Titre : Procédé et dispositif de réajustement d’un état de charge estimé d’une batterie lithiumTitle: Method and device for readjusting an estimated state of charge of a lithium battery
Domaine technique de l'invention L’invention concerne un procédé de réajustement d’un état de charge estimé d’une batterie lithium, notamment d’une batterie lithium-ion, et d’un dispositif de réajustement associé. État de la techniqueTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a method for readjusting an estimated state of charge of a lithium battery, in particular a lithium-ion battery, and an associated readjustment device. State of the art
Les batteries ou accumulateurs lithium, notamment les batteries lithium-ion, lithium-ion-polymère ou lithium-métal-polymère, sont largement utilisées dans le domaine automobile pour l’alimentation des véhicules automobiles électriques ou hybrides et dans le domaine de l’électronique nomade.Lithium batteries or accumulators, in particular lithium-ion, lithium-ion-polymer or lithium-metal-polymer batteries, are widely used in the automotive field for the supply of electric or hybrid motor vehicles and in the field of electronics nomadic.
Une batterie lithium est associée à un système de contrôle, couramment appelé BMS (de l’anglais « Battery Management System >>). L’une des tâches du BMS est d’estimer le niveau de charge de la batterie, ou état de charge ou SOC (de l’anglais « State of Charge >>).A lithium battery is associated with a control system, commonly called BMS (Battery Management System). One of the tasks of the BMS is to estimate the state of charge of the battery, or state of charge (SOC).
Il existe principalement trois types de méthodes d’estimation de l’état de charge ou SOC d’une batterie.There are mainly three types of methods for estimating the state of charge or SOC of a battery.
Les méthodes du premier type sont basées sur un comptage coulomb métrique calculant le cumul des Ampères-heures au cours du temps.The methods of the first type are based on a coulomb metric calculating the cumulative amperes-hours over time.
Les méthodes du deuxième type exploitent une courbe d’évolution de la tension à vide de la batterie en fonction de son état de charge.The methods of the second type exploit a curve of evolution of the empty voltage of the battery according to its state of charge.
Un problème de l’estimation de l’état de charge selon ces méthodes réside dans le fait qu’elles intègrent une erreur liée au cumul de l’offset du courant. Pour s’affranchir de cette erreur, il est connu de réajuster, ou de « recaler », l’état de charge lorsque la batterie est soit totalement chargée (SOC=100%), soit totalement déchargée (SOC=0%). Or, en usage, si on applique à la batterie des charges ou des décharges intermédiaires, sans passer par un SOC de 100% ou de 0%, l’erreur d’estimation du SOC n’est pas corrigée et s’amplifie au fil des charges et des décharges. Une telle situation peut se produire du fait du comportement de l’utilisateur de la batterie ou en raison d’un profil d’usage imposé de la batterie n’autorisant pas les SOC limites de 0% et de 100%, comme c’est le cas dans les véhicules électriques ou hybrides.A problem of the estimation of the state of charge according to these methods resides in the fact that they integrate an error related to the cumulative offset of the current. To overcome this error, it is known to readjust, or "reset", the state of charge when the battery is either fully charged (SOC = 100%) or fully discharged (SOC = 0%). However, in use, if one applies to the battery charges or intermediate discharges, without passing by a SOC of 100% or 0%, the estimation error of the SOC is not corrected and amplifies over time. charges and discharges. Such a situation may occur because of the behavior of the battery user or because of a imposed battery usage profile that does not allow SOCs 0% and 100% limits, as this is the case in electric or hybrid vehicles.
Les méthodes du troisième type reposent sur des algorithmes plus complexes qui exploitent des techniques d’intelligence artificielle telles que les réseaux de neurones ou des filtres de Kalman. Ces méthodes utilisent des algorithmes complexes qui nécessitent d’importantes ressources de traitement et de calcul.Third type methods rely on more complex algorithms that exploit artificial intelligence techniques such as neural networks or Kalman filters. These methods use complex algorithms that require large processing and computation resources.
La présente invention vient améliorer la situation.The present invention improves the situation.
Objet de l'invention A cet effet, l’invention concerne un procédé de réajustement d’un état de charge estimé d’une batterie lithium, comprenant les étapes suivantes : • Mesure de l’évolution de la température de la batterie au cours d’une phase de charge ou de décharge de la batterie ; • Détection, au cours de l’évolution de la température mesurée, d’une caractéristique thermique associée en mémoire à un état de charge connu ; • Réajustement de l’état de charge estimé de la batterie en fonction de l’état de charge connu associé à la caractéristique thermique détectée.OBJECT OF THE INVENTION To this end, the invention relates to a method of readjustment of an estimated state of charge of a lithium battery, comprising the following steps: • Measurement of the evolution of the temperature of the battery during a phase of charging or discharging the battery; • Detection, during the evolution of the measured temperature, of a thermal characteristic associated in memory with a known state of charge; • Readjustment of the estimated state of charge of the battery according to the known state of charge associated with the detected thermal characteristic.
Le réajustement ou recalage de l’état de charge estimé de la batterie (c’est-à-dire d’un indicateur de l’état de charge de la batterie correspondant à une estimation de celui-ci) est basée sur la mesure de la température de la batterie en phase de charge ou de décharge et sur l’identification d’une caractéristique thermique particulière, associée à un état de charge connu, dans révolution de la température mesurée. Le procédé de l’invention permet de réajuster l’état de charge estimé de façon à la fois simple, fiable et précise.The readjustment or recalibration of the estimated state of charge of the battery (that is, an indicator of the state of charge of the battery corresponding to an estimate thereof) is based on the measurement of the temperature of the battery during the charging or discharging phase and on the identification of a particular thermal characteristic, associated with a known state of charge, in revolution of the measured temperature. The method of the invention makes it possible to readjust the estimated state of charge in a manner that is simple, reliable and precise.
Avantageusement, la caractéristique thermique détectée correspond à un pic ou à un creux dans l’évolution de la température.Advantageously, the detected thermal characteristic corresponds to a peak or a dip in the evolution of the temperature.
Au cours d’une charge ou d’une décharge, des réactions réversibles se déroulent au sein de la batterie. Ces réactions s’accompagnent de changements du coefficient d’entropie de la batterie, qui influent sur sa température. Ces changements s’effectuent à des états de charge particuliers. Ainsi, l’identification d’un pic de température (ou pic exothermique) ou d’un creux de température (ou creux endothermique) dans l’évolution de la température en charge ou en décharge, permet de détecter ces changements qui sont associés à ces états de charge particuliers.During a charge or a discharge, reversible reactions take place within the battery. These reactions are accompanied by changes in the entropy coefficient of the battery, which affect its temperature. These changes take place at particular charge states. Thus, the identification of a peak temperature (or exothermic peak) or a temperature dip (or endothermic hollow) in the evolution of the temperature in charge or discharge, can detect those changes that are associated with these particular states of charge.
Dans un mode de réalisation particulier, lors d’une charge, la caractéristique thermique détectée est l’une des caractéristiques du groupe comportant une fin de creux endothermique initial, un pic exothermique maximal et un creux endothermique intermédiaire, postérieure à la fin du creux endothermique initial et antérieure au pic exothermique maximal, respectivement associés en mémoire à des états de charge égaux à 10%, 60% et 30% avec une précision inférieure ou égale à 2%..In a particular embodiment, during charging, the detected thermal characteristic is one of the characteristics of the group comprising an initial endothermal end, a maximum exothermic peak and an intermediate endothermic cavity, after the end of the endothermic cavity. initial and prior to maximum peak exothermic, respectively associated in memory with states of charge equal to 10%, 60% and 30% with a precision less than or equal to 2%.
Dans un autre mode de réalisation particulier, lors d’une décharge, la caractéristique thermique détectée est l’une des caractéristiques du groupe comportant un pic thermique initial, un creux endothermique intermédiaire et un creux endothermique de fin de décharge, respectivement associés en mémoire à des états de charge égaux à 75%, 50% et 15% avec une précision inférieure ou égale à 2%.In another particular embodiment, during a discharge, the detected thermal characteristic is one of the characteristics of the group comprising an initial thermal peak, an intermediate endothermic cavity and an endothermic end-of-discharge cavity, respectively associated in memory with load states equal to 75%, 50% and 15% with an accuracy of less than or equal to 2%.
Avantageusement, il comprend une étape d’estimation de l’état de charge de la batterie à un instant courant initial, avant réajustement, et une étape d’identification d’au moins une prochaine caractéristique thermique détectable, parmi une pluralité de caractéristiques thermiques mémorisées, en fonction de l’état de charge estimé à l’instant courant initial. Grâce à cela, avant de déclencher un réajustement, on peut positionner l’état de charge estimé de la batterie à l’instant courant sur un profil de température de référence de la batterie (en charge ou en décharge) et en déduire la ou les prochaines caractéristiques thermiques particulières, associées à des états de charge connus, détectables dans révolution de la température mesurée.Advantageously, it comprises a step of estimating the state of charge of the battery at an initial instantaneous current, before readjustment, and a step of identifying at least one next detectable thermal characteristic, among a plurality of stored thermal characteristics. , depending on the state of charge estimated at the initial current time. With this, before triggering a readjustment, it is possible to position the estimated state of charge of the battery at the current time on a reference temperature profile of the battery (charging or discharging) and deduce therefrom next particular thermal characteristics, associated with known load states, detectable in revolution of the measured temperature.
Dans un mode de réalisation particulier, lors d’une étape de configuration, on enregistre en mémoire une pluralité de caractéristiques thermiques de la batterie en charge ou en décharge, associées à des états de charge connus.In a particular embodiment, during a configuration step, a plurality of thermal characteristics of the battery in charge or in discharge associated with known charge states are stored in memory.
Dans un autre mode de réalisation particulier, lors d’une étape de configuration, on enregistre en mémoire des données représentatives d’une signature thermique de la batterie lors d’une charge ou d’une décharge, ledit profil contenant une pluralité de points caractéristiques associés à des états de charge connus.In another particular embodiment, during a configuration step, data representative of a thermal signature of the battery during a charge or discharge are recorded in memory, said profile containing a plurality of characteristic points. associated with known charge states.
Avantageusement, on calcule une dérivée de la température mesurée et, en cas de changement de signe de la dérivée, on détecte un creux ou un pic dans révolution de la température.Advantageously, a derivative of the measured temperature is calculated and, in the event of a change of sign of the derivative, a peak or a peak is detected in revolution of the temperature.
Avantageusement encore, le procédé comprend une étape de test pour déterminer si la batterie est en phase de charge ou de décharge. Dans ce cas, lors de l’étape de test, on vérifie que la température de la batterie est comprise en entre 15°C et 50°C, notamment entre 22°C et 28°.C L’invention concerne aussi un dispositif de réajustement d’un état de charge estimé d’une batterie lithium, caractérisé en ce qu’il comprend : • un module de mesure de l’évolution de la température de la batterie au cours d’une phase de charge ou de décharge de la batterie ; • un module de détection, au cours de l’évolution de la température mesurée, d’une caractéristique thermique associée en mémoire à un état de charge connu ; • un module de réajustement de l’état de charge estimé de la batterie en fonction de l’état de charge connu associé à la caractéristique thermique détectée.Advantageously, the method comprises a test step for determining whether the battery is in charging or discharging phase. In this case, during the test step, it is verified that the temperature of the battery is between 15 ° C. and 50 ° C., in particular between 22 ° C. and 28 ° C. The invention also relates to a device for readjustment of an estimated state of charge of a lithium battery, characterized in that it comprises: a module for measuring the evolution of the temperature of the battery during a charging or discharging phase of the battery; drums ; A detection module, during the evolution of the measured temperature, of a thermal characteristic associated in memory with a known state of charge; A module for readjusting the estimated state of charge of the battery according to the known state of charge associated with the detected thermal characteristic.
Le dispositif comprend avantageusement tout ou partie des caractéristiques additionnelles suivantes : • un module d’obtention d’un état de charge estimé de la batterie à un instant courant initial et une étape d’identification d’au moins une prochaine caractéristique thermique détectable, parmi une pluralité de caractéristiques thermiques mémorisées, en fonction de l’état de charge estimé à l’instant courant initial ; • une mémoire de stockage d’une pluralité de caractéristiques thermiques de la batterie en charge ou en décharge, associées à des états de charge connus ; • une mémoire de stockage de données représentatives d’une signature thermique de la batterie lors d’une charge ou d’une décharge, ledit profil contenant une pluralité de points caractéristiques associés à des états de charge connus. L’invention concerne aussi un système de contrôle d’une batterie lithium, caractérisé en ce qu’il intègre le dispositif de réajustement d’un état de charge estimé de ladite batterie, tel que défini ci-dessus. L’invention concerne encore un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant une batterie lithium et un système de contrôle de la batterie tel qu’il vient d’être défini. L’invention concerne enfin un dispositif nomade, comprenant une batterie lithium et un système de contrôle de la batterie tel qu’il vient d’être défini.The device advantageously comprises all or part of the following additional features: a module for obtaining an estimated state of charge of the battery at an initial instantaneous current and a step of identifying at least one next detectable thermal characteristic, among a plurality of stored thermal characteristics, as a function of the state of charge estimated at the initial current time; A memory for storing a plurality of thermal characteristics of the battery in charge or in discharge, associated with known charge states; A memory for storing data representative of a thermal signature of the battery during a charge or a discharge, said profile containing a plurality of characteristic points associated with known charge states. The invention also relates to a control system of a lithium battery, characterized in that it integrates the device for readjustment of an estimated charge state of said battery, as defined above. The invention also relates to an electric or hybrid motor vehicle, comprising a lithium battery and a battery control system as just defined. The invention finally relates to a nomadic device, comprising a lithium battery and a battery control system as just defined.
Description sommaire des dessins L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description suivante d’un procédé et d’un dispositif de réajustement d’un état de charge estimé d’une batterie lithium selon un mode de réalisation particulier de l’invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 représente l’évolution de la température d’une batterie lithium-ion lors d’une succession de séquences de test constituée chacune d’une phase de pause, d’une phase de décharge, une phase de pause et d’une phase de charge ; - La figure 2 représente l’évolution de la température d’une batterie lithium-ion lors d’une charge complète à 1C ; - La figure 3 représente l’évolution de la température d’une batterie lithium-ion lors d’une décharge complète à 1C ; - La figure 4 représente un organigramme des étapes du procédé de réajustement, selon un mode de réalisation particulier de l’invention ; - La figure 5 représente un schéma bloc fonctionnel d’un dispositif de réajustement, selon une forme de réalisation particulière de l’invention.Brief description of the drawings The invention will be better understood with the aid of the following description of a method and a device for readjusting an estimated state of charge of a lithium battery according to a particular embodiment of the invention. invention, with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 shows the evolution of the temperature of a lithium-ion battery during a succession of test sequences each consisting of a pause phase, a phase discharge, a pause phase and a charging phase; FIG. 2 represents the evolution of the temperature of a lithium-ion battery during a complete charge at 1C; FIG. 3 represents the evolution of the temperature of a lithium-ion battery during a complete discharge at 1C; FIG. 4 represents a flowchart of the steps of the readjustment method, according to a particular embodiment of the invention; - Figure 5 shows a functional block diagram of a readjustment device, according to a particular embodiment of the invention.
Description détaillée de modes de réalisation particuliers de l'inventionDETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Le procédé de l’invention vise à réajuster un état de charge estimé d’une batterie lithium 1, en l’espèce le « SOC >> (de l’anglais « State Of Charge >>). Le SOC d’une batterie est exprimé en pourcentage. Il est égal à 100% lorsque la batterie est complètement chargée et à 0% lorsque la batterie est totalement déchargée.The method of the invention aims to readjust an estimated state of charge of a lithium battery 1, in this case the "SOC" (of the English "State Of Charge"). The SOC of a battery is expressed as a percentage. It is 100% when the battery is fully charged and 0% when the battery is fully discharged.
Dans l’exemple de réalisation décrit ici, la batterie lithium 1 est de technologie LMO (Lithium Manganèse Oxyde). L’invention pourrait toutefois s’appliquer à toute autre technologie de batterie lithium.In the embodiment described here, the lithium battery 1 is LMO (Lithium Manganese Oxide) technology. The invention could, however, apply to any other lithium battery technology.
La batterie 1 est destinée à alimenter électriquement une charge 2. Par le terme « charge >> on entend désigner un élément destiné à consommer l’énergie électrique fournie par la batterie 1. La charge 2 est par exemple un moteur électrique d’un véhicule automobile électrique ou hybride ou bien un dispositif nomade (téléphone mobile, tablette, ou autre). Le procédé est ici mis en oeuvre durant une utilisation normale de la batterie, c’est-à-dire soit pendant que la batterie 1 est connectée à la charge 2 aux fins de l’alimenter en énergie électrique, soit pendant que la batterie 1 est reliée à une source d’alimentation électrique pour être rechargée. Il pourrait toutefois être mis en oeuvre en dehors du cadre d’utilisation normale de la batterie, par exemple lors d’un diagnostic de la batterie.The battery 1 is intended to electrically power a load 2. By the term "charge" is meant an element intended to consume the electrical energy supplied by the battery 1. The load 2 is for example an electric motor of a vehicle electric or hybrid car or a mobile device (mobile phone, tablet, or other). The method is here implemented during normal use of the battery, that is to say either while the battery 1 is connected to the load 2 for the purpose of supplying electrical energy, or while the battery 1 is connected to a power source to be recharged. It could however be implemented outside the normal use of the battery, for example during a diagnosis of the battery.
Un BMS 3 (de l’anglais « Battery Management System >>), ou système de contrôle de batterie, est destiné à contrôler la batterie 1 et à surveiller l’état de différents éléments de la batterie 1. Le BMS 3 intègre notamment un dispositif 4 d’estimation du SOC de la batterie 1, destiné à estimer l’état de charge de la batterie, et un dispositif 5 de réajustement de l’état de charge estimé.A BMS 3 (Battery Management System), or battery control system, is intended to control the battery 1 and monitor the state of different elements of the battery 1. The BMS 3 includes a particular battery SOC 1 estimating device 4, for estimating the state of charge of the battery, and a device 5 for readjusting the estimated state of charge.
Sur la figure 1, on a représenté l’évolution temporelle de la température T d’une batterie lithium lors d’un test consistant à appliquer plusieurs séquences successives comportant chacune une phase de pause, une phase de charge complète, une phase de pause et une phase de décharge complète. La température de la batterie est initialement égale à environ 25°C. Le courant de charge ou de décharge est représenté par la courbe I. La charge est réalisée en mode CC/CV (de l’anglais « Constant Current / Constant Voltage >> signifiant « Courant Constant / Tension Constante »), le courant lors de la phase CC étant constant. La décharge est réalisée à courant constant. On observe sur cette figure 1 que la température T évolue selon un même premier profil à chacune des charges complètes et selon un même second profil à chacune des décharges complètes. Ces premier et second profils constituent des signatures thermiques de la batterie, respectivement en charge et en décharge.FIG. 1 shows the time evolution of the temperature T of a lithium battery during a test consisting in applying several successive sequences each comprising a pause phase, a complete charging phase, a pause phase and a complete discharge phase. The temperature of the battery is initially equal to about 25 ° C. The charging or discharging current is represented by the curve I. The charging is carried out in CC / CV mode (Constant Current / Constant Voltage) meaning the constant current / constant voltage. the phase CC being constant. The discharge is carried out at constant current. It can be observed in this FIG. 1 that the temperature T varies according to the same first profile at each of the complete charges and according to the same second profile at each of the complete discharges. These first and second profiles are thermal signatures of the battery, respectively charge and discharge.
En référence à la figure 4, on va maintenant décrire le procédé de réajustement de l’état de charge ou SOC estimé de la batterie 1 selon un mode de réalisation particulier de l’invention. Le procédé est mis en œuvre par le BMS 3 de la batterie 1, et plus particulièrement par le dispositif 5 de réajustement de l’état de charge (SOC) estimé (c’est-à-dire d’un indicateur représentatif de l’état de charge de la batterie, représentant une estimation de cet état de charge).With reference to FIG. 4, the method of readjusting the state of charge or estimated SOC of the battery 1 according to a particular embodiment of the invention will now be described. The method is implemented by the BMS 3 of the battery 1, and more particularly by the estimated state of charge readjustment device (SOC) (that is to say, an indicator representative of the state of charge of the battery, representing an estimate of this state of charge).
Le procédé comprend une étape préalable de configuration EO lors de laquelle on enregistre dans une mémoire 50 du dispositif 5 de réajustement du SOC du BMS 3 : - des premières données représentatives d’un profil de température, ou signature thermique, de la batterie 1 lors d’une charge complète, noté SIGth_CHA, et - des deuxièmes données représentatives d’un profil de température, ou signature thermique, de la batterie 1 lors d’une décharge complète, noté SIGth_DCH, ici en fonction de son état de charge.The method comprises a preliminary EO configuration step in which a BMS 3 SOC readjustment device 5 is stored in a memory 50: - first data representative of a temperature profile, or thermal signature, of the battery 1 during a complete charge, denoted SIGth_CHA, and second data representative of a temperature profile, or thermal signature, of the battery 1 during a complete discharge, noted SIGth_DCH, here according to its state of charge.
Par les expressions « profil de température » ou « signature thermique », on entend désigner l’évolution de la température lors d’une charge complète, ou lors d’une décharge complète, de la batterie, ici en fonction de son état de charge. En variante, le profil de température pourrait être représenté en fonction du temps.The terms "temperature profile" or "thermal signature" mean the evolution of the temperature during a complete charge, or during a complete discharge, of the battery, here according to its state of charge . Alternatively, the temperature profile could be represented as a function of time.
Notons ici que le courant de « régime 1C », ou courant 1C, est le courant permettant de décharger la capacité nominale Q de la batterie en 1 heure. Le courant de « régime xC » est le courant que fournirait la batterie en un nombre 1/x d’heure(s). Il est égal au produit de x et de Q, soit x.Q et est exprimé en A (ampères).Let us note here that the current of "regime 1C", or current 1C, is the current making it possible to discharge the nominal capacity Q of the battery in 1 hour. The "xC regime" current is the current that the battery would provide in a 1 / x hour (s) number. It is equal to the product of x and Q, ie x.Q and is expressed in A (amperes).
Sur la figure 2, on a représenté le profil de température, ou signature thermique SIGth_CHA, de la batterie 1 lors d’une charge complète, la température initiale de la batterie étant égale à 25°C et la charge étant réalisée en mode CC/CV. La charge comprend donc, de façon connue, une phase de charge CC (de l’anglais « Constant Current ») à courant constant suivie, en fin de charge, d’une phase de charge CV (de l’anglais « Constant Voltage ») à tension constante. Le courant de charge Icc durant la phase CC est ici égal au courant de régime 1C de la batterie 1. En variante, le régime de charge pourrait être compris entre C/3 et 1C. Le courant de fin de charge Icv pendant la phase CV est beaucoup plus faible, par exemple égal au régime C/20.FIG. 2 shows the temperature profile, or thermal signature SIGth_CHA, of the battery 1 during a complete charge, the initial temperature of the battery being equal to 25 ° C. and the charging being carried out in DC mode. CV. The load therefore comprises, in a known manner, a DC constant current charging phase followed, at the end of charging, with a charging phase CV (Constant Voltage). ) at constant voltage. The charging current Icc during the DC phase is here equal to the speed of current 1C of the battery 1. Alternatively, the charging regime could be between C / 3 and 1C. The end of charging current Icv during the CV phase is much lower, for example equal to the C / 20 regime.
Sur la figure 3, on a représenté le profil de température, ou signature thermique SIGth_DCH, de la batterie 1 lors d’une décharge complète, la température initiale de la batterie étant égale à 25°C et la décharge étant réalisée à courant constant. Le courant de décharge est ici égal au courant de régime 1C de la batterie 1. En variante, le régime de décharge pourrait être compris entre C/3 et 1C.FIG. 3 shows the temperature profile, or thermal signature SIGth_DCH, of the battery 1 during a complete discharge, the initial temperature of the battery being equal to 25 ° C. and the discharge being carried out at constant current. The discharge current here is equal to the speed of current 1C of the battery 1. Alternatively, the discharge regime could be between C / 3 and 1C.
On notera que, sur les figures 2 et 3, on a représenté uniquement les variations de température de la batterie par rapport à sa température initiale lors d’une charge et lors d’une décharge, respectivement.It should be noted that in FIGS. 2 and 3, only the temperature variations of the battery with respect to its initial temperature are shown during a charge and during a discharge, respectively.
Chaque profil de température ou signature thermique, SIGth_CHA en charge et SIGth_DCH en décharge, contient plusieurs points caractéristiques. Ceux-ci correspondent à des caractéristiques thermiques particulières, reconnaissables, identifiables dans l’évolution de la température de la batterie 1, en cours de charge ou de décharge de la batterie. Ces caractéristiques thermiques particulières sont associées à des états de charge particuliers, connus.Each temperature profile or thermal signature, SIGth_CHA in charge and SIGth_DCH in discharge, contains several characteristic points. These correspond to particular thermal characteristics, recognizable, identifiable in the evolution of the temperature of the battery 1, during charging or discharge of the battery. These particular thermal characteristics are associated with particular, known charge states.
En référence à la figure 2, le profil de température en charge SIGth_CHA contient : - un point P1Cha représentant une fin de creux endothermique initial, - un point P3Cha représentant un pic exothermique maximal et - un point P2Cha représentant un creux endothermique intermédiaire de la température, postérieure à la fin du creux endothermique initial et antérieure au pic exothermique maximal.With reference to FIG. 2, the loaded temperature profile SIGth_CHA contains: a point P1Cha representing an initial endothermic trough end, a P3Cha point representing a maximum exothermic peak and a P2Cha point representing an intermediate endothermic trough of the temperature. , after the end of the initial endothermic cavity and prior to the peak exothermic peak.
Ces points P1Cha, P2Cha et P3Cha sont respectivement associés en mémoire à des états de charge connus égaux à 10%, 30% et 60%, avec une précision inférieure ou égale à 2%.These points P1Cha, P2Cha and P3Cha are respectively associated in memory with known charge states equal to 10%, 30% and 60%, with an accuracy of less than or equal to 2%.
En référence à la figure 3, le profil de température en décharge SIGth_DCH contient : - un point P4dch représentant un pic thermique initial, - un point P5dch représentant un creux endothermique intermédiaire et - un point P6dCh représentant un creux endothermique de fin de décharge.With reference to FIG. 3, the discharge temperature profile SIGth_DCH contains: a point P4dch representing an initial thermal peak, a point P5dch representing an intermediate endothermic hollow and a point P6dCh representing an endothermic end-of-discharge hollow.
Ces points P4dCh, P5dch et P6dCh sont respectivement associés en mémoire à des états de charge égaux à 75%, 50% et 15%, avec une précision inférieure ou égale à 2%.These points P4dCh, P5dch and P6dCh are respectively associated in memory with load states equal to 75%, 50% and 15%, with an accuracy of less than or equal to 2%.
Par les termes « creux » et « pic », on entend désigner une transition entre deux phases successives de variation thermique en sens opposés. Un « creux » correspond à une transition entre une phase de baisse de la température suivie d’une phase d’augmentation de la température. Un « pic » correspond à une transition entre une phase d’augmentation de la température suivie d’une phase de baisse de la température.By the terms "hollow" and "peak" is meant a transition between two successive phases of thermal variation in opposite directions. A "hollow" corresponds to a transition between a phase of lowering of the temperature followed by a phase of increase of the temperature. A "peak" corresponds to a transition between a temperature increase phase followed by a temperature decrease phase.
En variante, on pourrait enregistrer en mémoire seulement les caractéristiques thermiques respectives relatives aux points P1Cha, P2Cha et P3cha, pour la charge, et aux points P4dCh, P5dch et P6dCh, pour la décharge, et leurs états de charge correspondants connus. L’étape de configuration EO est avantageusement mise en œuvre avant la première utilisation de la batterie 1.As a variant, the respective thermal characteristics relating to the points P1Cha, P2Cha and P3cha, for the charge, and to the points P4dCh, P5dch and P6dCh, for the discharge, and their corresponding corresponding charge states could be stored in memory only. The configuration step EO is advantageously implemented before the first use of the battery 1.
Le procédé de réajustement du SOC comprend une étape initiale de test E1 afin de déterminer si la batterie est soit en phase de charge (test E10), soit en phase de décharge (test E11), ici comprise entre 22°C et 28°C. On pourrait toutefois envisager une température comprise entre 15°C et 50°C. Cette plage de températures (15-50°C) correspond à celle où la signature thermique est fiable. En dehors de cette plage, les caractéristiques thermiques particulières précédemment mentionnées deviennent difficilement détectables dans les profils de température en charge et en décharge.The method for readjusting the SOC comprises an initial test step E1 in order to determine whether the battery is either in the charging phase (test E10) or in the discharge phase (test E11), here between 22 ° C and 28 ° C . However, a temperature of between 15 ° C. and 50 ° C. could be envisaged. This temperature range (15-50 ° C) corresponds to that where the thermal signature is reliable. Outside this range, the particular thermal characteristics previously mentioned become difficult to detect in the temperature profiles in charge and in discharge.
Si l’un des deux tests E10, E11 est positif, autrement dit s’il a été détecté que la batterie 1 est soit en phase de charge, soit en phase de décharge, et à une température comprise entre 22°C et 28°C, le pr©édé passe ici à une étape E2 d’estimation de l’état de charge de la batterie 1, à un instant courant initial t0 avant réajustement. On note SOC(t0) cet état de charge courant à l’instant t0. Cette étape est mise en œuvre par le dispositif 4 d’estimation du SOC du BMS 3. Cela permet de positionner la valeur SOC(to) à l’instant initial to sur l’un des profils de température représentés sur les figures 2 et 3, selon que la batterie 1 est en phase de charge ou de décharge. A partir de la valeur courante SOC(to) estimée à l’étape E2 et selon que la batterie 1 est en phase de charge ou de décharge, le dispositif de réajustement 5 détermine, lors d’une étape E3, une ou plusieurs prochaines caractéristiques thermiques détectables, parmi les caractéristiques thermiques particulières mémorisées. Par exemple, s’il est détecté que la batterie 1 est en phase de charge et que son SOC courant est estimé à 40%, on identifie que le pic exothermique maximal correspondant à un SOC de 60% (point P3Cha) sur la figure 2 sera une prochaine caractéristique thermique mémorisée détectable dans l’évolution de la température.If one of the two tests E10, E11 is positive, in other words if it has been detected that the battery 1 is either in charge phase, or in discharge phase, and at a temperature between 22 ° C and 28 ° C, the predecessor passes here to a step E2 for estimating the state of charge of the battery 1, at an initial current time t0 before readjustment. SOC (t0) is the current state of charge at time t0. This step is implemented by the SOC estimation device 4 of the BMS 3. This makes it possible to position the SOC (to) value at the initial time to on one of the temperature profiles represented in FIGS. , depending on whether the battery 1 is in charging or discharging phase. From the current value SOC (to) estimated in step E2 and according to whether the battery 1 is in the charging or discharging phase, the readjustment device 5 determines, during a step E3, one or more future characteristics detectable thermal values, among the particular thermal characteristics stored. For example, if it is detected that the battery 1 is charging and its current SOC is estimated at 40%, it is recognized that the maximum exothermic peak corresponding to a SOC of 60% (point P3Cha) in Figure 2 will be a next memorized thermal characteristic detectable in the evolution of the temperature.
Par ailleurs, s’il a été détecté que la batterie 1 est en phase de charge ou de décharge (test E10 ou E11 positif), le dispositif de réajustement 5 déclenche une étape E4 de mesure de l’évolution de la température de la batterie 1 au cours de la phase de charge, ou de décharge, détectée. Lors de l’étape E4, un capteur de température 56 mesure la température de la batterie 1, par exemple à la surface de celle-ci, avec une fréquence d’échantillonnage FeCh par exemple comprise entre 1 et 10 Hz (ce qui correspond à une mesure toutes les x secondes, x étant compris entre 0,1 et 1 seconde).Furthermore, if it has been detected that the battery 1 is in charging or discharging phase (test E10 or E11 positive), the readjustment device 5 triggers a step E4 for measuring the evolution of the temperature of the battery 1 during the charging phase, or discharging, detected. During step E4, a temperature sensor 56 measures the temperature of the battery 1, for example at the surface thereof, with a sampling frequency FeCh for example between 1 and 10 Hz (which corresponds to one measurement every x seconds, x being between 0.1 and 1 second).
Parallèlement à l’étape E4, en temps réel, le dispositif de réajustement 5 met en oeuvre une étape E5 de détection dans l’évolution de la température mesurée d’une caractéristique thermique associée en mémoire à un état de charge connu. Lors de cette étape E5, le dispositif de réajustement 5 cherche en temps réel à identifier dans l’évolution de la température mesurée l’une des caractéristiques thermiques précédemment mentionnées relatives à la charge (correspondant aux points P1Cha, P2Cha et P3Cha) ou à la décharge (correspondant aux points P4dch, P5dCh et P6dCh), selon que la batterie 1 est en phase de charge ou de décharge. Selon le mode de réalisation décrit ici, le dispositif de réajustement 5 cherche à détecter la ou l’une des prochaines caractéristiques thermiques détectables, telles qu’identifiées lors de l’étape E3, dans l’évolution de la température.In parallel with step E4, in real time, the readjustment device 5 implements a detection step E5 in the evolution of the measured temperature of a thermal characteristic associated in memory with a known state of charge. During this step E5, the readjustment device 5 seeks in real time to identify in the evolution of the measured temperature one of the aforementioned thermal characteristics relating to the charge (corresponding to the points P1Cha, P2Cha and P3Cha) or to the discharge (corresponding to the points P4dch, P5dCh and P6dCh), depending on whether the battery 1 is charging or discharging phase. According to the embodiment described here, the readjustment device 5 seeks to detect one or one of the next detectable thermal characteristics, as identified in step E3, in the evolution of the temperature.
Supposons que la batterie 1 est en phase de charge.Suppose that battery 1 is charging.
Lorsque l’état de charge courant SOC(t0) détecté lors de l’étape E2 est égal à 0%, le début de la charge s’accompagne d’une baisse initiale de la température de la batterie 1 avant une augmentation de celle-ci. Sur la figure 2, ce phénomène est illustré par un creux endothermique initial. La fin du creux endothermique (point P1 Cha) correspond à un retour à la température initiale de la batterie 1. Dans ce cas, le dispositif de réajustement 5 cherche à détecter un retour à la température de départ de la batterie 1. Cette caractéristique thermique correspond en mémoire à un SOC de 10%.When the current state of charge SOC (t0) detected during the step E2 is equal to 0%, the start of the charge is accompanied by an initial drop in the temperature of the battery 1 before an increase in temperature. this. In FIG. 2, this phenomenon is illustrated by an initial endothermic hollow. The end of the endothermic hollow (point P1 Cha) corresponds to a return to the initial temperature of the battery 1. In this case, the readjustment device 5 seeks to detect a return to the starting temperature of the battery 1. This thermal characteristic matches a 10% SOC.
Dans les autres cas, c’est-à-dire lorsque l’état de charge ou SOC courant détecté lors de l’étape E2 est supérieur à 0%, le dispositif de réajustement 5 chercher à détecter soit un creux, soit un pic dans l’évolution de la température.In the other cases, that is to say when the state of charge or SOC current detected in step E2 is greater than 0%, the readjustment device 5 seek to detect either a hollow or a peak in the evolution of the temperature.
Une méthode pour détecter un pic thermique ou un creux thermique consiste à calculer la dérivée de la température, à en déterminer le signe et à détecter un changement de signe de cette dérivée. Lorsque le signe de la dérivée passe du négatif au positif, on détecte un creux de température. Lorsque le signe de la dérivée passe du positif au négatif, on détecte un pic de température. On pourrait toutefois envisager toute autre méthode de détection adéquate pour détecter un pic ou un creux thermique dans l’évolution de la température mesurée.One method for detecting a thermal peak or a thermal trough is to calculate the derivative of the temperature, to determine the sign and to detect a change of sign of this derivative. When the sign of the derivative passes from negative to positive, a temperature dip is detected. When the sign of the derivative changes from positive to negative, a peak of temperature is detected. However, any other suitable detection method could be envisaged for detecting a thermal peak or dip in the evolution of the measured temperature.
Lorsque l’état de charge courant SOC(to) détecté lors de l’étape E2 est inférieur à 30%, le dispositif de réajustement 5 cherche à détecter le creux endothermique intermédiaire correspondant au point P2Cha et/ou le pic exothermique maximal correspondant au point P3Cha-When the current state of charge SOC (to) detected during the step E2 is less than 30%, the readjustment device 5 seeks to detect the intermediate endothermic hollow corresponding to the point P2Cha and / or the maximum exothermic peak corresponding to the point P3Cha-
Lorsque l’état de charge courant SOC(to) détecté lors de l’étape E2 est supérieur à 30% et inférieur à 60%, le dispositif de réajustement 5 cherche à détecter le pic exothermique maximal correspondant au point P3Cha sur la figure 2.When the current state of charge SOC (to) detected during the step E2 is greater than 30% and less than 60%, the readjustment device 5 seeks to detect the maximum exothermic peak corresponding to the point P3Cha in FIG.
En cas de détection de l’une des caractéristiques thermiques particulières correspondant aux points P1Cha, P2Cha et P3Cha à un instant t, l’état de charge courant estimé par le BMS 3 à cet instant t est réajusté ou recalé en fonction de l’état de charge connu associé à la caractéristique thermique détectée, lors d’une étape E6. Ainsi, l’état de charge SOC(t) est réajusté à : - 10% en cas de détection de la fin du pic endothermique initial (correspondant au point P1Cha) ; - 30% en cas de détection du creux endothermique intermédiaire (correspondant au point P2cha) ; - 60% en cas de détection du pic exothermique maximal (correspondant au point P3Cha)-In case of detection of one of the particular thermal characteristics corresponding to the points P1Cha, P2Cha and P3Cha at a time t, the current state of charge estimated by the BMS 3 at this instant t is readjusted or recalibrated according to the state known charge associated with the detected thermal characteristic, during a step E6. Thus, the state of charge SOC (t) is readjusted to: - 10% in case of detection of the end of the initial endothermic peak (corresponding to the point P1Cha); - 30% in case of detection of the intermediate endothermic hollow (corresponding to the P2cha point); - 60% in case of detection of the maximum exothermic peak (corresponding to point P3Cha) -
Supposons maintenant que la batterie 1 est en phase de décharge.Suppose now that the battery 1 is in the discharge phase.
Dans ce cas, le dispositif de réajustement 5 chercher à détecter soit un creux, soit un pic dans l’évolution de la température.In this case, the readjustment device 5 seek to detect either a hollow or a peak in the evolution of the temperature.
Lorsque l’état de charge courant SOC(to) détecté lors de l’étape E2 est supérieur à 75%, le dispositif de réajustement 5 cherche à détecter le pic thermique initial correspondant au point P4dCh et/ou le creux endothermique intermédiaire correspondant au point P5dCh et/ou le creux endothermique de fin de charge correspondant au point P6dCh-When the current state of charge SOC (to) detected during the step E2 is greater than 75%, the readjustment device 5 seeks to detect the initial thermal peak corresponding to the point P4dCh and / or the intermediate endothermic hollow corresponding to the point P5dCh and / or the endothermic end-of-charge trough corresponding to the point P6dCh-
Lorsque l’état de charge courant SOC(to) détecté lors de l’étape E2 est compris entre 50% et 75%, le dispositif de réajustement 5 cherche à détecter le creux endothermique intermédiaire correspondant au point P5dch et/ou le creux endothermique de fin de charge correspondant au point P6dch·When the current state of charge SOC (to) detected during the step E2 is between 50% and 75%, the readjustment device 5 seeks to detect the intermediate endothermic hollow corresponding to the point P5dch and / or the endothermic hollow of end of charge corresponding to point P6dch ·
Lorsque l’état de charge courant SOC(to) détecté lors de l’étape E2 est compris entre 50% et 15%, le dispositif de réajustement 5 cherche à détecter le creux endothermique de fin de charge correspondant au point P6dch sur la figure 3.When the current state of charge SOC (to) detected during the step E2 is between 50% and 15%, the readjustment device 5 seeks to detect the endothermic end-of-charge pit corresponding to the point P6dch in FIG. .
En cas de détection de l’une des caractéristiques thermiques particulières correspondant aux points P4dch, P5dCh et P6dCh à un instant t, l’état de charge courant estimé par le BMS à cet instant t est réajusté en fonction de l’état de charge connu associé à la caractéristique thermique détectée. Ainsi, l’état de charge SOC(t) est réajusté à : - 75% en cas de détection du pic thermique initial (correspondant au point P4dCh) ; - 50% en cas de détection du creux endothermique intermédiaire (correspondant au point P5dCh) ; - 15% en cas de détection du creux endothermique de fin de charge (correspondant au point P6dCh)·In case of detection of one of the particular thermal characteristics corresponding to the points P4dch, P5dCh and P6dCh at a time t, the current state of charge estimated by the BMS at this instant t is readjusted according to the state of charge known associated with the detected thermal characteristic. Thus, the state of charge SOC (t) is readjusted to: - 75% in case of detection of the initial thermal peak (corresponding to the point P4dCh); - 50% in case of detection of the intermediate endothermic hollow (corresponding to point P5dCh); - 15% in case of detection of the endothermic end of charge (corresponding to point P6dCh) ·
Lors de l’étape E6, le dispositif de réajustement 5 transmet en temps réel une commande de réajustement du dispositif 4 d’estimation de l’état de charge, contenant l’état de charge courant SOC(t) réajusté.In step E6, the readjustment device 5 transmits in real time a readjustment command of the state of charge estimation device 4, containing the readiness state SOC (t) readjusted.
Les étapes E2 et suivantes peuvent être mises en oeuvre à tout instant pendant une phase de charge ou de décharge de la batterie 1, sur commande du dispositif de réajustement 5.The steps E2 and following can be implemented at any time during a charge or discharge phase of the battery 1, on command of the readjustment device 5.
En référence à la figure 5, le dispositif 5 de réajustement de l’état de charge de la batterie comprend les éléments suivants : - une mémoire 50 de stockage des signatures thermiques, de la batterie 1 en charge (SIGth_CHA) et en décharge (SIGth_DCH) ; - un module de configuration 51, destiné à mettre en œuvre l’étape de configuration E0 ; - un module de test 52, destiné à détecter si la batterie 1 est en phase de charge ou de décharge, et apte à mettre en œuvre l’étape E1 ; - un module 53 d’obtention de l’état de charge courant de la batterie 1 estimé par le dispositif d’estimation 4 ; - un module 54 de détermination d’une ou plusieurs caractéristiques thermiques détectables à partir de l’état de charge courant estimé, apte à mettre en œuvre l’étape E3 ; - un driver (ou pilote) 55 d’un capteur 56 de température de la batterie 1, destiné à commander le fonctionnement du capteur 56, et une mémoire 57 d’enregistrement des données de température mesurées ; - un module de détection 58 destiné à détecter une caractéristique thermique particulière associée en mémoire 50 à un état de charge connu dans l’évolution de la température mesurée de la batterie 1, apte à mettre en œuvre l’étape E5 ; - un module 59 de réajustement de l’état de charge de la batterie 1 estimé par le dispositif d’estimation 4, apte à mettre en œuvre l’étape E6.With reference to FIG. 5, the device 5 for readjusting the state of charge of the battery comprises the following elements: a memory 50 for storing the thermal signatures, the battery 1 in charge (SIGth_CHA) and in discharge (SIGth_DCH ); a configuration module 51, intended to implement the configuration step E0; a test module 52, intended to detect whether the battery 1 is in the charging or discharging phase, and able to implement the step E1; a module 53 for obtaining the current state of charge of the battery 1 estimated by the estimation device 4; a module 54 for determining one or more detectable thermal characteristics from the estimated current state of charge, able to implement step E3; a driver (or driver) 55 for a battery temperature sensor 56, intended to control the operation of the sensor 56, and a memory 57 for recording the measured temperature data; a detection module 58 intended to detect a particular thermal characteristic associated in memory 50 with a state of charge known in the evolution of the measured temperature of the battery 1, able to implement step E5; a module 59 for readjusting the state of charge of the battery 1 estimated by the estimation device 4, able to implement step E6.
La mémoire 50 contient : - les données de signature thermique de la batterie 1 lors d’une charge complète (SIGth_CHA) ; - les données de signature thermique de la batterie 1 lors d’une décharge complète (SIGth_DCH), - des caractéristiques thermiques particulières identifiables dans les signatures thermiques SIGth_CHA et SIGth_DCH et des états de charge associés connus, correspondant ici aux points P1Cha, P2Cha, P3cha> P4dch> P5dch et P6dch. L’invention concerne aussi un système de contrôle d’une batterie lithium, ou BMS 3, intégrant le dispositif de réajustement tel qu’il vient d’être décrit. L’invention concerne encore : - un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant une batterie lithium et un tel système de contrôle de la batterie ; - un dispositif nomade, comprenant une batterie lithium et un tel système de contrôle de la batterie.The memory 50 contains: the thermal signature data of the battery 1 during a complete charge (SIGth_CHA); the thermal signature data of the battery 1 during a complete discharge (SIGth_DCH), the particular thermal characteristics identifiable in the thermal signatures SIGth_CHA and SIGth_DCH and known associated load states, corresponding here to the points P1Cha, P2Cha, P3cha; > P4dch> P5dch and P6dch. The invention also relates to a control system of a lithium battery, or BMS 3, incorporating the readjustment device as just described. The invention also relates to: an electric or hybrid motor vehicle comprising a lithium battery and such a battery control system; a nomadic device, comprising a lithium battery and such a system for controlling the battery.
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