Brevet FR3101429A1 — publié le 20210402

Procédé de détermination de l'état de santé d'une batterie lithium-ion. Procédé de détermination de l'état de santé (SOH) d'une batterie (1) lithium-ion, comprenant : - une première étape (E1) de détermination d'une fonction (f) de la capacité incrémentale de la batterie, - une deuxième étape (E2) d'identification de pics (P1, P2, P3) de la fonction (f) déterminée lors de la première étape (E1), - une troisième étape (E3) de détermination de tensions (U1, U2, U3) aux bornes de la batterie (1) pour lesquelles lesdits pics (P1, P2, P3) sont obtenus, - une quatrième étape (E4) de détermination des amplitudes desdits pics (P1, P2, P3), - une sixième étape (E6) de détermination de l'état de santé (SOH) de la batterie (1) sur la base d'un mode de dégradation de la batterie et sur la base des amplitudes déterminées lors de la quatrième étape (E4). Figure pour l’abrégé : figure 6 Procédé de détermination de l'état de santé d'une batterie lithium-ion. L’invention concerne un procédé de détermination de l'état de santé d'une batterie lithium-ion. L’invention porte aussi sur un procédé de détermination d'une formule de calcul de l'état de santé d'une batterie lithium-ion. L’invention porte encore sur un équipement de diagnostic comprenant des moyens matériels et logiciels aptes à mettre en œuvre un tel procédé de détermination de l'état de santé d'une batterie lithium-ion. Etat de la technique antérieure Les batteries lithium-ion sont utilisées dans de nombreux domaines techniques tels que par exemple la téléphonie mobile ou l'industrie automobile. Ces batteries ont une durée de vie limitée. La durée de vie d'une batterie peut varier en fonction de ses conditions d'utilisation, notamment en fonction de sa fréquence d'utilisation et/ou en fonction des courants de charge et de décharge appliqués et/ou en fonction de ses températures d'utilisation. Le vieillissement d'une batterie se caractérise notamment par une perte de capacité de la batterie comparativement à son état neuf. L'état de santé d'une batterie, également dénommé SOH selon l'anglicisme "State of health", est défini par le rapport de la capacité actuelle d'une batterie sur sa capacité nominale, c’est-à-dire sa capacité à l'état neuf. Au cours de la vie d'une batterie, l'état de santé d'une batterie se dégrade progressivement depuis une valeur de 100% jusqu'à un stade où elle n'est plus utilisable dans l’application donnée. Pour déterminer l'état de santé d'une batterie, une méthode couramment utilisée consiste à recharger complètement une batterie puis à la décharger complètement jusqu’à un état de charge nul. En comptabilisant les charges déchargées par la batterie (c'est-à-dire en intégrant le courant de décharge sur toute la période de décharge) on parvient à calculer la capacité actuelle de la batterie. Cette méthode présente néanmoins des inconvénients. Notamment, elle requiert une charge complète suivie d’une décharge complète de la batterie. Or, lors de son utilisation habituelle, une batterie est rarement complètement chargée puis déchargée avant d'être rechargée à nouveau. Un cycle spécifique est donc nécessaire pour calculer l'état de santé de la batterie. Par ailleurs, il est également utile de connaitre un éventuel mode de dégradation selon lequel une batterie se dégrade. En effet, en fonction du mode de dégradation d'une batterie, une perte de puissance plus ou moins importante peut se produire en plus de la perte de capacité de la batterie. Pour connaitre le mode de dégradation d'une batterie, on pratique généralement une expertise physico-chimique de la batterie. La batterie est ouverte, puis l'anode et la cathode sont inspectées pour déterminer le mécanisme de vieillissement de la batterie. Parmi ces mécanismes de vieillissement, on peut notamment identifier : - un dépôt de lithium métallique (dendrites) - une perte de contact électrique - une fissuration de particules - une exfoliation de l'électrode négative (en graphite) - une dissolution de métaux de transition - une croissance de SEI ("Solid Electrolyte Interphase" ou film de passivation) - une décomposition de la SEI Présentation de l'invention Le but de l’invention est de fournir un procédé de détermination de l'état de santé d'une batterie lithium-ion remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les procédés de détermination connus de l’art antérieur. Plus précisément, un premier objet de l’invention est un procédé de détermination de l'état de santé d'une batterie lithium-ion qui ne requiert pas un cycle de charge / décharge complet de la batterie. Un second objet de l’invention est un procédé de détermination de l'état de santé d'une batterie lithium-ion qui permet également de déterminer un mode de dégradation de la batterie sans l’endommager. Présentation des figures Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La figure 1 est une vue schématique d'une batterie lithium-ion reliée à un équipement de diagnostic selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est un synoptique représentant les étapes d'un procédé de détermination de l'état de santé d'une batterie selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 3 est un graphique représentant l'évolution de la tension aux bornes d'une cellule lithium-ion en fonction de sa charge, la tension étant exprimée en volts et la charge étant exprimée en ampère-heure. La figure 4 est un graphique représentant l'évolution de la tension aux bornes d'une cellule d'une batterie lithium-ion en fonction d'une capacité incrémentale de la cellule. La figure 5 est un premier graphique représentant l'évolution de la capacité incrémentale d'une cellule d'une batterie lithium-ion en fonction de la tension aux bornes de la cellule. La figure 6 est un deuxième graphique représentant l'évolution de la capacité incrémentale d'une cellule d'une batterie lithium-ion en fonction de la tension aux bornes de la cellule, l'axe des ordonnées étant normalisé. La figure 7 est un graphique représentant l'évolution de la capacité incrémentale d'une cellule d'une batterie lithium-ion en fonction de la tension aux bornes de la cellule pour différents états de santé de la cellule, la cellule subissant une dégradation par perte de matière active sur une électrode positive. La figure 8 est un graphique représentant l'évolution de la capacité incrémentale d'une cellule d'une batterie lithium-ion en fonction de la tension aux bornes de la cellule pour différents états de santé de la cellule, la cellule subissant une dégradation par perte de matière active sur une électrode négative. La figure 9 est un graphique représentant l'évolution de la capacité incrémentale d'une cellule d'une batterie lithium-ion en fonction de la tension aux bornes de la cellule pour différents états de santé de la cellule, la cellule subissant une dégradation par perte de matière active sur les deux électrodes. La figure 10 est un graphique représentant l'évolution de la capacité incrémentale d'une cellule d'une batterie lithium-ion en fonction de la tension aux bornes de la cellule pour différents états de santé de la cellule, la cellule subissant une dégradation par perte de lithium cyclable. La figure 11 est un synoptique représentant les étapes d'un procédé de détermination d'une formule de calcul de l'état de santé d'une batterie lithium-ion. Procédé de détermination de l'état de santé (SOH) d'une batterie (1) lithium-ion, caractérisé en ce qu'il comprend : - une première étape (E1) de détermination d'une fonction (f) définissant une relation entre une capacité incrémentale de la batterie (1) et une tension aux bornes de la batterie (1), - une deuxième étape (E2) d'identification de pics (P1, P2, P3) de la fonction (f) déterminée lors de la première étape (E1), - une troisième étape (E3) de détermination de tensions (U1, U2, U3) aux bornes de la batterie (1) pour lesquelles lesdits pics (P1, P2, P3) sont obtenus, - une quatrième étape (E4) de détermination des amplitudes desdits pics (P1, P2, P3), - une cinquième étape (E5) de détermination d'un mode de dégradation de la batterie (1) sur la base des tensions (U1, U2, U3) déterminées lors de la troisième étape (E3), et sur la base des amplitudes déterminées lors de la quatrième (E4), - une sixième étape (E6) de détermination de l'état de santé (SOH) de la batterie (1) sur la base du mode de dégradation déterminé lors de la cinquième étape (E5) et sur la base des amplitudes déterminées lors de la quatrième étape (E4). Procédé de détermination selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la capacité incrémentale d'une batterie est définie par un rapport d'un différentiel de quantité de charge (dQ) de la batterie (1) sur un différentiel de tension (dU) aux bornes de la batterie (1). Procédé de détermination selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'amplitude d'un desdits pics (P1, P2, P3) déterminée lors de la quatrième étape (E4) est égale à une intégrale de la capacité incrémentale sur une plage de tension (PT) définie autour d'une des tensions (U1, U2, U3) déterminées lors de la troisième étape, notamment ladite plage de tension étant inférieure ou égale à 50mV et/ou supérieure ou égale à 20mV. Procédé de détermination selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième étape (E2) comprend l'identification d'un premier pic (P1) obtenu avec une première tension (U1) aux bornes de la batterie (1), d'un deuxième pic (P2) obtenu avec une deuxième tension (U2) aux bornes de la batterie (1), et d'un troisième pic (P3) obtenu avec une troisième tension (U3) aux bornes de la batterie (1), la première tension (U1) étant strictement supérieure à la deuxième tension (U2) et strictement inférieure à la troisième tension (U3). Procédé de détermination selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première étape (E1) est réalisée en chargeant la batterie (1) avec un régime de charge inférieur ou égal à C/5, notamment inférieur ou égal à C/10, notamment inférieur ou égal à C/25. Procédé de détermination selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la batterie (1) comprend une électrode négative à base de graphite ou à base de titanate de lithium, et/ou en ce que la batterie (1) comprend une électrode positive à base d’un des matériaux suivants : - Lithium Fer Phosphate (LFP) - Lithium Nickel Manganèse Cobalt Oxide (NMC) - Lithium Cobalt Oxide (LCO) - Lithium Nickel Cobalt Aluminium Oxide (NCA) - un mélange de Lithium Cobalt Oxide et de Lithium Nickel Cobalt Aluminium Oxide (Blend LCO-NCA). Procédé de détermination selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sixième étape (E6) comprend une sous-étape (E61) de sélection d'une formule de calcul de l'état de santé (SOH) de la batterie (1) sur la base du mode de dégradation déterminé lors de la cinquième étape (E5), puis une sous-étape de calcul de l'état de santé (SOH) de la batterie (1) avec la formule sélectionnée et avec une amplitude déterminée lors de la quatrième étape (E4). Procédé de détermination selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite formule est une fonction affine (g) dépendante d'une amplitude déterminée lors de la quatrième étape (E4). Procédé de détermination d'une formule de calcul de l'état de santé (SOH) d'une batterie (1) d'une batterie (1) lithium-ion, la formule étant susceptible d'être utilisée dans un procédé de détermination selon l'une des revendications 7 ou 8, le procédé comprenant : - une étape de vieillissement batterie (1) d'une batterie (1) lithium-ion, - une étape de mesure d'un état de santé de la batterie (1) par une analyse coulométrique, - une étape de détermination d'une fonction définissant une relation entre une capacité incrémentale de la batterie et une tension aux bornes de la batterie, - une étape d'identification de pics sur la fonction déterminée lors de l'étape précédente, - une étape de détermination de tensions aux bornes de la batterie pour lesquelles lesdits pics sont obtenus, - une étape de détermination d'amplitudes desdits pics, - une étape de détermination d'un mode de dégradation de la batterie par une expertise physique de la batterie. Equipement de diagnostic (3) caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels (31, 32) et logiciels aptes à mettre en œuvre le procédé de détermination selon l'une des revendication 1 à 8. Produit programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support de données lisible par un ordinateur et/ou exécutable par un ordinateur, caractérisé en ce en ce qu’il comprend des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par l’ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Signal d'un support de données, portant le produit programme d'ordinateur selon la revendication 11.