Brevet FR3132774A1 — publié le 20230818

L'invention concerne une méthode d’estimation de l’état de santé d’une batterie d’un véhicule électrique ou hybride pouvant être mise en œuvre lors du roulage du véhicule, comprenant : (a) une étape de charge complète, (b) une première étape de relaxation, (c) une étape de décharge jusqu’à un état de charge SOC≤SOC cible , réalisée en k cycles de roulage du véhicule, pour chacun desquels on détermine la capacité Q n déchargée par la batterie, (d) une deuxième étape de relaxation à la fin du cycle k, (e) une étape de détermination d’un état de charge SOC OCV en fonction de la tension en circuit ouvert, (f) une étape de détermination d’une capacité de décharge initiale Q i de la batterie neuve à partir de SOC OCV , et (g) une étape d’estimation de l’état de santé SOH de la batterie à partir de la capacité totale déchargée par la batterie lors de l’étape (c) et de Q i . Figure pour l’abrégé : Figure 1 METHODE D’ESTIMATION DE L’ETAT DE SANTE D’UNE BATTERIE D’UN VEHICULE ELECTRIQUE OU HYBRIDE Domaine de l’invention La présente invention concerne une méthode d’estimation de l’état de santé d’une batterie. Elle concerne notamment les batteries prévues pour alimenter les véhicules automobiles électriques ou hybrides. Art antérieur La détermination de l’état de santé, ou du vieillissement, d’une batterie est un critère essentiel pour caractériser l’état d’une batterie, afin d’optimiser la décharge/charge d’énergie, ainsi que la durée de vie des accumulateurs de la batterie. L’état de santé d’une batterie, ou SOH (de l’anglais « State of Health ») peut être défini par le ratio de la capacité de la batterie à stocker de l’énergie à un instant t, par rapport à la capacité nominale de la batterie à stocker de l’énergie (c’est-à-dire la capacité de la batterie neuve, avant toute utilisation). Il s’agit donc d’un indicateur de l’état de santé d’une batterie rendant compte du niveau de dégradation de l’autonomie de la batterie, du fait notamment de l’âge de la batterie et des conditions d’utilisation de cette dernière. La connaissance de l’état de santé d’une batterie, et tout particulièrement des batteries de traction de véhicule, est cruciale pour des raisons techniques, économiques et légales. L’état de santé d’une batterie doit en effet être connu avec précision afin d’éviter le risque d’une défaillance intempestive, ou d’une dégradation inattendue des performances du système alimenté par ladite batterie. En particulier, le système électronique permettant de gérer et de contrôler les différents paramètres d'une batterie, appelé BMS (de l’anglais « Battery Management System »), prend par exemple en compte un SOH estimé pour calculer la puissance maximale disponible, ou encore pour estimer l’état de charge ou SOC (de l’anglais « State Of Charge ») de la batterie. Par ailleurs, la valeur économique de la batterie est liée à son SOH qui permet d’estimer la durée de vie restante de la batterie. La valeur économique d’un véhicule électrique ou hybride est par conséquent également liée au SOH de sa batterie de traction. Enfin, la règlementation des véhicules électriques et hybrides évolue et il est prévu d’imposer que l’état de santé d’une batterie de traction estimé par le BMS soit déterminé avec une précision de l’ordre de 5%. Actuellement, l’état de charge d’une batterie de traction est estimé par le BMS à partir de modèles physiques ou empiriques. Certains modèles utilisent des propriétés et/ou performances électrochimiques mesurables pendant l’usage de la batterie. On parle alors d’estimation «en ligne » du SOH. Ainsi, par exemple, le document CN113296010 décrit une méthode d’évaluation en ligne de l’état de santé d’une batterie basée sur l’analyse de la tension différentielle qui comprend l’établissement d’une courbe représentant la variation de tension en fonction de la variation de la capacité dans des conditions de décharge données. La méthode décrite établit ensuite un modèle dans lequel la pente d’une tangente à cette courbe est corrélée au SOH. Ce modèle est utilisé pour estimer le SOH d’une batterie déchargée dans les mêmes conditions que celles qui ont servi à établir la courbe. La précision de l’estimation du SOH peut toutefois varier selon le type de modèle et la qualité de ses calibrations. Par exemple, des modèles empiriques de dégradation d’une batterie peuvent permettre une estimation du SOH avec une bonne précision jusqu’à un SOH donné, par exemple un SOH de 70%. Au-delà, l’erreur de l’estimation est susceptible d’augmenter car la dégradation est plus complexe à modéliser. Une détermination précise du SOH d’une batterie peut aussi être réalisée par une mesure directe de la capacité disponible de la batterie. Ce type de mesure nécessite cependant de sortir la batterie du véhicule, ce qui peut s’avérer complexe et coûteux. Il existe donc toujours un besoin pour estimer de manière fiable et précise le SOH d’une batterie, notamment en ligne, et tout particulièrement lorsque le véhicule roule, sans toutefois perturber le fonctionnement du véhicule. A cet effet, la présente invention propose une méthode d’estimation de l’état de santé d’une batterie d’un véhicule électrique ou hybride, comprenant : (a) une étape de charge de la batterie jusqu’à ce que la batterie atteigne un état de charge maximal SOC max , (b) une première étape de relaxation pendant laquelle la batterie n’est pas sollicitée pendant une première durée, (c) une étape de décharge de la batterie jusqu’à ce que la batterie atteigne un état de charge inférieur ou égal à un état de charge cible non nul SOC cible , cette étape de décharge étant réalisée en un nombre k de cycles de roulage du véhicule, k étant un nombre entier non nul, et, pour chaque cycle de roulage n où 1≤n≤k, on détermine la capacité Q n déchargée par la batterie, (d) à la fin du cycle de roulage k, une deuxième étape de relaxation pendant laquelle la batterie n’est pas sollicitée pendant une deuxième durée, (e) une étape de détermination d’un état de charge SOC OCV de la batterie en fonction de la tension en circuit ouvert, la batterie n’étant pas sollicitée, (f) une étape de détermination d’une capacité de décharge initiale Q i de la batterie à un état neuf à partir de l’état de charge déterminé à l’étape (e) et d’une corrélation préalablement établie pour la batterie à un état neuf et corrélant la capacité de décharge initiale à l’état de charge de la batterie, et (g) une étape d’estimation de l’état de santé SOH de la batterie à partir de la capacité totale déchargée par la batterie lors de l’étape de décharge (c) et de la capacité de décharge initiale déterminée à l’étape (f). La méthode selon l’invention permet une estimation précise de l’état de la santé du véhicule sans avoir à extraire la batterie du véhicule et sans que le conducteur n’ait à modifier le type de roulage de son véhicule. La méthode selon l’invention peut comprendre en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - lors de l’étape d’estimation (g), l’état de santé SOH de la batterie peut être estimé au moyen de l’équation suivante : [Math 1] (Eq 1) où Q n représente la capacité déchargée par la batterie au cours d’un cycle de roulage n, n nombre entier non nul allant de 1 à k, et Q i représente la capacité de décharge initiale, - entre la première étape (b) de relaxation et l’étape (c) de décharge, une étape de vérification peut être prévue, au cours de laquelle on vérifie que l’état de charge de la batterie à l’état relaxé a atteint l’état de charge maximal, - lors de l’étape (c) de décharge, pour chaque cycle de roulage, la capacité déchargée par la batterie peut prendre en compte une capacité de charge reçue par la batterie, - lors de l’étape (c) de décharge, on peut déterminer la capacité déchargée par la batterie (i) par comptage coulométrique des ampères-heures sortant de la batterie, ou (ii) par comptage coulométrique des ampères-heures sortant et entrant dans la batterie puis par soustraction des ampères-heures entrant aux ampères-heures sortant, - pour chaque cycle de roulage n de l’étape (c) de décharge, on peut estimer une valeur de l’état de charge SOC n de la batterie (i) par une mesure de la tension de la batterie en cours de roulage ou (ii) par comptage coulométrique, puis on compare la valeur de l’état de charge SOC n à la valeur d’état de charge cible SOC cible et on détermine que l’étape (c) est terminée lorsque SOC n est inférieure ou égale à SOC cible , - la corrélation utilisée lors de l’étape (f) ayant été établie pour un intervalle de température défini, lors de chaque cycle de roulage de l’étape de décharge (c), (i) la batterie peut être maintenue à une température comprise dans cet intervalle de température défini, ou (ii) on peut appliquer à la capacité Q n déchargée par la batterie un facteur correctif fonction de la température de la batterie. L’invention a également pour objet un programme informatique comprenant les instructions pour exécuter les étapes de la méthode d’estimation selon l’invention, lorsque lesdites instructions sont exécutées par un ou plusieurs processeurs. L’invention a encore pour objet un support lisible par ordinateur sur lequel est stocké le programme informatique de l’invention. Par "Support lisible par ordinateur" on entend toute mémoire, tout dispositif de stockage, tout mécanisme de stockage et tout autre mécanisme de stockage et de signalisation, y compris les interfaces et les dispositifs tels que les cartes d'interface réseau et les mémoires tampons qui s'y trouvent, ainsi que tout dispositif de communication et tout signal reçu et transmis, et toute autre technologie actuelle et évolutive qu'un système informatisé peut interpréter, recevoir et/ou transmettre. Ce concept comprend non seulement un support lisible par ordinateur tel qu'un disque dur connecté à une unité centrale et avec lequel le programme enregistré est directement exécuté, mais aussi un support lisible par ordinateur tel qu'un CD-ROM qui enregistre un programme à exécuter après l'avoir installé sur un disque dur. Un programme comprend ici non seulement un programme qui peut être exécuté directement, mais aussi un programme au format source, un programme compressé et un programme chiffré. Le procédé d’estimation selon l’invention peut notamment être mis en œuvre au moyen du système de gestion de l’invention décrit ci-après. L’invention a ainsi également pour objet un système de gestion d’une batterie configuré pour estimer l’état de charge d’une batterie par mise en œuvre des étapes de la méthode d’estimation selon l’invention. L’invention a enfin pour objet un véhicule automobile équipé d’une batterie de traction comprenant un système de gestion de batterie selon l’invention. Description des figures La représente un logigramme de la méthode d’estimation selon un mode de réalisation de l’invention. Méthode d’estimation de l’état de santé d’une batterie d’un véhicule électrique ou hybride, comprenant : (a) une étape de charge de la batterie jusqu’à ce que la batterie atteigne un état de charge maximal SOC max , (b) une première étape de relaxation pendant laquelle la batterie n’est pas sollicitée pendant une première durée, (c) une étape de décharge de la batterie jusqu’à ce que la batterie atteigne un état de charge inférieur ou égal à un état de charge cible non nul SOC cible , cette étape de décharge étant réalisée en un nombre k de cycles de roulage du véhicule, k étant un nombre entier non nul, et, pour chaque cycle de roulage n où 1≤n≤k, on détermine la capacité Q n déchargée par la batterie, (d) à la fin du cycle de roulage k, une deuxième étape de relaxation pendant laquelle la batterie n’est pas sollicitée pendant une deuxième durée, (e) une étape de détermination d’un état de charge SOC OCV de la batterie en fonction de la tension en circuit ouvert, la batterie n’étant pas sollicitée, (f) une étape de détermination d’une capacité de décharge initiale Q i de la batterie à un état neuf à partir de l’état de charge déterminé à l’étape (e) et d’une corrélation préalablement établie pour la batterie à un état neuf et corrélant la capacité de décharge initiale à l’état de charge de la batterie, et (g) une étape d’estimation de l’état de santé SOH de la batterie à partir de la capacité totale déchargée par la batterie lors de l’étape de décharge (c) et de la capacité de décharge initiale déterminée à l’étape (f). Méthode d’estimation selon la revendication 1, dans laquelle, lors de l’étape d’estimation (g), l’état de santé SOH de la batterie est estimé au moyen de l’équation suivante : [Math 1] où Q n représente la capacité déchargée par la batterie au cours d’un cycle de roulage n, n nombre entier non nul allant de 1 à k, et Q i représente la capacité de décharge initiale. Méthode d’estimation selon l’une des revendications 1 ou 2, comprenant, entre la première étape (b) de relaxation et l’étape (c) de décharge, une étape de vérification au cours de laquelle on vérifie que l’état de charge de la batterie à l’état relaxé a atteint l’état de charge maximal. Méthode d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle lors de l’étape (c) de décharge, pour chaque cycle de roulage, la capacité déchargée par la batterie prend en compte une capacité de charge reçue par la batterie. Méthode d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle lors de l’étape (c) de décharge, on détermine la capacité déchargée par la batterie (i) par comptage coulométrique des ampères-heures sortant de la batterie, ou (ii) par comptage coulométrique des ampères-heures sortant et entrant dans la batterie et par soustraction des ampères-heures entrant aux ampères-heures sortant. Méthode d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle, pour chaque cycle de roulage n de l’étape (c) de décharge, on estime une valeur de l’état de charge SOC n de la batterie (i) par une mesure de la tension de la batterie en cours de roulage ou (ii) par comptage coulométrique, puis on compare la valeur de l’état de charge SOC n à la valeur d’état de charge cible SOC cible et on détermine que l’étape (c) est terminée lorsque SOC n est inférieure ou égale à SOC cible . Méthode d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle, la corrélation utilisée lors de l’étape (f) a été établie pour un intervalle de température défini, et, lors de chaque cycle de roulage de l’étape de décharge (c), (i) la batterie est maintenue à une température comprise dans cet intervalle de température défini, ou (ii) on applique à la capacité Q n déchargée par la batterie un facteur correctif fonction de la température de la batterie. Programme informatique comprenant les instructions pour exécuter les étapes de la méthode d’estimation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, lorsque lesdites instructions sont exécutées par un ou plusieurs processeurs. Système de gestion d’une batterie configuré pour estimer l’état de charge d’une batterie par mise en œuvre des étapes de la méthode d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. Véhicule automobile équipé d’une batterie de traction comprenant un système de gestion de batterie selon la revendication 9.