical energy and having a state of charge and a charge, and, on the other hand, an estimation device of the type presented above.
  • FIG. 1 schematically and functionally illustrates an exemplary embodiment of a vehicle comprising a GMP with an electric drive machine powered by a cellular battery, and an estimation device according to the invention
  • FIG. 2 schematically and functionally illustrates an embodiment of a battery calculator comprising an estimation device according to the invention
  • FIG. 3 schematically illustrates an example of an algorithm implementing an estimation method according to the invention.
  • the object of the invention is in particular to propose an estimation method, and an associated estimation device DE, intended to allow a reliable estimation of the storage capacity Capa est (k) of at least one cell CE of a cellular battery BC of a system S.
  • the system S is a vehicle of the automobile type, such as for example a car, as illustrated in FIG.
  • the invention is not limited to this type of system. It relates in fact to any type of system comprising at least one battery rechargeable cell phone (in any mode).
  • land vehicles utility vehicles, motorhomes, minibuses, coaches, trucks, motorcycles, road construction machinery, construction machinery, agricultural machinery, leisure machinery (snowmobile, kart), and caterpillar(s), for example
  • boats and aircraft but also any fixed or stationary system, such as, for example, an installation for supplying electrical energy and more generally any electronic device (possibly of high consumption), any building or any installation (including industrial type).
  • the cellular battery BC of the system S can be connected to a renewable energy source (in particular photovoltaic or wind power).
  • the system S (here a vehicle) comprises a powertrain (or GMP) of the all-electric type (and therefore whose traction is ensured exclusively by at least least one MME electric drive machine).
  • GMP could be of the hybrid type (thermal and electric) or purely thermal.
  • the cellular battery BC is a main (or traction) battery.
  • the cellular battery subject of the estimates could be a service battery (possibly rechargeable via a converter supplied with electrical energy by a main battery).
  • FIG. 1 a system S (here a vehicle) comprising an electric GMP transmission chain, an on-board network RB, a power supply unit comprising a service battery BS and (here) a generator electrical energy GE associated with a cellular battery BC, and an estimation device DE according to the invention.
  • the on-board network RB is an electrical power supply network to which electrical (or electronic) equipment (or components) which consume electrical energy are coupled.
  • the service battery BS is responsible for supplying electrical energy to the on-board network RB, in addition to that supplied by the electrical energy generator GE powered by the cellular battery BC, and sometimes instead of this generator.
  • GE electrical energy (especially when the GMP is asleep and the GE electrical energy generator is inactive).
  • this service battery BS can be arranged in the form of a battery of the very low voltage type (typically 12 V, 24 V or 48 V). It is rechargeable at least by the GE electrical energy generator. It is considered in what follows, by way of non-limiting example, that the service battery BS is of the 12 V Lithium-ion type.
  • the transmission chain has a GMP which is, here, purely electrical, and therefore which comprises, in particular, an electric drive machine MME, a motor shaft AM, and a transmission shaft AT.
  • the term “electric motor machine” is understood here to mean an electric machine arranged in such a way as to supply or recover torque to move the system S (here a vehicle).
  • the operation of the GMP is supervised by a supervision computer CS.
  • the electric driving machine MME (here an electric motor) is coupled to the cellular battery BC, in order to be supplied with electrical energy, as well as possibly to supply this cellular battery BC with electrical energy during a regenerative braking phase. It is coupled to the motor shaft AM, to provide it with torque by rotational drive.
  • This motor shaft AM is here coupled to a reducer RD which is also coupled to the transmission shaft AT, itself coupled to a first train T1 (here of wheels), preferably via a differential D1.
  • This first train T1 is here located in the front part PW of the vehicle S. But in a variant this first train T1 could be the one which is here referenced T2 and which is located in the rear part PRV of the vehicle S.
  • the electric driving machine MME is, here, also coupled to the electric power generator GE which is also indirectly coupled to the service battery BS, in particular to recharge it with electric power from the cellular battery BC and converted.
  • This electrical energy generator GE is a converter electrically coupled to the charging connector CN of the vehicle S, by way of example. It is here also responsible for supplying the on-board network RB with electrical energy from the cellular battery BC and converted when the GMP is in operation or when the GMP is asleep but the vehicle S is in a recharging phase of its cellular battery BC, in addition to recharging the service battery BS.
  • the cellular battery BC is suitable not only for recharging in mode 2 or 3, but also for recharging in mode 4.
  • This cellular battery BC comprises at least one cell CE, and preferably several.
  • each cell CE can be electrochemical, possibly of the lithium-ion (or Li-ion) or Ni-Mh or Ni-Cd type.
  • the cellular battery BC can be of the low voltage type (typically 450 V at illustrative title). But it could be medium voltage or high voltage.
  • module MC means a group of at least one cell CE.
  • CE the latter
  • the cellular battery BC is associated with a battery box BB which notably comprises means for measuring voltage, current and internal temperature (not shown) and a battery computer CB.
  • This battery calculator CB centralizes the current measurements, the voltage measurements and the internal temperature measurements (in particular those which individually concern each of the N cells CE), and estimates the parameters of the cellular battery BC as a function of these measurements, and in particular its internal resistance, its minimum voltage, the charge Q and the state of charge (or SOC) of each of its cells CE.
  • the vehicle S also comprises a distribution box BD to which the service battery BS, the electrical energy generator GE and the on-board network RB are coupled.
  • This distribution box BD is responsible for distributing in the on-board network RB the electrical energy which is produced by the electrical energy generator GE or stored in the service battery BS, for supplying the electrical components (or equipment) coupled to the network of edge RB, as a function of power supply requests received (in particular from the supervision computer CS of the GMP).
  • the invention proposes in particular an estimation method intended to allow a reliable estimation of the storage capacity Capa est (k) of at least one cell CE of the cellular battery BC of the system S.
  • the states of charge SOC(k) can be estimated by an absolute state of charge estimator which, at least, is a pure current integrator, and, preferably, an estimator based on adaptive filtering (as by example a Kalman filter). These estimates can be made by the CB battery calculator.
  • the method (of estimation) can be implemented at least partially by the estimation device DE (illustrated in FIGS. 1 and 2) which comprises for this purpose at least one processor PR1, for example of digital signal (or DSP ("Digital Signal Processor")), and at least one memory MD.
  • This estimation device DE can therefore be produced in the form of a combination of electrical or electronic circuits or components (or “hardware”) and software modules (or “software”). By way of example, it may be a microcontroller.
  • the memory MD is active in order to store instructions for the implementation by the processor PR1 of at least part of the estimation method.
  • the processor PR1 can comprise integrated (or printed) circuits, or else several integrated (or printed) circuits connected by wired or wireless connections.
  • integrated (or printed) circuit is meant any type of device capable of performing at least one electrical or electronic operation.
  • the estimation device DE forms part of the battery computer CB (and therefore of the battery box BB). But this is not compulsory. Indeed, the estimation device DE could include its own dedicated computer, which can then be coupled to the battery computer CB.
  • the method (of estimation), according to the invention comprises a step 10-70 which is implemented in the system S (here a vehicle) each time an estimation of the storage capacity Capa is (k) or the state of health in capacity SOHC of at least one cell CE of the cellular battery BC in use is requested, for example by the battery computer CB.
  • This step 10-70 comprises a sub-step 10 in which it is determined (the estimation device DE) whether conditions relating at least to the state of charge SOC(k) and to a temperature of the cellular battery BC are satisfied .
  • the parameter k here designates the current time.
  • the aforementioned temperature may be the temperature of the cell CE considered, or the temperature of a cell CE characteristic of the cellular battery BC and different from the cell CE considered, or even a temperature measured in a chosen location of the cellular battery BC ( other than a CE cell).
  • step 10-70 If not (and therefore if at least one of the conditions is not satisfied), one (the estimation device DE) ends the method in a sub-step 20 of step 10-70, because one considers that the conditions are not met to estimate the storage capacity Capa est (k) of the considered cell CE.
  • M can be between 10 and 100.
  • M can be between 10 and 100.
  • M can choose M equal to 50.
  • one (the estimation device DE) selects from among these determined pairs ( ⁇ SOC(k), ⁇ Q(k)) those which comprise a first variation ⁇ SOC(k ) which satisfies a first criterion c1 and a second variation ⁇ Q(k) which satisfies a second criterion c2.
  • step 10-70 one (the estimation device DE) feeds a parametric estimator with these pairs ( ⁇ SOC(k), ⁇ Q(k)) selected in order to obtain an estimate of the storage capacity Capa is (k) of the cell CE considered.
  • the processor PR1 and memory MD of the estimation device DE which are arranged to carry out the operations consisting, for at least one cell CE in use, in determining whether conditions relating at least to its state of charge and at a temperature of the cellular battery BC are satisfied, then in the affirmative to determine at M successive instants M pairs ( ⁇ SOC(k), ⁇ Q(k)) each comprising first and second variations respectively of its state load and its load between two successive instants, then selecting from among these M pairs ( ⁇ SOC(k), ⁇ Q(k)) determined those which include first and second variations respectively satisfying the first c1 and second c2 criteria, then feeding the parametric estimator with these selected pairs in order to obtain an estimate of its storage capacity Capa is (k).
  • step 10 of step 10-70 the condition relating to the state of charge SOC(k) can be satisfied when this state of charge SOC(k) has been initialized from a measurement equilibrium voltage of the CE cell. This is particularly interesting when the system S is little used and therefore when the first variations ⁇ SOC(k) of its cells CE vary little.
  • the condition relating to the temperature can be satisfied when the latter is greater than a first chosen threshold s1.
  • the first threshold s1 can be between -5°C and +10°C.
  • the first threshold s1 can be equal to 0°C.
  • the first criterion c1 can be satisfied when the absolute value of the first variation ⁇ SOC(k) is greater than a second chosen threshold s2 (i.e.
  • a second chosen threshold s2 i.e.
  • the second threshold s2 can be between SOC(k - 1)*0.01 and SOC(k - 1)*0.05.
  • the second threshold s2 can be equal to SOC(k-1)*0.03.
  • the second criterion c2 can be satisfied when the absolute value of the second variation ⁇ Q(k) is greater than a third chosen threshold s3 (i.e.
  • a third chosen threshold s3 i.e.
  • the third threshold s3 can be between Q(k-1)*0.03 and Q(k-1)*0.05.
  • the third threshold s3 can be equal to Q(k-1)*0.04.
  • one can use a parametric estimator of the type called recursive least squares (or RLS “Recursive Least squares”). But other types of parametric estimator can be used.
  • the estimation device DE can also determine whether an additional condition relating to a mode of use of the cellular battery BC is satisfied. In this case, in sub-step 30 of step 10-70 one (the estimation device DE) determines the M pairs when the two conditions described above and this additional condition are satisfied simultaneously.
  • the estimation device DE ends the method in the sub-step 20 of the step 10-70 since it is considered that the conditions do not are not combined to estimate the storage capacity Capa est (k) of the cell CE considered.
  • the condition relating to the mode of use of the cellular battery BC can be satisfied when the latter (BC) is in a charging phase by a power source SA external to the vehicle S, temporarily connected to the charging connector CN of the latter ( S) via a CR charging cable.
  • a power source SA external to the vehicle S
  • the internal chemistry of the CE cells has a non-negligible hysteresis between the charging phases and the discharging phases, which induces a less precise determination of the SOC state of charge in the discharging phases (rolling for a vehicle) and reinforced due to the existence of plateaus making the correction of the state of charge SOC from a voltage model inefficient.
  • LFP Lithium Iron Phosphate
  • step 10-70 can also comprise a sub-step 60 in which one (the estimation device DE) determines at least two estimates of the storage capacity in two successive time intervals (either Capa es t(k ) and Capa is t(k')). This amounts to performing sub-steps 10 to 50 twice in two successive time intervals. Then, one (the estimation device DE) retains one of the two estimates determined as the final estimate of the storage capacity Capa_fin (k), in a sub-step 70 of step 10-70, when the absolute value of the difference between these two determined estimates is less than a fourth chosen threshold s4 (either ICapa is (k) - Capa is (k') I ⁇ s4).
  • a fourth chosen threshold s4 either ICapa is (k) - Capa is (k') I ⁇ s4
  • This option ensures that there is a convergence of the storage capacity estimates towards a final value Capa_fin (k), for a duration at least equal to a chosen duration, which guarantees that this final value Capa_fin (k ) represents precisely and in a very reliable and robust way the storage capacity of the considered CE cell.
  • the fourth threshold s4 can be between Capa es t(k or k')*0.001 and Capa es t(k or k')*0.01.
  • the fourth threshold s4 can be equal to Capa es t(k or k')*0.005.
  • the estimation device DE When the absolute value of the difference between the two determined estimates is greater than or equal to the fourth threshold s4 chosen (i.e. I Capa is (J ⁇ ) - Capa is (k') I ⁇ s4), then one (the estimation device DE) returns to perform sub-steps 10 to 50 in a new time interval in order to obtain a new estimation of the storage capacity Capa es t(k”) which is then subtracted from the previous estimate of the storage capacity Capa es t(k') with a view to comparing the absolute value of this difference with the fourth threshold s4 (i.e. ICapa is (k r ) - Capa is (k")I ⁇ or > s4).
  • the fourth threshold s4 chosen
  • - SOHCmod min(SOHCceii), i.e. the minimum of all the SOHCs of the CE cells belonging to the MC module considered,
  • the battery computer CB (or the computer dedicated to the estimation device DE) can also comprise a mass memory MM1, in particular for the temporary storage of the charges, states of load and temperature, and any intermediate data involved in all its calculations and processing.
  • this battery calculator CB (or the dedicated calculator of the estimation device DE) can also comprise an input interface IE for receiving at least the charges, states of charge and temperature in order to use them in calculations or processing, possibly after having them shaped and/or demodulated and/or amplified, in a manner known per se, by means of a digital signal processor PR2.
  • this battery calculator CB (or the dedicated calculator of the estimation device DE) can also comprise an output interface IS, in particular for delivering the estimation of the (possibly final) storage capacity of a cell CE or of the cellular battery BC and/or the estimate of the state of health in capacity (possibly final) of a cell CE or of the cellular battery BC.
  • the invention also proposes a computer program product (or computer program) comprising a set of instructions which, when it is executed by processing means of the electronic circuit (or hardware) type, such as for example the processor PR1 is capable of implementing the estimation method described above to estimate the storage capacity of at least one cell CE of the cellular battery BC of the system S.
  • the invention offers several advantages, including:

Abstract

Un procédé est chargé d'estimer la capacité de stockage d'une cellule stockant de l'énergie électrique, ayant un état de charge et une charge, et équipant une batterie cellulaire d'un système. Ce procédé comprend une étape (10-70) dans laquelle, lorsque la cellule est en cours d'utilisation, on détermine si des conditions relatives à l'état de charge et à une température de la batterie cellulaire sont satisfaites, puis dans l'affirmative on détermine à M instants successifs M couples comportant chacun des première et seconde variations respectivement de l'état de charge et de la charge entre deux instants successifs, puis on sélectionne parmi les couples déterminés ceux qui comprennent des première et seconde variations satisfaisant respectivement à des premier et second critères, puis on alimente un estimateur paramétrique avec les couples sélectionnés afin d'obtenir une estimation de la capacité de stockage.

Description

DESCRIPTION
TITRE : ESTIMATION FIABLE DE LA CAPACITÉ DE STOCKAGE DE CELLULE(S) D'UNE BATTERIE CELLULAIRE
La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2200697 déposée le 27.01.2022 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 de la capacité de stockage de cellules de telles batteries.
Etat de la technique
Certains systèmes, comme par exemple certains véhicules (éventuellement de type automobile), comprennent une batterie cellulaire comportant au moins une cellule de stockage d'énergie électrique, éventuellement électrochimique (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. Les batteries cellulaires des systèmes présentés ci-avant font généralement l'objet d'une gestion de certains de leurs paramètres afin qu'elles puissent être utilisées de façon optimale, avec un risque minimisé de défaillance et d'incident, par exemple pour la sécurité et la tranquillité de leurs usagers. Cette gestion est notamment destinée à 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 fréquemment gérés, on peut notamment citer l'état de charge (ou SOC (« State Of Charge »)) et l'état de santé en capacité (ou SOHC (« State Of Health of Capacity »)) qui dépend de l'estimation de la capacité de stockage. Ces paramètres sont, par exemple et notamment, utilisés pour estimer l'autonomie kilométrique d'un véhicule le plus précisément possible afin de ne pas surestimer ou sous-estimer les performances.
L'invention concerne plus particulièrement l'estimation de la capacité de stockage d'au moins une cellule, laquelle permet d'en déduire l'état de santé en capacité de cette cellule.
Il a été proposé, notamment dans le document brevet FR-B1 3097649, de déterminer pour une cellule à N instants successifs N couples comportant chacun des première et seconde variations respectivement de son état de charge et de sa charge entre deux instants successifs, puis de prédire sa capacité de stockage au moyen d'un filtre de Kalman, puis de filtrer les N couples en fonction de cette prédiction, afin de déterminer à partir de ces couples filtrés une estimation de sa capacité de stockage.
L'utilisation d'un filtre de Kalman s'avère difficile à mettre en œuvre en raison de sa sensibilité importante. En outre, le filtrage étant réalisé après la détermination non seulement des couples, mais aussi de la prédiction de la capacité de stockage, il ne permet pas de s'affranchir des bruits de mesure, ce qui rend encore plus difficile l'utilisation du filtre de Kalman. Par conséquent, cette solution offre des résultats qui ne sont pas suffisamment satisfaisants.
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 destiné à estimer une capacité de stockage d'au moins une cellule propre à stocker de l'énergie électrique, ayant un état de charge et une charge, et équipant une batterie cellulaire d'un système.
Ce procédé d'estimation se caractérise par le fait qu'il comprend une étape dans laquelle, pour au moins une cellule en cours d'utilisation, on détermine si des conditions relatives au moins à son état de charge et à une température de la batterie cellulaire sont satisfaites, puis dans l'affirmative on détermine à M instants successifs M couples comportant chacun des première et seconde variations respectivement de son état de charge et de sa charge entre deux instants successifs, puis on sélectionne parmi ces couples déterminés ceux qui comprennent des première et seconde variations satisfaisant respectivement à des premier et second critères, puis on alimente un estimateur paramétrique avec ces couples sélectionnés afin d'obtenir une estimation de sa capacité de stockage.
Ce premier filtrage réalisé avant la détermination des couples permet de s'affranchir des bruits de mesure, et donc d'obtenir M couples parmi lesquels on peut effectuer un second filtrage pour retenir ceux qui sont les plus exploitables pour un estimateur paramétrique facile à mettre en œuvre et moins sensible qu'un filtre de Kalman.
Le procédé d'estimation selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :
- dans son étape la condition relative à l'état de charge peut être satisfaite lorsque cet état de charge a été initialisé à partir d'une mesure de tension à l'équilibre de la cellule, et la condition relative à la température peut être satisfaite lorsque cette dernière est supérieure à un premier seuil choisi ;
- dans son étape le premier critère peut être satisfait lorsqu'une valeur absolue de la première variation est supérieure à un deuxième seuil choisi, et le second critère peut être satisfait lorsqu'une valeur absolue de la seconde variation est supérieure à un troisième seuil choisi ;
- dans son étape on peut utiliser un estimateur paramétrique de type dit des moindres carrés récursifs (ou RLS (« Recursive Least squares »)) ;
- dans son étape on peut aussi déterminer si une condition additionnelle relative à un mode d'utilisation de la batterie cellulaire est satisfaite. Dans ce cas, on peut déterminer les M couples lorsque les deux conditions et la condition additionnelle sont satisfaites ;
- en présence de la dernière option, dans son étape la condition additionnelle relative au mode d'utilisation de la batterie cellulaire peut être satisfaite lorsque cette dernière est dans une phase de recharge par une source d'alimentation externe ;
- dans son étape on peut déterminer au moins deux estimations de la capacité de stockage dans deux intervalles temporels successifs, et on peut retenir en tant qu'estimation finale de la capacité de stockage l'une des deux estimations déterminées lorsqu'une valeur absolue d'une différence entre ces deux estimations déterminées est inférieure à un quatrième seuil choisi ;
- dans son étape M peut être compris entre 10 et 100.
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 du type de celui présenté ci-avant pour estimer une capacité de stockage d'au moins une cellule propre à stocker de l'énergie électrique, ayant un état de charge et une charge, et équipant une batterie cellulaire d'un système.
L'invention propose également un dispositif d'estimation destiné à équiper un système comprenant une batterie cellulaire comportant au moins une cellule propre à stocker de l'énergie électrique et ayant un état de charge et une charge.
Ce dispositif d'estimation se caractérise par le fait qu'il comprend au moins un processeur et au moins une mémoire agencés pour effectuer les opérations consistant, pour au moins une cellule en cours d'utilisation, à déterminer si des conditions relatives au moins à son état de charge et à une température de la batterie cellulaire sont satisfaites, puis dans l'affirmative à déterminer à M instants successifs M couples comportant chacun des première et seconde variations respectivement de son état de charge et de sa charge entre deux instants successifs, puis à sélectionner parmi ces couples déterminés ceux qui comprennent des première et seconde variations satisfaisant respectivement à des premier et second critères, puis à alimenter un estimateur paramétrique avec ces couples sélectionnés afin d'obtenir une estimation de sa capacité de stockage.
L'invention propose également un système, éventuellement un véhicule, et comprenant, d'une part, une batterie cellulaire comportant au moins une cellule propre à stocker de l'énergie électrique et ayant un état de charge et une charge, et, d'autre part, un dispositif d'estimation 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 selon l'invention,
[Fig. 2] illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d'un calculateur de batterie comportant un dispositif d'estimation selon l'invention, et
[Fig. 3] illustre schématiquement un exemple d'algorithme mettant en œuvre un procédé d'estimation selon l'invention.
Description détaillée de l'invention
L'invention a notamment pour but de proposer un procédé d'estimation, et un dispositif d'estimation DE associé, destinés à permettre une estimation fiable de la capacité de stockage Capaest(k) d'au moins une cellule CE d'une batterie cellulaire BC d'un système S.
Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le système S 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 aéronefs, 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 S 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 S (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 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 S (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 DE 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'énergie électrique GE. On considère dans ce qui suit, à 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 électrique MME, 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 S (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 S. 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 S.
La machine motrice électrique 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 couplé électriquement au connecteur de recharge CN du véhicule S, 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 S 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.
Cette batterie cellulaire BC comprend au moins une cellule CE, et de préférence plusieurs. Par exemple, chaque cellule CE peut être électrochimique, 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 lorsque la batterie cellulaire BC comprend plusieurs cellules CE, elles peuvent faire partie de modules MC qui sont couplés entre eux, par exemple en série. 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, la charge Q et l'état de charge (ou SOC) de chacune de ses cellules CE.
On notera également que dans l'exemple illustré non limitativement sur la figure 1 le véhicule S 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 destiné à permettre une estimation fiable de la capacité de stockage Capaest(k) d'au moins une cellule CE de la batterie cellulaire BC du système S.
Il est rappelé que la capacité de stockage Capaest(k) d'une cellule CE est égale au rapport entre une première variation ΔSOC(k) (= ΔSOC(k) - ΔSOC(k - 1)) de l'état de charge SOC(k) de cette cellule CE entre deux instants k-1 et k successifs et une seconde variation
Figure imgf000011_0001
ΔQ(k - 1)) de la charge Q(k) de cette cellule CE entre ces deux mêmes instants k-1 et k successifs (soit qui découle de la formule
Figure imgf000011_0002
Par exemple, les états de charge SOC(k) peuvent être estimés par un estimateur d'état de charge absolu qui, à minima, est un intégrateur de courant pure, et, de préférence, un estimateur à base de filtrage adaptatif (comme par exemple un filtre de Kalman). Ces estimations peuvent être effectuées par le calculateur de batterie CB.
Le procédé (d'estimation) peut être mis en œuvre au moins partiellement par le dispositif d'estimation DE (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 DE 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 »). A titre d'exemple, il peut s'agir d'un microcontrôleur.
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. 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 DE 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 DE 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), selon l'invention, comprend une étape 10-70 qui est mise en œuvre dans le système S (ici un véhicule) chaque fois qu'une estimation de la capacité de stockage Capaest(k) ou de l'état de santé en capacité SOHC d'au moins une cellule CE de la batterie cellulaire BC en cours d'utilisation est demandée, par exemple par le calculateur de batterie CB.
Cette étape 10-70 comprend une sous-étape 10 dans laquelle on (le dispositif d'estimation DE) détermine si des conditions relatives au moins à l'état de charge SOC(k) et à une température de la batterie cellulaire BC sont satisfaites. Le paramètre k désigne ici l'instant courant.
La température précitée peut être la température de la cellule CE considérée, ou la température d'une cellule CE caractéristique de la batterie cellulaire BC et différente de la cellule CE considérée, ou encore une température mesurée dans un endroit choisi de la batterie cellulaire BC (autre qu'une cellule CE).
Dans la négative (et donc si l'une au moins des conditions n'est pas satisfaite), on (le dispositif d'estimation DE) met fin au procédé dans une sous-étape 20 de l'étape 10-70, car on considère que les conditions ne sont pas réunies pour estimer la capacité de stockage Capaest(k) de la cellule CE considérée.
En revanche, dans l'affirmative (et donc si les conditions sont satisfaites simultanément), on (le dispositif d'estimation DE) détermine, dans une sous- étape 30 de l'étape 10-70, à M instants successifs (k = 1 , k = 2, ..., k = M-1 , k = M) M couples (ΔSOC(k), ΔQ(k)) comportant chacun une première variation ΔSOC(/c)(= ΔSOC(k) - ΔSOC(k - 1)) de l'état de charge SOC(k) de la cellule CE considérée entre deux instants k-1 et k successifs et une seconde variation ΔQ(Æ)(= ΔQ(k) - ΔQ(k - 1)) de la charge Q(k) entre ces deux instants k-1 et k successifs.
Par exemple, M peut être compris entre 10 et 100. A titre d'exemple illustratif on peut choisir M égal à 50.
Puis, dans une sous-étape 40 de l'étape 10-70, on (le dispositif d'estimation DE) sélectionne parmi ces couples (ΔSOC(k), ΔQ(k)) déterminés ceux qui comprennent une première variation ΔSOC(k) qui satisfait à un premier critère c1 et une seconde variation ΔQ(k) qui satisfait à un second critère c2.
Puis, dans une sous-étape 50 de l'étape 10-70, on (le dispositif d'estimation DE) alimente un estimateur paramétrique avec ces couples (ΔSOC(k), ΔQ(k)) sélectionnés afin d'obtenir une estimation de la capacité de stockage Capaest(k) de la cellule CE considérée.
Il est rappelé qu'estimer la capacité de stockage Capaest(k) revient à estimer la pente dans le plan bidimensionnel (ou 2D) d'un graphe ΔQ(k) =
Figure imgf000013_0001
des points qui sont définis respectivement par les couples (ΔSOC(k), ΔQ(k)) sélectionnés.
Grâce au premier filtrage réalisé avant la détermination des couples on peut s'affranchir des bruits de mesure, ce qui permet d'obtenir M couples parmi lesquels on peut effectuer un second filtrage pour retenir ceux qui sont les plus exploitables pour un estimateur paramétrique facile à mettre en œuvre et moins sensible qu'un filtre de Kalman. On obtient ainsi une estimation particulièrement fiable et robuste de la capacité de stockage Capaest(k) d'une cellule CE.
On comprendra que ce sont au moins les processeur PR1 et mémoire MD du dispositif d'estimation DE qui sont agencés pour effectuer les opérations consistant, pour au moins une cellule CE en cours d'utilisation, à déterminer si des conditions relatives au moins à son état de charge et à une température de la batterie cellulaire BC sont satisfaites, puis dans l'affirmative à déterminer à M instants successifs M couples (ΔSOC(k), ΔQ(k)) comportant chacun des première et seconde variations respectivement de son état de charge et de sa charge entre deux instants successifs, puis à sélectionner parmi ces M couples (ΔSOC(k), ΔQ(k)) déterminés ceux qui comprennent des première et seconde variations satisfaisant respectivement aux premier c1 et second c2 critères, puis à alimenter l'estimateur paramétrique avec ces couples sélectionnés afin d'obtenir une estimation de sa capacité de stockage Capaest(k). Par exemple, dans la sous-étape 10 de l'étape 10-70 la condition relative à l'état de charge SOC(k) peut être satisfaite lorsque cet état de charge SOC(k) a été initialisé à partir d'une mesure de tension à l'équilibre de la cellule CE. Cela est tout particulièrement intéressant lorsque le système S est peu utilisé et donc lorsque les premières variations ΔSOC(k) de ses cellules CE varient peu.
Egalement par exemple, dans la sous-étape 10 de l'étape 10-70 la condition relative à la température peut être satisfaite lorsque cette dernière est supérieure à un premier seuil s1 choisi.
Par exemple, le premier seuil s1 peut être compris entre -5°C et +10°C. A titre d'exemple illustratif le premier seuil s1 peut être égal à 0°C.
Egalement par exemple, dans la sous-étape 40 de l'étape 10-70 le premier critère c1 peut être satisfait lorsque la valeur absolue de la première variation ΔSOC(k) est supérieure à un deuxième seuil s2 choisi (soit |ΔSOC(k)| > s2). Un tel exemple de premier critère c1 impose d'avoir une variation significative de ASOC pour éviter mathématiquement des divisions par zéro et des pentes infinies, mais aussi de permettre des corrections d'états de charge SOC qui ne sont pas estimés à des moments opportuns.
Par exemple, le deuxième seuil s2 peut être compris entre SOC(k - 1) * 0,01 et SOC(k - 1) * 0,05. A titre d'exemple illustratif le deuxième seuil s2 peut être égal à SOC(k - 1) * 0,03.
Egalement par exemple, dans la sous-étape 40 de l'étape 10-70 le second critère c2 peut être satisfait lorsque la valeur absolue de la seconde variation ΔQ(k) est supérieure à un troisième seuil s3 choisi (soit |ΔQ(k)| > s3). Un tel exemple de second critère c2 impose d'avoir une variation significative de la charge Q(k) pour s'affranchir du cumul de l'erreur du capteur concerné tout en s'éloignant d'un ΔQ proche de zéro qui pointe mathématiquement vers une pente nulle.
Par exemple, le troisième seuil s3 peut être compris entre Q(k - 1) * 0,03 et Q(k - 1) * 0,05. A titre d'exemple illustratif le troisième seuil s3 peut être égal à Q(k - 1) * 0,04.
Egalement par exemple, dans la sous-étape 50 de l'étape 10-70 on (le dispositif d'estimation DE) peut utiliser un estimateur paramétrique de type dit des moindres carres recursifs (ou RLS « Recursive Least squares »). Mais d'autres types d'estimateur paramétrique peuvent être utilisés.
A titre d'exemple illustratif, l'estimateur paramétrique peut fonctionner comme suit lorsqu'il est de type RLS avec un facteur d'oubli variable λ(k) et ye(k) = ΔQest(k), où Qest(k) est une estimation de la charge échangée qui s'appuie sur l'estimation paramétrique de la capacité de stockage Capaest(k) (avec comme notation ci-après = Capaest) pour reconstituer la sortie estimée :
Figure imgf000015_0003
Figure imgf000015_0001
où
P est le gain de corrélation qui a une valeur initiale calibrable pour garantir une vitesse de convergence acceptable de l'algorithme de l'estimateur paramétrique, et peut être donné par la formule : car il s'agit d'un scalaire,
Figure imgf000015_0002
ε(k) est l'erreur d'approximation de l'estimation à minimiser pour coller à la mesure ΔQmes(k) =y(k), et est donnée par la formule : étant la valeur
Figure imgf000015_0004
minimale de λ(k) (de préférence supérieure à 0,9) et Xi étant la valeur maximale de λ(k) (égale à 1 ou très légèrement inférieure à 1 ).
Egalement par exemple, dans la sous-étape 10 de l'étape 10-70 on (le dispositif d'estimation DE) peut aussi déterminer si une condition additionnelle relative à un mode d'utilisation de la batterie cellulaire BC est satisfaite. Dans ce cas, dans la sous-étape 30 de l'étape 10-70 on (le dispositif d'estimation DE) détermine les M couples lorsque les deux conditions décrites plus haut et cette condition additionnelle sont satisfaites simultanément.
Si l'une au moins des conditions et condition additionnelle n'est pas satisfaite, on (le dispositif d'estimation DE) met fin au procédé dans la sous-étape 20 de l'étape 10-70 car on considère que les conditions ne sont pas réunies pour estimer la capacité de stockage Capaest(k) de la cellule CE considérée.
A titre d'exemple, dans la sous-étape 10 de l'étape 10-70 la condition additionnelle relative au mode d'utilisation de la batterie cellulaire BC peut être satisfaite lorsque cette dernière (BC) est dans une phase de recharge par une source d'alimentation SA externe au véhicule S, connectée temporairement au connecteur de recharge CN de ce dernier (S) via un câble de recharge CR. Cela est plus particulièrement avantageux lorsque la chimie interne des cellules CE présente une hystérésis non négligeable entre les phases de charge et les phases de décharge, ce qui induit une détermination de l'état de charge SOC moins précise dans les phases de décharge (roulage pour un véhicule) et renforcée du fait de l'existence de plateaux rendant peu efficace la correction de l'état de charge SOC à partir d'un modèle de tension. C'est notamment le cas des cellules CE ayant une chimie interne de type dit LFP (« Lithium Fer Phosphate ») présentant un monomode de polarisation avantageux en phase de recharge.
On notera que l'étape 10-70 peut aussi comprendre une sous-étape 60 dans laquelle on (le dispositif d'estimation DE) détermine au moins deux estimations de la capacité de stockage dans deux intervalles temporels successifs (soit Capaest(k) et Capaest(k')). Cela revient à effectuer deux fois les sous-étapes 10 à 50 dans deux intervalles temporels successifs. Puis, on (le dispositif d'estimation DE) retient l'une des deux estimations déterminées en tant qu'estimation finale de la capacité de stockage Capa_fin (k), dans une sous- étape 70 de l'étape 10-70, lorsque la valeur absolue de la différence entre ces deux estimations déterminées est inférieure à un quatrième seuil s4 choisi (soit ICapaest(k) - Capaest(k') I < s4).
Cette option permet de s'assurer qu'il y a une convergence des estimations de la capacité de stockage vers une valeur finale Capa_fin (k), pendant une durée au moins égale à une durée choisie, qui garantit que cette valeur finale Capa_fin (k) représente précisément et de façon très fiable et robuste la capacité de stockage de la cellule CE considérée.
Par exemple, le quatrième seuil s4 peut être compris entre Capaest(k ou k')*0,001 et Capaest(k ou k')*0,01 . A titre d'exemple illustratif le quatrième seuil s4 peut être égal à Capaest(k ou k')*0,005.
Lorsque la valeur absolue de la différence entre les deux estimations déterminées est supérieure ou égale au quatrième seuil s4 choisi (soit I Capaest(J<) - Capaest(k') I ≥ s4), alors on (le dispositif d'estimation DE) retourne effectuer les sous-étapes 10 à 50 dans un nouvel intervalle temporel afin d'obtenir une nouvelle estimation de la capacité de stockage Capaest(k”) qui est ensuite soustraite de la précédente estimation de la capacité de stockage Capaest(k') en vue de la comparaison de la valeur absolue de cette différence au quatrième seuil s4 (soit ICapaest(kr) - Capaest(k")I < ou > s4).
On notera également que l'estimation finale de la capacité de stockage Capa_fin (k) peut être utilisée pour déterminer l'estimation de l'état de santé en capacité SOHC en cours de la cellule CE considérée. En effet, on utilise la formule :
Figure imgf000017_0001
Lorsque l'on cherche une estimation de l'état de santé en capacité SOHC en cours de la batterie cellulaire BC, on peut opérer comme indiqué ci-dessous en considérant l'état de santé en capacité SOHCmod de chaque module MC ou l'état de santé en capacité SOHCceii de chaque cellule CE, avec:
- SOHCmod = min(SOHCceii), c'est-à-dire le minimum de tous les SOHC des cellules CE appartenant au module MC considéré,
- SOHCBC = min(SOHCceii) ou SOHCBC = rnin(SOHCmod), c'est-à-dire le minimum de tous les SOHC des cellules CE appartenant à tous les modules MC de la batterie cellulaire BC ou le minimum de tous les SOHC des modules MC de la batterie cellulaire BC.
En variante, pour lisser davantage les états de santé en capacité SOHC dans le temps on peut utiliser:
- soit un filtre passe bas avec une constante de temps calibrable, tel que
SOHCfinal = aS0HCnouveau + (1 - a)S0H CancLen, avec a compris entre 0 et 1 ,
- soit une moyenne glissante de x valeurs de SOHC enregistrées dans une mémoire non volatile du dispositif d'estimation DE.
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 DE) peut aussi comprendre une mémoire de masse MM1 , notamment pour le stockage temporaire des charges, états de charge et température, 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 DE) peut aussi comprendre une interface d'entrée IE pour la réception d'au moins les charges, états de charge et température pour les utiliser dans des calculs ou traitements, éventuellement après les avoir mis en forme et/ou démodulés et/ou amplifiés, 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 DE) peut aussi comprendre une interface de sortie IS, notamment pour délivrer l'estimation de la capacité de stockage (éventuellement finale) d'une cellule CE ou de la batterie cellulaire BC et/ou l'estimation de l'état de santé en capacité (éventuellement finale) d'une cellule CE ou de la batterie cellulaire BC.
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 décrit ci-avant pour estimer la capacité de stockage d'au moins une cellule CE de la batterie cellulaire BC du système S.
L'invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels :
- une estimation précise de l'estimation de la capacité de stockage ou de l'estimation de l'état de santé en capacité, ce qui permet de mieux estimer l'autonomie kilométrique d'un véhicule et/ou d'éviter de sur-dimensionner la batterie cellulaire pour répondre, par exemple, à une contrainte réglementaire,
- une bonne anticipation de la garantie relative à la durée de vie de la batterie cellulaire, sans surprotection,
- une aide des services après-vente et une seconde vie des batteries cellulaires, du fait de l'identification plus précise du degré de dégradation de leur capacité.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'estimation d'une capacité de stockage d'au moins une cellule (CE) propre à stocker de l'énergie électrique, ayant un état de charge et une charge, et équipant une batterie cellulaire (BC) d'un système (S), caractérisé en ce qu'il comprend une étape (10-70) dans laquelle, pour au moins une cellule (CE) en cours d'utilisation, on détermine si des conditions relatives au moins audit état de charge et à une température de ladite batterie cellulaire (BC) sont satisfaites, puis dans l'affirmative on détermine à M instants successifs M couples comportant chacun des première et seconde variations respectivement dudit état de charge et de ladite charge entre deux instants successifs, puis on sélectionne parmi lesdits couples déterminés ceux qui comprennent des première et seconde variations satisfaisant respectivement à des premier et second critères, puis on alimente un estimateur paramétrique avec lesdits couples sélectionnés afin d'obtenir une estimation de ladite capacité de stockage.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que dans ladite étape (10-70) ladite condition relative audit état de charge est satisfaite lorsque ledit état de charge a été initialisé à partir d'une mesure de tension à l'équilibre de ladite cellule (CE), et ladite condition relative à ladite température est satisfaite lorsque cette dernière est supérieure à un premier seuil choisi.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-70) ledit premier critère est satisfait lorsqu'une valeur absolue de ladite première variation est supérieure à un deuxième seuil choisi, et ledit second critère est satisfait lorsqu'une valeur absolue de ladite seconde variation est supérieure à un troisième seuil choisi.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-70) on utilise un estimateur paramétrique de type dit des moindres carrés récursifs.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-70) on détermine en outre si une condition additionnelle relative à un mode d'utilisation de ladite batterie cellulaire (BC) est satisfaite, et on détermine lesdits M couples lorsque lesdites conditions et ladite condition additionnelle sont satisfaites.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-70) ladite condition additionnelle relative audit mode d'utilisation de la batterie cellulaire (BC) est satisfaite lorsque cette dernière (BC) est dans une phase de recharge par une source d'alimentation externe (SA).
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-70) on détermine au moins deux estimations de ladite capacité de stockage dans deux intervalles temporels successifs, et on retient en tant qu'estimation finale de ladite capacité de stockage l'une des deux estimations déterminées lorsqu'une valeur absolue d'une différence entre ces deux estimations déterminées est inférieure à un quatrième seuil choisi.
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 selon l'une des revendications 1 à 7 pour estimer une capacité de stockage d'au moins une cellule (CE) propre à stocker de l'énergie électrique, ayant un état de charge et une charge, et équipant une batterie cellulaire (BC) d'un système (S).
9. Dispositif d'estimation d'une capacité de stockage (DE) pour un système (S) comprenant une batterie cellulaire (BC) comportant au moins une cellule (CE) propre à stocker de l'énergie électrique et ayant un état de charge et une charge, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un processeur (PR1 ) et au moins une mémoire (MD) agencés pour effectuer les opérations consistant, pour au moins une cellule (CE) en cours d'utilisation, à déterminer si des conditions relatives au moins audit état de charge et à une température de ladite batterie cellulaire (BC) sont satisfaites, puis dans l'affirmative à déterminer à M instants successifs M couples comportant chacun des première et seconde variations respectivement dudit état de charge et de ladite charge entre deux instants successifs, puis à sélectionner parmi lesdits couples déterminés ceux qui comprennent des première et seconde variations satisfaisant respectivement à des premier et second critères, puis à alimenter un estimateur paramétrique avec lesdits couples sélectionnés afin d'obtenir une estimation de ladite capacité de stockage.
10. Système (S) comprenant une batterie cellulaire (BC) comportant au moins une cellule (CE) propre à stocker de l'énergie électrique et ayant un état de charge et une charge, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif d'estimation (DE) selon la revendication 9.
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