La résistance interne d'une batterie est
définie comme l'opposition à la circulation du courant dans une
batterie. Il y a deux composantes essentielles pour cette résistance: La
résistance électronique et la résistance ionique. Leur
effet combiné est dénommée la résistance effective
totale.
La résistance électronique englobe la
résistivité des matériaux utilisés tels que le
métal de couverture et les composants internes. Elle dépend aussi
de la façon dont les matériaux sont en contact les uns avec les
autres. L'effet de cette résistance est très rapide et peut
être détecté dans les millisecondes premières
après qu'une batterie est placée sous charge [5, 8].
La résistance ionique est l'opposition au passage du
courant dans la batterie due à des facteurs électrochimique
divers tels que la conductivité de l'électrolyte, la
mobilité des ions et la surface de l'électrode. Cet effet se
produit plus lentement que la résistance électronique [5, 8,
9].
Un certain nombre de techniques sont disponibles pour mesurer
la résistance interne de la batterie comme la méthode DC (courant
continu) ou la méthode AC (courant alternatif) [8, 21]. Pendant la
réalisation du test AC, il peut être remarqué que la
résistance interne d'une batterie dépend de la fréquence
[8, 9], qui entraine une expression complexe de la résistance de la
batterie ou plus précisément de son impédance. Cette
dernière peut être présentée à l'aide d'une
représentation de type Nyquist (partie imaginaire vs partie
réelle). Une forme générale d'une représentation de
Nyquist de l'impédance électrochimique complexe d'une batterie
plomb-acide à haute capacité est donnée par la figure 1.3
[8].
Figure 1.3 : Représentation de Nyquist d'une
résistance interne d'une batterie Plomb-acide.
En générale, la résistance interne de la
batterie augmente quand la température ambiante diminue. Ce
résultat peut s'expliquer par le fait qu'à basse
température les réactions électrochimiques qui ont lieu au
sein de la batterie ralentissent. En conséquence, la mobilité des
ions dans la batterie diminue. L'effet de la température sur la
résistance effective totale d'une batterie en alcaline neuve, E91 AA,
est représentée dans la figure 1.4.
Figure 1.4 : L'effet de la température sur la
résistance effective totale [38]. 1.2.1.4. State of Heath
(SoH)
Le SoH reflète un état général de la
batterie (état de santé de la batterie) et sa capacité
à fournir les performances spécifiées par rapport à
une batterie neuve. Elle dépend de
plusieurs paramètres tels que l'acceptation de charge,
la résistance interne, la tension, l'autodécharge, etc.
Pendant la durée de vie d'une batterie, sa
santé (ses performances) tend à se détériorer
progressivement à cause des changements physiques et chimiques
irréversibles qui ont lieu lors de l'usage et du vieillissement,
jusqu'à ce que finalement la batterie ne soit plus utilisable. Le SoH
donne donc une indication sur la position de la batterie par rapport à
son cycle de vie des batteries.
Le but du SoH est de fournir une indication sur le temps
consommé de la durée de vie utile de la batterie ou le temps
restant avant son remplacement. Par exemple, la connaissance du SoH aidera
l'ingénieur à anticiper les problèmes, à faire le
diagnostic des pannes ou à planifier le remplacement des batteries. Il
s'agit essentiellement d'une fonction de suivi de l'évolution à
long terme de la batterie.
Tout paramètre qui change considérablement avec
l'âge, telle que l'impédance de cellule, peut être
utilisée comme une base pour fournir une indication du SoH de la
batterie. Comme l'indication du SoH est relative à la condition d'une
nouvelle batterie, le système de mesure doit tenir un registre des
conditions initiales ou au moins un ensemble de conditions standards. Ainsi, si
l'impédance de la cellule est le paramètre surveillé, le
système doit garder en mémoire comme une référence,
la valeur initiale de l'impédance interne de la batterie avant sa
première utilisation.
En pratique, certains fabricants des équipements de
test estiment le SoH à partir des mesures d'un seul paramètre
comme l'impédance de la cellule. Dans le but d'améliorer la
pertinence de cette estimation, d'autres industriels mesurent plusieurs
paramètres qui varient en fonction de l'âge de la batterie et font
une estimation du SoH à travers une combinaison de ces facteurs. Parmi
ces facteurs, on compte la capacité, la résistance interne,
l'autodécharge, l'acceptation de charge, les capacités de
décharge, la mobilité des électrolytes, le nombre de
cycles, etc. Pour améliorer la qualité de cette estimation et
surtout l'interprétation de la valeur du SoH, une pondération est
appliquée à ces différents paramètres. Cette
pondération des facteurs individuels est effectuée sur les bases
de l'expérience, la chimie de la cellulaire et de l'application dans
laquelle la batterie est utilisée.
Projet fin d'étude Page Zied Jelassi
De ce fait, on peut considérer que le SoH est une
mesure subjective puisque différents fabricants modifient sa
définition et ses facteurs à partir d'une variété
de paramètres mesurables. De cet ensemble de mesures, ils les traduisent
en SoH en fonction de leur propre ensemble de règles.
1.2.1.5. State of charge (SOC)
Le SoC (état de charge) est le pourcentage de la
charge actuelle par rapport à la charge maximale prévue dans une
batterie [5]. Le SoC est l'équivalent d'une jauge de carburant pour le
pack de batterie dans un BEV (Battery Electric Vehicle), un HEV
(Véhicule Electrique Hybride) ou un PHEV (Plug-in Hybrid Electric
Vehicle).
L'indication du SoC n'est pas aussi simple que cela pourrait
paraître et elle implique des mesures et une modélisation de la
batterie [10]. Pour s'en convaincre, il suffit de considérer un exemple
simple où la tension de la batterie V est mesurée, indexant ici
une mémoire gérée par un microcontrôleur et dans
laquelle serait stockée la relation V-SoC [11, 12]. La taille et la
précision des systèmes d'indication de SoC dépendent du
nombre de données stockées dans la relation V-SoC. Un autre
problème concerne la tension de la batterie qui est fonction de
différents paramètres comme la température, les taux de
décharge et le vieillissement. Faire la table de correspondance entre la
température et le taux décharge permet de résoudre les
deux premières dépendances [13]. Par contre, le vieillissement de
la batterie est un processus complexe qui implique de nombreux
paramètres de la batterie. Le processus est trop complexe pour
être abordé avec l'implémentation d'une simple table de
recherche [13].
