Brevet FR2989839A1 — publié le 20131025

PROCEDE D'OPTIMISATION DE LA RECHARGE DE BATTERIES EN COURS DE STOCKAGE La présente invention concerne un procédé d'optimisation de la recharge de batteries d'un véhicule électrique ou hybride, ainsi qu'un calculateur de contrôle et un véhicule électrique ou hybride mettant en oeuvre un tel procédé d'optimisation. Certains véhicules électriques ou hybrides comportent des accumulateurs électriques comprenant des cellules électrochimiques réalisées suivant différente types de technologie, appelés par la suite batteries, qui peuvent être rechargés lors d'un stationnement sur une place de parking, en connectant ce véhicule à un réseau de distribution d'électricité. Suivant la technologie utilisée, les batteries, en particulier celles équipées de cellules au Lithium-ion, comportent des durées de vie limitées dues à un vieillissement de ses cellules, qui dépend de nombreux paramètres, notamment le nombre de cycles d'utilisation donnant un vieillissement lié aux cycles, et les conditions de stockage de ces batteries à l'arrêt donnant un vieillissement calendaire. Le vieillissement des cellules provoque en particulier une augmentation de la résistance interne qui diminue la puissance disponible, et une baisse de la capacité de charge. Ces effets entraînent une perte d'énergie disponible, une réduction de l'autonomie du véhicule, et une augmentation des coûts d'exploitation du véhicule. Pour améliorer les conditions de stockage des batteries, un procédé connu, présenté notamment par le document FR-A1-2942358, prend en compte l'état de charge initial des batteries lors de l'arrêt du véhicule, et l'heure de reprise de ce véhicule indiqué par le conducteur, pour optimiser le début de la recharge suivante qui doit avoir lieu au plus tard afin de réduire le temps de stockage comportant des batteries chargées. Toutefois, des études récentes ont montré que, en particulier pour les cellules au Lithium-ion, suivant les technologies utilisées et la température de stockage, le vieillissement calendaire des batteries à l'arrêt peut être plus important avec une charge partielle, par rapport à une charge complète. Ce procédé privilégiant des charges partielles à des charges complètes, peut ne pas donner les meilleures conditions pour la durée de vie des batteries. L'optimisation des conditions de stockage des batteries est importante, d'autant plus que les statistiques montrent que ce type de véhicule reste en général entre 80 et 95% du temps sur un parking, et que le vieillissement 10 calendaire des batteries pendant ce temps peut représenter 25 à 30% du vieillissement total. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, en proposant un procédé simple permettant d'améliorer la durée de vie de certains types de batterie. 15 Elle propose à cet effet un procédé d'optimisation de la recharge de batteries en cours de stockage par un réseau de distribution d'électricité, recevant des informations sur le niveau de charge actuel des batteries, et sur l'heure de la prochaine utilisation de ces batteries, caractérisé en ce qu'il évalue la durée de recharge pour obtenir une charge maximum optimale, si 20 cette durée est supérieure au temps disponible avant la prochaine utilisation il démarre immédiatement une recharge, et si cette durée est inférieure, il établit à partir de données contenues en mémoire, pour le niveau de charge actuel et pour celui de charge maximum optimal un facteur d'accélération du vieillissement calendaire, puis il compare ces deux facteurs, et il démarre 25 immédiatement la recharge si le facteur pour le niveau actuel est plus élevé, ou il reporte la recharge au plus tard possible avant la prochaine utilisation si le facteur pour le niveau actuel est plus faible. Un avantage du procédé d'optimisation de la recharge de batteries selon l'invention, est qu'il permet de manière simple et économique, avec 30 seulement des logiciels ajoutés dans un calculateur de contrôle de ces batteries, en prenant en compte le facteur de vieillissement calendaire pour le niveau de charge actuel et pour celui de charge complète, de limiter la durée de stockage de ces batteries comprenant le niveau de charge entraînant le plus fort vieillissement. Le procédé d'optimisation de la recharge des batteries peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le facteur d'accélération du vieillissement calendaire pour les différentes conditions de niveau de charge des batteries, est établi en fonction de la température de stockage mesurée de ces batteries. En particulier, la charge maximum optimale peut être inférieure à 100%. Avantageusement, la charge maximum optimale est proche de 90%. Avantageusement, le procédé demande à l'utilisateur lorsqu'il connecte les batteries au réseau de distribution d'électricité, l'heure de la prochaine utilisation de ces batteries. L'invention a aussi pour objet un calculateur de contrôle de batteries rechargeables par un réseau de distribution d'électricité, qui met en oeuvre un procédé d'optimisation de cette recharge comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile électrique ou hybride disposant de batteries pour alimenter des machines électriques de traction, qui sont rechargeables par un réseau de distribution d'électricité, ce véhicule mettant en oeuvre un procédé comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. En particulier, les batteries peuvent comporter des cellules du type Lithium-ion. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre d'exemple et de manière non limitative en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 à 3 sont des graphiques présentant successivement pour trois technologies, le facteur d'accélération du vieillissement calendaire en fonction de la charge de ces batteries en stockage. La figure 1 présente pour une première technologie de batteries au Lithium-ion, en fonction du niveau de charge SOC exprimé en pourcentage par rapport à la charge totale maximum, et avec une température constante de 40°, une courbe 10 d'évolution de son facteur d'accélération du vieillissement calendaire Ksoc. Ce facteur est fixé arbitrairement à la valeur de 1, pour un niveau de charge de 100%. On constate que le facteur d'accélération du vieillissement calendaire Ksoc est d'environ 0.5 avec un niveau de charge de 65%, et d'environ 0.3 avec un niveau de charge de 30 %. Pour cette première technologie de batteries et avec cette température, on a donc toujours intérêt à conserver les batteries en cours de stockage avec un niveau de charge le plus faible possible pendant le temps le plus long, afin de baisser le facteur d'accélération du vieillissement calendaire Ksoc permettant de préserver la durée de vie de ces batteries. La figure 2 présente pour une deuxième technologie de batteries au Lithium-ion, en fonction du niveau de charge SOC exprimé en pourcentage et avec une température constante de 40°, une courbe 20 d'évolution de son facteur d'accélération du vieillissement calendaire Ksoc. Ce facteur est fixé arbitrairement à la valeur de 1 avec un niveau de charge de 80%, qui est la valeur la plus élevée de la courbe. On constate que le facteur d'accélération du vieillissement calendaire Ksoc décroît fortement des deux côtés de son point maximal, pour atteindre d'un côté une valeur d'environ 0.55 avec un niveau de charge de 100%, et de l'autre côté une valeur d'environ 0.5 avec un niveau de charge de 50%, et une valeur d'environ 0.35 avec un niveau de charge de 30%. Pour la deuxième technologie de batteries et avec cette température, on 30 a donc intérêt à conserver les batteries en cours de stockage soit avec un niveau de charge faible si ces batteries revenant du précédent parcours 2 9 89 83 9 5 comportent déjà ce faible niveau, et si on a le temps de les recharger ultérieurement avant le parcours suivant prévu, ou soit avec un niveau de charge élevé si ces batteries son revenues du précédent parcours avec un niveau de charge intermédiaire comprenant un facteur d'accélération du 5 vieillissement calendaire Ksoc élevé. La figure 3 présente pour une troisième technologie de batteries au Lithium-ion, en fonction du niveau de charge SOC exprimé en pourcentage, et pour trois températures qui sont 25°, 40°, 60°, des courbes respectivement 30, 32 et 34 d'évolution de son facteur d'accélération du vieillissement 10 calendaire Ksoc. Le facteur d'accélération du vieillissement calendaire Ksoc est fixé arbitrairement à la valeur de 1 pour la température de 60°, avec un niveau de charge de 100%. On constate que le facteur d'accélération du vieillissement calendaire 15 Ksoc reste proche de 0 pour la température de 25°, et reste entre 0 et 1, avec une légère croissance autour d'un niveau de charge de 60%, pour la température de 40°. Par contre pour la température de 60°, le facteur d'accélération du vieillissement calendaire Ksoc monte très fortement avec le niveau de charge de 60%, pour atteindre une valeur maximale de 9. 20 Pour ce véhicule, on considère que la charge maximum optimale des batteries doit comporter un niveau de charge de 90%, de manière à laisser une marge de recharge restante pour atteindre les 100%, permettant de recevoir de l'énergie venant des différents dispositifs de récupération d'énergie du véhicule, afin d'optimiser le rendement énergétique global. 25 On a donc intérêt avec une température de stockage autour de 60°, dans le cas où le véhicule revient du roulage précédent avec un niveau de charge des batteries SOC se trouvant dans la zone B comprise entre 45 et 90%, à recharger de suite ces batteries afin d'obtenir un facteur d'accélération du vieillissement calendaire Ksoc comportant une valeur de 3. On a aussi intérêt dans le cas où le véhicule revient du roulage précédent avec un niveau de charge des batteries SOC se trouvant dans la zone A inférieure à 45%, et dans le cas où le temps avant le prochain déplacement prévu est suffisant pour attendre, à différer cette recharge et à la réaliser le plus tard possible, afin de conserver un facteur d'accélération du vieillissement calendaire Ksoc qui reste en dessous de la valeur de 3. En particulier, le procédé peut demander à l'utilisateur du véhicule garé sur une place de parking, lorsqu'il connecte ce véhicule au réseau de distribution d'électricité, l'heure à laquelle il souhaite disposer du véhicule pour la prochaine utilisation. Des simulations sur un type de batterie au Lithium-ion, ont montré que pour un véhicule accomplissant deux trajets par jour comportant chacun une durée comprise entre 2h et 3h30, ces trajets laissant les batteries assez fortement déchargées en fin de parcours, et avec une utilisation six jours par semaine, on pouvait améliorer d'environ 18% la durée de vie de ces batteries grâce à la réduction du vieillissement calendaire au cours du stockage. On peut en particulier définir des facteurs d'accélération du vieillissement calendaire Ksoc pour un nombre plus important de températures, qui sont mis en mémoire dans le calculateur de gestion du procédé d'optimisation, afin d'affiner le choix pour la recharge en fonction de plages de température réduites. On obtient ainsi dans ces conditions, une meilleure durée de vie des batteries. De plus, pendant cette durée de vie, l'autonomie quotidienne des véhicules et améliorée. Avantageusement, le procédé est mis en oeuvre par un calculateur de contrôle des batteries, et utilise des capteurs déjà existants dans un véhicule 25 électrique ou hybride, ce qui représente un moyen économique ne nécessitant pas d'équipement supplémentaire sur ce véhicule. REVENDICATIONS1 - Procédé d'optimisation de la recharge de batteries en cours de stockage par un réseau de distribution d'électricité, recevant des informations sur le niveau de charge actuel des batteries (SOC), et sur l'heure de la prochaine utilisation de ces batteries, caractérisé en ce qu'il évalue la durée de recharge pour obtenir une charge maximum optimale, si cette durée est supérieure au temps disponible avant la prochaine utilisation il démarre immédiatement une recharge, et si cette durée est inférieure, il établit à partir de données contenues en mémoire, pour le niveau de charge actuel et pour le niveau de charge maximum optimal un facteur d'accélération du vieillissement calendaire (Ksoc), puis il compare ces deux facteurs, et il démarre immédiatement la recharge si le facteur pour le niveau actuel est plus élevé, ou il reporte la recharge au plus tard possible avant la prochaine utilisation si le facteur pour le niveau de charge est plus faible. 2 - Procédé d'optimisation de la recharge selon la revendication 1, caractérisé en ce que le facteur d'accélération du vieillissement calendaire (Ksoc) pour les différentes conditions de niveau de charge des batteries (SOC), est établi en fonction de la température de stockage mesurée (T) de ces batteries. 3 - Procédé d'optimisation de la recharge selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la charge maximum optimale est inférieure à 100%. 4 - Procédé d'optimisation de la recharge selon la revendication 3, caractérisé en ce que la charge maximum optimale est proche de 90%. 5 - Procédé d'optimisation de la recharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il demande à l'utilisateur lorsqu'il connecte les batteries au réseau de distribution d'électricité, l'heure de la prochaine utilisation de ces batteries. 6 - Calculateur de contrôle de batteries rechargeables par un réseau de distribution d'électricité, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un procédéd'optimisation de cette recharge réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 7 - Véhicule automobile électrique ou hybride disposant de batteries pour alimenter des machines électriques de traction, qui sont rechargeables par un réseau de distribution d'électricité, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un procédé d'optimisation de cette recharge réalisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 8 - Véhicule automobile selon la revendication 7, caractérisé en ce que les batteries comportent des cellules du type Lithium-ion.10