INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Une méthode de modélisation empirique de la dégradation d’une batterie consiste à cumuler les effets respectifs de la dégradation calendaire et de la dégradation de cyclage, afin d’obtenir une estimation de la dégradation totale de la capacité de l’accumulateur. A cet effet, les modèles précités peuvent définir des tables paramétriques à deux dimensions en calendaire et à quatre dimensions en cyclage, chacune de ces dimensions correspondant à une valeur d’un des paramètres ci-dessus. Une entrée dans la table est définie par la valeur d’un p -uplet de paramètres (avec p =2 pour la(les) table(s) en calendaire, et p =4 pour la(les) table(s) en cyclage).
On connaît plusieurs publications se rapportant au sujet général de la définition des paramètres d’un modèle de vieillissement des accumulateurs d’énergie électrique, qui sont identifiées et brièvement discutées dans ce qui suit.
Ainsi, l’article de Junfu Lia, Lixin Wang, Chao Lyu, Dafang Wang, et Michael Pecht, intitulé « Parameter updating method of a simplified first principles -thermal coupling model for lithium-ion batteries », Applied Energy V256, décembre 2019 - 113924, présente une méthode de détermination des paramètres sensibles et leur mise à jour. Cette méthode est utilisée afin d’obtenir un indicateur SOC fiable. En effet, le SOC des systèmes peut présenter des aléas de fiabilité au fil du temps et en fonction de l’utilisation des systèmes. Deux méthodes de recalibrage sont décrites : une méthode dite « offline » et une méthode dite « online », mais sont jugées non satisfaisantes. Une combinaison des deux méthodes est également proposée, sous la forme d’un algorithme appelé « non standard PF algorithm » par les auteurs. Cet algorithme apparaît néanmoins complexe à mettre en œuvre sur le type de cartographie d’un modèle qui peut être utilisé dans le contexte de la présente invention. Ce type de méthode serait également difficile à mettre en œuvre dans une électronique embarquée avec des microprocesseurs de faibles capacités.
L’article de Biying Ren, Chenxue Xie, Xiangdong Sun, Qi Zhang, et Dan Yan, intitulé « Parameter identification of a lithium-ion battery based on the improved recursive least square algorithm », IET mai 2020, présente quant à lui une méthode de calibration de circuit électrique équivalent de second ordre utilisant un algorithme RLS amélioré. Avec ce type de modèle ainsi qu’avec la méthode de calibration présentée dans ce document, toutefois, il ne s’agit pas d’un recalibrage mais d’une première calibration du modèle.
L’article de Huiyong Chun, Kwanwoong Yoon, Jungsoo Kim, et Soohee Han, intitulé « Improving aging identifiability of lithium-ion batteries using deep reinforcement learning », IEEE TRANSACTIONS ON TRANSFORTATION ELECTRIFICATION 2022, présente une méthode de détermination des paramètres d’un modèle stœchiométrique via une technique d’apprentissage profond par renforcement (« deep reinforcement learning », en anglais) faisant appel aux réseaux de neurones. Là encore, la méthode ainsi présentée ne réalise pas un recalibrage de modèles de vieillissement d’un accumulateur.
Enfin et plus généralement, la plupart des travaux rapportés dans la littérature concernée traitent de la calibration de modèles de performances batterie ou d’indicateurs SOC ou SOH. Or, comme il apparaîtra de la description de modes de réalisation détaillés de l’invention qui seront donnés plus bas, il convient de distinguer la calibration d’un modèle d’endurance, d’un côté, de son recalibrage ou recalage dynamique, d’un autre côté. Pour la calibration, on fait vieillir en laboratoire quelques accumulateurs neufs pendant par exemple 18 mois sous des conditions variées, notamment des conditions d’état de charge (SOC), de courant de sollicitation, et /ou de profondeur de décharge (DOD), et on récupère les données issues du suivi de ces vieillissements permettant de calibrer le modèle de vieillissement pour d’autres accumulateurs similaires qui seront ensuite utilisés en conditions de fonctionnement réel. La recalibration, en revanche, peut être mise en œuvre après une certaine durée de fonctionnement ou de non-fonctionnement de l’accumulateur (c’est-à-dire durant la vie de l’accumulateur). La recalibration suppose qu’on dispose d’un modèle de vieillissement préalablement calibré, qu’on vient mettre à jour à partir du suivi de l’accumulateur dans son application finale.
Les inventeurs ne connaissent pas de littérature technique traitant de façon détaillée du recalibrage (on peut dire aussi recalage dynamique) des modèles d’endurance du type empirique ou semi-empirique durant la vie d’un accumulateur, pour permettre ensuite la réalisation de pronostics d’état de santé de l’accumulateur sur la base de cartographies actualisées. On entend par « semi-empirique » un modèle d’endurance basé sur l’utilisation d’équations physiques simplifiées dont les paramètres sont identifiés grâce à des données expérimentales obtenues au cours d’essais spécifiques sur la batterie étudiée.
La présente invention propose une méthode et des moyens de prédiction de l’état de santé d’un accumulateur d’énergie électrique, notamment mais pas uniquement un accumulateur Li-ion, comprenant un recalibrage des valeurs de la (ou des) cartographie(s) du modèle d’endurance de l’accumulateur durant le fonctionnement de l’accumulateur en situation opérationnelle réelle sur le terrain, lorsqu’un écart entre un pronostic et un diagnostic d’état de santé de l’accumulateur est détecté. On entend par-là l’adaptation dynamique, c’est-à-dire aussi la mise à jour desdites valeurs de cartographie, en réponse à la détection d’un tel écart.
Plus particulièrement, un premier aspect de l’invention concerne un procédé de prédiction de l'état de santé d’un accumulateur d’énergie électrique, notamment une batterie Lithium-ion, comprenant les étapes suivantes, mises en œuvre au cours du fonctionnement de l’accumulateur en situation opérationnelle réelle sur le terrain : simulation de la dégradation de la capacité de l’accumulateur pour produire des données de pronostic de l’état de santé de l’accumulateur sur la base de données physiques issues de la surveillance du fonctionnement de l’accumulateur sur le terrain durant une période de surveillance déterminée, en utilisant un modèle d’endurance rendant compte de l’évolution prévisionnelle des performances de l’accumulateur en fonction du temps écoulé et/ou de l’usage de l’accumulateur depuis sa mise en service sur le terrain, ledit modèle étant déterminé par des valeurs stockées dans une ou plusieurs tables paramétriques qui sont indexées par des valeurs de p -uplets de paramètres de fonctionnement de l’accumulateur et qui sont issues de caractérisations de l’accumulateur préalablement effectuées en laboratoire ; production de données de diagnostic de l’état de santé réel de l’accumulateur, sur la base des données physiques issues de la surveillance du fonctionnement de l’accumulateur sur le terrain durant la période de surveillance ; et, recalibrage d’au moins une des tables paramétriques à l’issue de la période de surveillance considérée, en remplaçant une partie seulement des valeurs de ladite table paramétrique, les valeurs remplacées comprenant les valeurs indexées par les p -uplets de paramètres de fonctionnement sous lesquels l’accumulateur a opéré au moins une fois durant la période de surveillance considérée, lorsqu’un écart entre une valeur représentative de l’état de santé de l’accumulateur estimée à partir des données de pronostic et une valeur représentative de l’état de santé réel de l’accumulateur fondée sur les valeurs de diagnostic est détecté, pour produire une version recalibrée de la table paramétrique.
Ce procédé peut être mis en œuvre à des fins de pilotage et/ou de maintenance de la batterie de stockage d’énergie électrique, et plus généralement de l’installation équipée de cette batterie, dans laquelle l’accumulateur considéré est incorporé. Il trouve des mises en œuvre avantageuses, plus largement, dans toutes applications nécessitant l’utilisation d’un modèle d’endurance d’un ou plusieurs accumulateurs : système de gestion d’énergie (EMS, de l’anglais « Energy Management System »), BMS, maintenance prédictive, etc.
Un avantage du procédé est qu’il procure une amélioration substantielle de la précision des prédictions d’état de santé des accumulateurs.
Un autre avantage est qu’il permet la prise en compte de l'environnement réel du système de stockage d’énergie dans les modèles d’endurance des accumulateurs, via les profils d'usage et de température réels issus de données d'opération effective sur le terrain.
En outre, le procédé permet la prise en compte de l'architecture réelle du système de stockage d’énergie électrique installé et en opération effective sur le terrain, au-delà données de laboratoire classiquement utilisées pour réaliser la modélisation du vieillissement des accumulateurs.
Mais le procédé est particulièrement original et avantageux en ce que, en dépit des avantages ci-dessus qu’il procure, il permet de conserver la finesse de la paramétrisation du modèle d’endurance préalablement établi en laboratoire, avec une correction de la (ou des) cartographie(s) qui est ciblée sur les valeurs de ces cartographies réellement utilisées en raison des conditions opérationnelles réelles sur le terrain. La mise à jour des cartographies est minimale. Ceci est particulièrement avantageux dans le contexte d’une mise en œuvre par des moyens électroniques embarqués dans le BMS, qui sont forcément contraints en termes de capacité de mémoire et de puissance de calcul.
Dans un mode de mise en œuvre, le modèle d’endurance comprend au moins deux tables paramétriques, dont une première table paramétrique contient des valeurs rendant compte de la vitesse de dégradation en mode calendaire de la capacité de l’accumulateur, et dont une deuxième table paramétrique contient des valeurs rendant compte de la vitesse de dégradation en mode cyclage de la capacité de l’accumulateur, l’une et/ou l’autre desdites première et deuxième tables paramétriques étant recalibrées à l’étape c).
Dans un mode de mise en œuvre, l’une et/ou l’autre desdites première et deuxième tables paramétriques sont recalibrées à l’étape c) par calcul, via la multiplication de valeurs à remplacer par un coefficient de recalibrage.
Au-delà de la réalisation d’une ou plusieurs fonctions photométriques, comme un feu diurne ou un éclairage de type croisement, diverses fonctions peuvent être mises en œuvre par ce type de module lumineux. Par exemple, la source lumineuse du module lumineux peut être contrôlée pour que les impulsions du faisceau lumineux émis transportent une séquence de données. Le système lumineux peut ainsi réaliser une fonction de télémétrie en étant équipé d’un module de réception afin de recevoir le faisceau lumineux émis, après réflexion sur un objet au voisinage du véhicule. Une unité de calcul du véhicule automobile peut alors, après détection de la séquence de données dans le faisceau lumineux reçu, déterminer le temps de vol du faisceau lumineux émis et donc évaluer la distance séparant le véhicule de l’objet. Un autre système, équipant un autre véhicule ou une infrastructure, peut aussi comporter un tel module de réception ainsi qu’une unité de calcul, ce qui permet de réaliser une fonction de communication véhicule à véhicule ou véhicule à infrastructure.
De la sorte, le faisceau lumineux peut conserver sa fonction originelle, à savoir réaliser une fonction photométrique, tout en permettant au système lumineux de mettre en œuvre une fonction de télémétrie, laquelle peut être particulièrement avantageuse par exemple pour des fonctions d’assistance à la conduite ou dans le cadre d’une conduite autonome ou semi-autonome, et/ou une fonction de communication.
Toutefois, ce type de système basé sur l’utilisation d’un module d’émission capable à la fois de réaliser une fonction lumineuse photométrique et une transmission de données présente un inconvénient. En effet, le module de réception destiné à recevoir le faisceau lumineux transportant les données, qu’il soit agencé dans le même véhicule ou dans un autre véhicule ou une infrastructure, doit comporter au moins un photodétecteur pour convertir ce faisceau lumineux en un signal électrique, lequel peut alors être traité par l’unité de calcul pour y détecter une ou plusieurs impulsions.
Or, dans certaines conditions, ce photodétecteur peut voir son rapport signal à bruit être fortement dégradé, compte tenu des sources de lumière parasite présentes dans l’environnement du véhicule, comme de l’éclairage urbain, de l’éclairage automobile de véhicules croisés ou suivis, voire de la lumière du soleil dans des conditions d’ensoleillement importantes, et de la nature des objets présents dans l’environnement, et notamment de leur capacité de réflexion. Cette dégradation du rapport signal à bruit peut alors diminuer la précision de l’unité de calcul dans l’estimation de la distance de l’objet cible, voire entrainer des détections de faux positifs.
Il existe ainsi un besoin pour un système lumineux d’un véhicule automobile, capable de réaliser à la fois une fonction photométrique donnée et une fonction de transmission d’information, et dont le rapport signal à bruit soit amélioré.
A ces fins, l’invention a pour objet un système lumineux d'un véhicule automobile, comportant un module d'émission comportant un module lumineux apte à émettre un faisceau lumineux dont le spectre présente au moins une portion dans le spectre visible, le module lumineux étant apte à modifier l’état de polarisation du faisceau lumineux émis, et une unité de modulation apte à recevoir une instruction de modulation, et agencée pour, à la réception de ladite instruction de modulation, contrôler le module lumineux pour moduler l’état de polarisation du faisceau lumineux émis.
A contrario des solutions connues, lesquelles proposent de moduler l’amplitude, en tout ou rien, de ce faisceau lumineux émis, ce qui les rend sensibles au bruit et induit des pertes de performance au regard des fonctions photométriques qu’elles réalisent, l’invention se propose ainsi de transmettre de l’information via des états de polarisation de la lumière du faisceau lumineux émis par un module lumineux, lequel réalise nativement une fonction photométrique. Une séquence de données ou un signal particulier pourra ainsi être codée dans un faisceau lumineux émis au travers de changements, discrets ou continus, de l’état de polarisation de la lumière qui le compose. Il pourra par exemple s’agir d’une suite de changements d’une polarisation rectiligne horizontale P vers une polarisation rectiligne horizontale S, et inversement. Il pourra encore s’agir d’une suite de changements d’une polarisation circulaire gauche vers une polarisation circulaire droite, et inversement. Plus généralement, il pourra encore s’agir de changements de valeurs du déphasage entre les composantes verticales et horizontales de la lumière, les variations de ce déphasage pouvant être continues, la modulation étant ainsi de type analogique, ou pouvant se faire entre plusieurs valeurs discrètes de déphasage, définies préalablement, la modulation étant alors de type numérique.
Il est ainsi possible de moduler un signal prédéterminé ou une séquence de données prédéterminée pour permettre au système de mettre en œuvre simultanément une fonction photométrique donnée et une fonction de télémétrie. Il est également possible de moduler une séquence de données, ou un signal, transportant une information que le véhicule souhaite communiquer à un autre véhicule ou une autre infrastructure.
Il est à relever que les sources de lumière susceptibles de générer du bruit venant s’ajouter au faisceau lumineux émis, émettent de la lumière qui n’est globalement pas ou peu polarisée, ou en d’autres termes composée de trains d’ondes polarisées aléatoirement. En d’autres termes, une portion du faisceau lumineux modulé avec un état de polarisation donné sera bruitée par une partie seulement de cette lumière, de sorte que le rapport signal à bruit est amélioré.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le module lumineux comporte une source lumineuse et un contrôleur de polarisation apte à modifier l’état de polarisation de la lumière émise par la source lumineuse, et l’unité de modulation est agencée pour, à la réception de ladite instruction de modulation, contrôler le contrôleur de polarisation pour entrainer une séquence de changements d’état de polarisation de la lumière émise par la source lumineuse.
Par exemple, le contrôleur de polarisation pourra comporter un polariseur linéaire agencé en aval de la source lumineuse et apte à polariser de la lumière émise par la source lumineuse selon une direction de polarisation donnée, et un élément optique à retard agencé en aval du polariseur linéaire et apte à polariser de la lumière issue du polariseur avec un état de polarisation elliptique, l’élément optique à retard étant monté rotatif dans le module lumineux, notamment autour d’un axe de rotation sensiblement confondu avec la direction globale d’émission de la source lumineuse. On comprend ainsi que la position angulaire de l’élément optique à retard permet ainsi de contrôler l’angle d’ellipticité de la lumière issue du contrôleur de polarisation.
Le cas échéant, le contrôleur de polarisation est équipé d’un actionneur apte à entrainer une rotation de l’élément optique à retard et l’unité de modulation est agencée pour, à la réception de ladite instruction de modulation, contrôler l’actionneur pour entrainer une séquence de rotations de l’élément optique à retard, de sorte à provoquer une séquence de changements de l’angle d’ellipticité de la lumière issue du contrôleur de polarisation.
L’unité de modulation pourra par exemple asservir la rotation de l’élément optique à retard à un signal modulant donné, prédéterminé ou reçu d’une unité de calcul, de sorte que l’angle d’ellipticité de la lumière émise par le module lumineux reproduise ce signal modulant. En variante, l’unité de modulation pourra par exemple contrôler la rotation de l’élément optique à retard selon une séquence de données modulante, prédéterminée ou reçue d’une unité de calcul, de sorte que l’angle d’ellipticité de la lumière émise soit commuté séquentiellement entre plusieurs valeurs discrètes selon les données de la séquence de données modulantes. Les valeurs des données de cette séquence se trouvent ainsi codées dans les valeurs d’angle d’ellipticité, ou dans les changements de ces valeurs, que présente successivement la polarisation du faisceau lumineux émis par le module lumineux.
Le circuit de commande 109 est par exemple configuré pour stocker la charge électrique au niveau de chacun des nœuds mémoire 214 des pixels 103B du DAC 108 en activant le transistor de réinitialisation 220 pour appliquer la tension de référence VLOW au nœud mémoire 214 de chacun des pixels du DAC 108.
Le circuit de commande 109 est par exemple configuré en outre pour générer une tension de sortie du DAC 108 au niveau du nœud de lecture SN en désactivant le transistor de réinitialisation 220 et en commandant, sur la base d'un signal d'entrée numérique, généré par exemple par le circuit de commande 109, des grilles sélectionnées parmi les premières grilles de connexion 215 des pixels 103B du DAC 108 afin de transférer la charge stockée au niveau des nœuds mémoire 214 au nœud de lecture SN.
Dans le cas où le DAC 108 est configuré sous forme d'un générateur de rampe, le circuit de commande 109 est configuré pour générer une rampe de tension au niveau du nœud de lecture SN en activant séquentiellement les premières grilles de connexion 215 des pixels du DAC 108 pour transférer la charge stockée au niveau du nœud mémoire 214 du premier pixel au nœud de lecture SN avant de transférer par la suite la charge stockée au niveau du nœud mémoire 214 du deuxième pixel au nœud de lecture SN et avant de transférer par la suite la charge stockée au niveau du nœud mémoire 214 du troisième pixel au nœud de lecture SN et ainsi de suite.
Dans un exemple selon lequel le DAC 108 comprend N pixels similaires au premier pixel 103B, le circuit de commande 109 est, par exemple, configuré pour générer une rampe de tension au niveau du nœud de lecture SN en commandant les premières grilles de connexion 215 des N pixels pour transférer séquentiellement la charge stockée au niveau du nœud mémoire 214 de chacun des N pixels au nœud de lecture SN.
Dans un autre exemple dans lequel le DAC 108 comprend N pixels similaires au premier pixel 103B, le circuit de commande 109 est configuré pour générer une rampe de tension au niveau du nœud de lecture SN en activant séquentiellement les premières grilles de connexion 215 de différents ensembles des N pixels pour transférer la charge stockée au niveau du nœud mémoire 214 d'un des ensembles de pixels au nœud de lecture SN avant de transférer la charge stockée au niveau du nœud mémoire 214 d'un autre des ensembles de pixels au nœud de lecture SN.
Un avantage du DAC 108 de la est qu'il a une consommation de courant continu et un bruit de ligne relativement faibles, dans la mesure où le DAC est mis en œuvre à proximité des pixels 103A, par exemple à l'intérieur de la matrice de pixels 102. Un avantage supplémentaire du DAC 108 de la est qu'il améliore la linéarité différentielle (DNL) et qu'il accroît le taux de réjection d'alimentation (PSRR) dans la mesure où les pixels et le DAC sont reliés et ont une structure similaire. En outre, dans un exemple dans lequel le capteur d'image de la est mis en œuvre à l'aide d'étages empilés, un étage supérieur comprenant les photodiodes PPD, et l'étage inférieur comprenant les transistors du pixel, un avantage du DAC 108 est qu'il conduit à une réduction de surface dans la puce basse. Le tamponnage DAC est directement effectué par le transistor SF, ce qui conduit à une correction de linéarité.
La représente schématiquement le DAC 108 de la plus en détail selon un autre mode de réalisation de la présente description. L'exemple de la représente un mode de réalisation dans lequel les pixels 103B du DAC comprennent la deuxième grille de connexion optionnelle 217, la barrière de potentiel constant optionnelle 212, la photodiode optionnelle PPD et la troisième grille de connexion optionnelle 219.
Le DAC 108 de la est similaire au DAC 108 de la , si ce n'est que les premier et deuxième pixels 103B forment une première paire 310 de pixels qui partagent une barrière de potentiel constant commune 212, la photodiode PPD et la troisième grille de connexion 219. Les premier et deuxième pixels 103B sont reliés ensemble, par exemple, à un nœud de conduction principal commun à leur deuxième grille de connexion 217, en plus d'être reliés ensemble au niveau du nœud de lecture SN. La première grille de connexion 215 du deuxième pixel 103B est par exemple commandée par un signal de commande TGDAC1 généré, par exemple, par le circuit de commande 109, et la deuxième grille de connexion 217 du deuxième pixel 103B est par exemple commandée par un signal de commande TGMEM1 généré également, par exemple, par le circuit de commande 109.
Dans l'exemple de la , d'autres pixels du DAC 108 sont agencés dans des paires supplémentaires 310, qui sont similaires à la première paire.
La représente schématiquement un des convertisseurs analogiques vers numérique 104 du capteur d'image 101B de la plus en détail selon un mode de réalisation de la présente description.