Exécutez un essai contrôlé comprenant une charge, un ajustement, un cycle dynamique, une récupération et une mesure de capacité, tout en enregistrant en continu les données électriques et thermiques au niveau de chaque cellule. Commencez avec un pack monté en série entièrement chargé et thermiquement stabilisé, établissez une référence SOC fiable grâce à un comptage précis des coulombs, exécutez le profil de conduite dynamique sélectionné jusqu’aux points de profondeur de décharge (DOD) définis, puis terminez par une mesure contrôlée de la capacité. Les données obtenues peuvent ensuite servir à comparer le SOC estimé par l’algorithme à une référence défendable dans des conditions réalistes de transitoires de courant.
À retenir : la validation du SOC n’est pertinente que lorsque l’état initial du pack, la température, le profil de courant, les limites de tension et le SOC de référence sont contrôlés et documentés. L’essai doit également capturer les phénomènes de polarisation et de relaxation, car le fonctionnement dynamique d’un pack ne fournit pas une tension d’équilibre pouvant être utilisée directement comme indicateur du SOC.
Définir l’essai avant d’appliquer le courant
Préciser le pack et les limites de fonctionnement
Documentez le nombre de cellules en série, la capacité nominale, les tensions maximale et minimale admissibles de chaque cellule, les limites de tension du pack, les limites de courant de charge et de décharge, ainsi que les limites de température.
Pour un pack monté en série, la surveillance de la tension au niveau de chaque cellule est essentielle. La seule tension du pack peut masquer le fait qu’une cellule individuelle atteigne une limite dangereuse avant que la tension totale du pack ne paraisse anormale.
Sélectionner le profil d’excitation dynamique
Utilisez un programme de conduite répétable, tel qu’un profil FUDS, ou une autre forme d’onde courant-temps définie et représentative de l’application prévue.
Enregistrez la version exacte du profil, la résolution temporelle, la convention de courant, le comportement du courant régénératif et les critères d’arrêt. La même forme d’onde doit être appliquée de manière cohérente lors de toutes les répétitions de l’essai.
Établir les voies de mesure et de référence
Enregistrez en continu :
- Les tensions du pack et des cellules
- Le courant du pack
- La température de surface ou de la chambre
- Le temps d’essai
- La consigne appliquée du cycle de conduite
- Le SOC estimé par l’algorithme
- Les événements pertinents de protection et de coupure
Générez le SOC de référence à l’aide d’un comptage de coulombs haute précision, en définissant clairement le SOC initial et la capacité utilisable. L’offset du capteur de courant, sa polarité, la fréquence d’échantillonnage et la méthode d’intégration doivent être vérifiés avant l’essai.
Stabiliser et établir l’état initial
Stabiliser thermiquement le pack
Placez le pack dans une chambre à température contrôlée pendant une durée suffisante pour obtenir une température interne uniforme et stable. Une procédure pratique en laboratoire consiste à maintenir le pack pendant au moins 24 heures à la température d’essai sélectionnée avant de commencer la séquence électrique.
La consigne de température, la température mesurée du pack, les conditions de la chambre et les éventuels gradients de température doivent être enregistrés. Le comportement dynamique et le SOC apparent peuvent varier considérablement en fonction de la température.
Charger complètement le pack monté en série
Chargez à un courant constant contrôlé, par exemple à 1/3 C, jusqu’à ce que la limite de tension maximale spécifiée pour une cellule soit atteinte.
Passez ensuite à une charge à tension constante et poursuivez-la jusqu’à ce que le courant de charge descende sous la limite de coupure définie, par exemple 1/30 C. Cela établit un point de départ reproductible à SOC élevé et permet d’obtenir une référence SOC initiale fondée sur la tension à vide (OCV) après un temps de repos approprié.
Vérifier l’état initial
Vérifiez qu’aucune cellule ne dépasse sa limite de tension, que la température du pack se situe dans la plage prescrite et que le courant mesuré a atteint la limite de coupure de charge.
Si l’algorithme utilise une relation OCV-SOC, appliquez la même procédure de repos et d’initialisation que celle utilisée lors de l’élaboration ou de l’étalonnage de cette relation. Ne supposez pas que la tension aux bornes juste après la charge correspond à une OCV d’équilibre.
Amener le pack dans la plage d’essai dynamique
Appliquer un ajustement contrôlé de la capacité
Avant le cycle dynamique, retirez une petite quantité de charge définie. La procédure principale utilise environ 5 % de la capacité nominale à 1/3 C ; une approche de préconditionnement associée peut utiliser environ 10 % à 1 C, selon les spécifications de l’essai.
L’objectif est d’éviter de commencer un cycle dynamique à courant élevé ou comportant une régénération au niveau du plafond de tension. Sélectionnez une procédure à l’avance et appliquez-la de manière cohérente, car des quantités d’ajustement différentes produisent des conditions initiales de SOC différentes.
Confirmer à nouveau le SOC et la température initiaux
Après l’ajustement de capacité, confirmez la charge intégrée retirée, les tensions des cellules, la température du pack et le SOC de référence initial.
Ce point doit être considéré comme le début officiel de l’essai dynamique. Le SOC initial de l’algorithme doit être initialisé selon la méthode prescrite ou délibérément décalé lors de l’évaluation de la convergence et de la robustesse de l’initialisation.
Exécuter l’essai du cycle de conduite dynamique
Appliquer le profil de courant en continu
Exécutez le programme dynamique sélectionné à l’aide du contrôle automatisé du courant du système de test de batteries. Poursuivez le cycle jusqu’à atteindre la DOD cible spécifiée, par exemple 60 %, 70 % ou 80 % de DOD.
Utilisez le même profil de courant, la même configuration d’échantillonnage, la même condition de température et la même logique d’arrêt pour chaque essai. Enregistrez le courant réellement délivré plutôt que de vous fier uniquement à la forme d’onde commandée.
Surveiller en temps réel les cellules et la réponse thermique
Pendant le cycle, surveillez en continu les tensions individuelles des cellules, la tension du pack, le courant et la température. L’essai doit s’arrêter ou passer dans un état sécurisé si une limite de protection d’une cellule ou du pack est atteinte.
Enregistrez également les pics de courant, les intervalles de régénération, les excursions de tension et les variations thermiques. Ces événements aident à distinguer une erreur d’algorithme d’un fonctionnement en dehors de la plage prévue par le modèle ou l’étalonnage.
Maintenir la référence SOC pendant l’excitation
Mettez à jour le SOC de référence en intégrant le courant mesuré au fil du temps et en corrigeant le calcul selon la capacité utilisable et la condition initiale définies.
La référence ne correspond pas simplement au SOC instantané fondé sur la tension. En présence d’une charge dynamique, la tension aux bornes comprend la chute ohmique, les effets de transfert de charge et la polarisation ; la tension seule peut donc fournir une indication trompeuse du SOC.
Mesurer le comportement de récupération et de polarisation
Appliquer le temps de repos correspondant à l’arrêt du véhicule
À l’extrémité de DOD sélectionnée, arrêtez le profil dynamique et laissez le pack au repos pendant une courte durée, par exemple 10 minutes, afin de représenter un arrêt ou une pause du véhicule.
Continuez à enregistrer la tension et la température pendant cette période. La courbe de relaxation fait partie des données de validation et ne constitue pas seulement un intervalle d’attente.
Appliquer la charge de dépolarisation
Appliquez la charge de dépolarisation définie après le court temps de repos. L’objectif est de favoriser la récupération de l’état électrochimique et de fournir des données permettant d’évaluer les paramètres du modèle liés à la polarisation.
L’amplitude, le courant et la durée de cette charge doivent être fixés dans les spécifications de l’essai et indiqués dans les résultats.
Enregistrer la courbe de relaxation prolongée
Après l’étape de dépolarisation, laissez le pack au repos pendant une durée prolongée, par exemple deux heures, tout en enregistrant la relaxation de la tension des cellules et du pack.
Utilisez ces courbes de tension en fonction du temps pour évaluer si les paramètres de polarisation et de relaxation du modèle reproduisent la réponse mesurée. Cette étape est particulièrement importante lorsque l’estimateur SOC utilise un modèle de batterie à circuit équivalent ou un autre modèle dynamique.
Effectuer la mesure de référence de la capacité
Décharger jusqu’à la coupure normale
Après la séquence de récupération, déchargez le pack à un courant constant contrôlé, par exemple 1/3 C, jusqu’à ce que la limite minimale de tension d’une cellule soit atteinte, par exemple 3,3 V par cellule lorsque cette limite est applicable.
La coupure doit être fondée sur la règle de protection spécifiée pour la cellule ou le pack, en identifiant et en enregistrant la cellule effectivement limitante.
Mesurer la capacité résiduelle à faible courant
Poursuivez avec une décharge résiduelle à faible courant inférieur à 1/30 C afin de mesurer la capacité disponible restante.
Cette portion finale à faible courant aide à quantifier la capacité qui peut ne pas être accessible pendant la décharge précédente à courant plus élevé et fournit une base plus complète pour le calcul du SOC et de la DOD de référence.
Rapprocher les enregistrements de capacité et de charge
Comparez la capacité obtenue lors de la décharge complète avec l’enregistrement du comptage de coulombs. Analysez les écarts dus à l’offset de mesure du courant, au moment de la coupure, aux variations de température ou à la dépendance de la capacité vis-à-vis du taux de décharge.
La définition de la capacité utilisable obtenue doit être explicitement indiquée lors de la communication de l’erreur SOC. Dans le cas contraire, un algorithme peut sembler imprécis simplement parce que son dénominateur SOC diffère de la référence de capacité utilisée pour l’essai.
Évaluer l’algorithme SOC
Comparer l’estimation et la référence sur l’ensemble du profil
Alignez dans le temps le SOC de l’algorithme et le SOC de référence, puis évaluez l’erreur pendant :
- Les transitoires de courant
- La charge régénérative
- La décharge prolongée
- Les périodes de repos
- La récupération après polarisation
- La coupure finale et la séquence de capacité résiduelle
Présentez l’erreur SOC sous forme d’une évolution temporelle plutôt que d’une seule valeur finale. Cela permet de révéler la dérive, le retard transitoire, l’erreur d’initialisation et le biais lié à la récupération.
Examiner séparément la concordance du modèle de tension
Lorsque l’estimateur prédit la tension aux bornes, comparez la tension prédite et la tension mesurée de la cellule ou du pack parallèlement à l’erreur SOC.
Il est important de séparer l’erreur du modèle de tension de l’erreur de référence SOC. Un mauvais ajustement de la polarisation peut provoquer une différence de tension même lorsque le SOC intégré est raisonnable, tandis qu’un biais du capteur de courant peut entraîner une dérive du SOC sans produire une erreur de tension instantanée importante.
Répéter dans des conditions définies
Répétez le protocole aux températures sélectionnées, avec les conditions de SOC initial et les objectifs de cycle dynamique requis par le plan de validation.
Chaque répétition doit utiliser la même terminaison de charge, le même ajustement de capacité, les mêmes périodes de repos, le même profil de courant, la même configuration de mesure et les mêmes règles de coupure. Un essai n’est standardisé que lorsque ses conditions initiales et limites sont reproductibles.
Comprendre les compromis
L’initialisation à pleine charge améliore la répétabilité, mais prend du temps
Une charge complète à courant constant/tension constante fournit un point de départ contrôlé, mais la procédure est plus lente qu’un démarrage à partir d’un SOC arbitraire.
Sauter ou raccourcir l’étape de terminaison peut introduire une incertitude dans le SOC initial et rendre difficile l’interprétation des erreurs ultérieures de l’algorithme.
L’ajustement de capacité réduit le risque de surtension, mais modifie le point de départ de l’essai
Retirer de la charge avant le profil dynamique crée une marge pour le courant régénératif. Toutefois, l’ajustement lui-même devient un élément de la définition de la condition initiale et doit être inclus dans le calcul du SOC de référence.
L’utilisation de taux ou de quantités d’ajustement différents d’un essai à l’autre réduit la comparabilité.
Les essais dynamiques sont réalistes, mais ne constituent pas une mesure d’équilibre
Les cycles de conduite exposent l’estimateur aux transitoires qu’il doit gérer en service. Ils produisent également des effets de polarisation et de température qui rendent la validation du SOC fondée sur la tension plus difficile.
Pour cette raison, les résultats dynamiques doivent être complétés par les mesures contrôlées de repos et de relaxation, plutôt que d’être interprétés à partir de la seule tension aux bornes.
Les essais au niveau du pack peuvent masquer le comportement des cellules
Un pack monté en série peut présenter une tension globale acceptable alors qu’une cellule approche de sa limite ou présente une relaxation anormale.
La télémétrie de la tension et de la température au niveau de chaque cellule est donc nécessaire à la fois pour la sécurité et pour le diagnostic. L’erreur SOC au niveau du pack ne doit pas être communiquée sans vérifier si un déséquilibre entre cellules ou une cellule limitante a influencé le résultat.
Comment appliquer cette procédure à votre projet
Utilisez la séquence suivante comme script d’essai contrôlé :
- Si votre priorité est la précision SOC reproductible : stabilisez thermiquement le pack, chargez-le complètement selon un contrôle à courant constant/tension constante, définissez le SOC initial et utilisez un comptage de coulombs de précision comme référence.
- Si votre priorité est la performance en conduite dynamique : appliquez en continu une forme d’onde de cycle de conduite fixe jusqu’à des objectifs de DOD définis, tout en enregistrant le courant réel, les tensions des cellules, la tension du pack, la température et la sortie de l’estimateur.
- Si votre priorité est la validation du modèle et de la polarisation : incluez le court temps de repos, la charge de dépolarisation, la période de relaxation prolongée et l’enregistrement de la relaxation de tension.
- Si votre priorité est d’obtenir une référence de capacité défendable : terminez par une décharge à courant constant jusqu’à la limite minimale de tension de cellule, suivie d’une décharge résiduelle à faible courant inférieur à 1/30 C.
- Si votre priorité est la sécurité et le diagnostic d’un pack monté en série : appliquez les limites de tension au niveau des cellules et analysez la cellule limitante, et pas seulement la tension globale du pack.
Un état initial contrôlé, un SOC de référence précis, une excitation dynamique réaliste et une mesure complète de la récupération constituent la base d’une validation fiable du SOC d’un pack monté en série.
Tableau récapitulatif :
| Étape | Action | Données clés à enregistrer |
|---|---|---|
| 1. Définir l’essai | Préciser les limites du pack, le profil de conduite et la configuration de mesure | Limites de tension des cellules et du pack, limites de courant, température, version du profil |
| 2. Stabiliser et charger | Stabiliser thermiquement et charger complètement le pack (CC-CV) | Température, courant/tension de charge, courant de coupure |
| 3. Ajuster la capacité | Retirer environ 5 % du SOC à 1/3 C pour éviter une surtension | Charge intégrée retirée, référence du SOC initial |
| 4. Cycle de conduite dynamique | Exécuter un profil FUDS ou similaire jusqu’à la DOD cible | Courant réel, tensions des cellules et du pack, température, sortie de l’algorithme |
| 5. Court repos | Pause de 10 minutes pour simuler l’arrêt du véhicule | Courbe de relaxation de tension |
| 6. Charge de dépolarisation | Appliquer une charge définie pour favoriser la récupération | Courant de charge, durée, réponse en tension |
| 7. Repos prolongé | Repos de 2 heures pour enregistrer la relaxation | Courbe de relaxation de tension |
| 8. Décharge de capacité | Décharger à 1/3 C jusqu’à la coupure, puis à un courant résiduel inférieur à 1/30 C | Capacité mesurée, cellule limitante, variations de température |
| 9. Évaluer | Comparer le SOC estimé au SOC de référence et analyser les erreurs | Évolution temporelle de l’erreur SOC, concordance du modèle de tension |
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