TITRE : SYSTEME DE BATTERIE COMPORTANT UN MOYEN DE

MESURE D’UNE PRESSION INTERNE POUR PILOTER UNE

CONSIGNE DE RECHARGE

La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2109170 déposée le 02.09.2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

Le domaine de l’invention concerne un système d’une batterie et un procédé de contrôle de la recharge dudit système. L’invention s’applique notamment pour un véhicule électrifié et vise à optimiser la durée de vie d’utilisation d’une batterie.

Les véhicules électrifiés sont équipés d’une batterie de traction de grande puissance comprenant généralement plusieurs cellules électrochimiques, par exemple de type Lithium-ion. Pour ce type de technologies, une cellule comporte une paroi et des éléments internes comportant une électrode positive, un séparateur et une électrode négative. Pour le bon fonctionnement d’une cellule, ces éléments doivent être maintenus en contact dans une plage de force positive. En fonctionnement, les réactions chimiques génèrent des gaz et une expansion des électrodes, produisant alors une pression repoussant les parois.

Cette pression augmente au fur et à mesure du vieillissement d’une cellule. Il s’agit de la pression résultant de l’accroissement de la couche de passivation proportionnellement à l’état de vieillissement. Par ailleurs, on a constaté que la pression fluctue sensiblement lors des variations du niveau d’état de charge en charge et décharge. Il en résulte une force résultant de l’expansion de matières actives proportionnellement au niveau d’état de charge instantané. Ce dernier phénomène est appelé respiration ou « Breathing » selon le terme anglophone.

L’augmentation de pression résultant à la fois du vieillissement et à la fois de la respiration de la cellule a tendance à diminuer la pression entre électrodes et séparateurs. Pour éviter leur séparation, il est courant d’enserrer une cellule ou un ensemble de cellules dans un cadre rigide pour maintenir les éléments internes en contact.

Au fur et à mesure de l’utilisation d’une cellule, l’augmentation de la pression interne affecte le vieillissement de la cellule et par conséquent détermine la fin de vie. Pour des applications d’électromobilités, la fin de vie est généralement fixée à une perte de capacité de stockage d’énergie d’environ 20%. Au regard des déformations mécaniques observées entre cellules et les extrémités du cadre rigide, on a mesuré des valeurs de l’ordre de 25 k.N de force de traction sur les côtés du cadre pour un état de vieillissement de 20% et des valeurs de 5 k.N pour un état neuf.

Les cadres de systèmes de batterie sont dimensionnés pour un niveau maximum de pression et pour un état de vieillissement donné, lié à une perte de capacité d’énergie acceptable pour l’application envisagée. Lorsque la force appliquée à la surface des cellules par les éléments internes atteint la limite prévue, on met fin à l’utilisation de la batterie pour éviter les risques d’incendie du fait d’une rupture des cellules ou d’un module.

A cet effet, les constructeurs automobiles élaborent des algorithmes d’estimation de l’état de vieillissement des batteries pour définir la période de fin de vie. Une méthode connue consiste à comptabiliser le nombre de cycles de charges et décharge et décider un remplacement de la batterie lorsqu’une limite est atteinte. Cependant, les hypothèses de contrainte utilisées ne sont pas toujours réalistes car le niveau de vieillissement dépend principalement de l’utilisation réelle de la batterie. Il arrive dans certains cas que l’utilisation de la batterie pourrait être prolongée sans risque de disfonctionnement.

Par ailleurs, la durée de vie des systèmes de batterie pourrait être augmentée en contrepartie de batteries plus volumineuses, plus lourdes et d’un cadre renforcé ainsi qu’une plus grande diminution de la capacité totale. Cependant, ces solutions ne sont pas préconisées dans le domaine de l’électromobilité.

Il est connu également d’implémenter des procédés de contrôle de température et de limitation du courant de charge, en particulier pour les charges rapides. On connaît par exemple le document FR2952235A1 décrivant un procédé de recharge dans lequel on compare la tension mesurée aux bornes de la batterie avec un seuil de tension afin de piloter la fin de charge et dans laquelle le seuil est fourni par une table qui est fonction de la température mesurée et du courant circulant dans la batterie. L’usage de cette table vise à éviter les dégradations physiques de la batterie et améliorer sa longévité. D’autres stratégies préconisées par certains constructeurs visent à réduire le niveau d’état de charge cible en fin de recharge, paramétré par exemple à 80% de la capacité totale maximum disponible, pour diminuer les contraintes sur les cellules provoquées par un état de charge élevé.

L’invention vise à pallier les problèmes précités. Un objectif de l’invention est de prolonger la durée de vie d’une batterie. Un autre objectif est d’adapter la gestion de la recharge d’une batterie en fonction du vieillissement des cellules électrochimiques. Un autre objectif est d’améliorer l’estimation du niveau de vieillissement d’une batterie et adapter la gestion énergétique en concordance avec son usage.

Plus précisément, l’invention concerne un système de batterie comportant des éléments de stockage d’énergie électrique, un moyen de contrôle apte à calculer une consigne de recharge et un cadre métallique pour enserrer l’ensemble des éléments. Selon l’invention, le système comporte en outre un moyen de mesure d’un paramètre représentatif d’une pression mesurée qui est exercée par les éléments en surface dudit cadre métallique et le moyen de contrôle délivre une consigne de recharge limitée en fonction dudit paramètre.

Selon une variante, le moyen de mesure comporte au moins une jauge de contrainte délivrant une mesure de l’élongation du cadre métallique.

Selon une variante, le moyen de mesure comporte au moins une jauge de contrainte délivrant une mesure de l’élongation du cadre métallique ou une mesure de l’élongation de la paroi d’un élément de stockage d’énergie électrique.

Selon une variante, le moyen de mesure comporte au moins un capteur de pression fixé entre les éléments de stockage d’énergie et le cadre métallique.

Selon une variante du système dans lequel les éléments de stockage d’énergie sont des cellules électrochimiques, le moyen de mesure comporte au moins un capteur de pression fixé entre deux cellules électrochimiques en surface d’une desdites deux cellules.

Il est prévu selon l’invention un véhicule électrifié comportant un système de batterie selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents. Il est prévu selon l’invention un procédé de contrôle de recharge pour un tel système de batterie comportant les étapes suivantes :

La détermination d’un paramètre représentatif d’une pression mesurée qui est exercée par les éléments de stockage d’énergie électrique en surface dudit cadre métallique,

Le pilotage d’une première consigne de recharge limitée en fonction dudit paramètre.

Selon une variante, le pilotage de la première consigne de recharge limitée consiste à déterminer un coefficient de limitation de la recharge en fonction du paramètre par rapport à un seuil de limitation de la recharge, la valeur de la première consigne de recharge limitée étant fonction d’une deuxième consigne de recharge multipliée par le coefficient de limitation.

Selon une variante, lorsque la valeur du paramètre est supérieure ou égale au seuil de limitation, le coefficient de limitation est égal à une première valeur commandant l’arrêt de la recharge du système de la batterie.

Selon une variante, lorsque la valeur du paramètre est inférieure au seuil de limitation, le coefficient de limitation est égal à une deuxième valeur qui est en fonction d’un écart entre la valeur du paramètre et le seuil de limitation.

Selon une variante, la première consigne de recharge est une consigne de courant de charge maximum autorisée, la première valeur du coefficient est égale à 0, et la deuxième valeur est une valeur strictement supérieure à 0, comprise entre 0 et 1 , par exemple 0,5, 0,75, 0,90 ou 1 .

Selon une variante, la première consigne de recharge est un niveau d’état de charge maximum autorisé, lorsque la valeur du paramètre est supérieure ou égale au seuil de limitation, le niveau d’état de charge maximum autorisé est strictement inférieur au niveau de charge disponible, par exemple est égal à 90% du niveau maximum de charge disponible, ou alors 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, ou 10% du niveau maximum de charge disponible.

L’invention améliore la gestion de la recharge électrique en ce qu’elle est pilotée de manière adaptée au vieillissement de la batterie grâce à la surveillance de la dilatation des cellules électrochimiques. Grâce à l’invention, il est possible de prolonger la durée de vie d’une batterie, en acceptant un niveau d’état de charge maximum limité et piloté spécifiquement selon le procédé. L’invention permet de surveiller l’augmentation de la dilatation des cellules et commander l’arrêt de la recharge en cas de risque de rupture des cellules.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :

[Fig .1 ] représente schématiquement un système de batterie selon l’invention.

[Fig .2] représente un diagramme fonctionnel décrivant le moyen de contrôle de la recharge prévu pour piloter le procédé de contrôle de la recharge selon l’invention.

[Fig.3] est un graphique illustrant schématiquement l’évolution du niveau de vieillissement d’une batterie et le contrôle de la recharge selon l’invention en fonction de la pression exercée par les éléments de stockage d’énergie électrique de la batterie.

[Fig.4a] représente schématiquement une variante de réalisation du système de batterie comportant un capteur de pression.

[Fig .4b] représente schématiquement une autre variante de réalisation du système de batterie comportant un capteur de pression.

L’invention s’applique au domaine des batteries électrochimiques, notamment dans le domaine des véhicules électrifiés, mais pas exclusivement. Le système de batterie et le procédé associé trouvent une application dans le domaine des applications de gestion de contrôle de recharge en application stationnaire, d’électromobilité et tout dispositif électronique à système de batterie. A titre d’exemple non limitatif, le mode préférentiel de l’invention sera décrit pour une application de véhicule automobile électrifié comprenant une batterie de traction de haute puissance. Dans la présente description, le terme environ signifie +/-10% de la valeur indiquée et les bornes d’une plage de valeurs sont comprises dans la plage.

L’invention a pour objectif d’arrêter la recharge et/ou réduire graduellement la recharge en fonction d’un paramètre représentatif d’une pression interne de la batterie. L’invention a pour effet de réduire progressivement le niveau d’état de charge maximum autorisé en fonction du vieillissement de la batterie. En figure 1 , on a décrit schématiquement un mode de réalisation préférentiel du système de batterie selon l’invention pour un véhicule électrifié. Le système de batterie 1 comporte un module 3 comprenant des éléments 9 de stockage d’énergie électrique comprenant une pluralité de cellules électrochimiques, dans cet exemple non limitatif de technologie de type Lithium-ion. Une cellule électrochimique comporte une paroi et des éléments internes comportant une électrode positive, un séparateur et une électrode négative. Les éléments internes d’une cellule doivent être maintenus en contact dans une plage de force positive. La paroi d’une cellule peut être de forme cylindrique, prismatique ou être de la forme d’un film (technologie dite « Pouch Cell »). Le système de batterie 1 comporte en outre un moyen de contrôle 2 de la recharge. Le moyen de contrôle 2 est prévu pour au moins élaborer une consigne de recharge des éléments 9 de stockage d’énergie conformément au procédé selon l’invention.

Le système de batterie 1 est rechargeable électriquement au moyen de lignes électriques 8 connectées à un dispositif de contrôle de recharge 6 du véhicule électrifié. Le dispositif de contrôle de recharge 6 est connecté électriquement à une source électrique de recharge 7. La source électrique 7 peut être une machine génératrice d’électricité, par exemple la machine électrique de traction du véhicule, ou une borne de recharge externe au véhicule. Par exemple, le dispositif de contrôle de recharge 6 comporte des moyens de recharge coopérant avec une prise électrique de manière à pouvoir à se brancher électriquement à la borne de recharge externe 7 connectée à un réseau d’alimentation électrique, fonctionnant généralement en tension alternative. La borne 7 peut délivrer un courant continu ou alternatif. Il est généralement prévu des contacteurs haute tension qui assurent la déconnexion/connexion de la batterie 1 avec le circuit électrique de puissance du véhicule, le dispositif de contrôle de recharge 6 et la prise électrique.

Le système de batterie 1 comporte en outre un moyen 5 pour enserrer les cellules électrochimiques 9. Dans ce mode de réalisation, le moyen 5 pour enserrer est un cadre métallique. Ce cadre métallique est par exemple externe aux cellules électrochimiques, en matériau de type aluminium par exemple. Ce cadre est alors suffisamment rigide pour exercer une pression positive contre la surface des parois des cellules 9, ce cadre rigide 5 ceinturant ou entourant un groupe de plusieurs cellules électrochimiques 9 comme cela est visible en figure 1 de manière à exercer cette pression positive contre la surface des parois des cellules 9. Le cadre 5 est agencé pour appliquer une pression sur une partie seulement de la paroi des cellules, par exemple de chaque côté des cellules latéralement. On n’exclut pas que le cadre 5 puisse encadrer ou enfermer complètement les cellules électrochimiques, par exemple sous forme de boitier. La pression exercée par le cadre 5 s’applique alors dans ce dernier cas sur les faces latérales et les faces supérieures et inférieures d’une cellule.

Le cadre 5 est couramment désigné par les termes anglophones « casing », « side plate » ou « end plate », ou les termes cerclage, boitier, ceinture. Il encadre le module 3 d’un groupe de cellules 9. Dans un autre mode de réalisation, on envisage que chaque cellule d’une batterie puisse être enserrée par un cadre 5. Dans un autre mode de réalisation, le moyen pour enserrer 5 forme la paroi externe d’une cellule électrochimique. La pression appliquée par le moyen pour enserrer 5 est prévue pour maintenir en contact les électrodes contre le séparateur à l’intérieur de chaque cellule.

Dans le cas d’exemple non limitatif, d’une cellule prismatique de dimensions 28mmx7mmx14mm, en début de vie, la force appliquée par le cadre 5 en surface d’une cellule est de 5k. N. Pour un état de vieillissement en fin de vie spécifié par exemple pour un véhicule automobile, la force appliquée par le cadre 5 varie entre 20k. N et 25k. N, avec des fluctuations de l’ordre de 5k. N résultant de la respiration des cellules.

L’état de vieillissement peut être désigné par l’acronyme SOHc pour « State of Health on capacity » et correspond au paramètre de niveau de vieillissement de la batterie exprimé par un rapport entre la quantité d’électricité maximum stockable à un instant donné et quantité d’électricité maximum stockable à l’état neuf de la batterie.

Le niveau d’état de charge peut être désigné par l’acronyme SOC pour « State of Charge » et correspond au niveau d’état de charge de la batterie exprimé par un rapport entre la quantité d’énergie stockée à un instant donné et la quantité d’énergie maximum stockable à un instant donné. Les paramètres SOHc et SOC sont exprimés en pourcents.

Les forces appliquées qui ont pu être mesurées au cours de la vie d’une cellule ou en essai permettent d’établir un seuil de limitation de la recharge visant à stopper une dilatation d’une cellule électrochimique résultant d’un accroissement de l’état de charge.

Le système de batterie 1 comporte en outre un moyen de mesure 4 d’une pression. Le moyen de mesure 4 a pour fonction de mesurer un paramètre représentatif d’une pression qui est exercée par les éléments 9 de stockage d’énergie électrique de la batterie 1 en surface du cadre 5. Dans ce mode préférentiel de l’invention, le moyen de mesure 4 est une jauge de contrainte agencée pour mesurer une élongation du cadre rigide 5 ou l’élongation d’une cellule électrochimique 9 de la batterie 1. La jauge de contrainte est fixée en surface du cadre 5 ou en surface de la paroi d’une cellule. La jauge de contrainte 4 délivre un signal de tension au moyen de contrôle 2 dont la valeur est proportionnelle à l’élongation du cadre 5.

Tout autre moyen de mesure est envisageable sans sortir du cadre de l’invention. Le moyen de mesure peut être un capteur de pression ou un capteur à technologie piézoélectrique par exemple. Un tel capteur est fixé entre une cellule électrochimique 9 et le cadre 5, ou alternativement entre deux cellules électrochimiques 9.

La surveillance de ce paramètre permet au moyen de contrôle 2 d’élaborer une consigne de recharge CRL selon l’invention, par exemple une commande de fin de recharge lorsque ce paramètre dépasse un seuil choisi. Complémentairement ou en variante alternative le moyen de contrôle 2 est configuré pour élaborer une commande de réduction du courant de charge de manière graduelle en fonction dudit paramètre.

Le moyen de contrôle 2 est destiné à la supervision du système de batterie 1 . Il est apte à délivrer à d’autres calculateurs du véhicule des informations d’état de la batterie, telles une valeur représentative du SOC, du SOHc, de la température, le courant de charge circulant à travers la batterie ou la tension à vide notamment, ainsi que des consignes à destination du dispositif de contrôle de la recharge 6 et/ou d’une borne de recharge 7, notamment une puissance de recharge autorisée, un mode de recharge, un courant de recharge maximal, ou une consigne de limitation de courant. Il est prévu un bus de communication, par exemple de type CAN (Contrôler Area Network en anglais), permettant au moyen de contrôle 2 de communiquer les consignes de recharge à d’autres calculateurs.

Le dispositif de contrôle de recharge 6 a pour fonction de gérer la communication entre les différentes bornes de recharge et de surveiller et contrôler la recharge électrique sur borne. Le dispositif de recharge 6 comporte également un convertisseur électrique de type alternatif/continu AC/DC et continu/continu DC/DC. Dans les situations de recharge sur borne, il réalise la conversion d’une tension alternative vers une tension continue AC/DC, notamment lors de recharge en mode 2 ou mode 3 dans lesquels il est nécessaire de convertir une tension alternative en 220V (de type monophasique ou triphasique) vers une tension continue compatible du système de batterie, jusqu’à 450V ou 1000V par exemple dans ce mode de réalisation. En situation de roulage, une autre fonction est la conversion DC/DC entre la batterie et les systèmes embarqués du véhicule, par exemple le réseau de bord en 14V, la batterie basse tension et la machine électrique de traction du groupe motopropulseur.

Dans le cadre des recharges dites rapides ou de mode 4, la tension de recharge est délivrée directement par la borne 7, c’est-à-dire sans modification de la tension par le convertisseur de tension. La tension délivrée par la borne 7 est de type continu, généralement supérieure à 300V, dans cet exemple comprise entre 400V et 500V, et est directement appliquée aux bornes de la batterie 1 à travers les contacteurs haute tension. Pour ce type de charge, le dispositif de recharge 6 délivre à la borne 7 la consigne de recharge CRL calculée par le moyen de contrôle 2 du système de batterie 1 .

Le moyen de contrôle 2 est muni d’un calculateur à circuits intégrés et de mémoires électroniques, le calculateur et les mémoires étant configurés pour exécuter un procédé de contrôle de la recharge selon l’invention. Mais cela n’est pas obligatoire. En effet, le calculateur pourrait être externe au moyen de contrôle 2, tout en étant couplé à ce dernier. Dans ce dernier cas, il peut être lui-même agencé sous la forme d’un calculateur dédié comprenant un éventuel programme dédié, par exemple. Par conséquent, le moyen de contrôle 2, selon l’invention, peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques (ou encore « software »)), ou bien de circuits électroniques (ou « hardware »), ou encore d’une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels.

En figure 2, on a décrit le module fonctionnel du moyen de contrôle 2 du système de batterie 1 prévu pour permettre en œuvre le procédé de contrôle de recharge selon l’invention. Dans ce mode de réalisation, il comporte classiquement un premier module 20 configuré pour calculer une consigne de recharge CR.

Dans ce mode de réalisation préférentiel, la consigne de recharge est une consigne de courant de recharge maximum autorisé. La consigne de courant CR est déterminée en fonction de l’état de charge SOC courant, de l’état de vieillissement SOH, de la température notamment. La consigne de courant CR est délivrée par exemple par une cartographie prédéterminée, établie en conception et enregistrée en mémoire de l’unité de contrôle 2 du système de batterie 1 , prenant en entrée l’état de charge SOC courant et la température de la batterie 1 .

Plus précisément, le moyen de contrôle 2 reçoit en entrée une valeur mesurée de la température de la batterie à partir d’un ou de capteurs de température, ainsi qu’une valeur mesurée de la tension totale de la batterie 1 . De façon connue en soi, la tension totale de la batterie 1 peut être déterminée à partir d’informations mesurées au niveau des cellules électrochimiques 9. Le courant circulant à travers la batterie est déterminé à partir de capteurs de courant de la batterie 1 . En outre, le moyen de contrôle 2 est apte à déterminer le niveau d’état de charge SOC de la batterie 1 à tout instant, par exemple exprimé en % de la capacité totale de la batterie, à partir de tables d’équivalence avec la tension mesurée et un indicateur d’état de santé ou d’état de vieillissement SOH. La ou les tables sont enregistrées en mémoire du moyen de contrôle 2 et consultables à tout instant par son calculateur.

Le procédé de contrôle de recharge selon l’invention comporte une étape de détermination d’un paramètre P représentatif d’une pression mesurée qui est exercée par les éléments internes de la batterie en surface dudit moyen pour enserrer et une étape de pilotage de la consigne de recharge limitée CRL en fonction dudit paramètre P. La consigne de recharge CRL est une consigne de courant maximum accepté.

Plus précisément, pour déterminer la consigne de recharge CRL, dépendante de la pression interne de la batterie conformément à l’invention, la jauge de contrainte 4 délivre une valeur d’élongation M du cadre 5 au calculateur 2. La valeur M est proportionnelle à l’élongation du cadre 5. La valeur M est multipliée, illustré par le bloc multiplicateur sur la figure 2, par un coefficient de raideur K, proportionnel entre l’élongation et la force exercée par les éléments internes de la batterie 1. K est un coefficient prédéterminé en conception et enregistré en mémoire. Le moyen de contrôle 2 calcule donc en permanence durant l’usage de la batterie 1 la valeur du paramètre P, où P = K*M. P est un paramètre dont la valeur est représentative de la force exercée par les éléments internes de la batterie 1 sur le cadre 5.

Dans ce mode de réalisation préférentiel du procédé, le pilotage de la consigne de recharge limitée CRL consiste à déterminer un coefficient de limitation CL de la recharge en fonction du paramètre P par rapport à un seuil de limitation de la recharge SL. A cet effet, le moyen de contrôle 2 comporte un deuxième module 21 dont la fonction est de calculer le coefficient de limitation CL. Le coefficient de limitation CL a pour fonction de limiter la consigne de recharge CR et/ou de réduire graduellement la valeur de la consigne de recharge CL, jusqu’à la fin de la recharge lorsque la pression est supérieure à un seuil de limitation prédéterminé.

Dans ce mode de réalisation, le coefficient de limitation CL est multiplié à la valeur de la consigne de courant CR pour calculer la consigne de recharge limitée CRL, illustré par le bloc multiplicateur en figure 2. Le coefficient de limitation CL prend des valeurs dans une plage délimitée par les valeurs 0 et 1 , de manière binaire ou graduelle.

Dans un mode de réalisation en pilotage de limitation binaire ou de type « tout ou rien », le coefficient CL est égal à 1 tant que la valeur du paramètre P est inférieure au seuil de limitation en pression SL. Le coefficient de limitation CL est égal à zéro lorsque la valeur du paramètre P est supérieure ou égale au seuil SL. La valeur 0 pilote donc l’arrêt de la recharge car la consigne de courant maximum autorisé est égale à 0 ampère. Le seuil SL est calibré par exemple à une valeur environ de 25k. N. La valeur du seuil SL dépend des dimensions et caractéristiques du cadre 5 et des critères de contraintes spécifiques au système de batterie 1. Cette valeur n’est aucunement limitative de l’invention.

Dans un mode de réalisation en pilotage de limitation graduelle, le coefficient CL est égal à une valeur comprise entre 0 et 1 en fonction de l’écart entre la valeur du paramètre P et la valeur du seuil SL. La valeur est égale à 1 lorsque l’écart est supérieur à 2k. N, soit pour une pression P jusqu’à 23k. N. La valeur de CL est égale à 0,5 pour une pression P égale à 24k. N et la valeur de CL est égale à 0 lorsque P est égale ou supérieure à 25k. N. D’autres valeurs de coefficient sont envisageables sans sortir du cadre de l’invention.

La consigne de recharge CRL limitée est de préférence la consigne de courant maximum autorisée par la batterie, c’est-à-dire est égale ou inférieure à la consigne CR. En variante, la consigne de recharge CRL peut être une consigne pilotant spécifiquement l’arrêt de la recharge, pouvant être indépendante de la consigne CR utilisée pour piloter la recharge de la batterie. Elle n’exprime pas nécessairement un courant de recharge maximum. Dans ce cas, la consigne CRL peut être toute consigne apte à commander le protocole de fin de recharge. La consigne CRL commande l’arrêt de la recharge avant l’atteinte de l’état de charge SOC maximal pour éviter une dégradation des cellules, en particulier une séparation des électrodes et séparateurs internes aux cellules.

Dans une autre variante du procédé, la consigne de recharge est un niveau d’état de charge SOC maximum cible conditionnant le déclenchement de l’arrêt de la recharge. Le procédé comporte la détermination d’un niveau de charge SOC maximum autorisé pour la recharge en fonction de la valeur du paramètre P. Lors d’une recharge, le calculateur du système de batterie surveille en permanence l’état de charge de la batterie et stoppe la recharge lorsque le SOC maximum autorisé est atteint.

Par exemple, une table, enregistrée en mémoire du calculateur 2, comporte des valeurs de niveau de charge maximum de la batterie associées à des valeurs de paramètre P, représentatives de la pression ou de l’élongation mesurée. En fonction de la valeur P mesurée, la table délivre le niveau de charge maximum autorisé.

En particulier, lorsque le paramètre P est égal ou supérieur au seuil SL, le niveau maximum de SOC autorisé est configuré à une valeur inférieure au niveau maximum de SOC disponible. Ce niveau maximum autorisé correspond à la pression maximum acceptable en regard d’un risque de rupture du cadre ou des cellules. Ainsi, selon le procédé, lorsque l’état de charge atteint le niveau maximum autorisé établi en fonction du paramètre P, le procédé pilote l’arrêt de la recharge.

L’avantage de cette variante est qu’elle permet en outre d’afficher à l’utilisateur un niveau d’état de charge virtuel, en pourcentage, en fonction de la plage de charge autorisée au lieu d’une plage de charge disponible. Le niveau de charge peut ainsi être rapporté sur une échelle de [0%-100%] de la plage autorisée. On évite ainsi une éventuelle incompréhension de la fonction de limitation par l’utilisateur, où celui-ci considérerait l’arrêt précoce de la charge comme un disfonctionnement du système de batterie.

En figure 3, on présente un graphique illustrant l’opération de l’invention pour le contrôle d’une recharge de la batterie, en particulier pour piloter l’arrêt de la recharge lorsque la pression interne d’une batterie atteint le seuil SL prédéterminé.

Sur l’axe des abscisses, on a représenté l’évolution du vieillissement de la batterie en fonction du paramètre SOHc, exprimé en % par le rapport entre la quantité d’énergie maximum stockable à un instant donné et quantité d’énergie maximum stockable à l’état neuf de la batterie.

Sur l’axe des ordonnées de gauche, on a représenté la valeur du paramètre P qui est représentative de la pression interne. La pression P mesurée est comprise entre 5k. N, en situation de début de vie de la batterie, et 25k. N, en situation habituelle de fin de vie de la batterie. Le seuil SL, illustré par la ligne horizontale en double trait est établi dans cet exemple à 25k. N. La courbe P _SO co% exprime la valeur de la pression P mesurée pour un état de charge courant de la batterie à SOC=0%. La courbe P _SO cioo% exprime la valeur de la pression P mesurée pour un état de charge courant de la batterie à SOC=100%. La valeur de la pression P mesurée par la jauge de contrainte varie entre ces deux courbes selon la valeur du SOC courant tout au long de la vie de la batterie. Il s’agit du phénomène de respiration. En outre, on observe que la valeur moyenne P augmente au fur et à mesure du vieillissement de la batterie.

Sur l’axe des ordonnées de droite, on a indiqué la valeur de l’état de charge maximum de la batterie pouvant être autorisée conformément au procédé selon l’invention. SOCmax est représentée par une courbe en double trait et est compris entre 0% et 100% et correspond à la plage d’utilisation autorisée de la batterie. La valeur de SOCmax en début de vie est égale à 100% et reste constante tant que la pression mesurée est inférieure au seuil SL. La valeur de SOCmax diminue progressivement en fonction de la pression lorsque la pression P atteint le seuil SL.

On distingue deux phases de vie de la batterie UT1 et UT2. UT1 correspond à la phase de vie durant laquelle la pression mesurée est inférieure au seuil SL quelle que soit la valeur du SOC. Le procédé selon l’invention n’impose pas de limitation de recharge. UT2 correspond à une phase où le vieillissement SOHc est supérieur à 20% et correspond à une phase de vie où la pression mesurée P _SO cioo% peut atteindre la valeur du seuil SL selon la valeur du SOC.

Pour UT2, le procédé de contrôle selon l’invention impose une limitation de la consigne de recharge dès que la pression atteint le seuil SL. On constate que la valeur de la pression P plafonne à la valeur du seuil SL. Cela est la conséquence de la limitation de recharge selon le procédé. Dans cette phase, la valeur maximale d’état de charge rechargeable SOCmax devient inférieure au niveau de SOC maximum de la batterie, établi à SOCmax=100%. Plus la pression augmente et plus le SOCmax diminue car l’arrêt de la recharge est commandé pour des états de charge plus faibles conformément à l’invention. Cela permet de prolonger l’utilisation d’une batterie de manière contrôlée et optimale, en contrepartie d’une diminution du SOCmax durant la période UT2.

En trait en pointillé, on a prolongé la valeur de la pression Psoc100% pour un SOCmax de 100% et la valeur du SOCmax=100%, dans l’hypothèse que le procédé de contrôle de recharge selon l’invention ne serait pas appliqué. On observe qu’en maintenant le SOC autorisé maximal à 100% durant UT2, la pression Psoc100% dépasserait le seuil SL. Cette situation est sujette à risque d’incendie au niveau des cellules ou de rupture du cadre des cellules. Généralement, on met fin à l’usage de la batterie. L’invention évite cela en commandant la fin de la recharge conformément au procédé pour maintenir la pression inférieure ou égale à SL.

On décrit maintenant plusieurs modes de réalisation du système de batterie se différenciant par l’agencement du moyen de mesure de la pression.

En figure 4a et 4b, on décrit un premier mode de réalisation alternatif du module 3 d’un système de batterie dans lequel le moyen de mesure 4 est un capteur de pression. Selon une variante du premier mode de réalisation, comme illustré en figure 4a, le capteur 4 est fixé entre le cadre 5 et une cellule électrochimique 9. Selon une deuxième variante, comme illustré en figure 4b, le capteur 4 est fixé entre deux cellules électrochimiques 9.

Dans un deuxième mode de réalisation, dans lequel le système de batterie est muni de plusieurs modules de cellules électrochimiques, et dans lequel chaque module comporte un cadre rigide enserrant le groupe de cellules, chaque module ou une sélection seulement des modules comprend au moins un moyen de mesure du paramètre P. Chaque module ou la sélection des modules peut être équipé d’une jauge de contrainte et/ou d’un capteur de pression.

Dans un troisième mode de réalisation, de technologie dite « Cell to Pack », le cadre formant le pack est équipé d’une ou plusieurs jauges de contrainte et/ou d’un ou plusieurs capteurs de pression entre le cadre et une cellule, et/ou entre deux cellules.

Dans un quatrième mode de réalisation, de technologie dite « Pouch Cell », le moyen de mesure de la pression est fixé en surface du film, ou entre deux cellules.

Enfin, le système de batterie peut comporter une unique cellule électrochimique ou comporter une pluralité de cellules.