Brevet FR3131381A1 — publié le 20230630

Procédé de détermination d’un indicateur de rendement d’un accumulateur électrique, comportant les étapes suivantes : – a) convertir un ensemble d’opérations de charge et de décharge en un ensemble équivalent de cycles reconstitués symétriques ; – b) sélectionner au moins un cycle reconstitué symétrique ; – c) pour une grandeur physique prédéterminée impliquant au moins le courant relatif à l’accumulateur électrique, et pour au moins un cycle reconstitué symétrique sélectionné : déterminer une première quantité de ladite grandeur physique prédéterminée qui est fournie à l’accumulateur électrique lors de l’opération de charge, et déterminer une deuxième quantité de ladite grandeur physique prédéterminée qui est fournie par l’accumulateur électrique lors de l’opération de décharge ; – d) déterminer l’intégrale par rapport au temps de ladite première quantité et de ladite deuxième quantité ; – e) déterminer un indicateur de rendement de l’accumulateur électrique en divisant l’intégrale de la deuxième quantité par l’intégrale de la première quantité. Figure pour l’abrégé : Fig.3 DÉTERMINATION DU RENDEMENT D’UN ACCUMULATEUR ÉLECTRIQUE PAR CONVERSION L’invention concerne le domaine des accumulateurs électriques, tels que les accumulateurs électrochimiques, et vise plus particulièrement les techniques permettant de déterminer un indicateur représentatif du rendement d’un accumulateur électrique. ART ANTÉRIEUR Pour la gestion d’un accumulateur électrique en général, et la gestion de ses cycles de charge et de décharge, il peut être avantageux, voire nécessaire, de disposer d’un indicateur représentatif du rendement de l’accumulateur électrique. Un indicateur couramment employé est un paramètre dénommé « rendement » (« Round Trip Efficiency », en anglais) qui est le rapport, à un instant donné de la vie de l’accumulateur, entre ce qui est restitué par l’accumulateur lors d’une phase de décharge et ce qui est apporté à l’accumulateur lors d’une phase de charge,. Les accumulateurs électriques sont généralement associés à un système de gestion de batterie (BMS pour « Battery Management System », en anglais) permettant le contrôle des cycles de charge et de décharge ainsi que de multiples opérations visant à allonger la durée de vie de l’accumulateur. Les systèmes de gestion de batterie actuels nécessitent un plus grand nombre de paramètres en entrée, avec des précisions plus fines, afin de procéder à des opérations avancées de gestion de batterie. Les techniques connues de détermination du rendement d'une cellule de batterie passent généralement par une mesure du rendement de chaque cellule de l’accumulateur électrique. Pour cela, chaque cellule est complètement déchargée puis complètement rechargée, ou complètement rechargée puis complètement déchargée. Lors de la recharge complète ou de décharge complète, la quantité de charges accumulée dans la cellule ou extraite de la cellule peut être mesurée par comptage coulométrique. Un inconvénient de ces techniques de détermination du rendement est qu'elles nécessitent la mise en œuvre d'une décharge complète de la cellule suivie d'une recharge complète, ou d'une recharge complète suivie d'une décharge complète, ce qui est relativement contraignant. Ces techniques ne sont ainsi pas applicables aux accumulateurs qui ne sont jamais complètement déchargés ni complètement chargés, et dont seuls des cycles de charge et de décharge partielle sont disponibles. Ces techniques sont aussi difficilement applicables au cas d’accumulateurs plus complexes, comportant de nombreuses cellules raccordées selon différents sous-ensembles, et pour lesquels les mesure à l’échelle de la cellule ne sont pas disponibles. L’invention a pour but d’améliorer les procédés de l’art antérieur, dans la détermination d’un indicateur de rendement d’un accumulateur électrique. À cet effet, l’invention vise un procédé de détermination d’un indicateur de rendement d’un accumulateur électrique, ce procédé comportant les étapes suivantes : – acquérir des mesures de paramètres représentatifs au moins du courant relatif à l’accumulateur électrique, et d’un indicateur d’état de charge de l’accumulateur électrique, cette acquisition étant réalisée sur une période de mesure comportant un ensemble d’opérations de charge et de décharge de l’accumulateur électrique ; et – a) convertir l’ensemble d’opérations de charge et de décharge de la période de mesure en un ensemble équivalent de cycles reconstitués symétriques, chaque cycle reconstitué symétrique comportant une opération de charge et une opération de décharge de même amplitude de l’indicateur d’état de charge (une même amplitude de charge ou de décharge) ; – b) sélectionner au moins un cycle reconstitué symétrique dont l’amplitude de l’indicateur d’état de charge est supérieure à une valeur prédéterminée ; – c) pour une grandeur physique prédéterminée impliquant au moins le courant relatif à l’accumulateur électrique, et pour au moins un cycle reconstitué symétrique sélectionné : déterminer une première quantité de ladite grandeur physique prédéterminée qui est fournie à l’accumulateur électrique lors de l’opération de charge, et déterminer une deuxième quantité de ladite grandeur physique prédéterminée qui est fournie par l’accumulateur électrique lors de l’opération de décharge ; – d) déterminer l’intégrale par rapport au temps de ladite première quantité et de ladite deuxième quantité ; – e) déterminer un indicateur de rendement de l’accumulateur électrique en divisant l’intégrale de la deuxième quantité par l’intégrale de la première quantité. Selon un autre objet, l’invention vise un système de gestion de batterie ou un système de gestion de l’énergie d’une centrale électrique, configuré pour mettre en œuvre le procédé décrit. Selon un autre objet, l’invention vise un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le système de gestion de batterie ou le système de gestion de l’énergie d’une centrale électrique à exécuter les étapes du procédé décrit. Le procédé selon l’invention détermine le rendement de l’accumulateur directement à partir des données disponibles et notamment des données disponibles dans un système de gestion de batteries classiques, quel que soit l’échelle à laquelle ces données sont produites. En effet, un accumulateur électrique peut être constitué d’une ou plusieurs cellules élémentaires, éventuellement reliées entre elles selon différents niveaux de complexité, de façon à obtenir un générateur électrique de tension et de capacité désirée. Notamment, un accumulateur électrique peut être : – une simple cellule élémentaire ; – un module fait d’un ensemble de ces cellules unitaires reliées ; – un rack constitué d’un ensemble de modules; – un conteneur constitué d’un ensemble de racks déconnectables ; – un ensemble de conteneurs formant une centrale de stockage. Quelle que soit l’échelle considérée pour un tel accumulateur électrique, le procédé selon l’invention détermine le rendement de l’accumulateur à son échelle, sans nécessiter de mesures au niveau des éventuels sous-ensembles composant l’accumulateur. Le procédé selon l’invention s’applique à tout accumulateur associé à des moyens électroniques permettant de réaliser les mesures de tension, de courant et/ou d’état de charge nécessaires. Les systèmes de gestion de batterie classiques sont généralement capables de fournir ces données. Le procédé selon l’invention ne requiert pas d’opération spécifique telle qu’une recharge complète ou une décharge complète. Aucune intrusion n’est nécessaire dans le fonctionnement de la batterie, la détermination du rendement étant réalisée avec les données classiquement disponibles, de manière totalement transparente sur les cycles de charge et de décharge. Une gestion fine de la charge de l’accumulateur, en charge ou en décharge, est permise par l’invention. Il est par exemple possible de déterminer avec une meilleure précision les moments où charge et décharge sont préférentiellement stoppées, au vu du rendement estimé de l’accumulateur à cet instant. Il est aussi possible de déterminer quelle est la charge à appliquer à l’accumulateur pour disposer d’une quantité d’énergie en sortie déterminée. Une telle gestion affinée de la charge et décharge de l’accumulateur contribue de manière significative à l’augmentation de la durée de vie des accumulateurs. Le procédé selon l’invention peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison : – dans l’étape a), la conversion en cycles reconstitués symétriques est réalisée en associant par paires les minima croissants et les maxima décroissants des opérations de charge et de décharge de la période de mesure ; – dans l’étape a), la conversion est réalisée par application de la méthode de comptage rainflow ; – ladite grandeur physique prédéterminée est le courant relatif à l’accumulateur électrique, l’intégrale de cette grandeur par rapport au temps étant une capacité, l’indicateur de rendement déterminé étant un indicateur de rendement faradique ; – ladite grandeur physique prédéterminée est la puissance relative à l’accumulateur électrique, l’intégrale de cette grandeur par rapport au temps étant une énergie, l’indicateur de rendement déterminé étant un indicateur de rendement énergétique ; – lors de l’étape b), une pluralité de cycles reconstitués symétriques sont sélectionnés, et à l’étape e), les indicateurs de rendement relatifs à tous les cycles reconstitués symétriques sélectionnés sont moyennés ; – à l’étape b), tous les cycles reconstitués symétriques dont l’amplitude de l’indicateur d’état de charge est supérieure à ladite valeur prédéterminée, de l’ensemble de la période de mesure, sont sélectionnés ; – après l’étape d), l’intégrale par rapport au temps de ladite première quantité et de ladite deuxième quantité est rapportée à l’amplitude de l’indicateur d’état de charge, en divisant l’intégrale par l’amplitude de l’indicateur d’état de charge du cycle reconstitué symétrique sélectionné ; – après l’étape d), l’intégrale par rapport au temps de ladite première quantité et de ladite deuxième quantité est rapportée à un nombre de sous-ensembles déconnectables qui constituent l'accumulateur électrique, en multipliant l’intégrale par un facteur relatif au rapport entre les sous-ensembles connectés lors de l’opération de décharge du cycle reconstitué symétrique sélectionné, et les sous-ensembles connectés lors de l’opération de charge du cycle reconstitué symétrique sélectionné ; – à l’étape b), ladite valeur prédéterminée est égale à 10 % ; – lesdites mesures de paramètres représentatifs au moins du courant délivré par l’accumulateur électrique, et de l’indicateur d’état de charge de l’accumulateur électrique, sont réalisées par un système de gestion de batterie connecté à l’accumulateur électrique ; – ledit indicateur de l’état de charge de l’accumulateur électrique est : l’état de charge quand cette donnée est disponible et fiable ; la tension limitante dans le cas contraire. PRÉSENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels : – la illustre un exemple simplifié d’ensembles de cycles de charge et de décharge d’un accumulateur ; – la illustre un exemple de sélection de cycles en utilisant la tension limitante ; – la illustre un ensemble équivalent de cycles reconstitués symétriques de l’ensemble de cycles de la ; – la illustre un premier exemple réel d’ensembles de cycles de charge et de décharge d’un accumulateur ; – la illustre un deuxième exemple réel d’ensembles de cycles de charge et de décharge d’un accumulateur. Procédé de détermination d’un indicateur de rendement d’un accumulateur électrique, ce procédé comportant les étapes suivantes : – acquérir des mesures de paramètres représentatifs au moins du courant relatif à l’accumulateur électrique, et d’un indicateur d’état de charge de l’accumulateur électrique, cette acquisition étant réalisée sur une période de mesure (PM) comportant un ensemble d’opérations de charge et de décharge de l’accumulateur électrique ; ce procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : – a) convertir l’ensemble d’opérations de charge et de décharge de la période de mesure (PM) en un ensemble équivalent de cycles reconstitués symétriques, chaque cycle reconstitué symétrique comportant une opération de charge et une opération de décharge de même amplitude de l’indicateur d’état de charge ; – b) sélectionner au moins un cycle reconstitué symétrique dont l’amplitude de l’indicateur d’état de charge est supérieure à une valeur prédéterminée ; – c) pour une grandeur physique prédéterminée impliquant au moins le courant relatif à l’accumulateur électrique, et pour au moins un cycle reconstitué symétrique sélectionné : déterminer une première quantité de ladite grandeur physique prédéterminée qui est fournie à l’accumulateur électrique lors de l’opération de charge, et déterminer une deuxième quantité de ladite grandeur physique prédéterminée qui est fournie par l’accumulateur électrique lors de l’opération de décharge ; – d) déterminer l’intégrale par rapport au temps de ladite première quantité et de ladite deuxième quantité ; – e) déterminer un indicateur de rendement de l’accumulateur électrique en divisant l’intégrale de la deuxième quantité par l’intégrale de la première quantité. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans l’étape a), la conversion en cycles reconstitués symétriques est réalisée en associant par paires les minima croissants et les maxima décroissants des opérations de charge et de décharge de la période de mesure. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans l’étape a), la conversion est réalisée par application de la méthode de comptage rainflow. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite grandeur physique prédéterminée est le courant relatif à l’ accumulateur électrique, l’intégrale de cette grandeur par rapport au temps étant une capacité, l’indicateur de rendement déterminé étant un indicateur de rendement faradique. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite grandeur physique prédéterminée est la puissance relative à l’accumulateur électrique, l’intégrale de cette grandeur par rapport au temps étant une énergie, l’indicateur de rendement déterminé étant un indicateur de rendement énergétique. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de l’étape b), une pluralité de cycles reconstitués symétriques sont sélectionnés, et à l’étape e), les indicateurs de rendement relatifs à tous les cycles reconstitués symétriques sélectionnés sont moyennés. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, à l’étape b), tous les cycles reconstitués symétriques dont l’amplitude de l’indicateur d’état de charge est supérieure à ladite valeur prédéterminée, de l’ensemble de la période de mesure, sont sélectionnés. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, après l’étape d), l’intégrale par rapport au temps de ladite première quantité et de ladite deuxième quantité est rapportée à l’amplitude de l’indicateur d’état de charge, en divisant l’intégrale par l’amplitude de l’indicateur d’état de charge du cycle reconstitué symétrique sélectionné. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, après l’étape d), l’intégrale par rapport au temps de ladite première quantité et de ladite deuxième quantité est rapportée à un nombre de sous-ensembles déconnectables qui constituent l'accumulateur électrique, en multipliant l’intégrale par un facteur relatif au rapport entre les sous-ensembles connectés lors de l’opération de décharge du cycle reconstitué symétrique sélectionné, et les sous-ensembles connectés lors de l’opération de charge du cycle reconstitué symétrique sélectionné. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à l’étape b), ladite valeur prédéterminée est égale à 10 %. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites mesures de paramètres représentatifs au moins du courant délivré par l’accumulateur électrique, et de l’indicateur d’état de charge de l’accumulateur électrique, sont réalisées par un système de gestion de batterie connecté à l’accumulateur électrique. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit indicateur de l’état de charge de l’accumulateur électrique est : – l’état de charge (SOC) quand cette donnée est disponible et fiable ; – la tension limitante (U lim ) dans le cas contraire. Système de gestion de batterie ou système de gestion de l’énergie d’une centrale électrique, caractérisé en ce qu’il est configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 12. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le système de gestion de batterie ou le système de gestion de l’énergie d’une centrale électrique selon la revendication 13 à exécuter les étapes du procédé selon l’une des revendications 1 à 12.