Qu'est-ce que l'état de charge (SOC) d'une batterie de VE ?

L’état de charge (SOC) d’une batterie de véhicule électrique (VE) représente les niveaux d’énergie sous forme de pourcentage. Analogue à une jauge de carburant pour moteur à combustion interne (ICE), le SOC indique clairement l'énergie disponible qui correspond directement à l'autonomie.

Cet article explique comment le SOC est calculé et explore les différentes méthodes utilisées pour déterminer ces calculs. Il souligne également le rôle essentiel du SOC dans les véhicules électriques et décrit comment diverses techniques d’étalonnage garantissent une mesure continue et précise. 

Calcul du SOC EV
Le SOC de la batterie EV est calculé en divisant la charge actuelle (Q) par sa capacité totale (Q_total), puis en multipliant le résultat par 100 pour l'exprimer en pourcentage.

Cette formule fournit une estimation rapide de l’énergie de la batterie par rapport à sa pleine capacité. Cependant, des mesures précises et exactes du SOC nécessitent systèmes avancés de gestion de batterie (BMS) pour analyser des variables complexes telles que la tension, le courant et la température. Un BMS typique se compose de capteurs, d'actionneurs, de contrôleurs et de lignes de signaux, tous travaillant ensemble pour surveiller et réguler les paramètres essentiels de la batterie, du SOC et de l'état de santé (SOH) à l'état d'alimentation (SOP) et à l'état de vie (SOL). 

La méthodologie de détermination du EV SOC
Différentes techniques déterminent le SOC de la batterie EV. Le comptage de Coulomb, une méthode intégrale d'ampères-heure, quantifie efficacement la charge électrique en ampères au fil du temps, fournissant des mises à jour dynamiques et continues. La tension en circuit ouvert (OCV) évalue rapidement l'énergie restante en calculant la relation directe entre la tension et le niveau de charge. Cependant, le comptage de Coulomb peut accumuler des erreurs au fil du temps en raison de la dérive du capteur ou des variations du comportement de la batterie, tandis que l'OCV peut être affecté par les fluctuations de température et le vieillissement de la batterie.

Des approches sophistiquées basées sur des modèles, notamment spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE) et modèles de circuits équivalents (ECM), effectuez une analyse SOC approfondie en simulant les réactions électrochimiques et le comportement électrique de la batterie. Ces méthodes évaluent la résistance interne, la capacité et d’autres paramètres clés, offrant ainsi une vue complète du SOC dans toutes les conditions opérationnelles.

Le filtrage de Kalman, une autre technique populaire basée sur un modèle, intègre les données de plusieurs capteurs pour estimer avec précision le SOC, même dans des environnements dynamiques. Cependant, la précision du filtrage de Kalman est sensible à des facteurs externes tels que la dérive du capteur, les changements extrêmes de température et les variations du comportement de la batterie.

La plupart des véhicules électriques utilisent une combinaison de différentes méthodes et techniques pour évaluer avec précision le SOC. Le comptage de Coulomb et l'OCV fournissent rapidement des données de base, tandis que l'EIS, l'ECM et le filtrage de Kalman offrent des informations plus détaillées et précises. Les modèles et stratégies d'estimation, tels que électrochimiques, récursifs, unidimensionnels (1D) et pseudo-bidimensionnels (P2D), affinent davantage les calculs.

De plus, les applications émergentes d’IA et de ML, notamment les réseaux neuronaux et les machines vectorielles de support, traitent en permanence de vastes ensembles de données pour améliorer la précision du SOC. Toutes les méthodes et techniques SOC doivent être recalibrées au fil du temps.

L’importance du recalibrage du SOC
Le recalibrage du SOC est recommandé après le remplacement de la batterie, la mise à jour du logiciel ou un dysfonctionnement du capteur. Ce processus implique généralement l'ajustement ou la mise à jour des algorithmes BMS pour s'aligner sur la capacité de la batterie, une variable qui change avec l'utilisation et le vieillissement. Une méthode d'étalonnage courante consiste à réinitialiser les paramètres d'estimation du BMS SOC sur la base des données d'un cycle complet de charge et de décharge.

De plus, des mesures de tension précises, prises à des états de charge spécifiques, permettent d’affiner davantage les algorithmes d’estimation du SOC. 

Le rôle crucial du SOC dans les véhicules électriques
Une gestion efficace du SOC permet d’optimiser l’efficacité, les performances et la durée de vie des batteries de véhicules électriques. Par exemple, le SOC joue un rôle crucial dans :

• Prévention des dommages : En maintenant le SOC entre 20 % et 80 %, un EV BMS évite l'usure excessive de la batterie, prolongeant ainsi le SOH, la capacité et la durée de vie opérationnelle. Le BMS s'appuie également sur des lectures précises du SOC pour réduire le risque de dommages aux cellules de la batterie causés par des charges complètes et des décharges profondes. 
• Maximiser les performances : Les batteries EV offrent des performances optimales lorsqu’elles fonctionnent dans des plages SOC spécifiques. Bien que ceux-ci puissent varier en fonction de la chimie et de la conception de la batterie, la plupart des batteries de véhicules électriques bénéficient d'une fourniture d'énergie efficace et d'une accélération robuste dans la plage de SOC de 20 % à 80 %. 
• Estimation de l'autonomie : Le SOC a un impact direct sur l’autonomie des véhicules électriques, essentielle pour une planification de voyage efficace et sûre. Il convient de noter que l’autonomie des véhicules électriques est également influencée par d’autres facteurs, tels que la capacité de la batterie et l’efficacité énergétique.
• Optimiser l’efficacité énergétique : Des mesures précises du SOC minimisent le gaspillage d'énergie tout en maximisant le freinage par récupération, en prolongeant l'autonomie et en améliorant l'efficacité énergétique globale.
• Assurer la sécurité de la charge : Le BMS utilise les relevés SOC pour moduler les taux de charge des batteries des véhicules électriques, en appliquant des techniques telles que la charge d'entretien et la charge rapide contrôlée pour protéger la durée de vie de la batterie. Il assure également une charge équilibrée des cellules individuelles, guidée par une courbe de charge dynamique qui ajuste de manière optimale le courant et la tension pour maintenir la santé de la batterie et éviter la surcharge. 

Résumé
Le SOC de la batterie EV indique clairement l’énergie disponible correspondant directement à l’autonomie et à l’efficacité. Le maintien d'un SOC entre 20 % et 80 % évite l'usure excessive de la batterie tout en maximisant les performances. Le SOC des batteries de véhicules électriques est déterminé à l'aide d'une combinaison diversifiée de méthodes et de techniques, allant du comptage de Coulomb et de l'OCV au filtrage de Kalman, à l'EIS et à l'ECM.  

Références
Qu'est-ce que l'état de charge (SoC) d'une batterie de véhicule électrique ? toutPE
Revue sur les méthodes d'estimation de l'état de charge des batteries de véhicules électriques, IPSM
Estimation SOC de la batterie lithium-ion pour véhicule électrique basée sur le perceptron multicouche profond, hindou
Qu'est-ce qu'une courbe de recharge pour une voiture électrique ?, Serveur de grille
Mesure de l'état de charge (SoC) du lithium-ion, Systèmes de technologie électrique