FR3121228A1 - Procédé et système pour estimer un indicateur de vieillissement d’une batterie électrique rechargeable. - Google Patents

Procédé et système pour estimer un indicateur de vieillissement d’une batterie électrique rechargeable. Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un procédé (100) d’estimation d’un indicateur vieillissement d’une batterie électrique, comprenant au moins une itération d’une phase de mesure comprenant les étapes suivantes : émission (102), dans ladite batterie, d’une onde acoustique, dite onde sonde, comprenant au moins une composante fréquentielle, dite représentative, dont l’amplitude est fonction du vieillissement de ladite batterie (500) ;réception (104) d’une onde acoustique, dite onde transmise, correspondant à la partie transmise, par ladite batterie, de ladite onde sonde ; détermination (107) d’une valeur d’un indicateur de vieillissement de ladite batterie en fonction :de l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle représentative dans ladite onde transmise, et d’un modèle de corrélation, préalablement déterminé, applicable à ladite batterie, et reliant ladite amplitude audit indicateur de vieillissement. Elle concerne également un système mettant en œuvre un tel procédé et une batterie électrique équipée d’un tel système. Figure d’abrégé : Fig. 1

Description

Procédé et système pour estimer un indicateur de vieillissement d’une batterie électrique rechargeable.
La présente invention concerne un procédé pour estimer un indicateur de vieillissement d’une batterie électrique rechargeable. Elle concerne également un système mettant en œuvre un tel procédé et une batterie électrique, en particulier rechargeable, équipé d’un tel système.
Le domaine de l’invention est le domaine de la caractérisation des batteries électriques, en particulier rechargeables, et en particulier le domaine de l’estimation du vieillissement d’une telle batterie.
État de la technique
Le vieillissement d’une batterie peut être caractérisé en mesurant un indicateur de vieillissement de ladite batterie, tel que par exemple un état de santé (en anglais « State of Health » ou SoH) ou encore une espérance de vie (en anglais « Remaining Usable Lifespan » ou RUL).
L’estimation d’un tel indicateur de vieillissement d’une batterie électrique rechargeable fait l’objet de nombreux travaux.
Il existe des modèles mathématiques basés sur des paramètres électriques de la batterie tels que la tension aux bornes de la batterie, le courant délivré par la batterie, la température de la batterie, etc. Ces modèles sont principalement basés sur une corrélation entre le paramètre de vieillissement (SoH ou RUL) de la batterie et la capacité de stockage de la batterie, ou l’énergie délivrée par la batterie. Or, les conséquences d’un vieillissement des matériaux qui constituent la batterie ne sont pas forcément détectables par la capacité de stockage de la batterie ou l’énergie délivrée par la batterie, ces conséquences pouvant être compensées par d’autres phénomènes, en particulier au début du vieillissement de la batterie. Par conséquent, les solutions basées sur les paramètres électriques ne permettent pas de déterminer de manière fidèle l’état de santé d’une batterie tout au long de la vie de la batterie.
Il existe aussi des solutions acoustiques, non destructives, basées sur la mesure de paramètres acoustiques. Ces solutions utilisent soit le temps de vol d’un signal acoustique incident se propageant dans la batterie, soit le nombre de coups détectés et l’énergie associée à chaque coup. Cependant ces solutions sont sensibles aux bruits parasites dus à des signaux acoustiques provenant de sources externes à la batterie. De plus, les solutions acoustiques actuelles ne permettent pas une estimation précise du vieillissement de la batterie.
Un but de la présente invention est de pallier au moins un des inconvénients précités.
Un autre but de la présente invention est de proposer une solution acoustique permettant d’estimer un indicateur de vieillissement d’une batterie, moins sensible aux perturbations externes.
Un autre but de la présente invention est de proposer une solution acoustique plus efficace et plus précise pour estimer un indicateur de vieillissement d’une batterie tout au long de la vie de ladite batterie.
L’invention permet d’atteindre au moins l’un de ces buts par un procédé d’estimation d’un indicateur de vieillissement d’une batterie électrique comprenant au moins une cellule élémentaire de stockage électrique, en particulier rechargeable, ledit procédé comprenant au moins une itération d’une phase de caractérisation comprenant les étapes suivantes :
  • émission, dans ladite batterie, d’une onde acoustique, dite onde sonde, comprenant au moins une composante fréquentielle, dite représentative, dont l’amplitude est modifiée en fonction d’un vieillissement de ladite batterie lorsqu’elle se propage dans ladite batterie ;
  • réception d’une onde acoustique, dite onde transmise, correspondant à la partie transmise, par ladite batterie, de ladite onde sonde ;
  • détermination d’une valeur dudit indicateur de vieillissement de ladite batterie en fonction :
    • de l’amplitude de ladite au moins une composante fréquentielle représentative dans ladite onde transmise, et
    • d’un modèle de corrélation, préalablement déterminé, applicable à ladite batterie, et reliant ladite amplitude audit indicateur de vieillissement.
L’invention permet d’atteindre au moins l’un de ces buts par un procédé d’estimation d’un indicateur de vieillissement d’une batterie comprenant au moins une cellule élémentaire électrique, en particulier rechargeable, ledit procédé comprenant au moins une itération d’une phase de caractérisation comprenant les étapes suivantes :
Ainsi, l’invention propose d’injecter une onde acoustique sonde dans la batterie et de capter la partie de l’onde sonde transmise par ladite batterie. Cette onde transmise comprend au moins une composante dont l’amplitude est représentative du, et évolue avec le, vieillissement de la batterie et en particulier des matériaux qui la constituent, tel que par exemple un vieillissement dû à l’oxydation, à la délamination, à l’évolution morphologique ou cristallographique, etc., des matériaux constituant la batterie. La valeur de l’indicateur vieillissement, tel que par exemple le SoH ou le RUL, est déterminée en fonction de l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle représentative.
Une telle détermination d’un indicateur du vieillissement d’une batterie permet de détecter et de mesurer un vieillissement de ladite batterie lorsque la capacité de stockage de la batterie, ou l’énergie délivrée par ladite batterie, ne sont pas impactées par le vieillissement de ladite batterie. Ainsi, l’invention permet d’estimer le vieillissement d’une batterie électrique rechargeable sans avoir à mesurer ses caractéristiques électriques.
De plus, l’invention permet de déterminer le vieillissement d’une batterie électrique en se basant sur au moins une composante fréquentielle représentative présente dans une onde sonde injectée dans ladite batterie. Ainsi, l’invention est moins, voire pas, sensible aux bruits provenant de sources externes à ladite batterie.
Par ailleurs, l’invention peut être mise en œuvre de manière simple, rapide et sans danger, pendant que la batterie est en cours d’utilisation, car elle ne nécessite aucune mesure d’un courant (ou d’une tension électrique) délivré(e) par la batterie et plus généralement aucune grandeur électrique de ladite batterie.
Dans la suite, pour éviter des lourdeurs rédactionnelles, les termes « batterie » et « batterie électrique » peuvent être utilisés pour désigner une batterie électrique, rechargeable ou non.
Dans la présente demande, une batterie électrique peut comprendre une unique cellule élémentaire. Suivant un exemple de réalisation de ce mode de réalisation, la batterie peut consister en une cellule élémentaire. Alternativement, la batterie peut comprendre plusieurs cellules élémentaires.
Dans tous les cas, la batterie peut en outre comprendre d’autres composants actifs ou passifs tels que par exemple des éléments de compressions de la ou des cellules élémentaires, des éléments de circulation d’un fluide caloporteur, un boitier externe renfermant les cellules, etc.
Dans la présente demande, une « cellule élémentaire », également appelée « cellule », est formée par une électrode négative et une électrode positive entre lesquelles se trouvent une couche d’électrolyte. L’électrode négative, l’électrolyte et l’électrode positive sont empilés dans une direction, appelée direction d’empilement de la cellule.
Dans la batterie, au moins une cellule élémentaire peut être enroulée sur elle-même autour d’une direction d’enroulement, ou repliée sur elle-même dans une direction de repliement.
La batterie peut être une batterie électrochimique.
Comme indiqué plus haut, l’indicateur de vieillissement dont la valeur est mesurée peut être l’état de santé, SoH, ou l’espérance de vie restante, RUL, de la batterie.
Par « amplitude » de la composante fréquentielle représentative, on entend l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle représentative dans l’onde transmise relativement à son amplitude dans l’onde sonde injectée.
Cette amplitude peut être la valeur mesurée dans l’onde sonde en particulier lorsque l’amplitude dans l’onde sonde est une amplitude calibrée, ou une valeur calibrée en fonction de la valeur de l’amplitude dans l’onde sonde lorsque celle-ci n’est pas une valeur calibrée.
Avantageusement, l’onde sonde peut-être émise au contact de la batterie, et en particulier de chaque cellule de la batterie, au niveau d’une première extrémité de ladite batterie, de sorte qu’elle est transportée par les matériaux qui composent ladite batterie ou ladite chaque cellule.
Ainsi, l’invention permet de mieux injecter l’onde sonde dans la batterie et assurer une meilleure transmission de l’onde sonde dans ladite batterie, en particulier dans chaque cellule, de sorte à obtenir une onde acoustique transmise de meilleure qualité. La précision de la mesure de l’indicateur de vieillissement est ainsi améliorée.
Pour ce faire, l’invention peut mettre en œuvre un émetteur acoustique disposé au contact de la batterie, et en particulier au contact de la ou de chaque cellule de la batterie, par exemple au niveau de ladite première extrémité.
Préférentiellement, l’onde transmise peut être captée au contact de la batterie, et en particulier de chaque cellule de la batterie, au niveau d’une deuxième extrémité de ladite batterie.
Ainsi, l’invention permet de mieux capter l’onde acoustique transmise par la batterie de sorte à obtenir une onde acoustique transmise de meilleure qualité. Une telle captation de l’onde transmise au contact de la batterie permet de diminuer les ondes acoustiques parasites pouvant être émis par des sources externes à la batterie. La précision de la mesure de l’indicateur de vieillissement de la batterie est ainsi améliorée.
Pour ce faire, l’invention peut mettre en œuvre un récepteur acoustique disposé au contact de la batterie, plus particulièrement au contact de la ou de chaque cellule de la batterie, en particulier au niveau de ladite deuxième extrémité.
Préférentiellement, la deuxième extrémité est opposée à la première extrémité, en particulier dans la direction d’empilement de la ou de chaque cellule de la batterie. Ainsi, l’au moins une composante fréquentielle représentative traverse la totalité des différentes couches de chaque cellule avant d’être captée, ce qui permet une estimation plus précise de l’état de l’indicateur de vieillissement de la batterie.
L’étape d’émission peut réaliser une émission de l’onde sonde sur une durée suffisante de sorte que l’onde sonde se stabilise en termes de fréquence et d’amplitude. En d’autres termes, l’étape d’émission peut réaliser une émission de l’onde sonde sur une durée supérieure à la durée d’un simple phénomène transitoire.
Préférentiellement, l’étape d’émission peut réaliser une émission de l’onde sonde sur une durée suffisante à l’établissement d’un régime stationnaire, ou quasi stationnaire, dans la batterie.
Dans ce cas, l’onde transmise est captée lorsque le régime stationnaire s’est établi dans la batterie.
La durée d’établissement du régime stationnaire, respectivement la durée du régime transitoire, peut dépendre de la batterie mais aussi de la composition de l’onde sonde, et peut être déterminée par un homme du métier par des essais, lors d’une phase préliminaire, sans faire preuve d’effort excessif.
Dans des modes de réalisation nullement limitatifs, l’indicateur de vieillissement peut être relié, par une fonction monotone, à l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle représentative dans l’onde transmise, sur une partie ou la totalité d’une étendue des valeurs dudit indicateur de vieillissement.
Ainsi, la détermination de l’indicateur de vieillissement est réalisée de manière simple, rapide et avec très peu de ressources de calcul.
La fonction monotone peut être une fonction croissante ou une fonction décroissante, une fonction linéaire ou non.
Suivant des modes de réalisation non limitatifs, l’indicateur de vieillissement peut être fonction de l’amplitude d’une unique composante fréquentielle représentative pour toute l’étendue des valeurs dudit indicateur de vieillissement.
Alternativement, l’indicateur de vieillissement peut être fonction de l’amplitude de différentes composantes fréquentielles représentatives, pour différentes parties de l’étendue des valeurs dudit indicateur de vieillissement. Par exemple, pour une première partie de l’étendue des valeurs de l’indicateur de vieillissement, celui-ci peut être fonction de l’amplitude d’une première composante fréquentielle représentative, et pour une deuxième partie de l’étendue des valeurs de l’indicateur de vieillissement, celui-ci peut être fonction de l’amplitude d’une autre composante fréquentielle représentative.
De manière similaire, l’indicateur de vieillissement peut être relié à l’amplitude, dans l’onde transmise, d’au moins une composante fréquentielle représentative par :
  • une unique fonction pour toute l’étendue des valeurs de l’indicateur de vieillissement : dans ce cas, le modèle de corrélation peut consister en cette fonction ; ou
  • différentes fonctions pour différentes parties de l’étendue des valeurs de l’indicateur de vieillissement : dans ce cas, le modèle de corrélation peut consister en l’ensemble de ces fonctions associées, chacune, à une partie de l’étendue des valeurs de l’indicateur de vieillissement.
Suivant un exemple de réalisation nullement limitatif, pour une batterie Li-ion, la fréquence de la composante fréquentielle représentative peut être comprise entre 90 kHz-110 kHz, et en particulier peut être égale à 97 kHz.
Toujours suivant un exemple de réalisation nullement limitatif, pour une batterie Lithium Métal Polymère (LMP®), la fréquence de la composante fréquentielle représentative peut être comprise entre 60 kHz-65 kHz, ou 320 kHz-330 kHz, ou encore 358 kHz-380 kHz.
Bien entendu ces valeurs sont données à titre d’exemples non limitatifs.
L’onde sonde peut comprendre uniquement l’au moins une composante fréquentielle représentative.
Alternativement, l’onde sonde peut comprendre d’autres composantes fréquentielles que l’au moins une composante fréquentielle représentative. Par exemple, l’onde sonde peut réaliser un balayage en fréquence entre deux valeurs extrêmes prédéfinies de fréquence.
L’au moins une composante fréquentielle, et plus généralement l’onde sonde, peut être déterminée lors d’une phase préliminaire réalisée avant la première itération de la phase de caractérisation.
Suivant une caractéristique optionnelle et particulièrement avantageuse, lorsque la valeur de l’indicateur de vieillissement vérifie au moins une condition prédéfinie par rapport à au moins une valeur seuil prédéfinie, la phase de mesure peut comprendre une étape d’exécution d’une action, dite de suivi, prédéfinie.
Dans le cas où l’indicateur de vieillissement est l’espérance de vie restante, ou RUL, l’action de suivi peut comprendre une combinaison quelconque des actions suivantes :
  • lorsque la valeur mesurée de l’indicateur de vieillissement dépasse une première valeur seuil prédéfinie, par exemple un pourcentage par unité de temps ou par cycles charge-décharge réalisés, l’action de suivi peut comprendre l’émission d’une notification indiquant que la batterie a subi une dégradation importante ;
  • au-delà d’une seconde valeur seuil prédéfinie, supérieure à la première valeur seuil, l’action de suivi peut comprendre une limitation d’au moins une plage de fonctionnement de la batterie, par exemple la puissance maximale en charge ou décharge, une tension maximale, ou une tension minimale, etc., pour préserver les performances de ladite batterie ;
  • enfin, si la valeur mesurée dépasse une troisième valeur seuil prédéfinie, considérée comme dangereux pour l’utilisation de la batterie, l’action de suivi peut comprendre l’émission d’une notification de danger à court terme et une activation d’un mode de sauvegarde de la batterie avec des performances fortement limitées.
Avantageusement, la phase de caractérisation peut être réitérée à fréquence prédéterminée, en particulier pendant l’utilisation de la batterie.
Ainsi, le procédé selon l’invention permet de surveiller ou de monitorer, dans le temps, l’état de vieillissement d’une batterie, et éventuellement son évolution.
Dans une version avantageuse, le procédé selon l’invention peut comprendre une phase préliminaire pour déterminer le modèle de corrélation applicable à la batterie, réalisée avant la première itération de la phase de caractérisation et comprenant les étapes suivantes :
  • pour différents états de vieillissement correspondant à différentes valeurs de l’indicateur de vieillissement :
    • émission, dans une batterie de référence, d’une onde acoustique, dite onde de test, comprenant plusieurs composantes fréquentielles ;
    • réception d’une onde acoustique, dite onde de test transmise, correspondant à la partie transmise, par ladite batterie de référence, de ladite onde de test ;
  • identification, dans lesdites ondes de test transmises, d’au moins une composante fréquentielle représentative dont l’amplitude varie en fonction du vieillissement de ladite batterie de référence ;
  • construction dudit modèle de corrélation en fonction desdites valeurs de l’indicateur de vieillissement et des valeurs de l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle représentative.
Ainsi, la phase préliminaire identifie à la fois au moins une composante fréquentielle représentative dont l’amplitude varie en fonction du vieillissement de la batterie lorsqu’elle parcourt ladite batterie, mais aussi au moins une fonction reliant les valeurs de l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle représentative aux valeurs de l’indicateur de vieillissement.
La phase préliminaire peut être réalisée pour chaque type de batterie de sorte à identifier un modèle de corrélation qui est applicable pour toutes les batteries du même type, c’est-à-dire tous les batteries présentant la même composition et/ou la même architecture.
La phase préliminaire peut être réalisée spécifiquement pour une application donnée de la batterie, c’est-à-dire pour un usage spécifique de la batterie tel que par exemple pour une application automobile, pour une application stationnaire, pour une application domestique, etc. Alternativement, la phase préliminaire peut être réalisée pour plusieurs applications de la batterie lorsqu’un même modèle de corrélation peut être utilisé pour toutes ces applications.
L’onde sonde de test peut comprendre une pluralité de composantes fréquentielles. En particulier, tel qu’indiqué plus haut, l’onde sonde de test peut réaliser un balayage en fréquence entre deux valeurs extrêmes de fréquences.
La batterie de référence est une batterie identique ou similaire, en termes d’architecture, à la batterie dont on souhaite estimer l’indicateur de vieillissement.
Le modèle de corrélation peut comprendre une ou plusieurs fonctions, ou relations, mathématiques.
Alternativement ou en plus, le modèle de corrélation peut comprendre une table de correspondance entre les valeurs de l’indicateur de vieillissement et les valeurs d’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle représentative.
Alternativement ou en plus, le modèle de corrélation peut comprendre un réseau neuronal entrainé lors de la phase préliminaire, ou en fonction des valeurs obtenues pendant la phase préliminaire.
Suivant un autre aspect de l’invention, il est proposé un système d’estimation d’un indicateur de vieillissement d’une batterie électrique, en particulier rechargeable, comprenant au moins une cellule élémentaire, ledit système comprenant :
  • au moins un émetteur acoustique configuré pour émettre, dans ladite batterie, une onde acoustique, dite onde sonde, comprenant au moins une composante fréquentielle, dite représentative, dont l’amplitude est modifiée en fonction d’un vieillissement de ladite batterie lorsqu’elle se propage dans ladite batterie ;
  • au moins un récepteur acoustique configuré pour capter une onde acoustique, dite onde transmise, correspondant à la partie transmise, par ladite batterie, de ladite onde sonde ; et
  • au moins un module d’analyse configuré pour déterminer une valeur d’un indicateur de vieillissement de ladite batterie en fonction :
    • de l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle représentative dans ladite onde transmise, et
    • d’un modèle de corrélation, préalablement déterminé, applicable à ladite batterie, et reliant ladite amplitude audit indicateur de vieillissement.
Le module d’analyse peut comprendre au moins un composant analogique et/ou au moins un composant numérique.
Le module d’analyse peut être un processeur, une puce électronique, etc., programmé pour réaliser les opérations qui lui sont confiées.
Le module d’analyse peut être un programme d’ordinateur, qui lorsqu’il est exécuté met en œuvre les opérations qui lui sont confiées.
Le module d’analyse peut être un module indépendant ou un module intégré dans un module ou une unité existante, tel que par exemple une puce électronique, un processeur ou un calculateur ou une unité de gestion d’une batterie, ou d’un pack comprenant plusieurs batteries, ladite unité de gestion étant également connue sous le nom « Battery Management System », BMS, en anglais.
L’émetteur acoustique peut être tout type d’émetteur acoustique.
Par exemple, au moins un émetteur acoustique peut comprendre un générateur de signal électrique couplé à un transducteur électroacoustique ou à un transducteur piézoélectrique, convertissant le signal électrique en une onde acoustique.
Le générateur de signal électrique peut être configuré, ou commandé, pour générer un signal électrique comprenant une ou plusieurs composantes fréquentielles différentes.
Le signal électrique peut être de préférence un signal alternatif sinusoïdal, mais peut aussi être un signal carré, triangulaire, etc., et plus généralement un signal électrique généré suivant, ou représentant, une séquence binaire pseudo aléatoire (SBPA).
Le récepteur acoustique peut être tout type de récepteur acoustique.
Par exemple, au moins un récepteur acoustique peut comprendre un transducteur piézoélectrique, ou un transducteur électroacoustique, prévu pour capter l’onde transmise et le convertir en un signal électrique.
Suivant un autre aspect de l’invention, il est proposé une batterie électrique, en particulier rechargeable, comprenant au moins une cellule élémentaire, équipée d’un système selon l’invention ou de moyens configurés pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention.
Le système peut être intégré à ladite batterie, par exemple au sein d’un boîtier de ladite batterie, ou au sein d’un pack batteries comprenant plusieurs batteries.
Comme indiqué plus haut, suivant un mode de réalisation, la batterie peut comprendre une unique cellule élémentaire. Suivant un exemple de réalisation de ce mode de réalisation, la batterie peut consister en une cellule élémentaire. Suivant un autre mode de réalisation, la batterie peut comprendre plusieurs cellules élémentaires.
Dans tous les cas, la batterie peut en outre comprendre d’autres composants actifs ou passifs tels que par exemple des éléments de compressions de la ou des cellules élémentaires, des éléments de circulation d’un fluide caloporteur, un boitier externe renfermant les cellules, etc.
Avantageusement, au moins un émetteur acoustique et/ou au moins un récepteur acoustique peut être positionné au contact de la batterie.
En particulier, l’émetteur acoustique et le récepteur acoustique peuvent préférentiellement être positionnés au contact de ladite batterie au niveau de deux extrémités opposées de la batterie, en particulier dans la direction d’empilement de la, ou de chaque, cellule élémentaire de ladite batterie.
Le système peut être utilisé sur requête, ou à une fréquence prédéterminée, pour déterminer l’état de vieillissement de ladite batterie.
Suivant encore un autre aspect de la présente invention, il est proposé une cellule élémentaire électrique, en particulier rechargeable, équipée d’un système selon l’invention.
De manière classique, la cellule élémentaire selon l’invention peut comprendre une électrode négative et une électrode positive entre lesquelles se trouvent une couche d’électrolyte. L’électrode négative, l’électrolyte et l’électrode positive sont empilés dans une direction, appelée direction d’empilement de la cellule.
La cellule élémentaire selon l’invention peut être enroulée sur elle-même autour d’une direction d’enroulement, ou repliée sur elle-même dans d’une direction de repliement.
Description des figures et modes de réalisation
D’autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l’examen de la description détaillée d’un mode de réalisation nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :
  • la est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un procédé selon l’invention d’estimation d’un indicateur de vieillissement d’une batterie électrique, en particulier rechargeable ;
  • la est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’un procédé selon l’invention ;
  • la est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’un procédé selon l’invention ;
  • la est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un système selon l’invention ;
  • la est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’une batterie électrique, en particulier rechargeable, équipée d’un système selon l’invention ;
  • la est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’une cellule élémentaire électrique, en particulier rechargeable, équipée d’un système selon l’invention ;
  • les FIGURES 6a-6f sont des exemples non limitatifs de signaux obtenus selon l’invention pour une batterie Li-ion ; et
  • les FIGURES 7a-7g sont des exemples non limitatifs de signaux obtenus selon l’invention pour une batterie Lithium-Métal-Polymère (LMP®).
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à de l’état de la technique antérieur. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie est uniquement suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.
Sur les figures les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
La est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un procédé selon l’invention d’estimation d’un indicateur de vieillissement d’une batterie électrique, rechargeable ou non.
Le procédé 100 de la peut être appliqué à toute batterie, en particulier électrochimique, pour laquelle on souhaite mesurer, à un instant donné, la valeur d’un indicateur de vieillissement, tel que par exemple l’état de santé (SoH) ou l’espérance de vie restante (RUL).
Le procédé 100 comprend une première étape 102 d’émission d’une onde acoustique, dite onde sonde, dans la batterie.
L’onde sonde comprend au moins une composante acoustique, dite composante acoustique représentative, dont l’amplitude varie en fonction de l’état de vieillissement de la batterie lorsqu’elle traverse ladite batterie. Cette au moins une composante acoustique est déterminée lors d’une phase préalable, qui sera décrite plus en détail plus loin en référence aux FIGURES 6a-6f et aux FIGURES 7a-7g.
De préférence, l’onde sonde comprend uniquement une ou des composantes fréquentielles représentatives. Alternativement, l’onde sonde peut comprendre d’autres composantes fréquentielles.
De préférence, l’onde sonde est émise par un émetteur acoustique disposé au contact de la batterie de sorte à maximiser l’onde sonde injectée dans la batterie.
De préférence, l’onde sonde est émise, ou injectée, dans la batterie au niveau d’une première extrémité de la batterie, dans la direction d’empilement de la, ou de chaque, cellule de ladite batterie.
Lors d’une étape 104, la partie de l’onde sonde transmise par la batterie, appelée onde transmise, est captée par un récepteur acoustique.
De préférence, le récepteur acoustique est disposé au contact de la batterie de sorte à maximiser la captation de l’onde transmise et augmenter le rapport signal sur bruit.
De préférence, l’onde transmise est captée au niveau d’une deuxième extrémité de la batterie, opposée à la première extrémité, dans la direction d’empilement de la, ou de chaque, cellule élémentaire de la batterie.
Lors d’une étape 106, l’amplitude de l’au moins une composante représentative de l’onde transmise est déterminée. Plus précisément, cette étape 106 détermine l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle dans l’onde transmise par rapport à son amplitude dans l’onde sonde. Autrement dit, cette étape 106 détermine de combien l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle transmise a été réduite lors de la propagation de l’onde sonde dans la batterie.
En utilisant l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle représentative et un modèle de corrélation, préalablement déterminé, il est possible de déterminer la valeur de l’indicateur de vieillissement lors d’une étape 108.
Le modèle de corrélation relie l’amplitude de la composante fréquentielle à la valeur de l’indicateur de vieillissement. Ce modèle de corrélation est prédéterminé lors d’une étape préliminaire dont un exemple particulier est donné à titre nullement limitatif dans la suite.
Le modèle de corrélation prédéterminé peut être une relation mathématique, un graphique, une table, un réseau neuronal, etc., et plus généralement toute loi reliant l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle représentative à l’indicateur de vieillissement.
La est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’un procédé selon l’invention.
Le procédé 200 de la peut être appliqué à toute batterie électrique rechargeable, ou non, en particulier électrochimique, pour laquelle on souhaite suivre l’évolution dans le temps d’un indicateur de vieillissement, tel que par exemple le SoH ou la RUL.
Le procédé 200 comprend toutes les étapes du procédé 100 de la qui fournit une valeur mesurée de l’indicateur de vieillissement.
Le procédé 200 comprend en outre une étape 202 pour déterminer si la valeur mesurée de l’indicateur de vieillissement vérifie au moins une condition prédéterminée en relation avec au moins une valeur seuil prédéterminée.
Si ce n’est pas le cas, alors le procédé 200 est terminé après l’étape 202. Une nouvelle itération du procédé 200 peut être réalisée, sur demande, ou encore à une fréquence prédéterminée, ou de manière continue.
Si au contraire, la valeur mesurée de l’indicateur de vieillissement vérifie au moins une condition prédéterminée en relation avec au moins une valeur seuil prédéterminée, alors le procédé 200 comprend une étape 204 d’exécution d’une action, dite de suivi.
Par exemple, dans le cas où l’indicateur de vieillissement est l’espérance de vie restante, ou RUL, la valeur mesurée peut être comparée à une ou plusieurs valeur seuil.
Lorsque la valeur mesurée dépasse une première valeur seuil prédéfinie, par exemple un pourcentage par unité de temps ou par cycles réalisés, l’action de suivi peut comprendre l’émission d’une notification indiquant que la batterie a subi une dégradation importante.
Alternativement ou en plus, lorsque la valeur mesurée de l’indicateur de vieillissement dépasse une seconde valeur seuil prédéfinie, supérieure à la première valeur seuil, l’action de suivi peut comprendre une limitation d’au moins une plage de fonctionnement de la batterie, par exemple la puissance maximale en charge ou décharge, une tension maximale, ou une tension minimale, etc., pour préserver les performances de ladite batterie. Une telle limitation peut être accompagnée de l’émission d’une notification signalant ladite limitation.
Alternativement ou en plus, lorsque la valeur mesurée de l’indicateur de vieillissement dépasse une troisième valeur seuil prédéfinie, considérée comme dangereuse pour l’utilisation de la batterie, l’action de suivi peut comprendre l’émission d’une notification de danger et une activation d’un mode de sauvegarde de ladite batterie avec des performances fortement limitées.
La, au moins une, notification peut être une notification sonore ou visuelle, transmise au travers d’un canal filaire ou sans fil, et émise au sein d’un véhicule, ou d’une station, comprenant la batterie à l’attention du conducteur dudit véhicule, et/ou au sein d’un site distant à l’attention d’un opérateur ou d’un gestionnaire.
Après l’étape 204 d’exécution d’au moins une action de suivi, le procédé 200 est terminé. Une nouvelle itération du procédé 200 peut être réalisée, sur demande, ou à une fréquence prédéterminée, ou encore de manière continue.
La est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’un procédé selon l’invention.
Le procédé 300 de la peut être appliqué à toute batterie électrique, en particulier rechargeable, en particulier électrochimique, pour lequel on souhaite suivre un indicateur de vieillissement, tel que par exemple le SoH ou la RUL.
Le procédé 300 comprend toutes les étapes du procédé 100 de la , ou du procédé 200 de la .
Le procédé 300 comprend en outre une phase préliminaire 302, exécutée avant la première itération du procédé 100 ou 200, lors de laquelle une onde sonde et un modèle de corrélation sont identifiés pour une batterie, dit de référence. Cette onde sonde et ce modèle de corrélation sont ensuite utilisés pour estimer/mesurer la valeur de l’indicateur de vieillissement pour toute batterie identique ou similaire à la batterie de référence.
Deux exemples de réalisation non limitatifs d’une phase préliminaire sont décrits en référence aux FIGURES 6a-6f et 7a-7g.
La est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un système selon l’invention de mesure de la valeur d’un indicateur de vieillissement d’une batterie électrique, rechargeable ou non.
Le système 400 de la comprend au moins un émetteur acoustique 402, prévu pour injecter une onde acoustique sonde dans la batterie. En particulier, l’émetteur acoustique 402 peut être prévu pour venir au contact de la batterie. Pour ce faire, suivant un mode de réalisation nullement limitatif, l’émetteur acoustique 402 peut être monté solidaire de la batterie par exemple par collage, par vissage, et plus généralement par tout moyen de fixation connu.
L’émetteur acoustique 402 peut être tout type d’émetteur acoustique. Par exemple, l’émetteur acoustique peut comprendre un générateur de signal électrique couplé à un transducteur électroacoustique ou à un transducteur piézoélectrique, convertissant le signal électrique en une onde acoustique.
Le générateur de signal électrique alternatif peut être configuré, ou commandé, pour générer un signal électrique comprenant une ou plusieurs composantes fréquentielles représentatives.
Le signal électrique peut être de préférence un signal alternatif sinusoïdal, mais peut aussi être un signal carré, triangulaire, etc., et plus généralement un signal électrique généré suivant, ou représentant, une séquence binaire pseudo aléatoire (SBPA).
Le système 400 comprend en outre au moins un récepteur acoustique 404, prévu pour capter une onde acoustique, dite transmise, se propageant dans la batterie. En particulier, le récepteur acoustique 404 peut être prévu pour venir au contact de la batterie. Pour ce faire, suivant un mode de réalisation nullement limitatif, le récepteur acoustique 404 peut être monté solidaire de la batterie par exemple par collage, par vissage, et plus généralement par tout moyen de fixation connu.
Par exemple, le récepteur acoustique 404 peut comprendre un transducteur piézoélectrique, ou un transducteur électroacoustique, prévu pour capter l’onde acoustique transmise et le convertir en un signal électrique.
Le système 400 comprend en outre au moins un module d’analyse 406 configuré pour déterminer une valeur d’un indicateur de vieillissement de ladite batterie en fonction de l’amplitude d’au moins une composante fréquentielle représentative dans ladite onde transmise, et d’un modèle de corrélation, préalablement déterminé, applicable à ladite batterie, et reliant ladite amplitude audit indicateur de vieillissement.
Le module d’analyse 406 est relié au récepteur acoustique 404 de manière filaire ou sans fil.
Le module d’analyse 406 peut être un processeur, ou une puce électronique, et plus généralement tout appareil électronique et/ou informatique programmé pour réaliser les fonctions qui lui sont attribuées.
Le module d’analyse 406 peut se présenter sous la forme d’un module de gestion qui est relié à la fois à l’émetteur acoustique 402 et au récepteur acoustique 404 pour d’une part déclencher l’émission de l’onde sonde par l’émetteur acoustique 402 et d’autre part recevoir le signal électrique représentatif de l’onde transmise de la part du récepteur acoustique 404.
La est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’une batterie électrique rechargeable, ou non, équipée d’un système selon l’invention.
La batterie de stockage 500, représentée sur la , est équipée d’un système d’estimation d’un indicateur de vieillissement selon l’invention, et en particulier du système 400 de la .
La batterie 500 comporte entre une première extrémité 502 et une deuxième extrémité 504, opposée l’une l’autre dans une direction transversale de ladite batterie, quatre cellules élémentaires 5061-5064alignées dans ladite direction transversale. Bien entendu, le nombre de cellules élémentaires n’est pas limitée à 4. La batterie selon l’invention peut comporter une ou plusieurs cellules élémentaires.
Chaque cellule élémentaire 506icomporte une électrode positive 508i, une électrode négative 510iet une couche d’électrolyte 512i, représentées très schématiquement et uniquement pour la cellule élémentaire 5061, empilée suivant une direction d’empilement. Dans l’exemple représentée sur la , de manière nullement limitative, pour chaque cellule 506ila direction d’empilement correspond à la direction d’alignement des cellules 5061-5064entre-elles, qui correspond elle-même à la direction transversale de la batterie 500. Bien entendu suivant d’autres exemples, la direction d’empilement peut être différente de la direction d’alignement des cellules, par exemple perpendiculaire à la direction d’alignement des cellules.
De plus, chaque cellule élémentaire 506ipeut être repliée, ou entourée, sur elle-même une ou plusieurs fois.
Comme représenté sur la , l’émetteur acoustique 402 et le récepteur 404 sont positionnés de sorte que l’onde sonde injectée par l’émetteur acoustique 402 traverse chaque cellule élémentaire 506idans la direction d’empilement de ladite cellule 506i. En particulier, dans l’exemple représenté, l’émetteur acoustique 402 est disposé au contact de la première extrémité 502 de la batterie 500 et le récepteur 404 est disposé au contact de la deuxième extrémité 504 de la batterie.
Le module d’analyse 406 est disposé sur une face de la batterie 500 dans l’exemple représenté.
Bien entendu, cet exemple est en aucun cas limitatif. Suivant des exemples alternatifs, le module d’analyse 406 peut être disposé à distance du corps de la batterie, ou peut au contraire être intégré dans un module de gestion (non représenté) de la batterie 500.
La batterie 500 peut être tout type de batterie électrique, rechargeable ou non, et en particulier une batterie électrochimique. Par exemple, la batterie 500 peut être une batterie Li-ion ou Lithium-Métal-Polymère (LMP®).
De plus, dans l’exemple de la , un système selon l’invention est utilisé pour plusieurs cellules élémentaires. Suivant une alternative, un système selon l’invention peut être utilisé individuellement pour au moins une, en particulier chaque, cellule élémentaire. Ainsi, la batterie 500 peut être équipée de quatre systèmes selon l’invention, un pour chaque cellule. Bien entendu, dans ce cas, il est possible de mutualiser certains éléments des systèmes, et en particulier le module d’analyse, pour plusieurs systèmes.
La est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’une cellule élémentaire électrique, en particulier rechargeable, équipée d’un système selon l’invention.
Plus particulièrement, la représente la cellule élémentaire 5061équipée d’un système d’estimation d’un indicateur de vieillissement selon l’invention, et en particulier du système 400 de la .
Sur la , c’est directement la cellule élémentaire 5061qui est instrumentée, à la différence de l’exemple de la sur laquelle c’est la batterie 500 comprenant une ou plusieurs cellules élémentaires qui est instrumentée.
Comme représentée, l’émetteur 402 et le récepteur 404 sont positionnés de sorte que l’onde sonde injectée par l’émetteur acoustique 402 traverse chaque cellule élémentaire 506idans la direction d’empilement de ladite cellule 506i.
Nous allons maintenant décrire, en référence aux FIGURES 6a-6f d’une part et aux FIGURES 7a-7g d’autre part, des exemples de signaux acoustiques obtenus pour une batterie Li-ion de référence d’une part (FIGURES 6a-6f) et pour une batterie Lithium-Métal Polymère (LMP®) d’autre part (FIGURES 7a-7g).
Ces exemples montrent comment est identifiée au moins une composante fréquentielle acoustique, dite représentative, pour laquelle il existe une bonne corrélation entre son amplitude et l’état de vieillissement de ladite batterie de référence. Ainsi, il est possible d’établir un modèle de corrélation reliant l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle représentative transmise par la batterie de référence et la valeur de l’indicateur de vieillissement pour ladite batterie. Cette loi peut ensuite être utilisée pour mesurer la valeur de l’indicateur de vieillissement de batteries identiques ou similaires à ladite batterie de référence.
Les FIGURES 6a-6f sont des exemples non limitatifs de signaux pour une batterie Li-ion.
La représente l’amplitude dans le temps d’une onde acoustique 602, appelée onde de test. Cette onde de test 602 est utilisée pour déterminer au moins une composante fréquentielle acoustique dont l’amplitude varie en fonction du vieillissement de la batterie Li-ion, lorsqu’elle parcourt ladite batterie Li-ion.
L’onde de test 602 comprend plusieurs composantes fréquentielles. En particulier, l’onde de test 602 réalise un balayage fréquentiel dans le temps entre 20 kHz et 150 kHz.
Dans l’exemple décrit, et de manière nullement limitative, les différentes composantes fréquentielles de l’onde de test 602 présentent la même amplitude.
De plus, dans l’exemple représenté, l’onde de test 602 est une onde sinusoïdale.
L’onde de test 602 est émise sur une durée suffisante pour l’établissement d’un régime de propagation stationnaire dans la batterie Li-ion de référence.
Une onde acoustique 604, dite onde de test transmise, correspond à la partie de l’onde de test 602, transmise par la batterie Li-ion de référence. Tel que visible, les différentes composantes fréquentielles de l’onde de test transmise 604 ne présentent pas la même amplitude.
La donne la densité spectrale de puissance de l’onde de test 602 et de l’onde de test transmise 604. Ainsi, on observe que la densité spectrale de l’onde de test 602 est sensiblement constante entre 20 et 150 kHz, alors que la densité spectrale de l’onde de test transmise 604 varie énormément.
La montre l’évolution de la densité spectrale de puissance de l’onde de test transmise en fonction de la fréquence pour différents états de charge de la batterie Li-ion de référence (0, 22, 40, 61 et 100 % d’état de charge).
On observe que la densité spectrale de puissance de l’onde de test transmise 604 varie énormément en fonction de l’état de charge sur certaines fréquences. Il est donc possible d’estimer l’état de charge de la batterie Li-ion de référence en fonction de l’amplitude de certaines composantes fréquentielles de l’onde de test, par exemple la composante ayant une fréquence de 27 kHz.
Surtout, on observe que l’amplitude de certaines composantes fréquentielles, notamment entre 95 kHz et 150 kHz, ne varie pas en fonction de l’état de charge de la batterie Li-ion de référence. Ces composantes peuvent donc potentiellement être utilisées pour mesurer la valeur d’un indicateur de vieillissement tel que le SoH ou RUL de ladite batterie Li-ion de référence, puisque l’état de charge de ladite batterie n’a aucune influence sur l’amplitude de ces composantes fréquentielles.
La montre l’évolution de la densité spectrale de puissance de l’onde de test transmise 604 par la batterie Li-ion de référence chargée à 100 %, pour différents états de vieillissement, et en particulier pour 6 états de santé entre 100 % et 90 %.
On aperçoit que l’amplitude de la composante fréquentielle de 97 kHz varie en fonction de l’état de santé de la batterie Li-ion de référence, et que cette variation est importante à cette fréquence. Par conséquent, l’amplitude de cette composante fréquentielle, dans l’onde transmise, peut être utilisée pour mesurer l’état de vieillissement de la batterie Li-ion de référence, mais aussi toute batterie Li-ion identique ou similaire à la batterie Li-ion de référence.
La montre l’évolution de l’amplitude d’une onde acoustique de fréquence 97 kHz transmise par la batterie Li-ion de référence, en fonction de l’état de santé, pour différents états de charge (SoC). On voit sur cette , que l’amplitude de la composante fréquentielle 97 kHz augmente alors que l’état de santé SoH de la batterie Li-ion de référence diminue et que cette variation est une fonction monotone.
Ainsi, l’amplitude d’une onde acoustique de fréquence 97 kHz transmise par la batterie Li-ion de référence peut être mesurée pour différents états de santé de ladite batterie pour obtenir une loi reliant la valeur de cette amplitude à l’état de santé SoH de ladite batterie Li-ion. Cette loi peut ensuite être utilisée pour mesurer, de manière acoustique, la valeur de l’état de santé SoH de batteries Li-ion de même type, c’est-à-dire ayant une composition identique ou similaire.
La montre l’évolution, en pourcentage, de l’état de santé SoH et de l’estimation de l’espérance de vie restante RUL, en fonction des cycles de charge/décharge de la batterie Li-ion de référence, calculée à partir de l’amplitude d’une onde acoustique de fréquence 97 kHz, transmise par cette batterie Li-ion de référence.
Il est à noter qu’une fois l’au moins une composante fréquentielle représentative identifiée, l’onde sonde utilisée, lors des phases de caractérisation du procédé selon l’invention pour la mesure de la valeur de l’indicateur de vieillissement peut ne comprendre que cette au moins une composante fréquentielle.
Dans le cadre de l’exemple donné en référence aux FIGURES 6a-6f, l’onde sonde qui est ensuite utilisée pour mesurer la valeur de l’indicateur de vieillissement (SoH ou RUL) pour des batteries Li-ion identiques ou similaires à la batterie Li-ion de référence peut uniquement comprendre la composante fréquentielle à 97 kHz.
Les FIGURES 7a-7g sont des exemples non limitatifs de signaux pour une batterie de référence Lithium-Métal-Polymère (LMP®).
La représente l’amplitude dans le temps d’une onde acoustique 702, appelée onde de test. Cette onde de test 702 est utilisée pour déterminer, lors d’une phase préliminaire, au moins une composante fréquentielle acoustique dont l’amplitude varie en fonction du vieillissement de la batterie LMP® de référence lorsqu’elle parcourt la batterie LMP® de référence.
L’onde de test 702 comprend plusieurs composantes fréquentielles. En particulier, l’onde de test 702 réalise un balayage fréquentiel dans le temps entre 20 kHz et 500 kHz. Il est à remarquer que l’onde de test 702 ne présente pas la même amplitude pour les différentes composantes fréquentielles qui la composent.
Dans l’exemple représenté, l’onde de test 702 est une onde sinusoïdale.
L’onde de test 702 est émise sur une durée suffisante pour l’établissement d’un régime de propagation stationnaire dans la batterie LMP® de référence.
Une onde acoustique 704, dite onde de test transmise, correspondant à la partie de l’onde de test 702, transmise par la batterie LMP® de référence, est captée. Les différentes composantes fréquentielles de l’onde de test transmise 704 ne présentent pas la même amplitude.
La donne la densité spectrale de puissance de l’onde de test 702 et de l’onde de test transmise 704.
La donne, pour chaque plage de fréquence, le produit entre :
  • un coefficient de corrélation entre l’amplitude de l’onde de test transmise 704 et le nombre de cycles de charge-décharge de la batterie LMP® de référence, et
  • l’écart moyen de l’amplitude de l’onde de test transmise 704.
Ainsi, il est possible d’identifier des plages de fréquences pour lesquelles il y a, à la fois, une bonne corrélation entre l’amplitude de l’onde de test transmise et le nombre de cycles, et les variations les plus importantes de l’onde de test transmise au cours du temps.
La permet d’identifier les fréquences, et gammes de fréquences, pour lesquelles il y a à la fois une bonne corrélation (>0,92) entre l’évolution de l’onde de test transmise et une forte évolution de l’amplitude de ladite onde de test transmise. Dans l’exemple donné, les fréquences et les gammes de fréquences les plus pertinentes sont 62 kHz, 321 kHz- 330 kHz et 358 kHz- 380 kHz. Ainsi, pour ces plages de fréquences, l’onde acoustique transmise par la batterie LMP® de référence évolue de manière monotone avec le vieillissement en cyclage. De plus, dans cet exemple, l’amplitude de l’onde de test transmise a tendance à augmenter avec le vieillissement.
La donne l’évolution de la capacité déchargée de la batterie LMP® de référence en fonction du nombre de cycles (normalisé sur la plage d’utilisation jusqu’à 90% de la capacité initiale), ainsi que la somme normalisée des amplitudes de l’onde de test transmise pour les trois fréquences suivantes : 62 kHz, 325 kHz et 376 kHz.
On remarque que l’amplitude de l’onde de test transmise augmente linéairement au cours du vieillissement de la batterie LMP® de référence alors que la capacité disponible dans la batterie LMP® de référence reste à peu près stable et est supérieure à la capacité initiale, c’est-à-dire que l’état de santé tel qu’il est défini usuellement est supérieur à 100 %.
Au-delà de 72 % du nombre de cycles réalisés avant d’atteindre 90 % de la capacité initialement disponible, les performances de stockage de la batterie LMP® de référence commencent à diminuer, et ce, de façon à peu près linéaire avec le nombre de cycles. Nous pouvons constater que l’évolution de l’amplitude de l’onde de test transmise subit elle aussi une rupture de pente. Il apparaît qu’à partir de ce moment-là, la corrélation linéaire entre l’évolution de l’amplitude de l’onde de test transmise et le nombre de cycles réalisés est très largement modifiée.
La donne, pour chaque plage de fréquence et pour la fin de vie de la batterie LMP® de référence, le produit entre :
  • un coefficient de corrélation entre l’amplitude de l’onde de test transmise 704 et le nombre de cycles de charge-décharge de la batterie LMP® de référence, et
  • l’écart moyen de l’amplitude de l’onde de test transmise.
La permet d’identifier, qu’en fin de vie de la batterie LMP® de référence, la meilleure corrélation entre l’évolution de l’amplitude de l’onde de test transmise et le nombre de cycles est maintenant négative (l’amplitude du signal diminue au cours du vieillissement), et se situe entre 95 et 97 kHz.
La donne l’évolution de la capacité déchargée de la batterie LMP® de référence en fonction du nombre de cycles (normalisé sur la plage d’utilisation jusqu’à 90 % de la capacité initiale), ainsi que l’amplitude de l’onde de test transmise à 96 kHz.
Ainsi, une lecture combinée des FIGURES 7d et 7f permet de distinguer au moins deux étapes distinctes lors du vieillissement de la batterie LMP® de référence :
  • une première au cours de laquelle, la capacité de stockage de la batterie LMP® de référence n’est pas impactée (voire même est supérieure à la capacité de stockage initiale) et pour laquelle, les signaux acoustiques à 62 kHz, 321– 330 kHz et 358– 380 kHz augmentent de manière monotone au cours du vieillissement en cyclage. À partir de l’amplitude de l’onde de test transmise à ces fréquences, il est possible d’estimer le nombre de cycles de charge–décharge pouvant encore être réalisés avant d’observer les premières diminutions de capacité de stockage ;
  • une seconde partie se distingue de la première par une perte de la capacité de stockage de la batterie LMP® de référence au cours du cyclage. Pendant cette partie, l’amplitude de l’onde de test transmise aux fréquences identifiées précédemment n’évolue presque plus. En revanche, l’amplitude de ladite onde de test transmise entre 95 et 97 kHz diminue de manière monotone avec le nombre de cycles. Là encore, il est possible d’estimer le nombre de cycles de charge–décharge pouvant encore être réalisé avant d’atteindre la valeur seuil de capacité restante à partir de l’évolution de l’amplitude de l’onde de teste transmise à 96 kHz.
Sur la base des données acoustiques obtenues à 62 kHz ainsi que 330 kHz et 358– 380 kHz il est possible d’estimer l’espérance de vie (nombre de cycles restants) avec un état de santé apparent supérieur ou égal à 100 % (pas de diminution de la capacité de stockage par rapport à son état initial). Sur la base des données acoustiques obtenues à 96 kHz, il est possible d’estimer l’espérance de vie restante de la batterie LMP® de référence (nombre de cycles restants avant d’atteindre la valeur seuil de 90 % de la capacité initiale).
La illustre, de manière combinée, les résultats décrits ci-dessus en référence aux FIGURES 7d et 7f.
Plus précisément, la donne l’évolution de la capacité déchargée de la batterie LMP® de référence en fonction du nombre de cycles (normalisé sur la plage d’utilisation jusqu’à 90 % de la capacité initiale), ainsi que de l’évolution de l’amplitude de l’onde de test transmise à 62 kHz (carrés noirs) et celle de l’onde de test transmise à 96 kHz (triangles noirs).
Au trait , alors qu’il a été réalisé 50 % du nombre de cycles de charge-décharge réalisables par la batterie LMP® de référence avant que sa capacité de stockage (état de santé, SoH) n’atteigne 90 % de la valeur initiale, l’état de santé apparent de la batterie LMP® de référence est toujours supérieur à 100 %. En revanche, les données acoustiques obtenues à 62 kHz permettent d’estimer qu’il ne reste plus que 25 % de cycles avant de voir sa capacité de stockage diminuer.
Au trait , il a été réalisé plus de 70 % du nombre de cycles de charge–décharge réalisables par la batterie LMP® de référence avant que sa capacité de stockage (état de santé, SoH) n’atteigne 90 % de la valeur initiale. L’état de santé apparent de la batterie LMP® de référence est encore supérieur à 100 %. En revanche, les données acoustiques obtenues à 62 kHz permettent d’estimer que sa capacité de stockage va bientôt arriver dans une phase de décroissance.
Au trait , il a été réalisé plus de 85 % du nombre de cycles de charge–décharge réalisables par la batterie LMP® de référence avant que sa capacité de stockage (état de santé, SoH) n’atteigne 90 % de la valeur initiale. L’état de santé apparent de la batterie LMP® de référence a diminué à 95 %. Les données acoustiques obtenues à 96 kHz permettent d’estimer que la moitié des cycles restant dans la phase de décroissance des performances a déjà été réalisée.
Dans le cadre de l’exemple donné en référence aux FIGURES 7a-7g, l’onde sonde qui est ensuite utilisée, lors des phases de caractérisation, pour mesurer la valeur de l’indicateur de vieillissement (SoH ou RUL) pour des batteries LMP® identiques ou similaires à la batterie LMP® de référence peut uniquement comprendre les composantes fréquentielles à 62 kHz et à 96 kHz.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples détaillés ci-dessus.

Claims (15)

  1. Procédé (100;200;300) d’estimation d’un indicateur de vieillissement d’une batterie électrique comprenant au moins une cellule élémentaire de stockage électrique (500), ledit procédé (100;200;300) comprenant au moins une itération d’une phase de caractérisation comprenant les étapes suivantes :
    • émission (102), dans ladite batterie (500), d’une onde acoustique, dite onde sonde, comprenant au moins une composante fréquentielle, dite représentative, dont l’amplitude est modifiée en fonction d’un vieillissement de ladite batterie (500) lorsqu’elle se propage dans ladite batterie (500) ;
    • réception (104) d’une onde acoustique, dite onde transmise, correspondant à la partie transmise, par ladite batterie (500), de ladite onde sonde ;
    • détermination (107) d’une valeur dudit indicateur de vieillissement de ladite batterie (500) en fonction :
      • de l’amplitude de ladite au moins une composante fréquentielle représentative dans ladite onde transmise, et
      • d’un modèle de corrélation, préalablement déterminé, applicable à ladite batterie (500), et reliant ladite amplitude audit indicateur de vieillissement.
  2. Procédé (100;200;300) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’onde sonde est émise au contact de la batterie (500), au niveau d’une première extrémité (502) de ladite batterie (500), de sorte qu’elle est transportée par les matériaux qui la composent.
  3. Procédé (100;200;300) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’onde transmise est captée au contact de la batterie (500), au niveau d’une deuxième extrémité (504) de ladite batterie (500).
  4. Procédé (100;200;300) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape d’émission réalise une émission de l’onde sonde sur une durée suffisante à l’établissement d’un régime stationnaire, ou quasi stationnaire, dans la batterie (500).
  5. Procédé (100;200;300) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’indicateur de vieillissement est relié, par une fonction monotone, à l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle représentative dans l’onde transmise, sur une partie ou la totalité d’une étendue des valeurs dudit indicateur de vieillissement.
  6. Procédé (100;200;300) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’indicateur de vieillissement est fonction de l’amplitude :
    • d’une unique composante fréquentielle représentative pour toute l’étendue des valeurs dudit indicateur de vieillissement ; ou
    • de différentes composantes fréquentielles représentatives pour différentes parties de l’étendue des valeurs dudit indicateur de vieillissement.
  7. Procédé (200;300) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque la valeur de l’indicateur de vieillissement vérifie au moins une condition prédéfinie par rapport à au moins une valeur seuil prédéfinie, la phase de mesure comprend une étape (204) d’exécution d’une action, dite de suivi, prédéfinie.
  8. Procédé (100;200;300) selon l’une une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la phase de caractérisation est réitérée à fréquence prédéterminée, en particulier pendant l’utilisation de la batterie.
  9. Procédé (300) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une phase préliminaire (302) pour déterminer le modèle de corrélation applicable à la batterie, réalisée avant la première itération de la phase de caractérisation et comprenant les étapes suivantes :
    • pour différents états de vieillissement correspondant à différentes valeurs de l’indicateur de vieillissement :
    • émission, dans une batterie de référence, d’une onde acoustique, dite onde de test, comprenant plusieurs composantes fréquentielles ;
    • réception d’une onde acoustique, dite onde de test transmise, correspondant à la partie transmise, par ladite batterie de référence, de ladite onde de test ;
    • identification, dans lesdites ondes test transmises, d’au moins une composante fréquentielle représentative dont l’amplitude varie en fonction du vieillissement de ladite batterie de référence ;
    • construction dudit modèle de corrélation en fonction desdites valeurs de l’indicateur de vieillissement et des valeurs de l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle représentative.
  10. Système (400) d’estimation d’un indicateur de vieillissement d’une batterie électrique (500) comprenant au moins une cellule élémentaire, ledit système (400) comprenant :
    • au moins un émetteur acoustique (402) configuré pour émettre, dans ladite batterie (500), une onde acoustique, dite onde sonde, comprenant au moins une composante fréquentielle, dite représentative, dont l’amplitude est modifiée en fonction d’un vieillissement ladite batterie (500) lorsqu’elle se propage dans ladite batterie (500) ;
    • au moins un récepteur acoustique (404) configuré pour capter une onde acoustique, dite onde transmise, correspondant à la partie transmise, par ladite batterie (500), de ladite onde sonde ; et
    • au moins un module d’analyse (406) configuré pour déterminer une valeur d’un indicateur de vieillissement ladite batterie (500) en fonction :
      • de l’amplitude de l’au moins une composante fréquentielle représentative dans ladite onde transmise, et
      • d’un modèle de corrélation, préalablement déterminé, applicable à ladite batterie, et reliant ladite amplitude audit indicateur de vieillissement.
  11. Système (400) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’au moins un émetteur acoustique (402) comprend un générateur de signal électrique couplé à un transducteur piézoélectrique convertissant le signal électrique en une onde acoustique.
  12. Système (400) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’au moins un récepteur acoustique (404) comprend un transducteur piézoélectrique prévu pour capter l’onde transmise et le convertir en un signal électrique.
  13. Batterie électrique (500) comprenant au moins une cellule élémentaire, équipée d’un système (400) selon l’une quelconque des revendications 10 à 12.
  14. Batterie (500) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’au moins un émetteur acoustique (402) et/ou au moins un récepteur acoustique (404) est positionné au contact de ladite batterie (500).
  15. Cellule élémentaire électrique (5061) équipée d’un système (400) selon l’une quelconque des revendications 10 à 12.
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