INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Le procédé de détermination de l’état de santé de l’accumulateur prend place dans une fenêtre temporelle d’acquisition dénommée « période de mesure ». La illustre un exemple simple d’évolution de l’état de charge SOC de l’accumulateur électrique en fonction du temps t, sur la période de mesure PM. La période de mesure PM comporte un ensemble d’opérations de charge et de décharge de l’accumulateur, toutes les données évoquées de tension, courant, et état de charge de l’accumulateur, ayant été relevées durant cette période de mesure PM. La période de mesure PM peut être statique ou bien glissante, c’est-à-dire qu’elle s’actualise au fur et à mesure.
Une première étape du procédé consiste à convertir l’ensemble d’opérations de charge et de décharge qui ont lieu sur l’accumulateur durant la période de mesure PM en un ensemble équivalent de cycles. Un cycle comporte une opération de charge et une opération de décharge. Les cycles résultants de cette conversion sont dits « reconstitués » car ils sont issus d’une réorganisation, avec d’éventuelles approximations, de cycles réels de la .
Bien qu’il soit ici pris à titre d’exemple la reconstitution de cycles de charges/décharges, avec pour but principal d’identifier des cycles de décharge servant de base à l’analyse, toute autre méthode permettant d’identifier des opérations de décharge au sein d’une période de mesure est applicable à l’invention.
La illustre les principes sur lesquels se base une telle conversion. La étant relative à un exemple théorique de vie de l’accumulateur, très simplifié pour des fins didactiques, la illustre un exemple de l’ensemble équivalent de cycles reconstitués.
Dans cet exemple illustratif, l’accumulateur subit successivement (voir ) : – une opération de charge conduisant à une augmentation de l’état de charge selon une première pente (segment AB) puis selon une seconde pente (segment BC) ; – une opération de décharge conduisant à une diminution de l’état de charge suivant une première pente (segment CD) puis selon une deuxième pente (segment DE) ; – une deuxième opération de charge conduisant à une augmentation de l’état de charge selon une première pente (segment EF) puis selon une seconde pente (segment FG) ; – une deuxième opération de décharge conduisant à une diminution de l’état de charge suivant une première pente (segment GH) puis selon une seconde pente (segment HI).
L’ensemble de cycles de charge et décharge réels de la est, selon cet exemple trivial, converti dans l’ensemble équivalent de cycles reconstitués de la , de la manière suivante : – les segments AB et EF sont mis bout à bout pour former l’opération de charge C1 d’un premier cycle reconstitué ; – les segments CD et GH sont mis bout à bout pour former l’opération de décharge D1 du premier cycle reconstitué ; – le segment FG constitue l’opération de charge C2 d’un deuxième cycle reconstitué et le segment HI constitue l’opération de décharge D2 de ce deuxième cycle reconstitué ; – le segment BC constitue l’opération de charge C3 d’un troisième cycle reconstitué et le segment DE constitue l’opération de décharge D3 de ce troisième cycle reconstitué
Le premier cycle reconstitué porte l’état de charge de l’accumulateur d’une valeur minimale SOC1 à une valeur maximale SOC4, puis une opération de décharge ramène l’état de charge de cette valeur maximale SOC4 jusqu’à la valeur initiale SOC1. Le deuxième cycle reconstitué porte l’état de charge de la valeur SOC1 jusqu’à une valeur maximale SOC3, puis ramène l’état de charge à la valeur initiale SOC1. Le troisième cycle reconstitué porte l’état de charge de la valeur SOC1 jusqu’à une valeur maximale SOC2, puis ramène l’état de charge à la valeur initiale SOC1.
Dans l’illustration de la , les cycles reconstitués sont symétriques, bien que la symétrie de ces cycles ne soit pas une obligation pour la mise en œuvre du procédé, dont la seule donnée impérative est la connaissance de plusieurs opérations de décharge.
Pour certaines applications, dont les cycles de charge/décharge sont simples et réguliers, un algorithme relativement simple se chargera de cette conversion comme illustré aux figures 1 et 2. Cependant de nombreuses applications sont relatives à des cycles de charge de décharge complexes et irréguliers. Dans ce cas, des algorithmes plus sophistiqués seront employés pour l’opération de conversion décrite. Dans le présent exemple, une réalisation préférée concerne l’utilisation de la méthode de comptage rainflow, développée à l’origine dans le domaine des matériaux pour des estimations de fatigue cyclique, et qui est aujourd’hui utilisée dans de nombreuses applications où un comportement cyclique peut être observé, notamment dans l’éolien, les machines tournantes, et la charge des batteries.
La méthode de comptage rainflow consiste à associer par paire les minima croissants et les maxima décroissants de la courbe initiale, et peut être mise en œuvre par de nombreux algorithmes connus.
Les figures 3 et 4 illustrent deux exemples réels d’une période de mesure PM comportant un ensemble d’opérations de charge et de décharge pour un accumulateur électrique. La illustre un premier profil de charge/décharge d’amplitude assez importante et relativement régulière dans l’ensemble, malgré quelques irrégularités locales. La illustre un autre profil de charge/décharge, présentant une amplitude de charge et de décharge plus faible et dont les opérations de charge et de décharge sont très irrégulières.
Pour ces deux profils illustratifs, la mise en œuvre d’un algorithme implémentant la méthode de comptage de cycle rainflow permettra, dans chaque cas, une conversion efficace en un ensemble équivalent de cycles reconstitués, Sur les figures 3 et 4, les carrés pleins représentent les points d’inflexion qui sont pris en compte pour la création des segments qui formeront les cycles reconstitués. Cette opération est réalisée en associant par paire les minima croissants et les maxima décroissants selon la méthode de comptage « rainflow. ».
À cet effet, il est préférable de pouvoir paramétrer un seuil d’amplitude d’état de charge au-delà duquel une opération de décharge sera prise en compte dans la conversion. Par exemple, un seuil de 1 % entrainera que toute opération de décharge ayant une profondeur de décharge inférieure à 1 %, ne sera pas prise en compte dans l’opération de conversion.
À l’issue de cette étape de conversion, le système de gestion de batterie dispose donc d’un ensemble équivalent de cycles reconstitués , relatifs à la période de mesure.
Le procédé comporte ensuite une étape de filtrage dans laquelle seuls certains cycles reconstitués seront sélectionnés. Le système de gestion de batterie est paramétré avec une valeur prédéterminée d’amplitude d’état de charge au-delà de laquelle un cycle reconstitué sera sélectionné. Dans le présent exemple, cette valeur prédéterminée est supérieure à 5 %, et préférentiellement de 10 %. Autrement dit, seuls les cycles reconstitués dont l’amplitude de charge et de décharge sera supérieure à 10 % seront sélectionnés pour la suite des opérations, les autres cycles étant ignorés. Notons que le procédé selon l’invention permet la prise en compte d’opérations de décharge même de faible amplitude (proches de 10 %), ce qui augmente le spectre des mesures sur lesquelles se base l’estimation de l’état de santé de l’accumulateur, et qui donc augmente la précision de cette estimation.
Le paramétrage du seuil (ici de 1 %) et de la valeur prédéterminée (ici de 10 %) rend le procédé applicable à de nombreux profils de charge et décharge et ne nécessite pas d’avoir accès à une phase particulière telle qu’une tension constante, une phase de repos, etc. Le procédé peut être ainsi appliqué à tous profils mêmes les plus irréguliers et les plus hachés, sans intrusion sur le fonctionnement des cycles de charge et de décharge.
– ladite valeur minimale prédéterminée est de 10 ;
– la capacité nominale en énergie de l’accumulateur électrique est présente en mémoire dans un système de gestion de batterie connecté à l’accumulateur électrique ;
– la capacité nominale en énergie de l’accumulateur électrique est déterminée par mesure lors d’un premier cycle de charge et de décharge complètes, à la mise en service de l’accumulateur électrique ;
– lesdites mesures de paramètres représentatifs de la tension aux bornes de l’accumulateur électrique, du courant délivré par l’accumulateur électrique, et de l’état de charge de l’accumulateur électrique, sont réalisées par un système de gestion de batterie connecté à l’accumulateur électrique.
– la illustre un exemple simplifié d’ensembles de cycles de charge et de décharge d’un accumulateur électrique ;
– la illustre un ensemble équivalent de cycles reconstitués 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 électrique ;
– la illustre un deuxième exemple réel d’ensembles de cycles de charge et de décharge d’un accumulateur électrique ;
– la est un organigramme illustrant une partie du procédé selon l’invention ;
– la est une première illustration des valeurs obtenues par le procédé selon l’invention ;
– la est une deuxième illustration des valeurs obtenues par le procédé selon l’invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE Le procédé selon l’invention vise à déterminer l’état de santé d’un accumulateur électrique. L’accumulateur peut-être tout accumulateur doté d’un système de gestion de batterie permettant de fournir la tension, le courant, et l’état de charge de l’accumulateur. L’état de charge (SOC pour « State of Charge », en anglais) est un indicateur donnant le rapport entre la charge actuelle de l’accumulateur et sa capacité totale actuelle. Ces données sont bien connues dans le domaine de la gestion des batteries et sont de préférence directement délivrées par le système de gestion de batterie. Le procédé selon l’invention lui-même peut être mis en en œuvre par le système de gestion de batterie ou par un système de gestion de l’énergie globale à l’échelle de la centrale électrique nommé EMS (de l’anglais Energy Management System).
En plus de ces données, la mise en œuvre du procédé nécessite la connaissance de la capacité nominale en énergie de l’accumulateur. Cette valeur correspond à l’énergie totale que l’accumulateur peut contenir à pleine charge et avant tout vieillissement. La capacité nominale en énergie peut être une donnée du constructeur de l’accumulateur, et être mise en mémoire dans le système de gestion de batterie. La capacité nominale en énergie peut aussi être calculée par le système de gestion de batterie ou mesurée lors d’une première utilisation durant une phase de décharge complète, en mesurant en continu la tension et l’intensité, pour obtenir une valeur d’énergie (exprimée généralement en Wh).
L’accumulateur électrique peut être tout accumulateur, quelle que soit son échelle, associé à un système de gestion de batterie, notamment une cellule élémentaire, une batterie, un module, un rack, un conteneur, une centrale de stockage.
Dans le présent exemple, l’accumulateur électrique est un conteneur formé de plusieurs racks déconnectables. Dans cette mise en œuvre particulière du procédé, ce dernier nécessite également un indicateur relatif au nombre de racks présents à chaque instant dans le conteneur formant le système de stockage de l’énergie par batterie (BESS de l’anglais Battery Energy Storage System). Cette information peut également être fournie par le système de gestion de batterie.
un circuit d’analyse de coïncidence temporelle, programmé pour établir, à partir du ou de chaque premier signal de détection, un histogramme de l’écart temporel séparant deux détections consécutives d’impulsions ; l’unité de traitement étant programmée pour déterminer une survenue d’une réaction de fission spontanée dans la source à partir de l’histogramme.
un analyseur multicanal, programmé pour déterminer une amplitude de chaque impulsion résultant d’au moins un premier détecteur de ladite balise, et former un spectre d’énergie, représentant un nombre d’impulsions en fonction de leur amplitude respective ; l’unité de traitement étant configurée pour identifier des isotopes émetteurs γ en fonction du spectre d’énergie.
L’isotope de capture peut être 6 Li ou 10 B.
Un deuxième objet de l’invention est un procédé de détection d’une source irradiante présente dans un environnement s’étendant autour d’une balise selon le premier objet de l’invention, comportant les étapes de :
analyse d’au moins un premier signal de détection et d’au moins un deuxième signal de détection, de telle sorte que lorsque le premier signal de détection franchit un premier seuil ou lorsque le deuxième signal de détection franchit un deuxième seuil, un signal d’alerte est donné ; suite à l’émission d’un signal d’alerte, caractérisation du rayonnement émis par la source à l’aide du premier signal de détection et/ou du deuxième signal de détection.
la balise comporte un analyseur multicanal, programmé pour déterminer une amplitude de chaque impulsion résultant d’au moins un deuxième détecteur, et former un spectre d’énergie, représentant un nombre d’impulsions en fonction de leur amplitude respective ; l’étape b) comporte une identification d’isotopes émetteurs γ à partir du spectre d’énergie.
Selon un mode de réalisation, la balise comporte un analyseur multicanal, programmé pour déterminer une amplitude de chaque impulsion détectée par au moins un deuxième détecteur, et l’étape b) comporte les sous-étapes de :
analyse de la forme des impulsions générées par le deuxième détecteur, de façon à assigner un paramètre de forme à chaque impulsion ; classement de chaque impulsion en fonction du paramètre de forme et de l’énergie, de façon que chaque impulsion soit attribuée à un photon ou à un neutron.
Selon un mode de réalisation:
la balise comporte un circuit d’analyse de coïncidence temporelle, programmé pour établir, à partir d’au moins un premier signal de détection de ladite balise, un histogramme de l’écart temporel séparant deux détections d’impulsions consécutives ; l’étape b) comporte une détection d’une réaction de fission spontanée en fonction de l’histogramme.
Selon une possibilité, le circuit d’analyse de coïncidence temporelle est relié à deux premiers détecteurs de ladite balise ou à un premier détecteur de ladite balise et à un deuxième détecteur de ladite balise.
la balise comporte un analyseur multicanal, programmé pour déterminer une amplitude de chaque impulsion détectée par au moins un premier détecteur de ladite balise, et former un spectre d’énergie, représentant un nombre d’impulsions détectées en fonction de leur amplitude respective ; l’étape b) comporte une identification d’isotopes émetteurs γ à partir du spectre d’énergie.
Selon un mode de réalisation, l’étape b) comporte une comparaison de chaque premier signal de détection et de chaque deuxième signal de détection en différents instants, de façon à estimer un mouvement de la source détectée.
L’unité de traitement 30 peut également comporter un analyseur de la forme d’impulsions 33, couplé à un discriminateur 34, le discriminateur effectuant une classification des impulsions en fonction de leur forme. L’analyseur de forme des impulsions et le discriminateur sont décrits en lien avec les figures 5 ainsi que 6A à 6E. L’analyseur de la forme des impulsions et le discriminateur sont adaptés pour traiter des signaux de détection résultant du ou de chaque deuxième détecteur, de type scintillateur inorganique dopé.
L’unité de traitement 30 peut également comporter un circuit d’analyse de coïncidence 35, configuré pour déterminer une survenue d’interactions détectées dans un même intervalle temporel et pour établir un décalage temporel entre lesdites interactions. Un exemple de circuit d’analyse de coïncidences temporelles est décrit en lien avec la .
L’unité de traitement comporte un module d’interprétation 36, programmé pour caractériser une source détectée. La caractérisation permet d’obtenir une information quant à la source détectée, s’ajoutant à la simple détection de la source. La caractérisation peut comporter :
un type d’irradiation produit par la source : rayonnement ou neutronique ; une identification d’un isotope lorsque la source émet un rayonnement γ ou X; une identification d’un type de source lorsque la source émet des neutrons, en particulier une présence d’un isotope subissant une désintégration par fission spontanée ; un mouvement de la source.
Les figures 3A, 3B et 3C montrent trois configurations ayant été testées par les inventeurs, de façon à mettre en évidence l’effet de la proximité entre un, ou plusieurs scintillateurs organiques et un scintillateur inorganique dopé au 6 Li :
Sur la configuration de la (première configuration), on a placé un scintillateur inorganique 20 formé de NaIL, de forme cylindrique et de volume 3 pouces (diamètre) par 3 pouces (hauteur), à une distance d = 30 cm d’une source S. La source S peut être du 137 Cs (activité 460 kBq), du 60 Co (activité 314 kBq) ou du 2 52 Cf (taux d’émission neutronique de 2.7 10 4 n.s -1 ). Sur la configuration de la (deuxième configuration), on a placé le scintillateur inorganique 20 de la entre deux scintillateurs organiques 10, de forme parallélépipédique, constitués de Polyvinyle toluène (PVT) de volume 10 cm x10 cm x10 cm. Il s’agissait de scintillateurs de type EJ-200 – fabriquant Eljen Technology. On a disposé une source S de 252 Cf à 30 cm du scintillateur inorganique NaIL. Chaque scintillateur organique 10 était disposé à une distance D’ égale à 10 cm du scintillateur inorganique 20. Sur la configuration de la (troisième configuration), on a disposé un scintillateur organique 10, en forme de tiers de couronne évidée et tronquée, de chaque côté du scintillateur inorganique 20. Chaque scintillateur décrivait un tronçon de couronne d’angle 120°, de hauteur 13 cm, l’épaisseur de 10 cm, et le rayon interne de 4 cm. La distance d entre la source de 252 Cf et le scintillateur NaIL était de 30 cm.
Dans chacune des configurations décrites ci-dessus, le scintillateur inorganique 20 était relié à une unité de traitement 30 permettant d’établir un spectre en énergie. La représente des spectres en énergie établis respectivement :
en utilisant la première configuration, la source étant 137 Cs (courbe a), 60 Co (courbe b) et 252 Cf (courbe c) ; en utilisant la deuxième configuration, la source étant 252 Cf : courbe d ; en utilisant la troisième configuration, la source étant 252 Cf : courbe e.
Les courbes a) et b) montrent que le scintillateur inorganique permet l’obtention de spectres d’énergie, sur lesquels les pics correspondent aux énergies d’émission de 137 Cs (662 keV), 60 Co (1173 keV et 1332 keV). Le pic observé à l’énergie 1460 keV correspond à 40 K , naturellement présent dans certains matériaux, par exemple dans la terre ou le béton. On observe également un pic à l’énergie 2614 keV, qui correspond au radioélément 208 Tl, ce dernier étant un descendant de l’isotope radioactif naturel 232 Th.
Sur la courbe c), on observe un pic centré sur 3500 keV, qui correspond à des neutrons thermiques ou intermédiaires émis par la source, ou thermalisés dans l’environnement. L’énergie de 3500 keV correspond à l’énergie de la particule α émise suite à la capture neutronique. Le reste du signal de cette courbe correspond essentiellement à des photons gamma prompts ou retardés émis par la fission spontanée du 252 Cf.
Sur les courbes d) et e), on observe que le pic centré sur 3500 keV présente une amplitude plus élevée que sur la courbe c), cet effet étant plus marqué sur la courbe e) que sur la courbe d). L’augmentation de l’amplitude du pic à 3500 keV est due à un effet de diffusion, par le ou chaque détecteur organique 10, des neutrons émis par la source S. Chaque premier détecteur 10 comporte un matériau de détection organique, propice à la thermalisation et à la diffusion de neutrons rapides émis par la source. Ainsi, une proximité d’au moins un détecteur comportant un matériau scintillateur organique améliore sensiblement la composante neutronique dans le spectre détecté par le scintillateur inorganique dopé au 6 Li. La troisième configuration ( ), est particulièrement favorable. L’effet de diffusion est d’autant plus marqué que le premier détecteur 10 est proche du deuxième détecteur 20, et que le matériau organique formant le premier détecteur est volumineux. On peut tirer profit de la possibilité de réaliser des matériaux scintillateurs organique de grand volume : cela permet d’augmenter la sensibilité de détection du détecteur scintillateur organique, tout en augmentant l’effet de diffusion de neutrons, ce qui augmente la sensibilité de détection des neutrons par le détecteur scintillateur inorganique adjacent.
Un autre avantage d’un scintillateur inorganique dopé au 6 Li est une possibilité de discriminer les impulsions générées par les interactions de photons X ou gamma, et par les neutrons thermiques ou intermédiaires. Chaque interaction détectée, générée par un neutron ou un photon, donne lieu à une impulsion électrique dont la forme dépend du rayonnement ayant interagi avec le matériau détecteur. La figure 5 schématise une impulsion détectée respectivement suite à une interaction d’un photon dans le matériau scintillateur (courbe en trait plein) ou suite à une interaction d’un neutron dans le matériau scintillateur (courbe en pointillés). Dans ce dernier cas, l’impulsion est affectée d’une « queue », ou « traîne », usuellement désignée par le terme anglosaxon « tail ». Pour chaque impulsion détectée, on peut déterminer un paramètre de forme, par exemple un ratio , où :
correspond à la charge totale détectée, c’est-à-dire à l’intégrale de l’impulsion ; correspond à la proportion de correspondant à l’impulsion sans la traîne : cf. partie hachurée de la .
La mesure des paramètres et , de chaque interaction permet une discrimination entre les photons gamma et les neutrons. Les photons gamma forment une zone distribuée en énergie ( variable), avec un ratio élevé. Cela traduit le fait que les impulsions résultant d’interactions de photons γ dans un scintillateur inorganique dopé au 6 Li sont relativement symétriques, et fortement distribuées en amplitude.
Les impulsions résultant d’interactions de neutrons thermiques ou intermédiaires dans le scintillateur inorganique dopé au 6 Li sont plus dissymétriques, et moins distribuées en amplitude. Le ratio est plus faible que celui des impulsions résultant d’une interaction d’un photon gamma.
Afin de pouvoir séparer efficacement la contribution photons et la contribution neutrons dans chaque spectre, l’unité de traitement comporte un analyseur de forme 33, permettant une détermination de la charge totale détectée par chaque impulsion ainsi que la partie correspondant à l’impulsion sans la traîne. L’analyseur de forme permet de déterminer le paramètre de forme de chaque impulsion. Sur la base de et de , l’impulsion est assignée soit à un photon, soit à un neutron par le discriminateur 34 précédemment décrit.
EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS La représente un exemple de balise 1 conçue pour détecter une présence d’une source irradiante au voisinage de ladite balise. Par source irradiante, on entend une source émettrice d’un rayonnement ionisant. Le rayonnement ionisant peut comporter des photons ionisants, généralement des photons gamma ou X, et/ou des neutrons. Par voisinage, on entend dans un rayon de quelques mètres, autour de la balise.