Les systèmes de stockage électrochimique, tels que les batteries lithium-ion et les supercondensateurs, sont utilisés dans de nombreuses applications comme dans la mobilité électrique et les systèmes de stockage stationnaires destinés aux réseaux énergétiques. Par ailleurs, la demande pour ces technologies de stockage connaît une croissance rapide, portée par la transition industrielle vers des systèmes plus durables, efficaces et décarbonés.
Afin d’assurer la sécurité, la longévité et le bon fonctionnement de ces systèmes, une surveillance et un contrôle en temps réel sont essentiels. Ces fonctions reposent sur la connaissance de certaines variables internes du système. Cependant, des grandeurs clés telles que l’état de charge (SOC), l’état de santé (SOH) et la température interne ne sont pas directement mesurables à l’aide de capteurs. Elles doivent donc être estimées à partir de grandeurs accessibles, telles que le courant et la tension.
Des techniques en boucle ouverte existent pour l'estimation d'état de ces systèmes, telles que la coulombométrie utilisée pour les batteries et les supercondensateurs. L’inconvénient principal de ces méthodes est l’accumulation des erreurs dues principalement aux incertitudes sur la connaissance des paramètres et aux bruits de mesure.
Pour pallier ce problème, des techniques en boucle fermée sont généralement adoptées, intégrant un terme de correction, telles que les filtres et les observateurs. Ces approches sont alors robustes face aux incertitudes de modèle et aux bruits de mesure. Une grande partie des méthodes d’estimation et des observateurs reposent sur des modèles décrivant le système de stockage électrochimique considéré. Ces modèles peuvent être de nature physique, tels que les modèles électrochimiques décrits par des équations aux dérivées partielles (EDP), ou bien basés sur les données. Néanmoins, en raison du caractère fortement non linéaire, multi-échelle et évolutif de ces systèmes de stockage, notamment sous l’effet des phénomènes de vieillissement, l’élaboration de modèles précis demeure particulièrement complexe. Dans ce contexte, le développement de méthodes d’estimation et d’observateurs robustes constitue un enjeu scientifique majeur afin d’assurer la sécurité et de bonnes performances des systèmes de stockage électrochimiques.
Cette thématique s’inscrit pleinement dans les axes du GDR MACS en automatique, estimation, systèmes dynamiques et commande robuste.
- M. Khalil, R. Postoyan and S. Raël, Enhancing Accuracy of Finite-Dimensional Models for Lithium-Ion Batteries, Observer Design, and Experimental Validation, IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 33, no. 1, pp. 327-342, 2025.
- M. Khalil, R. Postoyan, S. Raël, D. Nešić, Estimation of the minimum and maximum states of charge of lithium-ion battery packs: A hybrid approach, Automatica, vol.183, pp.112630, 2026.
-A. Cecilia, D. Astolfi, R. Costa-Castello, "A New Nonlinear Observer for Liquid Water Estimation in Fuel Cells", IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 32 (3), pp. 990-1001, March 2024
-E. Petri, R. Postoyan, D. Astolfi, D. Nesic and V. Andrieu, "Hybrid multi-observer for improving estimation performance", IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 70 (5), pp. 3256-3271, May 2025.
-P. Bernard, V. Andrieu and D. Astolfi, "Observer design for continuous-time nonlinear systems", Annual Reviews in Control, vol. 53, pp. 224-248, February 2022.
-T Ahmed-Ali, E Fridman, F Lamnabhi-Lagarrigue, Finite-dimensional adaptive observer design for linear parabolic systems with delayed measurements, International Journal of Control 98 (10), 2401-2409.
-T Ahmed-Ali, F Cacace, Finite dimensional observer design for a class of ODE-PDE systems with delayed coupling, Systems & Control Letters 204, 106213.
-Belghazi, E Magarotto, T Ahmed-Ali, M Haddad, A sampled observer for a three-branch supercapacitor model: voltages estimation for SOC under NEDC and WLTP cycles, Proceeding of IEEE CODIT, 2025.
L'objectif premier est d'organiser un workshop consacré aux problématiques de synthèse d'observateurs et d'estimation d'état appliquées aux batteries et aux supercondensateurs. Cette rencontre réunira de manière équilibrée des spécialistes de l'automatique et du stockage d'énergie incluant des industriels . Il sera demandé à chacun de présenter, avec un souci de pédagogie, les principaux enjeux scientifiques et technologiques de ses travaux, ainsi que les verrous qui limitent actuellement le développement de méthodes fiables d'estimation d'état.
Nous espérons accueillir un large éventail de collègues issus de différents horizons scientifiques, notamment des sections 61 et 63 du CNU. Les échanges porteront notamment sur l'estimation de l'état de charge, de l'état de santé et de l'état de puissance, la conception d'observateurs robustes, les approches fondées sur des modèles physiques ou des données, ainsi que la prise en compte des incertitudes, des phénomènes de vieillissement et des contraintes opérationnelles des systèmes de stockage d'énergie.
Au-delà du partage des connaissances, cette action vise à favoriser l'émergence de collaborations entre les communautés de l'automatique et du stockage d'énergie autour de problématiques communes de modélisation, d'observation, d'estimation et de gestion des batteries et des supercondensateurs. Un rapport sous la forme d'un livre blanc permettra de dresser un premier état des lieux des défis scientifiques identifiés, des méthodologies existantes et des perspectives de recherche communes dans ce domaine.
L’organisation de workshops annuels ou bisannuels afin de renforcer les liens entre les différentes communautés. En complément, la rédaction d’un livret de synthèse à intervalles plus espacés, par exemple tous les trois ans, pourrait offrir une vision consolidée des avancées, tout en maintenant un rythme de diffusion régulier.
Félicitations car votre dépôt d’action MACS a été accepté.
C’est un plaisir de vous voir porter ce sujet très intéressant pour notre communauté et pour ses interactions avec SEEDS.
Quelques éléments issus des discussions:
* Vous avez listé quelques personnes qui pourraient s'impliquer. Il vous est recommandé d'élargir cette liste, en particulier avec des personnes proches des questions applicatives, dont des membres du GdR SEEDS.
* La présence d'industriels est très bienvenue.
* Le contour de l'action pourrait utilement être élargi aux piles à combustibles et à ce qui a trait au stockage de l'énergie par l'hydrogène.
* La dernière rubrique de la fiche de votre action nommée “Evolution” vous permet de raconter en ligne l’actualité de votre action (elle apparaît ouvertement sur le site contrairement aux autres). Ca peut être utile et plus simple que de créer une page web dédiée.
* Concernant le budget, l’argent du GdR est annualisé. Pour des dépenses en 2026 vous me faites une demande et je vous transfère l’argent vers un de vos labos. Idem pour 2027, mais ce sera en 2027.
* Je ferai une brève dans la prochaine lettre du GdR en annonçant votre action et inviterai les collègues à vous contacter s’ils sont intéressés à vous rejoindre.
Bonne journée
Dimitri