FR3044773A1 - METHOD FOR EVALUATING THE HEALTH CONDITION OF AN ELECTROCHEMICAL BATTERY - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé d'évaluation de l'état de santé d'une batterie électrochimique comprenant les étapes suivantes : a) une étape de charge de la batterie, à un premier état de vieillissement (EV1), jusqu'à un premier état de charge, suivie d'un temps de relaxation T1 ; b) une étape de mesure d'une première tension aux bornes de la batterie (UEV1) ; c) une étape de charge de la batterie, à un deuxième état de vieillissement (EV2), jusqu'à un deuxième état de charge, suivie d'un temps de relaxation T2 ; d) une étape de mesure d'une deuxième tension aux bornes de la batterie (UEV2) ; e) une étape d'estimation de l'état de santé de la batterie (SOHE), l'état de santé de la batterie étant estimé à partir de la différence entre les première et deuxième tensions (UEV1, UEV2).The present invention relates to a method for evaluating the state of health of an electrochemical battery comprising the following steps: a) a step of charging the battery, in a first state of aging (EV1), to a first state of charge, followed by a relaxation time T1; b) a step of measuring a first voltage across the battery (UEV1); c) a step of charging the battery, at a second state of aging (EV2), to a second state of charge, followed by a relaxation time T2; d) a step of measuring a second voltage across the battery (UEV2); e) a step of estimation of the state of health of the battery (SOHE), the state of health of the battery being estimated from the difference between the first and second voltages (UEV1, UEV2).
Description
Procédé d'évaluation de l'état de santé d’une batterie électrochimique L’invention concerne le domaine général des batteries électrochimiques, et plus particulièrement des batteries rechargeables lithium, et tout particulièrement des batteries lithium-ion (Li-ion).The invention relates to the general field of electrochemical batteries, and more particularly rechargeable lithium batteries, and especially lithium-ion (Li-ion) batteries.
Plus précisément, l’invention concerne un procédé d’évaluation de l’état de santé d’une batterie électrochimique.More specifically, the invention relates to a method for evaluating the state of health of an electrochemical battery.
Aujourd’hui, des efforts importants sont réalisés pour développer des batteries de plus en plus sécurisées et présentant une durée de vie de plus en plus élevée. En effet, la technologie des batteries représente la meilleure solution actuelle pour répondre aux besoins des véhicules électrifiés.Today, major efforts are being made to develop batteries that are increasingly secure and have a longer life span. Indeed, battery technology is the best current solution to meet the needs of electrified vehicles.
Malheureusement, les performances des batteries se dégradent avec le temps et cette dégradation est fortement dépendante des conditions d’utilisation mais aussi des conditions lors des périodes de stockage ou de non-utilisation. Ainsi, la capacité des batteries finit toujours par diminuer au cours du temps jusqu’à ce que l’état de santé de ladite batterie soit critique. Généralement, pour les constructeurs automobiles, lorsqu’une batterie Li-ion présente un état de santé inférieur à 80%, elle est remplacée par une nouvelle batterie.Unfortunately, the performance of the batteries deteriorate over time and this degradation is highly dependent on the conditions of use but also on the conditions during periods of storage or non-use. Thus, the capacity of the batteries always ends up decreasing over time until the state of health of said battery is critical. Generally, for car manufacturers, when a Li-ion battery has a state of health of less than 80%, it is replaced by a new battery.
Le coût d’une batterie étant élevé, l’évaluation précise de l’état de santé d’une batterie électrochimique est essentielle pour les industriels développant des activités en lien avec les voitures électrifiées pour assurer une gestion optimisée de leur parc, particulièrement au niveau de la gestion du remplacement des batteries.The cost of a battery being high, the precise assessment of the state of health of an electrochemical battery is essential for manufacturers developing activities related to electrified cars to ensure optimized management of their fleet, particularly at the management of battery replacement.
Différentes approches liées à l’évaluation de l’état de santé d’une batterie électrochimique ont été développées.Different approaches related to the assessment of the state of health of an electrochemical battery have been developed.
La spectroscopie d’impédance électrochimique est notamment utilisée pour étudier le vieillissement des batteries au travers du suivi des paramètres d’un modèle d'impédance, comme l’indique par exemple Hang et al dans « Electrochemical impédance spectroscopy analysis for lithium-ion battery using Li4TÎ50i2 anode », Journal ofElectrochemical impedance spectroscopy is used in particular to study the aging of batteries through the monitoring of the parameters of an impedance model, as indicated for example by Hang et al in "Electrochemical impedance spectroscopy analysis for lithium-ion battery using Li4Ti50i2 anode ", Journal of
Power Sources, vol.22, pp. 442-447, 2013. Seulement, le procédé développé est coûteux et complexe à mettre en œuvre. D’autres techniques sont basées sur l’identification des paramètres d’un modèle, par exemple par filtrage de Kalman, comme l’indique Wang et al dans « Multi-parameter battery State estimator based on the adaptive and direct solution of the governing differential équations », Journal of Power Sources, vol. 196, pp. 8735-8741, 201 1. Ces techniques utilisent des algorithmes d'identification complexes, nécessitant un traitement numérique lourd. En outre, leur mise en œuvre présuppose qu'un modèle fin et précis de la batterie soit disponible.Power Sources, vol.22, pp. 442-447, 2013. Only the process developed is expensive and complex to implement. Other techniques are based on the identification of parameters of a model, for example by Kalman filtering, as indicated by Wang et al in "Multi-parameter battery state estimator based on the adaptive and direct solution of the differential equations ", Journal of Power Sources, vol. 196, pp. 8735-8741, 201 1. These techniques use complex identification algorithms, requiring heavy digital processing. In addition, their implementation presupposes that a fine and precise model of the battery is available.
Par ailleurs, le document US 2001/0022518 enseigne un procédé d'estimation de l'état de santé d'une batterie à partir du temps nécessaire pour que le courant de charge de ladite batterie soit divisé par deux au cours de la phase à tension constante d'une recharge du type « courant constant - tension constante ». D’après le document FR 2 977 678, un procédé similaire est divulgué, dans lequel l'état de santé est estimé à partir du temps nécessaire pour que le courant franchisse deux seuils, définis de manière arbitraire, au cours de ladite phase de charge à tension constante.Furthermore, the document US 2001/0022518 teaches a method for estimating the state of health of a battery from the time required for the charge current of said battery to be divided by two during the voltage phase. constant of a recharge of the type "constant current - constant voltage". According to the document FR 2 977 678, a similar method is disclosed, wherein the state of health is estimated from the time required for the current to cross two thresholds, defined arbitrarily, during said charging phase. at constant voltage.
Une autre technique consiste en un procédé comprenant une première étape de recharge d’une batterie à courant constant jusqu’à ce que la tension à ses bornes atteigne une valeur limite, une deuxième étape de recharge de ladite batterie à tension constante et égale à ladite valeur limite, jusqu'à ce que le courant de charge devienne inférieur à une valeur de seuil, et une troisième étape d’estimation de l'état de santé de ladite batterie à partir desdites mesures du courant de charge acquises au cours de ladite deuxième étape de recharge à tension constante. Ce procédé est décrit dans le document WO 2015/049300 et dans « Détermination of lithium-ion battery state-of-health based on constant-voltage charge phase », Journal of Power Sources, 258 (2014), 218-227, par Eddahech et al. L’inconvénient de cette méthode est lié à la nécessité d’une mesure de courant relativement précise. L’invention vise à surmonter les inconvénients précités et à fournir un procédé d’évaluation de l’état de santé d’une batterie électrochimique qui soit à la fois simple à mettre en oeuvre, fiable et précis. L’invention a donc pour objet un procédé d’évaluation de l’état de santé d’une batterie électrochimique comprenant les étapes suivantes : a) une étape de charge de la batterie, à un premier état de vieillissement (EV1), jusqu’à un premier état de charge, suivie d’un temps de relaxation Ti; b) une étape de mesure d’une première tension aux bornes de la batterie (Uevi) ; c) une étape de charge de la batterie, à un deuxième état de vieillissement (EV2), jusqu’à un deuxième état de charge, suivie d’un temps de relaxation T2 ; d) une étape de mesure d’une deuxième tension aux bornes de la batterie (Uev2) ; e) une étape d’estimation de l’état de santé de la batterie (SOHe), caractérisée en ce que l’état de santé de la batterie est estimé à partir de la différence entre les première et deuxième tensions (Uevi,Another technique consists of a method comprising a first step of recharging a constant current battery until the voltage at its terminals reaches a limit value, a second step of recharging said constant voltage battery and equal to said limiting value, until the charging current falls below a threshold value, and a third step of estimating the state of health of said battery from said charging current measurements acquired during said second charging step at constant voltage. This process is described in WO 2015/049300 and in "Determination of lithium-ion battery state-of-health based on constant-voltage charge phase", Journal of Power Sources, 258 (2014), 218-227, by Eddahech et al. The disadvantage of this method is related to the need for a relatively accurate current measurement. The invention aims to overcome the aforementioned drawbacks and to provide a method for evaluating the state of health of an electrochemical battery that is both simple to implement, reliable and accurate. The subject of the invention is therefore a method for evaluating the state of health of an electrochemical battery comprising the following steps: a) a step of charging the battery, to a first state of aging (EV1), up to at a first state of charge, followed by a relaxation time Ti; b) a step of measuring a first voltage across the battery (Uevi); c) a step of charging the battery, at a second state of aging (EV2), to a second state of charge, followed by a relaxation time T2; d) a step of measuring a second voltage across the battery (Uev2); e) a step of estimating the state of health of the battery (SOHe), characterized in that the state of health of the battery is estimated from the difference between the first and second voltages (Uevi,
UeV2)·UeV2) ·
Ce procédé permet de s’affranchir de l’utilisation d’algorithme complexe et est simple à mettre en œuvre puisque l’estimation de l’état de la santé de la batterie électrochimique repose sur la mesure de deux tensions à ses bornes, respectivement à deux états de vieillissement distincts. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront plus clairement à l’examen de la description détaillée et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente un graphe montrant l’évolution de l’état de santé d’une première technologie de batterie lithium en fonction du temps, des batteries de ladite technologie ayant été soumises à différentes conditions d’utilisation ; - la figure 2 représente un graphe montrant l’évolution de l’état de santé d’une deuxième technologie de batterie lithium en fonction du temps, des batteries de ladite technologie ayant été soumises à d’autres conditions d’utilisation ; - la figure 3 représente un graphe montrant l’évolution de l’état de santé d’une troisième technologie de batterie lithium en fonction du temps, des batteries de ladite technologie ayant été soumises à différentes conditions d’utilisation ; - la figure 4 représente un graphe montrant l’évolution de l’état de santé de ladite première technologie de batterie lithium en fonction du temps, des batteries de ladite technologie ayant été soumises à différentes conditions d’utilisation.This method makes it possible to dispense with the use of a complex algorithm and is simple to implement since the estimation of the state of health of the electrochemical battery is based on the measurement of two voltages at its terminals, respectively at two distinct aging states. Other advantages and features of the invention will appear more clearly on examining the detailed description and the accompanying drawings in which: FIG. 1 represents a graph showing the evolution of the state of health of a first technology lithium battery as a function of time, batteries of said technology having been subjected to different conditions of use; FIG. 2 represents a graph showing the evolution of the state of health of a second lithium battery technology as a function of time, batteries of said technology having been subjected to other conditions of use; FIG. 3 represents a graph showing the evolution of the state of health of a third lithium battery technology as a function of time, batteries of said technology having been subjected to different conditions of use; FIG. 4 represents a graph showing the evolution of the state of health of said first lithium battery technology as a function of time, batteries of said technology having been subjected to different conditions of use.
Il est précisé que les expressions « de... à... » utilisées dans la présente description doivent s’entendre comme incluant chacune des bornes mentionnées.It is specified that the expressions "from ... to ..." used in the present description must be understood as including each of the mentioned terminals.
Dans la description de l’invention, le terme « à base de » est synonyme de « comprenant majoritairement ».In the description of the invention, the term "based on" is synonymous with "comprising predominantly".
Dans la description qui va suivre, on va décrire un exemple de mise en œuvre d’un procédé d’évaluation de l’état de santé d’une batterie électrochimique.In the following description, we will describe an example of implementation of a method for evaluating the state of health of an electrochemical battery.
Un tel procédé peut avantageusement être mis en œuvre pour contrôler l’état de santé d’une batterie d’un véhicule automobile.Such a method can advantageously be implemented to control the state of health of a battery of a motor vehicle.
Avantageusement, l’état de santé de la batterie est estimé à partir d’une relation de formule (I) suivante : SOHe = a*(UEvi-UEV2) + b (I) dans laquelle : - SOHe désigne l’état de santé de la batterie (%) ; - Uevi désigne la première tension aux bornes de la batterie au premier état de vieillissement EV1 (V) ; - Uev2 désigne la deuxième tension aux bornes de la batterie au deuxième état de vieillissement EV2 (Y) ; - a est un paramètre constant allant de -10000 à 10000 (%-V-1) ; - b est un paramètre constant allant de 0 à 100 (%).Advantageously, the state of health of the battery is estimated from a relation of formula (I): SOHe = a * (UEvi-UEV2) + b (I) in which: - SOHe designates the state of health drums (%) ; - Uevi denotes the first voltage across the battery at the first aging state EV1 (V); Uev2 denotes the second voltage across the battery at the second aging state EV2 (Y); a is a constant parameter ranging from -10000 to 10000 (% -V-1); b is a constant parameter ranging from 0 to 100 (%).
Ainsi, au cours du vieillissement d’une batterie, l’état de santé de ladite batterie peut être évalué à l’aide d’un modèle linéaire simple, efficace et précis.Thus, during the aging of a battery, the state of health of said battery can be evaluated using a simple linear model, efficient and accurate.
Le premier état de vieillissement EV1 peut désigner le début de la vie d’une batterie ou un état de vieillissement référencé, connu.The first state of aging EV1 may refer to the beginning of the life of a battery or a state of referenced aging, known.
Le deuxième état de vieillissement EV2 peut désigner un état de vieillissement inconnu.The second state of aging EV2 may designate an unknown state of aging.
Ainsi, de manière préférée, l’état de santé de ladite batterie est évalué lorsque la batterie est au deuxième état de vieillissement EV2.Thus, preferably, the state of health of said battery is evaluated when the battery is in the second state of aging EV2.
Les paramètres a et b sont des paramètres constants qui dépendent de la batterie dont on souhaite connaître l’état de santé et des conditions de température lors de l’utilisation de ladite batterie ou lors des périodes de stockage ou de non-utilisation. Ainsi, a et b peuvent être déterminés pour chaque batterie en mesurant les tensions à deux états de vieillissement connus.The parameters a and b are constant parameters that depend on the battery whose health status and temperature conditions are to be known when using said battery or during periods of storage or non-use. Thus, a and b can be determined for each battery by measuring the voltages at two known aging states.
De préférence, a est un paramètre constant allant de -5000 à 3000, de préférence de -3500 à 1500, de préférence encore de -2500 à 1200.Preferably, a is a constant parameter ranging from -5000 to 3000, preferably from -3500 to 1500, more preferably from -2500 to 1200.
De manière préférée, b est un paramètre constant allant de 50 à 100, de préférence de 80 à 100, de préférence encore de 95 à 100.Preferably, b is a constant parameter ranging from 50 to 100, preferably from 80 to 100, more preferably from 95 to 100.
Selon un exemple de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention, on procède tout d’abord à une étape a) de charge de la batterie, à un premier état de vieillissement EV1, jusqu’à un état de charge d’au moins 95%, de préférence de 98%, de préférence encore de 100%, suivie d’un temps de relaxation Ti inférieur ou égal à 2 heures, de préférence inférieur ou égal à 30 minutes.According to an example of implementation of a method according to the invention, a step a) of charging the battery, at a first aging state EV1, to a charging state of at least 95%, preferably 98%, more preferably 100%, followed by a relaxation time Ti less than or equal to 2 hours, preferably less than or equal to 30 minutes.
Selon un mode de réalisation particulier, l’état de charge est de 100% et le temps de relaxation Ti est inférieur ou égal à 30 minutes.According to a particular embodiment, the state of charge is 100% and the relaxation time Ti is less than or equal to 30 minutes.
On procède ensuite à une étape b) de mesure de la première tension Uevi aux bornes de la batterie, au premier état de vieillissement EV1.We then proceed to a step b) of measuring the first voltage Uevi across the battery, the first aging state EV1.
De manière particulièrement préférée, l’étape a) et l’étape b) sont deux étapes successives.In a particularly preferred manner, step a) and step b) are two successive steps.
Avantageusement, l’étape a) et l’étape b) se déroulent à une température Tpi supérieure ou égale à -30°C et inférieure ou égale à 70°C.Advantageously, step a) and step b) take place at a temperature Tpi greater than or equal to -30 ° C and less than or equal to 70 ° C.
Puis, on procède à une étape c) de charge de la batterie, à un deuxième état de vieillissement EV2, jusqu’à un état de charge d’au moins 95%, de préférence de 98%, de préférence encore de 100%, suivie d’un temps de relaxation T2 inférieur ou égal à 2 heures, de préférence inférieur ou égal à 30 minutes.Then, a step c) of charging the battery is carried out, in a second state of aging EV2, to a state of charge of at least 95%, preferably 98%, more preferably 100%, followed by a relaxation time T2 less than or equal to 2 hours, preferably less than or equal to 30 minutes.
Selon un mode de réalisation particulier, l’état de charge est de 100% et le temps de relaxation T2 est inférieur ou égal à 30 minutes.According to a particular embodiment, the state of charge is 100% and the relaxation time T2 is less than or equal to 30 minutes.
Avantageusement, le temps de relaxation Ti est égal au temps de relaxation T2.Advantageously, the relaxation time Ti is equal to the relaxation time T2.
Puis, on procède à une étape d) de mesure de la deuxième tension Uev2 aux bornes de la batterie, à un deuxième état de vieillissement EV2.Then, we proceed to a step d) of measuring the second voltage Uev2 across the battery, to a second aging state EV2.
De manière particulièrement préférée, l’étape c) et l’étape d) sont deux étapes successives.In a particularly preferred manner, step c) and step d) are two successive steps.
Avantageusement, l’étape c) et l’étape d) se déroulent à une température Tp2 supérieure ou égale à -30°C et inférieure ou égale à 70°C.Advantageously, step c) and step d) proceed at a temperature Tp2 greater than or equal to -30 ° C and less than or equal to 70 ° C.
De manière préférée, la température Tpi est égale à la température Tp2Preferably, the temperature Tpi is equal to the temperature Tp2
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, la batterie électrochimique est une batterie lithium, de préférence une batterie lithium-ion.According to a particular embodiment of the invention, the electrochemical battery is a lithium battery, preferably a lithium-ion battery.
La présente invention est illustrée de manière non-limitative par les exemples suivants.The present invention is illustrated in a nonlimiting manner by the following examples.
ExemplesExamples
Dans les exemples qui suivent, des batteries issues de trois technologies de batteries Li-ion différentes ont subi plusieurs tests de vieillissement dans différentes conditions. Les trois technologies de batteries Li-ion testées sont respectivement dites « de technologie Nickel Manganèse Cobalt » (NMC), « de technologie Oxyde de Manganèse » (LMO) et « de technologie Fer Phosphate » (LFP).In the following examples, batteries from three different Li-ion battery technologies have undergone several aging tests under different conditions. The three tested Li-ion battery technologies are respectively "Nickel Manganese Cobalt Technology" (NMC), "Manganese Oxide Technology" (LMO) and "Iron Phosphate Technology" (LFP).
La batterie dite « de technologie Nickel Manganèse Cobalt » est une batterie comprenant une électrode négative à base de graphite et une électrode positive à base d’oxyde de nickel-manganèse-cobalt. Un exemple d’un tel oxyde est un matériau de formule LiNio,3 3 Coo,3 3Mno,3 3 02.The "Nickel Manganese Cobalt Technology" battery is a battery comprising a graphite-based negative electrode and a nickel-manganese-cobalt oxide-based positive electrode. An example of such an oxide is a material of the formula LiNi 3, Coo, Mn 3, O 3.
La batterie dite « de technologie Oxyde de Manganèse » est une batterie comprenant une électrode négative à base de graphite et une électrode positive à base d’oxyde de manganèse. Un matériau de formule LiMn204 ou un matériau de formule LiNio,4Mni;604 sont des exemples d’un tel oxyde.The so-called "manganese oxide technology" battery is a battery comprising a negative electrode based on graphite and a positive electrode based on manganese oxide. A material of formula LiMn 2 O 4 or a material of formula LiNiO 4 Mni; 604 are examples of such an oxide.
La batterie dite « de technologie Fer Phosphate » est une batterie comprenant une électrode négative à base de graphite et une électrode positive à base de phosphate de fer. Un matériau de formule LiFeP04 est un exemple d’un tel oxyde.The so-called "Iron Phosphate" battery is a battery comprising a graphite negative electrode and a positive iron phosphate electrode. A material of formula LiFePO4 is an example of such an oxide.
Avant de réaliser les tests de vieillissement, les batteries issues des trois technologies ont été caractérisées exactement de la même façon et un protocole de pré-cyclage identique a été appliqué six fois à chacune d’entre elles. Un des objectifs de ce test de pré-cyclage est de s’assurer que les batteries ne sont pas défectueuses.Before carrying out the aging tests, the batteries from the three technologies were characterized in exactly the same way and an identical pre-cycling protocol was applied six times to each of them. One of the objectives of this pre-cycling test is to make sure that the batteries are not defective.
Les batteries des trois technologies ont été chargées à chaque fois selon le procédé PCH indiqué ci-après à 25°C. Tout d’abord, une première phase de charge est réalisée au cours de laquelle un courant de charge constant I=1C, C désignant la capacité nominale de la batterie (indiquée par le constructeur), est fourni à la batterie. La tension U de la batterie augmente jusqu'à une valeur maximale, indiquée par le constructeur, puis une deuxième phase de charge, jusqu’à un état de charge de 100%, est réalisée au cours de laquelle la tension U est maintenue constante, tandis que le courant I diminue jusqu’à ce que I soit inférieur à C/20.The batteries of the three technologies were each loaded according to the PCH method indicated below at 25 ° C. Firstly, a first charging phase is performed during which a constant charging current I = 1C, C designating the rated capacity of the battery (indicated by the manufacturer), is supplied to the battery. The voltage U of the battery increases to a maximum value, indicated by the manufacturer, then a second charging phase, up to a state of charge of 100%, is carried out during which the voltage U is kept constant, while current I decreases until I is less than C / 20.
Les capacités expérimentales des batteries issues des trois technologies sont déterminées, à chaque fois, selon le procédé PCA indiqué ci-après. Tout d’abord, la batterie est chargée selon le procédé PCH. La batterie est ensuite déchargée, à 25°C et à courant constant I=1C, jusqu’à atteindre sa tension minimale, indiquée par le constructeur. La capacité de la batterie est ainsi déterminée par comptage ampérométrique. Avant de les soumettre aux tests de vieillissement et après chaque mesure de leur capacité, les batteries des trois technologies sont mises à l’état de charge (SOC en %) souhaité selon le procédé PSOC indiqué ci-après, à 25°C. Tout d’abord, la batterie est chargée selon le procédé PCH. Ensuite, la batterie est déchargée à courant constant IC pendant un temps Tsoc, Tsoc étant égal à Tsoc = 1 heurex(100-SOC)/100.The experimental capacities of the batteries resulting from the three technologies are determined, each time, according to the PCA method indicated below. First, the battery is charged according to the PCH method. The battery is then discharged, at 25 ° C and constant current I = 1C, until reaching its minimum voltage, indicated by the manufacturer. The capacity of the battery is thus determined by amperometric metering. Before subjecting them to aging tests and after each measurement of their capacity, the batteries of the three technologies are put into the state of charge (SOC in%) desired according to the PSOC method indicated below, at 25 ° C. First, the battery is charged according to the PCH method. Then, the battery is discharged at constant current IC for a time Tsoc, Tsoc being equal to Tsoc = 1 heurex (100-SOC) / 100.
Exemple 1 : tests de vieillissement calendaireExample 1: Calendar aging tests
Les batteries lithium-ion présentent une dégradation de leurs performances, notamment leur capacité, au cours du temps lors des périodes de non utilisation. On parle alors de vieillissement calendaire. Dans l’exemple 1 qui suit, le vieillissement calendaire des trois technologies de batteries est étudié. A la suite du protocole mentionné ci-dessus, les batteries sont installées dans des enceintes climatiques à une température donnée et à un état de charge donné.Lithium-ion batteries have a deterioration in their performance, especially their capacity, over time during periods of non-use. This is called calendar aging. In Example 1 which follows, the calendar aging of the three battery technologies is studied. Following the protocol mentioned above, the batteries are installed in climatic chambers at a given temperature and at a given state of charge.
A. Les batteries de technologie NMCA. NMC technology batteries
Des batteries identiques de technologie NMC ont été soumises à des tests de vieillissement dans quatre conditions, à raison d’une batterie pour chaque condition.NMC technology identical batteries were subjected to aging tests under four conditions, one battery for each condition.
Dans le premier cas, le test a été réalisé à une température de 45°C et une première batterie de technologie NMC a été chargée jusqu’à un état de charge de 65%. Ces conditions sont appelées conditions 1.In the first case, the test was performed at a temperature of 45 ° C and a first NMC battery was charged to a state of charge of 65%. These conditions are called conditions 1.
Dans le deuxième cas, le test a été réalisé à une température de 45°C et une deuxième batterie de technologie NMC a été chargée jusqu’à un état de charge de 100%. Ces conditions sont appelées conditions 2.In the second case, the test was performed at a temperature of 45 ° C and a second NMC battery was charged to a state of charge of 100%. These conditions are called conditions 2.
Dans le troisième cas, le test a été réalisé à une température de 60°C et une troisième batterie de technologie NMC a été chargée jusqu’à un état de charge de 65%. Ces conditions sont appelées conditions 3.In the third case, the test was performed at a temperature of 60 ° C and a third NMC battery was charged to a state of charge of 65%. These conditions are called conditions 3.
Dans le quatrième cas, le test a été réalisé à une température de 60°C et une quatrième batterie de technologie NMC a été chargée jusqu’à un état de charge de 100%. Ces conditions sont appelées conditions 4.In the fourth case, the test was performed at a temperature of 60 ° C and a fourth battery of NMC technology was charged to a state of charge of 100%. These conditions are called conditions 4.
Pour chacun des tests, la capacité de la batterie est mesurée au cours du temps selon le procédé PCA. L’état de santé de la batterie est calculé en faisant le ratio de la capacité mesurée à un instant t sur la capacité initiale mesurée à l’instant t = 0.For each test, the capacity of the battery is measured over time according to the PCA method. The state of health of the battery is calculated by making the ratio of the capacity measured at a time t on the initial capacity measured at time t = 0.
La figure 1 représente l’évolution de l’état de santé des batteries de technologie NMC au cours du temps. La courbe Al représente l’évolution de l’état de santé de la batterie soumise aux conditions 1. La courbe B1 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie soumise aux conditions 2. La courbe Cl représente l’évolution de l’état de santé de la batterie soumise aux conditions 3. La courbe DI représente l’évolution de l’état de santé de la batterie soumise aux conditions 4.Figure 1 shows the evolution of the state of health of NMC batteries over time. The curve A1 represents the evolution of the state of health of the battery subjected to the conditions 1. The curve B1 represents the evolution of the state of health of the battery subjected to conditions 2. The curve C1 represents the evolution of the state of health of the battery subject to the conditions 3. The DI curve represents the evolution of the state of health of the battery subject to the conditions 4.
Le procédé d’évaluation de l’état de santé d’une batterie selon l’invention a ensuite été appliqué à travers la relation représentée par la formule (I) telle que définie ci-dessus, avec a = -1500.V'1 et b = 100.The method for evaluating the state of health of a battery according to the invention was then applied through the relation represented by the formula (I) as defined above, with a = -1500.V'1 and b = 100.
Ainsi, sur la figure 1, la courbe A2 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie évalué à partir de la relation de formule (I), pour la batterie soumise aux conditions 1. La courbe B2 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie évalué à partir de la relation de formule (I), pour la batterie soumise aux conditions 2. La courbe C2 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie évalué à partir de la relation de formule (I), pour la batterie soumise aux conditions 3. La courbe D2 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie évalué à partir de la relation de formule (I), pour la batterie soumise aux conditions 4.Thus, in FIG. 1, the curve A2 represents the evolution of the state of health of the battery evaluated from the equation of formula (I), for the battery subjected to the conditions 1. The curve B2 represents the evolution the state of health of the battery evaluated from the equation of formula (I), for the battery subject to the conditions 2. The curve C2 represents the evolution of the state of health of the battery evaluated from the relation of formula (I), for the battery subject to the conditions 3. The curve D2 represents the evolution of the state of health of the battery evaluated from the equation of formula (I), for the battery subjected to the conditions 4 .
Il est constaté que le procédé d’évaluation de l’état de santé d’une batterie selon l’invention, appliqué à la batterie de technologie NMC, donne de bons résultats. En effet, il est observé que le modèle suit relativement bien la courbe expérimentale, et ce pour toutes les conditions testées.It is found that the method of evaluating the state of health of a battery according to the invention, applied to the battery NMC technology, gives good results. Indeed, it is observed that the model follows relatively well the experimental curve, and this for all conditions tested.
B. Les batteries de technologie LMOB. LMO technology batteries
Des batteries identiques de technologie LMO ont été soumises à des tests de vieillissement dans quatre conditions.Identical batteries of LMO technology have been subjected to aging tests under four conditions.
Dans le premier cas, le test a été réalisé à une température de 30°C et une première batterie de technologie LMO a été chargée jusqu’à un état de charge de 100%. Ces conditions sont appelées conditions 1.In the first case, the test was carried out at a temperature of 30 ° C and a first battery of LMO technology was charged to a state of charge of 100%. These conditions are called conditions 1.
Dans le deuxième cas, le test a été réalisé à une température de 45°C et une deuxième batterie de technologie LMO a été chargée jusqu’à un état de charge de 30%. Ces conditions sont appelées conditions 2.In the second case, the test was carried out at a temperature of 45 ° C and a second battery of LMO technology was charged to a state of charge of 30%. These conditions are called conditions 2.
Dans le troisième cas, le test a été réalisé à une température de 45°C et une troisième batterie de technologie LMO a été chargée jusqu’à un état de charge de 100%. Ces conditions sont appelées conditions 3.In the third case, the test was carried out at a temperature of 45 ° C and a third battery of LMO technology was charged to a state of charge of 100%. These conditions are called conditions 3.
Dans le quatrième cas, le test a été réalisé à une température de 60°C et une quatrième batterie de technologie LMO a été chargée jusqu’à un état de charge de 100%. Ces conditions sont appelées conditions 4.In the fourth case, the test was performed at a temperature of 60 ° C and a fourth battery of LMO technology was charged to a state of charge of 100%. These conditions are called conditions 4.
Pour chacun des tests, la capacité de la batterie est mesurée au cours du temps selon le procédé PCA. L’état de santé de la batterie est calculé en faisant le ratio de la capacité mesurée à un instant t sur la capacité initiale mesurée à l’instant t = 0.For each test, the capacity of the battery is measured over time according to the PCA method. The state of health of the battery is calculated by making the ratio of the capacity measured at a time t on the initial capacity measured at time t = 0.
La figure 2 représente l’évolution de l’état de santé des batteries de technologie LMO au cours du temps. La courbe H1 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie soumise aux conditions 1. La courbe II représente l’évolution de l’état de santé de la batterie soumise aux conditions 2. La courbe Jl représente l’évolution de l’état de santé de la batterie soumise aux conditions 3. La courbe Kl représente l’évolution de l’état de santé de la batterie soumise aux conditions 4.Figure 2 shows the evolution of the state of health of LMO batteries over time. The curve H1 represents the evolution of the state of health of the battery subjected to the conditions 1. The curve II represents the evolution of the state of health of the battery subjected to the conditions 2. The curve Jl represents the evolution of the state of health of the battery subjected to the conditions 3. The curve Kl represents the evolution of the state of health of the battery subjected to the conditions 4.
Le procédé d’évaluation de l’état de santé d’une batterie selon l’invention a ensuite été appliqué à travers la relation de formule (I) telle que définie ci-dessus, avec a = -2500.V'1, et b = 100.The method for evaluating the state of health of a battery according to the invention was then applied through the relation of formula (I) as defined above, with a = -2500.V'1, and b = 100.
Ainsi, sur la figure 2, la courbe H2 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie évalué à partir de la relation de formule (I), pour la batterie soumise aux conditions 1. La courbe 12 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie évalué à partir de la relation de formule (I), pour la batterie soumise aux conditions 2. La courbe J2 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie évalué à partir de la relation de formule (I), pour la batterie soumise aux conditions 3. La courbe K2 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie évalué à partir de la relation de formule (I), pour la batterie soumise aux conditions 4.Thus, in FIG. 2, the curve H2 represents the evolution of the state of health of the battery evaluated from the equation of formula (I), for the battery subjected to conditions 1. Curve 12 represents the evolution the state of health of the battery evaluated from the equation of formula (I), for the battery subject to the conditions 2. The curve J2 represents the evolution of the state of health of the battery evaluated from the relation of formula (I), for the conditioned battery 3. The curve K2 represents the evolution of the state of health of the battery evaluated from the relation of formula (I), for the battery subjected to the conditions 4 .
Il est constaté que le procédé d’évaluation de l’état de santé d’une batterie selon l’invention, appliqué à la batterie de technologie LMO, donne de bons résultats. En effet, il est observé que le modèle suit relativement bien la courbe expérimentale, et ce pour toutes les conditions testées. Néanmoins, on peut noter une divergence entre le modèle et la courbe expérimentale lorsque la batterie est soumise aux conditions 3. Cependant, une batterie doit généralement être remplacée lorsqu’elle affiche un état de santé inférieur à 80%. La divergence étant observée lorsque l’état de santé est inférieur à 40%, l’utilisateur aura remplacé la batterie avant que cette dernière n’affiche un état de santé aussi faible.It is found that the method of evaluating the state of health of a battery according to the invention, applied to the battery LMO technology, gives good results. Indeed, it is observed that the model follows relatively well the experimental curve, and this for all conditions tested. Nevertheless, there may be a discrepancy between the model and the experimental curve when the battery is subject to conditions 3. However, a battery must generally be replaced when it displays a state of health of less than 80%. The discrepancy being observed when the state of health is less than 40%, the user will have replaced the battery before the latter displays a state of health as low.
C. Les batteries de technologie LFPC. LFP technology batteries
La batterie de technologie LFP a été soumise à un test de vieillissement réalisé à une température de 45°C et la batterie de technologie LFP a été chargée jusqu’à un état de charge de 100%.The LFP technology battery was subjected to an aging test performed at a temperature of 45 ° C and the LFP battery was charged to a state of charge of 100%.
La capacité de la batterie est mesurée au cours du temps. L’état de santé de la batterie est calculé en faisant le ratio de la capacité mesurée à un instant t sur la capacité initiale mesurée à l’instant t = 0.The capacity of the battery is measured over time. The state of health of the battery is calculated by making the ratio of the capacity measured at a time t on the initial capacity measured at time t = 0.
La figure 3 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie de technologie LFP au cours du temps. La courbe L1 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie soumise aux conditions mentionnées ci-dessus.Figure 3 shows the evolution of the state of health of the LFP battery over time. The curve L1 represents the evolution of the state of health of the battery subjected to the conditions mentioned above.
Le procédé d’évaluation de l’état de santé d’une batterie selon l’invention a ensuite été appliqué à travers la relation de formule (I) telle que définie ci-dessus, avec a = + 1200V'1 et b = 100.The method for evaluating the state of health of a battery according to the invention was then applied through the relation of formula (I) as defined above, with a = + 1200V'1 and b = 100 .
Ainsi, sur la figure 3, la courbe L2 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie évalué à partir de la relation de formule (I), pour la batterie soumise aux conditions mentionnées ci-dessus.Thus, in FIG. 3, the curve L2 represents the evolution of the state of health of the battery evaluated from the equation of formula (I), for the battery subjected to the conditions mentioned above.
Il est constaté que le procédé d’évaluation de l’état de santé d’une batterie selon l’invention, appliqué à la batterie de technologie LFP, donne de bons résultats. En effet, il est observé que le modèle suit relativement bien la courbe expérimentale.It is found that the method of evaluating the state of health of a battery according to the invention, applied to the battery LFP technology, gives good results. Indeed, it is observed that the model follows relatively well the experimental curve.
Exemple 2 : tests de vieillissement de cvclage D es batteries de technologie NMC ont été étudiées en cyclage de puissance selon un procédé de cyclage particulier PCyC. Le procédé PCyC est défini selon la norme IEC62660-1 sous le nom « Test en cyclage HEV » et a été adapté aux batteries de technologie NMC. Ce procédé de cyclage de puissance PCyC a été effectué selon deux protocoles particuliers.Example 2: Aging aging tests NMC technology batteries were studied in power cycling according to a particular PCyC cycling process. The PCyC process is defined according to IEC62660-1 under the name "HEV cycling test" and has been adapted to NMC technology batteries. This PCyC power cycling method has been carried out according to two particular protocols.
Selon le premier protocole, la première étape consiste à réaliser le procédé PCyC pendant 5 jours à une température donnée, suivie d’une seconde étape de stockage de la batterie pendant 2 jours dans une enceinte climatique à ladite température. Puis, les deux étapes sont répétées plusieurs fois.According to the first protocol, the first step consists in carrying out the PCyC process for 5 days at a given temperature, followed by a second storage step of the battery for 2 days in a climatic chamber at said temperature. Then, both steps are repeated several times.
Selon le second protocole, le procédé PCyC est réalisé en continu.According to the second protocol, the PCyC process is carried out continuously.
Des batteries de technologie NMC ont été soumises à des tests de vieillissement de cyclage dans trois conditions.NMC technology batteries have been subjected to cycling aging tests under three conditions.
Dans le premier cas, le test a été réalisé à une température de 55°C et le procédé PCyC selon le second protocole a été appliqué à une première batterie de technologie NMC. Ces conditions sont appelées conditions 1.In the first case, the test was carried out at a temperature of 55 ° C and the PCyC method according to the second protocol was applied to a first battery of NMC technology. These conditions are called conditions 1.
Dans le deuxième cas, le test a été réalisé à une température de 55°C et le procédé PCyC selon le premier protocole a été appliqué à une deuxième batterie de technologie NMC. Ces conditions sont appelées conditions 2.In the second case, the test was performed at a temperature of 55 ° C and the PCyC method according to the first protocol was applied to a second NMC battery. These conditions are called conditions 2.
Dans le troisième cas, le test a été réalisé à une température de 45°C et le procédé PCyC selon le premier protocole a été appliqué à une troisième batterie de technologie NMC. Ces conditions sont appelées conditions 3.In the third case, the test was carried out at a temperature of 45 ° C and the PCyC method according to the first protocol was applied to a third battery NMC technology. These conditions are called conditions 3.
Pour chacun des tests, la capacité de la batterie est mesurée au cours du temps en charge et à la température de test. En effet, la capacité de la batterie est mesurée après l’avoir déchargé à IC jusqu’à sa tension minimale avant de la charger suivant le procédé PCH, à la température de test. L’état de santé de la batterie est calculé en faisant le ratio de la capacité mesurée à un instant t sur la capacité initiale mesurée à l’instant t = 0.For each test, the capacity of the battery is measured during the charging time and the test temperature. Indeed, the capacity of the battery is measured after having discharged it at IC until its minimum voltage before charging it according to the PCH method, at the test temperature. The state of health of the battery is calculated by making the ratio of the capacity measured at a time t on the initial capacity measured at time t = 0.
La figure 4 représente l’évolution de l’état de santé des batteries de technologie NMC au cours du temps. La courbe El représente l’évolution de l’état de santé de la batterie soumise aux conditions 1. La courbe Fl représente l’évolution de l’état de santé de la batterie soumise aux conditions 2. La courbe G1 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie soumise aux conditions 3.Figure 4 shows the evolution of the state of health of NMC batteries over time. The curve El represents the evolution of the state of health of the battery subjected to the conditions 1. The curve Fl represents the evolution of the state of health of the battery subjected to the conditions 2. The curve G1 represents the evolution of state of health of the battery subject to the conditions 3.
Le procédé d’évaluation de l’état de santé d’une batterie selon l’invention a ensuite été appliqué à travers la relation de formule (I) telle que définie ci-dessus, avec a = -1000.V'1 lorsque la température est de 45°C, a - -1100.V'1 lorsque la température est de 55°C, et b = 97.The method for evaluating the state of health of a battery according to the invention was then applied through the relation of formula (I) as defined above, with a = -1000.V'1 when the temperature is 45 ° C, -1100 ° V'1 when the temperature is 55 ° C, and b = 97.
Ainsi, sur la figure 4, la courbe E2 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie évalué à partir de la relation de formule (I), pour la batterie soumise aux conditions 1. La courbe F2 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie évalué à partir de la relation de formule (I), pour la batterie soumise aux conditions 2. La courbe G2 représente l’évolution de l’état de santé de la batterie évalué à partir de la relation de formule (I), pour la batterie soumise aux conditions 3.Thus, in FIG. 4, the curve E2 represents the evolution of the state of health of the battery evaluated from the relation of formula (I), for the battery subjected to the conditions 1. The curve F2 represents the evolution of the state of health of the battery evaluated from the equation of formula (I), for the battery subject to the conditions 2. The curve G2 represents the evolution of the state of health of the battery evaluated from the relation of formula (I), for the battery subject to the conditions 3.
Il est constaté que le procédé d’évaluation de l’état de santé d’une batterie selon l’invention, appliqué à la batterie de technologie NMC, donne de bons résultats. En effet, il est observé que le modèle suit relativement bien la courbe expérimentale, et ce pour toutes les conditions testées.It is found that the method of evaluating the state of health of a battery according to the invention, applied to the battery NMC technology, gives good results. Indeed, it is observed that the model follows relatively well the experimental curve, and this for all conditions tested.
Ainsi, il a été montré qu’un procédé simple et fiable permettait d’évaluer l’état de santé d’une batterie avec une bonne précision.Thus, it has been shown that a simple and reliable method made it possible to evaluate the state of health of a battery with good accuracy.
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