FR2944358A1

FR2944358A1 - Dispositif et procede pour estimer un etat de sante de batterie

Info

Publication number: FR2944358A1
Application number: FR0952316A
Authority: FR
Inventors: Denis Porcellato
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2010-10-15
Anticipated expiration: 2029-04-09
Also published as: FR2944358B1

Abstract

Pour estimer un état de santé de batterie (14) générant une tension électrique effective (U) à ses bornes lorsqu'elle est parcourue par un courant (I) qui résulte d'un usage de la batterie, le dispositif comprend : - au moins deux instances (31, 32, 33, 34, 35) d'un modèle qui comprennent chacune un ensemble de paramètres qui ont des valeurs propres à générer une grandeur telle qu'une tension (U1, U2, U3, U4, U5) ou une énergie symptomatique d'un état de santé (1, 2, 3, 4, 5) lorsque la batterie est parcourue par le courant (I) ; - au moins un échantillonneur (24, 25) agencé pour communiquer ledit courant (I) en entrée et ladite tension électrique effective (U) en aval de chaque instance (31, 32, 33, 34, 35) de modèle de façon à calculer un écart entre chaque grandeur symptomatique générée et une grandeur effective fonction de ladite tension électrique effective (U) ; et - un comparateur (23) agencé pour indiquer l'état de santé dont la grandeur symptomatique est celle pour laquelle l'écart calculé est le plus faible.

Description

Dispositif et procédé pour estimer un état de santé de batterie.

L'invention concerne l'estimation de l'état de santé d'une batterie, notamment dans les applications de traction électrique pour véhicules électriques et véhicules hybrides, particulièrement dans le domaine automobile. L'invention concerne toutes les sources de stockage électrochimiques (Batterie Li-ion, NiMH, Ni-Zn .... et super condensateurs). Généralement, pour les véhicules dont la motorisation fait appel totalement ou partiellement à une batterie, la durée de vie de la batterie est exprimée en milliers de kilomètres et représente la distance qu'on attend de pouvoir parcourir avant que la batterie n'atteigne sa fin de vie. L'estimation de la durée de vie d'une batterie est déterminée à partir d'essais de cyclage effectués sur bancs selon des cycles représentatifs d'une utilisation courante.

Sur banc, la durée de vie peut être estimée en suivant l'évolution de caractéristiques physiques telles que l'énergie restituée par la batterie au cours d'une décharge suivant un profil particulier à courant constant ou à profil dynamique, la charge maximale restituée par la batterie au cours d'une décharge selon un profil particulier, à courant constant ou selon un profil dynamique, la puissance maximale Pmax(t) restituable pour un état de charge et une température donnés. Cette puissance maximale est mesurée par une impulsion de décharge ou de charge de la batterie, d'une durée de At secondes, à un courant d'intensité Imt maximale que peut supporter la batterie pour l'état de charge considéré. La puissance maximale au bout de At secondes, Pmax(t), est le

produit de l'intensité du courant et de la tension mesurées au bout des At secondes. Sur banc, la durée de vie peut aussi être estimée en suivant l'évolution de caractéristiques physiques telles que la résistance interne après t secondes (Ri(t)) de la batterie pour un état de charge et une température donnés. Généralement, la résistance interne est mesurée à la fin d'une impulsion de décharge ou de charge de la batterie, d'une durée de t secondes, à un courant d'intensité It.

Sur banc, la durée de vie peut aussi être estimée en suivant l'évolution du spectre d'impédance en fonction de l'état de charge et de la température à une ou plusieurs fréquences. Le document JP2003297435 divulgue un dispositif d'estimation de durée de vie d'une batterie comprenant un capteur de température, un capteur de courant et un évaluateur d'état de charge par intégration du courant à partir desquels est calculé une vitesse de dégradation de la batterie à la température mesurée.

Pour chaque batterie, la durée de vie est définie dès le départ. Par conséquent, sa définition ne prend pas en compte la différence de comportement au niveau de la conduite entre les différents conducteurs et les conditions de stockage de la batterie en mode parking. En effet selon leur type de conduite plus ou moins sportive ou père de famille , la durée de vie de la batterie du véhicule va être différente puisqu'elle aura un historique différent. D'autre part, les essais sur bancs effectués pour déterminer la durée de vie correspondent à des conditions moyennes d'utilisation. Or l'utilisation de certains conducteurs peu sensiblement s'écarter de ces conditions. Par ailleurs, la dispersion du processus de fabrication de la batterie, même si elle est contrôlée,

peut conduire à des caractéristiques initiales ou au cours de la phase de vie de roulage qui fluctuent d'une batterie à l'autre, à conditions de roulage identiques. Le document JP2004072927 divulgue un dispositif de contrôle qui sélectionne un modèle parmi une pluralité de modèles d'entrée-sortie, relatifs à une puissance ou à un temps, de façon à détecter un courant, une tension et un état de charge pour calculer une valeur de résistance interne à partir de laquelle un coefficient de détérioration est obtenu pour diagnostiquer une batterie. Différemment de l'état connu de la technique, l'invention a pour but de déterminer l'état de santé dans lequel se trouve la batterie à partir de la réponse en tension à une sollicitation en courant, connaissant l'état de charge et la température de la batterie. Contrairement à la détermination de l'état de charge, la détermination de l'état de santé ne nécessite pas un traitement en temps réel, un traitement hors ligne est acceptable. Cette constatation permet d'obtenir une estimation de l'état de santé de la batterie en effectuant un contrôle périodique de la batterie, par exemple avec une fréquence mensuelle. Le brevet FR2826457 porte sur l'estimation du vieillissement, notion duale de l'état de santé, en suivant l'évolution de certaines caractéristiques, notamment l'augmentation de la résistance interne mesurée sur véhicule en faisant passer dans la batterie, une impulsion de courant, image de la perte de puissance. Les méthodes qui évaluent l'augmentation de la résistance interne nécessitent un dispositif qui génère un signal dans des conditions identiques en courant tout au long de la durée de vie du véhicule. Il faut donc un

dispositif qui génère toujours le même signal d'intensité de courant. Dans les systèmes de stockage utilisant un couplage d'une batterie avec des super condensateurs, le fait d'utiliser une impulsion de courant imposée qui traverse la batterie, d'intensité toujours identique, pour évaluer l'augmentation de la résistance interne ou l'impédance de la batterie, est difficile à réaliser. Pour remédier aux inconvénients de l'état connu de la technique, l'invention a pour but de s'affranchir d'un dispositif particulier pour imposer un courant, de façon à pouvoir évaluer l'état de santé pour toute intensité de courant qui peut être utilisée en situation de roulage du véhicule.

De façon à atteindre le but fixé, l'invention a pour objet un dispositif pour estimer un état de santé de batterie générant une tension électrique effective à ses bornes lorsqu'elle est parcourue par un courant qui résulte d'un usage de la batterie, comprenant : - au moins deux instances d'un modèle qui comprennent chacune un ensemble de paramètres qui ont des valeurs propres à générer une grandeur symptomatique d'un état de santé lorsque la batterie est parcourue par le courant; - au moins un échantillonneur agencé pour communiquer ledit courant en entrée et ladite tension électrique effective en aval de chaque instance de modèle de façon à calculer un écart entre chaque grandeur symptomatique générée et une grandeur effective fonction de ladite tension électrique effective; et - un comparateur agencé pour indiquer l'état de santé dont la grandeur symptomatique est celle pour laquelle l'écart calculé est le plus faible.

Notamment, les grandeurs symptomatiques et la grandeur effective sont des tensions ou des énergies. Particulièrement, l'ensemble de paramètres comprend un état de charge et/ou une température de la batterie.

Plus particulièrement, la structure du modèle comprend une fonction de transfert spectrale. Alternativement, la structure du modèle comprend une résistance interne de la batterie. De préférence dans le cas précédent, l'ensemble de 10 paramètres comprend une largeur temporelle d'impulsion de courant mesurée. Avantageusement, l'ensemble de paramètres comprend une tension à vide. Dans une mise en oeuvre intéressante, le dispositif 15 comprend un estimateur de santé pour chaque élément ou groupe d'éléments, de façon à pouvoir mesurer la tension aux bornes ainsi que la température de chaque groupe d'éléments ou de chaque élément. L'invention a aussi pour objet un procédé pour 20 estimer un état de santé de batterie générant une tension électrique effective à ses bornes lorsqu'elle est parcourue par un courant qui résulte d'un usage de la batterie, comprenant des étapes consistant à: - générer au moins deux grandeurs symptomatiques 25 chacune d'un état de santé lorsque la batterie est parcourue par le courant au moyen d'un modèle qui comprend un ensemble de paramètres dont les valeurs sont propres à un état de santé; calculer un écart entre chaque grandeur 30 symptomatique générée et une grandeur effective fonction de ladite tension électrique effective; et

indiquer l'état de santé dont la grandeur symptomatique est celle pour laquelle l'écart calculé est le plus faible. Notamment, les grandeurs symptomatiques et la grandeur effective sont des tensions ou des énergies. Particulièrement le procédé comprend une étape dans laquelle l'ensemble de paramètres du modèle est instancié avec un état de charge et/ou une température de la batterie.

Plus particulièrement, la structure du modèle comprend une fonction de transfert spectrale ou une résistance interne pour laquelle l'ensemble de paramètres comprend une largeur temporelle d'impulsion de courant mesurée.

Avantageusement, l'ensemble de paramètres comprend une tension à vide. Avec intérêt, on mesure la tension aux bornes ainsi que la température de chaque groupe d'éléments ou de chaque élément.

Particulièrement, l'état de charge pour chaque élément ou groupe d'éléments est pris égal à l'état de charge global de la batterie. L'invention a encore pour objet un procédé pour paramétrer le dispositif selon l'invention, comprenant des 25 étapes consistant à : - effectuer des cycles de charge et décharge sur une batterie de test de même type que la batterie en usage ; - mesurer une puissance maximale restituée par la batterie de test en décharge ; 30 - modifier un état de santé lorsque la puissance maximale mesurée descend en dessous d'une valeur représentative de l'état de santé ;

- mesurer et mémoriser des valeurs de paramètres de modélisation en association avec l'état de santé modifié. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant deux modes de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de dispositif conforme à l'invention ; - la figure 2 est une représentation schématique de modélisation comportementale de batterie ; - les figures 3 à 5 sont des courbes d'évolution de résistance interne de batterie en fonction de l'état de 15 santé ; - les figures 6 et 7 montrent des étapes de procédé conforme à l'invention ; et - les figures 8 et 9 sont des variantes d'exécution de l'invention. 20 En référence à la figure 1, un système 12 de gestion de batterie (BMS pour battery management system en anglais) est agencé pour contrôler différentes grandeurs physiques relatives à une batterie 14. La batterie 14 est réalisée par mise en série et/ou en parallèle d'accumulateurs 25 électrochimiques classiques ou de super condensateurs. La batterie 14 alimente en énergie électrique un ensemble 21 d'organes fonctionnels du véhicule. La batterie 14 est rechargée par une machine électrique 22. La machine électrique 22 est par exemple un alternateur dans un 30 véhicule avec moteur à combustion interne classique. Dans un véhicule électrique ou hybride, la machine électrique 22 est une machine réversible qui fonctionne en mode moteur

pour entraîner le véhicule en mouvement ou en mode génératrice pour s'opposer au mouvement du véhicule. Au moins un capteur 18 de tension est branché en parallèle sur des bornes de la batterie 14 pour y mesurer une tension U instantanée. Au moins un capteur 19 de courant est branché en série avec la batterie 14 pour y mesurer un courant I qui y passe lorsque la batterie est rechargée par la machine électrique 22 ou lorsque la batterie se décharge dans l'ensemble 21 d'organes fonctionnels ou dans la machine électrique 22. Une sonde de température 20 est montée contre la batterie 14 pour en mesurer une température T. Le système 12 de gestion de batterie comprend un module 11 d'estimation d'un état de santé (SOH pour state of health en anglais), un module 13 d'estimation d'un état de charge (SOC pour state of charge en anglais) et une horloge 17 pour cadencer le système 12 et pour dater des événements qui impactent le système 12 à différents instants t.

Le système 12 de gestion de batterie est typiquement réalisé au moyen d'un calculateur dont la mémoire est segmentée en un espace mémoire attribué au module 11 SOH et en un espace mémoire attribué au module 13 SOC. La mémoire du module 11 SOH comprend des instances 31, 32, 33, 34 et 35 d'un modèle pour modéliser une réponse en tension de la batterie 14 à une sollicitation de courant en fonction des différents états de santé possibles de la batterie. Une réponse en tension U1(t) de l'instance de modèle 31 correspond à un état 1 de santé de la batterie.

Une réponse en tension U2(t) de l'instance de modèle 32 correspond à un état 2 de santé de la batterie. Une réponse en tension U3(t) de l'instance de modèle 33 correspond à un état 3 de santé de la batterie. Une réponse en tension

U4(t) de l'instance de modèle 34 correspond à un état 4 de santé de la batterie. Une réponse en tension U5(t) de l'instance de modèle 35 correspond à un état 5 de santé de la batterie. Ici cinq instances de modèles ont été représentées pour jauger, avec un pas de 25%, des états de santés SOH évoluant de 0% par exemple pour l'état 1 à 100 par exemple pour l'état 5. On comprendra que le nombre d'instances de modèle, peut tout aussi bien être inférieur à cinq, par exemple trois pour des états évoluant par pas de 50% de 0% à 100, que supérieur à cinq, par exemple six pour des états évoluant par pas de 20% de 0% à 100. Le module 11 comprend deux échantillonneurs 24 et 25, de préférence synchronisés pour échantillonner respectivement le courant I mesuré par le capteur 19 et la tension U mesurée par le capteur 18 à un même instant t. Chaque instance de modèle 31, 32, 33, 34, 35, reçoit en entrée le courant I(t) échantillonné à l'instant t de façon à calculer respectivement la tension U1(t), U2(t), U3(t), U4 (t) , U5(t) que l'on peut s'attendre à constater aux bornes de la batterie 14 lorsqu'elle est parcourue par le courant I(t) et qu'elle est respectivement dans un état de santé (SOH) 1, 2, 3, 4, 5. En sortie de chaque instance de modèle 31, 32, 33, 34, 35, un différentiateur 26 est agencé pour soustraire la tension U(t) échantillonnée de la tension U1(t), U2(t), U3(t), U4(t), U5(t) calculée de façon à générer respectivement un écart El, E2, C3, C4, C5, évalué par un comparateur 23. Le comparateur 23 indique l'état de santé SOH(t)=i qui correspond à l'instance du modèle pour laquelle l'écart ci est minimal, i variant de 1 à n où n est le nombre d'états évalués. En l'occurrence n=5 dans le cas illustré par la figure 1.

L'état de santé SOH(t) indiqué par le comparateur 23 est transmis à un module superviseur 15 pour y être mémorisé de façon à le rendre disponible par exemple sur une prise 16 de diagnostique du véhicule.

Dans un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, le modèle est basé sur une fonction de transfert G(p) dont différentes instances Gi(p) sont liées à l'état de santé de la batterie. La fonction de transfert est définie par la relation : V~ (p) =Eo+G, (p) I (p)

dans laquelle p est l'opérateur de dérivation défini par la transformée de Laplace et E0 est la tension à vide aux bornes de la batterie. En d'autres termes, E0 est la tension observable aux bornes de la batterie 14 en absence de courant. Dans l'expression ci-dessus, on notera que la composante continue du courant est positive en phase de charge de la batterie et négative en phase de décharge de la batterie.

En référence à la figure 2, la fonction de transfert 20 est approximée par une suite de circuits RC connectés en série.

La résistance repérée Rohm représente une résistance ohmique de l'électrolyte et des matériaux des plaques de la batterie. Les couples de résistance et de capacités

25 branchées en parallèle R1, Cl, Rm, Cm, représentent les phénomènes de transfert de charge et de diffusion dans la batterie.

La fonction de transfert G(p) qui résulte du schéma électrique représenté en figure 2, est alors :

30 G(p) Rohm + k=11+pxRkxCk

Généralement Rohm et trois couples RC permettent de modéliser avec une précision suffisante l'impédance de la batterie. On obtient alors, par réduction au dénominateur commun, la fonction de transfert sous la forme suivante : G(p)ù a3 •p3+a2 p2+al •p +ao b3.p3 +b2.p2+bl .p +ao Plus on ajoute de couples RC, plus élevé est le degré 5 des polynômes en p au numérateur et au dénominateur et meilleure est la précision. Réciproquement, si on dispose de la fonction de transfert G(p) sous forme d'un rapport de deux polynômes, on peut développer la fonction de transfert sous forme 10 d'une somme d'impédances de couples RC par division polynomiale. Pour chaque état de santé SOH, les paramètres de modélisation sont les coefficients de la fonction de transfert am,_, a0, bm, ..., b0 et Ho selon que l'on rentre 15 dans la mémoire de calculateur dédiée au module 1, la fonction polynomiale de la fonction de transfert ou les impédances élémentaires Rohm, R1, Cl, Rm, Cm et Ho selon que l'on rentre la représentation sous forme de schéma électrique de la fonction de transfert. Les diverses 20 expressions de la fonction de transfert G(p) sont équivalentes. La tension à vide Eo, la résistance ohmique Rohm ainsi que les phénomènes de transfert de charge et de diffusion dans la batterie, dépendent souvent de la 25 température T et de l'état de charge SOC de la batterie. La température T mesurée par le capteur 20 et l'état de charge estimé par le module 13, sont communiqués au module 11 pour adapter dans chaque instance de modèle 31, 32, 33, 34, 35, les coefficients am (T, SOC) , ..., a0 (T, SOC) , 30 bm (T, SOC) , ..., b0 (T, SOC) , Rohm (T, SOC) , R1 (T, SOC) , C1 (T, SOC) , Rm(T,SOC), Cm(T,SOC) et Eo(T,SOC) aux variations possibles de température et d'état de charge de la batterie. Chaque instance de modèle comprend alors une collection de fonctions de transfert Gsoc (p) associée à l'état de santé SOH auquel correspond l'instance de modèle.

Le module 13 est agencé pour estimer l'état de charge SOC de la batterie par une méthode connue quelconque.

On rappelle que l'état de charge SOC à un instant t est le rapport exprimé en % entre une charge électrique effectivement restituable par la batterie à l'instant t et une charge maximale QM qui peut être restituée si la batterie est pleinement chargée à l'instant t. Dans la littérature sur le sujet, on emploie souvent le terme de capacité pour désigner la charge maximale restituable. Par souci de clarté, on emploie ici le terme d'aptitude de charge pour distinguer cette grandeur des capacités C représentées sur le schéma de la figure 2. L'état de charge SOC(t) évolue dans le temps en fonction du courant de charge I~h et du courant de décharge Idch qui ont traversé la batterie à partir d'un état de charge initial SOCO à un instant 0 jusqu'à l'instant t présent. L'aptitude de charge QM et un rendement de charge p influent sur l'évolution de l'état de charge SOC de la batterie de la façon exprimée par la formule :

SOC(t) = SOCo -100Jt (I-d~1t+100Jtp (-~Lt O `~ M 0 `~ M Le rendement p est le rendement faradique de charge. Il dépend de l'intensité du courant, de l'état de charge de la batterie et de la température de la batterie. Au cours de l'utilisation de la batterie, à cause du vieillissement, l'aptitude de la batterie à se charger pleinement devient au cours du temps, inférieure à l'aptitude nominale.

Pour un véhicule électrique, il est assez aisé de déterminer les pertes d'aptitude de charge de la batterie

en chargeant la batterie jusqu'à son maximum puis en intégrant le courant de décharge qui transite dans la batterie pendant une décharge complète. La perte d'aptitude de charge est alors donnée par la différence entre l'aptitude nominale de charge indiquée par le fournisseur et la valeur obtenue par intégration du courant de décharge complète. La plage de fonctionnement de la batterie en état de charge est proche de [0%, 100]. L'aptitude de charge de la batterie est égale en valeur absolue à la quantité de charge totale déchargée qui est mesurée lors du roulage dont on a soustrait la quantité de charge rechargée qui est mesurée pendant les phases de freinage récupératif. Ainsi, connaissant la température moyenne ambiante T de la batterie lors de la décharge complète, on compare la quantité de charge déchargée au cours de la vie du véhicule, à la quantité de charge initiale de la batterie lors d'une décharge complète à cette même température ambiante T. Ceci est une méthode simple pour déterminer les pertes d'aptitude de charge, mais il existe bien d'autres méthodes. Connaissant les pertes en aptitude de charge, il est alors facile de déterminer l'état de charge réelle de la batterie à tout instant de sa vie en adaptant la charge maximale QM totale que la batterie est apte à stocker à cet instant. Un exemple d'estimateur d'état de charge SOC(t) peut être donné de la façon suivante : SOC (t) = (quantité d'électricité contenue dans la batterie à l'instant t /quantité d'électricité de la batterie pleinement chargée à t) * 100.

Par exemple : - SOC = 100% : batterie pleinement chargée - SOC = 0% : batterie totalement déchargée - SOC = 50% : batterie à demi chargée.

Les données du modèle sont obtenues au préalable expérimentalement en faisant vieillir artificiellement une fois pour toutes, une batterie étalon de même type que la batterie 14. Les données seront ensuite réutilisées pour être entrées sur des modules 11 produits en série pour une multitude de batteries 14. La batterie étalon subit sur banc un cyclage de vieillissement accéléré pour qu'elle passe par chaque état de santé SOH défini, Etatl, Etat 2, Etat 3.... Etat n. Un cyclage consiste à appliquer une série de microcycles représentatifs d'une utilisation réelle dans une enceinte climatisée à une température prédéterminée Ta. Les microcycles sont réalisés par des impulsions de charge et de décharge qui se succèdent. Par exemple, pour une application Véhicule Electrique , la batterie se décharge de 100% d'état de charge à 0% d'état de charge par une succession d'impulsions de décharge représentant des phases d'accélérations et des impulsions de charge représentant des phases de freinage récupératif. Les différents états de santés SOH sont définis pour 20 appréhender la mesure dans laquelle la batterie se rapproche de sa fin de vie. La fin de vie d'une batterie pour véhicule électrique est définie à partir de deux critères : - une perte de Y% de l'aptitude initiale de charge 25 de la batterie à une certaine température. On peut fixer par exemple comme critère de fin de vie, Y% = 30% à T = 20°C ; - une perte de X% de la puissance maximale obtenue sur une impulsion en courant maximale pendant une durée 30 de Ats secondes, ce courant étant le courant maximal préconisé par le fournisseur. Cette perte est définie à un état de charge SOC donné et à une température T donnée. On peut par exemple fixer comme critère de fin

de vie de la batterie d'un véhicule électrique, une diminution de 30% de la puissance Pmax par rapport à sa valeur initiale pour une impulsion de courant de 30s à une température T = 20°C et à un état de charge SOC par exemple de 100%. La fin de vie est définie par le premier des deux critères atteint. On s'intéresse dans le cadre de l'invention, à la détermination des deux critères, celui lié à la diminution de la puissance maximale SOHp, et celui lié à la diminution de l'aptitude de charge SOHC. On expliquera plus loin que périodiquement lors du cyclage avec des micro-cycles représentatif d'une utilisation normale, on effectue un contrôle de l'aptitude de charge. La batterie est alors complètement chargée et déchargée à courant constant. On note la diminution de la capacité par rapport à la capacité initiale. A titre d'exemple illustratif et non limitatif, on définit que la batterie étant à une température T imposée, 20 est à un instant t de cyclage, dans : - un état 1 de santé SOHc = 100% lorsque C(t)= C (t0) ou QM = QM (tO); - un état 2 de santé SOHc = 75% lorsque C(t)= 0,925 - un état 3 de santé SOHc = 50% lorsque C(t)=0,850 - un état 4 de santé SOHc = 25% lorsque C(t)=0,775 - un état 5 de santé SOHc = 0% lorsque C(t)=0,70 D'une façon générale, on définit l'état de santé SOHp(t) à un instant t par rapport à la disponibilité de puissance. L'état de santé SOHp(t) à un instant t, est

fonction de la puissance maximale Pmaxots (t) que l'on peut obtenir par l'application du courant Imax permis par le fournisseur pendant la durée Ats, à une température T donnée pour un état de charge SOC donné. Pour déterminer l'état de santé SOH, on compare la puissance maximale Pmaxots (t) obtenue à un instant t au cours du cyclage à la puissance maximale initiale Pmaxots (t0) donnée à un instant t0 initial pour une batterie neuve, en appliquant le courant Imax pendant la durée Ats dans les mêmes conditions de température T et d'état de charge SOC. A titre d'exemple illustratif et non limitatif, on définit que la batterie étant dans un état de charge SOC imposé à A% à une température T imposée, est à un instant t de cyclage, dans : - un état 1 de santé SOHp = 100% lorsque Pmaxots (t) _ Pmaxots (t 0 ) ; ù un état 2 de santé SOHp = 75% lorsque Pmaxots (t) =0, 925 Pmaxots (t0) - un état 3 de santé SOHp = 50% lorsque 20 Pmaxots (t) =0, 850 Pmaxots (t0) - un état 4 de santé SOHp = 25% lorsque Pmaxots (t) =0, 775 Pmaxots (t0) ù un état 5 de santé SOHp = 0% lorsque Pmaxots(t)=0,70 Pmaxots (t 0) . 25 On considère dans l'exemple illustratif ci-dessus que la fin de vie de la batterie est atteinte lorsque la puissance Pmaxots a diminué de 30% par rapport à la puissance Pmaxots initiale, obtenue dans les mêmes conditions de température T et d'état de charge SOC. 30 Plus le nombre n d'états, Etat 1, Etat 2, ..., Etat n, est élevé, plus l'estimation de l'état de santé SOH est précise.

A chaque niveau d'état de santé correspond une instance de modèle, chaque instance de modèle a la structure du modèle mais avec des valeurs de paramètres différents.

La figure 6 montre des étapes de procédé qui, pour définir les paramètres du modèle, font subir à la batterie des essais spécifiques lors des passages successifs de l'état de santé SOH par les états Etatl, ..., Etat n, au cours d'un cyclage.

Dans une étape initiale 100, la batterie est à l'état neuf avec un état de santé SOH initialisé à 100. La batterie est mise dans une chambre climatique à une température Ta contrôlée. On lui fait subir une succession de cycle de décharge et un de recharge. Le cycle de décharge est composé d'une succession de micro-cycles de charge et de décharge mais le bilan Ah fait que la batterie se décharge progressivement. Une mesure de la puissance Pmaxots(t) est effectuée dans une étape 104 répétée dans une succession de microcycles à chaque passage de l'état de charge SOC par une valeur prédéterminée de A% dont la détection valide une transition 103 qui active l'étape 104. L'étape 104 est exécutée à température constante Ta. Chaque cycle comprend une étape de décharge par des micro-cycles à bilan en Ah non nul 102 pour faire baisser l'état de charge SOC d'une valeur supérieure à A% qui valide une transition 101 d'activation jusqu'à la valeur de A%. Une étape 106 fait baisser l'état de charge SOC en dessous de la valeur de A% jusqu'à une valeur inférieure qui valide une transition 107. Ensuite une étape 109 charge la batterie tant qu'une transition 108 est validée par un état de charge SOC inférieur à la valeur qui valide la transition 101. Dans l'exemple illustré par la figure 6, la

valeur supérieure est de 100% et la valeur inférieure est de 0% avec pour effet de générer des microcycles d'amplitude maximale et dont le nom n'est plus justifié que par le faible intervalle temporel dans lequel le microcycle est effectué. Dans l'étape 104, une impulsion de courant I de valeur maximale Imax donnée par le fournisseur de batterie, passe à travers la batterie pendant une durée Ats. La tension U aux bornes de la batterie est mesurée à divers instants u pendant toute la durée de l'impulsion. La puissance PmaxAts(t) est donnée par la formule : PmaxAts (t) = 1 * U ots (t) , où Uots(t) est la tension de la batterie à la fin de l'impulsion de durée Ats à l'état de charge auquel est appliquée l'impulsion, à l'instant t de la vie de la batterie.

A la suite de l'étape 104, une transition 105 est validée tant que la puissance mesurée PmaxAts(t) est supérieure à la puissance limite Pmaxots(SOH-x%) qui est représentative d'un passage dans un état de santé inférieur de x% à l'état de santé SOH courant. Une validation de la transition 105 active systématiquement l'étape 106 pour poursuivre le cyclage.

A la suite de l'étape 104, une transition 110 est validée quand la puissance PmaxAts a perdu, par exemple 7,5% pour la définition des états 1 à 5 présentés ci-dessus, à l'état de charge de A% lors du cyclage à la température Ta.

Le cyclage est alors suspendu dans une étape 111 activée par validation de la transition 110. A partir de l'étape 111, l'état de santé SOH est considéré avoir perdu x% de sa valeur et la batterie est modélisée pour définir

les paramètres du modèle à différentes températures, par exemple T=40°C, T=30°C, T=20°C, T=10°C et différents états de charge, par exemple les valeurs de SOC peuvent être 100%, 90%, 80%, 20%, 10%.

L'espace des températures est parcouru en montant la température à une valeur Tmax, par exemple 40°C, dans l'étape 111. La température est ensuite baissée progressivement de AT, par exemple de 10°C, dans une étape 118 jusqu'à atteindre une température minimale Tmin, par exemple 10°C qui valide une transition 120. L'étape 118 est réactivée tant qu'une transition 119 est validée par une température T supérieure à la température minimale Tmin. L'espace des états de charge SOC est parcouru en montant la charge de la batterie dans l'étape 112 est en initialisant un seuil de mesure SM à une valeur maximale, par exemple 100%. La batterie est ensuite déchargée si besoin est, dans une étape 116 pour mettre l'état de charge SOC à la valeur du seuil de mesure SM qui valide une transition 113 tant que le seuil de mesure SM est supérieur à une valeur Smin, par exemple 10%, qui valide une transition 115. La valeur du seuil de mesure SM est baissée par pas de w%, par exemple variable entre 10 et 60%, à chaque exécution d'une étape 114. L'étape 114 est activée à chaque validation de la transition 113 pour mesurer et mémoriser les paramètres du modèle, par exemple les coefficients de la fonction de transfert G(p), dans les conditions d'état de charge SOC donné par la validation de la transition 113 et de température donnée par une exécution de l'étape 111 ou de l'étape 118 qui précède la validation de la transition 113. L'espace des états de charge SOC est entièrement parcouru lorsque la valeur du seuil de mesure atteint la valeur Smin qui valide alors une transition 117.

Une validation de la transition 117 active l'étape 118 de façon à exécuter à nouveau l'étape 114 pour une nouvelle série d'états de charge SOC à une température T plus basse si elle est supérieure à la température Tmin.

L'espace des températures T est entièrement parcouru lorsque la valeur de la température atteint la valeur Tmin qui valide alors une transition 120. Une validation de la transition 120 permet au cyclage de reprendre ensuite à la température d'enceinte Ta repositionnée dans une étape 124 activée par une transition 123 qui est validée tant que l'état de santé SOH est positif. Ainsi, lorsque la batterie est à l'état 2, c'est-à-dire que Pmaxots a diminué de 15% au niveau d'état de charge A% dans notre exemple, le cyclage est suspendu à nouveau en étape 111 et la batterie modélisée à nouveau dans les étapes 112 à 118 pour définir les paramètres du modèle à cet état 2 de santé, modèle à différentes températures et différents états de charge.

Ainsi de suite jusqu'à l'état 5 où la batterie a perdu 30% au niveau de Pmaxots et où elle est considérée en fin de vie. La batterie est alors modélisée pour définir les paramètres du modèle à cet état 5 de santé SOH considéré égal à 0% de sorte qu'une transition 121 est validée pour activer une étape 122 qui marque la fin du cyclage. L'approche de modélisation qui vient d'être expliquée, repose sur une démarche expérimentale basée sur une méthode d'identification.

Dans l'étape 114, on envoie un signal I(t) en courant à travers la batterie et on récupère un signal U(t) en tension. On détermine alors la fonction de transfert G(t)

de la batterie qui donne le signal de tension en réponse au signal d'entrée, le courant. Le signal en courant représente un profil de courant qui contient de préférence la richesse en fréquence que l'on rencontre dans une application Véhicule hybride ou véhicule électrique . Le signal en courant a également une amplitude importante, représentative d'une utilisation réelle. Un travail dans le domaine fréquentiel donne alors une expression de la fonction de transfert G sous la forme d'un rapport de deux polynômes en p, c'est-à-dire du type G(p) expliqué précédemment. L'identification des coefficients est basée sur un algorithme des moindres carrés.

Cette méthode permet, à partir des données d'entrée et de sortie du système, de déterminer les paramètres du système étudié. On notera que le modèle est valable essentiellement si les données sont dans une zone de linéarité. Pour cela l'inventeur a effectué des essais et déterminé des modèles à tous les 10% d'état de charge SOC de 100% à 1o%. La fonction de transfert G(P) est transformée en circuits R//C, R (résistance) en parallèle de C (capacité) par une méthode des résidus, par exemple une méthode connue des résidus pondérés telle que la méthode de collocation par points ou par sous domaines, la méthode de Galerkine ou la méthode par séparation de variables. Pour déterminer l'état de santé de la batterie, il est possible aussi de rentrer les paramètres E0, Rohm, R1, Cl, R2, C2 et R3, C3 ...Rn, Cn ou an...a0, bn....bo et EO correspondant à un seul état de charge SOC. L'état de charge SOC est alors celui pour lequel on est sûr que la batterie s'y trouvera suffisamment souvent.

Si on choisit d'entrer les paramètres des instances du modèle pour un seul état de charge, il est alors préférable pour un véhicule électrique, de prendre par exemple en étape 103 un état de charge A% = 100% ou voisin de 100% car c'est sur une plage d'état de charge au voisinage de 100% que l'on commet le moins d'erreur sur l'estimation de l'état de charge SOC. D'autre part, la batterie de traction s'y trouve généralement à chaque fin de charge.

Pour un véhicule électrique, la batterie est généralement chargée jusqu'à 100% lorsqu'elle est mise en charge. Par conséquent la valeur 100% d'état de charge est précise. Ceci nous permet de nous affranchir des erreurs sur le SOC dues au comptage des Ah (ampères heures) par intégration du courant Une dérive du SOC peut apparaître à cause de l'incertitude sur la mesure du courant ou à cause de l'erreur d'estimation du rendement p de charge. Ces erreurs se cumulent au fur et à mesure que l'état de charge de la batterie diminue. Par conséquent, plus l'état de charge sera proche de 100%, plus il sera estimé avec précision en étape 102 et en étape 116 pendant le cyclage sur banc d'essais ou dans le module d'estimation 13 en roulage. Toute valeur de SOC différente de 100% peut être prise si elle est estimée avec suffisamment de précision. Une structure de modèle simplifiée est maintenant expliquée en référence aux figures 3 à 5. Elle est basée sur une formule du type : U (SOC, T) = EO (SOC, T) -/+ Ri (SOC, T) • I Dans cette expression, le signe - est utilisé en décharge et le signe + est utilisé en charge de la batterie.

U désigne la tension aux bornes de la batterie, EO désigne la tension à vide de la batterie, Ri désigne la résistance interne de la batterie qui peut être légèrement différente en charge et en décharge et I désigne le courant qui traverse la batterie. EO et Ri sont deux paramètres qui dépendent de la température T et de l'état de charge SOC de sorte que pour une même valeur de courant, la tension U peut varier en fonction de la température T et de l'état de charge SOC.

L'expression du modèle simplifié ne prend pas en compte explicitement les capacités internes de la batterie qui se chargent électrostatiquement pendant le passage du courant. La résistance interne utilisée ici n'est pas rigoureusement la résistance ohmique. Pour une température et un état de charge donné, la résistance interne dépend du temps pendant lequel est appliquée la sollicitation en courant. Par conséquent, il est nécessaire de cartographier la résistance interne en fonction de la durée de la sollicitation en courant.

Par exemple, pour un véhicule électrique, on peut déterminer Ri (2s) , Ri (5s) , Ri (10s) , Ri (15s) , Ri (20s) , Ri(30s), Ri(lminute), Ri(2minutes), Ri(3minutes)). L'horloge 17 du BMS 12 est déclenchée chaque fois que le courant I s'annule afin d'utiliser la résistance interne Ri qui correspond à la durée de la sollicitation. Par conséquent, s'il s'est écoulé 2s depuis le début de la décharge, le calculateur prend dans sa mémoire où sont stockées les cartographies, la valeur de résistance interne correspondant à une sollicitation de 2s et l'affecte au modèle, puis dès qu'il s'est écoulé 5s, prend la résistance interne correspondant à une sollicitation de 5s et l'affecte au modèle et ainsi de suite, jusqu'à ce que le courant s'annule.

La résistance interne dépend donc non seulement de la température et de l'état de charge, mais également de la durée de la sollicitation en courant : Ri(t, SOC, T). Lorsque qu'on fait vieillir la batterie sur le banc en cyclage comme décrit ci-dessus en référence à la figure 6, pour chaque état de santé défini, 1, 2,....n, on détermine au cours de chaque exécution de l'étape 114, la tension EO pour l'état de charge SOC et pour la température T considérée lors de cette exécution. Considérant dans l'étape 114, la largeur temporelle xs d'une impulsion (x pouvant prendre les valeurs par exemple, 2, 5, 10, 15, 20, 30s, 60s, 120s, 180s pour un véhicule électrique), on mesure la résistance interne Ri(xs) à chaque état de charge et à chaque température.

Les valeurs mesurées de la résistance interne pour une largeur temporelle d'impulsion et une température données, sont mémorisées point par point dans une table à double index, l'un des index indiquant une profondeur de décharge Pdd compris entre 0 et 100%, l'autre index indiquant un pourcentage d'augmentation de la résistance interne à la fin de l'impulsion de courant par rapport à la résistance interne mesurée au début de l'impulsion de courant. Les figures 3, 4, 5, présentent sous forme de courbes l'évolution à 40°C de la résistance interne respectivement après 5 s, 10s, 30s pour différents états de santé qui régressent de 1 à 5. La relation entre état de charge (SOC) et profondeur d'état de charge (Pdd) est la suivante : Pdd (%) = 100 - SOC (%) Par exemple, pour un véhicule électrique, on peut se satisfaire d'une seule résistance, par exemple la

résistance Ri(15s), un seul état de charge (SoC = 100%), quatre températures (40°C, 30°C, 20°C, 10°C). En effet, la situation où la batterie est pleinement chargée et où une sollicitation d'au moins 15s en décharge se produit est assez fréquente dans la vie du véhicule. Dans l'exemple que nous venons d'évoquer, à chaque état de santé défini dans l'étape 100 ou dans l'étape 111 au cours du cyclage appliqué à la batterie sur banc, on détermine dans l'étape 114, E0(100 40°C), E0(100 30°C), E0(100 20°C), E0(100 10°C°), et Ri(15s)(100 40°C), Ri (15s) (100%,30°C), Ri (15s) (100 20°C) , Ri (15s) (100 10°C°) . Cet exemple n'est nullement limitatif, et on peut cartographier des résistances internes déterminées sur différentes durées à différents états de charge et à d'autres températures. Nous avons décrit ci-dessus deux exemples de modèles pour lesquels les paramètres de modélisation dépendent de l'état de charge SOC et de la température T. Dans le cas où le modèle utilise des résistances internes Ri(xs) plutôt que les impédances internes, l'effet des capacités électrostatiques est vue comme une variation de résistance interne en fonction de la durée de la sollicitation en courant qui charge et décharge les capacités électrostatiques. L'information temps t est nécessaire pour déterminer la durée de la sollicitation depuis l'instant où le courant quitte une valeur nulle. La figure 7 montre des étapes de procédé exécutées en temps réel pour estimer l'état de santé de la batterie 14 en exploitation sur un véhicule. Les étapes expliquées à présent, utilisent le modèle qui a été paramétré lors du cyclage appliqué sur une batterie de même type. Dans une étape 200 exécutée lors de la mise en service de la batterie 14 à l'état neuf, l'état de santé

est initialisé à l'état 1 de valeur 100%. Une périodicité rcm de campagne de mesures, est fixée ou est paramétrable par le constructeur automobile pour tenir compte du véhicule sur lequel est montée la batterie. Une date tcm de première mesure est initialisée. Un temps t compté par l'horloge 17 du bloc de maintenance du système batterie BMS 12, valide une transition 201 lorsque le temps t est égal à tcm. Une validation de la transition 201 active tout ou partie d'une séquence d'étapes 202 à 210 qui correspondent à une campagne de mesure. La date tcm de la campagne de mesure suivante est mise à jour dans la dernière étape 210 en ajoutant la périodicité rcm à la date courante tcm. Dans l'étape 202 activée par la validation de la transition 201, un courant donné I(t) est imposé à la batterie ou de façon particulièrement avantageuse permise par l'invention, aucun courant I(t) n'est imposé à la batterie. En effet, l'intérêt du modèle est de pouvoir utiliser tout courant qui traverse la batterie en résultant simplement du fonctionnement du véhicule à la date tcm. Si plusieurs états de charge SOC sont considérés dans le modèle, l'état de charge courant est pris en compte pour rechercher en mémoire les paramètres du modèle qui conviennent. Si un seul état de charge SOC est considéré dans le modèle, l'état de charge courant n'est pas pris en compte pour rechercher en mémoire les paramètres du modèle qui conviennent mais on attend d'atteindre l'état de charge considéré pour activer les étapes suivantes. La recherche en mémoire des paramètres du modèle qui conviennent, est faite en fonction de la température mesurée par le capteur 20 si le modèle prévoit différentes températures de fonctionnement. L'exemple illustré sur la figure 7 s'applique à un modèle basé sur une fonction de transfert

G(p). Pour un modèle basé sur une résistance interne Ri(xs), la durée de sollicitation à partir d'un courant nul est nécessaire. Les valeurs de paramètres d'au moins deux instances de modèle, sont déterminées dans l'étape 202, par exemple ici celles de l'instance de modèle qui correspond au dernier état de santé évalué et celles de l'instance de modèle de niveau inférieur. Un échantillonnage simultané du courant I à l'instant t et de la tension U au même instant t, valide respectivement une transition 203 et une transition 204. Dans l'étape 204 activée par validation de la transition 203, le calculateur estime les tensions Ua, Ub, pour chacun des états de santé considérés dans l'étape 202.

Dans l'étape 206 activée par validation de la transition 205, chaque tension Ua, Ub, est comparée à la tension U. L'état de santé pour lequel le modèle donne l'erreur Eb , Ea la plus petite est considérée comme le plus représentatif de l'état de santé de la batterie. On peut considérer ici l'erreur quadratique pour déterminer le plus petit écart. Une transition 209 est validée si la plus petite des erreurs est celle qui correspond à l'état de santé courant qui est alors conservé.

Une transition 207 est validée si la plus petite des erreurs ne correspond pas à l'état de santé courant qui est alors susceptible d'être modifié. Supposons que la batterie est dans un état de santé état 1. Dès que la transition 207 est validée lorsque l'erreur Eb = C2 est inférieur à Ea = El, un certain nombre de fois consécutives préalablement défini dans l'étape 200, alors seulement l'étape 208 est activée pour considérer la batterie dans l'état de santé 2 et ainsi de suite.

L'invention ne se limite pas aux exemples qui viennent d'être décrit et peut être déclinable de nombreuses manières dans le domaine de l'accumulation d'énergie électrique.

Pour les supercondensateurs, on parle de tension de travail plutôt que d'état de charge. Le raisonnement reste le même. La connaissance de l'état de santé de la batterie permet de mettre en place des stratégies d'optimisation de la gestion de la batterie au cours de son utilisation. Etat de charge et état de santé sont deux paramètres indispensables pour une gestion optimisée de la batterie. Avoir un estimateur de santé fiable permet de recaler l'état de charge en fonction de l'aptitude réelle de la batterie à se charger. Ceci est primordial pour une gestion optimisée de la batterie. Une batterie ou des supercondensateur pour une chaîne de traction électrique, sont des composants coûteux, environ 10 000{ pour une batterie de véhicule électrique.

Il est indispensable d'avoir un estimateur d'état de santé de la batterie complète ou de chaque groupe d'élément ou de chaque élément pour le marché de l'occasion par exemple. L'état de santé permet d'estimer la durée de vie restante de la batterie.

On peut également prévoir un estimateur d'état de santé pour chaque élément ou chaque groupe d'éléments de façon à permettre de changer éléments ou groupes d'éléments détectés défectueux pour maintenir la batterie à un bon niveau de performance.

Lorsqu'on prévoit un estimateur de santé pour chaque élément ou groupe d'éléments, il est intéressant de pouvoir mesurer la tension aux bornes ainsi que la température de chaque groupe d'éléments ou de chaque élément. L'état de

charge pour chaque élément ou groupe d'éléments peut être pris égal à l'état de charge global de la batterie. D'autres traitements mathématiques sont envisageables pour améliorer la précision de la valeur.

Lors d'une estimation de l'état de santé, par exemple mensuelle, le module SOH 11 du BMS 12 peut recommencer l'opération dix fois, cent fois ou plus et faire la moyenne des écarts mesurés. Le module 11 en déduit alors que l'état de santé est celui dont le modèle donne le plus petit écart moyen. Si la plus petite valeur des écarts considérés dans le comparateur 23 ou dans l'étape 206, n'est pas nulle, cela veut dire que l'état de santé est compris entre deux valeurs d'état de santé. On peut alors également prévoir une opération mathématique qui fait une interpolation, entre ces deux états de santé pour donner une valeur intermédiaire entre ces deux états de santé. Ceci permet de gagner en précision sur la valeur de l'état de santé donné par le dispositif.

D'autres grandeurs que la tension symptomatique et la tension effective peuvent être utilisées pour mettre en oeuvre l'invention de façon à évaluer l'état de santé de la batterie. Ainsi, sur la figure 8, le module SOH/Énergie 11, héberge les modèles de chaque état de santé, Etatl, Etat2, Etat3, Etat n ainsi qu'un modèle d'énergie qui traverse la batterie entre deux instants t0 et t. Le module 11 reçoit les informations courant, température, tension et état de charge du module SOC 13 du BMS 12. En fonction de la température, de l'état de charge, le module 11 va chercher dans sa mémoire les bonnes valeurs dans les tableaux des paramètres des modèles en tension de chaque Etat i. Le module 11 calcule la valeur de tension symptomatique de la

batterie pour chaque modèle Ui(t) et la communique au modèle d'énergie. Il compare les valeurs d'énergie symptomatique Wi(t) calculées au moyen du modèle d'énergie sur une durée entre tO et t1 en utilisant les différentes sorties de tensions calculées Ui(t), à l'énergie W(t) calculée avec la tension mesurée. Il en déduit que l'état de vieillissement Ei est celui dont le modèle en tension donne le plus petit écart entre Wi(t) et W (t) . Considérant la valeur du courant I(1) qui traverse la batterie à chaque instant z entre les instants tO et t, le modèle donne l'énergie cumulée qui a traversé la batterie, par la formule : W(t):=JU(z)I(z)dz La formule est tout aussi valable pour la tension U(t) mesurée aux bornes de la batterie, que pour la tension Ui(t) issue du modèle en tension pour chaque état de vieillissement. La représentation purement illustrative du module 28 de comparaison des énergies, exploite le fait que l'intégrale est une application linéaire et que par conséquent . Wi(t)ùW(t):=J(Ui(z)ùU( z))I(r)d r En référence à la figure 9, la batterie est couplée à un système qui détermine son état de charge. Il existe aussi des capteurs de température qui indiquent la température de la batterie ainsi que des capteurs de courant et tension qui indiquent l'intensité qui circule dans la batterie et la tension aux bornes de la batterie. Un ensemble d'organes fonctionnels est rattaché à la batterie. Par exemple, un moteur électrique pour une

application hybride ou un véhicule électrique, mis en marche dans une étape 300, vont solliciter en courant la batterie. On peut envisager un alternateur classique pour une application réseau de bord.

Dans une étape 301, le capteur de tension est synchronisé sur le capteur de courant de façon à mesurer ces grandeurs physiques effectives. Dans le calculateur est rentré un modèle en tension prédéterminé paramétrable en fonction des différents états de santé, état 1, 2 , 3.... n. Ce modèle donne une réponse en tension en fonction de la sollicitation en courant de valeur non prévisible car dépendant du régime de fonctionnement. Le modèle a des paramètres qui dépendent aussi de l'état de charge SOC et de la température T et éventuellement du temps t de la sollicitation en courant, selon le type de modèle utilisé. En effet, dans le cas où le modèle utilise des résistances internes Ri(xs) qui varient selon la durée de la sollicitation, l'information temps t est nécessaire pour déterminer la durée de la sollicitation depuis l'instant où le courant s'est annulé pour la dernière fois. Ainsi par exemple, pour un courant donné, un SOC, une température donnée, ou même une durée de sollicitation (cf modèle utilisant Ri(xs)), le calculateur détermine U1, U2, Un pour chacun des m états de vieillissement prédéterminés. A la suite d'une étape de temporisation 302, le courant I et la tension U sont échantillonnés d'une manière identique à partir d'un instant tO déclenché dans une étape 303. Dans une étape 304, chaque tension U1, U2...Un est alors envoyée dans le module Energie. Ce module Energie avec la valeur de courant qui lui est envoyée, calcule

l'énergie cumulée calculée Wi(t) entre tO et t pour chaque entrée Ui(t) issue du modèle de vieillissement à l'état i. L'énergie mesurée cumulée W(t) est également calculée avec le même modèle Energie, mais avec la valeur réelle mesurée de tension. Après avoir figer l'instant t dans l'étape 305, chaque énergie Wi(t) est comparée à w(t) dans une étape 306. L'état de santé pour lequel le modèle donne l'erreur la plus petite, est considéré comme le plus représentatif de l'état de santé de la batterie. On peut considérer ici l'erreur quadratique pour déterminer le plus petit écart. L'instant tO, peut être pris à l'instant où le moteur est sur démarré dans l'étape 300. Il peut être pris après une certaine temporisation qui suit dans l'étape 302, la mise en marche du moteur. L'instant tO peut être pris dès que l'état de charge atteint une certaine valeur. L'instant t final peut être le moment où le moteur est arrêté. Il peut être également le moment où une certaine durée s'est écoulée depuis le déclenchement à t0. Il peut être encore l'instant où le SOC atteint une certaine valeur. Supposons que la batterie est dans un état de santé état 1. Dés que l'erreur E2 est inférieur à El, un certain nombre de fois dans une étape 307 consécutives à définir, alors la batterie est considérée dans un état de vieillissement E2 dans une étape 308 et ainsi de suite. Pour mettre en oeuvre l'invention, une utilisation de composants matériels déjà présents dans les systèmes 30 actuels, permet de réduire les coûts. Contrairement aux estimateurs d'état de santé qui font une mesure de la résistance interne ou de l'impédance, et qui nécessitent un dispositif spécifique pour générer un

signal en courant toujours le même, cette invention ne nécessite pas de modification coûteuse du matériel des systèmes de batteries existants. L'invention s'applique à toutes les batteries qui sont des composants physico-chimiques sensibles au niveau d'état de charge et de température, quelque soit la technologie utilisée (Li-ion, NiMH, Supercondensateurs ...).

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif pour estimer un état de santé de batterie (14) générant une tension électrique effective (U) à ses bornes lorsqu'elle est parcourue par un courant (I) qui résulte d'un usage de la batterie, comprenant : - au moins deux instances (31, 32, 33, 34, 35) d'un modèle qui comprennent chacune un ensemble de paramètres qui ont des valeurs propres à générer une grandeur symptomatique d'un état de santé (1, 2, 3, 4, 5) lorsque la batterie est parcourue par le courant (I) ; - au moins un échantillonneur (24, 25) agencé pour communiquer ledit courant (I) en entrée et ladite tension électrique effective (U) en aval de chaque instance (31, 32, 33, 34, 35) de modèle de façon à calculer un écart entre chaque grandeur symptomatique générée et une grandeur effective qui est fonction de ladite tension électrique effective (U) ; et - un comparateur (23) agencé pour indiquer l'état de 20 santé dont la grandeur symptomatique est celle pour laquelle l'écart calculé est le plus faible.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les grandeurs symptomatiques et la grandeur 25 effective sont des tensions.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les grandeurs symptomatiques et la grandeur effective sont des énergies.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ensemble de paramètres comprend un 30état de charge (SOC) et/ou une température (T) de la batterie.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, 5 caractérisé en ce que la structure du modèle comprend une fonction de transfert spectrale (G (p)) .
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la structure du modèle comprend une 10 résistance interne (Ri).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'ensemble de paramètres comprend une largeur temporelle d'impulsion de courant (I) mesurée.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble de paramètres comprend une tension à vide (EO). 20
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un estimateur de santé pour chaque élément ou groupe d'éléments, de façon à pouvoir mesurer la tension aux bornes ainsi que la température de chaque groupe d'éléments ou de chaque 25 élément.
10. Procédé pour estimer un état de santé de batterie (14) générant une tension électrique effective (U) à ses bornes lorsqu'elle est parcourue par un courant (I) qui 30 résulte d'un usage de la batterie, comprenant des étapes consistant à: générer (204) au moins deux grandeurs symptomatiques (Ua, Ub) chacune d'un état de santé lorsque 15la batterie est parcourue par le courant (I) au moyen d'un modèle qui comprend un ensemble de paramètres dont les valeurs sont propres à un état de santé; calculer (206) un écart (sa, Eb) entre chaque 5 grandeur symptomatique générée et une grandeur effective qui est fonction de ladite tension électrique effective (U) ; et indiquer (200, 208) l'état de santé dont la grandeur symptomatique est celle pour laquelle l'écart 10 calculé est le plus faible.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que les grandeurs sont des tensions ou des énergies. 15
12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (202) dans laquelle l'ensemble de paramètres du modèle est instancié avec un état de charge (SOC) et/ou une température (T) de la batterie. 20
13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la structure du modèle comprend une fonction de transfert spectrale (G (p)) . 25
14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la structure du modèle comprend une résistance interne (Ri).
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en 30 ce que l'ensemble de paramètres comprend une largeur temporelle d'impulsion de courant (I) mesurée.
16. Procédé selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que l'ensemble de paramètres comprend une tension à vide (EO).
17. Procédé selon l'une des revendications 10 à 16, caractérisé en ce qu'on mesure la tension aux bornes ainsi que la température de chaque groupe d'éléments ou de chaque élément.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'état de charge pour chaque élément ou groupe d'éléments est pris égal à l'état de charge global de la batterie.
19. Procédé pour paramétrer un dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant des étapes consistant à . - effectuer (102, 106, 109) des cycles de charge et décharge sur une batterie de test de même type que la 20 batterie en usage ; - mesurer (104) une puissance maximale restituée par la batterie de test en décharge ; modifier (111) un état de santé lorsque la puissance maximale mesurée descend en dessous d'une valeur 25 représentative de l'état de santé ; mesurer (114) et mémoriser des valeurs de paramètres de modélisation en association avec l'état de santé modifié.