WO2023006505A1 - Method for diagnosing a battery and associated monitoring method - Google Patents

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WO2023006505A1
WO2023006505A1 PCT/EP2022/070178 EP2022070178W WO2023006505A1 WO 2023006505 A1 WO2023006505 A1 WO 2023006505A1 EP 2022070178 W EP2022070178 W EP 2022070178W WO 2023006505 A1 WO2023006505 A1 WO 2023006505A1
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battery
discharge
charge
considered
state
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Application number
PCT/EP2022/070178
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French (fr)
Inventor
Christine Lefrou
Céline DECAUX
Pierre-Xavier THIVEL
Nicolas MAGNE TANG
Original Assignee
Institut Polytechnique De Grenoble
Universite Grenoble Alpes
Centre National De La Recherche Scientifique
Universite Savoie Mont Blanc
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    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop

Definitions

  • the present invention relates to the field of battery control systems (or BMS for “Battery Management System”). It finds a particularly advantageous application in the management of cells, modules or electrochemical energy storage packs.
  • the term “battery” designates a closed electrochemical energy storage device. With reference to the appended FIG. 1, such a device 11 can comprise one or more cells 111, or even one or more modules 112, and if necessary constituted a pack 113.
  • the term “battery” therefore covers a single cell 111, a set cells 111 and/or modules 112, regardless of their number or their electrical arrangement(s) (with, depending on the case, possibly a series and/or parallel connection of cells/modules).
  • this term includes both a rechargeable device (accumulator or “secondary battery” in English) and a non-rechargeable device (pile or “primary battery” in English).
  • the indicators conventionally available to manage the battery are the values measured for voltage, current, and possibly temperature, at the level of each cell, and/or at the level of each module, and/or at the level of the pack according to the arrangements (number, series and/or parallel arrangement(s), etc.) of the battery. These indicators are most often used in models implemented by the control system and making it possible to estimate the state of the battery (state of charge, state of health for example) to help in decision-making as to its subsequent management. .
  • diagnostic process the steps allowing the definition and calibration of such a model will be called diagnostic process.
  • an aerial drone 1 (comprising at least one motor 12 and at least one propeller 13) embedding a control system 10 of a battery 11 is for example as illustrated schematically in the attached figure 1.
  • An external power supply 2 is used to recharge the battery 11.
  • An object of the present invention is therefore to propose a method for controlling a battery which makes it possible to overcome at least one of the aforementioned drawbacks.
  • an object of the present invention is to propose a method for diagnosing a battery which makes it possible to improve not only its diagnosis (state of charge, state of health for example), but also the monitoring of its behavior in use. for better management.
  • a method for diagnosing a battery comprising the following steps:
  • the proposed methods make it possible to simplify and improve the diagnosis/control of the behavior of a battery (state of charge and/or state of health and/or operating state and/or energy state, for example) and therefore its management, in particular, but not only, when great depths of discharge and/or high speeds are implemented. It makes it easier to estimate the state of charge and/or state of health of the battery from measurements of voltage and current in discharge.
  • a diagnostic system for at least one battery comprising a storage medium and at least one processor configured to store and implement, respectively, a computer program product comprising instructions, which when carried out by said at least one processor executes at least the steps of one of the diagnostic methods as introduced above;
  • control system for at least one battery, the system comprising a storage medium and at least one processor configured to store and implement, respectively, a computer program product comprising instructions, which when carried out by said at least one processor executes at least one of the control methods as introduced above.
  • Figure 1 schematically illustrates the architecture of an aerial drone embedding a battery control system according to one aspect of the invention.
  • the regime C therefore corresponds to a constant discharge current equal to the nominal current l n equal to 2.6 A.
  • FIG. 3 graphically represents an example of homothety function FH deduced from FIG. 2.
  • the homothety function FH is determined there as a curve constructed by adjustment of the practical capacitance values measured at the end of discharge Qmax for each regime, in taking into account the ohmic drop compensation (Ustop)
  • Figure 5 graphically represents the evolution of the voltage difference between two curves of Figure 4 as a function of their speed difference. A good approximation of this data is the dotted parabola. It corresponds to an affine Fr translation function.
  • the measurement of each discharge curve comprises, or even consists of, the measurement of a series of voltage values U(I,Q) at said terminals of the battery as a function of a state of charge Q of the battery, and during a discharge with the discharge current / considered.
  • each discharge curve is complete in the sense that it is measured at least from a charged state of the battery, or even if necessary up to a state of discharge for which the voltage at the terminals of the battery is less than the battery manufacturer's shutdown voltage.
  • the ohmic drop compensation technique comprises, or even consists of, the subtraction from the shutdown voltage of an amount at most equal, preferably equal, to the product of the discharge current / by the internal resistance Battery R.
  • the ohmic drop compensation technique has the effect of lowering the shutdown voltage implemented compared to the manufacturer's recommendation:
  • the implementation of the ohmic drop compensation technique in discharge is particularly interesting for high discharge rates, for which it often makes it possible to notably increase the capacity/energy recovered insofar as the shutdown voltage is then significantly lower than the manufacturer value U manufacturer shutdown -
  • the discharge curve chosen as reference is that measured for the lowest rate considered among said different discharge rates.
  • the discharge curve chosen as reference is measured for an average discharge rate d 'use.
  • An average use discharge rate can mean a rate at which the battery is most likely to be used, if applicable in the pack of which it is part and according to its application (drone or others).
  • the reference curve is an optimized curve not corresponding exactly to an experimental discharge curve.
  • said different discharge regimes are between C/100 and 100 C, preferably between C/10 and 10 C.
  • the regime C corresponds to a discharge current / equal to the nominal current In, the nominal current In corresponding to a theoretical discharge of the nominal capacity Qn of the battery in one hour.
  • each discharge curve is measured at constant discharge current, the latter defining the discharge rate considered.
  • each discharge curve is measured from a same state of charge of the battery, preferably from a maximum state of charge of the battery.
  • each discharge curve is measured up to a state of maximum discharge taking into account the ohmic drop compensation.
  • the translation factor FT and the homothety factor FH are determined as solution functions, preferably optimized, of a set of equations each taking, for a considered discharge regime, the following form :
  • U (/, Q ) is a series of voltage values U(I,Q) measured at said battery terminals as a function of a state of charge Q of the battery, and during a discharge with the discharge current / considered ,
  • - rate is the discharge rate considered and is equal to J / j , where I is the discharge current considered and I n the nominal current of the battery,
  • - F T is a term homogeneous with an electrical voltage.
  • the translation factor FT and the homothety factor FH are determined as solution functions, preferably optimized, of a set of equations each taking, for a considered discharge regime, the following form:
  • U (/, Q ) is a series of voltage values U(I,Q) measured at said battery terminals as a function of a state of charge Q of the battery, and during a discharge with the discharge current / considered ,
  • - rate is the discharge rate considered and is equal to J / j , where I is the discharge current considered and I n the nominal current of the battery,
  • - Q low speed is capacity at the lowest speed among the different N speeds considered, - Q is the battery charge from a charged state,
  • the control method comprises more particularly the estimation of the state of charge, or of the charge Q, of the battery, using the discharge curve chosen as reference, the translation factor F T and the homothety factor F H , the latter being defined at a given instant by measuring the current / flowing between the terminals of the battery and being used to transform the reference discharge curve U chosen as reference into a discharge curve UI ,Q) on which is, where appropriate, read an estimated value of the state of charge, or of the charge Q, of the battery of the battery at said given instant for the voltage value U measured at the terminals of the battery at said given instant .
  • control method may further comprise the estimation of the state of health of the battery, in particular according to said estimated value, and this potentially at any time.
  • control method may further comprise the estimation of at least one of: an operating state and an energy state of the battery, in particular as a function of said estimated value, and this potentially at every moment.
  • Ustop U manufacturer stop - RI
  • the use of the ohmic drop compensation technique thus makes it possible to change the effective stop voltage with the benefit of increasing the available energy/capacity, in particular when the battery is used to provide, at least periodically, high power.
  • factor means one of the constituent elements of a product.
  • a factor is not necessarily a constant and can be a function of one or more variables and depending on one or more parameters.
  • (Dis)charge rate (or 'C-rate'), expressed as a multiple of C, corresponds to the ratio of current / applied (i.e. to the rate of (dis)charge) on the nominal current of the battery. This is defined in relation to the nominal capacity: this is the current that should theoretically be applied for 1 hour to recover the nominal capacity.
  • the battery At a discharge rate equal to 10C, the battery will be discharged 100 times faster than at a discharge rate equal to 0.1C.
  • charged state of a battery means a state in which the battery is charged to at least 80%, preferably to at least 90%, of its maximum charge.
  • a parameter “substantially equal/greater/less than” a given value is meant that this parameter is equal/greater/less than the given value, to plus or minus 20%, or even 10%, close to this value.
  • a parameter “substantially between” two given values means that this parameter is at least equal to the smallest given value, to plus or minus 20%, or even 10%, close to this value, and at most equal to the smallest value. large given value, plus or minus 20%, or even 10%, close to this value.
  • the invention according to its different aspects is based on the construction of a model making it possible to simplify and improve the diagnosis/control of a battery or of a plurality of batteries, and more particularly the behavior of a battery or a plurality of batteries (state of charge and state of health, for example), and therefore to simplify and improve the management of a battery or a plurality batteries, especially when great depths of discharge and/or high speeds are used.
  • the proposed model makes it possible to facilitate the estimation of the state of charge, or charge, values of a battery or of each battery of a plurality of batteries from measurements of voltage and current in discharge.
  • FIGS. 2 to 7 are closely linked to this specific example by the values adopted therein by the various curves illustrated.
  • comparable curves if not in terms of their values, at least in terms of their behaviour, would also be obtained by considering a different battery.
  • the present invention is in no way limited to the values specific to the example described below.
  • the curves represented in FIGS. 2, 3 and 6 considering a normalization by the nominal capacity Q n of the battery considered could be retraced by choosing a normalization by the capacity at low speed, Q low speed * and more particularly the capacity at the lowest of the N regimes considered.
  • Estimating the state of charge, or charge, of the battery from voltage and current measurements generally uses a model that expresses the voltage values as a function of current and charge: U(I, Q).
  • the use of an ohmic drop compensation technique is also envisaged which consists in subtracting only part of the quantity RI from the manufacturer's recommendation (U manufacturer stop).
  • the internal resistance R is usually measured at a high frequency, typically close to 1 kHz. For the battery considered here, the measured value of this resistance is equal to 37 m and the manufacturer stop value U is equal to 2.75 V, the latter being materialized in FIG. 2 by a horizontal line.
  • the implementation of the ohmic drop compensation technique in discharge is particularly interesting for high speeds, for which it allows often significantly increase the capacity/energy recovered insofar as the shutdown voltage is then significantly lower than the manufacturer value U manufacturer shutdown.
  • the shutdown voltage used is equal to 2.36 V instead of 2.75 V and the recoverable capacity is equal to 96% of the nominal capacity instead of 75%; the recovered energy thus increases from 6.1 Wh to 7.4 Wh.
  • the capacity (energy) available is therefore greater and this allows less oversizing of the battery or of the plurality of batteries in many uses, without drastically reducing the number of battery charge cycles, when the latter is rechargeable.
  • the postulate on which the proposed model is based is that, in a simplified way, the shape of the discharge voltage follows a single curve up to a dilation and a translation.
  • U Q,Q is a series of voltage values U(I,Q) measured at the terminals of the battery considered as a function of the charge Q of this battery, and during a discharge with the discharge current / considered,
  • Ur e f e r e n ce is a discharge curve chosen as a reference
  • - rate is the discharge rate considered and is equal to J / j , where I is the discharge current considered and I n the nominal current of the battery,
  • - Q is the battery charge considered from the charged state
  • - F T is a term homogeneous with an electrical voltage (in V).
  • the lowest speed to consider is substantially equal to C/20.
  • the first of its three parameters, U reference is the function linking the voltage and the charge of the battery considered during a discharge chosen as reference.
  • the discharge curve will preferably be chosen which best optimizes, in terms of calibration, the differences between the calibrated model and the measurements with respect to the end use of the battery. It will for example be that measured for the lowest rate considered among said different discharge rates illustrated in FIG. 2, namely the C/20 discharge rate.
  • the discharge curve used as a reference for determining the translation factor F T and the homothety factor F H for the battery considered is then the highest average voltage curve.
  • the discharge curve used as a reference for the battery considered can be a curve optimized from different, or even all, the discharge curves measured for the other N-1 different discharge regimes considered. . It is therefore in a non-limiting manner that, subsequently, only the highest average voltage curve is considered as the reference discharge curve.
  • a second of the three aforementioned parameters, F T is the translation factor. This is a term that is homogeneous with a voltage which will preferably be a function of the discharge rate.
  • This factor F T is typically in the form of an affine function: A + B x regime , where regime is the discharge regime considered and is equal to J / j .
  • the two parameters A and S of this function F T can be used, as adjustable parameters, in the optimization of the calibration of the model. They can, for example, be deduced from the data of Figure 2 as will be explained below with reference to Figures 4 and 5.
  • the third of the three aforementioned parameters, F H is the scale factor. This is a dimensionless term, linking discharge rates and maximum discharge capacities for a stop voltage U stop taking into account the ohmic drop.
  • Vmax discharge considered Vmax discharge considered, and the dashed curve represents the function F H obtained by adjustment of said values.
  • Figure 4 shows the experimental data of Figure 1 using as a scale factor, on the abscissa, the corresponding practical capacity values. All the curves are thus reduced to variations, on the abscissa, between 0 and 100%. In addition, Figure 4 visually illustrates that it is relevant to consider a translational transformation of the curves relative to each other.
  • the figure 6 shows the maximum capacitance values at the end of discharge from the data of FIG. 1, depending on whether the discharge is stopped on a principle of ohmic drop compensation (filled circles) or not (empty circles). It clearly appears in FIG. 6 that the adjustment curve of the solid circles is situated above the adjustment curve of the open circles, in particular at high speeds. This illustration therefore shows that, at such speeds, a higher maximum load is available by applying the principle of ohmic drop compensation.
  • the implementation of the diagnostic method described above makes it possible to construct, on a case-by-case basis, experimental databases.
  • This construction requires less data and less time than prior art techniques.
  • a reduction of the prior experiments and the data to be stored necessary for the management of the battery packs is effectively achieved.
  • the invention makes it possible to reduce the cost linked to the construction of the experimental databases necessary for the subsequent control of a battery.
  • the diagnostic method described above can be applied to a plurality of batteries, or even to each battery of the same plurality, allowing the construction of corresponding experimental databases.
  • control method may more particularly comprise the estimation of the state of charge, or of the charge Q, of each battery for which a database was constructed and stored, using the reference discharge curve U chosen as reference, the translation factor F T and the homothety factor F H , these factors being defined at a given instant by measuring the current / flowing between the terminals of the battery and being used to transform the reference discharge curve U chosen as reference into a discharge curve U ( , Q ) on which is read, if necessary, an estimated value of the state of charge, or of the charge Q , of the battery at said given instant for the voltage value U measured at the terminals of the battery at said given instant.
  • the use of the ohmic drop compensation technique makes it possible to change the effective shutdown voltage, with the benefit of increasing the available energy/capacity, in particular when the battery is used to provide, at least periodically, high power
  • the control method according to the second aspect of the invention may also comprise the estimation of the state of health of the battery, in particular according to said estimated value, and this potentially at every instant. It should be noted that it is also possible to access, at any time, an estimated value of the practical capacitance at the end of discharge, Q max , the latter advantageously taking into account the ohmic drop compensation.
  • each cell and/or each module can be calibrated and checked as described above, it is understood that a better identification of imbalances (heterogeneities) between cells and/or modules of a pack can be reached. Furthermore, a simplification of the monitoring of aging packs is obtained. But still, the management of a pack can be carried out in a reduced analysis time.
  • the invention finds application in all electrical systems powered by a battery within the meaning of the invention. It will be of particularly advantageous use for the management of an aerial drone battery, for which a complete discharge of the battery in flight could be harmful.

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Abstract

The invention relates to the field of battery management systems (BMSs). It is particularly advantageously used in the management of cells, modules or packs for electrochemically storing energy. The premise on which the proposed model is based is that the form of the discharge voltage follows, within a homothety and a translation, a single curve, regardless of the mode of discharge. The simplified and improved diagnosis and monitoring of the behaviour of a battery (i.e. state of charge/state of health), and the subsequent simplified and improved management thereof, in particular when high depths of discharge and/or high speeds are used, are advantageously achieved. Indeed, estimating the state-of-charge values of the battery from discharge voltage and current measurements is greatly facilitated thereby.

Description

« Procédé de diagnostic d’une batterie et procédé de contrôle associé » "Method for diagnosing a battery and associated control method"
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne le domaine des systèmes de contrôle de batteries (ou BMS pour « Battery Management System » en anglais). Elle trouve pour application particulièrement avantageuse la gestion de cellules, modules ou pack de stockage électrochimique de l’énergie. The present invention relates to the field of battery control systems (or BMS for “Battery Management System”). It finds a particularly advantageous application in the management of cells, modules or electrochemical energy storage packs.
ETAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART
Dans le cadre de la présente invention, le terme « batterie » désigne un dispositif fermé de stockage électrochimique de l’énergie. En référence à la figure 1 annexée, un tel dispositif 11 peut comprendre une ou plusieurs cellules 111, voire un ou plusieurs modules 112, et constitué le cas échéant un pack 113. Le terme « batterie » couvre donc une unique cellule 111, un ensemble de cellules 111 et/ou de modules 112, quels que soient leur nombre ou leur(s) arrangement(s) électrique(s) (avec selon les cas éventuellement une mise en série et/ou parallèle de cellules/modules). En outre, ce terme inclut aussi bien un dispositif rechargeable (accumulateur ou « secondary battery » en anglais) qu’un dispositif non rechargeable (pile ou « primary battery » en anglais). In the context of the present invention, the term “battery” designates a closed electrochemical energy storage device. With reference to the appended FIG. 1, such a device 11 can comprise one or more cells 111, or even one or more modules 112, and if necessary constituted a pack 113. The term “battery” therefore covers a single cell 111, a set cells 111 and/or modules 112, regardless of their number or their electrical arrangement(s) (with, depending on the case, possibly a series and/or parallel connection of cells/modules). In addition, this term includes both a rechargeable device (accumulator or “secondary battery” in English) and a non-rechargeable device (pile or “primary battery” in English).
De manière usuelle, les applications utilisant une batterie font appel à un système de contrôle/gestion de cette batterie. Les indicateurs classiquement disponibles pour assurer la gestion de la batterie sont les valeurs mesurées de tension, de courant, et éventuellement de température, au niveau de chaque cellule, et/ou au niveau de chaque module, et/ou au niveau du pack suivant les arrangements (nombre, montage(s) en série et/ou en parallèle, etc.) de la batterie. Ces indicateurs sont le plus souvent utilisés dans des modèles implémentés par le système de contrôle et permettant d’estimer l’état de la batterie (état de charge, état de santé par exemple) pour aider à la prise de décisions quant à sa gestion subséquente. On appellera par la suite procédé de diagnostic les étapes permettant la définition et le calibrage d’un tel modèle. Usually, applications using a battery use a system of control/management of this battery. The indicators conventionally available to manage the battery are the values measured for voltage, current, and possibly temperature, at the level of each cell, and/or at the level of each module, and/or at the level of the pack according to the arrangements (number, series and/or parallel arrangement(s), etc.) of the battery. These indicators are most often used in models implemented by the control system and making it possible to estimate the state of the battery (state of charge, state of health for example) to help in decision-making as to its subsequent management. . Hereinafter, the steps allowing the definition and calibration of such a model will be called diagnostic process.
L’architecture d’un drone aérien 1 (comprenant au moins un moteur 12 et au moins une hélice 13) embarquant un système de contrôle 10 d’une batterie 11 est par exemple telle qu’illustrée schématiquement sur la figure 1 annexée. Une alimentation électrique externe 2 est utilisée pour recharger la batterie 11. The architecture of an aerial drone 1 (comprising at least one motor 12 and at least one propeller 13) embedding a control system 10 of a battery 11 is for example as illustrated schematically in the attached figure 1. An external power supply 2 is used to recharge the battery 11.
Les solutions de contrôle/diagnostic existantes présentent au moins l’un des inconvénients suivants : Existing control/diagnostic solutions have at least one of the following drawbacks:
- Elles requièrent la réalisation de nombreuses expériences préalablement à leur utilisation effective, - They require the realization of many experiments prior to their effective use,
- Elles nécessitent de stocker et traiter un grand nombre de données, - They require storing and processing a large amount of data,
- Elles nécessitent un temps d'analyse long, - They require a long analysis time,
- Elles ne permettent pas d’identifier des déséquilibres (ou hétérogénéités) entre cellules et/ou modules, - They do not make it possible to identify imbalances (or heterogeneities) between cells and/or modules,
- Elles sont d’autant moins performantes que les cellules ou les modules à gérer sont vieillissants, et - They are all the less efficient as the cells or modules to be managed are aging, and
- Elles conduisent, par leur manque de performance, à surdimensionner les installations qu’elles gèrent, en particulier quand ces installations sont destinées à être utilisées pour fournir, par périodes, de fortes puissances. - Due to their lack of performance, they lead to the oversizing of the installations they manage, in particular when these installations are intended to be used to supply, in periods, high power.
Un objet de la présente invention est donc de proposer un procédé de contrôle d’une batterie qui permette de palier au moins un des inconvénients susmentionnés. An object of the present invention is therefore to propose a method for controlling a battery which makes it possible to overcome at least one of the aforementioned drawbacks.
Plus particulièrement, un objet de la présente invention est de proposer un procédé de diagnostic d’une batterie qui permette d’améliorer non seulement son diagnostic (état de charge, état de santé par exemple), mais aussi le suivi de son comportement en utilisation pour en avoir une meilleure gestion. More particularly, an object of the present invention is to propose a method for diagnosing a battery which makes it possible to improve not only its diagnosis (state of charge, state of health for example), but also the monitoring of its behavior in use. for better management.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. RESUME DE L’INVENTION The other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from a review of the following description and the accompanying drawings. It is understood that other benefits may be incorporated. SUMMARY OF THE INVENTION
Pour atteindre cet objectif, selon un premier aspect, on prévoit un procédé de diagnostic d’une batterie comprenant les étapes suivantes : To achieve this objective, according to a first aspect, there is provided a method for diagnosing a battery comprising the following steps:
- Mesurer, entre des bornes de la batterie, une courbe de décharge à courant constant depuis un état chargé de la batterie pour chaque régime de décharge parmi une pluralité de N régimes de décharge différents entre eux, en utilisant une technique de compensation de chute ohmique, et - Measure, between terminals of the battery, a constant current discharge curve from a charged state of the battery for each discharge rate among a plurality of N different discharge rates between them, using an ohmic drop compensation technique , And
- Déterminer, relativement à une des courbes de décharge choisie comme référence, un facteur de translation FT et un facteur d’homothétie FH à appliquer sur au moins l’une, de préférence sur chacune, des N-1 autres courbes de décharge pour les transformer en courbes superposées de façon optimisée à la courbe de décharge choisie comme référence. - Determine, relative to one of the discharge curves chosen as a reference, a translation factor F T and a homothety factor F H to be applied to at least one, preferably to each, of the N-1 other discharge curves to transform them into curves superimposed in an optimized way on the discharge curve chosen as reference.
Selon un deuxième aspect, on prévoit un procédé de contrôle d’une batterie utilisant la courbe de décharge choisie comme référence, le facteur de translation FT et le facteur d’homothétie FH tels que déterminés par mise en œuvre préalable du procédé de diagnostic tel qu’introduit ci-dessus. According to a second aspect, there is provided a method for controlling a battery using the discharge curve chosen as reference, the translation factor F T and the homothety factor F H as determined by prior implementation of the diagnostic method as introduced above.
Ainsi, les procédés proposés permettent de simplifier et d’améliorer le diagnostic/contrôle du comportement d’une batterie (état de charge et/ou état de santé et/ou état de fonctionnement et/ou état d’énergie, par exemple) et donc sa gestion, en particulier, mais pas uniquement, lorsque de grandes profondeurs de décharge et/ou des régimes élevés sont mis en œuvre. Il permet en effet de faciliter l’estimation des valeurs d’état de charge et/ou d’état de santé de la batterie à partir des mesures de tension et courant en décharge. Thus, the proposed methods make it possible to simplify and improve the diagnosis/control of the behavior of a battery (state of charge and/or state of health and/or operating state and/or energy state, for example) and therefore its management, in particular, but not only, when great depths of discharge and/or high speeds are implemented. It makes it easier to estimate the state of charge and/or state of health of the battery from measurements of voltage and current in discharge.
Il offre plus particulièrement les avantages techniques suivants : More specifically, it offers the following technical advantages:
- Une meilleure utilisation de l’énergie disponible dans le pack (pour moins de surdimensionnement des batteries, en particulier quand des périodes d’utilisation du pack à puissance élevée sont à prévoir), - Better use of the energy available in the pack (for less oversizing of the batteries, in particular when periods of use of the pack at high power are to be expected),
- Une réduction des expériences préalables à son utilisation effective, pour un déploiement plus rapide, - A reduction in experience prior to its effective use, for faster deployment,
- Une réduction des données à stocker et à traiter pour la gestion du pack de batteries, - A reduction in the data to be stored and processed for the management of the battery pack,
- Une prise en charge des déséquilibres (hétérogénéités) entre cellules et/ou modules du pack, - Management of imbalances (heterogeneities) between cells and/or modules of the pack,
- Une réduction du temps d’analyse pour la gestion des batteries, et - Reduced analysis time for battery management, and
- Une simplification du suivi du pack en vieillissement. D’autres aspects concernent : - A simplification of the monitoring of the aging pack. Other aspects concern:
- un procédé de diagnostic d’une pluralité de batteries mettant en œuvre le procédé de diagnostic d’une batterie tel qu’introduit ci-dessus aux bornes de plusieurs batteries de la pluralité, voire de chaque batterie de la pluralité ; - a method for diagnosing a plurality of batteries implementing the method for diagnosing a battery as introduced above at the terminals of several batteries of the plurality, or even of each battery of the plurality;
- un procédé de contrôle d’une pluralité de batteries utilisant les courbes de décharge choisies comme références, les facteurs de translation FT et les facteurs d’homothétie FH tels que déterminés par mises en œuvre préalable du procédé de diagnostic d’une batterie tel qu’introduit ci-dessus aux bornes de plusieurs batteries de la pluralité, voire de chaque batterie de la pluralité ; - a method for checking a plurality of batteries using the discharge curves chosen as references, the translation factors F T and the homothety factors F H as determined by prior implementations of the battery diagnosis method as introduced above at the terminals of several batteries of the plurality, or even of each battery of the plurality;
- un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions, qui lorsqu’elles sont effectuées par au moins un processeur, exécute au moins les étapes d’un des procédés de diagnostic tels qu’introduits ci-dessus ; - a computer program product comprising instructions, which when performed by at least one processor, performs at least the steps of one of the diagnostic methods as introduced above;
- un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions, qui lorsqu’elles sont effectuées par au moins un processeur, exécute au moins l’un des procédés de contrôle tels qu’introduits ci-dessus ; - a computer program product comprising instructions, which when performed by at least one processor, executes at least one of the control processes as introduced above;
- un système de diagnostic d’au moins une batterie, le système comprenant un support de mémorisation et au moins un processeur configuré pour stocker et implémenter, respectivement, un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions, qui lorsqu’elles sont effectuées par ledit au moins un processeur, exécute au moins les étapes d’un des procédés de diagnostic tels qu’introduits ci-dessus ; et - a diagnostic system for at least one battery, the system comprising a storage medium and at least one processor configured to store and implement, respectively, a computer program product comprising instructions, which when carried out by said at least one processor executes at least the steps of one of the diagnostic methods as introduced above; And
- un système de contrôle d’au moins une batterie, le système comprenant un support de mémorisation et au moins un processeur configuré pour stocker et implémenter, respectivement, un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions, qui lorsqu’elles sont effectuées par ledit au moins un processeur, exécute au moins l’un des procédés de contrôle tels qu’introduits ci-dessus.- a control system for at least one battery, the system comprising a storage medium and at least one processor configured to store and implement, respectively, a computer program product comprising instructions, which when carried out by said at least one processor executes at least one of the control methods as introduced above.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES BRIEF DESCRIPTION OF FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : The aims, objects, as well as the characteristics and advantages of the invention will emerge better from the detailed description of an embodiment of the latter which is illustrated by the following accompanying drawings in which:
La figure 1 illustre schématiquement l’architecture d’un drone aérien embarquant un système de contrôle d’une batterie selon un aspect de l’invention. Figure 1 schematically illustrates the architecture of an aerial drone embedding a battery control system according to one aspect of the invention.
La figure 2 représente graphiquement un exemple de courbes de décharge à différents régimes (courant constant entre C/20 et 7,7C) pour une même cellule : évolution de la tension (V) en fonction de la charge passée depuis le début de la décharge à partir d‘un état chargé Q (Ah), ladite charge étant ici normalisée par la capacité nominale Qn (2,6 Ah, donnée constructeur pour la cellule considérée) et en prenant en compte la compensation de chute ohmique (Uarrêt = U arrêt constructeur - RI) ; Ici, le régime C correspond donc à un courant de décharge constant égal au courant nominal ln égal à 2,6 A. Figure 2 graphically represents an example of discharge curves at different regimes (constant current between C/20 and 7.7C) for the same cell: evolution of the voltage (V) as a function of the charge passed since the start of the discharge from of a charged state Q (Ah), said charge here being normalized by the nominal capacity Q n (2.6 Ah, manufacturer data for the cell in question) and taking into account compensation for the ohmic drop (Ustop = U stop manufacturer - IR); Here, the regime C therefore corresponds to a constant discharge current equal to the nominal current l n equal to 2.6 A.
La figure 3 représente graphiquement un exemple de fonction d’homothétie FH déduite de la figure 2. La fonction d’homothétie FH y est déterminée comme une courbe construite par ajustement des valeurs de capacité pratiques mesurées en fin de décharge Qmax pour chaque régime, en prenant en compte la compensation de chute ohmique (UarrêtFIG. 3 graphically represents an example of homothety function FH deduced from FIG. 2. The homothety function FH is determined there as a curve constructed by adjustment of the practical capacitance values measured at the end of discharge Qmax for each regime, in taking into account the ohmic drop compensation (Ustop
= Uarrêt constructeur ~ RI) FH = Qr/Qmax- = Ustop manufacturer ~ RI) FH = Qr/Qmax-
La figure 4 représente graphiquement l’exemple des courbes de décharge de la figure 2 avec une tension d’arrêt prenant en compte la compensation de chute ohmique (Uarrêt = U arrêt constructeur - RI) et avec une charge exprimée relativement à la valeur Qmax-Figure 4 graphically represents the example of the discharge curves of figure 2 with a shutdown voltage taking into account the ohmic drop compensation (Ustop = U manufacturer stop - RI) and with a load expressed relative to the value Qmax-
La figure 5 représente graphiquement l’évolution de la différence de tension entre deux courbes de la figure 4 en fonction de leur différence de régime. Une bonne approximation de ces données est la parabole en pointillés. Elle correspond à une fonction de translation Fr affine. Figure 5 graphically represents the evolution of the voltage difference between two curves of Figure 4 as a function of their speed difference. A good approximation of this data is the dotted parabola. It corresponds to an affine Fr translation function.
La figure 6 représente graphiquement les variations de la capacité pratique mesurée en fin de décharge, Qmax, normalisée par la capacité nominale Qn, en fonction du régime utilisé pour deux conditions d’arrêt différentes : avec compensation de chute ohmique (Uarrêt = U arrêt constructeur - RI) en ronds pleins et sans compensation de chute ohmique (Uarrêt = Uarrêt constructeur) QP TOndS VldeS. Figure 6 graphically represents the variations of the practical capacitance measured at the end of discharge, Qmax, normalized by the nominal capacitance Q n , as a function of the speed used for two different stopping conditions: with ohmic drop compensation (Ustopping = Ustopping manufacturer - RI) in solid circles and without compensation for ohmic drop (Ustop = Ustop manufacturer) QP TOndS VldeS.
La figure 7 représente graphiquement les variations de la densité d’énergie en fonction de la densité de puissance moyenne lors de décharges à courant constant pour deux conditions d’arrêt différentes : avec compensation de chute ohmique (Uarrêt = Uarrêt constructeur - RI) en carrés pleins et sans compensation de chute ohmique (Uarrêt = Uarrêt constructeur) QP Camés VldeS. Figure 7 graphically represents the variations of the energy density as a function of the average power density during discharges at constant current for two different shutdown conditions: with ohmic drop compensation (Ustop = Umanufacturer stop - RI) in squares full and without compensation for ohmic drop (Ustop = Ustop manufacturer) QP Camés VldeS.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques ou graphiques destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle de toutes les applications pratiques. The drawings are given by way of examples and do not limit the invention. They constitute schematic or graphical representations intended to facilitate understanding of the invention and are not necessarily to the scale of all practical applications.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement : Before starting a detailed review of embodiments of the invention, optional characteristics are set out below which may possibly be used in combination or alternatively:
Selon un exemple du premier aspect, la mesure de chaque courbe de décharge comprend, voire consiste en, la mesure d’une série de valeurs de tension U(I,Q) auxdites bornes de la batterie en fonction d’un état de charge Q de la batterie, et pendant une décharge avec le courant de décharge / considéré. According to an example of the first aspect, the measurement of each discharge curve comprises, or even consists of, the measurement of a series of voltage values U(I,Q) at said terminals of the battery as a function of a state of charge Q of the battery, and during a discharge with the discharge current / considered.
De préférence, chaque courbe de décharge est complète en ce sens qu’elle est mesurée au moins depuis un état chargé de la batterie, voire le cas échéant jusqu’à un état de décharge pour lequel la tension aux bornes de la batterie est inférieure à la tension d’arrêt constructeur de la batterie. Preferably, each discharge curve is complete in the sense that it is measured at least from a charged state of the battery, or even if necessary up to a state of discharge for which the voltage at the terminals of the battery is less than the battery manufacturer's shutdown voltage.
Selon l’exemple précédent, la technique de compensation de chute ohmique comprend, voire consiste en, la soustraction à la tension d’arrêt d’une quantité au plus égale, de préférence égale, au produit du courant de décharge / par la résistance interne R de la batterie. La technique de compensation de chute ohmique a pour effet d’abaisser la tension d’arrêt mise en œuvre par rapport à la recommandation constructeur : According to the previous example, the ohmic drop compensation technique comprises, or even consists of, the subtraction from the shutdown voltage of an amount at most equal, preferably equal, to the product of the discharge current / by the internal resistance Battery R. The ohmic drop compensation technique has the effect of lowering the shutdown voltage implemented compared to the manufacturer's recommendation:
Uarrêt = Uarrêt constructeur " RI Ustop = Ustop manufacturer " RI
La mise en œuvre de la technique de compensation de chute ohmique en décharge est particulièrement intéressante pour des régimes de décharge élevés, pour lesquels elle permet souvent d’augmenter notablement la capacité/l’énergie récupérée dans la mesure où la tension d’arrêt est alors nettement inférieure à la valeur constructeur U arrêt con tructeur-The implementation of the ohmic drop compensation technique in discharge is particularly interesting for high discharge rates, for which it often makes it possible to notably increase the capacity/energy recovered insofar as the shutdown voltage is then significantly lower than the manufacturer value U manufacturer shutdown -
Selon un exemple du premier aspect, la courbe de décharge choisie comme référence est celle mesurée pour le plus bas régime considéré parmi lesdits différents régimes de décharge.. En alternative, la courbe de décharge choisie comme référence est mesurée pour un régime de décharge moyen d’utilisation. Un régime de décharge moyen d’utilisation peut signifier un régime auquel la batterie est le plus susceptible d’être utilisée, le cas échéant dans le pack dont elle fait partie et en fonction de son application (drone ou autres). Selon une variante, la courbe de référence est une courbe optimisée ne correspondant pas exactement à une courbe de décharge expérimentale. According to an example of the first aspect, the discharge curve chosen as reference is that measured for the lowest rate considered among said different discharge rates. Alternatively, the discharge curve chosen as reference is measured for an average discharge rate d 'use. An average use discharge rate can mean a rate at which the battery is most likely to be used, if applicable in the pack of which it is part and according to its application (drone or others). According to a variant, the reference curve is an optimized curve not corresponding exactly to an experimental discharge curve.
Selon un exemple du premier aspect, lesdits différents régimes de décharge sont compris entre C/100 et 100 C de préférence entre C/10 et 10 C. Le régime C correspond à un courant / de décharge égal au courant nominal In, le courant nominal In correspondant à une décharge théorique de la capacité nominale Qn de la batterie en une heure. According to an example of the first aspect, said different discharge regimes are between C/100 and 100 C, preferably between C/10 and 10 C. The regime C corresponds to a discharge current / equal to the nominal current In, the nominal current In corresponding to a theoretical discharge of the nominal capacity Qn of the battery in one hour.
Selon un exemple du premier aspect, chaque courbe de décharge est mesurée à courant de décharge constant, ce dernier définissant le régime de décharge considéré. According to an example of the first aspect, each discharge curve is measured at constant discharge current, the latter defining the discharge rate considered.
Selon un exemple du premier aspect, chaque courbe de décharge est mesurée depuis un même état de charge de la batterie, de préférence depuis un état de charge maximum de la batterie. Selon un exemple du premier aspect, chaque courbe de décharge est mesurée jusqu’à un état de décharge maximale prenant en compte la compensation de chute ohmique. Chaque courbe de décharge est ainsi mesurée jusqu’à ce que la tension d’arrêt prenant en compte la compensation de chute ohmique (Uarrêt = Uarrêt constructeur - RI) soit atteinte. According to an example of the first aspect, each discharge curve is measured from a same state of charge of the battery, preferably from a maximum state of charge of the battery. According to an example of the first aspect, each discharge curve is measured up to a state of maximum discharge taking into account the ohmic drop compensation. Each discharge curve is thus measured until the shutdown voltage taking into account the ohmic drop compensation (Ustop = Ustop manufacturer - RI) is reached.
Selon un exemple du premier aspect, le facteur de translation FT et le facteur d’homothétie FH sont déterminés comme des fonctions solutions, de préférence optimisées, d’un ensemble d’équations prenant chacune, pour un régime de décharge considéré, la forme suivante :
Figure imgf000009_0001
According to an example of the first aspect, the translation factor FT and the homothety factor FH are determined as solution functions, preferably optimized, of a set of equations each taking, for a considered discharge regime, the following form :
Figure imgf000009_0001
- U (/, Q ) est une série de valeurs de tension U(I,Q) mesurées auxdites bornes de la batterie en fonction d’un état de charge Q de la batterie, et pendant une décharge avec le courant de décharge / considéré, - U (/, Q ) is a series of voltage values U(I,Q) measured at said battery terminals as a function of a state of charge Q of the battery, and during a discharge with the discharge current / considered ,
- Uréférence est la courbe de décharge choisie comme référence, - Ureference is the discharge curve chosen as reference,
- régime est le régime de décharge considéré et est égal à J/j , où I est le courant de décharge considéré et In le courant nominal de la batterie, - rate is the discharge rate considered and is equal to J / j , where I is the discharge current considered and I n the nominal current of the battery,
- Qn est la capacité nominale de la batterie, - Q n is the nominal capacity of the battery,
- Q est la charge de la batterie à partir d’un état chargé, - Q is the battery charge from a charged state,
- FH est un terme sans dimension, - F H is a dimensionless term,
- FT est un terme homogène à une tension électrique. - F T is a term homogeneous with an electrical voltage.
Selon une variante de l’exemple précédent, le facteur de translation FT et le facteur d’homothétie FH sont déterminés comme des fonctions solutions, de préférence optimisées, d’un ensemble d’équations prenant chacune, pour un régime de décharge considéré, la forme suivante :
Figure imgf000009_0002
According to a variant of the previous example, the translation factor FT and the homothety factor FH are determined as solution functions, preferably optimized, of a set of equations each taking, for a considered discharge regime, the following form:
Figure imgf000009_0002
- U (/, Q ) est une série de valeurs de tension U(I,Q) mesurées auxdites bornes de la batterie en fonction d’un état de charge Q de la batterie, et pendant une décharge avec le courant de décharge / considéré, - U (/, Q ) is a series of voltage values U(I,Q) measured at said battery terminals as a function of a state of charge Q of the battery, and during a discharge with the discharge current / considered ,
- Ur férence
Figure imgf000009_0003
courbe de décharge choisie comme référence, - U r ference
Figure imgf000009_0003
discharge curve chosen as reference,
- régime est le régime de décharge considéré et est égal à J/j , où I est le courant de décharge considéré et In le courant nominal de la batterie, - rate is the discharge rate considered and is equal to J / j , where I is the discharge current considered and I n the nominal current of the battery,
- Qbas régime est capacité au régime le plus bas parmi les différents N régimes considérés, - Q est la charge de la batterie à partir d’un état chargé, - Q low speed is capacity at the lowest speed among the different N speeds considered, - Q is the battery charge from a charged state,
- FH est un terme sans dimension, - F H is a dimensionless term,
- FT est un terme homogène à une tension électrique - F T is a term homogeneous with an electrical voltage
Selon un exemple du premier aspect, le facteur de translation FT est une fonction du régime. Plus particulièrement, le facteur de translation FT est une fonction affine du régime ; elle s’écrit alors sous la forme suivante : FT = A + B x régime , où régime est le régime de décharge considéré et est égal à J/j , et où A et B sont des paramètres ajustables. Selon le premier aspect, les paramètres A et B sont plus particulièrement ajustables dans la recherche de fonctions solutions optimisées pour l’ensemble d’équations susmentionné. According to an example of the first aspect, the translation factor F T is a function of the speed. More particularly, the translation factor F T is an affine function of the speed; it is then written in the following form: F T = A + B x rate , where rate is the discharge rate considered and is equal to J / j , and where A and B are adjustable parameters. According to the first aspect, the parameters A and B are more particularly adjustable in the search for optimized solution functions for the aforementioned set of equations.
Selon un exemple du premier aspect, le facteur d’homothétie FH est une fonction liant régimes de décharge et capacités maximales Qmax de décharge pour une tension d’arrêt tenant compte de la chute ohmique {Uarrêt = U arrêt constructeur - RI). According to an example of the first aspect, the homothety factor FH is a function linking discharge rates and maximum discharge capacities Q max for a stop voltage taking into account the ohmic drop (Ustop=U manufacturer stop-RI).
Selon un exemple du deuxième aspect, le procédé de contrôle comprend plus particulièrement l’estimation de l’état de charge, ou de la charge Q, de la batterie, en utilisant la courbe de décharge choisie comme référence, le facteur de translation FT et le facteur d’homothétie FH, ces derniers étant définis à un instant donné par la mesure du courant / circulant entre les bornes de la batterie et étant utilisés pour transformer la courbe de décharge Uréférence choisie comme référence en une courbe de décharge U I,Q) sur laquelle est le cas échéant lue une valeur estimative de l’état de charge, ou de la charge Q, de la batterie de la batterie audit instant donné pour la valeur de tension U mesurée aux bornes de la batterie audit instant donné. According to an example of the second aspect, the control method comprises more particularly the estimation of the state of charge, or of the charge Q, of the battery, using the discharge curve chosen as reference, the translation factor F T and the homothety factor F H , the latter being defined at a given instant by measuring the current / flowing between the terminals of the battery and being used to transform the reference discharge curve U chosen as reference into a discharge curve UI ,Q) on which is, where appropriate, read an estimated value of the state of charge, or of the charge Q, of the battery of the battery at said given instant for the voltage value U measured at the terminals of the battery at said given instant .
Selon l’exemple précédent, le procédé de contrôle peut comprendre en outre l’estimation de l’état de santé de la batterie, notamment en fonction de ladite valeur estimative, et ce potentiellement à chaque instant. According to the previous example, the control method may further comprise the estimation of the state of health of the battery, in particular according to said estimated value, and this potentially at any time.
Selon un autre exemple, le procédé de contrôle peut comprendre en outre l’estimation de l’une au moins parmi : un état de fonctionnement et un état d’énergie de la batterie, notamment en fonction de ladite valeur estimative, et ce potentiellement à chaque instant. According to another example, the control method may further comprise the estimation of at least one of: an operating state and an energy state of the battery, in particular as a function of said estimated value, and this potentially at every moment.
Selon l’un quelconque des deux exemples précédents, les mesures de courant et de tension aux bornes de la batterie sont réalisées en tenant compte de la technique de compensation de chute ohmique, de sorte que la tension d’arrêt considérée soit inférieure à la tension d’arrêt constructeur (Uarrêt = U arrêt con tructeur - RI)· L’utilisation de la technique de compensation de chute ohmique permet ainsi de changer la tension d’arrêt effective avec pour bénéfice d’augmenter l’énergie/la capacité disponible, en particulier lorsque la batterie est utilisée pour fournir, au moins par périodes, de fortes puissances. According to either of the two preceding examples, the current and voltage measurements at the terminals of the battery are carried out taking into account the ohmic drop compensation technique, so that the stop voltage considered is lower than the voltage manufacturer stop voltage (Ustop = U manufacturer stop - RI) The use of the ohmic drop compensation technique thus makes it possible to change the effective stop voltage with the benefit of increasing the available energy/capacity, in particular when the battery is used to provide, at least periodically, high power.
Il est précisé que dans le cadre de la présente invention, on entend par « facteur » l'un des éléments constitutifs d’un produit. Un facteur n’est pas nécessairement une constante et peut être une fonction d’une ou plusieurs variables et dépendant d’un ou plusieurs paramètres. It is specified that in the context of the present invention, the term "factor" means one of the constituent elements of a product. A factor is not necessarily a constant and can be a function of one or more variables and depending on one or more parameters.
« Régime de (dé)charge » (ou ‘C-rate’ en anglais), exprimé comme un multiple de C, correspond au rapport du courant / appliqué (c’est-à-dire à la vitesse de (dé)charge) sur le courant nominal de la batterie. Celui-ci est défini par rapport à la capacité nominale : c’est le courant qu’il faudrait théoriquement appliquer pendant 1h pour récupérer la capacité nominale. A un régime de décharge égale à 10C, la batterie sera déchargée 100 fois plus vite qu’à un régime de décharge égal à 0,1C. Ainsi, une batterie de 1000 mA.h devra fournir 1000 mA (soit 1 A = 1 C.s 1) à un régime de décharge égal à 1 C, ou bien 500 mA (soit 0,5 A = 0,5 C.s-1) à un régime de décharge égale à 0,5 C = C/2. "(Dis)charge rate" (or 'C-rate'), expressed as a multiple of C, corresponds to the ratio of current / applied (i.e. to the rate of (dis)charge) on the nominal current of the battery. This is defined in relation to the nominal capacity: this is the current that should theoretically be applied for 1 hour to recover the nominal capacity. At a discharge rate equal to 10C, the battery will be discharged 100 times faster than at a discharge rate equal to 0.1C. Thus, a 1000 mA.h battery will have to provide 1000 mA (i.e. 1 A = 1 Cs 1 ) at a discharge rate equal to 1 C, or 500 mA (i.e. 0.5 A = 0.5 Cs -1 ) at a discharge rate equal to 0.5 C = C/2.
On entend par « état chargé » d’une batterie, un état dans lequel la batterie est chargée à au moins 80%, de préférence à au moins 90%, de sa charge maximale. The term "charged state" of a battery means a state in which the battery is charged to at least 80%, preferably to at least 90%, of its maximum charge.
On entend par un paramètre « sensiblement égal/supérieur/inférieur à » une valeur donnée que ce paramètre est égal/supérieur/inférieur à la valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur. On entend par un paramètre « sensiblement compris entre » deux valeurs données que ce paramètre est au minimum égal à la plus petite valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur, et au maximum égal à la plus grande valeur donnée, à plus ou moins 20 %, voire 10 %, près de cette valeur. By a parameter “substantially equal/greater/less than” a given value is meant that this parameter is equal/greater/less than the given value, to plus or minus 20%, or even 10%, close to this value. A parameter “substantially between” two given values means that this parameter is at least equal to the smallest given value, to plus or minus 20%, or even 10%, close to this value, and at most equal to the smallest value. large given value, plus or minus 20%, or even 10%, close to this value.
Comme cela apparaîtra clairement à la lecture de la description détaillée qui suit, l’invention selon ses différents aspects repose sur la construction d’un modèle permettant de simplifier et d’améliorer le diagnostic/contrôle d’une batterie ou d’une pluralité de batteries, et plus particulièrement du comportement d’une batterie ou d’une pluralité de batteries (état de charge et état de santé, par exemple), et donc de simplifier et d’améliorer la gestion d’une batterie ou d’une pluralité de batteries, notamment lorsque de grandes profondeurs de décharge et/ou des régimes élevés sont mis en œuvre. Le modèle proposé permet en effet de faciliter l’estimation des valeurs d’état de charge, ou de charge, d’une batterie ou de chaque batterie d’une pluralité de batteries à partir des mesures de tension et courant en décharge. As will appear clearly on reading the detailed description which follows, the invention according to its different aspects is based on the construction of a model making it possible to simplify and improve the diagnosis/control of a battery or of a plurality of batteries, and more particularly the behavior of a battery or a plurality of batteries (state of charge and state of health, for example), and therefore to simplify and improve the management of a battery or a plurality batteries, especially when great depths of discharge and/or high speeds are used. The proposed model makes it possible to facilitate the estimation of the state of charge, or charge, values of a battery or of each battery of a plurality of batteries from measurements of voltage and current in discharge.
Il est à noter que, si les profils d’utilisation et commandes de la gestion des batteries sont exprimées ici en termes de mesures de tension et courant en décharge, ils peuvent de façon équivalente être exprimés, comme c’est le cas sur certains produits, en termes de puissance ou énergie (Cf. EMS pour « Energy Managment System » en anglais). Le lien entre courant/tension et puissance/énergie est en effet aisé (puissance instantanée = U x / et énergie = intégrale dans le temps de la puissance instantanée). Le postulat qui préside au modèle proposé est que, d’une manière simplifiée, la forme de la tension en décharge suit une courbe unique à une homothétie et une translation près. It should be noted that, if the usage profiles and battery management commands are expressed here in terms of discharge voltage and current measurements, they can be expressed in an equivalent way, as is the case with certain products. , in terms of power or energy (Cf. EMS for "Energy Management System" in English). The link between current/voltage and power/energy is indeed easy (instantaneous power = U x / and energy = time integral of the instantaneous power). The postulate that presides over the proposed model is that, in a simplified way, the shape of the discharge voltage follows a single curve up to a dilation and a translation.
Pour décrire de façon détaillée le modèle sur lequel repose les différents aspects de la présente invention, nous considérons ci-dessous un exemple spécifique à une batterie donnée. Les figures 2 à 7 annexées sont étroitement liées à cet exemple spécifique de par les valeurs qu’y adoptent les différentes courbes illustrées. Cependant, des courbes comparables, si ce n’est de par leurs valeurs, à tout le moins par leurs comportements, seraient aussi bien obtenues en considérant une batterie différente. Ainsi, la présente invention n’est nullement limitée aux valeurs spécifiques à l’exemple décrit ci-dessous. Par ailleurs, les courbes représentées sur les figures 2, 3 et 6 considérant une normalisation par la capacité nominale Qn de la batterie considérée pourraient être retracées en choisissant une normalisation par la capacité à bas régime, Qbas régime * et plus particulièrement la capacité au plus bas des N régimes considérés. To describe in detail the model on which the various aspects of the present invention are based, we consider below an example specific to a given battery. The appended FIGS. 2 to 7 are closely linked to this specific example by the values adopted therein by the various curves illustrated. However, comparable curves, if not in terms of their values, at least in terms of their behaviour, would also be obtained by considering a different battery. Thus, the present invention is in no way limited to the values specific to the example described below. Furthermore, the curves represented in FIGS. 2, 3 and 6 considering a normalization by the nominal capacity Q n of the battery considered could be retraced by choosing a normalization by the capacity at low speed, Q low speed * and more particularly the capacity at the lowest of the N regimes considered.
L’estimation de l’état de charge, ou de la charge, de la batterie à partir des mesures de tension et courant passe généralement par un modèle qui exprime les valeurs de tension en fonction du courant et de la charge : U(I,Q). Estimating the state of charge, or charge, of the battery from voltage and current measurements generally uses a model that expresses the voltage values as a function of current and charge: U(I, Q).
Pour expliciter et valider le modèle proposé ici, des décharges à courant constant à partir d’un état chargé sont utilisées. To explain and validate the model proposed here, constant current discharges from a charged state are used.
Les résultats de telles décharges sont illustrés sur la figure 2. The results of such discharges are shown in Figure 2.
Comme usuellement, les valeurs de courant / sont ramenées à un courant nominal ln défini par le fabricant. Chaque courant / de décharge est alors exprimé en multiple d’un régime nominal C correspondant à un courant de décharge / = ln avec ln le courant correspondant à une décharge théorique en 1 h de la capacité nominale Qn de la batterie considérée. As usual, the current values / are reduced to a nominal current l n defined by the manufacturer. Each discharge current / is then expressed as a multiple of a nominal rate C corresponding to a discharge current / = l n with l n the current corresponding to a theoretical discharge in 1 h of the nominal capacity Q n of the battery considered.
Plus particulièrement, pour chaque décharge, une technique de compensation de chute ohmique (R x I) est utilisée, ce qui a pour effet d’abaisser la tension d’arrêt mise en œuvre par rapport à la recommandation constructeur. On considère que la compensation de chute ohmique est maximale lorsque le coefficient de compensation est égal à R, la résistance interne de la batterie considérée : Uarrêt = Uarrêt constructeur - RI. L’usage d’une technique de compensation de chute ohmique est également envisagé qui consiste à ne soustraire qu’une partie de la quantité RI à la recommandation constructeur (U arrêt constructeur). La résistance interne R est usuellement mesurée à une fréquence élevée, typiquement voisine de 1 kHz. Pour la batterie considérée ici, la valeur mesurée de cette résistance est égale à 37 mû et la valeur Uarrêt constructeur est égale 2,75 V, cette dernière étant matérialisée sur la figure 2 par un trait horizontal. Comme l’illustre notamment la figure 2, et, comme nous le verrons plus loin, les figures 6 et 7, la mise en œuvre de la technique de compensation de chute ohmique en décharge est particulièrement intéressante pour des régimes élevés, pour lesquels elle permet souvent d’augmenter notablement la capacité/l’énergie récupérée dans la mesure où la tension d’arrêt est alors nettement inférieure à la valeur constructeur U arrêt constructeur. Par exemple, à un régime 4 C, sur les données de la figure 2, la tension d’arrêt utilisée est égale à 2,36 V au lieu de 2,75 V et la capacité récupérable est égale à 96% de la capacité nominale au lieu de 75% ; l’énergie récupérée passe ainsi de 6,1 Wh à 7,4 Wh. More particularly, for each discharge, an ohmic drop compensation technique (R x I) is used, which has the effect of lowering the shutdown voltage implemented compared to the manufacturer's recommendation. It is considered that the ohmic drop compensation is maximum when the compensation coefficient is equal to R, the internal resistance of the battery considered: Ustop = Ustop manufacturer - RI. The use of an ohmic drop compensation technique is also envisaged which consists in subtracting only part of the quantity RI from the manufacturer's recommendation (U manufacturer stop). The internal resistance R is usually measured at a high frequency, typically close to 1 kHz. For the battery considered here, the measured value of this resistance is equal to 37 m and the manufacturer stop value U is equal to 2.75 V, the latter being materialized in FIG. 2 by a horizontal line. As illustrated in particular in FIG. 2, and, as we will see later, in FIGS. 6 and 7, the implementation of the ohmic drop compensation technique in discharge is particularly interesting for high speeds, for which it allows often significantly increase the capacity/energy recovered insofar as the shutdown voltage is then significantly lower than the manufacturer value U manufacturer shutdown. For example, at a 4 C regime, on the data in Figure 2, the shutdown voltage used is equal to 2.36 V instead of 2.75 V and the recoverable capacity is equal to 96% of the nominal capacity instead of 75%; the recovered energy thus increases from 6.1 Wh to 7.4 Wh.
La capacité (énergie) disponible est donc plus importante et cela permet un moindre surdimensionnement de la batterie ou de la pluralité de batteries dans de nombreuses utilisations, sans diminution drastique du nombre de cycles de charge de la batterie, lorsque celle-ci est rechargeable. The capacity (energy) available is therefore greater and this allows less oversizing of the battery or of the plurality of batteries in many uses, without drastically reducing the number of battery charge cycles, when the latter is rechargeable.
Comme mentionné ci-dessus, le postulat sur lequel repose le modèle proposé est que, d’une manière simplifiée, la forme de la tension en décharge suit une courbe unique à une homothétie et une translation près. As mentioned above, the postulate on which the proposed model is based is that, in a simplified way, the shape of the discharge voltage follows a single curve up to a dilation and a translation.
Fort de ce postulat non évident, la loi mathématique suivante devrait pouvoir être vérifiée :
Figure imgf000013_0001
With this non-obvious postulate, the following mathematical law should be able to be verified:
Figure imgf000013_0001
- U Q,Q) est une série de valeurs de tension U(I,Q) mesurées aux bornes de la batterie considérée en fonction de la charge Q de cette batterie, et pendant une décharge avec le courant de décharge / considéré, - U Q,Q) is a series of voltage values U(I,Q) measured at the terminals of the battery considered as a function of the charge Q of this battery, and during a discharge with the discharge current / considered,
- Uréférence est une courbe de décharge choisie comme référence, - Ur e f e r e n ce is a discharge curve chosen as a reference,
- régime est le régime de décharge considéré et est égal à J/j , où I est le courant de décharge considéré et In le courant nominal de la batterie, - rate is the discharge rate considered and is equal to J / j , where I is the discharge current considered and I n the nominal current of the battery,
- Qn est la capacité nominale de la batterie considérée, - Q n is the nominal capacity of the considered battery,
- Q est la charge de la batterie considérée à partir de l’état chargé, - Q is the battery charge considered from the charged state,
- FH est un terme sans dimension, - F H is a dimensionless term,
- FT est un terme homogène à une tension électrique (en V). - F T is a term homogeneous with an electrical voltage (in V).
Notons ici qu’il est possible en variante à l’expression mathématique ci-dessus de normaliser la charge Q de la batterie non pas relativement à la capacité nominale de la batterie, mais relativement à la capacité à bas régime, Qbas régime * et plus particulièrement la capacité au plus bas des N régimes considérés. C’est donc de façon non limitative que, par la suite, seule la normalisation de la charge Q de la batterie relativement à la capacité nominale de la batterie est décrite. De préférence, le plus bas régime à considérer est sensiblement égal à C/20. Note here that it is possible, as an alternative to the mathematical expression above, to normalize the charge Q of the battery not relative to the nominal capacity of the battery, but relative to the capacity at low speed, Q bas r égi m e * and more particularly the capacity at the lowest of the N regimes considered. It is therefore in a non-limiting manner that, subsequently, only the normalization of the charge Q of the battery relative to the nominal capacity of the battery is described. Preferably, the lowest speed to consider is substantially equal to C/20.
Cette loi fait apparaître trois données ou paramètres nécessaires au calibrage du modèle proposé (que ce soit à l’échelle d’une cellule, d’un module, voire d’un pack, suivant le cas de figure) : ces trois paramètre sont Uréférence, FH et FT. This law reveals three data or parameters necessary for the calibration of the proposed model (whether at the scale of a cell, a module, or even a pack, depending on the case): these three parameters are U reference , F H and F T .
Le premier de ses trois paramètres, Uréférence, est la fonction liant la tension et la charge de la batterie considérée lors d’une décharge choisie comme référence. On choisira de préférence la courbe de décharge qui optimise le mieux, en termes de calibrage, les écarts entre le modèle calibré et les mesures par rapport à l’utilisation finale de la batterie. Elle sera par exemple celle mesurée pour le plus bas régime considéré parmi lesdits différents régimes de décharge illustrés sur la figure 2, à savoir le régime de décharge C/20. Ainsi, la courbe de décharge utilisée comme référence pour la détermination du facteur de translation FT et du facteur d’homothétie FH pour la batterie considérée est alors la courbe de tension moyenne la plus élevée. En alternative et comme déjà énoncé plus haut, la courbe de décharge utilisée comme référence pour la batterie considérée peut être une courbe optimisée à partir de différentes, voire de toutes, les courbes de décharge mesurées pour les autres N-1 différents régimes de décharge considérés. C’est donc de façon non limitative que, par la suite, seule la courbe de tension moyenne la plus élevée est considérée comme courbe de décharge de référence. The first of its three parameters, U reference , is the function linking the voltage and the charge of the battery considered during a discharge chosen as reference. The discharge curve will preferably be chosen which best optimizes, in terms of calibration, the differences between the calibrated model and the measurements with respect to the end use of the battery. It will for example be that measured for the lowest rate considered among said different discharge rates illustrated in FIG. 2, namely the C/20 discharge rate. Thus, the discharge curve used as a reference for determining the translation factor F T and the homothety factor F H for the battery considered is then the highest average voltage curve. Alternatively and as already stated above, the discharge curve used as a reference for the battery considered can be a curve optimized from different, or even all, the discharge curves measured for the other N-1 different discharge regimes considered. . It is therefore in a non-limiting manner that, subsequently, only the highest average voltage curve is considered as the reference discharge curve.
Un deuxième des trois paramètres susmentionnés, FT, est le facteur de translation. Il s’agit d’un terme homogène à une tension qui sera de préférence fonction du régime de décharge. Ce facteur FT est typiquement de la forme d’une fonction affine : A + B x régime , où régime est le régime de décharge considéré et est égal à J/j . Les deux paramètres A et S de cette fonction FT peuvent être utilisés, comme paramètres ajustables, dans l’optimisation du calibrage du modèle. Ils peuvent, par exemple, être déduits des données de la figure 2 comme cela sera explicité plus bas en référence aux figures 4 et 5. A second of the three aforementioned parameters, F T , is the translation factor. This is a term that is homogeneous with a voltage which will preferably be a function of the discharge rate. This factor F T is typically in the form of an affine function: A + B x regime , where regime is the discharge regime considered and is equal to J / j . The two parameters A and S of this function F T can be used, as adjustable parameters, in the optimization of the calibration of the model. They can, for example, be deduced from the data of Figure 2 as will be explained below with reference to Figures 4 and 5.
Le troisième des trois paramètres susmentionnés, FH, est le facteur d’homothétie. Il s’agit d’un terme sans dimension, liant régimes de décharge et capacités maximales de décharge pour une tension d’arrêt Uarrêt tenant compte de la chute ohmique. Ce facteur correspond, pour chaque régime, au facteur multiplicatif à appliquer en abscisses pour transformer chaque courbe illustrée sur la figure 2 en la courbe correspondante illustrée sur la figure 4. Cette courbe peut par exemple être déduite des données de la figure 1. La forme typique de cette courbe est représentée sur la figure 3. Sur cette figure, les différents cercles vides représentent les valeurs obtenues de FH = ®n/n pour les différents régimes deThe third of the three aforementioned parameters, F H , is the scale factor. This is a dimensionless term, linking discharge rates and maximum discharge capacities for a stop voltage U stop taking into account the ohmic drop. This factor corresponds, for each regime, to the multiplicative factor to be applied on the abscissa to transform each curve illustrated in FIG. 2 into the corresponding curve illustrated in FIG. 4. This curve can for example be deduced from the data in FIG. 1. The form typical of this curve is shown in Figure 3. In this figure, the different open circles represent the obtained values of F H = ® n / n for the different regimes of
Vmax décharge considérés, et la courbe en tirets représente la fonction FH obtenues par ajustement desdites valeurs. Vmax discharge considered, and the dashed curve represents the function F H obtained by adjustment of said values.
Pour illustrer visuellement qu’un modèle basé sur des translations/homothéties est pertinent, la figure 4 montre les données expérimentales de la figure 1 en utilisant comme facteur d’homothétie, en abscisse, les valeurs de capacités pratiques correspondantes. Toutes les courbes sont ainsi ramenées à des variations, en abscisse, comprise entre 0 et 100%. En outre, la figure 4 illustre visuellement qu’il est pertinent de considérer une transformation en translation des courbes les unes par rapport aux autres. To visually illustrate that a model based on translations/scaling is relevant, Figure 4 shows the experimental data of Figure 1 using as a scale factor, on the abscissa, the corresponding practical capacity values. All the curves are thus reduced to variations, on the abscissa, between 0 and 100%. In addition, Figure 4 visually illustrates that it is relevant to consider a translational transformation of the curves relative to each other.
Pour compléter cette illustration du modèle, le fait qu’une fonction unique de translation FT soit utilisable avec une bonne approximation, comme le montre la figure 4, se traduit par une relation mathématique entre les écarts de tensions entre deux courbes et les écarts de courant de ces mêmes courbes. Cette propriété est illustrée sur la figure 5 pour 3 valeurs de capacité relative (25, 50 et 75%), matérialisées sur la figure 4 par des traits pointillés verticaux. On observe effectivement, sur la figure 5, que, quel que soit celui des trois régimes considérés, les valeurs obtenues peuvent être ajustées par une même courbe, à savoir la courbe en tirets de la figure 5. Cette courbe est une courbe parabolique qui correspond à la fonction FT affine. Plus particulièrement : retrouve FT = A + B x régime
Figure imgf000015_0001
To complete this illustration of the model, the fact that a single translation function F T can be used with a good approximation, as shown in figure 4, results in a mathematical relationship between the differences in voltages between two curves and the differences in current of these same curves. This property is illustrated in FIG. 5 for 3 relative capacitance values (25, 50 and 75%), materialized in FIG. 4 by vertical dotted lines. It is actually observed, in FIG. 5, that, whatever that of the three regimes considered, the values obtained can be adjusted by the same curve, namely the dashed curve of FIG. 5. This curve is a parabolic curve which corresponds to the affine F T function. More specifically: find F T = A + B x regime
Figure imgf000015_0001
D’autre part, une manière d’illustrer la pertinence de l’utilisation de la fonction d’homothétie FH et de la compensation de chute ohmique pour augmenter la capacité/énergie de la batterie considérée qui est effectivement utilisable en fonctionnement, la figure 6 montre les valeurs de capacités maximales en fin de décharge issues des données de la figure 1, suivant qu’on arrête la décharge sur un principe de compensation de chute ohmique (cercles pleins) ou non (cercles vides). Il apparaît clairement sur la figure 6 que la courbe d’ajustement des cercles pleins se situe au-dessus de la courbe d’ajustement des cercles vides, notamment à des régimes élevés. Cette illustration montre donc que, à de tels régimes, une charge maximale supérieure est disponible en appliquant le principe de compensation de chute ohmique. On the other hand, a way of illustrating the relevance of the use of the homothety function F H and of the ohmic drop compensation to increase the capacity/energy of the considered battery which is actually usable in operation, the figure 6 shows the maximum capacitance values at the end of discharge from the data of FIG. 1, depending on whether the discharge is stopped on a principle of ohmic drop compensation (filled circles) or not (empty circles). It clearly appears in FIG. 6 that the adjustment curve of the solid circles is situated above the adjustment curve of the open circles, in particular at high speeds. This illustration therefore shows that, at such speeds, a higher maximum load is available by applying the principle of ohmic drop compensation.
L’intérêt de la compensation de chute ohmique au travers des données en décharge à courant constant de la figure peut encore être illustré par un schéma de type diagramme de Ragone (densité d’énergie/densité de puissance) comme sur la figure 7. The benefit of compensation for the ohmic drop through the constant current discharge data in the figure can also be illustrated by a diagram of the Ragone diagram type (energy density/power density) as in figure 7.
L’on comprend ainsi que la mise en œuvre du procédé de diagnostic décrit ci-dessus permet de construire, au cas par cas, des bases de données expérimentales. Cette construction requière moins de données et moins de temps que les techniques de l’art antérieur. Une réduction des expériences préalables et des données à stocker nécessaires pour la gestion des packs de batteries est effectivement atteinte. Au moins en ce sens, l’invention permet de diminuer le coût lié à la construction des bases de données expérimentales nécessaires au contrôle subséquent d’une batterie. It is thus understood that the implementation of the diagnostic method described above makes it possible to construct, on a case-by-case basis, experimental databases. This construction requires less data and less time than prior art techniques. A reduction of the prior experiments and the data to be stored necessary for the management of the battery packs is effectively achieved. At least in this sense, the invention makes it possible to reduce the cost linked to the construction of the experimental databases necessary for the subsequent control of a battery.
Le procédé de diagnostic décrit ci-dessus peut être appliqué à une pluralité de batteries, voire à chaque batterie d’une même pluralité, permettant la construction de bases de données expérimentales correspondantes. The diagnostic method described above can be applied to a plurality of batteries, or even to each battery of the same plurality, allowing the construction of corresponding experimental databases.
Et le stockage des bases de données expérimentales précédemment construites permettra la mise en œuvre du ou des procédés de contrôle selon différents autres aspects de l’invention. And the storage of the previously constructed experimental databases will allow the implementation of the control method(s) according to various other aspects of the invention.
Il découle notamment de la description qui précède que le procédé de contrôle selon le deuxième aspect de l’invention peut plus particulièrement comprendre l’estimation de l’état de charge, ou de la charge Q, de chaque batterie pour laquelle une base de données a été construite et stockée, en utilisant la courbe de décharge Uréférence choisie comme référence, le facteur de translation FT et le facteur d’homothétie FH, ces facteurs étant définis à un instant donné par la mesure du courant / circulant entre les bornes de la batterie et étant utilisés pour transformer la courbe de décharge Uréférence choisie comme référence en une courbe de décharge U ( , Q ) sur laquelle est le cas échéant lue une valeur estimative de l’état de charge, ou de la charge Q, de la batterie audit instant donné pour la valeur de tension U mesurée aux bornes de la batterie audit instant donné. It follows in particular from the preceding description that the control method according to the second aspect of the invention may more particularly comprise the estimation of the state of charge, or of the charge Q, of each battery for which a database was constructed and stored, using the reference discharge curve U chosen as reference, the translation factor F T and the homothety factor F H , these factors being defined at a given instant by measuring the current / flowing between the terminals of the battery and being used to transform the reference discharge curve U chosen as reference into a discharge curve U ( , Q ) on which is read, if necessary, an estimated value of the state of charge, or of the charge Q , of the battery at said given instant for the voltage value U measured at the terminals of the battery at said given instant.
Il ressort de l’exemple qui précède, que, une fois Uréférence, FH et FT connus pour une batterie donnée, l’état de charge, ou la charge Q, de cette batterie à chaque instant de son fonctionnement, ou du moins une valeur estimative de cet état, peut être déterminé à chaque instant, en fonction de la valeur U de tension aux bornes de la batterie et de la valeur I du courant circulant entre les bornes de la batterie, ces valeurs étant aisément mesurables ; le contrôle de la batterie, et donc sa gestion, peut ainsi être assuré en fonction de la valeur ainsi déduite de sa charge Q. It emerges from the preceding example that, once U reference , F H and F T known for a given battery, the state of charge, or the charge Q, of this battery at each instant of its operation, or of the at least one estimated value of this state, can be determined at any time, depending on the voltage value U at the terminals of the battery and the value I of the current flowing between the terminals of the battery, these values being easily measurable; the control of the battery, and therefore its management, can thus be ensured according to the value thus deducted from its charge Q.
Les mesures de courant et de tension aux bornes de la batterie sont de préférence réalisées en tenant compte de la technique de compensation de chute ohmique, de sorte que la tension d’arrêt considérée soit inférieure à la tension d’arrêt constructeur (Uarrêt = Uarrêt constructeur - RI)· Comme déjà mentionné plus haut, l’utilisation de la technique de compensation de chute ohmique permet de changer la tension d’arrêt effective, avec pour bénéfice d’augmenter l’énergie/la capacité disponible, en particulier lorsque la batterie est utilisée pour fournir, au moins par périodes, de fortes puissances The current and voltage measurements at the battery terminals are preferably carried out taking into account the ohmic drop compensation technique, so that the shutdown voltage considered is lower than the manufacturer shutdown voltage (Ustop = Ustop manufacturer - RI) As already mentioned above, the use of the ohmic drop compensation technique makes it possible to change the effective shutdown voltage, with the benefit of increasing the available energy/capacity, in particular when the battery is used to provide, at least periodically, high power
Le procédé de contrôle selon le deuxième aspect de l’invention peut comprendre en outre l’estimation de l’état de santé de la batterie, notamment en fonction de ladite valeur estimative, et ce potentiellement à chaque instant. Il est à noter que l’on peut également accéder, à chaque instant, à une valeur estimative de la capacité pratique en fin de décharge, Qmax, cette dernière prenant avantageusement en compte la compensation de chute ohmique. The control method according to the second aspect of the invention may also comprise the estimation of the state of health of the battery, in particular according to said estimated value, and this potentially at every instant. It should be noted that it is also possible to access, at any time, an estimated value of the practical capacitance at the end of discharge, Q max , the latter advantageously taking into account the ohmic drop compensation.
Du fait que chaque cellule et/ou chaque module peut faire l’objet d’un calibrage et d’un contrôle tels que décrits ci-dessus, l’on comprend qu’une meilleure identification des déséquilibres (hétérogénéités) entre cellules et/ou modules d’un pack peut être atteinte. Par ailleurs, une simplification du suivi des packs en vieillissement est obtenue. Mais encore, la gestion d’un pack peut être réalisée en un temps d’analyses réduit. Since each cell and/or each module can be calibrated and checked as described above, it is understood that a better identification of imbalances (heterogeneities) between cells and/or modules of a pack can be reached. Furthermore, a simplification of the monitoring of aging packs is obtained. But still, the management of a pack can be carried out in a reduced analysis time.
L’invention trouve à s’appliquer dans tous systèmes électriques alimentés par une batterie au sens de l’invention. Elle sera d’un usage particulièrement avantageux pour la gestion d’une batterie de drone aérien, pour lequel une décharge complète de la batterie en vol pourrait être néfaste. The invention finds application in all electrical systems powered by a battery within the meaning of the invention. It will be of particularly advantageous use for the management of an aerial drone battery, for which a complete discharge of the battery in flight could be harmful.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits. The invention is not limited to the embodiments previously described.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de diagnostic d’une batterie comprenant les étapes suivantes : 1. Method for diagnosing a battery comprising the following steps:
Mesurer, entre des bornes de la batterie, une courbe de décharge à courant constant depuis un état chargé de la batterie pour chaque régime de décharge parmi une pluralité de N régimes de décharge différents entre eux, en utilisant une technique de compensation de chute ohmique, et Déterminer, relativement à une des courbes de décharge choisie comme référence, un facteur de translation FT et un facteur d’homothétie FH à appliquer sur au moins l’une des N-1 autres courbes de décharge pour les transformer en courbes superposées de façon optimisée à la courbe de décharge choisie comme référence. Measuring, between terminals of the battery, a constant current discharge curve from a charged state of the battery for each discharge rate among a plurality of N discharge rates that are different from one another, using an ohmic drop compensation technique, and Determine, relative to one of the discharge curves chosen as reference, a translation factor FT and a homothety factor FH to be applied to at least one of the N-1 other discharge curves to transform them into curves superimposed in such a way optimized to the discharge curve chosen as reference.
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la technique de compensation de chute ohmique comprend, voire consiste en, la modification de la tension d’arrêt par la soustraction à la tension d’arrêt constructeur d’une quantité au plus égale au produit du courant de décharge / considéré par la résistance interne R de la batterie. 2. Method according to the preceding claim, in which the ohmic drop compensation technique comprises, or even consists of, the modification of the stop voltage by subtracting from the manufacturer stop voltage a quantity at most equal to the product of the discharge current / considered by the internal resistance R of the battery.
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la courbe de décharge choisie comme référence est celle mesurée pour le plus bas régime considéré parmi lesdits différents régimes de décharge. 3. Method according to any one of the preceding claims, in which the discharge curve chosen as reference is that measured for the lowest rate considered among said different discharge rates.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel la courbe de décharge choisie comme référence est mesurée pour un régime de décharge moyen d’utilisation. 4. Method according to any one of claims 1 to 2, in which the discharge curve chosen as reference is measured for an average discharge rate of use.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits différents régimes de décharge sont compris entre C/100 et 100 C, de préférence entre C/10 et 10 C. 5. Method according to any one of the preceding claims, in which the said different discharge rates are between C/100 and 100 C, preferably between C/10 and 10 C.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque courbe de décharge est mesurée depuis un même état de charge de la batterie, de préférence depuis un état de charge maximum de la batterie. 6. Method according to any one of the preceding claims, in which each discharge curve is measured from the same state of charge of the battery, preferably from a maximum state of charge of the battery.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque courbe de décharge est mesurée jusqu’à un état de décharge maximale prenant en compte la compensation de chute ohmique. 7. Method according to any one of the preceding claims, in which each discharge curve is measured up to a state of maximum discharge taking into account the ohmic drop compensation.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le facteur de translation FT et le facteur d’homothétie FH sont déterminés comme des fonctions solutions, de préférence optimisées, d’un ensemble d’équations prenant chacune, pour un régime de décharge considéré, la forme suivante : - est une série de valeurs de tension U(I,Q) mesurées auxdites bornes de la batterie en fonction de la charge Q de la batterie, et pendant une décharge avec le courant de décharge I considéré, 8. Method according to any one of the preceding claims, in which the translation factor FT and the homothety factor FH are determined as solution functions, preferably optimized, of a set of equations each taking, for a regime of discharge considered, the following form: - is a series of voltage values U(I,Q) measured at said battery terminals as a function of the charge Q of the battery, and during a discharge with the discharge current I considered,
U référence est la courbe de décharge choisie comme référence,U r e f e r e n ce is the discharge curve chosen as reference,
- régime est le régime de décharge considéré et est égal à J/j , où I est le courant de décharge considéré et In le courant nominal de la batterie,- rate is the discharge rate considered and is equal to J / j , where I is the discharge current considered and I n the nominal current of the battery,
Qn est la capacité nominale de la batterie, Q n is the nominal capacity of the battery,
Q est la charge de la batterie à partir d’un état complètement chargé,Q is the battery charge from a fully charged state,
- FH est un terme sans dimension, et - F H is a dimensionless term, and
- FT est un terme homogène à une tension électrique. - F T is a term homogeneous with an electrical voltage.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le facteur de translation FT est une fonction du régime, de préférence une fonction affine du régime. 9. Method according to any one of the preceding claims, in which the translation factor FT is a function of the regime, preferably an affine function of the regime.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le facteur d’homothétie FH est un terme liant régimes de décharge et capacités maximales Qmax de décharge pour une tension d’arrêt tenant compte de la chute ohmique. 10. Method according to any one of the preceding claims, in which the homothety factor FH is a term linking discharge rates and maximum discharge capacities Q max for a stop voltage taking account of the ohmic drop.
11. Procédé de diagnostic d’une pluralité de batteries mettant en œuvre le procédé de diagnostic d’une batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes aux bornes de plusieurs batteries de la pluralité, voire de chaque batterie de la pluralité. 11. Method for diagnosing a plurality of batteries implementing the method for diagnosing a battery according to any one of the preceding claims at the terminals of several batteries of the plurality, or even of each battery of the plurality.
12. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions, qui lorsqu’elles sont effectuées par au moins un processeur, exécute au moins les étapes de l‘un parmi le procédé de diagnostic selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 et le procédé de diagnostic selon la revendication 11. 12. Computer program product comprising instructions, which when performed by at least one processor, performs at least the steps of one of the diagnostic method according to any one of claims 1 to 10 and the method diagnostic tool according to claim 11.
13. Système de diagnostic d’au moins une batterie, le système comprenant un support de mémorisation et au moins un processeur configuré pour stocker et implémenter, respectivement, un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions, qui lorsqu’elles sont effectuées par ledit au moins un processeur, exécute au moins les étapes de l‘un parmi le procédé de diagnostic selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 et le procédé de diagnostic selon la revendication 11. 13. System for diagnosing at least one battery, the system comprising a storage medium and at least one processor configured to store and implement, respectively, a computer program product comprising instructions, which when carried out by said at least one processor, executes at least the steps of one of the diagnostic method according to any one of claims 1 to 10 and the diagnostic method according to claim 11.
14. Procédé de contrôle d’une batterie utilisant la courbe de décharge choisie comme référence, le facteur de translation FT et le facteur d’homothétie FH tels que déterminés par mise en œuvre préalable du procédé de diagnostic selon l’une quelconque des revendications 1 à 10. 14. Method for controlling a battery using the discharge curve chosen as a reference, the translation factor FT and the homothety factor FH as determined by prior implementation of the diagnostic method according to any one of claims 1 at 10.
15. Procédé selon la revendication précédente, comprenant le calcul de l’état de charge, ou de la charge Q, de la batterie, en utilisant la courbe de décharge choisie comme référence, le facteur de translation FT et le facteur d’homothétie FH, ces facteurs étant définis à un instant donné par la mesure du courant / circulant entre les bornes de la batterie et étant utilisés pour transformer la courbe de décharge choisie comme référence en une courbe de décharge U ( , Q ) sur laquelle est le cas échéant lue une valeur estimative de la charge Q de la batterie audit instant donné pour la valeur de tension U mesurée aux bornes de la batterie audit instant donné. 15. Method according to the preceding claim, comprising calculating the state of charge, or the charge Q, of the battery, using the discharge curve chosen as reference, the translation factor F T and the homothety factor F H , these factors being defined at a given instant by measuring the current / flowing between the terminals of the battery and being used to transform the discharge curve chosen as reference into a discharge curve U ( , Q ) on which is the where applicable, read an estimated value of the charge Q of the battery at said given instant for the voltage value U measured at the terminals of the battery at said given instant.
16. Procédé selon la revendication précédente, comprenant en outre l’estimation de l’état de santé de la batterie, notamment en fonction de ladite valeur estimative, et ce potentiellement à chaque instant. 16. Method according to the preceding claim, further comprising estimating the state of health of the battery, in particular according to said estimated value, and this potentially at any time.
17. Procédé selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel les mesures de courant et de tension aux bornes de la batterie sont réalisées en tenant compte de la technique de compensation de chute ohmique, de sorte que la tension d’arrêt considérée soit inférieure à la tension d’arrêt constructeur (Uarrêt = U arrêt constructeur - RI)·17. Method according to any one of the two preceding claims, in which the current and voltage measurements at the terminals of the battery are carried out taking into account the ohmic drop compensation technique, so that the stop voltage considered is lower than the manufacturer stop voltage (Ustop = U manufacturer stop - RI)
18. Procédé de contrôle d’une pluralité de batteries utilisant les courbes de décharge choisies comme références, les facteurs de translation FT et les facteurs d’homothétie FH tels que déterminés par mises en œuvre préalable du procédé de diagnostic d’une batterie selon la revendication 11 aux bornes de plusieurs batteries de la pluralité, voire de chaque batterie de la pluralité. 18. Method for controlling a plurality of batteries using the discharge curves chosen as references, the translation factors FT and the homothety factors FH as determined by prior implementations of the method for diagnosing a battery according to the claim 11 at the terminals of several batteries of the plurality, or even of each battery of the plurality.
19. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions, qui lorsqu’elles sont effectuées par au moins un processeur, exécute au moins l’un parmi le procédé de contrôle selon les revendications 14 à 17 et le procédé de contrôle selon la revendication 18. 19. Computer program product comprising instructions, which when performed by at least one processor, executes at least one of the control method according to claims 14 to 17 and the control method according to claim 18.
20. Système de contrôle d’au moins une batterie, le système comprenant un support de mémorisation et au moins un processeur configuré pour stocker et implémenter, respectivement, un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions, qui lorsqu’elles sont effectuées par ledit au moins un processeur, exécute au moins l’un parmi le procédé de contrôle selon les revendications 14 à 17 et le procédé de contrôle selon la revendication 18. 20. System for controlling at least one battery, the system comprising a storage medium and at least one processor configured to store and implement, respectively, a computer program product comprising instructions, which when carried out by said at least one processor, executes at least one of the control method according to claims 14 to 17 and the control method according to claim 18.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2734061A1 (en) * 1995-05-12 1996-11-15 Thomson Csf Determining remaining charge in partly discharged battery
US20120007556A1 (en) * 2009-12-25 2012-01-12 Akihiro Matsui Battery diagnosis device and method
WO2020126623A1 (en) * 2018-12-17 2020-06-25 Electricite De France State of health of a battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2734061A1 (en) * 1995-05-12 1996-11-15 Thomson Csf Determining remaining charge in partly discharged battery
US20120007556A1 (en) * 2009-12-25 2012-01-12 Akihiro Matsui Battery diagnosis device and method
WO2020126623A1 (en) * 2018-12-17 2020-06-25 Electricite De France State of health of a battery

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