Brevet FR3136318A1 — publié le 20231208

Procédé de génération d’un profil de sollicitation allégé à partir d’un profil de sollicitation d’une batterie L’invention concerne un procédé mis en œuvre par ordinateur pour générer un profil allégé à partir d’un profil initial de sollicitation d’une batterie comportant une pluralité d’entrées renseignant sur l’évolution temporelle d’une pluralité de paramètres, comprenant les étapes consistant à : (a) affecter à chaque paramètre du profil initial une classe correspondant à un intervalle de valeurs possibles dudit paramètre ; (b) grouper chaque ensemble formé d’entrées ayant les mêmes combinaisons de classes de paramètres et déterminer une durée correspondante ; (c) redéfinir chaque valeur des paramètres de chaque entrée pour être égale à une valeur caractéristique de la classe correspondante ; (d) créer le profil allégé avec les valeurs des paramètres du profil obtenu à l’étape (c) ainsi qu’un temps cumulé. Procédé de génération d’un profil de sollicitation allégé à partir d’un profil de sollicitation d’une batterie La présente invention concerne le domaine de l’étude du vieillissement de générateurs électrochimiques, plus particulièrement du vieillissement d’accumulateurs électrochimiques tels que des batteries lithium-ion. L’étude des mécanismes de vieillissement physico-chimiques d’une batterie, par exemple au lithium, est complexe dans la mesure où les causes du vieillissement sont multiples. Les mécanismes de vieillissement se produisent pendant les phases d’usage de la batterie (vieillissement dit en cyclage) ainsi qu’en raison du passage du temps, que ce soit en phase d’usage ou en phase de repos (vieillissement dit calendaire). Le vieillissement en cyclage est influencé par de nombreux paramètres, tels que la température, la variation de l’état de charge de la batterie, la forme de courant appliquée, etc. Le vieillissement en cyclage dépend fortement de l’usage. Le vieillissement calendaire dépend essentiellement de la température et de l’état de charge. Dans le cadre de l’étude du vieillissement de batteries, il est connu de leur appliquer des profils temporels déterminés de charge et décharge, les profils comportant éventuellement des phases à courant nul. La forme des profils de charge et décharge appliqués dépend notamment de l’utilisation de la batterie que l’on veut étudier. Les paramètres de charge et de décharge ainsi que les données mesurées lors de ces phases de tests constituent un profil de sollicitation pouvant être utilisé en entrée d’un modèle de vieillissement de batterie. Un profil de sollicitation configuré pour être utilisé par un modèle de vieillissement peut notamment comprendre l’état de charge du dispositif (SOC, en anglais « state of charge »), sa température T, l’intensité I du courant consommé ou produit par le dispositif et la profondeur de décharge (DOD, en anglais « depth of discharge »). Le profil obtenu peut servir au suivi régulier du vieillissement d’une batterie à partir de données d’exploitation. Dans ce cas, le profil est régulièrement mis à jour. Le profil obtenu peut également être utilisé dans un modèle de vieillissement afin de simuler le vieillissement des batteries sur des intervalles de temps longs. La simulation du vieillissement permet d’extrapoler les sollicitations des batteries testées sur plusieurs années et de prédire une évolution des paramètres de la batterie. Plusieurs modèles de vieillissement existent, par exemple tels que décrits dans les publications suivantes : « Lithium Battery Aging Model Based on Dakin’s Degradation Approach », Baghdadi, Issam, Olivier Briat, Jean-Yves Delétage, Philippe Gyan, et Jean-Michel Vinassa. Journal of Power Sources 325 (septembre 2016) : 273 85 ; « Calendar and Cycling Ageing Combination of Batteries in Electric Vehicles », Redondo-Iglesias, Eduardo, Pascal Venet, et Serge Pelissier. Microelectronics Reliability 88 90 (septembre 2018) : 1212 15; « Main Aging Mechanisms in Li Ion Batteries », Broussely, M., Ph. Biensan, F. Bonhomme, Ph. Blanchard, S. Herreyre, K. Nechev, et R.J. Staniewicz. Journal of Power Sources 146, no 1 2 (août 2005): 90 96. Les simulations de vieillissement sont sources de nombreux calculs et requièrent donc des puissances de calcul relativement élevées. En effet, les calculs se font typiquement par itérations successives pour chaque pas de temps du profil d’entrée. Les profils d’entrée comportent une quantité significative de données car ce sont typiquement des séries temporelles comportant une quantité de données proportionnelle à la durée des profils. Le stockage d’un nombre important de profils d’entrée peut ainsi nécessiter une mémoire de grande capacité. Il existe donc un besoin pour minimiser les temps de calcul des simulations de vieillissement de batteries et les ressources nécessaires, notamment en termes de puissance de calcul et de quantité de mémoire requise. Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin. Pour ce faire, l’invention concerne selon un de ses aspects un procédé mis en œuvre par ordinateur pour générer à partir d’un profil initial de sollicitation d’une batterie un profil allégé, le profil initial comportant une pluralité d’entrées renseignant sur l’évolution temporelle d’une pluralité de paramètres de la batterie, le procédé comprenant les étapes consistant à : affecter à chaque valeur de chaque paramètre du profil initial une classe correspondant à un intervalle de valeurs possibles dudit paramètre ; grouper chaque ensemble formé d’entrées ayant les mêmes combinaisons de classes de paramètres en une entrée unique et déterminer, pour chaque entrée du profil obtenu, une durée correspondant à la somme des durées des entrées groupées ; redéfinir les valeurs des paramètres de chaque entrée, une valeur de paramètre étant redéfinie pour être égale à une valeur caractéristique de la classe correspondant à ladite valeur de paramètre ; créer le profil allégé en prenant pour chaque entrée du profil allégé les valeurs des paramètres du profil obtenu à l’étape (c) ainsi qu’un temps cumulé, le temps cumulé de la première entrée étant initialisé à une valeur de référence et le temps cumulé de chaque entrée suivante étant déterminé par la somme de la durée correspondant à l’entrée précédant ladite entrée suivante et du temps cumulé de l’entrée précédant ladite entrée suivante. Par « mis en œuvre par ordinateur » il faut comprendre que les calculs sont effectués par tout système informatique disposant d’un processeur adapté, par exemple un micro-ordinateur, un microcontrôleur, un FPGA, un circuit électronique spécialisé, etc… Par « état de charge » ou « SOC », on entend dans le cadre de l’invention le niveau de charge d’une batterie en fonction de sa capacité. L’état de charge est exprimé en pourcentage pour des conditions nominales de charge et décharge déterminées. Un état de charge de 0% indique que la batterie est vide et un état de charge de 100% indique que la batterie est pleine. Dans certains cas, les conditions d’utilisation permettent de recharger ou décharger plus profondément la batterie. La valeur de l’état de charge peut donc dépasser 100% ou être inférieure à 0%. Par « profondeur de décharge » ou « DOD », on entend dans le cadre de l’invention une valeur représentant l’évolution continue du SOC au cours d’un même cycle de charge ou de décharge. Le procédé selon l’invention permet l’obtention de profils allégés de taille réduite par rapport aux profils de sollicitation d’origine. Ces profils allégés peuvent être utilisés pour mettre en œuvre des simulations de vieillissement significativement plus rapidement qu’avec les profils d’origine. Leur taille réduite signifie également que le stockage d’un nombre important de profils est facilité. Cela est notamment important dans le cas d’applications embarquées pour lesquelles les capacités de calcul et/ou de stockage sont limitées, comme pour le suivi de l’état d’une batterie par un système de gestion de batterie BMS (« Battery Management System » en anglais) ou un système de gestion d’énergie EMS (« Energy Management System »). Cela est également avantageux pour des applications de suivi de vieillissement d’installations industrielles de stockage stationnaire d’énergie par batteries. L’invention permet donc de réduire la taille des données stockées pour des suivis de vieillissement de batteries et de permettre des études de vieillissement rapides avec des capacités de calcul limitées. Le procédé selon l’invention peut encore comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes : la valeur caractéristique d’une classe pour un paramètre donné est choisie parmi une borne inférieure de la classe, une borne supérieure de la classe, une moyenne de la borne inférieure et de la borne supérieure de la classe ou est déterminée à partir des valeurs dudit paramètre donné comprises dans ladite classe ; le procédé comprend entre l’étape (c) et l’étape (d) une étape (c1) consistant à créer une matrice de distribution temporelle en enregistrant la durée de chaque entrée en fonction des classes de chaque paramètre de ladite entrée ; les paramètres comprennent au moins un paramètre cumulatif, le procédé comprenant entre l’étape (a) et l’étape (b) une étape (a1) consistant à rééchantillonner le profil en cas de variation d’une classe de paramètre cumulatif supérieure à un seuil donné entre deux entrées consécutives ; les paramètres comprennent une intensité consommée ou produite par la batterie, le procédé comprenant en outre : avant l’étape (b), une étape (a2) consistant à calculer, pour chaque entrée, une valeur de quantité de charge transitée définie par la valeur de l’intensité de ladite entrée multipliée par la durée de ladite entrée ; entre les étapes (b) et (c), une étape (b1) consistant à déterminer, pour chaque entrée du profil obtenu suite à l’étape de groupement, la valeur de quantité de charge transitée correspondante ; le procédé comprend en outre entre les étapes (c) et (d), une étape (c2) consistant à créer une matrice de distribution de quantité de charge transitée en enregistrant la valeur de quantité de charge transitée de chaque entrée en fonction des classes de chaque paramètre ; on calcule au cours de l’étape (c) une intensité moyenne pour chaque entrée à partir de la quantité de charge transitée et de la durée de ladite entrée ; les paramètres comprennent un état de charge de la batterie, une température de la batterie et une profondeur de décharge de la batterie ; les entrées du profil obtenu à l’étape (b) sont ordonnées en parcourant en premier lieu les classes d’état de charge ; les paramètres comprennent une intensité consommée ou produite par la batterie, les entrées du profil obtenu à l’étape (b) étant ordonnées en parcourant en second lieu les classes de température, puis les classes d’intensité, puis les classes de profondeur de décharge de la batterie ; le procédé comporte avant l’étape (a) une étape (a0) consistant à générer le profil de sollicitation initial, notamment par suivi des paramètres de la batterie lors d’une application industrielle ou lors d’un test comprenant des étapes de vieillissement en cyclage et de vieillissement calendaire ; les étapes (a) et (b) sont appliquées à une pluralité de profils initiaux de sollicitation et les étapes (c) et (d) sont appliquées en une fois aux entrées uniques du profil obtenu suite à l’étape (b). L’invention concerne également un procédé de simulation de vieillissement d’une batterie, dans lequel on génère une information relative à une prédiction du vieillissement de la batterie à partir d’un profil allégé obtenu par la mise en œuvre du procédé pour générer un profil allégé selon l’invention. L’invention concerne enfin un produit programme d’ordinateur comportant un support informatique et, enregistrées sur ce support, des instructions lisibles par un processeur amenant ce dernier, lorsqu’exécutées, mettre en œuvre le procédé pour générer un profil allégé selon l’invention pour obtenir un profil allégé. La illustre un procédé de génération d’un profil allégé selon l’invention. La est un graphique comparant des valeurs d’état de santé d’une batterie obtenues à partir d’un profil de sollicitation initial et d’un profil allégé obtenu par le procédé selon l’invention. La est une vue de détail de la . Procédé mis en œuvre par ordinateur pour générer à partir d’un profil initial de sollicitation d’une batterie un profil allégé, le profil initial comportant une pluralité d’entrées renseignant sur l’évolution temporelle d’une pluralité de paramètres de la batterie, le procédé comprenant les étapes consistant à : affecter à chaque valeur de chaque paramètre du profil initial une classe correspondant à un intervalle de valeurs possibles dudit paramètre ; grouper chaque ensemble formé d’entrées ayant les mêmes combinaisons de classes de paramètres en une entrée unique et déterminer, pour chaque entrée du profil obtenu, une durée correspondant à la somme des durées des entrées groupées ; redéfinir les valeurs des paramètres de chaque entrée, une valeur de paramètre étant redéfinie pour être égale à une valeur caractéristique de la classe correspondant à ladite valeur de paramètre ; créer le profil allégé en prenant pour chaque entrée du profil allégé les valeurs des paramètres du profil obtenu à l’étape (c) ainsi qu’un temps cumulé, le temps cumulé de la première entrée étant initialisé à une valeur de référence et le temps cumulé de chaque entrée suivante étant déterminé par la somme de la durée correspondant à l’entrée précédant ladite entrée suivante et du temps cumulé de l’entrée précédant ladite entrée suivante. Procédé selon la revendication précédente, la valeur caractéristique d’une classe pour un paramètre donné étant choisie parmi une borne inférieure de la classe, une borne supérieure de la classe, une moyenne de la borne inférieure et de la borne supérieure de la classe ou étant déterminée à partir des valeurs dudit paramètre donné comprises dans ladite classe. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant entre l’étape (c) et l’étape (d) une étape (c1) consistant à créer une matrice de distribution temporelle en enregistrant la durée de chaque entrée en fonction des classes de chaque paramètre de ladite entrée. Procédé selon l’une des revendications précédentes, les paramètres comprenant au moins un paramètre cumulatif, le procédé comprenant entre l’étape (a) et l’étape (b) une étape (a1) consistant à rééchantillonner le profil en cas de variation d’une classe de paramètre cumulatif supérieure à un seuil donné entre deux entrées consécutives. Procédé selon une des revendications précédentes, les paramètres comprenant une intensité consommée ou produite par la batterie, le procédé comprenant en outre : avant l’étape (b), une étape (a2) consistant à calculer, pour chaque entrée, une valeur de quantité de charge transitée définie par la valeur de l’intensité de ladite entrée multipliée par la durée de ladite entrée ; entre les étapes (b) et (c), une étape (b1) consistant à déterminer, pour chaque entrée du profil obtenu suite à l’étape de groupement, la valeur de quantité de charge transitée correspondante. Procédé selon la revendication précédente, comprenant en outre entre les étapes (c) et (d), une étape (c2) consistant à créer une matrice de distribution de quantité de charge transitée en enregistrant la valeur de quantité de charge transitée de chaque entrée en fonction des classes de chaque paramètre. Procédé selon l’une des revendications 5 ou 6, dans lequel on calcule au cours de l’étape (c) une intensité moyenne pour chaque entrée à partir de la quantité de charge transitée et de la durée de ladite entrée. Procédé selon l’une des revendications précédentes, les paramètres comprenant un état de charge de la batterie, une température de la batterie et une profondeur de décharge de la batterie. Procédé selon la revendication 8, les entrées du profil obtenu à l’étape (b) étant ordonnées en parcourant en premier lieu les classes d’état de charge. Procédé selon la revendication 9, les paramètres comprenant une intensité consommée ou produite par la batterie, les entrées du profil obtenu à l’étape (b) étant ordonnées en parcourant en second lieu les classes de température, puis les classes d’intensité, puis les classes de profondeur de décharge de la batterie. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comportant avant l’étape (a) une étape (a0) consistant à générer le profil de sollicitation initial, notamment par suivi des paramètres de la batterie lors d’une application industrielle ou lors d’un test comprenant des étapes de vieillissement en cyclage et de vieillissement calendaire. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les étapes (a) et (b) sont appliquées à une pluralité de profils initiaux de sollicitation et les étapes (c) et (d) sont appliquées en une fois aux entrées uniques du profil obtenu suite à l’étape (b). Procédé de simulation de vieillissement d’une batterie, dans lequel on génère une information relative à une prédiction du vieillissement de la batterie à partir d’un profil allégé obtenu par la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12. Produit programme d’ordinateur comportant un support informatique et, enregistrées sur ce support, des instructions lisibles par un processeur amenant ce dernier, lorsqu’exécutées, mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 12 pour obtenir un profil allégé.