Brevet FR3075396A1 — publié le 20190621

B16361 - DD18171 1 PROCEDE DE DETERMINATION D'UNE SEQUENCE DE COURANTS DE DECHARGE APPLICABLE A UNE CELLULE LITHIUM-ION A UNE TEMPERATURE DONNEE Domaine La presente demande concerne le domaine des batteries electriques de facon generale, et vise plus particulierement un procede permettant de determiner une sequence de courants de decharge applicable a une cellule lithium-ion a une temperature donnee. Exposé de fart anterieur Certains systemes necessitent des batteries electriques capables de fournir des courants de decharge relativement eleves a des temperatures relativement basses, typiquement des temperatures negatives. La technologie lithium-ion est bien adaptee a de telles conditions de fonctionnement. Toutefois, a basse temperature, pour un type de cellule lithium-ion donne et pour une temperature de fonctionnement donnee, it existe un courant de decharge maximal a ne pas depasser sous peine de bloquer la decharge de la cellule, ou d'endommager la cellule. A une temperature donnee, et dans le cas d'une application requerant un courant superieur au courant de decharge maximal applicable a la cellule a la temperature consideree, une possibilite consiste a, dans un premier temps, faire fonctionner l'application en mode degrade sous un courant de demarrage B16361 - DD18171 2 inferieur ou egal au courant de decharge maximal applicable a la cellule, puis, lorsque la cellule s'est suffisamment rechauffee sous l'effet de ce courant de demarrage, appliquer le courant de decharge nominal requis par l'application. 5 Une difficulte reside alors dans la determination de l'instant de commutation du mode degrade au mode nominal. Si cette commutation intervient trop tot, le courant nominal de decharge requis par l'application est applique sur une cellule insuffisamment rechauffee, ce qui conduit a bloquer la decharge 10 de la cellule, ou a endommager la cellule. Si la commutation intervient trop tard, l'application fonctionne en mode degrade pendant une duree inutilement longue, ce qui n'est pas souhaitable. Il serait souhaitable de pouvoir disposer d'un procede 15 permettant de determiner une sequence de courants de decharge applicable a une cellule lithium-ion a une temperature donnee, cette sequence comportant une premiere phase de decharge de la cellule sous un courant de demarrage inferieur ou egal au courant maximal applicable a la cellule a la temperature consideree, 20 suivie d'une deuxieme phase de decharge de la cellule sous un courant nominal superieur au courant maximal applicable a la cellule a la temperature consideree. En particulier, it serait souhaitable de pouvoir disposer d'un procede permettant de minimiser la duree de la premiere phase, tout en prevenant tout risque d'interruption prematuree de la decharge ou de degradation de la cellule dans la deuxieme phase. Résumé Ainsi, un mode de realisation prevoit un procede de determination, au moyen d'un dispositif electronique de traitement de donnees, d'une premiere sequence de decharge applicable a une cellule lithium-ion a une temperature donnee, cette sequence comportant une premiere phase de decharge de la cellule sous un courant I START inferieur ou egal au courant maximal Iv applicable a la cellule a ladite temperature, jusqu'd un niveau de decharge CdTH_ OPT, suivie d'une deuxieme phase de decharge de B16361 - DD18171 3 la cellule sous un courant 'Nom superieur au courant Imo, ce procede comportant les 6-tapes suivantes : a) realiser au moins une decharge de la cellule, a ladite temperature, selon une deuxieme sequence de decharge comportant 5 une premiere phase de decharge sous le courant I START, j usqu'd un niveau de decharge superieur au niveau CdTH_ OPT, suivie d'une deuxieme phase de decharge sous le courant 'Nom, et mesurer une pluralite de points de la courbe de decharge de la cellule pendant la deuxieme phase ; 10 b) determiner l'ordonnee a l'origine d'une courbe de decharge de la cellule, a ladite temperature, sous le courant 'NOM ; c) determiner, par extrapolation a partir des points mesures a l'etape a) et de l'ordonnee a l'origine determinee a 15 l'etape b), une fonction h representative de la courbe de decharge complete de la cellule, a ladite temperature, sous le courant 'NOM ; et d) determiner la valeur du niveau de decharge CdTH_ OPT a partir de la fonction h determinee a l'etape c). 20 Selon un mode de realisation, a l'etape c), la fonction h est determinee par regression polynomiale a partir des points mesures a l'etape a) et de l'ordonnee a l'origine determinee a l'etape b). Selon un mode de realisation, les points mesures a 25 l'etape a) comprennent le premier point de passage de la courbe de decharge par un minimum local pendant la deuxieme phase de la deuxieme sequence. Selon un mode de realisation, les points mesures a l'etape a) comprennent une pluralite de points situes au voisinage 30 du passage de la courbe de decharge par un maximum local pendant la deuxieme phase de la deuxieme sequence. Selon un mode de realisation, a l'etape b), l'ordonnee a l'origine de la courbe de decharge de la cellule sous le courant 'NOM, est determinee par extrapolation a partir d'une pluralite B16361 - DD18171 4 de courbes de decharge de reference de la cellule sous des courants de decharge distincts inferieurs au courant Imo. Selon un mode de realisation, l'etape b) comprend les 6-tapes suivantes : 5 bl) pour chaque courbe de decharge de reference, determiner la valeur de l'ordonnee a l'origine Uo(IREFi) de la courbe de decharge ; b2) determiner, par extrapolation a partir de la pluralite de valeurs d'ordonnee a l'origine determinees a l'etape 10 bl), une fonction g continue representative de l'evolution de l'ordonnee a l'origine en fonction de l'intensite du courant de decharge ; et b3) determiner l'ordonnee a l'origine de la courbe de decharge complete de la cellule sous le courant 'Nom a partir de 15 la fonction g. Selon un mode de realisation, chaque courbe de decharge de reference est une succession de valeurs de tension discretes mesurees aux bornes de la cellule pendant une phase de decharge de la cellule, et l'etape bl) comprend, pour chaque courbe de 20 decharge de reference, les 6-tapes suivantes : - determiner, par extrapolation a partir des valeurs de tension discretes de la courbe de decharge, une fonction continue representative de l'evolution de la tension aux bornes de la cellule pendant la phase de decharge ; et 25 - determiner a partir de cette fonction la valeur de l'ordonnee a l'origine Uo(IREFi) de la courbe de decharge. Selon un mode de realisation, pour chaque courbe de decharge de reference, la fonction continue determinee a l'etape bl) est determinee par regression polynomiale a partir des valeurs 30 de tension discretes de la courbe de decharge de reference. Selon un mode de realisation, a l'etape d), le dispositif electronique de traitement affecte au niveau de decharge CdTH_ opT une valeur telle que h(CdTH_ OPT) = UTH, comprise entre un premier niveau de decharge CdMIN correspondant au passage 35 de la fonction h par un premier minimum local de tension, et un B16361 - DD18171 5 deuxieme niveau de decharge Cdr superieur a CdMIN, correspondant au passage de la fonction h par un premier maximum local de tension, au UTH est un seuil de tension en dessous duquel la tension de la cellule ne doit pas descendre pour ne pas risquer 5 de degrader la cellule. Selon un mode de realisation, le courant I START est sensiblement constant pendant toute la duree de la premiere phase de decharge de la premiere sequence. Selon un mode de realisation, le courant I START croit 10 de facon monotone pendant toute la duree de la premiere phase de decharge de la premiere sequence. Selon un mode de realisation, la temperature est inferieure a 5°C. Un autre mode de realisation prevoit un procede de 15 commande d'une cellule lithium-ion comprenant l'application a la cellule, a une temperature donnee, d'une sequence de decharge determinee par un procede tel que defini ci-dessus. Breve description des dessins Ces caracteristiques et avantages, ainsi que d'autres, 20 seront exposés en detail dans la description suivante de modes de realisation particuliers faite a titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : les figures 1 et 2 sont des diagrammes representant, pour une temperature de fonctionnement donnee, des courbes de 25 decharge d'une cellule lithium-ion sous plusieurs courants de decharge constants distincts ; la figure 3 est un schema bloc d'un exemple d'un mode de realisation d'un procede de determination d'une sequence de decharge applicable a une cellule lithium-ion a une temperature 30 donnee ; et les figures 4, 5, 6 et 7 sont des diagrammes illustrant plus en detail des exemples demise en oeuvre des 6-tapes du procede de la figure 3. B16361 - DD18171 6 Description detainee De memes elements ont ete designes par de memes references dans les differentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracees a l'echelle. Par souci de clarte, 5 seuls les elements utiles a la comprehension des modes de realisation decrits ont ete representes et sont detailles. En particulier, la realisation pratique d'un dispositif de traitement adapts a mettre en oeuvre le procede decrit n'a pas ete detainee, la realisation d'un tel dispositif etant a la portee de l'homme 10 du métier a partir des indications fonctionnelles de la presente description. Sauf precision contraire, les expressions "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient a 10 % pres, de preference a 5 % pres. La figure 1 est un diagramme representant, pour un type 15 de cellule lithium-ion donne et pour une temperature de fonctionnement donnee, quatre courbes de decharge Dl, D2, D3 et D4, sous respectivement quatre courants de decharge constants IREF1, IREF2, IREF3 et IREF4, avec 'REF' REVENDICATIONS1. Procede de determination, au moyen d'un dispositif electronique de traitement de donnees, d'une premiere sequence de decharge applicable a une cellule lithium-ion a une temperature donnee, cette sequence comportant une premiere phase de decharge de la cellule sous un courant I START inferieur ou egal au courant maximal Iv applicable a la cellule a ladite temperature, jusqu'd un niveau de decharge CdTH_ OPT, suivie d'une deuxieme phase de decharge de la cellule sous un courant 'Nom superieur au courant Imo, ce procede comportant les 6-tapes suivantes : a) realiser au moms une decharge de la cellule, a ladite temperature, selon une deuxieme sequence de decharge comportant une premiere phase de decharge sous le courant I START, j usqu'd un niveau de decharge superieur au niveau CdTH_ OPT, suivie d'une deuxieme phase de decharge sous le courant 'Nom, et mesurer une pluralite de points de la courbe de decharge (d(i)) de la cellule pendant la deuxieme phase ; b) determiner l'ordonnee a l'origine (U0(IN0m)) d'une courbe de decharge de la cellule, a ladite temperature, sous le courant 'Nom ; c) determiner, par extrapolation a partir des points mesures a l'etape a) et de l'ordonnee a l'origine determinee a l'etape b), une fonction h representative de la courbe de decharge complete de la cellule, a ladite temperature, sous le courant 'NOM ; et d) determiner la valeur du niveau de decharge CdTH_ OPT a partir de la fonction h determinee a l'etape c). 2. Procede selon la revendication 1, dans lequel, a l'etape c), la fonction h est determinee par regression polynomiale a partir des points mesures a l'etape a) et de l'ordonnee a l'origine determinee a l'etape b). 3. Procede selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les points mesures a l'etape a) comprennent le premier point de passage de la courbe de decharge (d(i)) par un minimum local pendant la deuxieme phase de la deuxieme sequence. B16361 - DD18171 23 4. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, dans lequel les points mesures a l'etape a) comprennent une pluralite de points situes au voisinage du passage de la courbe de decharge (d(i)) par un maximum local pendant la deuxieme phase 5 de la deuxieme sequence. 5. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, dans lequel, a l'etape b), l'ordonnee a l'origine (U0(IN0m)) de la courbe de decharge de la cellule sous le courant 'Nom, est determinee par extrapolation a partir d'une pluralite de courbes 10 de decharge de reference (Di) de la cellule sous des courants de decharge (IREFi) distincts inferieurs au courant Imo. 6. Procede selon la revendication 5, dans lequel l'etape b) comprend les 6-tapes suivantes : bl) pour chaque courbe de decharge de reference (Di), 15 determiner la valeur de l'ordonnee a l'origine Uo(IREFi) de la courbe de decharge ; b2) determiner, par extrapolation a partir de la pluralite de valeurs d'ordonnee a l'origine determinees a l'etape bl), une fonction g continue representative de l'evolution de 20 l'ordonnee a l'origine en fonction de l'intensite du courant de decharge ; et b3) determiner l'ordonnee a l'origine de la courbe de decharge complete de la cellule sous le courant 'Nom a partir de la fonction g. 25 7. Procede selon la revendication 6, dans lequel chaque courbe de decharge de reference (Di) est une succession de valeurs de tension discretes mesurees aux bornes de la cellule pendant une phase de decharge de la cellule, et dans lequel l'etape bl) comprend, pour chaque courbe de decharge de reference (Di), les 30 6-tapes suivantes : - determiner, par extrapolation a partir des valeurs de tension discretes de la courbe de decharge (Di), une fonction continue (fi) representative de l'evolution de la tension aux bornes de la cellule pendant la phase de decharge ; et B16361 - DD18171 24 - determiner a partir de cette fonction (fi) la valeur de l'ordonnee a l'origine Uo(IREFi) de la courbe de decharge. 8. Procede selon la revendication 7, dans lequel, pour chaque courbe de decharge de reference (Di), la fonction continue 5 (fi) determinee a l'etape bl) est determinee par regression polynomiale a partir des valeurs de tension discretes de la courbe de decharge de reference (Di). 9. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 8, dans lequel, a l'etape d), le dispositif electronique de 10 traitement affecte au niveau de decharge CdTH_ opT une valeur telle que h(CdTH_ OPT) = UTH, comprise entre un premier niveau de decharge CdMIN correspondant au passage de la fonction h par un premier minimum local de tension, et un deuxieme niveau de decharge Cdr superieur a CdMIN, correspondant au passage de la 15 fonction h par un premier maximum local de tension, au UTH est un seuil de tension en dessous duquel la tension de la cellule ne doit pas descendre pour ne pas risquer de degrader la cellule. 10. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 9, dans lequel le courant I START est sensiblement constant 20 pendant toute la duree de la premiere phase de decharge de la premiere sequence. 11. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 9, dans lequel le courant I START croit de facon monotone pendant toute la duree de la premiere phase de decharge de la premiere 25 sequence. 12. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 11, dans lequel ladite temperature est inferieure a 5°C. 13. Procede de commande d'une cellule lithium-ion comprenant l'application a la cellule, a une temperature donnee, 30 d'une sequence de decharge determinee par un procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 12.