Brevet FR3156539A1 — publié le 20250613

L’invention concerne un procédé d’estimation d’un état de santé lié à la résistance de cellules électrochimiques d’une batterie d’accumulateurs (6) équipant un véhicule automobile (1) et configurée pour alimenter un onduleur (5) d’une machine électrique du véhicule automobile, ledit onduleur étant piloté, dans un repère de Park lié à un rotor de la machine électrique, par un courant statorique direct, un courant statorique quadratique, et un courant rotorique, le procédé comprenant : - une étape de génération, par la batterie d’accumulateur, d’un échelon de courant statorique direct, - une étape de détermination d’une valeur de résistance interne, - une étape d’estimation d’une valeur représentative de l’état de santé en fonction de la valeur de résistance interne déterminée, L’invention concerne en outre un véhicule automobile configuré pour mettre en œuvre ce procédé. Figure pour l’abrégé : Fig.1 Procédé d’estimation de l’état de santé d’une batterie et véhicule adapté à la mise en œuvre de ce procédé Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale les batteries d’accumulateurs, notamment les batteries d’accumulateurs équipant les véhicules automobiles, par exemple les véhicules électriques ou hybrides. L’invention concerne en particulier un procédé d’estimation de l’état de santé lié à la résistance de cellules électrochimiques d’une batterie d’accumulateurs équipant un véhicule automobile. Etat de la technique Le vieillissement des cellules électrochimiques d’une batterie d’accumulateurs équipant les véhicules automobiles électriques ou hybrides se manifeste notamment par une perte de capacité de charge et de puissance. Il affecte sensiblement les performances globales de la batterie d’accumulateurs, et donc du véhicule qui en est équipé. Par exemple, le vieillissement d’une cellule électrochimique engendre une augmentation de sa résistance interne, qui contribue à la perte de puissance. L’augmentation de cette résistance interne peut être caractérisée par un paramètre appelé « état de santé lié à la résistance », communément abrégé SOHR (pour « State Of Health Resistance », en langue anglaise). L’état de santé lié à la résistance est exprimé en pourcentage d’augmentation de la résistance des cellules électrochimiques par rapport à la résistance initiale des cellules (dite « en début de vie »). Ainsi, le SOHR sera égal à 100% au début de la vie des cellules, et augmentera au fur et à mesure du vieillissement des cellules (par exemple, il sera égal à 130% au bout de cinq ans). Il existe différentes méthodes pour estimer le l’état de santé lié à la résistance. Certaines sont fondées sur une estimation a priori de l’évolution électrochimique de la batterie qui prend notamment en compte des modèles préétablis de durabilités, le temps passé par la batterie aux différents états de charge et à différentes températures. Ces méthodes présentent l’inconvénient de ne pas permettre une détection des phénomènes anormaux qui apparaissent avec le vieillissement de la batterie, tels qu‘un court-circuit interne. D’autres méthodes reposent sur la spectroscopie à impédance électrochimique (EIS, pour « Electrochemical Impedance Spectroscopy », en langue anglaise). Ces méthodes présentent l’inconvénient de devoir être réalisées hors du fonctionnement du véhicule (en garage ou laboratoire), éventuellement avec dépose de la batterie d’accumulateurs, et ne permettent donc pas un fonctionnement embarqué. D’une façon générale, les méthodes d’estimation du SOHR existantes manquent de précision. Elles ne tiennent pas compte de facteurs comme les vitesses de charge ou le type de conduite du véhicule, ni des différents gradients de température au sein de la batterie. Présentation de l'invention Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose une méthode d’estimation du SOHR précise et permettant une mise en œuvre embarquée dans le véhicule. Plus particulièrement, on propose selon l’invention un procédé d’estimation d’un état de santé lié à la résistance de cellules électrochimiques d’une batterie d’accumulateurs configurée pour alimenter un onduleur d’une machine électrique, ledit onduleur étant piloté, dans un repère de Park lié à un rotor de la machine électrique, par un courant statorique direct, un courant statorique quadratique, et un courant rotorique, le procédé comprenant : - une étape de génération, par la batterie d’accumulateurs, d’un échelon de courant alimentant ledit onduleur, - une étape de détermination, pour au moins une cellule électrochimique de la batterie d’accumulateurs, d’une valeur de résistance interne de la cellule électrochimique à partir d’une tension mesurée aux bornes de la cellule électrochimique et de la valeur de l’échelon de courant, - une étape d’estimation, pour ladite au moins une cellule électrochimique, de l’état de santé en fonction de la valeur de résistance interne déterminée, l’échelon de courant étant généré à partir du courant statorique direct, alors que le courant statorique quadratique est nul. La génération de l’échelon de courant à partir du courant statorique direct permet avantageusement de mettre en œuvre le procédé de manière embarquée dans le véhicule. On s’affranchit donc d’opérations de maintenance fastidieuses, comme une dépose de la batterie. Cela permet en outre de réaliser un plus grand nombre de mesures et donc d’obtenir une estimation plus précise de l’état de santé lié à la résistance. En outre, la réalisation de l’échelon de tension alors que le courant statorique quadratique est nul présente l’avantage de ne créer aucun couple moteur. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - l’échelon de courant présente une amplitude minimale de 10 ampères. - le procédé est mis en œuvre automatiquement par un système de commande du véhicule automobile électrique alors que le véhicule est à l’arrêt. - la batterie d’accumulateur équipe un véhicule automobile comportant ladite machine électrique, le procédé est mis en œuvre à la détection d’une activation d’un mode stationnement du véhicule automobile électrique ou à la détection d’une requête de démarrage du véhicule automobile. - préalablement à la génération de l’échelon de courant, le procédé comporte une étape de détermination d’un état de charge, l’étape d’estimation de l’état de santé étant mis en œuvre uniquement pour un état de charge compris dans une plage de valeurs acceptables prédéterminée. - la plage de valeurs acceptables prédéterminée pour l’état de charge comporte toute valeur d’état de charge supérieure ou égale à 25 % de l’état de charge maximal. - le procédé comporte une étape d’enregistrement, dans une mémoire informatique, de la valeur déterminée de résistance interne, l’étape d’estimation de l’état de santé lié à la résistance étant fonction de ladite valeur déterminée enregistrée dans la mémoire informatique ainsi que d’au moins une autre valeur déterminée enregistrée dans la mémoire informatique lors d’une itération antérieure du procédé. - l’étape de détermination de l’état de santé lié à la résistance comporte l’établissement d’une moyenne des valeurs déterminées de la résistance interne enregistrées dans la mémoire informatique. - la batterie d’accumulateur équipe un véhicule automobile comportant ladite machine électrique le véhicule automobile est équipé d’une pluralité de calculateurs, dont un premier calculateur configuré pour commander et superviser l’onduleur, un deuxième calculateur est configuré pour commander et superviser la batterie, l’étape de génération de l’échelon de courant étant mise en œuvre par le premier calculateur à la réception d’un signal de commande du deuxième calculateur, l’étape de calcul de la résistance interne et l’étape d’estimation de l’état de santé lié à la résistance étant mises en œuvre par le deuxième calculateur. L’invention propose également un véhicule automobile électrique ou hybride équipé d’une batterie d’accumulateurs et comportant un système de commande configurée pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Description détaillée de l'invention La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : FIG. 1 est une vue schématique d’une architecture d’un véhicule automobile selon l’invention ; FIG. 2 illustre un mode de mise en œuvre du procédé selon l’invention ; FIG. 3 représente, sur un premier graphique, la génération d’un échelon de courant par la batterie d’accumulateur du véhicule automobile selon l’invention et, sur un second graphique, la réponse en tension de cette batterie. Le procédé selon l’invention vise à l’estimation d’un état de santé lié à la résistance de cellules électrochimiques d’une batterie d’accumulateurs d’un véhicule automobile électrique ou hybride. Un tel véhicule automobile, désigné par la référence générale 1 sur la FIG. 1 , peut être de tout type (voiture, camion, bus, navire, avion…). Il comporte un groupe motopropulseur 3 et un système de commande 2 de ce groupe motopropulseur 3. Le groupe motopropulseur 3 comporte notamment une machine électrique 4, un onduleur 5 et une batterie d’accumulateurs 6. L’onduleur 5 est configuré pour transformer et transmettre le courant électrique fourni par la batterie d’accumulateurs 6 à la machine électrique 4. On notera que le groupe motopropulseur 3 pourrait éventuellement comporter un moteur à combustion interne et/ou une autre machine électrique. La machine électrique 4 peut être de tout type (à flux axial ou radial, à rotor bobiné ou à aimants permanents…). Elle comporte quoi qu’il en soit au moins un stator monté fixe sur le châssis du véhicule automobile, et un rotor adapté à tourner par rapport au stator autour d’un axe de rotation. Dans cet exemple, le système de commande 2 comporte plusieurs calculateurs classiquement présents dans les véhicules automobiles ou hybride, mais qui sont ici configurés pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention. Chaque calculateur comporte un processeur et une mémoire informatique, ainsi que des interfaces de communication, par exemple connectées à un réseau de conversion analogie/numérique (CAN) du véhicule automobile 1. Un premier calculateur 7 (couramment désigné sous le terme anglo-saxon HEVC, pour « Hybrid and Electric Vehicle Controller ») est configuré pour superviser le groupe motopropulseur 3. Un deuxième calculateur 8 (couramment désigné sous le terme anglo-saxon « Inverter Electronic Control Unit », ou « Inverter ECU ») est configuré pour commander et superviser l’onduleur 5. Un troisième calculateur 9 (couramment désigné sous l’acronyme anglo-saxon BMS, pour « Battery Management System») est configuré pour commander et superviser la batterie d’accumulateur 6. Un quatrième calculateur 10 (couramment désigné sous l’acronyme anglo-saxon BCM, pour « Body Control Module ») est configuré pour commander et superviser les systèmes (non représentés) associés à la carrosserie du véhicule 1 ou, plus généralement, les systèmes qui ne concernent pas directement le groupe motopropulseur (vitres électriques, alarmes, commande des rétroviseurs, verrouillage des portes…). Le pilotage de la machine électrique 4 est ici considéré dans un repère de Park d’axes d, q. La transformée de Park permet de modéliser le système triphasé de la machine électrique 4, classiquement présenté dans un repère fixe lié au stator, par un système diphasé dans un repère tournant lié au rotor. Ainsi, la commande du stator n’est pas présentée comme un triplet de courants alternatifs déphasés de 120°, mais comme un couple de courants continus. Un premier courant statorique, ou courant statorique direct Id, correspond au courant statorique projeté sur l’axe direct du rotor (classiquement appelé « axe d ») qui est parallèle à la bobine du rotor. Un deuxième courant statorique, ou courant statorique quadratique Iq, correspond au courant statorique projeté sur l’axe en quadrature du rotor (classiquement appelé « axe q ») qui est perpendiculaire à la bobine du rotor. La commande du rotor est présentée par un unique courant rotorique If. Dans ce repère de Park, le couple Ce appliqué au rotor est donné par l’équation suivante : Avec Ld et Lq les inductances statoriques sur les axes d et q du repère de Park (non égales dans une machine à pôles saillants), Mf l’inductance mutuelle entre le rotor et le stator et p le nombre de paires de pôles du stator. Comme l’illustre la FIG. 2 , le véhicule automobile 1 équipé du système de commande 2 est particulièrement adapté à la mise en œuvre du procédé selon l’invention. Selon l’exemple illustré, une étape initiale E1 du procédé comporte une détection, ici par le premier calculateur 7, d’une fin de mission du véhicule. Par « mission du véhicule », on entend ici un trajet effectué par le véhicule automobile ou, autrement dit, une période de roulage. Par exemple, la fin de mission correspond à l’activation d’un mode stationnement du véhicule automobile. Le moteur du véhicule automobile (ou, le cas échéant, les moteurs) est donc éteint. A la détection de la fin de mission, le premier calculateur 7 envoie un signal commande au troisième calculateur 9. Lors d’une deuxième étape E2, à la réception du signal de commande, le troisième calculateur 9 évalue l’état de charge de la batterie d’accumulateurs 6. En effet, les inventeurs ont observé que lorsque la batterie d’accumulateurs 6 présente un faible état de charge (SOC, de l’anglais « State Of Charge »), par exemple un état de charge inférieur à 25% de la charge maximale, alors la résistance interne DCR des cellules électrochimiques varie très fortement avec l’état de charge. Ainsi, la mise en œuvre du procédé peut être inhibée lorsque l’état de charge est inférieur au seuil prédéterminé (en d’autres termes, une valeur d’état de charge au moins égal au seuil prédéterminé est une condition nécessaire à la mise en œuvre du procédé dans son ensemble). Si les conditions sont favorables à la poursuite du procédé, par exemple si l’état de charge est supérieur à un seuil de charge prédéterminé, alors le procédé se poursuit par une troisième étape E3 qui comporte un envoi, par le deuxième calculateur 8, d’une requête d’estimation du SOHR au troisième calculateur 9. Lors d’une quatrième étape E4, en réponse à la requête d’estimation, le troisième calculateur 9 commande une génération, par la batterie d’accumulateurs 6, d’un échelon de courant alimentant ledit onduleur, ici un échelon de courant statorique direct Id. Puisque le véhicule 1 est à l’arrêt, le courant statorique quadratique Iq est nul ; le couple Ce appliqué au rotor reste donc nul quel que soit la valeur du courant statorique direct Id. Ici, le courant rotorique If est nul également. L’amplitude de l’échelon de courant est par exemple choisie de façon à respecter un compromis entre un échelon de grande amplitude, qui permettrait une grande précision, et un échelon de plus faible amplitude, qui permettrait de réduire la consommation de courant. Ce compromis tient notamment compte de courant maximal d’utilisation de cellules électrochimiques, qui varie selon la configuration du véhicule automobile et les applications envisagées. L’échelon de courant présente une amplitude d’au moins 10 ampères en valeur absolue et de préférence inférieure ou égale à 30 ampères en valeur absolue, et une durée d’au moins 500 millisecondes. Par exemple, comme l’illustre le graphique supérieur de la FIG. 3 , l’échelon de courant a une valeur de -30 ampères et une durée de 30 secondes. L’échelon de courant est utilisé afin de déterminer la résistance interne, ou résistance en courant continu (DCR, pour «Direct Current Resistance », selon la dénomination anglo-saxonne) de chaque cellule électrochimique de la batterie d’accumulateurs, à partir de la tension aux bornes de la cellule électrochimique durant l’échelon de courant Id, qui est ici illustrée sur le graphique inférieure de la FIG. 3 . On observe une chute de tension d’environ 0,3 volt durant l’échelon de courant. Une cinquième étape E5 comporte une détection et une acquisition, par le troisième calculateur 9, de l’échelon de courant Id et des tensions aux bornes de chacune des cellules électrochimiques. Par exemple, l’acquisition de la tension est réalisée après une durée égale à une fraction de la durée de l’échelon, par exemple 25%, ou après une durée sensiblement égale à la durée de l’échelon de tension. Le troisième calculateur 9 calcul ensuite (étape E6) les résistances internes DCR respectif des cellules. Ici, la résistance interne DCR d’une quelconque cellule électrochimique i de la batterie d’accumulateurs est donnée par la formule suivante Avec ΔV(i) la variation de tension aux bornes de cette cellule pendant la durée de l’échelon et ΔI l’amplitude de l’échelon de courant Id. Les états de santé liés à la résistance sont ensuite estimés (étape E7) en fonction des résistances internes DCRi calculées et d’une valeur prédéterminée de DCR, dite valeur « en début de vie », ou DCRbol (« Beginning Of Life », en langue anglaise), selon la formule suivante Les valeurs de résistance interne DCR et d’état de santé lié à la résistance SOHR sont par exemples mémorisée, lors d’une huitième étape E8, dans une mémoire informatique du système de commande 2 du véhicule automobile 1. Lors d’une dernière étape E9, le troisième calculateur 9 calcule un état de santé lié à la résistance SOHR global de la batterie d’accumulateurs 6 à partir des valeurs d’état de santé lié à la résistance SOHR enregistrées dans la mémoire informatique, par exemple par des opérations de moyennage. En variante, la dernière étape E9 n’est mise en œuvre que si le nombre de valeurs enregistrées dans la mémoire informatique est suffisant pour calculer l’état de santé lié à la résistance SOHR global. Par exemple, un nombre prédéterminé peut être défini, qui correspond à un nombre de mise en œuvre préalable du procédé. Grâce au procédé décrit ci-avant, en particulier grâce à sa mise en œuvre à chaque fin de mission, on dispose d’un nombre de mesures important permettant d’améliorer la précision de l’estimation de l’état de santé lié à la résistance, l’état de santé SOHR de chaque cellule et celui de la batterie pouvant être mis à jour en fonction des nouvelles mesures. La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté ci-avant en lien avec les figures 1 à 3, et l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention. Par exemple, il a été décrit une mise en œuvre du procédé à la fin du période de roulage du véhicule automobile (fin de mission). Selon une variante, le procédé peut être mis en œuvre après une période d’arrêt du véhicule, par exemple au démarrage du véhicule automobile ou à la détection du déverrouillage des portières du véhicule automobile. Dans ce cas, afin de ne pas retarder le démarrage du véhicule, la durée de l’échelon de courant peut être choisie plus courte, par exemple égale à 500 millisecondes. Il a été décrit une mise en œuvre du procédé conditionnée à un état de charge de la batterie supérieure à un seuil prédéterminé. En variante, il est possible que le procédé soit mis en œuvre quel que soit l’état de charge de la batterie, mais que les valeurs mesurées alors que l’état de charge de la batterie est inférieur au seuil prédéterminé ne soient pas enregistrées dans la mémoire informatique Selon une variante, le procédé selon l’invention est mis en œuvre à l’expiration d’un délai prédéterminée après une période d’arrêt du véhicule automobile. Dans le cas d’un arrêt du véhicule, le système de commande 9, à l’exception du quatrième calculateur 10, est mis hors-tension. Le quatrième calculateur 10 est alors configuré pour réveiller le système de commande à l’expiration du délai prédéterminée afin de lancer la mise en œuvre du procédé. L’étape initiale E1 comporte donc dans ce cas l’envoi par le quatrième calculateur 10 d’un signal de réveil, ou de mise sous tension, au premier calculateur 7, qui lui-même commandera la mise sous tension des autres calculateurs 8, 9 du véhicule automobile 1. Les inventeurs ont observé que la valeur de résistance interne DCR augmente avec la diminution de la température de la batterie. Ainsi, selon un mode de mise en œuvre, les valeurs de résistance interne DCR mesurée sont regroupées, au moment de leur enregistrement dans la mémoire informatique, en fonction de la température de la batterie, par exemple regroupée par plages de température prédéterminées (par exemple des plages de trois degrés). L’estimation de l’état de santé lié à la résistance SOHR peut alors être réalisée distinctement pour chaque température ou chaque plage de températures. Procédé d’estimation d’un état de santé (SOHR) lié à la résistance de cellules électrochimiques d’une batterie d’accumulateurs (6) configurée pour alimenter un onduleur (5) d’une machine électrique (4), ledit onduleur (5) étant piloté, dans un repère de Park lié à un rotor de la machine électrique, par un courant statorique direct (Id), un courant statorique quadratique (Iq), et un courant rotorique (If), le procédé comprenant : - une étape de génération, par la batterie d’accumulateurs (6), d’un échelon de courant alimentant ledit onduleur (5), - une étape de détermination, pour au moins une cellule électrochimique de la batterie d’accumulateurs (6), d’une valeur de résistance interne (DCR) de la cellule électrochimique à partir d’une tension mesurée aux bornes de la cellule électrochimique et de la valeur de l’échelon de courant, - une étape d’estimation, pour ladite au moins une cellule électrochimique, d’une valeur représentative de l’état de santé (SOHR) en fonction de la valeur de résistance interne (DCR) déterminée, caractérisé en ce que l’échelon de courant est généré à partir du courant statorique direct (Id), alors que le courant statorique quadratique (Iq) est nul. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’échelon de courant présente une amplitude minimale de 10 ampères. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la batterie d’accumulateur (6) équipe un véhicule automobile (1) comportant ladite machine électrique (4), le procédé étant mis en œuvre automatiquement par un système de commande (2) du véhicule automobile (1) alors que le véhicule automobile (1) est à l’arrêt. Procédé selon la revendication 3, lequel est mis en œuvre à la détection d’une activation d’un mode stationnement du véhicule automobile électrique ou à la détection d’une requête de démarrage du véhicule automobile. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comportant, préalablement à la génération de l’échelon de courant, une étape (E2) de détermination d’un état de charge de la batterie d’accumulateurs (6), l’étape d’estimation de l’état de santé (SOHR) étant mis en œuvre uniquement pour un état de charge compris dans une plage de valeurs acceptables prédéterminée. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la plage de valeurs acceptables prédéterminée pour l’état de charge comporte toute valeur d’état de charge supérieure ou égale à 25 % de l’état de charge maximal. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comportant une étape d’enregistrement, dans une mémoire informatique, de la valeur déterminée de résistance interne (DCR), l’étape d’estimation de l’état de santé lié à la résistance étant fonction de ladite valeur déterminée enregistrée dans la mémoire informatique ainsi que d’au moins une autre valeur déterminée enregistrée dans la mémoire informatique lors d’une itération antérieure du procédé. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l’étape (E7) de détermination de l’état de santé (SOHR) comporte l’établissement d’une moyenne des valeurs déterminées de la résistance interne enregistrées dans la mémoire informatique. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la batterie d’accumulateur (6) équipe un véhicule automobile (1) comportant ladite machine électrique (4), le véhicule automobile (1) étant équipé d’une pluralité de calculateurs (7, 8, 9), dont un premier calculateur (8) configuré pour commander et superviser l’onduleur, et un deuxième calculateur (9) configuré pour commander et superviser la batterie, l’étape de génération de l’échelon de courant étant mise en œuvre par le premier calculateur (8) à la réception d’un signal de commande du deuxième calculateur (9), l’étape de calcul de la résistance interne et l’étape d’estimation du SOHR étant mises en œuvre par le deuxième calculateur (9). Véhicule automobile électrique ou hybride équipé d’une batterie d’accumulateurs (6) et comportant un système de commande (2) configurée pour mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.