FR2980851A1

FR2980851A1 - Procede d'homogeneisation du vieillissement d'une batterie de vehicule automobile, electrique ou hybride

Info

Publication number: FR2980851A1
Application number: FR1158777A
Authority: FR
Inventors: Frederic Pailhoux; Damien Barrajon; Agnes Debourg
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-05
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: FR2980851B1

Abstract

Procédé d'homogénéisation du vieillissement d'une batterie d'un véhicule automobile, électrique ou hybride, conduit par au moins un conducteur et comportant un compteur d'endommagement, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape (100, 105, 110, 115, 120) de détermination d'un critère de sévérité de conduite du conducteur, et - une étape (135) d'action sur un paramètre d'utilisation de la batterie en fonction de la sévérité du conducteur.

Description

PROCEDE D'HOMOGENEISATION DU VIEILLISSEMENT D'UNE BATTERIE DE VEHICULE AUTOMOBILE, ELECTRIQUE OU HYBRIDE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé d'homogénéisation du vieillissement d'une batterie de véhicule automobile, électrique ou hybride. Elle s'applique notamment au domaine des batteries d'accumulateurs d'énergie électrique du type Lithium-ion.

ART ANTERIEUR Le contexte énergétique actuel favorise les recherches et développements des véhicules électriques ou hybrides. Les véhicules hybrides sont des véhicules qui font appel à plusieurs sources d'énergies associées pour se mouvoir.

On parle, en particulier, de moteur hybride dans le cas de l'association d'un moteur thermique et d'un moteur électrique. Toutefois, l'utilisation d'une pile à combustible dans un véhicule entraîne également son association avec un dispositif de stockage électrique réversible (supercondensateur ou batterie d'accumulateurs), réalisant ainsi une architecture hybride électrochimique/électrique au lieu d'une architecture hybride thermique/électrique. Un verrou technologique important réside dans la durée de vie des batteries d'accumulateurs. En effet, les constructeurs automobiles développent des batteries d'accumulateurs, communément appelées batteries, dont la durée de vie se rapproche de la durée de vie du véhicule à proprement parlé, à savoir entre dix et quinze ans. Le vieillissement des batteries réside d'une part, dans l'augmentation de leur résistance interne par rapport à leur résistance interne initiale et, d'autre part, dans la perte de capacité par rapport à leur capacité initiale. 3 0 L'augmentation de résistance interne signifie une diminution de puissance disponible et, la perte de capacité signifie que la quantité d'énergie stockable diminue.

Les batteries lithium-ion, du fait de leur structure, présentent, à volume égal, l'avantage d'avoir une plus grande capacité et, donc, une énergie stockée plus importante, et une plus faible résistance interne et, donc, une puissance plus importante, que les autres types de batteries.

Le document W008095315 décrit un procédé de gestion d'une batterie lithium-ion permettant notamment d'évaluer l'endommagement de cette batterie par une mesure permanente des courants de charge et de décharge ainsi que de la tension à ses bornes. Le procédé présenté permet de calculer la capacité de la batterie ainsi que sa résistance interne. Les calculs effectués ne prennent cependant pas en compte le temps de stockage ni l'évolution de la température. Or, il est connu que la température joue un rôle décisif vis-à-vis du vieillissement des batteries. Le document CA2641115 décrit un procédé de contrôle d'une batterie électrolytique solide et métallique, dans lequel l'endommagement des cellules de la batterie est contrôlé en permanence en fonction de critères dépendant notamment de la tension et de température des différentes cellules. Ce procédé comprend des moyens de modifier les conditions d'utilisation de la batterie en fonction des températures détectées.

L'homogénéisation de la durée de vie d'une batterie d'accumulateurs d'un véhicule électrique ou hybride pour différents conducteurs de véhicules, notamment dans le cas des batteries lithium-ion, présente des inconvénients qui ne sont pas résolus de manière suffisante dans cet art antérieur.

RESUME DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un procédé de calcul d'un rapport entre une valeur mesurée et une valeur de référence d'au moins une grandeur physique représentative d'un vieillissement d'une batterie Lithium-ion d'un véhicule électrique ou hybride, qui comporte, pour chaque grandeur physique: - une étape d'acquisition de valeur courante de la grandeur physique, - une étape d'acquisition d'un âge de la batterie, - une étape de mise en correspondance de l'âge de la batterie avec une valeur de référence de la grandeur physique, - une étape de calcul d'un rapport entre la valeur mesurée et la valeur de référence, et - une étape de mise en mémoire du rapport. La notion de vieillissement décrit une à plusieurs modifications fonctionnelles diminuant progressivement l'aptitude de la batterie à assurer ses fonctions. Le vieillissement des batteries réside d'une part, dans l'augmentation de leur résistance interne par rapport à leur résistance interne initiale et, d'autre part, dans la perte de capacité par rapport à leur capacité initiale. L'augmentation de résistance interne est principalement liée à l'augmentation de la couche de passivation due à la dégradation de l'électrolyte à l'interface avec l'électrode négative alors que la perte de capacité est principalement liée à la perte de sites actifs disponibles pour l'insertion du lithium due à la dégradation mécanique provoquée par l'insertion/désinsertion répétée du Lithium à l'électrode positive.

Le procédé objet de l'invention permet de calculer le rapport entre une valeur de référence, ou valeur théorique d'une grandeur physique et son évolution au cours du temps. Un tel rapport peut avoir soit une valeur inférieure à 1, ce qui signifie que la valeur de référence est supérieure à la valeur mesurée, soit une valeur supérieure à 1, ce qui signifie que la valeur de référence est inférieure à la valeur mesurée, soit une valeur sensiblement égale à 1, ce qui signifie que la valeur de référence est sensiblement égale à la valeur mesurée. Le rapport entre une valeur courante d'une grandeur physique et sa référence mène à des conclusions similaires et réciproques. Dans un mode de réalisation particulier, on définit une valeur 3 0 «inférieure à un» lorsqu'elle est inférieure à 0,95, et on définit une valeur « supérieure à un» lorsqu'elle est supérieure à 1,05, enfin on définit une valeur « sensiblement égale à un» lorsqu'elle est comprise entre 0,95 et 1,05. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de détermination d'un critère de sévérité de conduite d'un conducteur de véhicule électrique ou hybride impactant sur le vieillissement d'une batterie Lithium-ion du véhicule par rapport à une référence, le véhicule étant équipé d'un compteur d'endommagement de la batterie, qui comporte : - une étape d'acquisition de valeurs d'au moins une grandeur physique provenant du compteur d'endommagement de la batterie, - une étape de traitement de valeurs de la grandeur physique en fonction de valeurs de référence et mettant en oeuvre le procédé de calcul objet de la présente invention, et - une étape d'évaluation du critère de sévérité en fonction du traitement de valeurs.

On comprend par « sévérité de conduite d'un conducteur de véhicule électrique ou hybride » qu'il existe différentes manières ou différentes façons de conduire un véhicule automobile. Chaque façon de conduire a un impact différent sur l'usure ou le vieillissement de tout ou partie du véhicule, et notamment sur la batterie. Plus la façon de conduire est sévère, plus l'usure est importante. Dans un mode de réalisation particulier, la grandeur physique du compteur d'endommagement de la batterie est une résistance interne, une capacité de la batterie, un facteur d'accélération en cyclage et/ou un facteur d'accélération en stockage.

Dans un mode de réalisation particulier, l'étape d'évaluation du critère de sévérité est telle que : lorsque le rapport est compris entre 0,1 et 0,4 on définit le critère de sévérité comme « très peu sévère » ; lorsque le rapport est compris entre 0,4 et 0,9, on définit le critère de sévérité comme « peu sévère » ; lorsque le rapport est compris entre 0,9 et 1,1, on définit le critère de sévérité comme « référence » ; lorsque le rapport est compris entre 1,1 et 1,5, on définit le critère de sévérité comme « sévère » ; lorsque le rapport est compris entre 1,5 et 1,9, on définit le critère de sévérité comme « très sévère». Grâce à ces dispositions, on peut qualifier la façon de conduire d'un conducteur sur une échelle de sévérité.

Selon un troisième aspect, la présente invention vise un procédé d'homogénéisation du vieillissement d'une batterie d'un véhicule automobile, électrique ou hybride, conduit par au moins un conducteur et comportant un compteur d'endommagement, qui comporte : une étape de détermination d'un critère de sévérité de conduite du conducteur mettant en oeuvre le procédé de détermination d'un critère de sévérité objet de la présente invention et une étape d'action sur un paramètre d'utilisation de la batterie en fonction de la sévérité du conducteur. Grâce à ces dispositions, on peut homogénéiser la façon de conduire d'un conducteur avec une façon de conduire de référence et, donc, on peut homogénéiser un état d'usure de la batterie du véhicule en fonction d'un état d'usure de référence. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, l'étape d'action sur un paramètre d'utilisation de la batterie en fonction de la sévérité du conducteur est soit une diminution de 30% à 45% de la valeur disponible du paramètre d'utilisation de la batterie pour un conducteur très sévère, soit une diminution de 20% à 30% de la valeur disponible du paramètre d'utilisation de la batterie pour un conducteur sévère, soit une augmentation de 20% à 30% de la valeur disponible du paramètre d'utilisation de la batterie pour un conducteur peu sévère, soit une augmentation de 30% à 45% de la valeur disponible du paramètre d'utilisation de la batterie pour un conducteur très peu sévère. Grâce à ces dispositions, on peut homogénéiser la façon de conduire d'un conducteur en fonction de l'état d'usure du véhicule automobile ainsi qu'en fonction d'un état de l'état d'usure de référence, notamment en bridant ou en débridant la façon de conduire d'un conducteur en fonction du critère de sévérité en correspondance. On note, à titre d'exemple, que l'on bride la façon de conduite d'un conducteur sévère et on débride la façon de conduite d'un conducteur peu sévère. Dans un mode de réalisation particulier, le paramètre d'utilisation de la batterie est une température de la batterie, un courant de la batterie et/ou un état de charge de la batterie. Une température de la batterie peut être en charge, en stockage ou en décharge. De même, un courant de la batterie peut être un courant de charge ou de décharge, ou encore un courant nul, par définition du stockage. L'état de charge peut être une valeur de charge minimum ou maximum données par un constructeur de la batterie. Dans un mode de réalisation particulier, lorsque le critère de sévérité est différent de celui de la référence, alors l'étape d'action sur un paramètre d'utilisation de la batterie est précédée d'une étape d'évaluation d'une phase d'utilisation du véhicule, cyclage ou stockage, ayant le plus fort impact sur le vieillissement. Dans un mode de réalisation particulier, l'étape d'action sur un paramètre d'utilisation de la batterie est précédée d'une étape de mise en évidence d'un paramètre d'utilisation de la batterie, impactant sur le vieillissement de la batterie, sur lequel agir.

Lorsqu'un seul paramètre d'utilisation de la batterie est suivi, alors il est le paramètre impactant. Dans un mode de réalisation particulier, l'étape d'action sur un paramètre d'utilisation de la batterie est suivie d'une étape de mise en mémoire d'une évolution du vieillissement de la batterie.

De manière avantageuse, l'évolution du vieillissement de la batterie est représentée par la grandeur physique mesurée. Selon un quatrième aspect, la présente invention vise un véhicule automobile, électrique ou hybride, équipé d'une unité de calcul comportant un logiciel mettant en oeuvre un procédé objet de l'invention.

BREVE DESCRIPTION DE LA FIGURE L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description non limitative qui suit, rédigée au regard du dessin annexé, dans lequel : la figure 1 représente, sous la forme d'un logigramme, un procédé d'homogénéisation du vieillissement d'une batterie de véhicule automobile électrique ou hybride, selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION On observe, en figure 1, un procédé d'homogénéisation du vieillissement d'une batterie lithium-ions d'un véhicule électrique ou hybride. Un tel véhicule, destiné à être conduit par un conducteur, comporte avantageusement un compteur d'endommagement de la batterie ainsi qu'une unité de calcul. On comprend par « endommagement de la batterie » ou par « vieillissement de la batterie » une augmentation de résistance interne Rint ou une diminution de capacité C de la batterie. Un compteur d'endommagement calcule, typiquement, le vieillissement de la batterie en deux phases ; dites de cyclage et de stockage. « Stockage » signifie que la batterie est stockée sans recevoir ni 2 0 émettre de courant, tandis que « cyclage » signifie que la batterie est en phase de charge ou en phase de décharge. Le vieillissement global de la batterie est alors une moyenne pondérée des deux phases. Le fonctionnement d'une batterie lithium-ion est, typiquement, représenté par les paramètres suivants : résistance interne Rint, capacité C, 25 âge Tps, température T, courant de charge ic et courant de décharge id, phase de cyclage Phcyclage et phase de stockage Phstockage, et état de charge SOC (acronyme de « State of charge »). De manière avantageuse, le compteur d'endommagement fournit en sortie à chaque occurrence, les informations suivantes : 3 0 - perte de capacité de la batterie : o due au cyclage (nommée Ccyc) ou due au stockage (nommée Csto), o globale : nommée Ctot ; - augmentation de la résistance interne : o due au cyclage (nommée Rcyc) ou due au stockage (nommée Rsto), o globale, nommé Rtot ; - facteur d'accélération de la perte de capacité lié : o au courant de charge (seulement en cyclage), nommé kC(IC), o au courant de décharge (seulement en cyclage), nommé kC(ID), o à la température cellule (seulement en cyclage), nommé kC(TC), o à la température cellule et au SOC (seulement en stockage), nommé kC(TS, SOC), o à la variation d'état de charge Asoc (seulement en cyclage), nommé kC(Asoc), o à l'ensemble des paramètres (seulement en cyclage) : nommé kC(tot) ; - facteur d'accélération de l'augmentation de résistance interne lié o au courant de charge (seulement en cyclage), nommé kRi(IC), o au courant de décharge (seulement en cyclage), nommé kRi(ID), o à la température cellule (seulement en cyclage), nommé kC(TC), o à la température cellule et au SOC (seulement en stockage), nommé kRi(TS, SOC), o à Asoc (seulement en cyclage), nommé kRi(Asoc), o à l'ensemble des paramètres (seulement en cyclage), nommé kRi(tot).

On note que ces facteurs sont comparables les uns aux autres. L'ensemble de ces données est mis en mémoire et/ou est accessible par l'unité de calcul du véhicule. Le procédé d'homogénéisation du vieillissement d'une batterie de véhicule automobile, électrique ou hybride, comprend une série d'étapes.

Dans une première étape 100, on acquiert une valeur d'au moins une grandeur physique représentative du vieillissement de la batterie.

De manière avantageuse, cette valeur acquise est celle de la résistance interne Rint et/ou celle de la capacité C de la batterie. Dans une étape 105, on acquiert un âge de la batterie. De manière avantageuse, on acquiert l'âge en faisant la somme des durées des phases 5 de cyclage et des durées des phases de stockage. Puis dans une étape 110, on met en correspondance l'âge de la batterie et une valeur de référence de la grandeur physique. Typiquement, on appelle une courbe, en mémoire, de valeurs de référence de la grandeur physique. La courbe ainsi appelée comporte des valeurs en fonction d'un 10 temps. Le temps est typiquement un âge de la batterie. La courbe est une prévision de référence d'une évolution de la grandeur physique représentative du vieillissement de la batterie en fonction du temps. Puis dans une étape 115, on calcule un rapport entre les deux valeurs acquise et appelée. 15 La valeur du rapport ainsi calculée est typiquement comprise entre 0,1 et 1,9. Si le rapport est exprimé en pourcentage, alors il est compris entre 10% et 190%. Ensuite, dans une étape 120, on évalue un critère de sévérité de la conduite du conducteur à partir de la valeur dudit rapport. 20 De manière avantageuse, lorsque le rapport est compris entre 0,1 et 0,4 on définit le critère de sévérité comme « très peu sévère » ; lorsque le rapport est compris entre 0,4 et 0,9, on définit le critère de sévérité comme « peu sévère » ; lorsque le rapport est compris entre 0,9 et 1,1, on définit le critère de sévérité comme « référence » ; lorsque le rapport est compris entre 25 1,1 et 1,5, on définit le critère de sévérité comme « sévère » ; lorsque le rapport est compris entre 1,5 et 1,9, on définit le critère de sévérité comme « très sévère». Puis, dans une étape 125, on évalue une phase de plus fort impact sur le vieillissement de la batterie. 30 De manière avantageuse, cette phase de plus fort impact sur le vieillissement de la batterie est en cyclage ou en stockage.

On compare, typiquement, les valeurs de la grandeur physique représentative du vieillissement en stockage et en cyclage. En fonction de l'étape 125, dans une étape 130, on évalue au moins un paramètre d'utilisation de la batterie ayant un plus fort impact sur le vieillissement de la batterie. De manière avantageuse, pour évaluer le paramètre d'utilisation de la batterie ayant le plus fort impact sur le vieillissement de la batterie, on compare les facteurs d'accélération du vieillissement de la batterie puis on en déduit le paramètre.

Des paramètres d'utilisation de la batterie sont typiquement : une température T de régulation, un courant de charge ic et un courant de décharge id, ou un état de charge SOC de la batterie. Puis, dans une étape 135, on agît sur le paramètre d'utilisation de la batterie ayant le plus fort impact sur le vieillissement de la batterie, en fonction de la sévérité du conducteur. De manière avantageuse, agir sur la température signifie augmenter ou diminuer la température de régulation de la batterie. La température de régulation de la batterie est avantageusement comprise entre 25 et 40°C . De manière avantageuse, agir sur le courant de charge ic signifie augmenter ou diminuer le courant de charge ic de la batterie. De manière avantageuse, agir sur le courant de décharge id signifie l'augmenter ou le diminuer. De manière avantageuse, agir sur l'état de charge SOC signifie l'augmenter ou le diminuer.

Enfin, dans une étape 140, on met en mémoire l'état de vieillissement de la batterie, c'est-à-dire la grandeur physique mesurée. De manière avantageuse, on peut accéder à cette mémoire, notamment pour quantifier le vieillissement de la batterie. De manière avantageuse, chaque étape du présent procédé est suivie 3 0 d'une étape de mise en mémoire des résultats de ladite étape.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de calcul d'un rapport entre une valeur mesurée et une valeur de référence d'au moins une grandeur physique représentative d'un vieillissement d'une batterie Lithium-ion d'un véhicule électrique ou hybride, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque grandeur physique: s - une étape (100) d'acquisition de valeur courante de la grandeur physique, - une étape (105) d'acquisition d'un âge de la batterie, - une étape (110) de mise en correspondance de l'âge de la batterie avec une valeur de référence de la grandeur physique, 10 - une étape (115) de calcul d'un rapport entre la valeur mesurée et la valeur de référence, et - une étape (140) de mise en mémoire du rapport.
2. Procédé de détermination d'un critère de sévérité de conduite d'un 15 conducteur de véhicule électrique ou hybride impactant sur le vieillissement d'une batterie Lithium-ion du véhicule par rapport à une référence, le véhicule étant équipé d'un compteur d'endommagement de la batterie, caractérisé en ce qu'il comporte : -une étape (100) d'acquisition de valeurs d'une grandeur physique 20 provenant du compteur d'endommagement de la batterie, -une étape (100, 105, 110, 115) de traitement de valeurs de la grandeur physique en fonction de valeurs de la référence et mettant en oeuvre le procédé de la revendication 1, et -une étape (120) d'évaluation du critère de sévérité en fonction du 25 traitement de valeurs.
3. Procédé de détermination d'un critère de sévérité selon la revendication 2, dans lequel la grandeur physique du compteurd'endommagement de la batterie est : une résistance interne, et/ou une capacité de la batterie.
4. Procédé d'homogénéisation du vieillissement d'une batterie d'un véhicule automobile, électrique ou hybride, conduit par au moins un conducteur et comportant un compteur d'endommagement, caractérisé en ce qu'il comporte : -une étape (100, 105, 110, 115, 120) de détermination d'un critère de sévérité de conduite du conducteur mettant en oeuvre le procédé de détermination d'un critère de sévérité selon la revendication 2 ou 3, et -une étape (135) d'action sur au moins un paramètre d'utilisation de la batterie en fonction de la sévérité du conducteur.
5. Procédé d'homogénéisation du vieillissement d'une batterie de véhicule automobile, électrique ou hybride, selon la revendication 4, dans lequel le paramètre d'utilisation de la batterie est : une température, un courant, ou un état de charge.
6. Procédé d'homogénéisation du vieillissement d'une batterie de véhicule automobile, électrique ou hybride, selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel lorsque le critère de sévérité est différent de celui de la référence, alors l'étape (135) d'action sur au moins un paramètre d'utilisation de la batterie est précédée d'une étape (125) d'évaluation d'une phase d'utilisation du véhicule, cyclage ou stockage, ayant le plus fort impact sur le vieillissement.
7. Procédé d'homogénéisation du vieillissement d'une batterie de véhicule automobile, électrique ou hybride, selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel l'étape (135) d'action sur au moins un paramètre d'utilisation de la batterie est précédée d'une étape (130) de mise en évidence d'au moins un paramètre d'utilisation de la batterie, impactant sur le vieillissement de la batterie, sur lequel agir.
8. Procédé d'homogénéisation du vieillissement d'une batterie de véhicule automobile, électrique ou hybride, selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel l'étape (135) d'action sur au moins un paramètre d'utilisation de la batterie, est suivie d'une étape (140) de mise en mémoire d'une évolution du vieillissement de la batterie.
9. Véhicule automobile, électrique ou hybride, équipé d'une unité de calcul comportant un logiciel mettant en oeuvre un procédé selon l'une des revendications 1 à 8.