Brevet FR3016737A1 — publié le 20150724

Procédé de gestion d'un état de charge d'une batterie DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne un procédé de gestion d'un état de charge d'une batterie connectée pour alimenter un réseau de distribution d'énergie. Cette invention peut s'appliquer quel que soit le type de batterie et s'étend de manière non exclusive aux véhicules. En particulier, l'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour gérer l'état de charge d'une pluralité de batteries connectées pour alimenter un réseau de distribution d'énergie, de sorte à maximiser leurs capacités résiduelles. Etat de la technique Dans le domaine, on connaît des procédés de gestion d'un état de charge d'une batterie connectée pour alimenter un réseau de distribution d'énergie. Ces procédés comportent les étapes suivantes : estimer une plage de valeur dudit état de charge de la batterie minimisant l'état de vieillissement de la batterie, charger ou décharger la batterie pour atteindre 25 une valeur d'état de charge comprise dans ladite plage de valeur. Un tel exemple est divulgué dans US2012/0249048 qui décrit une solution dans laquelle l'état de vieillissement de la batterie est limité en faisant fonctionner les 30 batteries, à la charge comme à la décharge, dans une plage de valeur de l'état de charge comprise entre deux valeurs. Il a été constaté que l'invention décrite dans US2012/0249048 présente l'inconvénient de ne pas prendre en compte tous les éléments nécessaires pour minimiser l'état de vieillissement de la batterie. Est divulguée une plage de valeur, figée, qui n'est pas optimale, pour minimiser l'état de vieillissement de la batterie. Par exemple, pendant une longue période d'inutilisation de la batterie, la batterie peut rester à une valeur d'état charge sous-optimale, dans le sens où il existe d'autres valeurs d'état de charge qui dégraderaient moins la batterie. Objet de l'invention Dans ce contexte, le problème ici posé est d'optimiser la gestion de l'état de charge d'une batterie. En particulier, il s'agit de minimiser la dégradation calendaire de la batterie. Est également visé l'optimisation des choix des plages de valeur de l'état de charge de la batterie en prenant en compte l'état de fonctionnement de la batterie ; en particulier, la présente invention vise à prendre en compte l'état de fonctionnement de la batterie, comme sa charge, sa décharge, ou les périodes d'inutilisation de la batterie (périodes durant lesquelles la batterie n'est ni chargée, ni déchargée mais peut s'autodécharger). Est également visé l'optimisation des plages de valeur de l'état de charge de la batterie en fonction de la température de fonctionnement de la batterie et/ou de la température ambiante pour minimiser l'état de vieillissement de la batterie. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un 30 procédé de gestion d'un état de charge d'une batterie connectée pour alimenter un réseau de distribution d'énergie. Le procédé comporte une étape d'estimation d'une plage de valeur dudit état de charge minimisant l'état de vieillissement de la batterie. Il comporte également une étape de charge ou de décharge de la batterie pour atteindre une valeur optimale d'état de charge comprise dans ladite plage de valeur. Le procédé selon l'invention se caractérise en ce qu'il comporte avantageusement une étape préliminaire de détection d'un état d'inutilisation de la batterie durant lequel la batterie n'est ni chargée ni déchargée. Cette solution permet de pallier les problèmes précités. En particulier, la détection de l'état d'inutilisation de la batterie permet de placer la batterie dans des conditions favorables minimisant son état de vieillissement lorsque la batterie n'est pas utilisée. Dans un mode de réalisation, durant l'étape préliminaire, l'expiration d'une période prédéterminée durant laquelle la batterie est dans l'état d'inutilisation est détectée. Dans un mode de réalisation, la plage de valeur 20 dudit état de charge de la batterie est définie par une première valeur minimum et une deuxième valeur maximum qui varient en fonction d'une température liée à la batterie. Dans un mode de réalisation, la température liée à la batterie est une température de fonctionnement de la 25 batterie. Dans un mode de réalisation, la température liée à la batterie est une température ambiante d'une enceinte dans laquelle la batterie est installée. Dans un mode de réalisation, une étape permet 30 d'estimer la température liée à la batterie à partir de ladite température ambiante et d'informations relatives au fonctionnement de la batterie. Dans un mode de réalisation, pour une plage de température de fonctionnement de la batterie comprise entre 10°C et 25°C : la première valeur est égale à 10%, et, la deuxième valeur est égale à 70%. Dans un mode de réalisation, pour une température de fonctionnement de la batterie sensiblement égale à 45°C : la première valeur est égale à 50%, et, la deuxième valeur est égale à 70%. Dans un mode de réalisation, pour une température de fonctionnement de la batterie sensiblement égale à 55°C : la première valeur est égale à 50%, et, la deuxième valeur est égale à 70%. Dans un mode de réalisation, le procédé comporte les étapes préliminaires suivantes : mesurer l'état de charge d'une pluralité de batterie, sélectionner une batterie parmi ladite pluralité de batterie. Dans un mode de réalisation, une étape supplémentaire permet de déterminer l'état de vieillissement d'une batterie en recueillant des informations relatives à des grandeurs physiques de la batterie. Est également visé un deuxième objet de l'invention, 25 dans lequel un système de gestion d'un état de charge d'une batterie comporte des moyens de mise en oeuvre du procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents. Brève description des figures 30 La figure 1 montre un exemple d'architecture du système de stockage stationnaire. La figure 2 montre un diagramme illustrant un exemple de procédé de gestion selon l'invention. La figure 3 montre un diagramme illustrant un autre exemple de procédé de gestion selon l'invention. La figure 4 montre une courbe représentant l'évolution du coefficient de dégradation de la batterie (i.e. son état de vieillissement) en fonction de l'état de charge de la batterie dans une plage de températures de fonctionnement de la batterie comprises entre 10°C et 25°C. La figure 5 montre une courbe représentant l'évolution du coefficient de de dégradation de la batterie (i.e. son état de vieillissement) en fonction de l'état de charge de la batterie pour une température de fonctionnement de la batterie sensiblement égale à 45°C. La figure 6 montre une courbe représentant l'évolution du coefficient de dégradation de la batterie (i.e. son état de vieillissement) en fonction de l'état de charge de la batterie pour une température de fonctionnement de la batterie sensiblement égale à 55°C. Description d'exemples de réalisation de l'invention En fonction de son vieillissement, les performances de la batterie 50 peuvent varier fortement pendant son utilisation. Un système 56 de stockage stationnaire contrôle ces informations. La principale fonction du système 56 de stockage stationnaire, est d'implémenter la gestion des informations sur l'état de chaque batterie 50 composant la pluralité de batteries 50 afin de permettre une utilisation de la pluralité de batteries 50 au maximum de ses capacités énergétiques tout en minimisant l'état de vieillissement de la batterie 50. Classiquement, le système de stockage stationnaire est capable de recueillir par une étape 20 des informations relatives à des grandeurs physiques pour déterminer l'état de vieillissement d'une batterie, du type suivant (liste non exhaustive): - la température de fonctionnement en différents points de la batterie, - le courant et la tension totale de la batterie, - la tension de chaque cellule de la batterie, - l'état de charge de la batterie, - l'énergie disponible restante en décharge, la puissance disponible en décharge. Comme montré sur la figure 1, le système 56 de stockage stationnaire des capacités résiduelles d'une pluralité de batteries 50 comprend les éléments suivants : - une batterie 50, - un système 51 de supervision de la batterie, - un système 52 de contrôle de stockage stationnaire, - un chargeur 53, - un onduleur 54. Ces éléments forment le système 56 de stockage stationnaire. Ce système 56 de stockage stationnaire est connecté au réseau 55 de courant alternatif. Le système 51 de supervision de la batterie 50 fait l'acquisition de grandeurs physiques de la batterie (mesures de températures, tensions de chacune des cellules, courant, etc.). Ces grandeurs physiques ont notamment pour fonction de déterminer l'état de vieillissement de la batterie 50. Le système 51 de supervision de la batterie 50 fait des calculs à partir de ces mesures afin, par exemple, de déterminer : - une tension minimale des cellules Vcellmin ; - une première valeur binaire indiquant si la charge est terminée fEoc = 1 ou fEoc = 0 ; - une puissance de charge PcHG,FivB ou une puissance de décharge PDCHG,HVB que la batterie 50 peut supporter sans qu'elle soit endommagée ; - une tension VHVB et un courant IFivE3 mesurés aux bornes de la batterie 50 ; - une quantité d'énergie EFivE3 disponible de la batterie 50. Le système de supervision 51 de la batterie 50 communique les grandeurs physiques permettant de déterminer l'état de vieillissement de la batterie 50 au système 52 de contrôle de stockage stationnaire. Le système 51 de supervision de la batterie 50 permet notamment de réaliser une étape 70 de mesure de la température de fonctionnement de la batterie 50. Le système 52 de contrôle de stockage stationnaire est soumis à certaines contraintes énergétiques. Par exemple, le système 52 de contrôle de stockage stationnaire peut demander à charger la batterie 50 pendant les heures creuses et de la décharger pendant les heures pleines. Comme montré sur la figure 1, le système 52 de contrôle de stockage stationnaire établit des consignes de charge ou décharge en fonction des informations qu'il reçoit et de ses contraintes énergétiques. Les consignes sont envoyées vers le chargeur 53 ou l'onduleur 54 pour être réalisées : on charge ou on décharge la batterie 50. Selon l'invention, le procédé de gestion d'un état de charge SOC d'une batterie 50 connectée pour alimenter un réseau 55 de distribution d'énergie comporte les étapes suivantes : détecter 120 un état d'inutilisation de la batterie durant lequel la batterie n'est ni chargée, ni déchargée, estimer 100 une plage de valeur dudit état de charge de la batterie minimisant l'état de vieillissement de la batterie, charger ou décharger 110 la batterie pour atteindre une valeur optimale d'état de charge comprise dans ladite plage de valeur. L'étape 120 préliminaire incluant de détecter un état d'inutilisation de la batterie durant lequel la batterie n'est ni chargée, ni déchargée, peut par exemple détecter l'expiration d'une période prédéterminée durant laquelle la batterie est dans l'état d'inutilisation. Cette étape préliminaire permet avantageusement de mettre la batterie dans des conditions minimisant sa dégradation calendaire. L'état d'inutilisation d'une batterie est un état dans lequel la batterie est particulièrement vulnérable, c'est pourquoi charger ou décharger la batterie pour atteindre une valeur comprise dans la plage de valeur minimisant son état de vieillissement permet de préserver ladite batterie. En l'absence d'usage actif, il convient donc de positionner aussi souvent que possible la batterie 50 dans un état de charge SOC limitant cette dégradation. Dans le cas d'un usage actif (dans un état d'utilisation), la batterie 50 pourra typiquement se charger ou se décharger sans prendre en compte ladite plage de valeur minimisant l'état de vieillissement de la batterie 50. En attendant une consigne lui demandant d'exploiter le système de stockage 56, le système 52 de contrôle de stockage stationnaire est libre de décider du niveau de charge auquel positionner chaque batterie 50. Par ailleurs, l'invention vise également un procédé de gestion d'un état de charge d'une pluralité de batteries connectées entre elles pour alimenter un réseau 55 de distribution d'énergie électrique, ce procédé comprenant une phase de stockage pour stocker dans la pluralité de batteries 50 de l'énergie provenant du réseau 55 et une phase de déstockage pour restituer l'énergie sur le réseau 55. On comprend donc que l'étape 110 de charge de la batterie 50 correspond à la phase de stockage pour stocker dans la pluralité de batteries de l'énergie en provenance du réseau 55 et la décharge de la batterie 50 correspond à la phase de déstockage pour restituer l'énergie sur le réseau 55. En attendant une consigne lui demandant d'exploiter le système de stockage 56, le système 52 de contrôle de stockage stationnaire est libre de décider du niveau de charge auquel positionner chaque batterie 50. Ainsi, lorsque le procédé de gestion de l'état de charge de la pluralité de batteries n'est ni en phase de stockage, ni en phase de déstockage, alors la pluralité de batteries 50 est considérée comme étant dans un état d'inutilisation, c'est- à-dire que le système 56 de stockage n'est pas sollicité. Parmi les facteurs influençant l'état de vieillissement d'une batterie 50, il y a la température. Dans un contexte d'utilisation dans un système 56 de stockage stationnaire comprenant une pluralité de batteries 50, celles-ci sont classiquement localisées dans des enceintes étroites et fermées, comme par exemple des locaux techniques. En conséquence, la température ambiante d'une enceinte dans laquelle batterie 50 est connectée pour alimenter un réseau 55 de distribution d'énergie varie en fonction de paramètres tels que la position géographique de l'enceinte concernée, la position de l'enceinte au sein du bâtiment etc. De plus, pour une même enceinte, la température ambiante peut varier au cours du temps en fonction de l'exposition au soleil, des saisons etc. Enfin, l'utilisation d'un tel système 56 de stockage stationnaire va générer de la chaleur et influer sur la température ambiante du local. Au vu de l'impact de la température sur l'état de vieillissement d'une batterie 50, l'étape 120 incluant de détecter l'état d'inutilisation de la batterie est particulièrement avantageuse car elle permet de mettre à jour des paramètres pouvant servir à amener la batterie 50 dans la plage de valeur de l'état de charge minimisant l'état de vieillissement de la batterie. Dans un autre mode de réalisation, la plage de valeur comprend une première valeur minimum SOC1 et une deuxième valeur maximum SOC2 qui varient en fonction d'une température T liée à la batterie 50, suivant une relation SOC1 = fl(T), respectivement SOC2 = f2(T). Cela permet avantageusement de minimiser la dégradation calendaire de la batterie 50 impactant l'état de vieillissement de la batterie 50. La température liée à la batterie peut être une température ambiante d'une enceinte dans laquelle la batterie 50 est installée ou une température de fonctionnement de la batterie. Dans un mode de réalisation, il est ainsi prévu une étape 60 de mesure de la température ambiante de l'enceinte dans laquelle la batterie 50 est installée. Alternativement, il est possible de réaliser une étape 70 de mesure de la température de fonctionnement de la batterie 50. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est prévu une étape 80 d'estimation la température T liée à la batterie 50 à partir de la température ambiante et d'informations relatives au fonctionnement de la batterie. L'étape 65 incluant de relever les informations relatives au fonctionnement de la batterie peut par exemple correspondre à un intervalle de temps durant lequel la batterie n'est ni chargée, ni déchargée. La première valeur SOC1 et la deuxième valeur SOC2 peuvent faire suite à une étape 90 durant laquelle la première valeur SOC1 et la deuxième valeur SOC2 sont calculées en fonction de la température de fonctionnement de la batterie et de la température ambiante d'une enceinte dans laquelle la batterie 50 est connectée pour alimenter un réseau 55 de distribution d'énergie. Alternativement, la première valeur SOC1 et la deuxième valeur SOC2 sont calculées durant l'étape 90 uniquement en fonction de la température de fonctionnement de la batterie. Selon une autre alternative, la première valeur SOC1 et la deuxième valeur SOC2 sont calculées durant l'étape 90 en fonction de la température ambiante. Outre la température ambiante de l'enceinte et la température de fonctionnement de la batterie, doit également être pris en compte le type de batterie 50 utilisée (lithium-ion etc.). De fait, les batteries 50 composant la pluralité de batteries connectées pour un réseau 55 de distribution d'énergie n'ont pas toutes les mêmes sensibilités à la température ambiante. Les plages de valeur de l'état de charge de chaque batterie minimisant l'état de vieillissement pourront donc être différentes. Sur la figure 4, il a été constaté que lorsque la température moyenne de fonctionnement de la batterie 50 est comprise entre 10°C et 25°C, le coefficient de dégradation calendaire, donc l'état de vieillissement de la batterie 50, est influencé par l'état de charge SOC de la batterie 50. En substance, plus l'état de charge SOC de la batterie 50 est élevé, plus le coefficient de dégradation de la batterie est élevé. D'autre part, comme visible sur la figure 4, à partir de 70% de l'état de charge de la batterie, la courbe s'accroit très rapidement pour adopter une forme de type courbe exponentielle. Dans ce contexte, afin de minimiser l'état de vieillissement de la batterie, il convient de rester à un état de charge de la batterie relativement bas. Ainsi, selon une disposition avantageuse, pour une plage de température de fonctionnement de la batterie comprise entre 10°C et 25°C : - la première valeur (SOC1) est égale à 10%, et, - la deuxième valeur (SOC2) est égale à 70%. Sur la figure 5, des essais similaires à ceux montrés sur la figure 4 ont été réalisés, mais pour une température moyenne de fonctionnement de la batterie 50 sensiblement égale à 45°C. De la même manière que pour les résultats montrés sur la figure 4 pour une plage de températures comprise entre 10°C et 25°C, le coefficient de dégradation croît rapidement lorsque l'état de charge de la batterie 50 dépasse 70%. De plus, il y a un accroissement brutal du coefficient de dégradation pour un état de charge SOC de la batterie compris entre 20% et 40%. Ainsi, selon une autre disposition avantageuse, pour une température de fonctionnement de la batterie sensiblement égale à 45°C : - la première valeur (SOC1) est égale à 50%, et, - la deuxième valeur (S0C2) est égale à 70%. Enfin, sur la figure 6, pour des conditions de température de fonctionnement de la batterie encore plus éprouvante, avec une température de fonctionnement de la batterie sensiblement égale à 55°C, la courbe du coefficient de dégradation calendaire présente une forme analogue, avec un accroissement brutal entre 20% et 40% de l'état de charge de la batterie 50 et un autre accroissement quand l'état de charge de la batterie 50 dépasse 70%. Ainsi, selon une autre disposition avantageuse, pour une température de fonctionnement de la batterie sensiblement égale à 55°C : - la première valeur (SOC1) est égale à 50%, et, - la deuxième valeur (SOC2) est égale à 70%. Une fois l'état de charge SOC de la batterie 50 calculée en fonction de la température de fonctionnement de la batterie et/ou de la température ambiante d'une enceinte dans la laquelle la batterie 50 est connectée pour alimenter un réseau de distribution d'énergie, correspondant ici à l'étape 90 représentée sur la figure 2, il convient de traduire cet état de charge SOC en énergie pour identifier la consigne qu'il faut appliquer au système 56 de stockage d'énergie. A titre d'exemple, pour une batterie 50 ayant une capacité égale à 14KWh, on obtiendrait une plage d'énergie cible comprise entre 7kWh et 9,8KWh qui minimise l'état de vieillissement de la batterie 50. Dans un mode de réalisation représenté sur la figure 20 3, le procédé de gestion peut également comporter les étapes préliminaires suivantes: - une étape 10 de mesure de l'état de charge SOC d'une pluralité de batterie 50, - une étape 30 de sélection d'une batterie 50 25 parmi ladite pluralité de batterie 50. Ce mode de réalisation est avantageux pour une pluralité de batteries connectées entre elles pour alimenter un réseau électrique. Le procédé de gestion peut également comporter une 30 étape 20 de recueil des informations relatives à des grandeurs physiques pour déterminer l'état de vieillissement d'une batterie 50. Ces informations peuvent servir à mettre au rebus une batterie 50 si ses performances sont insuffisantes.Dans le cadre d'une prestation, le niveau d'énergie minimum garanti au client est E2nd,MIN- Ce niveau d'énergie minimum garanti au client E2nd,MIN est établi en fonction des températures de fonctionnement à laquelle la batterie 50 est soumise. En pratique, il conviendra donc de vérifier que la première valeur SOC1 qui est inférieure à la deuxième valeur SOC2 permette de fournir une énergie supérieure à Etna, MIN. Si ce n'est pas le cas, il faut envisager soit de modifier le comportement du système 52 de contrôle de stockage stationnaire pour garantir le niveau d'énergie minimum garanti Eud, NIN ,par exemple, en chargeant davantage la batterie 50 mais en restant dans la plage de valeur de l'état de charge, soit de changer la batterie 50 connectée à la pluralité d'autres batteries 50, pour une autre batterie 50 disposant d'une capacité résiduelle supérieure. Le système 52 de contrôle de stockage stationnaire effectue l'essentiel des calculs nous intéressant dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS1. Procédé de gestion d'un état de charge (SOC) d'une batterie (50) connectée pour alimenter un réseau (55) de distribution d'énergie, le procédé comportant les étapes (100,110) suivantes : estimer (100) une plage de valeur dudit état de charge de la batterie minimisant l'état de vieillissement de la batterie, charger (110) ou décharger la batterie pour atteindre une valeur optimale d'état de charge comprise dans ladite plage de valeur, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte l'étape (120) préliminaire suivante : détecter un état d'inutilisation de la batterie durant lequel la batterie n'est ni chargée ni déchargée. 2. Procédé de gestion d'un état de charge (SOC) d'une batterie (50) selon la revendication 1, caractérisé en ce que durant l'étape (120) préliminaire, l'expiration d'une période prédéterminée durant laquelle la batterie est dans l'état d'inutilisation est détectée. 3. Procédé de gestion d'un état de charge (SOC) d'une batterie (50) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite plage de valeur comprend une première valeur minimum (SOC1) et une deuxième valeur maximum (S0C2) qui varient en fonction d'une température (T) liée à la batterie. 4. Procédé de gestion d'un état de charge (SOC) d'une batterie (50) selon la revendication 3, caractérisé ence que la température (T) liée à la batterie est une température de fonctionnement de la batterie. 5. Procédé de gestion d'un état de charge (SOC) d'une batterie (50) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la température (T) liée à la batterie est une température ambiante d'une enceinte dans laquelle la batterie est installée. 6. Procédé de gestion d'un état de charge (SOC) d'une batterie (50) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une étape (80) suivante : - estimer la température (T) liée à la batterie à partir de ladite température ambiante et d'informations relatives au fonctionnement de la batterie (50). 7. Procédé de gestion d'un état de charge (SOC) d'une batterie (50) selon la revendication 4, caractérisé en ce que pour une plage de température de fonctionnement de la batterie comprise entre 10°C et 25°C : - la première valeur (SOC1) est égale à 10%, et, - la deuxième valeur (S0C2) est égale à 70%. 8. Procédé de gestion d'un état de charge (SOC) d'une batterie (50) selon la revendication 4, caractérisé en ce que pour une température de fonctionnement de la batterie sensiblement égale à 45°C : - la première valeur (SOC1) est égale à 50%, et, - la deuxième valeur (S0C2) est égale à 70%. 30 9. Procédé de gestion d'un état de charge (SOC) d'une batterie (50) selon la revendication 4, caractérisé ence que pour une température de fonctionnement de la batterie sensiblement égale à 55°C : la première valeur (SOC1) est égale à 50%, et, la deuxième valeur (SOC2) est égale à 70%. 10. Procédé de gestion d'un état de charge (SOC) d'une batterie (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes préliminaires suivantes : mesurer (10) l'état de charge (SOC) d'une pluralité de batteries, sélectionner (30) ladite batterie (50) parmi ladite pluralité de batteries. 11. Procédé de gestion d'un état de charge (SOC) d'une batterie (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape supplémentaire de détermination de l'état de vieillissement de la batterie (50) en recueillant (20) des informations relatives à des grandeurs physiques de la batterie (50). 12. Système de gestion d'un état de charge (SOC) d'une batterie (50) comportant des moyens de mise en oeuvre 25 du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.